Tính toán thiết kế chế tạo hệ thống sấy phun với cơ cấu phun ly tâm

THIẾT KẾ THIẾT BỊ – CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG, TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ

MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI THIẾT KẾ

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

CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN TRONG HỆ THỐNG SẤY PHUN

Dựa trên các thông số ban đầu cùng với phương trình cân bằng vật chất và năng lượng, chúng tôi tiến hành tính toán và thiết kế các thiết bị theo một quy trình tuần tự.

Bước 1: Lựa chọn các thông số ban đầu

Các thông số đầu vào và đầu ra bao gồm năng suất nhập liệu, nồng độ nhập liệu, độ ẩm, nhiệt độ đầu vào và đầu ra sản phẩm.

Các thông số kỹ thuật để đạt các yêu cầu đặt ra như đầu vận tốc đầu phun, kích thước đĩa phun,

Bước 2: Cân bằng vật chất

Sau khi lựa chọn được các thông số cơ bản tính toán cân bằng vật chất nhằm tính lượng ẩm bốc ra, lưu lượng khí nóng cần cung cấp

Bước 3: Tính toán kích thước buồng sấy

Có nhiều cách để tính toán kích thước buồng sấy, ở đây tôi dựa theo bán kính tán phun đĩa ly tâm để thiết kế đường kính buồng sấy

Bước 4: Xác định thời gian sấy Để tính toán thời gian sấy ta cần nắm được động học quá trình sấy, quỹ đạo chuyển động của tác nhân sấy

Bước 5: Tính cân bằng năng lượng

Tính lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy bao gồm nhiệt cần cho quá trình đốt nóng vật liệu ẩm, nhiệt bay hơi nước

Bước 6: Tính quá trình sấy thực

Lượng nhiệt thực tế cần cung cấp bằng nhiệt để thực hiện quá trình sấy và nhiệt để tổn thất

Từ lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực ta tính được lưu lượng khí nóng cần cung cấp

Bước 7: Tính toán thiết bị phụ

Các thiết bị phụ bao gồm xylon, quạt hút, bơm nhập liệu, calorifer.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.3.1 Các thông số ban đầu Điều kiện không khí ngoài trời tại Thành phố Hồ Chí Minh có nhiệt độ trung bình t0

Năng suất nhập liệu: Gt = 5 lít/h Độ ẩm của nguyên liệu sấy ban đầu: W1 = 55% Độ ẩm thành phẩm: W2 = 3%

Nhiệt độ của nguyên liệu đầu vào: tv1 = 40℃

Khối lượng riêng của nguyên liệu trước khi sấy: 𝜌 𝑑𝑡 = 1142,6 (kg/m 3 )

Xác định khối lượng riêng sữa bột sau khi sấy:

Khối lượng riêng sữa bột sau khi sấy 𝜌 𝑏 = 1427,55 (kg/m 3 ) [8]

Xác định nhiệt dung riêng của sữa sau khi cô đặc

Nhiệt dung riêng của sữa sau khi cô đặc có giá trị Ccđ = 2,94 (kj/kg℃) [2]

Xác định nhiệt dung riêng của bột sau sấy

Nhiệt dung riêng của sữa bột thành phẩm có giá trị: Cb = 1,44 (kj/kg.℃) [2]

2.3.2 Tính cân bằng vật chất

Năng suất nhập liệu tính theo khối lượng nguyên liệu:

Trong suốt quá trình sấy thì hàm lượng chất khô tổng trong nguyên liệu và trong sản phẩm là như nhau nên ta có:

G0: hàm lượng chất khô tổng trong nguyên liệu (kg/h)

G1: năng suất nhập liệu (kg/h)

G2: khối lượng sản phẩm (kg/h)

Lượng ẩm bốc ra từ vật liệu trong quá trình sấy được xác định bằng sự chênh lệch giữa khối lượng nguyên liệu đầu vào và khối lượng sản phẩm cuối cùng.

 Tính toán các thông số trong quá trình sấy

Trong quá trình sấy phun, nhiệt độ đầu vào thường được thiết lập ở mức 180℃, trong khi nhiệt độ đầu ra dao động từ 70 đến 90℃, phụ thuộc vào nhiều yếu tố Do đó, trong thiết kế này, chúng tôi đã chọn nhiệt độ đầu vào là 180℃ và nhiệt độ đầu ra là 80℃.

 Độ chứa hơi của không khí ban đầu: Độ chứa ẩm của không khí là tỷ số giữa khối lượng hơi nước và khối lượng không khí khô: d0 = 𝐺 𝑛

Pk : áp suất không khí khô

Pn : áp suất ẩm trong không khí

Pn = 𝜑 0 Phbh tại thời điểm t0 tra theo đồ thị h-d ta có Phbh = 38 mmHg = 5067 (N/m 2 )

Với Phbh là áp suất khí tại trạng thái bão hòa, 𝜑 0 là độ ẩm tương đối của không khí Áp suất khí quyển 𝛽 = 760 mmHg = 760/(7,5.10 -3 ) = 101333,33 (N/m 2 ) = 1 atm

𝛽−𝜑 0 ∗𝑃 ℎ𝑏ℎ (2.5) Áp suất hơi bão hoà ứng với nhiệt độ t0 được xác định theo công thức:

= 0,0422 bar = 0,0416 atm (1bar = 0,98692 atm) thế vào (2.5) ta được: d0 = 0,622.0,77.0,0416

1− 0,0416 = 0,02 kg ẩm/kgkk Enthalpy của không khí trước khi vào buồng sấy [14]:

Không khí vào Calorifer được đốt nóng đến nhiệt độ t1 = 180 0 C, d1= d0 = 0,02 kg ẩm/kgkk

Enthalpy của không khí khi ra khỏi heater:

Quá trình sấy lý thuyết do vậy enthalpy của không khí ra khỏi thiết bị sấy: H2 = H1, t2 = 80 o C d2 = 𝐻 2 − 1,004.t 2

 Tính toán lượng không khí cần cho quá trình sấy

Lượng không khí tiêu hao riêng: l = 1 d2−d1 = 1

0,059−0,02 = 25,64 kgkk khô/kg ẩm (2.10) Lượng không khí tiêu hao cho vật liệu sấy trong quá trình sấy:

Gk = l.Gn = 25,64.3,063 = 78,54 kgkk khô/h (2.11) Lưu lượng không khí vào, ra khỏi buồng sấy:

𝜌 2 (2.12) Trong đó: 𝜌1 và 𝜌2 là khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t1 và t2

Pn tra trong đồ thị h-d ta được 22 mmHg = 2933 (N/m 2 )

(180+273).462 = 0,77 kg/m 3 Tượng tự ta có 𝜌 2 = 0,989 kg/m 3

V1 = 102 (m 3 /h) ; V2 = 79,41 (m 3 /h) Lưu lượng không khí khô trung bình chuyển động trong tháp sấy phun:

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:

Vt = V+ Gn/𝜌 ℎ = 90,7 + 3,063/1,296 = 93,06 (m 3 /h) (2.16) Trong đó 𝜌 ℎ = 1,296 (Kg/m 3 )

2.3.3 Tính toán, thiết kế thiết bị chính

Hệ thống sấy phun có buồng sấy đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi ẩm giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Hình dáng và kích thước của buồng sấy ảnh hưởng đến tốc độ và thời gian sấy Buồng sấy hình trụ tròn với đáy hình côn là thiết kế phổ biến và phù hợp nhất Vì vậy, trong đồ án này, chúng tôi sẽ thiết kế buồng sấy phun hình trụ có đáy côn.

Hình 2.1 Mô hình thiết kế buồng sấy

A – phần trụ của buồng sấy; B – phần côn của buồng sấy

C – vị trí đặt chân đế; D – đường nối với ống

Kích thước của buồng sấy, bao gồm đường kính và chiều cao, có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả sấy Các kích thước này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó việc lựa chọn cơ chế và thiết kế cơ cấu đầu phun là rất quan trọng.

2.3.3.1 Tính toán đầu phun ly tâm – chọn động cơ điện

Đầu phun ly tâm hoạt động nhờ động cơ điện với tốc độ từ 4000 đến 20000 vòng/phút Khi chất lỏng di chuyển trên các rãnh của đĩa ly tâm, lực ly tâm sẽ làm cho chất lỏng văng ra ngoài thành hạt sương.

Thiết kế đầu phun cần phải tương thích với nắp buồng sấy, do đó, cả hai bộ phận này đều được chế tạo tỉ mỉ Hệ thống phun ly tâm bao gồm bốn thành phần chính: trục kết nối với động cơ, ốp hình chóp bảo vệ trục và kết nối với động cơ, khối trụ để gắn vòng bi và dẫn nguyên liệu sấy, cùng với đĩa phun Trong số đó, đĩa phun là bộ phận quan trọng và phức tạp nhất.

Ta lựa chọn bán kính đĩa phun R = 0,025m

Hình 2.2 Mô hình thiết kế đầu phun

Lựa chọn động cơ điện phải phù hợp với mục đích yêu cầu của thiết bị như:

- Đảm bảo điện áp của dong điện

- Đáp ứng số vòng quay của đầu phun

- Đầu kẹp phải đúng kích thước với trục đĩa phun

Chọn động cơ điện spindle với các thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 3: Thông số kỹ thuật động cơ

Công suất 1,5 KW Điện áp 220 VAC (Nối với đầu ra biến

Kich thước Đường kính 80 mm, chiều dài 188 mm

Tốc độ tối đa 24000 vòng/ phút Đầu kẹp ER11-A

2.3.3.2 Xác định đường kính của buồng sấy

 Đường kính trung bình của hạt lỏng phun ra: dtb = 98,5 1

𝜎 là sức căng bề mặt của dịch thể ở nhiệt độ lúc đi vào đĩa, N/m ρ dt là khối lượng riêng của dịch thể kg/m 3 , ρ dt = 1142,6 (kg/m 3 )

R là bán kính của đĩa văng ly tâm, m n là số vòng quay của đĩa (4000-20000 vòng/phút), m/s g là gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s 2

Trong quá trình sấy phun, tốc độ vòng quay thường được sử dụng là n = 10000 vòng/phút [14], [18]

𝜎 = (42,4 - 51,5 dyn/cm) = 50 dyn/cm = 0,05 N/m = 0,05 J/m 2 (tra theo thông số vật lý của sữa) [17]

Thay vào (2.17) ta có: dtb = 98,5 1

 Tốc độ quay của đĩa v = R.𝜔 = 0,025.1046,6 = 26,17 (m/s) (2.29)

 Độ phân tán lúc phun được xác định [12]: l = √ 𝜎.ℎ 𝑐

Sức căng bề mặt của dung dịch phun được xác định là 𝜎 = 0,05 N/m, tương đương với 5,0986 x 10^-3 kgf/m (1 N = 0,101972 kgf/m) Kích thước tương đương của lỗ phun được chọn là hc = 3 mm Tốc độ quay của đĩa phun được tính toán là v0 = v = 26,17 m/s.

𝜌 là khối lượng riêng của dòng nhập liệu = 1142,6 (kg/m 3 )

Thay số vào (2.20) ta có: l = √ 𝜎.ℎ 𝜌.𝑣 𝑐

Bán kính tán phun có thể xác định theo phương trình chuẩn số sau đây [13]:

Re là chuẩn số Reynold được tính:

Dc là đường kính đĩa ly tâm = 50 mm = 0,05 m

𝜈 là độ nhớt động lực học được xác định theo công thức sau:

𝜌 (m 2 /s) với à = (30 – 40) poa => chọn à= 40 poa = 40.10 -3 N/m Thay số vào (2.24) ta được:

𝑅 𝜑 là bán kính tán phun (m)

G1 là khối lượng dung dịch được phun G1 = 5,713 Kg/h

Gk là lượng tác nhân khô tiêu hao cho quá trình sấy Gk = 78,54 kg kkk/h r là ẩn nhiệt hóa hơi của pha lỏng (J/kg)

𝑡 1 , 𝜆 𝑘 , 𝜇 𝑘 lần lượt là nhiệt độ vào sấy, hệ số dẫn nhiệt của tác nhân, độ nhớt của tác nhân sấy

𝜃 𝑚 là nhiệt độ bề mặt bay hơi của giọt lỏng l là kích thước đăc trưng của đĩa phun dmax đường kính lớn nhất của giọt lỏng được phun ra

78,54 = 0,073 > 6,5.10 -2 Như vậy ta sẽ lựa chọn công thức (2.22) để tính toán bán kính tán phun

Với bán kính tán phun 0,34m, đường kính buồng sấy lý tưởng là 0,68m Tuy nhiên, nhờ sự kết hợp giữa quỹ đạo dòng phun và dòng khí nóng, đường kính buồng sấy có thể giảm xuống, giúp tiết kiệm chi phí năng lượng và vật liệu gia công Do đó, chúng ta quyết định chọn đường kính thiết bị D = 0,6m.

2.3.3.3 Xác định chiều cao của buồng sấy

Chiều cao phần trụ của tháp sấy phun được xác định theo công thức [14]

𝜆.(𝑇 1 − 𝑇 ư )) 0,462 (2.25) Trong đó: dtb là đường kính giọt vật liệu = 132.10 -6 (m)

Re là chuẩn số Renold

𝜈 (2.26) Với: ν là độ nhớt của không khí ở 130 0 C = 26,6.10 -6 m 2 /s

𝜔 là vận tốc dòng khí chuyển động trong thiết bị

26,6.10 −6 = 0,45 r là ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở 130 0 C = 2179 kJ/kg

𝜆 là hệ số dẫn nhiệt của không khí = 3,42.10 -2 W/m 2 độ

T1 là nhiệt độ trung bình = 130 0 C

Tư là nhiệt độ bầu ướt tra từ giản đồ không khí ẩm được 43 0 C

Tính toán chiều cao đáy côn

Chọn bán kính ngã lấy sản phẩm: r = 0,021 m

Hn là chiều cao đáy côn:

Hn = tg60 0 (R-r) = tg60 0 (0,3-0,021) = 0,5 m (2.27) Buồng sấy được thể hiện chi tiết ở hình vẽ sau:

Hình 2.3 Kích thước tổng thể buồng sấy 2.3.3.4 Thiết kế nắp buồng sấy

Hình 2.4 Hình dạng nắp buồng sấy

A – kệ nắp; B – đầu vào khí nóng;

C – vị trí đặt bộ phận đầu phun; D – đầu ra của khí nóng Nắp buồng sấy được thiết kế phải có các bộ phận chính:

Kệ đỡ có vai trò cố định nắp với buồng sấy, trong khi vị trí đặt bộ phận đầu phun cần được thiết kế và gia công chính xác để đảm bảo hoạt động không bị lệch trục và giảm thiểu khe hở Đường ống cung cấp khí nóng vào buồng sấy cần đủ rộng để dẫn khí vào nắp, đảm bảo luồng khí nóng phân bố đều trong buồng sấy.

Bản vẽ chi tiết cho nắp buồng sấy:

Hình 2.5 Thiết kế chi tiết nắp buồng sấy

2.3.3.5 Xác định tốc độ tác nhân sấy, thời gian sấy

 Xác định tốc độ tác nhân sấy Để xác định tốc độ tác nhân sấy, ta cần xác định hai yếu tố:

Tốc độ do lưu lượng không khí nóng vào buồng sấy

Tốc độ lơ lửng của hạt bụi trong buồng sấy

Tốc độ lơ lửng của hạt khô được xác định như sau [19]:

Re1: hệ số Reynolds phụ thuộc vào tiêu chuẩn Fedorov (Fe)

Độ nhớt động của không khí ở áp suất khí quyển tại nhiệt độ trung bình 130 °C được ký hiệu là 𝜈 𝑘, trong khi d là đường kính của hạt dịch thể Để xác định độ nhớt động, có thể tra cứu bảng thông số vật lý của không khí khô.

𝜈 𝑘 = 27,8.10 -6 m 2 /s Đường kính của hạt sương : d = 132 𝜇𝑚

Khối lượng riêng của dịch sữa ở nhiệt độ sấy là: 𝜌 𝑘 = 0,854 kg/m 3

Khối lượng riêng của sữa bột sạu khi sấy 𝜌 𝑣𝑘 = 1427,55 kg/m 3

Khi đó tiêu chuẩn Fedorov được xác định theo công thức (3.32) ta được:

Hay log(Fe) = 0,518, tra đồ thị mối quan hệ Fe = f(Re) ta được 𝑅𝑒 1 = 1,99 [17]

Do đó tốc độ lơ lửng:

132.10 −6 = 0,4 m/s Thể tích riêng ứng với 1 kg không khí khô Vk [24]

Ta có: Vk1 là thể tích riêng ứng với 1 kg không khí khô tại thông số đầu vào

Vk2 là thể tích riêng ứng với 1 kg không khí ẩm tại thông số đầu ra

Tốc độ trung bình của TNS: w (m/s) thay các thông số Gk, D [24] w 4

Diện tích mặt cắt ngang của buồng sấy:

4 = 0,283 (m 2 ) Tốc độ tương đối của tác nhân sấy:

Thời gian sấy của vật liệu[23]:

Trong đồ án nghiên cứu và chế tạo máy sấy phun, chúng tôi chia thành hai nhóm nhỏ: một nhóm phụ trách tính toán thiết bị chính và quá trình cân bằng vật chất, trong khi nhóm còn lại tập trung vào tính toán cân bằng năng lượng với thiết bị phụ Kết quả của quá trình làm việc này đã được chúng tôi tóm tắt lại một cách rõ ràng.

Phương trình cân bằng nhiệt:

Gk.h0 + Qk + G1.C1.tvl = (Gk + Gn).h2 + G2.C2.t2 (2.33)

Nhiệt lượng đưa vào thiết bị gồm :

Nhiệt lượng do tác nhân nhận được từ calorifer QK

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

Kết quả: Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy lý thuyết là : Qk = 12627 kJ/h

2.3.3.7 Tính quá trình sấy thực

Trong quá trình sấy thực phẩm, ngoài lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết, còn phải tính đến lượng nhiệt mất mát do tổn thất năng lượng Lượng nhiệt này được xác định thông qua hệ phương trình cụ thể.

Phương trình cân bằng nhiệt:

Gk.h0 + Qk ’ + G1.C1.tvl = (Gk + Gn).h2 + G2.C2.t2 + Qbc (2.34)

Lượng không khí tiêu hao trong quá trình sấy vât liệu: Gk ’

= 85 kgkk khô/h Để giảm thiểu tổn thất nhiệt Qbc chúng tôi thiết kế bề dày cách nhiệt 3.5 cm được thể hiện trong bản vẽ sau:

Hình 2.6 Bản vẽ bề dày cách nhiệt của buông sấy 2.3.4 Tính thiết bị phụ

2.3.4.1 Tính toán lựa chọn xylon Đường kính xylon:

𝑞 = √ 𝜋.2,4.3600 4.93,06 = 0,12 m (2.37) Kích thước cơ bản xylon theo đường kính:

+ Đường kính ống tâm: d1= 72 mm

+ Chiều cao phần trụ: Ht= 271,2 mm

+ Chiều cao phần nón: Hn = 240 mm

+ Chiều rộng cửa vào: b = 31,2 mm

+ Chiều cao thiết bị xylon: H = 547,2 mm

+ Chiều cao bên ngoài ống tâm: h4 = 36 mm

+ Chiều cao ống tâm có mặt bích: h1 = 208,8 mm

+ Đường kính cửa tháo bụi: d2 = 36 mm

Các kích thước trên được thể hiện ở các bản vẽ dưới đây:

Hình 2.7 Bản vẽ chi tiết xylon 2.3.4.2 Tính chọn bơm nhu động nhập liệu

Công suất bơm nhu động:

Công suất quạt được xác định:

Công suất điện cần cấp vào bộ sấy: N= 4.53 ( kW )

Chọn 3 thanh đốt loại ống chữ U có mỗi thanh có công suất 2 kW

48 Calorifer hình trụ: đường kính R = 0.085m, chiều cao H = 0.48 m

Chọn bề dày cách nhiệt L = 0.05 m

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN

CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG CHO HỆ THỐNG

Biến tần là thiết bị điều khiển tốc độ quay của động cơ sử dụng dòng điện xoay chiều thông qua việc điều chỉnh tần số cung cấp điện năng Biến tần LS được áp dụng trong các mạch điện như hình dưới đây.

 Sơ đồ nguyên lý mạch biến tần

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch biến tần

 Chức năng biến tần dùng hệ thống thiết bị

Thiết bị sấy phun là công cụ quan trọng trong phòng thí nghiệm, được sử dụng để sấy nhiều mẫu nguyên liệu khác nhau Mỗi loại nguyên liệu có những đặc tính riêng, bao gồm độ ẩm và các yếu tố khác, ảnh hưởng đến quá trình sấy.

Các loại nguyên liệu khác nhau có thành phần dinh dưỡng và yêu cầu chỉnh sửa thông số riêng biệt Việc sử dụng biến tần trong thiết kế giúp giảm thiểu chi phí thiết bị tối đa Trong mạch điện của thiết bị sấy phun, biến tần cho phép động cơ đĩa phun hoạt động với tốc độ từ 100 đến 20,000 vòng/phút, trong khi quạt hút có khả năng hút lưu lượng từ 10 đến 120 m³/h, phù hợp cho việc sấy nhiều loại nguyên liệu khác nhau.

3.1.2 Bộ điều khiển nhiệt độ

Bộ điều khiển nhiệt độ là thiết bị quan trọng trong việc giám sát và điều chỉnh các điều kiện nhiệt độ của hệ thống Nó tác động đến biến nhiệt độ đầu ra, dựa vào việc điều chỉnh nhiệt độ đầu vào đã được xác định trước.

Hình 3.3 Thiết bị điều khiển nhiệt độ

Cấu tạo, sơ đồ mạch điều khiển nhiệt bộ khiển nhiệt

Hình 3.4 Sơ đồ mạch bộ khiển nhiệt độ

 Chức năng bộ khiển nhiêt

Bộ điều khiển nhiệt độ AX7 giúp các nhà thiết kế duy trì nhiệt độ ổn định cho hệ thống bằng cách cài đặt một mức nhiệt cố định Đầu dò nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc nhận tín hiệu nhiệt và truyền về cho hệ thống điều khiển.

Hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu từ cảm biến nhiệt so sánh với tín hiệu cài đặt để tạo ra tín hiệu đầu ra phù hợp Trong hệ thống sấy phun, bộ điều khiển nhiệt độ sẽ điều chỉnh mạch điều khiển của SSR thông qua rơle, từ đó điều khiển mạch điện của điện trở gia nhiệt.

Cảm biến nhiệt là thiết bị dùng để đo và cảm nhận các đại lượng vật lý liên quan đến nhiệt, chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện nhằm thu thập thông tin về trạng thái nhiệt độ Các loại cảm biến nhiệt phổ biến bao gồm cặp nhiệt độ, nhiệt điện trở và cảm biến bán dẫn.

Hình 3.5 Đầu dò nhiệt độ 3.1.4 Rơ le

Rơ le hay rơ le điện là một công tắc chạy bằng điện

Rơ le là thiết bị quan trọng trong việc kiểm soát mạch điện bằng tín hiệu công suất thấp, đảm bảo cách điện hoàn toàn giữa tín hiệu điều khiển và mạch điều khiển Nó cũng được sử dụng khi cần kiểm soát nhiều mạch khác nhau bằng một tín hiệu duy nhất.

Hình 3.7 Mạch nguyên lý rơ le

Trong thiết bị sấy phun, SSR, một loại rơ le bán dẫn, được sử dụng để điều khiển mạch điện có công suất lớn SSR có khả năng chịu dòng cao lên đến 20 A, giúp tối ưu hóa hiệu suất của thiết bị.

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN

3.2.1 Sơ đồ mạch động lực

Mạch điện động lực được cấp nguồn 220V VAC Mạch qua các thiết bị động cơ, quạt hút, heater

Heater sử dụng nguồn 220VAC- kW Do đó cường độ dòng điện chạy trong tải là:

220 = 27,3 (𝐴) Động cơ Spindle 220VAC - 1,5KW dòng điện cần cung cấp là:

220.0,8 = 8,5 (𝐴) Quạt 220VAC - 1,1KW dòng điện cần cung cấp là:

220.0,8= 6,25 (𝐴) Vậy mạch tổng cần chịu tải:

Dựa vào tải của mạch để chúng tôi lựa chọn các thiết bị phù hợp cho mạch điện

Hình 3.9 Sơ đồ mạch động lực 3.2.2 Sơ đồ mạch điều khiển

Hình 3.10 Sơ đồ mạch nguyên lý điều khiển nhiệt độ

Khi nhấn công tắc động cơ, quạt, đèn báo hiệu sẽ sáng khi tiếp điểm 5 – 9 đóng Tiếp điểm 8 – 12 của rơ le cũng đóng, tạo ra mạch khiển giữa biến trở và biến tần, cho phép điều chỉnh tần số dòng qua biến trở.

Hình 3.11 Sơ đồ mạch điều khiển heater

Khi nhấn công tắc heater, tiếp điểm 5 – 9 đóng làm đèn báo hiệu sáng, tiếp điểm 8 –

Rơ le 12 đóng mạch bộ điều khiển nhiệt độ và SSR kín Khi đầu dò nhiệt báo giá trị thấp hơn nhiệt độ cài đặt, SSR sẽ đóng mạch và điện trở hoạt động Ngược lại, nếu giá trị nhiệt cao hơn nhiệt độ cài đặt, SSR mở mạch, dẫn đến không có dòng điện chạy qua điện trở khô.

Tổng điện năng tiêu thụ lớn nhất của hệ thống

P1 là công suất heater (kW)

P2 là công suất động cơ (kW)

P3 là công suất quạt hút (kW)

P1 là công suất mạch khiển (kW)

Thông thường, khi vận hành hệ thống các thiết bị thường không chạy hết công suất, do đó lượng điện năng tiêu thụ nhỏ hơn tính toán nhiều.

HƯỚNG DẪN ĐIỀU KHIỂN VÀ SỬ DỤNG

Để vận hành máy sấy phun hiệu quả, việc nắm vững nguyên lý hoạt động và các thiết bị kèm theo là rất quan trọng Mặc dù có thể có nhiều cách và trình tự vận hành tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, nhưng trình tự phổ biến thường được áp dụng là như sau.

Bước 1 Lắp đặt hệ thống đúng yêu cầu, kiểm tra mối nối, đầu dò nhiệt, các thiết bị điện

Bước 2 Bật nguồn và thiết bị gia nhiệt

Bước 3 Bật quạt hút chỉnh lưu lượng phù hợp

Sau khi thiết bị gia nhiệt đạt nhiệt độ yêu cầu, hãy bật động cơ đầu phun và điều chỉnh vận tốc cho phù hợp Tiếp theo, bật bơm nguyên liệu và điều chỉnh lưu lượng nhập liệu thích hợp để tiến hành quá trình sấy.

Bước 5: Sau khi nguyên liệu nhập liệu hết, tắt bơm nhập liệu

Bước 6: Chờ nguyên liêu chảy hết trong các ống dẫn, tắt động cơ

Bước 7: Tắt thiết bị gia nhiệt

Bước 8: Sau khi nhiệt trong buồng sấy giảm tắt quạt hút

Bước 9: Thu hồi sản phẩm

Bước 10: Tháo vệ sinh thiết bị

Bước 11: Lắp lại hệ thống

XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC

CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ĐỐI VỚI SẢN PHẨM SỮA

Chúng tôi sử dụng sữa tách béo kết hợp với maltodextrin để đạt nồng độ chất khô 40% Hỗn hợp nguyên liệu này được sấy theo 5 chế độ khác nhau Sản phẩm thu được sẽ được đánh giá và nhận xét để xác định kết quả tối ưu nhất cho nguyên liệu sữa.

 Trường hợp 1: sấy 3 mẫu tại nhiệt độ 180℃, thay đổi tần số của quạt hút ở các chế độ 115,2 m 3 /h; 86,4 m 3 /h; 57,6 m 3 /h để chọn chế độ quạt hút cho phù hợp

Kết quả thu được các sản phẩm như sau:

Từ sản phẩm thu được, chúng tôi nhận thấy sữa được sấy ở chế độ quạt có tần số 40Hz thì thu được sản phẩm tối ưu nhất

 Trường hợp 2: giữ chế độ quạt tại 115,2 m 3 /h, thay đổi nhiệt độ đầu vào ở 200℃ và 160℃

Kết quả thu được các sản phẩm như sau:

Hình 4.2 Sản phẩm thu được khi thay đổi nhiệt độ

Từ hai sản phẩm thu được ở 160℃ và 200℃ so với mẫu được sấy ở 180℃, chúng tôi nhận thấy, sản phẩm được sấy ở 180℃ có chất lượng tương đối tốt

Vậy: sữa tươi nguyên liệu được sấy ở chế độ thông số kỹ thuật như sau:

- Tốc độ đĩa quay: 10000 vòng/phút

CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ĐỐI VỚI SẢN PHẨM CÀ PHÊ

Dung dịch cà phê được chiết xuất và bổ sung maltodextrin cho đến khi đạt nồng độ chất khô 40% Hỗn hợp này sau đó được sấy ở ba mức nhiệt độ khác nhau: 140℃, 160℃ và 180℃, nhằm lựa chọn chế độ làm việc tối ưu.

Kết quả thu được các sản phẩm như sau:

Hình 4 3 Sản phẩm cà phê

Vậy: nguyên liệu cà phê được sấy ở chế độ thông số kỹ thuật như sau:

- Tốc độ đĩa quay: 10000 vòng/phút

Ngoài hai sản phẩm chính này, chúng tôi còn chạy mẫu thử của “ Công Ty Cổ Phần HQGANO”

Kết quả sau khi sấy:

Hình 4.4 Sản phẩm bột linh chi

Vậy: nguyên liệu cao linh chi được sấy ở chế độ thông số kỹ thuật như sau:

- Tốc độ đĩa quay: 10000 vòng/phút

AN TOÀN LAO ĐỘNG PHÒNG CHỮA CHÁY

HỆ THỐNG

Trong hệ thống máy sấy phun, vật liệu Inox 304 được sử dụng để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, với các đặc tính như không độc hại, không rỉ sét, chịu nhiệt tốt, không hòa lẫn vào thực phẩm, và bề mặt trơn bóng dễ vệ sinh.

Các mối hàn trong thực phẩm cần đảm bảo vệ sinh an toàn, bao gồm việc kín khít, không bị tan hay hòa lẫn vào thực phẩm, không chứa chất độc hại và có bề mặt trơn nhẵn.

Bề mặt không có góc cạnh nhọn, sắc dễ gây trầy xước cho người vận hành

Thiết bị được trang bị bộ phận cách nhiệt bằng bông thủy tinh chịu nhiệt, giúp duy trì nhiệt độ bề mặt từ 40-60ᴼC, đảm bảo an toàn cho người vận hành và bảo vệ các thiết bị xung quanh khỏi hư hại.

MẠCH ĐIỆN

Hệ thống mạch điện được thiết kế với các bộ phận cách điện an toàn, bao gồm cầu chì và SSR, được tính toán để chịu tải và nhiệt độ phù hợp Dây dẫn được tính toán đủ khả năng chịu tải, trong khi các mối nối được đảm bảo an toàn, ngăn ngừa hiện tượng chập mạch và phóng hồ quang.

Hệ thống được trang bị các thiết bị an toàn như cầu chì đúng tải, rơ-le và SSR, giúp cô lập mạch điện khi có sự cố, ngăn chặn hư hại cho các bộ phận và thiết bị khác Ngoài ra, hệ thống còn tích hợp đèn báo cho từng bộ phận để thông báo trạng thái hoạt động.

Hệ thống có hướng dẫn sử dụng, các biển báo nguy hiểm đặt ở các vị trí phù hợp