Báo cáo Thiết kế máy sấy hoa hồng năng suất 40 – 60 bông/ca (8 giờ) (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thiết kế máy sấy hoa hồng năng suất 40 – 60 bông/ca (8 giờ) (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ MÁY SẤY HOA HỒNG NĂNG SUẤT 40 – 60 BÔNG/CA (8 GIỜ) S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2013-82 S KC 0 0 5 5 4 0 Tp. Hồ Chí Minh, 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ MÁY SẤY HOA HỒNG NĂNG SUẤT 40 – 60 BÔNG/CA (8 GIỜ) Mã số : T2013-82 Chủ nhiệm đề tài : GV. NGUYỄN VĂN HỒNG TP. HCM, Tháng 11 / Năm 2014
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ MÁY SẤY HOA HỒNG NĂNG SUẤT 40 – 60 BÔNG/CA (8 GIỜ) Mã số : T2013-82 Chủ nhiệm đề tài : NGUYỄN VĂN HỒNG TP. HCM, Tháng 11 / Năm 2014
4. T2014-82 Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài : 1. Chủ trì đề tài : Nguyễn Văn Hồng Đơn vị phối hợp chính : Khoa Cơ Khí Máy – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Trang 1
5. T2014-82 MỤC LỤC Phần I : Mở đầu 5 Phần II : Nội dung Chương 1 : Tổng quan 7 Chương 2 : Các phương pháp và hệ thống sấy 9 Chương 3 : Tính toán thiết bị sấy 16 Chương 4 : Kết luận và kiến nghị 34 Tài liệu tham khảo 35 Trang 2
6. T2014-82 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ MÁY Tp. HCM, Ngày 8 tháng 11 năm 2014 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung : - Tên đề tài : “THIẾT KẾ MÁY SẤY HOA HỒNG NĂNG SUẤT 40 – 60 BÔNG/CA (8 GIỜ)”. - Mã số : T2014-82; - Chủ nhiệm : Nguyễn Văn Hồng - Cơ quan chủ trì : Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện : 8 tháng. 2. Mục tiêu : - Thiết kế máy sấy hoa hồng năng suất 40 – 60 bông/ca (8 giờ). 3. Kết quả nghiên cứu: - Thiết kế máy sấy hoa hồng năng suất 40 – 60 bông/ca (8 giờ). 4. Sản phẩm: - 1 Bộ hồ sơ thiết kế máy : bản vẽ chi tiết, bản vẽ chế tạo, bản vẽ lắp. 5. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: - Khoa Cơ Khí Máy, trường Đại học SPKT Tp.HCM. Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) Trang 3
7. T2014-82 INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: - Project title : Design dryer machine for roses, productivity about 40 – 60 flower / 8 hours. - Code number : T2014 – 82 ; - Coordinator : Nguyen Van Hong - Implementing institution : University of Technical Education HCMC. - Duration : from 3/2014 to 11/2014 2. Objective(s) : - Design Dryer machine for Roses. 3. Creativeness and innovativeness : 4. Research results : - Design Dryer machine for Roses, productivity about 40 – 60 flower / 8 hours. 5. Products : - The profile of machine design : detailed drawings, fabrication drawings, assembly drawings. 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability : - Faculty of Machine Engineering - University of Technology and Education HCMC. Trang 4
8. T2014-82 PHẦN I : MỞ ĐẦU I. Tổng quan tình hình nghiên cứu 1. Trong nƣớc : Hiện nay trên thị trường xuất hiện nhiều loại hoa khô khác nhau, ví dụ: hoa khô làm từ gỗ, từ lá Đặc biệt là hoa ướp khô bằng hóa chất mà tiêu biểu là sản phẩm của nghệ nhân Nguyễn Công Hóa ở Đà Lạt. Tuy nhiên, máy sấy hoa hồng tạo ra sản phẩm cạnh tranh theo một hướng khác. Sản phẩm từ máy sấy không hề mang hóa chất độc hại, rất thân thiện với người sử dụng và môi trường. Sản phẩm của máy sấy mang tính cạnh tranh về giá cả so với các mặt hàng trong nước và rất phù hợp với sở thích của tuổi trẻ Việt Nam. Đề tài không chỉ dừng lại ở việc sấy hoa hồng mà còn mở rộng để sấy các loại hoa khác như: hoa lan, hoa cúc, hoa phượng Điều này hoàn toàn có thể thực hiện được cả trên mặt lý thuyết và thực nghiệm. Trên lý thuyết, qui trình sấy bao gồm hai bước cơ bản là định vị cách hoa để giữ hình dáng và tách lấy nước từ cánh hoa. Do đó, bất kì hoa nào có thể định vị cánh được là có thể sấy được. Thực nghiệm đã chứng minh được điều đó. Hạn chế của máy là màu sắc có biến đổi nhẹ so với màu gốc. Tuy nhiên đó vẫn là màu tự nhiên và hoàn toàn chấp nhận được. Để khắc phục tình trạng này cần phải nghiên cứu rất nhiều về cấu tạo, tính chất hóa sinh của hoa Điều này sẽ rất tốn kém và mất rất nhiều thời gian, đòi hỏi phải có sự kết hợp của nhiều lĩnh vực khác nhau. II. Tính cấp thiết của đề tài : Đề tài MÁY SẤY HOA HỒNG là sự kết hợp giữa phương pháp sấy hoa bằng cát theo kiểu thủ công truyền thống và hệ thống sấy lạnh hiện đại. Mục tiêu của đề tài là tìm ra một hệ thống sấy tối ưu sao cho hoa hồng khô mà vẫn giữ được màu sắc cũng như hình dáng tự nhiên của nó. Không như phương pháp thủ công truyền thống, phương pháp kết hợp này làm giảm thời gian sấy rất nhiều. III. Mục tiêu đề tài : - Thiết kế máy sấy hoa hồng Trang 5
9. T2014-82 IV. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu : - Đối tượng nghiên cứu : các loại hoa hồng hiện có trên thị trường Việt Nam. V. Cách tiếp cận - Phƣơng pháp nghiên cứu : - Tham khảo tài liêụ trong và ngoài nước liên quan đến phương pháp sấy. - Tham khảo một số thiết bị sấy hiện có. VI. Nội dung nghiên cứu : - Thiết kế nguyên lý máy sấy hoa hồng. - Thiết kế sơ đồ nguyên lý máy. - Vẽ bản vẽ nguyên lý máy. - Vẽ bản vẽ chi tiết máy. - Vẽ bản vẽ lắp. Trang 6
10. T2014-82 PHẦN II : NỘI DUNG CHƢƠNG I : TỔNG QUAN SƠ LƢỢC VỀ HOA HỒNG Nguồn gốc và phân loại hoa hồng Tên La-tinh của hoa hồng là Rosa, thuộc bộ hoa hồng, họ hoa hồng là Rosaceae. Hoa hồng có tất cả là 115 chi và 3000 loài, chủ yếu ở ôn đới và cận nhiệt đới ở Bán cầu Bắc. Ở Việt Nam có 20 chi và khoảng 130 loài. Hoa hồng khá đa dạng về dạng sống và cơ quan sinh dưỡng, cơ quan sinh sản. Hoa hồng được xếp vào dạng lưỡng tính, đều, bao hoa khép, thường có năm mẫu. Nhị hoa thường nhiếu, có triền tuyến mật, có lá noãn thường nhiều rồi hoặc hợp nguyên là noãn, bầu thường hay hạ. Hoa hồng rất đặc trưng bởi có ống hoa hình chèn mà phần dưới đế hoa lõm còn phần trên do các lá đài, cánh hoa và đôi khi cả chỉ nhị hợp lại tạo thành. Nhị xếp thành nhiều vòng, giữa nhị và nhuỵ có đĩa mật. Bộ nhuỵ có là noãn rời hoặc hơi dính, bầu nhuỵ đầu nhỏ, bầu trên hoặc dưới, noãn đảo có hai hoặc một vỏ, tiến háo theo hướng thích nghi thụ phấn. Hoa thơm, có nhiều cánh do nhị đực tạo thành. Cánh mỏng manh, mềm mại, tượng trưng cho sự dịu dàng nhưng nó lại có sức hút, sự lôi cuốn mãnh liệt. Là loài hoa ưa thích khí hậu mát mẻ, nên hoa hồng có lá màu xanh thẫm, hình răng cưa thể hiện sức sống tiềm tàng mạnh mẽ. GIỚI THIỆU CÁC PHƢƠNG PHÁP SẤY HOA HỒNG Từ lâu người ta đã biết sấy hoa bằng các phương pháp thủ công khác nhau. Tuy không đạt hiệu quả cao nhưng đây là tiền đề cho việc sấy hoa khô dạng công nghiệp. Sau đây xin giới thiệu vài phương pháp thủ công đó. - Phương pháp sấy khô bằng không khí. - Phương pháp sấy hoa bằng cát - Phương pháp sấy bằng lò vi sóng - Ướp hóa chất CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG ĐỂ TÍNH TOÁN KHÔNG KHÍ ẨM PHÂN LOẠI KHÔNG KHÍ ẨM Căn cứ vào trọng lượng hơi nước không khí ẩm hay khả năng nhận thêm hơi nước hay khả năng sấy, người ta chia không khí ẩm ra làm ba loại: không khí ẩm chưa bão hòa, không khí ẩm bão hòa và không khí ẩm quá bão hòa. Không khí ẩm chưa bão hòa là không khí ẩm mà lượng hơi nước trong đó đạt đến giá trị cực đại (Gh<Ghmax) và hơi nước trong đó là hơi nước quá nhiệt khi đó phân áp suất hơi nước ph nhỏ hơn phân áp suất bão hòa pb tương ứng nhiệt độ t (ph<pb). Ngược lại không khí ẩm bão hòa là không khí mà lượng hơi nước chứa trong đó đạt đến giá trị cực đại (Gh=Ghmax) và hơi nước trong đó là hơi bão hòa khô (ph=pb) Trang 7
11. T2014-82 Không khí ẩm quá bão hòa là không khí ẩm mà trong đó có một phần là không khí ẩm bão hòa và một phần hơi nước đã ngưng tụ thành nước. Như vậy chỉ có không khí ẩm chưa bão hòa mới có thể nhận thêm hơi nước hay nói cách khác chỉ có không khí chưa bão hòa mới đóng vai trò là tác nhân sấy CÁC ĐẠI LƢỢNG CỦA VẬT LIỆU ẨM - Độ ẩm của vật - Độ chứa ẩm - Nồng độ ẩm c - Thế dẫn ẩm - Nhiệt dung riêng của vật ẩm - Hệ số dẫn nhiệt - Các dạng liên kết ẩm : Liên kết hấp phụ, liên kết mao dẫn, liên kết thẩm thấu. ĐỘNG LỰC QUÁ TRÌNH SẤY Trang 8
12. T2014-82 CHƢƠNG II : CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ HỆ THỐNG SẤY CÁC PHƢƠNG PHÁP SẤY Dựa vào hai phương pháp tạo ra động lực quá trình sấy người ta chia ra hai phương pháp sấy : + Phương pháp sấy nóng. + Phương pháp sấy lạnh. Hệ thống sấy lạnh t > 0. a. Hệ thống sấy thăng hoa b. Hệ thống sấy chân không Hệ thống sấy nóng a. Hệ thống sấy tiếp xúc b. Hệ thống sấy lô. c. Hệ thống sấy tang d. Hệ thống sấy đối lưu. e. Hệ thống sấy hầm: f. Hệ thống sấy tháp: g. Hệ thống sấy thùng quay: h. Hệ thống sấy khí động: i. Hệ thống sấy tầng sôi: j. Hệ thống sấy phun: CHẾ ĐỘ SẤY Chế độ sấy có đốt nóng trung gian. Hình 1 Trang 9
13. T2014-82 Chế độ sấy hồi lƣu một phần tác nhân sấy. Hình 2 Chế độ sấy hồi lƣu toàn phần tác nhân sấy Sơ đồ thiết bị Đồ thị I – d Hình 3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ HỆ THỐNG SẤY ĐIỂN HÌNH Hệ thống sấy buồng Hình 4 Trang 10
14. T2014-82 Hệ thống sấy hầm Hình 5 Hệ thống sấy thùng quay Hình 6 Hệ thống sấy tháp Cấu tạo của hệ thống sấy tháp: a. Hệ thống sấy tháp dạng thùng b. Hệ thống sấy tháp dạng chớp c. Hệ thống sấy DCP của CHLB NGA Trang 11
15. T2014-82 Hình 7 Hệ thống sấy tầng sôi và hệ thống sấy khí động Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Hình 8 1: Quạt. 2:Buồng hòa trộn. 3: Lớp vật liệu sấy sôi. 4: Buồng sấy. 5: Cơ cấu lạp liệu. 6: Buồng chứa sản phẩm. 7: Xyclon Trang 12
16. T2014-82 Hình 9 Hệ thống sấy phun Cấu tạo. Hình 10 Hệ thống sấy tiếp xúc a. HTS trục cán b. Loai rulo Hệ thống sấy thăng hoa Trang 13
17. T2014-82 Hình 11 Biểu đồ pha p – t của nước - Giai đoạn làm lạnh - Giai đoạn thăng hoa. - Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại. Hệ thống sấy bằng dòng điện cao tần Hiệu ứng nhiệt của dòng điện cao tần. SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN HỆ THỐNG SẤY CHO HOA HỒNG Khi sấy ở nhiệt độ cao, trên 60 độ thì hoa có hiện tượng bị cháy, bị khét. Một lý do đơn giản là trong thành phần của hoa có đường. Khi ở nhiệt độ cao, đường trong hoa sẽ bị cháy và phân hủy làm cho hoa có mùi khét và mất màu. Do đó, để khắc phục hiện tượng này, chúng ta nên áp dụng phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ sấy không cao nhưng vẫn đảm bảo làm khô hoa nhờ TNS là không khí khô. Chọn hệ thống sấy đối lưu kiểu buồng vì kiểu này rất phổ biến và thích hợp với hoa. Trong quá trình sấy, hoa được định vị cố định trong cát. TNS được hồi lưu toàn phần nhằm tăng năng suất của hệ thống sấy. Sơ đồ khối: Trang 14
18. T2014-82 Hình 12 Sơ đồ cấu tạo hệ thống: Hình 13 Trang 15
19. T2014-82 1. CHƢƠNG III : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY 1.1. XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM VÀ KHỐI LƢỢNG CỦA VẬT LIỆU SẤY 1.2. CHỌN NGUYÊN LÝ, QUÁ TRÌNH VÀ TÁC NHÂN SẤY Từ độ ẩm và khối lượng cũng như yêu cầu của sản phẩm sau khi sấy. Kết hợp với lý thuyết tìm hiểu về hoa hồng và lý thuyết quá trình sấy cũng như tác nhân sấy. Ta chọn : Hệ thống sấy buồng. Quá trình sấy kín hồi lưu toàn bộ tác nhân sấy có hệ thống ngưng tụ hơi nước trong buồng sấy. Hệ thống sấy đối lưu cưỡng bức. Năng suất của máy: 20 bông/mẻ sấy. Thiết bị gồm: 1. Hệ thống buồng sấy. 2. Calorifer có tác dụng cung cấp nhiệt cho quá trình sấy. 3. Quạt tạo vận tốc của tác nhân sấy trong buồng sấy. 4. Hệ thống làm lạnh ngưng tụ hơi nước. 5. Các khay chứa vật sấy. 6. Các bộ phận phụ phân tán tác nhân sấy. Quá trình sấy được chia làm hai giai đoạn a. Giai đoạn 1: Đốt nóng vật sấy. Trong quá trình này ta phải tính toán thời gian đốt nóng vật liệu lên nhiệt độ sấy. b. Giai đoạn 2: Giai đoạn sấy cho tới khi kết thúc. Vật sấy đạt độ ẩm bảo quản tới từ 10% đến 12%. Ở độ ẩm này sự hoạt động của vi sinh vật phân hủy trong bông hồng không có vì vậy ta có thể bảo quản được bông hồng. 1.3. CÁC THÔNG SỐ CỦA MÔI TRƢỜNG, VẬT SẤY VÀ CÁT 1.4. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT 1.4.1. Giai đoạn 1: Trong giai đoạn này tác nhân sấy là không khí nóng đi qua vật sấy có tác dụng nâng nhiệt độ của vật sấy từ nhiệt độ ban đầu lên nhiệt độ bằng nhiệt độ của tác nhân sấy. Trong giai đoạn này lượng ẩm bay hơi không đáng kể lên ta không tính thông số cho giai đoạn này. Thông số tác nhân sấy(TNS): 0  Nhiệt độ môi trường: t0 =27 C, độ ẩm tương đối 0 = 77% Trang 16
20. T2014-82 Chọn nguồn năng lượng và tác nhân sấy Một mẻ sấy 20 bông Tổng khối lượng bông m =9.781x20=195.62 (g) Tổng khối lượng cát cho một mẻ sấy: m= 0.3448x20=6.896 (kg) Tổng khối lượng vật sấy của một mẻ sấy là: M= m1 +m2 = 6.896+0.19562 = 7.09162(kg) Để đạt được thành phẩm là hoa khô ta phải sấy cho độ ẩm của vật sấy xuống độ ẩm toàn phần từ 10% đến 12%. Là độ ẩm bảo quản của vật sấy tránh các vi sinh vật trong vật sấy hoạt động hủy hoại vật sấy. Lƣợng ẩm cần bay hơi trong một mẻ sấy là  2 1 13.79 11 2.79% W=0.0279x7.09162=0.1979 (kg) Do giai đoạn này chỉ thực hiện nhiêm vụ đốt nóng vật liệu lên ta chỉ tính thời gian để nâng nhiệt độ vật liệu từ nhiệt độ bình thường lên nhiệt độ sấy. Thông số của không khí bên ngoài môi trƣờng. 0 Nhiệt độ môi trường: t0 =27 C, độ ẩm tương đối 0 = 77% Áp suất hơi nước bão hòa tương ứng với nhiệt độ môi trường t=27 0C (Công thức /172 Sách Tính toán và thiết kế hệ thống sấy. PGS-TSKH Trần Văn Phú) 4026.42 4026.42 pbh exp 12 exp 12 0.03548( bar ) 235.5 t 235.5 27 Thông số đƣợc xác định nhƣ sau: Lượng chứa ẩm 12pS 2 622 0.77 0.03548 d12 622 17.591( g / kgkkk ) ppbh 12 S 2 0.99333 0.77 0.03548 Entanpi của tác nhân sấy tính theo công thức: I12 t 12 d 12( r Cph t 12 ) 27 0.017591(2500 1.9 27) 71.879( kJ / kgkkk ) Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy. 5 pp 12S 1 (0.99333 0.77 0.03548) 10 3 k12 1.122(kg / m ) k (t12 273) 287(27 273) Tính toán thời gian nâng nhiệt độ của vật sấy: Thời gian đốt nóng vật liệu 35.4 phút 1.4.2. Giai đoạn II: Sấy tới khi kết thúc. Giai đoạn này có sự tham gia của giàn ngưng tụ hơi nước. Trang 17
21. T2014-82 Nhiệt độ sau giàn ngưng tụ là 70C Thông số của tác nhân sấy sau giàn ngƣng tụ là: Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi giàn lạnh : t=7 0C Độ ẩm của tác nhân sấy:   95% Áp suất hơi nước bão hòa tương ứng với nhiệt độ môi trường t=7 0C Thông số đƣợc xác định nhƣ sau: Lượng chứa ẩm của tác nhân sấy tính theo công thức: 11pS 1 622 0.95 0.01001 d12 622 6.0122( g / kgkkk ) ppbh 11 S 1 0.99333 0.95 0.01001 Entanpi của tác nhân sấy tính theo công thức: I11 t 11 d 11( r Cph t 11 ) 7 0.0060122(2500 1.9 7) 22.11( kJ / kgkkk ) Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy. 5 pp 11S 1 (0.99333 0.95 0.01001) 10 3 k11 1.224(kg / m ) k (t11 273) 287(7 273) Thông số tác nhân sấy khi vào buồng sấy: 0 Nhiệt độ tác nhân sấy vào buồng sấy: t1=52 C Độ ẩm của tác nhân sấy: 1 8% Áp suất hơi nước bão hòa tương ứng với nhiệt độ môi trường t=52 0C [Công thức /172 Sách Tính toán và thiết kế hệ thống sấy. PGS-TSKH Trần Văn Phú] 4026.42 4026.42 pbbh exp 12 exp 12 0.122( ar) 235.5 t 235.5 52 Thông số được xác định như sau. Lượng chứa ẩm 12pS 2 622 0.08 0.122 d12 622 6.172( g / kgkkk ) ppbh 12 S 2 0.99333 0.08 0.122 Entanpi của tác nhân sấy tính theo công thức: I12 t 12 d 12( r Cph t 12 ) 52 0.006172(2500 1.9 52) 67.039( kJ / kgkkk ) Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy. 5 pp 12S 1 (0.99333 0.08 0.122) 10 3 k12 1.054(kg / m ) k (t12 273) 287(52 273) Thông số của tác nhân sấy khi ra khỏi buồng sấy. Để đảm bảo việc truyền nhiệt tốt nhất từ không khí đến vật liệu ta chọn nhiệt độ khí ra 0 khỏi buồng sấy t22 = t12 + t Với tC 5 10 Tiêu hao không khí lý thuyết Trang 18
22. S K L 0 0 2 1 5 4