Đồ án: Thiết kế hệ thống sấy lúa bằng phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang có đảo gió, năng suất 5 tấn/mẻ

Chia sẻ: Bùi Lan | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:46

Thêm vào BST

Báo xấu

1.077
lượt xem 246
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sấy là một quá trình trao đổi nhiệt và ẩm , dẫn đến việc loại bỏ một phần nước và độ ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp sấy nóng và sấy lạnh.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Thiết kế hệ thống sấy lúa bằng phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang có đảo gió, năng suất 5 tấn/mẻ

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Sấy là một quá trình trao đổi nhiệt và ẩm , dẫn đến việc loại bỏ một phần nước và độ ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp sấy nóng và sấy lạnh. Kĩ thuật sấy được sử dụng rộng rãi để làm khô hầu hết các loại dược phẩm, ngũ cốc, các loại hạt và nhiều thực phẩm khác, làm tăng hiệu quả kinh tế trong sản xuất. Quá trình sấy không chỉ đơn thuần là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu mà là một quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu sấy phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp. Trong sấy lúa phải đảm bảo lúa sau khi sấy có tỉ lệ nứt gãy khi xay xát là thấp nhất. Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy khác nhau, đối với lúa người ta có thể dùng các phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy tầng sôi, sấy tháp, s ấy tĩnh vỉ ngang. Đồ án môn học này nhằm thiết kế hệ thống sấy lúa bằng phương pháp sấy tĩnhvỉ ngang có đảo gió, năng suất 5 tấn/mẻ, địa điểm tại đồng bằng sông Hồng, hoạt động vào vụ Hè Thu, cung cấp nhiệt bằng khói lò đốt trấu trực tiếp. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiều hạn chế nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót. Em mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy, cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn. GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 1
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Nguyên Đương cùng các thầy giáo đã hướng dẫn tận tình để em hoàn thành được đồ án này. Tên đồ án: “Tính toán thiết kế máy sấy lúa tĩnh vỉ ngang năng suất đầu vào 5 tấn/mẻ.” - Địa điểm tại Hà Nội - Hoạt động vào mùa thu hoạch Hè Thu - Cung cấp nhiệt là đốt trấu trực tiếp Nội dung thực hiện: Tìm hiểu công nghệ chế biến. 1. Công nghệ làm khô vật liệu sấy được giao và máy sấy vật liệu này 2. Tổng quát các loại máy sấy được loại vật liệu này 3. Mô tả và trình bày tổng quát, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc điểm riêng biệt về loại máy sấy này. 4. Thực hiện bài toán sấy lí thuyết và sấy thực. bao gồm: - Tìm hiểu bằng tài liệu tra cứu về độ ẩm vào, độ ẩm đầu ra, từ đó làm cơ sở tính toán bài toán sấy. - Thực hiện bài toán sấy. - Tính toán thiết kế không gian sấy và hệ thống sấy. - Chọn cung cấp nhiệt sấy gián tiếp hay trực tiếp tùy theo vật liệu sấy và sản phẩm sấy. 5. Tính toán thiết kế buồng đốt cấp nhiệt. 6. Tính toán thiết kế các thiết bị phụ trợ theo hệ thống lựa chọn 7. Tính toán sơ bộ hiệu quá đầu tư máy sấy và giá thành sấy 1kg thành phẩm. 8. Các bản vẽ GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 2
Thứ tự thiết kế một hệ thống sấy 1. Chọn phương pháp sấy. Chọn phương pháp sấy nóng hay sấy lạnh là tùy thuộc vào yêu c ầu công nghệ mà vật liệu sấy có thể chịu được. Thông thường, nếu không có yêu cầu gì đặc biệt thì ta chọn hệ thống sấy nóng, do độ chênh lệch phân áp suất Pab-Pam có thể đạt được rất lớn nên cường độ sấy lớn. Hơn nữa hệ thống sấy nóng không phải dùng máy lạnh và máy hút ẩm nên chi phí đầu tư rẻ hơn và vận hành đơn giản hơn. 2. Chọn dạng hệ thống sấy Sau khi đã quyết định phương pháp sấy, ta chọn hệ thống sấy. Khi đó cần căn cứ vào hình dáng vật liệu sấy và năng suất cũng như kinh phí đầu tư cho phép để chọn hệ thống sấy thích hợp. Trong trường hợp sấy các loại nông sản dạng hạt thì ta cũng có thể nghĩ đến hệ thống sấy buồng, sấy tháp, sấy thùng quay...Căn cứ vào đặc điểm của các hệ thống sấy này, năng suất yêu cầu và những nhân tố khác ta có th ể chọn được hệ thống sấy thích hợp. Để sấy thóc khi mới thu hoạch , vì thời gian sấy chỉ vài chục ngày một vụ lại phân bố rải rác ở từng hộ gia đình nên hiện nay nên người ta sử dụng hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang. Ngược lại ở các kho bảo quản hoặc các nhà máy xay xát, người ta thường dùng hệ thống sấy tháp. Chọn dạng hệ thống sấy cũng là bài toán kinh tế kĩ thuật 3. Chọn chế độ sấy Sau khi đã chọn được hệ thống sấy thích hợp, ta căn cứ vào yêu c ầu mà ch ủ yếu là nhiệt độ và độ ẩm mà hệ thống sấy có thể chịu được để chọn chế độ sấy thích hợp. Ngoài ra, nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy cũng chọn đủ bé để giảm tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi nhưng cũng phải đủ l ớn đ ể xa trạng thái bão hòa để tránh hiện tượng đọng sương lên bề mặt vật liệu đã được sấy khô. 4. Chọn nguồn năng lượng và tác nhân sấy. GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 3
Với hệ thống sấy nóng, nguồn năng lượng ngoài điện năng còn có thể là hơi nước, khí đốt dầu mỏ, than đá, củi và các phế liệu công nông nghiệp khác như trấu,bã mía…ta chọn dạng năng lượng trên cơ sở điều kiện cụ thể nơi xây dựng hệ thống sấy và tính toán kinh tế, ở đồng băng sông Hồng, trấu là nguồn năng lượng dồi dào, chi phí rất rẻ. Do đó, hệ thống sấy này dùng trấu làm nguồn năng lượng đốt trực tiếp để lấy khói từ buồng đốt gia nhiệt cho không khí cấp vào không gian s ấy. Vì vậy, ta cần thiết kế thêm buồng đốt cho hệ thống sấy. 5. Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm của hệ thống sấy( thực hiện bài toán sấy lí thuyết và sấy thực tế) Khi đã chọn được dang hệ thống sấy và chế độ sấy, ta tiến hành tính toán cân bằng nhiệt ẩm của thiết bị sấy. Đây là nội dung cơ bản của việc thiết kế một hệ thống sấy. Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt ẩm là tìm được lượng tác nhân sấy và nhiệt lượng cần thiết trong 1 giờ. Khối lượng tác nhân sấy trong 1 giờ là một trong hai cơ sở để chọn quạt (cùng với cột áp). Tính các tổn thất nhiệt. 6. Tính thể tích buồng đốt,buồng sấy và các thiết bị khác. 7. Bố trí hệ thống sấy, tính trở lực và chọn quạt Để chọn được quạt chúng ta caanf bố trí cụ thể hệ thống sấy và căn cứ vào việc bố trí này để tiến hành tính trở lực hệ thống.khi đã có tổng trở lực và lưu lượng tác nhân sấy cần thiết trong tính toán cân bằng nhiệt-ẩm của thiết bị sấy ta s ẽ chọn được quạt. 8 . Tính hiệu quả kinh tế của hệ thống sấy. Nội dung tính toán hiệu quả kinh tế của một hệ thống sấy đã được thiết kế gồm các phần: -Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng -Xác định chi phí đầu tư,chi phí vận hành và chi phí bảo dưỡng -Xác định được giá thành sản phẩm GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT SẤY 1.1 Khái niệm về sấy. Hạt và các sản phẩm nông nghiệp trước khi nhập kho bảo quản đều phải có độ ẩm ở mức độ an toàn. Điều kiện thích hợp của độ ẩm để bảo quản hạt là ở giới hạn từ 12%-14%. Phần lớn hạt thu hoạch về có độ ẩm cao hơn, trong điều kiện những mùa mưa độ ẩm của khí quyển cao nên sự thoát hơi nước tự nhiên của hạt chậm lại. Với độ ẩm của hạt lớn hơn 14% thì hoạt động sống tăng, hô hấp mạnh, lô hạt bị ẩm và nóng thêm. Đó là những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển c ủa vi sinh vật và côn trùng, lô hạt tự bốc nóng và làm cho hạt bị hỏng. Để tránh hiện tượng trên ta phải đảm bảo độ ẩm của hạt xuống khoảng 14%. Do đó, đối với một nước nông nghiệp nhiệt đới khí hậu nóng ẩm mưa nhiều như nước ta thì sấy là một phương pháp rất quan trọng. Hạt ẩm ảnh hưởng không tốt đến kĩ thuật xay xát. S ản l ượng b ột giảm, chi phí năng lượng tăng lên, bột dính vào máy chế biến và làm máy nhanh bị hỏng; hạt thu được và sản phẩm chế biến từ hạt sẽ bảo quản khó và chỉ tiêu phẩm chất sẽ thấp. ở những hạt đã sấy hay phơi khô thì quá trình thủy phân chất béo thực hiện chậm , hiện tượng đắng của hạt và sản phẩm chế biến giảm, côn trùng sâu mọt sẽ bị tiêu diệt. Những hạt bị bốc nóng ở thời kì đầu, nhờ quá trình phơi sấy, hạt trở lại bình thường, quá trình tự bốc nóng dừng lại và những tính chất kỹ thuật của hạt được phục hồi. Hạt còn tươi chưa hoàn thành quá trình chín sinh lí thì nhờ quá trình sấy quá trình chín sinh lí được rút ngắn, hạt có được đặc tính kĩ thuật thích hợp c ủa nó. Sấy khô sản phẩm là một quá trình rất phức tạp: khi sấy cần đảm bảo giữ được tính chất của sản phẩm, đảm bảo chất lượng và giữ nó ở trạng thái tốt. Quá trình sấy thực chất là quá trình dùng nhiệt để làm bốc hơi một phần lượng nước có trong sản phẩm. Quá trình này phụ thuộc vào cấu tạo, kích thước, dạng liên kết của vật liệu sấy và tính chất hóa học của sản phẩm và trạng thái bề mặt của sản phẩm hút ẩm. GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 5
1.2 Bản chất đặc trưng của quá trình sấy. Sấy là một quá trình tách ẩm ra khỏi sản phẩm (hoặc chuyển nước trong sản phẩm sang thể hơi). Quá trình này được thực hiện do sự chênh lệch áp suất của hơi nước ở môi trường xung quanh (Pxq) và trên bề mặt sản phẩm (Psp). Để làm cho lượng ẩm trên bề mặt sản phẩm bay hơi cần có điều kiện Psp>Pxq=∆P. tr ị số ∆P càng lớn thì độ ẩm chuyển ra môi trường xung quanh càng mạnh. Psp phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy và phụ thuộc vào tính chất liên kết của nước với sản phẩm. Sự thoát ẩm trên bề mặt tăng lên khi nhiệt độ và tốc độ của luồng không khí tăng, khi độ ẩm tương đối giảm và áp suất không khí giảm. Do vậy sự thoát ẩm trên bề mặt dẫn đến sự khuếch tán bên trong. Đó là kết quả của sự phá vỡ mối cân bằng tương đối trong sản phẩm cũng là do sự thay đổi nhiệt độ và sự phân chia nước không đồng đều trong sản phẩm. Trong sản phẩm ( và nhất là hạt ) sự vận chuyển nước bắt đầu từ nơi có độ ẩm cao đến nơi có độ ẩm thấp. Sự chênh lệch độ ẩm ở những phần khác nhau của hạt là nguyên nhân của sự khuêch tán bên trong khi sấy. Sự thay đổi về mặt phân bố nhiệt độ ở những điểm khác nhau của hạt làm cho sự vận chuyển độ ẩm tăng từ chỗ có nhiệt độ cao đến chỗ có nhiệt độ thấp. Quá trình sấy có thể được xúc tiến nhanh hơn nhờ sự tăng nhiệt đ ộ không khí hoặc nhiệt độ của hỗn hợp không khí và khói lò(t), giảm độ ẩm tương đối của không khí( φ), tăng vận tốc không khí(v) và nhờ sự giảm áp suất không khí trong môi trường (B). Trong quá trình sấy, càng về sau hơi nước của môi trường xung quanh càng nhiều, tức là áp suất Pxq cành tăng và độ ẩm của sản phẩm càng giảm đến một lúc nào đó sẽ đạt được trị số cân bằng. Khi đó Pxq=Psp và độ ẩm đó được gọi là độ ẩm cân bằng. Tại độ ẩm cân bằng thì ∆P=0, quá trình sấy ngừng lại. Đối với thóc, ẩm hiện diện ở hai nơi: ở bề mặt hạt (ẩm bề mặt) và ở nhân hạt (ẩm bên trong). Ẩm bề mặt sẽ nhanh chóng bay hơi khi hạt được tiếp xúc với không khí nóng thổi qua nó, còn ẩm bên trong nhân hạt sẽ bay hơi chậm hơn bởi vì đầu tiên nó phải di chuyển từ nhân hạt ra bề mặt hạt và kết quả là ẩm bề mặt và ẩm bên trong sẽ bay hơi với tốc độ khác nhau. Kết quả của sự chênh lệch này là tốc độ sấy và hàm lượng ẩm được lấy đi sẽ giảm trong quá trình sấy. Đối với hầu hết GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 6
các loại máy sấy hạt, tốc độ sấy thường nằm trong khoảng 0.5%/h -1%/h. hàm lượng ẩm của hạt sau mỗi lần qua máy sấy có thể giảm từ 2-4% phụ thuộc vào đ ộ ẩm ban đầu của hạt, nhiệt độ sấy và tốc độ tác nhân sấy. CHƯƠNG II: VẬT LIỆU SẤY VÀ TÁC NHÂN SẤY GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 7
2.1 Cấu tạo hạt lúa. - Mày lúa: trong quá trình sấy và bảo quản, mày lúa rụng ra làm tăng lượng tạp chất và bụi trong khối hạt. - Vỏ trấu: bảo vệ hạt gạo, chống các ảnh hưởng của môi trường và sự phá hoại của sinh vật, nấm mốc. - Vỏ hạt: bao bọc nội nhũ, thành phần cấu tạo chủ yếu là lipit và protein. - Vội nhũ: là thành phần chính của hạt lúa, chứa 90% là gluxit. - Phôi: nằm ở góc dưới nội nhũ, có nhiệm vụ biến các chất dinh dưỡng trong nội nhũ để nuôi mầm khi hạt lúa nảy mầm Thành phần hóa học của hạt thóc gồm chủ yếu là tinh bột, protein, xenlulose. Ngoài ra trong hạt lúa còn chứa một số chất khác với hàm lượng ít hơn so với 3 thành phần kể trên như: đường, tro, chất béo, sinh tố. Thành phần hóa học của hạt lúa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, đất đai trồng trọt, khí hậu và chế độ chăm sóc. Cùng chung điều kiện trồng trọt và sinh trưởng. Các thành phần hóa học của hạt lúa: Nước Gluxit Protit Lipit Xenlulo Tro Vitamin B1 13% 64,03% 6,69% 2,1% 8,78% 5,36% 5,36% Ở Việt Nam, lúa gạo là nguồn lương thực chính không thể thiếu trong đời sống con người. lúa còn là nguyên liệu để sản xuất tinh bột, sử dụng nhiều trong các GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 8
ngành công nghiệp thực phẩm. Lúa cũng được dùng làm thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm. Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ hai thế giới về lương gạo xuất khẩu trên thế giới, và tiếp tục đẩy mạnh việc xuất khẩu gạo sang các nước trên thế giới. Đây là một trong những nguồn thu ngoại tệ chính của đất nước. 2.2. Các đặc tính chung của khối thóc. a. Tính tan rời: là đặc tính khi đổ thóc từ trên độ cao h xuống mặt phẳng nằm ngang, lúa tự dịch chuyển để tạo thành khối có dạng chóp nón. Góc tạo thành bởi đường sinh với mặt phẳng đáy nằm ngang của hình chóp gọi là góc nghỉ hay góc nghiêng tự nhiên của khối hạt. Về trị số thì góc nghỉ tự nhiên bằng góc ma sát gi ữa hạt với hạt nên còn gọi là góc ma sát trong, kí hiệu (φ 1). Dựa vào độ tan rời này để xác định sơ bộ chất lượng và sự thay đổi chất lượng lúa trong quá trình sấy và bảo quản. Đối với thóc, góc nghỉ khoảng từ 32-40o. Nếu ta để hạt trên một mặt phẳng và bắt đầu nghiêng mặt phẳng này cho tới khi hạt bắt đầu trượt thì góc giới hạn giữa mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng trượt gọi là góc trượt (góc ma sát ngoài), kí hiệu (φ 2). Trường hợp không phải là một hạt mà là một khối hạt thì góc trượt có liên quan và phụ thuộc vào góc nghiêng t ự nhiên. Góc nghỉ và góc trượt càng lớn thì độ rời càng nhỏ, ngược lại góc nhỏ thì khả năng dịch chuyển lớn, nghĩa là độ rời lớn. Độ rời của khối hạt dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào các y ếu tố như kích thước, hình dạng hạt và trạng thái bề mặt hạt, độ ẩm của hạt, số lượng và loại tạp chất trong khối hạt. đối với góc trượt còn thêm một yếu tố quan trọng n ữa là loại vật liệu và trạng thái bề mặt vật liệu trượt. Bề mặt hạt thóc xù xì thì góc nghỉ và góc trượt lớn. Độ ẩm tạp chất của khối hạt càng cao đặc biệt là nhiêu tạp chất rác thì độ rời càng nhỏ. Độ ẩm của khối hạt càng cao thì độ rời càng giảm. Trong bảo quản, độ rời của khối hạt có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện bảo quản. nếu bảo quản quá lâu hay đã xảy ra quá trình tự bốc nóng làm cho khối hạt bị nén chặt, độ rời giảm hay thậm chí có khi mất hẳn độ rời. GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 9
b. Tính tự phân loại: Khối hạt có cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau (hạt chắc, hạt lép, tạp chất…),không đồng chất (khác nhau về hình dạng, kích thước , tỉ trọng…), do đó trong quá trình di chuyển chúng tạo nên những vùng khác nhau về chất lượng gọi là tính tự phân của khối hạt. Hiện tượng tự phân loại ảnh hưởng xấu đến việc làm khô và bảo quản hạt. Những vùng nhiều hạt lép và tạp chất sẽ dễ bị hút ẩm. Dễ bị cuốn theo tác nhân sấy trong quá trình sấy. c. Độ xốp của khối hạt: độ xốp của vật liệu (ε) là thành phần thể tích bị chiếm chỗ do khoảng không gian giữa các hạt. Giá trị của độ xốp phụ thuộc vào hình dạng hạt, cách mà chúng sắp xếp trong khối hạt (những hat nhỏ có thể lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt lớn). Trong quá trình sấy, khối hạt cần có đ ộ xốp (lỗ hổng) cần thiết cho quá trình truyền nhiệt với tác nhân sấy được dễ dàng. Trong đó: : mật độ khối hạt chứa trong đơn vị thể tích đó( khối lượng thể tích) : khối lượng riêng của hạt chứa trong đơn vị thể tích đó. d. Tính dẫn nhiệt và tính truyền nhiệt: quá trình dẫn nhiệt và truyền nhiệt trong khối hạt luôn tiến hành theo hai phương pháp song song đó là dẫn nhiệt và đối l ưu. Đại lượng đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của lúa là hệ số dẫn nhiệt (λ= 0.12-0.2 kCal/m.h.độ) e. Tính hấp thụ và nhả các chất khí, hơi ẩm trong quá trình sấy: thường là hiện tượng ở bề mặt. Vì vậy, trong quá trình sấy luôn xảy ra nhiều giai đoạn: sấy => ủ => sấy => ủ… Để giúp độ ẩm trong nhân hạt có thời gian di chuyển ra bề mặt hạt, làm cho lúa được khô đều và ít bị nứt gãy khi xay xát. 2.3 Các yêu cầu đặc trưng của hạt sấy Thóc sau khi sấy có thể được dùng làm lương thực hoặc để làm giống, dự trữ. Vì vậy, lúa sau khi sấy cần đảm bả được các yêu cầu sau: - Hạt thóc còn nguyên vẹn vỏ trấu bao bọc hạt gạo. - Hạt thóc còn giữ nguyên hình dạng, kích thước và màu sắc. - Có mùi vị đặc trưng của hạt thóc và không có mùi vị khác(mùi tác nhân sấy) - Hạt thóc không bị rạn nứt, gãy vụn và đặc biệt là lúa giống phải đảm bảo khả năng nảy mầm của hật sau khi sấy. GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 10
- Sau khi sấy, thóc phải đạt độ ẩm bảo quản, nếu không sẽ là môi trường tốt cho mối, mọt phá hoại Tóm tắt quy trình công nghệ. Lúa ↓ Thu hoạch ↓ Loại tạp chất-phân loại ↓ Sấy ↓ ↓ ↓ Kho bảo quản Đóng bao Xay xát ↓ ↓ Kho bảo quản Gạo ↓ Kho bảo quản 2.4. Công nghệ sấy thóc. Thóc là đối tượng cần xử lý nhiệt nhiều hơn bất cứ loại hạt ngũ cốc nào khác. Sấy làm giảm độ ẩm của thóc vừa thu hoạch đến mức an toàn (13-14%) để bảo quản và xay xát. Yêu cầu cơ bản của quá trình sấy là nâng cao tốc độ sấy, giảm thiểu thời gian sấy và năng lượng tiêu hao mà vẫn giữ được chất lượng sản phẩm sấy. Trong sấy thóc đối lưu thời gian sấy phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: các thông số chế độ sấy (nhiệt độ, độ ẩm tương đối, tốc độ khí sấy, chiều dầy lớp hạt),phương pháp sấy (sấy liên tục và gián đoạn,sấy có đảo hạt, đảo gió, làm dịu sau sấy...) và vật liệu sấy (loại thóc, kích thước hạt, độ chín khi thu hoạch, độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối quá trình sấy của thóc. GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 11
CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY VÀ CÁC LOẠI MÁY SẤY THÓC 3.1. Sấy bằng không khí tự nhiên - phơi nắng. Đó là phương pháp lợi dụng ánh nắng mặt trời để làm khô hạt và sản phẩm. Phơi nắng là phương pháp không tốn kém về nhiên liệu. Nó thúc đẩy quá trình chín sinh lí của hạt, có khả năng diệt trừ nấm, côn trùng, sâu mọt…bởi tác dụng của ánh nắng mặt trời. Nhưng phơi nắng có nhược điểm là không chủ động và phụ thuộc vào điều kiện thời tiết rất lớn, nhất là canh tác 2 vụ: Mùa khô rất ngắn ngủi không cho phép phơi nắng tự nhiên một cách nhanh chóng. Phơi nắng còn tốn nhiều công lao động và không cơ giới hóa được. Thời gian để đạt được độ ẩm an toàn thường dài. Tuy vậy trong thực tế sản xuất hiện nay, người ta vẫn áp dụng phương pháp phơi nắng đối với các loại ngũ cốc và một số nông sản khác. Những sản phẩm cần phơi trải thành những lớp mỏng nên mặt đất hay trên chiếu, phên…nên gặp r ất nhiều bất tiện: dễ bị lẫn cát, dễ bị ẩm khi gặp mưa. Vì vậy khi cần làm khô một khối lượng lớn sản phẩm trong thời gian ngắn bất kể điều kiện thời tiết thế nào thì ta sử dụng các phương pháp sấy nhân tạo. GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 12
3.2. Các phương pháp sấy nhân tạo - các dạng máy sấy thóc. 3.2.1. Cấu tạo hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang. Máy sấy tĩnh vỉ ngang có cấu tạo đơn giản, phù hợp với sản xuất phân tán và giá thành chấp nhận được. Máy sấy tĩnh vỉ ngang có cấu tạo bao gồm 4 bộ phận chính: quạt, lò đ ốt, buồng sấy và nhà che. Được chia làm 2 loại là loại không có đ ảo gió và loại có đ ảo gió. • Máy sấy tĩnh vỉ ngang loại không đảo gió. Quá trình sấy được thực hiện như sau: thóc được đổ trên mặt sàn l ưới l ỗ với lớp dày khoảng 0.2-0.5m. Không khí nóng tạo nên bởi lò đốt, được quạt sấy hút và thổi vào gió hông, sau khi đã hòa trộn với không khí môi trường đạt đến nhiệt độ khí sấy cần thiết. Sau đó từ ống gió hông, khí sấy chuyển hướng qua buồng gió chính (buồng sấy) nằm phía dưới sàn lỗ và đi hướng lên xuyên qua lớp hạt mang ẩm thoát ra ngoài. Quá trình sấy tiếp diễn cho đến khi cả lớp hạt dưới và trên đ ạt đ ược đ ộ ẩm cần thiết. Nhược điểm của loại không có đảo gió là chiếm nhiều mặt bằng tức năng suất thấp tính theo diện tích chiếm chỗ. Phải đảo trộn thủ công đ ể có s ự đ ồng đ ều ẩm độ hạt sau khi sấy, nên không phù hợp với yêu cầu cơ giới hóa công đoạn sấy. • Máy sấy tĩnh vỉ ngang loại có đảo chiều không khí sấy. GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 13
Để khắc phục nhược điểm của loại sấy không đảo gió. Máy sấy vỉ ngang loại có đảo chiều không khí sấy có những ưu điểm mới là kết cấu nhỏ gọn, so với các máy sáy tĩnh với cùng năng suất, nó chỉ chiếm ½ diện tích mặt bằng lắp đặt, do sấy lớp hạt dầy hơn (50-60cm). không còn tốn công lao động cào đảo, vẫn đảm bảo độ đồng đều ẩm độ hạt sau khi sấy. Giải quyết được bài toán đồng đều ẩm độ hạt sau khi sấy, vì về nguyên tắc, luồng khí đi lên hoặc đi xuống theo phương thẳng đứng thì đồng đều nhất. Ngoài ra, lớp hạt nằm ngang ít chịu nén, có khả năng tự điều chỉnh cục bộ khối vật liệu sấy do co rút khi vật liệu sấy khô dần, ít tác động xấu đ ến đ ộ phân bố gió đã được thiết lập, do đó tăng được khả năng đ ồng đ ều về ẩm độ sau cùng của sản phẩm. Điều này khó đạt được nếu đảo chiều với lớp hạt thẳng đứng. 3.2.2 Máy sấy tháp. • Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và đặc điểm. Hệ thống máy sấy gồm caloriphe hoặc cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộn với không khí, hệ thống quạt và các thiết bị phụ trợ khác. Tháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và chiều dài. Trong tháp sấy người ta bố trí các hệ thống kênh dẫn và thải tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy. Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóng luồng lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình trao đổi nhiệt sấy và nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài. Vật liệu sấy chuyển động từ trên xuống dưới từ tính tự chảy do trọng lượng bản thân của chúng. Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi nhi ệt đ ối lưu giũa dòng tác nhân chuyển động vừa ngược chiều vừa cắt ngang và do dẫn nhiệt từ bề mặt kênh dẫn và kênh thải qua lớp vật liệu nằm trên các bề mặt đó. Vì vậy trong thiết bị sấy tháp, nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được gồm 2 thành phần: thành phần đối lưu giũa tác nhân sấy với khối lượng hạt và thành phần dẫn nhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệu nằm trên đó. Khi sấy hạt di chuyển từ trên cao (do gầu tải hoặc vít tải đưa lên) xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc dzích dzắc trong tháp sấy. Tùy theo cách bố trí của dòng hạt di chuyển qua tháp sấy có thể lien tục hoặc tuần hoàn - theo mẻ. a) Sấy tháp liên tục: Hạt qua tháp sấy một lượt rồi vào bin ủ, và nghỉ (ủ) ở đó một thời gian (từ 2- 24h tùy chế độ sấy và loại hạt) sau đó lại qua tháp sấy lượt thứ 2,3…mục đích c ủa GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 14
ủ là cho độ ẩm ở trung tâm hạt có thời gian ra ngoài mặt để dễ bốc hơi. Chênh lệch ẩm độ quá nhiều giữa gần mặt hat với trung tâm hạt sẽ gây ứng suất làm gãy vỡ hạt. điều này là tối kị trong sấy lúa. Xay ra gạo bị bể thành tấm. Không khí vào từ những máng úp ngược, và thoát ra ở những máng song song nằm so le phía trên và phía dưới. b) Sấy tháp tuần hoàn Hạt đi qua tháp sấy được gầu tải đư trở lại tháp. Thời gian “ ủ” thực chất là thời gian hạt ở trong gầu tải và ở trong thùng chứa phía trên buồng sấy nên t ương đối ngắn, khoảng 30’. Hạt chảy xuống giữa hai vách lưới lỗ song song cách nhau 15- 23cm. không khí từ buồng giữa thổi xuyên qua lớp hạt. lớp hạt trong và lớp hạt ngoài cứ đi xuống song song, không trộn lẫn nhau nên có sự chênh lệch độ ẩm cuối. So với máy sấy tĩnh, các loại máy sấy tháp hiện chưa được sử dụng nhiều đặc biệt là sấy lúa vì các loại máy này chỉ hoạt động hiệu quả với lúa có độ ẩm
- Hệ thống thiết bị sấy liên tục - Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy - Có thể điều chỉnh thời gian sấy Nhược điểm: - Trở lực sôi lớn - Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi - Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều Như ta biết thiết bị sấy vỉ ngang có thể vận hành không phụ thuộc vào thời tiết và có năng suất sấy cao hơn, thời gian sấy ngắn hơn và chất l ượng sản ph ẩm sấy tốt hơn so với việc phơi thóc trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời. Tuy nhiên, cho đến nay các kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình dự đoán thời gian s ấy thóc tĩnh theo lớp dầy (ứng với kiểu thiết bị sấy vỉ ngang) được công bố trong và ngoài nước là rất ít. Việc dự đoán thời gian sấy một mẻ thóc sấy là rất quan trọng, vì ứng với các điều kiện sấy xác định nếu thời gian sấy không đủ thì thóc sẽ không sấy được xuống độ ẩm bảo quản an toàn, còn nếu ngược lại thì sẽ lại làm giảm năng suất của thiết bị, làm tăng giá thành của một đơn vị sản phẩm sấy. cấu trúc và dạng liên kết ẩm trong hạt thóc,…). Trong bài này ta sử dụng phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang đ ể sấy thóc. Trong đó ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ khí sấy, chiều dầy l ớp hạt và khoảng thời gian giữa các lần đảo gió đến thời gian sấy riêng trong sấy thóc tĩnh theo lớp dầy. Các điều kiện ban đầu như nguồn gốc của hạt, điều kiện thu hoạch và x ử lý hạt trước quá trình sấy. Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của khí sấy có vai trò quan trọng đối với quá trình sấy thóc. Tác nhân sấy là hỗn hợp khói và không khí được hòa trộn với nhau rồi đ ược dẫn qua các kênh dẫn để trao đổi nhiệt, ẩm với khối thóc mang vào, sau đó khí thải được dẫn ra ngoài. Trong phương pháp này ta sử dụng tác nhân sấy là khói lò tận dụng phế thải của ngành nông nghiệp. Khói lò thường được sử dụng trong các thiết bị sấy vừa cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy vừa mang ẩm thải vào môi trường. Trong khói lò chỉ có hai thành phần là khói khô và hơi nước. Coi khói lò là tác nhân sấy vì thế ta có thể dùng đồ thị I-d của không khí ẩm để biểu diễn các trạng GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 16
thái hay quá trình nhiệt động của khói lò. Hay nói cách khác khói lò cũng có các thông số như entanpy I, độ chứa ẩm d, độ ẩm tương đối giống như không khí ẩm. Khói lò được sinh ra do đốt trấu, nguồn nhiên liệu rất dồi dào ở vùng đồng bằng sông Hồng CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TĨNH VỈ NGANG Tính toán thiết kế hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang sấy thóc năng suất 5 tấn/mẻ (có đảo gió). Địa điểm tại đồng bằng sông Hồng, hoạt động vào mùa thu hoạch Hè Thu. Cung cấp nhiệt là đốt trấu cấp trực tiếp. Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Cơ chế của quá trình được diễn tả bởi 4 quá trình cơ bản sau: - Cấp nhiệt cho bề mặt vật liệu - Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào vật liệu. - Khi nhận được lượng nhiệt, dòng ẩm di chuyển từ vật liệu ra bề mặt. - Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu tách vào môi trường xung quanh. 4.1 Tính toán tổng quát. Theo trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia và tài liệu nghiên cứu của viện Cơ Điện Nông Nghiệp và Công Nghệ Sau Thu Hoạch, lúa thường sấy ở nhiệt độ 50 0- 900C, vì ở nhiệt độ này đường và chất béo không bị phá hủy và không bị biến dạng và lúa không bị nứt vỏ, Sơ đồ nguyên lí của hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang có đảo chiều không khí sấy Trấu vào GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 17
Không khí Không khí 4.1.1 Chọn chế độ sấy Trong hệ thống máy sấy tĩnh vỉ ngang loại có đảo chiều gió. Thóc được đổ vào buồng sấy dưới là mặt sàn có đột lỗ cho không khí nóng đi qua. Không khí nóng được tạo ra từ lò đốt trấu với nhiệt độ cao đến buồng hòa trộn với không khí ngoài trời làm giảm đến nhiệt độ sấy thích hợp. Không khí được quạt hút và chuyển đ ến buồng sấy. Tại đây diễn ra quá trình sấy và làm giảm ẩm. Đầu tiên mở van dưới, đóng van trên để cho tác nhân sấy đi từ dưới lên mang theo hơi nước thoát ra ngoài môi trường, sau đó không khí nóng được đảo chiều. phía trên buồng sấy được đậy lại bằng bạt. Mở van trên và đóng van dưới để khí nóng đi từ trên xuống và dẫn ẩm ra ngoài. Trong phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang có đảo chiều gió cần chú ý đến ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và tốc độ khí sấy, chiều dày lớp hạt và khoảng thời gian giữa các lần đảo gió. Theo thực nghiệm ta lấy thời gian đảo gió là 1h/lần. GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 18
4.1.2 Cân bằng vật chất: Các kí hiệu sử dụng: G1: lượng nhập liệu của vật liệu sấy (kg) G2: lượng sản phẩm sau khi sấy (kg) ω1: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt trước khi sấy (%) ω2: độ ẩm trên căn bản vật liệu khô sau khi sấy (%) d1: hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô trước khi vào sấy d2: hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô sau khi vào sấy W: lượng ẩm tách (kg) L: lượng không khí khô cần thiết l: lượng không khí khô cần thiết để tách 1 Kg ẩm ra khỏi vật liệu I0 , I1 ,I2: nhiệt hàm của không khí trước khi vào buồng đốt, sau khi ra khỏi buồng đốt và sau khi ra khỏi buồng sấy, J/kgkkk * Các thông số cơ bản: a) Đối với không khí: Trạng thái ban đầu của không khí: t0 = 250C; ϕ0 = 85% • Không khí vào thiết bị sấy: Chọn nhiệt độ vào buồng sấy của không khí: t1 = 500C • Không khí ra khỏi thiết bị sấy: Chọn nhiệt độ ra của không khí là:ø t2 = 420C • Phân áp suất hơi nước bão hòa Pb0: Pbh0 = exp(12 – ) = exp(12 – ) = 0,032bar • Lượng chứa ẩm d0: d0 = 0,621 = 0,621. = 0,017 kg ẩm/kgkkk • Nhiệt dung riêng dẫn xuất Cdx(d0): Cdx(d0) = Cpk + Cpa.d0= 1,0048 + 1,842.0,017 = 1,036 kJ/kg.độ Trong đó: Cpk= 1,0048 kJ/kg độ: nhiệt dung riêng của không khí khô Cpa= 1,842 kJ/kg độ: nhiệt dung riêng của hơi nước r= 2500 kJ/kg: ẩn nhiệt hóa hơi GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 19
• entanpy I0: I0 = Cpk.t0+d0(r+Cpa.t0) = 1,0048.25+0,017.(2500+1,842.25) = 68,4 kJ/kg • Thể tích riêng của không khí V0: V0= = = 0,858 m3/kg b) Đối với vật liệu sấy (thóc) Theo tài liệu kĩ thuật sấy Nông Sản - Trần Văn Phú, Lê Nguyên Đương ta có các thông số kích thước sau của thóc • Các kích thước của thóc: Dài : l = 8,5 mm Rộng: a= 3,4 mm Dày: b = 2 mm Đường kính tương đương: d = 2,76 mm Hệ số hình dạng: ϕhd = 1,68 • Các thông số khác: Nhiệt dung riêng: C = 1,5 KJ/Kg Hệ số dẫn nhiệät: λ = 0,09 W/mK Khối lượng riêng rắn: ρr = 1150 Kg/m3 Độ xốp: ε = 0,56 Diện tích bề mặt riêng khối lượng: f = 1,31 m2/kg Khối lượng riêng xốp: ρv = 500 Kg/m3 • Vật liệu trước khi vào thiết bị sấy: ta chọn θ1 = 270C ; ω1 = 28% • Vật liệu sau khi ra thiết bị sấy : chọn nhiệt độ ra của thóc nhỏ hơn nhiệt độ của không khí khoảng 2 0C θ2= 400C ω2 = 13%, đây là độ ẩm thích hợp để bảo quản thóc. • Năng suất tách ẩm: GVHD: PGS.TS. LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 20