Đồ án Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân

; to = 23,30C. Q2 = 6105,683×2,732×(54 - 23,3) = 512098,287( kJ/h). 4. Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy: Nếu thiết bị sấy không có bảo ôn bên ngoài thì có thể lấy nhiệt lượng tổn thất bằng 8-12% lượng nhiệt dùng để sấy lí thuyết (Q1). Qtt = 0,08×Q1 = 0,08×7208543,731 = 576683,499 ( kJ/h). 5. Nhiệt lượng của calorife cần cung cấp: Qcal = Q1 + Q2 + Qtt = 7208543,731 + 512098,287 + 576683,499 = 8297325,517 ( kJ/h). 6.1.3. Cân bằng nhiệt lượng vào và ra khỏi thiết bị sấy. 1. Nhiệt lượng đi vào máy sấy: + Nhiệt lượng do không khí mang vào: Q1v = L×Io (kJ/h). Q1v = 135482,046×60,876 = 8247605,032 ( kJ/h). + Nhiệt lượng do nguyên liệu sấy mang vào: Q2v = G2×Cv1×t1 + U1×Cn×t1 (kJ/h). [V - 166]. Trong đó: - t1: nhiệt độ của nguyên liệu trước khi vào máy sấy; t1 = 23,30C. - 43 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B - Cvl: nhiệt dung riêng của cà phê Cvl= C1 = 2,732 (kJ/kg.0C). - U1: lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy U1 = U = 2289,631(kJ/h). Cn = 4,18 (kJ/kg.0C). G2 = 3777,893 (kg/h). Q2v = 3777,893×2,732×23,3 + 2289,631×23,3×4,18. = 463480,367 (kJ/h). + Nhiệt lượng do calorife cung cấp: Q3v = Qcal = 8297325,517 ( kJ/h). + Tổng nhiệt lượng mang vào: Qv= Q1v + Q2v + Q3v = 8247605,032 + 463480,367 + 8297325,517 = 17008410,920 ( kJ/h). 2. Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy: + Nhiệt lượng do không khí mang ra: Q1r = L×I2 (kJ/h) [V - 167]. = 135482,046×114,083 = 15456198,250 (kJ/h). + Nhiệt lượng do nguyên liệu sấy mang ra: Q2r = G2 ×Cvl×t2 (kJ/h) [V - 167]. = 3777,893×2,732×33 = 340599,721 (kJ/h). + Nhiệt lượng tổn thất: Q3r = Q tt = 576683,499 ( kJ/h). + Tổng nhiệt lượng ra: Qr = Q1r + Q2r + Q3r = 15456198,250 + 340599,721 + 576683,499 = 16373441,470 ( kJ/h). 3. Sai số: %73,30373,0 920,17008410 470,16373441920,17008410 Q QQ Q v rv ==−=−=Δ Vì ΔQ = 3,73% < 5% nằm trong sai số cho phép nên chấp nhận kết quả trên [VI-49]. - 44 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 6.2. Cân bằng nhiệt cho cà phê rang xay. Ta sử dụng nhiên liệu đốt là dầu FO. Thành phần có trong dầu FO như sau: [X-83]. Thành phần C H O S A(ẩm) Tro Đơn vị (%) 85,2 11,5 0,5 0,5 2 0,1 6.2.1.Tính nhiệt trị của nhiên liệu. 1. Tính nhiệt trị cao của nhiên liệu: Qc= 33858C + 125400H - 10868(O - S) (kJ/kg) [VII - 29]. Qc= 33858×85,2% + 125400×11,5% - 10868×(0,5% - 0,5%). Qc = 43268,016 (kJ/kg). 2. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Trong nhiên liệu lỏng ngoài thành phần của nước A chứa trong nhiên liệu còn có nước do phản ứng cháy sinh ra. Từ phản ứng cháy hydro dễ dàng thấy rằng cứ 1kg H2 cháy hết cho ta 9 kg nước. Do đó, nếu lấy nhiệt ẩn của nước ở áp suất khí trời r = 2500 (kJ/kg) thì nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Qt= Qc- 2500× (9H + A) (kJ/kg) [VII-30]. Qt = 43268,016 - 2500× (9×11,5% + 2%). Qt = 40630,516 ( kJ/kg). 6.2.2. Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu: Lo=11,5C + 34,5H + 4,3(S-O) (kgkkk/kgnl) [XII - 28]. Lo= 11,5×85,2% + 34,5×11,5% + 4,3× (0,5%-0,5%) Lo= 13,766 (kgkkk/kgnl). 6.2.3. Lượng không khí thực tế đốt cháy 1 kg nhiên liệu: L = α×L0 (kg/kgnl) [VII -28]. Trong đó α:là hệ số không khí thừa, α được xác định như sau: ( ) ( )[ ]( ) ( )[ ]0kk0a00 kkanlnlbâc t-tCI-IxL tCTroAH9-1-IAH9-tCQ ×+×× ××++×+×+η×=α [VII-29]. Trong đó: - Qc = 43268,016 (kJ/kg). - A, Tro- thành phần nước và tro trong nhiên liệu. - ηbđ : Hiệu suất ban đầu η = 0,75÷0,9; Chọn ηbđ = 0,85 [VII-29]. - tnl: Nhiệt độ nhiên liệu; tnl = 23,30C. - Lo= 13,766 (kgkkk/kgnl). - x0 : hàm ẩm của không khí ứng với nhiệt độ t0 = 23,30C. - 45 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B x0 = 0,0148 (kg/kgkkk). - I0: Hàm nhiệt của không khí ngoài trời; I0 = 60,876 (kJ/kgkkk). - Cnl: Nhiệt dung riêng của nhiên liệu. - Ck, tk: Nhiệt dung riêng và nhiệt độ của khói lò. - Ia: Nhiệt dung riêng của hơi nước ở nhiệt độ khói lò. 1. Nhiệt dung riêng của nhiên liệu: 5,0t t nl nl )d( )32t 5 9(886,11625 C +××+ = (J/kg.0C) [IV-153]. - tnl = 23,30C. - ttd : Khối lượng riêng tương đối của nhiên liệu ở 15,6 0C (so với nước ở cùng nhiệt độ); ttd = 0,925 [IV-329]. 589,1834 925,0 )323,23 5 9(886,11625 C 5,0nl = +××+ = (J/kg.0C) Cnl = 1,835 (kJ/kg.0C). 2. Tính nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ khói lò: Ia = 2500 +1,842× tk (kJ/kg) [VII-52]. tk: nhiệt độ của khói lò; chọn tk= 2400C. Ia= 2500 +1,842×240 = 2942,080 (kJ/kg) 3. Nhiệt dung riêng của khói lò: Ck (kJ/kg.0C). Tra bảng 1.179 (IV-204) ta có : Ck=1,034(kJ/kg.0C).Từ đây ta xác định hệ số không khí thừa:α ( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]3,23-240034,1876,60-08,29420148,0766,13 240.034,1%1,0%2%5,11.9-1-08,2942.%2%5,11.9-3,23.835,185,0.016,43268 + ++++=α α = 9,187. + Lượng không khí khô thực tế đốt cháy 1 kg nhiên liệu: L = α×L0 = 9,187×13,766 = 126,468 (kgkkk/kgnl). 6.2.4.Thành phần các khí có trong khói: Thành phần của các khí có trong khói lò khô đối với nhiên liệu dầu FO: CO2, N2, SO2, O2 và H2O. Khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu, khối lượng của từng phần : + 127,3%2,8567,3C67,3G 2CO =×== (kg/kg). - 46 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + 381,97766,13187,977,0L77,0G 0N2 =××=×α×= (kg/kg). + 922,25766,13)1-187,9(23,0L)1-(23,0G 0O2 =××=×α×= (kg/kg). + 01,0%5,02S2G 2SO =×== (kg/kg). + 055,1%2%5,119AH9G OH2 =+×=+= (kg/kg). 6.2.5. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị rang: 1. Nhiệt lượng vào. Gọi B (kg/mẻ) là lượng nhiên liệu dầu FO cần thiết để rang một mẻ nguyên liệu. a. Nhiệt lượng do nhiên liệu mang vào: qnl = Cnl× tnl×B (kJ/mẻ) [IX-268]. qnl = 1,835×23,3×B = 42,756×B (kJ/mẻ). b. Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào: Ta chọn lượng nguyên liệu mang vào rang là G1v = 70 (kg/mẻ). q1v = G1v×C1×θ1 (kJ/mẻ). Trong đó : - G1v = 70 (kg/mẻ). - C1: Nhiệt dung riêng của cà phê ở t0 = 23,30C; (kJ/kg.0C). - θ1 = t0 = 23,30C: nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu. Ta có: C1 = [0,12×1+(1- 0,12)×0,37]×4,18 = 1,863 (kJ/kg.0C). theo công thức C = C1×x1 + C2×x2 [IV-152]. x1= w1 = 12%: độ ẩm ban đầu của nguyên liệu. Từ đó ta có: q1v = 70×1,863×23,3 = 3038,553 (kJ/mẻ).. c. Nhiệt lượng do không khí mang vào: qkk = α×L0× I0×B (kJ/mẻ). [IX-268]. qkk = 9,187×13,766×60,876×B = 7698,888×B (kJ/mẻ). d. Nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy nhiên liệu: qt = B×Qt (kJ/mẻ) [IX-268]. Trong đó: - Qt là nhiệt trị thấp của nhiên liệu. Qt = 40630,516 (kJ/kgnl). qt = 40630,516×B (kJ/mẻ). e. Tổng nhiệt lượng vào: Qv = q1v + qnl + qkk + qt . Qv = 3038,553 + 42,756×B + 7698,888×B + 40630,516×B (kJ/mẻ). - 47 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 2. Nhiệt lượng ra. a. Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra: qsp = Gsp×Csp×tsp (kJ/mẻ). Trong đó : - Gsp = G1v - Δw: lượng nguyên liệu sau khi sấy (kg/mẻ). - Δw : lượng ẩm tách ra trong quá trình rang. 2 21 1 W100 WW Gw − −×=Δ [VIII-33]. Trong đó: - W1: độ ẩm ban đầu của nguyên liệu; W1 = 12%. - W2: độ ẩm của nguyên liệu sau khi rang; W2 = 1%. 778,7 1100 11270w =− −×=Δ (kg/mẻ). Gsp = 70 - 7,778 = 62,222 (kg/mẻ). - Csp: nhiệt dung riêng của sản phẩm: Csp =[ 0,01×1 + (1 - 0,1)×0,37 ]×4,18 = 1,434 (kJ/kg.0C) - tsp: nhiệt độ sản phẩm ra; tsp = 2200C. qsp= 62,222×1,434×220 = 19629,797 (kJ/mẻ). b. Nhiệt do ẩm mang ra: qar= Δw×Ih (kJ/mẻ) [V-167]. Trong đó: - Δw = 7,778 (kg/mẻ). - Ih: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở t = 2200C. Theo bảng 1.250 [IV-313], ta có: Ih = 2803 (kJ/kg). Do đó: qar = 7,778×2803 = 21801,734 (kJ/mẻ). c. Nhiệt do khói lò mang ra: B)CGCGCGCGCG(q 2222222222 NNOOSOSOCOCOOHOHkl ××+×+×+×+×= (kJ/mẻ). Trong đó: ...C,C.....;G,G OHOHCOOH 2222 là khối lượng và nhiệt dung riêng của các chất tương ứng. Tra bảng [1.143;IX-158÷161] ta có : - 184,418,4001,1C OH2 =×= (kJ/kg.0C). - 844,018,4202,0C 2CO =×= (kJ/kg.0C). - 627,018,415,0C 2SO =×= (kJ/kg.0C). - 907,018,4217,0C 2O =×= (kJ/kg.0C). - 48 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B - 037,118,4248,0C 2N =×= (kJ/kg.0C). qkl=(1,055×4,184+3,127×0,844+0,01×0,627+26,072×0,907+97,976× 1,037) ×B. ⇒ qkl = 132,308×B (kJ/mẻ). d. Nhiệt lượng tổn thất do phản ứng cháy không hoàn toàn. Ta có : qtt1 = (0,005÷0,115)×Qt×B [IX-269]. Chọn qtt1 = 0,09×Qt×B = 0,09×40630,516×B = 3656,746×B (kJ/mẻ). e. Nhiệt tổn thất ra môi trường:. +Chọn qtt2 = 0,08×qsp. qtt2 = 0,08×19629,797 = 1570,384 (kJ/mẻ). + Vậy tổng nhiệt lượng ra : Qr = qsp + qar + qkl + qtt1 + qtt2 (kJ/mẻ). Qr = 19629,797 + 21801,734 +132,308×B + 3656,746×B + 1570,384. + Theo định luật bảo toàn năng lượng thì: Qv = Qr (kJ/mẻ). ⇔ 3038,553 + 42,756×B + 7698,888×B + 40630,516×B = 19629,797 + 21801,734 + 132,308×B +3656,746×B +1570,384. ⇒ B = 0,896 (kg/mẻ). Khối lượng dầu FO cần dùng trong 1 giờ : 360,3 70 521,262896,0 =× (kg/h). Khối lượng dầu FO cần dùng cho 1 ca là: 3,360×8 = 26,880 (kg/ca). - 49 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B PHẦN VII: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ. A- Tính và chọn thiết bị cho dây chuyền sản xuất cà phê nhân. 7.1. Thiết bị sấy. 7.1.1.Thiết bị sấy tháp: Giới thiệu chung: Hệ thống sấy tháp (HTS) dùng để sấy các vật liệu dạng hạt như ngũ cốc, lúa mì, đường, cà phê, thóc….Hệ thống sấy tháp có năng suất lớn nên rất phù hợp dùng để sấy cà phê trong nhà máy. + Chọn 2 máy sấy tháp. + Lượng nguyên liệu cần thiết vào mỗi máy sấy: Q = 2 683,6105 = 3052,842 (kg/h). + Chọn hệ thống sấy tháp HT-02 [XIV], là hệ thống sấy được lấy hơi nóng sạch bằng quạt hút nhiệt thông qua hệ thống trao đổi nhiệt của lò đốt. Dòng nhiệt xuyên qua lớp hạt làm giảm độ ẩm của hạt trong quá trình sấy (độ ẩm ban đầu w1 = 45% đến độ ẩm cần đạt tới w2 = 12%). + Ngoài chức năng sấy, tháp sấy HT còn có khả năng làm nguội sơ bộ hạt đã được sấy. Cấu tạo: 01. Lò đốt: dùng để cấp nhiệt cho máy sấy. - Nhiên liệu dùng để đốt là dầu FO. - Có dàn trao đổi nhiệt calorife. - Ứng dụng nguyên lí đối lưu để tạo nhiệt cho buồng đốt. Lò đốt tạo nhiệt cung cấp khí nóng cho tháp sấy, nhiệt được truyền đi qua dàn trao đổi nhiệt sau đó được quạt hút nhiệt đưa vào khoang sấy. 02. Tháp sấy: - Khoang chứa: là khoang chứa hạt trên khoang sấy để cung cấp nguyên liệu cho khoang sấy. - Khoang sấy: là khoang để chứa hạt cần sấy, có các vách lá sách hướng nhiệt đặt so le, hạt cần sấy sẽ tạo thành những lớp mỏng chảy theo vách. - 50 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 03. Cơ cấu chuyển hạt: điều khiển tốc độ dòng hạt chảy đều trong khoang sấy. 04. Quạt hút là loại hạt li tâm cao áp. 05. Gầu tải: Được đặt sâu dưới nền bên hông tháp sấy, trên đầu gầu có gắn một van 2ngã dưới đáy gàu được thiết kế 2 cửa nạp ở 2 bên. Nhiệm vụ chính là dùng để nạp và chuyển cà sau khi sấy hoặc đảo cà trong quá trình sấy. 06. Vít tải. 2 vít tải được đặt dưới cơ cấu chuyển hạt của máy sấy tháp có nhiệm vụ vận chuyển hạt sau khi sấy qua gầu tải. Đặc tính kỹ thuật: - Năng suất máy: 4000 (kg/h). - Công suất lắp đặt (HP). Gầu tải GT-150: 01. - 51 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Bộ truyền cơ khí: 01. Quạt hút nhiệt: 03. Quạt nhóm lò: 0,25. - Công suất động cơ: 8,74 (Kw). - Kích thước máy: Dài×Rộng ×Cao = 2000mm×3000mm×6000mm. 7.1.2. Tính và chọn Calorife: Calorife là một bộ phận quan trọng trong hệ thống sấy, nó cung cấp nhiệt cho tác nhân sấy, ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng. Trong calorife hơi nước bão hoà đi trong ống cung cấp nhiệt gián tiếp cho không khí đi bên ngoài ống. 1. Chọn kích thước ống truyền nhiệt: + Ống truyền nhiệt làm bằng đồng, ống có gân. + Đường kính ngoài: dn = 0,038 (m). + Đường kính trong: dt = 0,035 (m). + Chiều dày ống: 0015,0 2 dd tn =−=δ (m). + Chiều dài ống: H = 2,0 (m). + Đường kính ngoài của gân: D = 1,4×dn = 1,4×0,038 = 0,053 (m). + Bước gân: tg = 0,01(m). + Chiều cao gân: 0075,0 2 038,0053,0 2 dDh n =−=−= (m) + Số gân trên 1 ống: 200 01,0 0,2 tg Hm === (gân). + Bề dày gân: bg = 0,002 (m). + Bước ống: to = 0,056 (m). + Tổng chiều dài của gân trên 1 ống: Lg= m×bg = 200×0,002 = 0,4(m). + Chiều dài của ống có gân: Lo = H - Lg = 2 - 0,4 = 1,6 (m). + Diện tích xung quanh của ống không có gân: 191,06,1038,014,3LdF on1 =××=××π= (m2). + Diện tích vành khăn của gân trên ống - 52 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B ( ) ( ) 429,0038,0053,02002 4 14,3dDm2 4 F 222n 2 2 =−×××=−×××π= (m2). + Diện tích xung quanh phần ống có gân: 067,04,0053,014,3LDF g3 =××=××π= (m2). + Diện tích bề ngoài của ống: 687,0067,0429,0191,0FFFF 321n =++=++= (m2). + Diện tích bề mặt trong của ống: 220,0035,0214,3dHF tt =××=××π= (m2). 2. Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình: + Nhiệt độ không khí vào calorife: t1đ = t1 = 23,30C. + Nhiệt độ không khí ra khỏi calorife: t1c = t2 = 750C. + Nhiệt độ bão hoà của hơi nước: t2đ = t2c = 1200C. Hệ số nhiệt độ trung bình xác định theo công thức: t c d cd tb t t ln tt t Δε× Δ Δ Δ−Δ=Δ [IX-253]. Trong đó: - Δtđ: hiệu số nhiệt độ đầu; Δtđ = 120 - 23,3 = 96,70C. - Δtc: hệ số nhiệt độ cuối; Δtc = 120 - 75 = 450C. - ε : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào sự chuyển động của các chất tải nhiệt và phụ thuộc vào các thông số R và P: 535,0 3,23120 3,2375 tt tt P 0 3,2375 120120 tt tt R d2d1 d2c2 c2d2 c1d1 =− −=− −= =− −=− −= Tra đồ thị 1=ε⇒ [XI-8]. 586,67 45 7,96ln 457,961t tb =−×=Δ 0C. 3. Hệ số cấp nhiệt từ thành ống ra ngoài không khí (α1): Nhiệt độ trung bình của không khí trong calorife: ttb = t1đ - Δttb = 120 – 67,586 = 52,4140C. Tra bảng I.255 [IV-318] ứng với ttb= 52,4140C ta có: - 53 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 2,847×10-2 (W/m.độ). + Độ nhớt động học: ν = 18,196×10-6 (m2/s). + Chuẩn số Pran: Pr = 0,6965. Chọn vận tốc không khí trong calorife: w = 8 (m/s). Chuẩn số Raynon : 570,4396 10196,18 01,08twRe 6 g =× ×=ν ×= − [XI-13]. Lưu thể chảy ngang qua ống chùm có gân, vì vậy trong trường hợp này phương trình chuẩn số Nuyxen có dạng: 4,0n 14,0 g 54,0 PrRe t h t dCNu ××⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×= −− [IX-226]. Trong đó: - d: đường kính ngoài của ống, (m); d = dn= 0,038 (m). - t: bước gân: t = tg = 0,01 (m). - h: chiều cao của gân: h = 0,0075 (m). - Do ống thẳng hàng nên: C = 0,116 ; n = 0,72. [IX-226]. ⇒ ( ) ( ) 334,216965,0570,4396 01,0 0075,0 01,0 038,0116,0Nu 4,072,0 14,054,0 =××⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×= −− . + Hệ số cấp nhiệt α1 : 738,60 01,0 334,2110847,2 t NutNu 2 g 1 g1 =××=×λ=α⇒λ ×α= − (W/m2.0C) [IX-227]. 4. Hệ số cấp nhiệt phía trong ống α2: + Chọn vận tốc hơi nước đi trong ống ω = 4 (m/s). + Hơi nước bão hoà: to = 1200C. Tra bảng I.249 [IV-311] ta có: + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 68,6×10-2 (W/m2.độ). + Độ nhớt động học: ν = 0,252×10-6 (m2 /s). + Chuẩn số: Pr = 1,47. Chuẩn số 10000556,555555 10252,0 035,04dRe 6 t >=× ×=ν ×ω= − . Do đó lưu thể chảy xoáy trong ống nên chuẩn số Nu được xác định theo công thức: 25,0 t 43,08,0 x Pr PrPrRe021,0Nu ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛×××ε×= [IX-220]. - 54 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B εx: Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài ống và đường kính ống: 143,57 035,0 2 d H t == . Tra bảng 7.2 [IX-221] => 03,1x =ε ; Đối với chất khí thì 1Pr Pr ≈ t . ( ) ( ) ( ) 433,1006147,1556,55555503,1021,0Nu 25,043,08,0 =××××= . 087,19726 035,0 106,68433,1006 d Nu 2 t 2 =××=λ×=α − (W/m2.0C). 5. Hệ số truyền nhiệt: λ δ+α+α = 21 11 1K (W/m2.0C) [IX-248]. Trong đó : - α1 = 60,738 (W/m2.0C). - α2 = 19726,087 (W/m2.0C). - λ : hệ số dẫn nhiệt của đồng, (W/m2.0C). Tra bảng [1.123 IV -125] ta có λ = 385 (W/m2.0C). - δ = 0,0015 (m). 533,60 385 0015,0 087,19726 1 738,60 1 1K = ++ = (W/m2.0C). 6. Tính lượng hơi nước dùng: Lượng nhiệt lý thuyết cần cung cấp cho calorife trong một giờ: + Lượng nhiệt mà calorife cung cấp cho quá trình sấy: Qcal = Q1 = 7208543,731(kJ/h). + Chọn hiệu suất trao đổi nhiệt: η = 85%. + Lượng nhiệt thực tế cần cung cấp cho calorife trong một giờ: 684,8480639 0,85 17208543,73QQtt ==η= (kJ/h). Lượng hơi nước bão hoà dùng trong một giờ : r Q D tt= Trong đó: - r: ẩn nhiệt hoá hơi của hơi nước bão hoà ở nhiệt độ 1200C. r = 2207 (kJ/kg) bảng I.250 [IV-313]. - 55 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 610,3842 2207 48480639,68D == (kg/h). Thể tích hơi nước cần dùng: V = D×v. v: thể tích riêng của hơi ở 1200C; v = 0,893 (m3/h) bảng I.250 [IV-313]. V = 3842,610×0,893 = 3431,451 (m3/h). 7. Xác định cấu tạo calorife: + Tổng bề mặt trao đổi nhiệt của calorife: tb tt K6,3 QF Δ××= (m 2) [VIII-123]. Trong đó: - Qtt: lượng nhiệt thực tế cung cấp cho calorife; Qtt = 8480639,684 (kJ/h). - K: hệ số truyền nhiệt; K = 60,533 (W/m2.0C). -Δ tb: hệ số nhiệt giữa hai lưu thể; Δ tb= 67,586 (0C). 586,67533,606,3 684,8480639F ××= = 575,807 (m 2 ). + Số ống trong calorife: 147,838 687,0 807,575 F Fn 0 === (ống); chọn 838 (ống). Chọn 2 calorife, số ống trong mỗi calorife là: 419 2 838 = (ống). Chọn calorife có 20 hàng, mỗi hàng có 2195,20 20 419 == (ống). + Kích thước mỗi calorife: • Chiều rộng calorife: Rcal = (n0 -1)× t0 + D + 2× (x + y). Trong đó: - x: khoảng cách từ mép gân đến thành mép calorife. Chọn; x = 0,01(m). - y: chiều rộng thành calorife, chọn; y = 0,003 (m). - t0: bước ống; t0 = 0,056 (m). - D = Dg: đường kính ngoài của gân; D = 0,053 (m). - n0: số hàng của calorife; n0 = 28 ⇒ Rcal= (20 -1)×0,056 + 0,053 + 2× (0,01+0,003) Rcal =1,143 (m). • Chiều cao calorife: Hcal = H + 2×a. Trong đó: - a: bề dày mỗi tấm chắn; a = 0,1 (m). - H: chiều dài ống; H = 2 (m). - 56 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B ⇒ Hcal = 2 + 2×0,1= 2,2 (m). • Chiều dài của calorife: Dcal = (n1-1)× t0 + D + 2× (x + y). Trong đó: - n1: số ống trong mỗi hàng; n1 = 21. Dcal = (21-1)×0,056 + 0,053 + 2× (0,01 + 0,003). Dcal = 1,199 (m). 7.1.3. Chọn quạt. Để vận chuyển không khí được đều theo các đường dẫn trong thiết bị sấy ta sử dụng quạt đẩy, quạt đẩy được đặt trước calorife để đưa không khí ngoài môi trường qua calorife vào tháp sấy. Mục đích của việc chọn quạt là xác định công suất của động cơ, với hệ thống sấy này người ta đã cho biết công suất của động cơ nên ta không cần tính toán các trở lực của quạt. Số lượng quạt cần dùng: 2 quạt. 7.2. Sàng tách tạp chất. + Chọn 2 sàng tách tạp chất. + Năng suất cần thiết vào mỗi sàng: Q = 2 893,3777 = 1888,947 (kg/h). +Chọn loại sàng LS -1. Đặc tính kỹ thuật: + Năng suất sàng: 2000 (kg/h). + Động cơ điện: 2 (Kw). + Kích thước sàng: Dài×Rộng ×Cao = 1000mm×2000mm×1400mm. - 57 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Tần số dao động: 1250 (lần/phút). 7.3. Máy xát khô. + Chọn 2 máy xát khô. + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy: Q = 2 338,3702 = 1851,169 (kg/h). Giới thiệu chung: Máy xát vỏ dùng để xát và tách lớp vỏ của cà phê quả khô. Thành phẩm đi ra từ nhà máy là cà phê nhân xô. Chọn máy xát khô MXV-1 [XIV]. Cấu tạo: 01.Trục chính máy. 03. Cửa nạp liệu. 02. Bộ phận xả liệu. 04. Đối trọng điều chỉnh 05. Núm điều chỉnh mặt dao 06. Quạt thổi tạp 07. Khung máy Đặc tính kỹ thuật: + Năng suất máy: 2000 (kg/h). +Vận tốc trục quay: 120 (v/ph). + Công suất động cơ: 1,2 (Kw). + Kích thước máy: Dài×Rộng×Cao = 1500mm×7000mm×1500mm. - 58 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B 7.4. Máy đánh bóng. + Chọn 2 máy đánh bóng. + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy: Q = 2 593,2517 = 1258,797 (kg/h). + Chọn máy đánh bóng MĐB- 500 [XIV]. Giới thiệu chung: Máy được sử dụng để bóc lớp vỏ lụa và đánh bóng hạt cà phê nhân nhằm nâng cao chất lượng thành phẩm sau chế biến. Cấu tạo: 01. Motor 03. Bộ phận xã liệu 02. Bộ phận nạp liệu 04. Quạt thổi tạp 05. Đối trọng điều chỉnh độ bóng. Đặc tính kỹ thuật: + Năng suất máy: 1500 (kg/h). + Vận tốc trục quay: 150 (v/ph). + Công suất động cơ: 1,5 (Kw). + Kích thước máy: Dài×Rộng×Cao = 1000mm×2000mm×1400mm. 7.5. Phân loại theo kích thước. - 59 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Chọn 2 máy phân loại theo kích thước. + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy: Q = 2 713,2391 = 1195,856 (kg/h). + Chọn máy phân loại theo kích thước KT-1 [XIV]. Giới thiệu chung: Chức năng của máy này dùng để phân loại kích thước hạt cà phê theo những kích thước khác nhau dựa trên các kích thước tiêu chuẩn của mặt sàng. Ngoài khả năng phân loại máy này còn tách được các tạp chất như: bụi, hạt vỡ, mẽ… Cấu tạo: 01.Chân đế. 03. Motor truyền động trục chính. 02. Máng nạp liệu. 04. Khung sàng. 05. Cửa ra thành phẩm. Đặc tính kỹ thuật: - Năng suất máy: 1500 (kg/h). - Kích thước sàng: Dài× rộng×cao = 2000mm×1500mm×1400mm. - Công suất động cơ điện: 0,6 (Kw). - Số lần dao động: 450 (lần/phút). 7.6. Phân loại theo trọng lượng. + Chọn 2 máy phân loại theo trọng lượng. - 60 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy tính theo hạt có kích thước >6,3mm: Q = 2 833,1665 = 832,912 (kg/h). + Chọn thiết bị thẳng đứng Catador C-1 [XIV]. Giới thiệu chung: Catador là một thiết bị cần thiết trong hệ thống chế biến cà phê có chức năng loại bỏ hạt mẻ, vỏ cùng tạp chất nhẹ ra khỏi cà phê dựa trên nguyên tắc khí động học. Cấu tạo: 01.Cửa nạp liệu 03. Cửa xả liệu 02. Cửa xả tạp chất. 04. Motor truyền động chính Đặc tính kỹ thuật: + Năng suất máy: 500 (kg/h). + Công suất động cơ: 2 (Kw). + Vận tốc gió thổi: 14 (m/s). + Tốc độ quạt: 550-620 (v/ph). + Kích thước máy: Dài×Rộng×Cao = 1000mm×2000mm ×1400mm. 7.7. Phân loại theo màu sắc. + Chọn 2 máy phân loại theo màu sắc. + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy tính theo hạt có kích thước >6,3mm: - 61 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B Q = 2 175,1649 = 824,588 (kg/h). + Chọn máy phân loại hiệu Sortex Jonhson của Mỹ [II-72]. + Năng suất máy : 1000 (kg/h). + Kích thước: Dài× rộng×cao = 1000mm×2500mm×1500mm. 7.8. Máy phối trộn. + Chọn 2 máy phối trộn. + Lượng nguyên liệu vào mỗi máy tính theo hạt loại 1: Q = 2 123,1376 = 688,062 (kg/h). + Chọn máy phối trộn kiểu vít xoắn nằm ngang [X-235]. + Năng suất máy: 1000 (kg/h). + Bước cánh vít: 100 (mm). + Số vòng quay: 206 (vòng/ph). + Công suất động cơ: 3,5 (Kw). + Kích thước máy: Dài× rộng×cao = 1400mm×2000mm×3500mm. 7.9. Chọn xilô. - Chọn xilô chứa cà phê nhân cho 3 loại trước khi vào máy phân loại theo trọng lượng: + Chọn 2 xilô chứa cà phê cho loại hạt có kích thước > 6,3mm. + Lượng nguyên liệu mỗi xilô cần chứa: Q = 2 833,1665 = 832,917 (kg/h). + Dung trọng cà phê: 600 (kg/m3). + Thể tích khối cà phê nhân chứa trong xilô: 165,4 600 917,8323Vnl =×= (m3). + Thể tích xilô chứa: ϕ= nlVV (m3). Trong đó: - ϕ : hệ số chứa đầy ; ϕ = 0,85. 9,4 85,0 165,4V == (m3). Chọn xilô hình trụ tròn, đáy hình nón, có góc tháo liệu là 600. + Chọn đường kính phần hình trụ: D = 1,0 (m). - 62 - Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê nhân Đồ Án Tốt ngiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Lê Thị Thu Hiếu - Lớp 01H2B + Chiều cao đáy nón: 866,03 2 0,160tg 2 Dh 01 =×=×= (m). + Thể tích đáy nón: 227,0 2 0,114,3 3 866,0 2 D 3 hV 22 1 n =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛××=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×π×= (m3). + Thể tích phần trụ: Vtr= V – Vn= 4,9 – 0,227 = 4,673 (m3). + Ta có: 2 2 tr h4 DV ×π×= ; h