Tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống máy sấy phun sử dụng đĩa ly tâm với năng suất 5 lít h

CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG SẤY PHUN

NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY SẤY PHUN

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị máy sấy phun

Nguyên lý hoạt động của máy sấy phun bắt đầu khi nguyên liệu cô đặc và được bổ sung chất trợ sấy đạt nồng độ chất khô khoảng 35 - 55%, sau đó được bơm vào buồng sấy Trong buồng sấy, nguyên liệu được phân tán thành hạt nhỏ dạng sương mù nhờ cơ cấu phun Không khí sau khi được lọc sẽ được gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu và đưa vào buồng sấy Tại đây, không khí nóng và nguyên liệu dạng sương mù tiếp xúc trong vài giây, khiến nước trong nguyên liệu bốc hơi theo dòng khí nóng và được hút ra ngoài bởi quạt Sản phẩm khô cuối cùng được thu hồi qua hệ thống cyclone.

Ví trí số (4), (8) là nơi đặt các thiết bị đầu dò nhiệt độ để theo dõi và kiểm soát nhiệt độ vào và ra trong quá trình sấy.

CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN

Cơ cấu phun đóng vai trò "trái tim" của hệ thống sấy phun, với chức năng chính là phân tán nguyên liệu lỏng trong buồng sấy thành những giọt nhỏ dạng sương.

Tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là yếu tố quan trọng giúp cải thiện quá trình sấy Kích thước và sự phân bố của các giọt lỏng trong buồng sấy, do quá trình tạo sương quyết định, ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị bề mặt truyền nhiệt và tốc độ sấy Đây chính là quá trình then chốt trong kỹ thuật sấy phun.

Currently, there are three commonly used types of mist spray systems: pressure nozzles, centrifugal rotary atomizers, and pneumatic nozzles.

Trong sản xuất dược phẩm và thực phẩm, cơ cấu phun chủ yếu được chế tạo từ thép không rỉ, nhưng cũng có sự lựa chọn sử dụng đầu phun làm từ cacbua vonfram Cacbua vonfram là vật liệu lý tưởng nhờ vào khả năng chống ăn mòn vượt trội.

2.2.1.1 Cơ cấu phun áp lực (single fluid nozzle)

Cơ cấu phun áp lực hay còn gọi là cơ cấu phun một dòng được minh họa như hình 2.2

Cơ cấu này có khả năng tạo ra các hạt với kích thước từ 20-600 micromet, hoạt động bằng cách nén mẫu nguyên liệu vào đầu phun thông qua bơm cao áp với áp lực đạt 5 ÷ 7 MPa Mẫu sẽ được phun ra từ lỗ phun hình nón có đường kính từ 0,4 ÷ 4 mm và góc phun dao động từ 40 ÷ 160 độ Đầu phun áp lực nổi bật với chi phí năng lượng thấp, nhưng dễ bị tắc nghẽn và không phù hợp cho các mẫu huyền phù có tỷ lệ pha phân tán cao Theo nghiên cứu của Mujumdar và cộng sự (1995), năng suất thiết kế của các đầu phun áp lực thường không vượt quá 100 lít/giờ, vì vậy để nâng cao năng suất của thiết bị sấy phun, người ta thường lắp đặt nhiều đầu phun trong buồng sấy.

Hình 2.2 Cơ cấu phun áp lực

2.2.1.2 Cơ cấu phun bằng khí động(two fluid nozzle)

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun sấy bao gồm việc bơm mẫu nguyên liệu vào đầu phun qua ống trung tâm Tác nhân sấy sẽ di chuyển qua ống bên vào buồng sấy, nơi hỗn hợp được phân tán thành sương mù Góc phun dao động từ 20 đến 60 độ C, tùy thuộc vào cấu tạo của đầu phun Hệ thống phun hai dòng tạo ra các hạt có kích thước từ 10 đến 200 micron Hình 2.3 minh họa một dạng của cơ cấu phun khí động với không khí nén.

Vòi phun khí động có ưu điểm nổi bật trong việc xử lý các mẫu huyền phù hoặc mẫu có độ nhớt cao, với năng suất lên đến 1000kg nguyên liệu/giờ Tuy nhiên, nhược điểm của đầu phun này là tiêu tốn nhiều năng lượng, dẫn đến việc ít được áp dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.

2.2.1.3 Cơ cấu phun ly tâm

Đầu phun ly tâm hoạt động dựa trên cấu tạo dạng đĩa, nơi mẫu nguyên liệu được bơm vào tâm đĩa Đĩa được quay nhờ khí nén hoặc động cơ điện, tạo ra lực li tâm khiến mẫu nguyên liệu di chuyển ra phía thành đĩa và phân tán thành các hạt sương nhỏ Với góc phun 180 độ, các hạt lỏng va chạm vào thành buồng sấy, tạo ra sự thay đổi phương đột ngột và hình thành hỗn hợp sương bụi xoáy rối di chuyển xuống đáy buồng sấy.

Thông thường, tốc độ quay của đĩa dao động trong khoảng 4000 - 20000 vòng/phút

Để cải thiện khả năng kiểm soát sự phân tán chất lỏng, đĩa quay được thiết kế với nhiều rãnh nhỏ xung quanh Kích thước và hình dạng của các rãnh này thay đổi tùy thuộc vào tính chất của sản phẩm cũng như năng suất hoạt động của thiết bị Thông thường, các rãnh có hình tròn, chữ nhật hoặc oval, như minh họa trong hình 2.4.

Cơ cấu phun đĩa ly tâm nổi bật với khả năng tạo ra hạt sản phẩm đồng nhất cao và ít bị tắc nghẽn khi xử lý mẫu huyền phù hoặc dung dịch có độ nhớt lớn Đầu phun ly tâm có năng suất hoạt động lên đến 200 tấn/giờ, tuy nhiên, do góc phun 180 độ, các buồng sấy cần được thiết kế với đường kính lớn để đảm bảo hiệu quả.

Các hạt lỏng trong thiết bị sấy phun được tạo ra từ cơ cấu phun ly tâm, di chuyển theo phương nằm ngang với quãng đường dài ít nhất gấp 10.000 lần đường kính của chúng Hơn nữa, các hạt sữa bột thu được từ quá trình này thường chứa nhiều bọt khí hơn so với các loại cơ cấu phun khác.

Buồng sấy là thiết bị kết hợp giữa mẫu sấy dạng sương mù và không khí nóng Các buồng sấy phun có nhiều hình dạng, nhưng phổ biến nhất là hình trụ đứng với đáy côn Kích thước của buồng sấy, bao gồm chiều cao và đường kính, được thiết kế dựa trên kích thước giọt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng, phụ thuộc vào loại cơ cấu phun sương được sử dụng.

Việc thiết kế buồng sấy và lựa chọn thiết bị phun phụ thuộc vào đặc tính sản phẩm Buồng sấy có thể chia thành hai loại: cao và nhỏ Buồng sấy cao có tỷ lệ chiều cao và đường kính là 5:1, trong khi buồng nhỏ có tỷ lệ khoảng 2:1 Buồng nhỏ thường được sử dụng phổ biến hơn do khả năng sử dụng cả hai loại đầu phun là đĩa ly tâm và áp lực.

Kích thước buồng sấy cần đủ lớn để các hạt lỏng từ quá trình phun sương được sấy khô hoàn toàn trước khi chạm vào thành buồng Nếu hạt sản phẩm có độ ẩm cao va chạm vào thành, chúng sẽ dễ dàng bám dính, dẫn đến tổn thất sản phẩm trong quá trình sấy phun.

2.2.2.2 Hình thức tương tác giữa dòng khí nóng và hạt vật liệu trong buồng sấy

Dựa vào hướng chuyển động của dòng nguyên liệu và tác nhân sấy trong buồng sấy, ta có ba trường hợp sau đây:

 Dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động cùng chiều (co-current contact)

Trong máy sấy này, thiết bị phun nguyên liệu và cửa vào cho tác nhân sấy được đặt ở phía trên đỉnh buồng sấy Nguyên liệu được phun tạo sương mù, hòa trộn với tác nhân sấy và di chuyển xuống đáy buồng Cả ba loại cơ cấu phun như ly tâm, áp lực và khí động đều có thể được sử dụng Nhiệt độ bột sản phẩm thu được sẽ thấp hơn nhiệt độ của tác nhân sấy tại cửa vào buồng, điều này rất phù hợp cho những nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt độ.

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY PHUN

MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI THIẾT KẾ

Trong đồ án này, chúng tôi thiết kế máy sấy phun ứng dụng cho nhiều loại nguyên liệu thực phẩm, với các số liệu tính toán dựa trên sản phẩm cụ thể là sữa bò tươi, nguồn nguyên liệu phổ biến nhất trong công nghệ sấy phun, đại diện cho nhiều loại nguyên liệu khác.

Phần thiết kế hệ thống thiết bị bao gồm các bước quan trọng như tính toán cân bằng vật chất và các thông số trong quá trình sấy, lựa chọn động cơ điện cho đầu phun ly tâm, xác định kích thước buồng sấy cùng với tốc độ và thời gian sấy Ngoài ra, cần thực hiện tính cân bằng năng lượng và các thông số trong quá trình sấy thực tế, thiết kế các thiết bị phụ như cyclone và bơm nguyên liệu, cũng như tính toán các thông số của quạt và thiết kế calorifer.

Do đây là một đề tài lớn, nhóm chúng tôi đã chia thành hai nhóm nhỏ để phụ trách hai phần riêng biệt Nhóm khác đảm nhận các mục a, b, c và đã thu được kết quả như sau:

Các thông số ban đầu

Bảng 3.1 Các thông số ban đầu

Nhiệt độ, độ ẩm không khí vào t0 = 30 0 C, 0 = 0,77

Năng suất nhập liệu G t = 5 lít/h Độ ẩm của vật liệu sấy ban đầu W 1 = 55% Độ ẩm vật liệu sau sấy W2 = 3%

Nhiệt độ dịch thể vào tv1 = 40 0 C

Khối lượng riêng của vật liệu sữa trước sấy  = 1142,6 kg/m 3

Nhiệt dung riêng của vật liệu C 1 = 2,94 (kJ/kg 0 C)

Nhiệt dung riêng của bột sau sấy C 2 =1,44 (kJ/kg 0 C)

Tính toán cân bằng vật chất, các thông số trong quá trình sấy:

Bảng 3.2 Các thông số thu được trong quá trình tính toán cân bằng vật chất

Năng suất nhập liệu tính theo khối lượng vật liệu G 1 = 5,713 kg/h

Hàm lượng chất khô trong 5 lít nguyên liệu G 2 =2,65 kg/h

Lượng ẩm bốc ra từ vật liệu trong quá trình sấy Gn = 3,063 kg ẩm/h Độ chứa hơi của không khí ban đầu d0 = 0,02 kg ẩm/kgkk

Enthalpy của không khí trước khi vào buồng sấy h 0 = 81,2 kj/kgkk khô

Enthalpy của không khí tại nhiệt độ 180 0 C h 1 = 237,3 kj/kgkk ẩm

Enthalpy của không khí tại nhiệt độ 80 0 C h 2 = 237,3 kj/kgkk ẩm Độ chứa hơi của không khí khí tại 80 0 C d2 = 0,059 kg ẩm/kgkk

Lượng không khí tiêu hao riêng l = 25,64 kgkk khô/kg ẩm Lượng không khí tiêu hao cho vật liệu sấy trong quá trình sấy

Lưu lượng không khí thực chuyển động trong tháp sấy bao gồm lượng không khí khô và lượng hơi ẩm bốc từ vật liệu sấy

Kết quả tính toán đĩa phun li tâm - chọn động cơ điện

Bảng 3.3 Thông số đĩa phun ly tâm, động cơ điện

Thông số Giá trị Đường kính, tốc độ quay của đĩa Dc= 50 mm = 0,05 m; n = 10000 vòng/phút Đường kính trung bình của hạt lỏng phun ra d tb = 13,2.10 -5 (m) Bán kính tán phun = 0,34 m

Chọn động cơ điện Spindle P = 1,5 KW; n max = 24000 vòng/phút

Xác định kích thước buồng sấy, xác định tốc độ tác nhân sấy, thời gian sấy

Bảng 3.4 Kích thước buồng sấy và giá trị tác nhân sấy

Thông số Giá trị Đường kính thiết bị D = 0,6 m

Chiều cao phần hình trụ H T = 0,6 m

Chiều cao đáy côn Hn = 0,5 m

Tốc độ lơ lửng của hạt khô w1 = 0,4 m/s

Tốc độ trung bình của tác nhân sấy w = 0,095 m/s

Tốc độ tương đối của tác nhân sấy w tb = 0,0495 m/s

Chúng tôi sẽ trình bày chi tiết các phần tính toán còn lại dựa trên các thông số đã có, nhằm hoàn thiện thiết bị sấy phun trước khi tiến hành gia công và lắp đặt.

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG VÀ TÍNH TOÁN CHO QUÁ TRÌNH SẤY THỰC

Nhiệt lượng đưa vào thiết bị gồm:

Nhiệt lượng do tác nhân nhận được từ calorifer QK (kJ/h)

Nhiệt lượng do không khí mang vào: Gk.h0

Nhiệt lượng do vật sấy mang vào: G1.C1.tvl

Nhiệt lượng mang ra khỏi thiết bị gồm:

Nhiệt lượng khí thải ra (Gk + Gn).h2

Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra G2.C2.t2

Nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che QBC (kJ/h)

3.2.1.1 Phương trình cân bằng nhiệt

Gk.h0 + Qk + G1.C1.tvl = (Gk + Gn).h2 + QBC + G2.C2.t2 (3-1) Trong đó:

Cn là nhiệt dung riêng của nước (J/kg.độ), Cn = 4,186 (kJ/Kg.độ)

+ Nhiệt lượng do vật sấy ẩm mang vào có thể tính theo công thức:

Với t1 = 180 0 C là nhiệt độ khí vào buồng sấy

Qk = (Gk + Gn).h2 + QBC + G2.C2.(t2 - tvl )- Gn.Cn.tvl - Gk.h0

 QK = (Gk + Gn).h2 - Gk.h0 + G2.C2.(t2 - tvl ) - Gn.Cn.tvl + QBC (3-3) Đặt A = (Gk + Gn).h2 - Gk.h0 + G2.C2.(t2 - tvl ) - Gn.Cn.tvl (3-4) Thay (3-4) vào (3-3) ta được: QK = A + QBC(3-5)

Với: h 2 = h 1 = 237,3 (kJ/kg kk ), h 0 = 81,2 (kJ/kg kk )

3.2.1.2 Tính tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che Q BC

Chế độ chuyển động của không khí trong thiết bị

Re là chuẩn số Renoylds w là tốc độ trung bình của tác nhân sấy (m/s)

DT là ường kính thiết bị (m)

 là độ nhớt động lực học (m 2 /s)

Với t2 = 80 0 C là nhiệt độ khí ra

Hệ số cấp nhiệt từ trong lòng đến thành tháp do đối lưu cưỡng bức:

Với: Nu là chuần số Nusselt là hệ số nhân = f(Re, H/DT)

H là chiều cao phần trụ (m)

Hệ số dẫn nhiệt của không khí ở nhiệt độ 130 o C: [15]

Hệ số cấp nhiệt đối lưu tự do:

[16] (3-13) Với:Gr là chuẩn số Grashof được tính:

Với: g là gia tốc trọng trường (m/s 2 )

Hệ số cấp nhiệt trong trường hợp này là:

Vậy hệ số cấp nhiệt tổng quát từ trong lòng buống sấy đến thành trong thiết bị là:

Với k là hệ số tính đến độ nhám của thành trong, vệt nhám ngang k = 1,201

Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của thiết bị đến môi trường xung quanh được xác định khi nhiệt độ không khí bên ngoài là 30 °C và nhiệt độ lớp thép bên ngoài thiết bị là 60 °C.

(3-18) Ở nhiệt độ 45 0 C, tra bảng thông số không khí ta có: ,

(3-19) Vậy thay (3-19) vào (3-13) ta có chuẩn số Nusselt là:

Hệ số cấp nhiệt do bức xạ:

[17] (3-22) Trong đó: : là độ đen của vật, hệ thống làm bằng thép chọn [18]

: là hệ số cấp nhiệt của vật đen tuyệt đối, chọn (W/m 2 K 4 ) [18]

Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị vào không khí thay (3-21) và (3-23) vào

Chọn vật liệu cách nhiệt cho hệ thống sấy phun là bông thủy tinh, hệ số dẫn nhiệt là

Chọn vật liệu cho thiết bị là thép inox 304 với bề dày 2 mm, trong khi bề dày lớp cách nhiệt và lớp vỏ bảo vệ (inox 304) là 1,2 mm.

Lượng nhiệt truyền từ trong buồng sấy do cấp nhiệt là:

: nhiệt độ bên trong và và bên ngoài của lớp thành bên trong thiết bị

Như vậy lớp là lớp cách nhiệt nên nhiệt độ

: nhiệt độ bên trong và và bên ngoài của lớp bảo vệ bên ngoài thiết bị

: đường kính của thiết bị bao gồm lớp các nhiệt và lớp bảo vệ

Từ (3-25) và (3-26) ta có: Để phù hợp với yêu cầu kĩ thuật thiết bị và giảm thiểu sự thất thoát nhiệt, ta chọn

D ng = = Hệ số truyền nhiệt tổng quát từ trong lòng thiết bị ra môi trường xung quanh:

Diện tích buồng sấy tính theo:

Với R là bán kính buồng sấy (m)

H là chiều cao phần hình trụ (m) l s là độ dài đường sinh l s = = = 0,57 (m)

Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình giữa môi trường trong thiết bị và môi trường xung quanh:

Q BC = K.F ttb = 0,815.2.123,31 = 214 (J/s) = 771 (kJ/h) [17] (3-29) Thế (3-6) và (3-29) vào (3-5) ta được:

3.2.2 Tính toán các thông số quá trình sấy thực

Xác định đường cong sấy thực tế

Trong quá trình nung nóng không khí bằng calorifer thì hàm ẩm của nó không đổi nên d 1 = d 0

Entanpy của không khí trước và sau calorifer được tính như sau : h 0 = 1,004.t 0 + (2500 + 1,84.t 0 ).d 0 = 1,004.30 + (2500 + 1,84.30) 0,02

Vì quá trình sấy thực có tổn thất nên d’2 và h’2 được xác định bởi hệ phương trình:

Từ (3-30) và (3-31) => h’2 = 228,3 (kJ/kgkkkhô) và d’2 = 0,056 (kg ẩm/kgkk) (3-32)

P - áp suất khí trời mmHg;

Ph2 - áp suất riêng của hơi nước ở nhiệt độ t2;

Theo công thức theo dạng Antoine:

2 = 100 = 17,81 % (3-34) Xác định lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy thực

+ Lượng không khí tiêu hao riêng: l’ = = = 27,78 (kgkk khô/kg ẩm) [12] (3-35) + Lượng không khí tiêu hao trong quá trình sấy vât liệu:

TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ

3.3.1 Tính toán lựa chọn cyclone

Diện tích tiết diện ngang của cyclone:

F (m 2 ) là diện tích tiết diện ngang của cyclone wp: tốc độ quy ước, thường wq = (2,2 – 2,5) (m/s) Chọn wq = 2,4 (m/s)[15]

Qv: là lưu lượng không khí vào (m 3 /h), Qv = Vt = 93,06 (m 3 /h)

Tốc độ thực tế trong cyclone: vtt = (3-40) Với: N là số cyclone, N = 1 v tt = = 2,3 (m/s) (3-41)

Thế (3-41) vào biểu thức dưới đây ta có độ sai biệt so với tốc độ tối ưu

Như vậy: Vtt = 2,3 (m/s) đạt yêu cầu Đường kính của ống thoát khí ra:

Với : w r = (4-8) (m/s) tốc độ dòng khí thoát ra khỏi cyclone, chọn w r = 7 (m/s), do đó đường ống thoát khí được xác định: d 1 = 2.r 1 = 2 = 0,07 (m)

Kích thước cơ bản cyclone theo đường kính, thế (3-39) vào các công thức tính theo dạng cyclone H-15 [11], ta có bảng 3.5 sau đây:

Bảng 3.5 Các thông số kích thước của cyclone Đường kính ống tâm d1 = 0,6.D = 0,6.120 = 72 mm

Chiều cao phần trụ Ht = 2,26.D = 2,26.120 = 271,2 mm

Chiều cao phần nón H n = 2.D = 2.120 = 240 mm

Chiều rộng cửa vào b = 0,26.D = 0,26.120 = 31,2 mm

Chiều cao thiết bị cyclone H = 4,56.D = 4,56.120 = 547,2 mm Chiều cao bên ngoài ống tâm h4 = 0,3.D = 0,3.120 = 36 mm

Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 = 1,74.D = 1,74.120 = 208,8 mm Đường kính cửa tháo bụi d2 = 0,3.D = 0,3.120 = 36 mm

Sử dụng bơm nhu động hút dịch thể vào buồng sấy, bơm nhu động không tạo ra áp suất nên p 1 = p 2

Lưu lượng dịch sữa theo lý thuyết: V = 5 (lít /h) = 0,005 (m 3 /h)

Cột áp toàn phần bơm tạo được khi chạy:

H = + H o + ΔH [20] (3-43) Trong đó: p1 và p2 là áp suất trên bề mặt chất lỏng khoảng hút và khoảng đẩy

38 ρ là khối lượng riêng của dịch chất lỏng, ρ 42,6 (kg/m 3 ) g là gia tốc trọng trường (m/s 2 )

H0: chiều cao hình học đưa chất lỏng lên: H0 = 2 (m) ΔH: áp suất mất đi do khắc phục trở lực trên đường ống, giả sử ΔH = 3%H (m)

Thế các giá trị vào (3-43) ta được:

Công suất của bơm với η là hiệu suất hữu ích tổng cộng của thiết bị bơm, chọn η = 0,7

N b = = = 5.10 -3 (kW) = 5 (W) [20] (3-45) Để bơm làm việc an toàn ta lấy công suất lớn hơn công thức cần thiết, tính theo công thức:

Chọn hệ số an toàn là β = 2 (N = 5 (W) hệ số ma sát được tính theo công thức: λ = 0,1.(1,46 0,25 = 0,1.(1,46 0,25 = 0,026 (W/m.K) [15] (3-51)

Thay (3-51) và các giá trị trên vào (3-48) ta có ΔP k = 0,026 .0,779 + 2.1.0,779 = 1836 (N/m 2 ) (3-52)

Trở lực từ nắp ra buồng sấy

Chỉ xét tổn thất cục bộ do đột mở từ đường kính r = 32 (mm) của ống dẫn khí nóng ra buồng sấy có đường kính R = 600 (mm)

Tính hệ số trở lực cục bộ đột mở

 = ( ) 2 với A1, A2 là tiết diện ống dẫn và tiết diện buồng sấy (mm 2 ) nên  ( ) 2 = 0,992 (3-53)

Với vận tốc dòng khí thổi trong nắp như (3-49): wk = = 41,26 (m/s) (3-55) Thế (3-55) và (3-53) vào (3-54) ta được ΔPN-B= 0,992 0,779 = 249,45(N/m 2 ) (3-56)

Trở lực từ buồng sấy tới đường ống ΔPB-O=  (3-57)

Với vận tốc dòng khí thổi trong ống như (3-49): w k = = 41,26 (m/s ) (3-58)

Thế (3-58),  và tra từ bảng thông số của không khí [15] tại nhiệt độ 80 0 C vào (3-57) ta được: ΔPB-O = 0,1 1,02 = 32,92 (N/m 2 ) (3-59)

Tổn thất áp suất trong cyclone ΔPx = (3-60)

Với :  = 105 là hệ số trở lực của cyclone là khối lượng riêng của hỗn hợp không khí và bụi, kg/m 3 , tại nhiệt độ không khí ra là

Khối lượng riêng của bột sữa là 1426 kg/m³ và khối lượng riêng của không khí ra khỏi thiết bị là 0,989 kg/m³ Nồng độ bột sữa trong hệ khí vào cyclone đạt 3,15% (theo khối lượng).

Thế  và (3-62) vào (3-60) ta có: ΔPx = = 308 (N/m 2 ) (3-63)

Xác định trở lực đường ống là một yếu tố quan trọng trong hệ thống dẫn khí, nơi năng lượng bị thất thoát do ma sát trong dòng chảy, dẫn đến tổn thất áp suất dọc theo ống (ΔPms) do độ nhám của ống và tổn thất áp suất cục bộ tại các co, cua, gấp khúc hoặc khớp nối (ΔPcb) Theo phương trình Becnully, trở lực đường ống có thể được xác định một cách chính xác.

- Hệ số ma sát giữa dòng khí và ống (m)

- Hệ số trở lực cục bộ w- Vận tốc không khí trong ống (m/s)

- Khối lượng riêng không khí (kg/m 3 ) Đường ống dẫn khí được bố trí như hình vẽ 3.1:

Hình 3.1 Bố trí đường ống từ buồng sấy ra cyclone (X) và đường ống từ cyclone ra quạt hút (Y)

Ta bố trí hệ thống đường ống như hình 3.1, làm bằng inox có hệ số độ nhám là Ɛ = 0,05 (mm):

 Xét đoạn ống từ buồng sấy ra cyclone:

Tổng chiều dài đoạn ống từ ngõ ra buồng sấy đến cyclone là: 1,57 (m) với đường kính là

- Lưu lượng dòng khí ra VR = 93,06 (m 3 /h)

- Vận tốc dòng khí chảy trong ống tròn là:

= thế vào công thức trên ta được:

Re gh < Re < Re n  1,4.10 4 < 3,5.10 4 hệ số ma sát được tính theo công thức: λ = 0,1.(1,46 0,25 = 0,1.(1,46 0,25 = 0,026 (W/m.K) (3-68) Thay (3-62), (3-67), (3-68) vào (3-65) ta được:

 Xét đoạn ống từ cyclone ra quạt

Tổng chiều dài đoạn ống từ ngõ ra cyclone đến quạt là: 1,546 (m) với đường kính là 0,05 (m)

= thế vào công thức trên ta được:

Re gh < Re < Re n  1,6.10 4 < 2,99.10 4 < 52,17.10 4 => hệ số ma sát được tính theo công thức: λ = 0,1.(1,46 0,25 = 0,1.(1,46 0,25 = 0,026 (W/m.K) (3-71)

Thay (3-70), (3-71) và giá trị là khối lượng riêng của không khí tại nhiệt độ không khí ra 80 0 C , tra bảng ta được: =1kg/m 3 [15] vào (3-65) ta được: ΔPms2 = = 1,546 = 70 N/m2

+ Xác định ΔPcb Đường ống bố trí 5 góc cua 90 0 =1 ΔPcb= = 3.1,02 + 2.1 = 697,9(N/m 2 ) (3-73)

Thế (3-69), (3-72) và (3-73) vào (3-64) ta có trở lực đường ống: ΔPo= 169,6 +70 + 697,9 = 937,3(N/m 2 ) (3-74)

Công suất quạt được xác định:

- Hệ số an toàn (k = 1,1  1,2) chọn k = 1,2

q : Hiệu suất chung của quạt, ηq= (0,5 – 0,9) (chọn ηq = 0,7)

Lượng nhiệt yêu cầu cho quá trình sấy nóng không khí:

V: Lưu lượng theo thể tích của không khí 93,06 (m 3 /h)

: Khối lượng riêng của không khí = 1,165 (kg/m 3 ) (tra theo bảng tại nhiệt độ 30 0 C)

C P : Nhiệt dung riêng của không khí, lấy bằng 0,24 (kcal/kg 0 C) t 1 , t 2 : Nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ cuối của không khí khi qua calorifer, 0 C

Thay số vào (4-40) ta được:

QC = 93,06.0,24.1,165.(180-30) = 3902,93 (kcal/h) Tổng công suất điện cần cấp vào bộ sấy:

Chọn công suất điện 6 kW

Ta chọn 3 thanh điện trở cánh tản nhiệt hình chữ U có diện tích tiếp xúc với không khí lớn Mỗi thanh có các thông số:

Thông số Công suất Chiều dài Đường kính trục trong Đường kính cánh tản nhiệt

Giá trị 2 KW 400 mm 12 mm 25 mm 70 mm

Hình 3.2 và hình 3.3 là thanh điện trở được sử dụng và bộ phận caloriphe đã được thiết kế

Hình 3.2 Thanh điện trở cánh tản nhiệt hình chữ U Hình 3.3 Hình vẽ bộ phận caloriphe Để gia nhiệt lên 100- 200ᴼC cần thời gian lưu tối thiều 0,3 s

Chọn thể tích caloriphe 0,01 m 3 , chọn calorifer hình trụ: đường kính R = 0.085m và chiều cao H = 0.48 m, chọn bề dày cách nhiệt L = 0.05 m

THIẾT KẾ BẢN VẼ VÀ GIA CÔNG CƠ KHÍ

Thiết kế đầu phun

Cơ cấu phun ly tâm bao gồm các thành phần chính như đĩa li tâm, ốp hình chóp, bệ đỡ và nắp, với đĩa li tâm quay nhờ trục gắn trực tiếp vào động cơ qua hai bạc đạn Để đảm bảo hoạt động hiệu quả, các bộ phận cần được gia công cơ khí chính xác Đĩa li tâm hoạt động với tốc độ lên đến 10.000 vòng/phút, và cả bạc đạn, trục lẫn đĩa li tâm phải được căn chỉnh đồng tâm để chịu được tốc độ cao Hình 4.1 minh họa bản vẽ tổng quát của cơ cấu phun ly tâm.

Hình 4.1 Bản vẽ tổng quát đầu phun

Thiết kế buồng sấy

Buồng sấy hình trụ có đáy côn, với đường thoát bột và không khí nằm ở phía dưới Kích thước buồng sấy bao gồm đường kính 0,6 m và chiều cao 1,1 m, trong đó chiều cao của đáy côn là 0,5 m.

Buồng sấy được cấu tạo từ ba lớp: lớp trong dày 2 mm và lớp ngoài dày 1,2 mm làm từ inox 304, cùng với lớp giữa là bông thủy tinh cách nhiệt dày 35 mm Đường kính ngõ ra của buồng sấy là 42 mm, nằm ở phía đáy buồng Hình vẽ 4.2 minh họa bản vẽ thân buồng sấy để gia công.

Hình 4.2 Bản vẽ gia công thân buồng sấy

Buồng sấy được giữ vững bằng ba chân đế có kích thước như hình 4.3

Hình 4.3 Bản vẽ chân đế buồng sấy

Nắp buồng sấy được thiết kế với hai lớp inox 304 và lớp bông cách nhiệt ở giữa Bên trong nắp có ống dẫn nhiệt kết nối từ caloriphe vào buồng sấy, đảm bảo hiệu quả trong quá trình sấy.

Phần giữa của thiết bị sấy có hình lõm dạng côn, nơi chứa cơ cấu phun Để kết nối nắp với buồng sấy, sử dụng cơ cấu khớp nối như được minh họa trong hình 4.5.

Hình 4.4 Bản vẽ gia công nắp buồng sấy

Hình 4.5 Bản vẽ gia công khớp nối nắp - buồng sấy

Thiết kế đường ống

Đường ống từ đáy buồng sấy ra cyclonenhư hình 4.6 được chế tạo từ inox 304, có đường kính 42 mm và bề dày 1,2 mm Tổng chiều dài của đường ống là 1570 mm, bao gồm 2 phần.

50 khúc co vuông góc Đường ống dẫn từ nắp cyclone ra quạt hút được làm bằng inox 304 có đường kính 50 mm và bề dày 1.5 mm như hình 4.7

Hình 4.6 Bản thiết kế đường ống từ buồng sấy ra cyclone

Hình 4.7 Bản vẽ thiết kế đường ống từ cyclone ra quạt hút

Thiết kế cyclone

Cyclone thu hồi bột gồm 2 phần: phần nắp và phần thân được mô tả như hình 4.8, 4.9

Hình 4.8 Bản vẽ chi tiết phần nắp cyclone

Hình 4.9 Bản vẽ chi tiết thân cyclone

PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG VÀ CHẾ TẠO

Quá trình gia công chế tạo hệ thống máy sấy phun diễn ra tại xưởng gia công inox Hai Trường Thành, địa chỉ 765 TL43, khu phố 5, phường Tam Bình, quận Thủ Đức Xưởng sử dụng nhiều loại máy móc hiện đại như máy hàn, máy gò, máy tiện, máy mài, máy cắt và công nghệ CNC để gia công các thiết bị trong hệ thống sấy.

Vật liệu sử dụng:INOX 304, bông thủy tinh

INOX 304 là loại thép không gỉ phổ biến nhất trên thế giới, chiếm tới 50% tổng sản lượng thép không gỉ toàn cầu Chúng tôi lựa chọn INOX 304 để sản xuất thiết bị nhờ vào những tính năng vượt trội của nó.

INOX 304 có khả năng chống ăn mòn xuất sắc khi tiếp xúc với nhiều loại hóa chất khác nhau, giúp nó chống gỉ hiệu quả trong các ứng dụng kiến trúc Loại inox này cũng rất phù hợp cho môi trường chế biến thực phẩm nhờ vào tính dễ vệ sinh của nó.

Khả năng chịu nhiệt: INOX 304 thể hiện được khả năng oxi hóa tốt nhất ở nhiệt độ

870 - 925 0 C Trong những trường hợp yêu cầu độ bền nhiệt độ cao, thì người ta yêu cầu vật liệu có hàm lượng carbon cao hơn

Inox 304 có khả năng gia công vượt trội, cho phép tạo hình dễ dàng và dát mỏng mà không cần gia nhiệt Loại inox này cũng thể hiện khả năng hàn tuyệt vời, phù hợp với hầu hết các kỹ thuật hàn, ngoại trừ hàn gió đá.

So với các loại vật liệu thép không gỉ khác, giá thành của INOX 304 được xem là hợp lý, đồng thời vẫn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

Bông thủy tinh là vật liệu cách nhiệt hiệu quả, được làm từ sợi thủy tinh tổng hợp, tạo ra cấu trúc giống như len với nhiều túi khí nhỏ giữa các sợi Nhờ vào thiết kế này, bông thủy tinh có khả năng cách nhiệt cao Sản phẩm này được cung cấp dưới dạng cuộn hoặc tấm, với các tính chất nhiệt và cơ học khác nhau.

Bông thủy tinh, kết hợp với tấm nhôm và nhựa chịu nhiệt cao, tạo ra sản phẩm cách nhiệt và cách âm vượt trội, có thể được sử dụng ở dạng cuộn hoặc tấm Tấm cách nhiệt bông thủy tinh thường được áp dụng để chống nóng cho các công trình như nhà ở và xưởng Trong quá trình gia công lắp đặt thiết bị và đường ống, các khớp nối chuyên dụng như kẹp lem, then cài và gioăng chịu nhiệt cũng được sử dụng để đảm bảo hiệu quả cách nhiệt tối ưu.

ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CHO HỆ THỐNG

CÁC THÔNG SỐ CẦN ĐIỀU KHIỂN CỦA QUÁ TRÌNH SẤY PHUN

Trong hệ thống này, chúng tôi tập trung vào việc điều khiển các yếu tố quan trọng như tốc độ quay của đĩa ly tâm, lưu lượng quạt hút và nhiệt độ không khí nóng trong buồng sấy.

5.1.1 Điều khiển động cơ làm quay đĩa ly tâm Động cơ dùng cho việc quay đĩa ly tâm là động cơ Spindle 1.5KW dài 188mm như hình 5.1 Sau đây là thông số của động cơ được mô tả như bảng 5.1

Bảng 5.1 Các thông số của động cơ Spindle

Nhãn hiệu Changsheng Công suất 1,5 KW Tốc độ 24000 vòng/phút Điện áp 220V

Vòng bi 2 Vòng bi 7002C P4, 1 vòng 6002C P4 Làm mát Bằng nước

54 Để điều khiển số vòng quay động cơ chúng tôi sử dụng biến tần, với thiết bị làm mát bằng nước [24]

Biến tần là thiết bị điều chỉnh tần số dòng điện cho cuộn dây trong động cơ, cho phép kiểm soát tốc độ động cơ một cách liên tục mà không cần hộp số cơ khí Loại biến tần được sử dụng là LS IC5.

Hình 5.2 Biến tần LS IC5

5.1.2 Điều khiển quạt hút cho hệ thống

Quạt hút được điều chỉnh lưu lượng thông qua biến tần, sử dụng biến trở gắn trên tủ điện Loại quạt hút này là quạt con sò với các thông số cụ thể như hình 5.2.

Bảng 5.2 Các thông số của quạt

D-97615 Bad Neustadt Cột áp tối đa 2 bar abs

5.1.3 Điều khiển nhiệt độ không khí nóng

5.1.3.1 Đo lường nhiệt độ Đo lường nhiệt độ của khí nóng trước khi vào buồng sấy và sau khi ra khỏi buồng sấy bằng cảm biến nhiệt PT 100 cùng đồng hồ hiển thị

 Cảm biến nhiệt độ PT100

Cảm biến nhiệt độ PT100, hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại (RTD), được làm từ kim loại Platinum và có giá trị điện trở 100 Ohm ở 0°C Đây là loại cảm biến thụ động, do đó cần cấp nguồn ngoài ổn định để hoạt động hiệu quả.

Thông Số kỹ thuật: Độ dài dây: 200 cm

Dây cảm biến nhiệt PT100 bao gồm một đầu dò ống trụ có đường kính 4mm và chiều dài ống trụ là 60mm

Hình 5.3 Đồng hồ hiển thị nhiệt độ

Bộ điều khiển nhiệt độ có khả năng tương tác với nhiều loại đầu vào như điện trở platinum, cặp nhiệt và cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc, từ đó hiển thị kết quả nhiệt độ đo được trên màn hình.

Hình 5.4 Đồng hồ điều khiển nhiệt độ

Đồng hồ điều khiển nhiệt độ 56 cho phép lựa chọn đầu vào can nhiệt từ cặp nhiệt ngẫu loại K, loại J và nhiệt điện trở RTD (PT100) Đầu ra của thiết bị này được sử dụng để điều khiển việc đóng ngắt nguồn điện cung cấp cho các thanh điện trở gia nhiệt thông qua SSR.

Rơle bán dẫn (SSRs) sử dụng vật liệu bán dẫn để điều khiển dòng điện mà không cần tiếp điểm cơ khí như trong rơle điện từ Chúng hoạt động bằng cách tách biệt tín hiệu điều khiển đầu vào và điện áp tải đầu ra, nhờ vào một loại quang coupler cảm biến ánh sáng.

CÁCH THỨC ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN

Sử dụng tủ điện để tích hợp các bộ phận, thiết bị cần thiết cho quá trình điều khiển các yếu tố nêu trên

Tủ điện điều khiển là thiết bị cung cấp nguồn động lực cho các động cơ lớn, đồng thời thực hiện chức năng điều khiển chế độ khởi động, giám sát và bảo vệ cho động cơ, quạt, và các thiết bị như caloriphe Hình 5.6 minh họa một loại tủ điện điều khiển điển hình.

Ngoài các thiết bị điều khiển, tủ điện bao gồm các bộ phận là CB, cầu chì, bộ chuyển đổi nguồn, công tác, rơ le, biến trở, nút nhấn

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG

Mạch động lực cung cấp điện năng cho động cơ, chuyển đổi điện năng thành cơ năng trên trục động cơ và cung cấp năng lượng cho các thanh điện trở Trong thiết bị sấy phun, tải bao gồm động cơ điện quay đĩa ly tâm, động cơ quạt và caloriphe Hình 5.7 minh họa mạch điện động lực cho máy sấy phun.

Hình 5.7 Mạch động lực máy sấy phun

Mạch điều khiển là mạch điện quan trọng, có nhiệm vụ phát tín hiệu điều khiển cho linh kiện công suất trong mạch động lực, đảm bảo hoạt động theo nguyên tắc biến đổi Đồng thời, mạch này cũng xử lý thông tin từ các ngõ vào và ngõ ra, nhằm tạo ra các tín hiệu chính xác và hiệu quả.

Mạch điều khiển sử dụng bộ điều khiển nhiệt độ qua SSR giúp duy trì mục tiêu điều khiển đã đặt ra, điều chỉnh nhiệt độ của khí ra khỏi caloriphe một cách hiệu quả.

Hình 5.8 Mạch nguyên lý điều khiển heater

Khi nhấn công tắc heater, đèn báo hiệu sáng đồng thời tiếp điểm 8 – 12 của rơ le đóng

Bộ điều khiển nhiệt độ và SSR hoạt động theo nguyên lý kín mạch, khi đầu dò nhiệt ghi nhận giá trị thấp hơn nhiệt độ cài đặt, SSR sẽ đóng mạch để làm cho điện trở hoạt động Ngược lại, nếu giá trị nhiệt cao hơn mức cài đặt, SSR sẽ hở mạch, dẫn đến việc không có dòng điện chạy qua điện trở khô.

Hình 5.9 Mạch nguyên lý điều khiển động cơ, quạt thông qua biến tần điều khiển bằng biến trở ngoài

Mạch nguyên lý điều khiển động cơ và quạt thông qua biến tần được điều khiển bằng biến trở ngoài Khi nhấn công tắc, động cơ và quạt hoạt động, đồng thời đèn báo hiệu sáng và tiếp điểm 8 – 12 của rơ le đóng Biến trở được kết nối với các chân CM tương ứng.

Chân P1 của biến tần VI, VR có nhiệm vụ cài đặt lệnh chạy cho biến trở ngoài, nhưng chỉ khi rơ le đã đóng Nếu rơ le không đóng, biến tần sẽ không hoạt động dù biến trở có được điều chỉnh.

AN TOÀN LAO ĐỘNG, PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY

AN TOÀN LAO ĐỘNG

6.1.1 Các biện pháp an toàn trong quá trình gia công, thiết kế

Thiết bị sấy phun yêu cầu nhiệt độ cao từ 150-200 độ C để thực hiện quá trình sấy hiệu quả Buồng sấy là khu vực có nhiệt độ cao, trong đó ống dẫn từ calorifer đến nắp được bọc bông thủy tinh cách nhiệt nhằm ngăn chặn thất thoát nhiệt Điều này không chỉ đảm bảo hiệu suất sấy mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng trong quá trình vận hành.

Máy sấy có khối lượng nặng hơn 100 kg, với nhiều bộ phận được lắp ráp chắc chắn Chân đế được hàn trực tiếp vào buồng và thiết kế với ba điểm tiếp xúc trên mặt đất theo hình tam giác, tạo ra một mặt phẳng vững chắc, đảm bảo độ kiên cố cho buồng sấy.

Chiều cao tổng thể của máy và chân đế là 150 cm, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng Nắp buồng và các khớp nối được trang bị gioăng chịu nhiệt, đảm bảo độ kín và ngăn ngừa khí nóng rò rỉ, từ đó giảm thiểu tổn thất nhiệt và bảo đảm an toàn cho người vận hành Động cơ quay đĩa có tốc độ cao được gắn cố định trên nắp buồng sấy, với thiết kế chắc chắn để giữ động cơ ổn định Để đối phó với nhiệt độ tăng cao do động cơ hoạt động, máy được trang bị hệ thống làm mát bằng nước, giúp ngăn ngừa cháy nổ và hao mòn động cơ.

Mỗi bộ phận của thiết bị, bao gồm động cơ quay đĩa, quạt hút, calorifer và đồng hồ hiển thị, đều được trang bị cầu chì riêng biệt nhằm ngăn chặn nguy cơ cháy nổ, đảm bảo an toàn cho cả thiết bị lẫn người vận hành.

Dây điện nối từ calorifer, động cơ và quạt hút đến tủ điện được bố trí trên tường để đảm bảo an toàn và tránh chập điện Tất cả các thiết bị đều được nối đất bằng thanh kim loại dẫn điện tốt cắm sâu trong đất, nhằm bảo vệ khi thiết bị gặp sự cố rò điện.

Khi thiết bị điện gặp sự cố, dòng điện rò sẽ tự động thoát xuống đất, giúp bảo vệ người sử dụng khỏi nguy cơ bị điện giật Nguyên nhân là do điện thế của mặt đất luôn được xem là bằng 0, trong khi dòng điện di chuyển từ điện thế cao sang điện thế thấp, nhằm giảm thiểu nguy hiểm cho người dùng.

Có thiết bị tự động dừng hoặc điều khiển bằng tay cho từng bộ phận: động cơ, quạt, calorifer, bơm nhập liệu và toàn bộ hệ thống

6.1.2 Các biện pháp an toàn trong bố trí và lắp đặt

Tủ điện được lắp đặt trên tường, gần với cầu dao nguồn, ở độ cao 130cm so với mặt đất, giúp người vận hành dễ dàng quan sát, sử dụng và điều chỉnh.

Calorifer 6 KW có công suất lớn và nhiệt độ cao, nên cần được lắp đặt cách xa tủ điện và khuất phía sau buồng sấy để đảm bảo an toàn, tránh nguy cơ cháy nổ và bỏng do nhiệt.

Quạt hút được lắp đặt sau buồng sấy để đảm bảo an toàn cho người qua lại, trong khi ống dẫn khí nóng được thiết kế để thải ra xa khu vực vận hành máy.

Máy sấy được đặt trong một khu vực rộng rãi, thoáng mát, gần nguồn nước, gần tường, gần cửa sổ đảm bảo đủ ánh sáng

Để đảm bảo an toàn trong khu vực vận hành máy, cần bố trí các cảnh báo an toàn, bình cứu hỏa, tiêu lệnh chữa cháy và quy trình vận hành máy rõ ràng Ngoài ra, cũng cần lưu ý đến những hướng dẫn khi vận hành máy và cách khắc phục các lỗi nhỏ, lỗi thường gặp để nâng cao hiệu quả làm việc và giảm thiểu rủi ro.

6.1.3 Các biện pháp an toàn trong vận hành máy sấy phun

6.1.3.1 Trong quá trình vận hành phải tuân thủ các nguyên tắc sau

 Ngoài người phụ trách ra không ai được khởi động điều khiển máy

 Trước khi khởi động máy phải kiểm tra thiết bị an toàn và vị trí đứng

 Trước khi đi làm việc khác phải tắt máy, không để máy hoạt động khi không có người điều khiển

 Cần tắt công tác nguồn khi bị mất điện

 Khi muốn điều chỉnh máy, phải tắt động cơ và chờ cho khi máy dừng hẳn, không dùng tay hoặc gậy để làm dừng máy

Khi vận hành máy, việc mặc trang bị bảo vệ cá nhân phù hợp là rất quan trọng, bao gồm không mặc quần áo dài quá, không cuốn khăn quàng cổ và đeo găng tay.

 Kiểm tra máy thường xuyên và kiểm tra trước khi vận hành

 Trên máy hỏng cần treo biển ghi “Máy hỏng” [f]

6.1.3.2 Quy trình vận hành và tắt máy an toàn

Cách thức vận hành máy:

Hình 6.1 Sơ đồ vận hành máy

Bước 1: Tắt bơm nguyên liệu

Bước 2: Vặn từ từ cho biến trở hay tốc độ động cơ về 0, rồi nhấn công tắc tắt động cơ, tắt bộ phận làm mát

Để hoàn tất quy trình, hãy nhấn tắt công tắc của calorifer Sau khi tắt các bộ phận liên quan, vẫn cần bật quạt hút để làm nguội calorifer và buồng sấy, cho đến khi nhiệt độ đầu vào của khí hiển thị giảm xuống dưới mức quy định.

Khởi động quạt và điều chỉnh tốc độ

Bật công tắc caloriphe, cài đặt nhiệt độ cần sấy

Bật CB nguồn, công tắc tổng ở tủ điện

Khi đồng hồ hiển thị đạt đến nhiệt độ cài đặt, chạy và điều chỉnh động cơ, đồng thời bật bộ phận làm mát cho động cơ

Khởi động bơm nguyên liệu, điều chỉnh tốc độ bơm Thu sản phẩm

Để hoàn tất quy trình, trước tiên bạn cần tắt quạt bằng cách vặn từ từ biến trở hoặc giảm tốc độ động cơ về 0, sau đó nhấn công tắc để tắt Tiếp theo, hãy tắt công tắc tổng và ngắt cầu dao (CB) trước khi tiến hành vệ sinh thiết bị.

6.2 PHÕNG CHÁY CHỮA CHÁY (PCCC)

 Niêm yết nội quy PCCC, biển cấm lửa, cấm hút thuốc, tiêu lệnh chữa cháy ở những nơi dễ cháy nổ

 Thực hiện các biệ pháp, giải pháp kỹ thuật để chống chế và kiểm soát chặt chẽ các nguồn lửa, nguồn nhiệt, sinh lửa, sinh nhiệt

 Lắp đặt các thiết bị bảo vệ cho hệ thống điện

 Thường xuyên kiểm tra các thiết bị trong hệ thống, đặc biệt là tủ điện điều khiển.

KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM

KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ SẤY TRÊN MỘT SỐ LOẠI NGUYÊN LIỆU

Hệ thống máy sấy phun được lắp đặt tại phòng thí nghiệm của khoa Công nghệ Hóa học và Thực Phẩm, thuộc trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, như mô tả trong hình 7.1.

Hình 7.1.Máy sấy phun sau khi lắp đặt

Chúng tôi đã tiến hành vận hành máy sấy cho nhiều loại nguyên liệu như sữa và cà phê, sử dụng các chế độ sấy khác nhau được trình bày trong bảng 7.1 Các mẫu khảo sát có nồng độ 40% chất khô và được phun sương bằng đĩa ly tâm với tốc độ 10.000 vòng/phút, trong khi tần số cài đặt của quạt là 40 Hz.

Bảng 7.1 Bảng khảo sát nhiệt độ sấy của các mẫu

Mẫu Nhiệt độ sấy khí nóng vào

KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

Hình 7.2 và hình 7.3 là sản phẩm bột cà phê và bột sữa sau khi sấy ở các chế độ khác nhau

Hình 7.2 Sản phẩm bột cà phê sấy ở các nhiệt độ khác nhau

Hình 7.3 Sản phẩm bột sữa sấy ở các nhiệt độ khác nhau

Sau khi thử nghiệm sấy trên các mẫu nguyên liệu với chế độ sấy khác nhau, máy hoạt động ổn định và sản phẩm thu được có màu sắc đặc trưng, kích thước hạt đồng nhất và mịn, đồng thời vẫn giữ được hương thơm đặc trưng Tuy nhiên, hiệu suất thu hồi bột ở cyclone còn thấp do bột dính vào buồng sấy, nhưng chất lượng bột này vẫn tương đương với bột thu hồi từ cyclone.

TÓM TẮT KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Các thông số kỹ thuật chính của máy được tóm tắt trong bảng A

Bảng A: Các thông số chính của máy

PHẦN BỘ PHẬN THÔNG SỐ KẾT QUẢ

Tồng chiều cao 110 cm Đường kính phần trụ 60 cm

Bề dày 3,82 cm Đường kính ngõ ra sản phẩm 4,2 cm

Cyclone Tổng chiều cao 54,72 cm Đường kính phần thân trụ 12 cm Đường kính ống tâm 7,2 cm

Chiều cao ống tâm có mặt bích 20,88 cm Đường kính ngõ vào 4,2 cm Đường kính ngõ ra 4,2 cm Đường kính của tháo bụi 3,8 cm Ống dẫn

Tổng chiều dài và đường kính từ buồng sấy ra cyclone

Tổng chiều dài và đường kính từ cyclone ra quạt

Quạt 1,1 kW Động cơ 1,5 kW

Bài viết này trình bày toàn bộ quá trình tính toán thiết kế hệ thống sấy phun, bao gồm các bộ phận chi tiết đã được tính toán kỹ lưỡng Chúng tôi đã tạo ra sản phẩm cụ thể đáp ứng yêu cầu của đồ án tốt nghiệp Kết thúc quá trình thực hiện, chúng tôi đã đạt được một số kết quả nhất định.

 Thiết kế và chế tạo thành công máy sấy phun với năng suất 5 lít/h

 Máy vận hành ổn định, thực hiện sấy một số nguyên liệu cho kết quả tốt

Tuy nhiên, do thời gian và kinh phí hạn chế nên máy chế tạo ra vẫn còn tồn tại các nhược điểm:

 Năng suất thu hồi sản phẩm tại cyclone chưa cao do sản phẩm dính lên thành buồng sấy khá nhiều

Gia công cơ khí hiện tại chưa đạt độ chính xác cao, dẫn đến việc không đảm bảo độ kín tuyệt đối cho buồng sấy, đặc biệt là tại vị trí tiếp xúc giữa nắp và thân buồng sấy.

 Hệ thống khi vận hành còn tạo ra tiếng ồn lớn

 Bộ phận caloriphe chưa đảm bảo cách nhiệt tốt

 Do thiết bị khá nặng và cồng kềnh nên khâu chuẩn bị vận hành và vệ sinh thiết bị còn gặp nhiều khó khăn

 Chưa tìm được loại vòng bi có độ bền cao phù hợp với tốc độ quay cao của động cơ

 Cách thức lắp đặt một số bộ phận còn khá thủ công

Để cải thiện hệ thống sấy phun và khắc phục các vấn đề hiện tại, chúng tôi đề xuất một số phương hướng phát triển trong tương lai nhằm tối ưu hóa hiệu suất và tính năng của hệ thống này.

 Bố trí cần gạt thu hồi sản phẩm bên trong buồng sấy để có năng suất thu hồi sản phẩm cao hơn

 Sử dụng lớp gioăng đệm giữa nắp và thân buồng sấy cho phù hợp (đảm bảo độ kín và chịu được nhiệt độ cao)

 Tăng bề dày lớp bông thủy tinh ở caloriphe để đảm bảo cách nhiệt tốt

Hệ thống sấy phun này có tính ứng dụng cao và tiềm năng phát triển, cho phép sản phẩm hoàn thiện hơn Nó phù hợp sử dụng trong các phòng thí nghiệm với chi phí thấp, dễ vận hành và sửa chữa, vượt trội hơn so với các máy hiện có trên thị trường.

[1] M W Woo 2013 Spray drying for food powder production Woodhead Publishing Limited 1st 4-5, 10-12

[2] R P Patel, M P Patel and A M Suthar 2009 Spray drying technology: an overview Indian Journal of Science and Techno Vol.2 No.10 1,3

[3] S Katta and W H Gauvin 1975 Some Fundamental Aspects of Spray Drying AlChE Journal (Vol 21, No 1) 9

[4] Jessica Elversson & Anna Millqvist-Fureby 2005.Particle Size and Density in Spray

Drying—Effects of Carbohydrate Properties Published online in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com) DOI 10.1002/jps.20418 1,2

[5] M Mezhericher, A Levy, I Borde 2010 Spray drying modelling based on advanced droplet drying kinetics Elsevier 1st 3

[6] Hector Elizondo and T P Labuza 1974 Death Kinetics af Yeast in Spray Drying.Biotechnology and Bioengineering Vol XVI 1

[7] Spray drying technology for the production and processing of microencapsulated omega-3 fish oil with egg powder

[8]Krzysztofcal, Krzysztof Sollohub 2009 Reviews Spray Drying Technique I: Hardwareand Process Parameters Wiley InterScience 1st 1,2.6 7-9

[9] J.J.Tuohy 1989 Some Physical Properties of Milk Powders Irish Journal of food

[10] Lê Văn Việt Mẫn 2004 Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống tập 1

1 Xưởng In Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP HCM: Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM [125 - 137]

[11] PGs.TS Hoàng Văn Chước 2006 Thiết kế hệ thống thiết bị sấy 1 Xưởng In NXB Văn hóa Dân tộc: Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 11-12

[12] GS.TSKH Trần Văn Phú 2004 Kỹ thuật sấy 1 Công ty cổ CP In- Thương mại Hà Tây: Nhà xuất bản giáo dục 14-18,23,30, 57-58,261

[13] PGs.TS Hoàng Văn Chước 2004 Kỹ Thuật sấy 3 Nhà In Đại học Quốc gia: Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 31-34

[14] Nguyễn Văn May 2002 Giáo trình Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm 1 Xí nghiệp

In 15: Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật 27-29

Gs.TSKH Nguyễn Bin và cộng sự đã xuất bản cuốn "Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1" vào năm 2006 Tài liệu này do Nhà In Hà Nội và Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật phát hành, cung cấp thông tin chi tiết về các quá trình và thiết bị trong lĩnh vực công nghệ hóa chất, với các trang quan trọng ở số 127, 129, 318, 359, và 377.

PGs.TS Phạm Văn Bôn (2006) đã trình bày trong cuốn sách "Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm" tập 5, xuất bản bởi Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM, những kiến thức quan trọng về công nghệ hóa học và thực phẩm Cuốn sách cung cấp thông tin chi tiết trên các trang 40, 43, 59 và 67, giúp người đọc hiểu rõ hơn về quy trình và thiết bị trong ngành công nghiệp này.

TS Nguyễn Tấn Dũng (2013) đã trình bày chi tiết về quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học và thực phẩm trong tập 2 phần 1 Tài liệu được xuất bản bởi Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM và cung cấp thông tin quan trọng cho nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực này Các trang 167, 266, 331, 334 chứa nội dung đáng chú ý, giúp người đọc hiểu rõ hơn về công nghệ và thiết bị liên quan.

Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, do Gs.TSKH Nguyễn Bin và cộng sự biên soạn vào năm 2005, được xuất bản bởi Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật tại Hà Nội Tài liệu này cung cấp những kiến thức quan trọng về quy trình và thiết bị trong ngành công nghệ hóa chất.

TS Nguyễn Tấn Dũng (2013) đã biên soạn cuốn sách "Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm" tập 1, xuất bản bởi Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM Tài liệu này cung cấp kiến thức quan trọng về các quy trình và thiết bị trong lĩnh vực công nghệ hóa học và thực phẩm, với các trang tham khảo từ 29, 50, 156, 157, 256 và 287.

[20] PGs.TS Phạm Văn Bôn và cộng sự Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 10.1 Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh.5,6

[21] http://huongnghiep24h.com/tu-van-nghe-nghiep/nganh-cong-nghe-thuc-pham-hoc-gi- lam-gi.html

[22]http://www3.skhcn.bentre.gov.vn/Pages/ChuyenMuc.aspx?IDw3&InitialTabId=Ribb on Read&PageIndexb

[23] http://greensol.com.vn/tu-dien-dieu-khien/130-tu-dien-dieu-khien-la-gi

[24] http://windcam.vn/spindle-1-5kw-188mm-174.az

[25] http://mualinhkien.vn/san-pham/771/day-do-nhiet-do-pt100.html

[26] http://123doc.org/document/1848368-an-toan-lao-dong-nganh-co-khi-doc.htm