Đồ-án-thiết-bị-sấy-thùng-quay-đậu-xanh

Đồ-án-thiết-bị-sấy-thùng-quay-đậu-xanh năng suất 1170 kg/giờ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMKHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc

2 Các số liệu ban đầu:

- Năng suất tính theo sản phẩm: 1170kg/h- Độ ẩm vật liệu vào: 21%

4 Các bản vẽ thiết bị

- 1 bản vẽ thiết bị khổ A3 đính kèm trong bản thuyết minh.- 1 bản vẽ thiết bị khổ A1.

5 Ngày giao nhiệm vụ:

6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Ngày tháng năm ( Kí, ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY 3

1.1 Tổng quan về nguyên liệu 3

1.1.1 Giới thiệu chung 3

1.2.3.2 Sấy nhân tạo 8

1.3 Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy 9

1.3.1 Tác nhân sấy 9

1.3.2 Các tác nhân sấy 9

1.3.4 Thiết bị sấy 10

1.4 Chọn thiết bị sấy và phương thức sấy 11

1.5 Quy trình sấy đậu xanh 12

PHẦN II TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH 14

2.1 Các kí hiệu sử dụng 14

2.2 Các thông số ban đầu 14

2.3 Tính các thông số của không khí 15

2.3.1 Tính trạng thái không khí ngoài trời 15

2.3.2 Xác định thông số của tác nhân sấy trước khi vào máy sấy (sau khi ra khỏi calorife)

2.3.3 Tính các thông số của tác nhân sấy sau khi ra khỏi buồng sấy 16

2.3.4 Tính nhiệt độ điểm sương 17

2.4 Lượng ẩm được tách ra 17

2.5 Khối lượng vật liệu vào thùng sấy 17

2.6 Lượng vật liệu khô tuyệt đối 18

2.7 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy (cân bằng theo lượng ẩm) 18

PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 20

3.1 Tính toán thiết bị chính 20

3.1.1 Thời gian sấy 20

3.1.2 Tính thể tích thùng sấy 20

3.1.3 Đường kính và chiều dài thùng sấy 21

3.1.4 Số vòng quay của thùng sấy (n) 21

3.1.5 Công suất thiết bị 22

3.2 Cân bằng nhiệt lượng 23

3.2.1 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy 23

3.2.2 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy 23

3.2.2.1 Nhiệt lượng tổn thất do không khí thải mang đi 23

3.2.2.2 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra 24

3.2.2.3 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh 24

3.2.2.4 Tổn thất nhiệt động học 31

3.2.3 Xác định các thông số của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực 32

3.2.4 Phương trình cân bằng nhiệt lượng trong quá trình sấy thực: 33

3.2.4.1 Nhiệt lượng vào 33

3.2.4.2.Nhiệt lượng ra 33

PHẦN IV TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 35

4.1 Calorife 35

4.1.1 Tính hệ số truyền nhiệt K 36

4.1.1.1 Tính hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hòa đến thành ống bên trong 37

Bảng 1.1 Giá trị dinh dưỡng trong 100g hạt đâu xanh khô 5

Bảng 2.1 Bảng tổng kết cho tác nhân sấy 17

Bảng 2.2 Bảng tổng kết cho vật liệu sấy 19

Bảng 3.1 Quan hệ giữa M và đường kính hạt 20

Bảng 3.2 Tổng kết các kích thước của thùng sấy 22

Bảng 3.3 Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy 28

Bảng 3.4 Chọn bề dày của thùng và vật liệu 29

Bảng 4.1 Các thông số ứng với giá trị ttb=52,8346ºC 37

Bảng 4.2 Kích thước cơ bản của cyclon ЦH – 24H – 24 43

Bảng 4.3 Bảng tóm tắt các thông số của không khí trên đường ống 45

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển của xã hội thì nhu cầu tiêu dùng của con ngườicũng ngày càng tăng cao và đặc biệt khó tính trong việc lựa chọn thực phẩm Vìvậy, đòi hỏi ngành công nghệ thực phẩm phải nâng cao chất lượng sản phẩm đểđảm bảo sức khỏe của con người hiện nay Chất lượng sản phẩm tốt phụ thuộcvào nhiều yếu tố, đối với sản phẩm khô thì độ ẩm chính là yếu tố quan trọng cầnquan tâm Đối với một số loại lương thực, thực phẩm thì để bảo quản trong thờigian dài chúng ta phải có các phương pháp tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng nhiềucách khác nhau Trong nền sản xuất hiện nay thì sấy ngày càng được sử dụngmột cách rộng rãi và phổ biến để bảo quản nông sản như lúa, ngô, đậu,… haychế biến các thực phẩm đòi hỏi độ ẩm thấp như cá hun khói, các loại trái cây sấykhô,….Những sản phẩm sấy ngày càng được yêu thích vì sự tiện ích mà chúngmang lại, với các kỹ thuật sấy hiện đại thì chất lượng sản phẩm sấy cũng ngàycàng được nâng cao Sấy ngày càng có vai trò quan trọng đối với ngành côngnghệ thực phẩm nói chung và đối với việc bảo quản nông sản nói riêng.

Trong quá trình sấy thì việc lựa chọn phương pháp sấy, thiết bị sấy, tính toáncác thông số công nghệ có vai trò quyết định rất lớn đến chất lượng sản phẩmsấy và hiệu quả sấy.

Ở nước ta, đậu xanh là một loại hạt khá quen thuộc đối với nông dân, đậuxanh được trồng khá rộng rãi ở nhiều nơi Hạt đậu xanh là một mặt hàng nôngsản có giá trị kinh tế cao, là một loại hạt có giá trị dinh dưỡng cao, dễ tiêu, cónhiều công dụng nên được sử dụng rất phổ biến Tuy nhiên, trong thời gian gầnđây, cây đậu xanh vẫn chưa phát triển mạnh và đang có dấu hiệu giảm sút, mộttrong những nguyên nhân là do thu hoạch không tập trung và kỹ thuật xử lý sauthu hoạch còn hạn chế,…làm ảnh hưởng đến chất lượng hạt đậu xanh thànhphẩm Do đó, để đảm bảo thành phần chất dinh dưỡng trong hạt đậu xanh vàchất lượng của hạt đậu xanh thì cần phải chú trọng đến kỹ thuật sấy khô hạt đậuxanh sau khi thu hoạch Công đoan sấy có vai trò quan trọng trong việc quyếtđịnh chất lượng cũng như giá trị cảm quan của sản phẩm.

Công nghệ sấy hiện nay rất là đa dạng, tuy nhiên, đối với tính chất, hình dạngvà kích thước của hạt đậu xanh thì em nghĩ việc sấy bằng thiết bị sấy thùng quaylà một trong các lựa chọn phù hợp và phổ biến nhất do nó mang lại hiệu quả kinh

tế cao, vận hành dễ dàng, tiết kiệm thời gian Sấy thùng quay làm cho vật đượcđảo trộn mạnh, tốc độ sấy mạnh và độ đồng đều sản phẩm cao Bên cạnh đó thìthiết bị còn có thể làm việc với năng suất lớn.

Với những ưu điểm và lợi thế như trên, cũng như tính ứng dụng thực tế của

thiết bị, em xin lựa chọn đề tài đồ án thiết bị là “ Thiết kế thiết bị sấy thùngquay để sấy đậu xanh nguyên hạt với năng suất 1170kg/h”.



PHẦN I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY1.1 Tổng quan về nguyên liệu

1.1.1 Giới thiệu chung

- Đậu xanh (hay còn gọi là đỗ xanh) có tên khoa học là: Vigna radiata (L.)R.WILCZEK

- Cây đậu xanh được trồng trên thế giới gồm có 3 phân loài:

V radiata var grandifloraV radiata var radiataV radiata var sublobsta

1.1.2 Nguồn gốc và phân bố

- Loài đậu xanh (Vigna radiata) có nguồn gốc ở Ấn Độ và Trung Á, từ đó lan

sang nhiều khu vực khác của châu Á.

- Ở Thái Lan, vết tích cây đậu xanh trồng đã được xác định cách nay khoảng2000 năm tại khu vực Khao Sam Kaeo ở miền nam Thái Lan.

- Ở Châu Phi, trên đảo Pemba trong thời đại của thương mại Swahili, thế kỉ 9 vàthứ 10, vết tích cây đậu xanh trồng cũng được phát hiện

- Cây đậu xanh có khả năng thích ứng rộng, chịu hạn khá và có thể thích nghivới các vùng có điều kiện khắc nghiệt Ở châu Á cây đậu xanh được trồngnhiều ở các quốc gia như: Ấn Độ, Pakistan, Bangladesh, Sri Lanks, Nepal,Trung Quốc, Mianma, Thái Lan, Việt Nam, Campuchia, Lào,… Sau này câyđậu xanh còn được trồng ở Trung Phi, các vùng khô và nóng ở Nam Âu, phíađông bắc châu Úc, Nam Mỹ và miền nam Hoa Kì Nó được sử dụng như mộtthành phần trong các món ăn mặn và ngọt.

- Ở Việt Nam đậu xanh được trồng rộng khắp cả nước từ Bắc và Nam Đây làloài cây rau và là thực phẩm quan trọng và là một loại đậu có giá trị đặc biệttrong văn hóa ẩm thực Việt Nam

1.1.3 Đặc điểm hình thái

Đậu xanh là cây thân thảo nhỏ, mọc đứng, sống hằng niên.

- Thân: cao 40-80 cm tùy thuộc vào giống và cách trồng Trong điều kiện canhtác tốt canh tác tốt cây đậu càng cao cho năng suất càng tốt (nếu không bị đỗngã).

- Rễ: gồm một rễ cái và nhiều rễ phụ Đất xốp thoáng rễ có thể mọc sâu đến40cm, nhờ đó cây đậu chịu hạn tốt hơn Rễ đậu xanh chịu hạn khá nhưng chịu

úng rất kém, nhất là cây còn nhỏ (0- 25 ngày sau gieo) Từ 15 ngày sau khigieo, rễ đã có nốt sần hữu hiệu cho cây.

- Cành: cây đậu phát triển nhiều cành cấp 1 từ thân chính, một số cành cấp 1phát triển thêm cành cấp 2 Đa số hoa và quả phát triển trên thân chính và cànhcấp 1, rất ít quả trên cành cấp 2

- Lá: khi mới mọc, cây có 2 lá đơn nhỏ, sau đó là các lá kép Mỗi lá kép có 3 láđơn, có lông ở cả hai mặt Các lá ở ngọn cần thiết để nuôi trái và hạt nên phảiđược chăm sóc kĩ để phòng ngừa sâu bệnh Hai lá đơn đầu tiên dễ bị dòi đụcthân tấn công nên cũng cần xịt thuốc kịp thời.

- Hoa: từ 18-20 ngày sau khi gieo, đậu xanh đã bắt đầu có nụ hoa nhưng còn rấtnhỏ, nằm khuất trong vảy nhỏ (gọi là mỏ chim) ở các nách là Nụ hoa phát triểntừ các chùm hoa mọc ở kẻ lá, mỗi chùm có 16-20 hoa màu vàng lục, nhưngthường chỉ đậu 3-8 quả Hoa nở từ 34-40 ngày sau khi gieo Hoa màu vàng lụcmọc ở kẻ lá.

- Quả: quả đậu xanh thuộc loại quả giáp, hình trụ thẳng, mảnh nhưng số lượngnhiều, có lông Từ lúc nở, quả bắt đầu phát triển và chín sau 18-20 ngày Quảnon có màu xanh, nhiều lông tơ, khi già có màu xanh đậm và khi chín có màunâu đen hay vàng và ít lông Mỗi quả có khoảng 5-10 hạt.

- Hạt: hạt hình tròn hơi thuôn, kích thước nhỏ, màu xanh, ruột màu vàng, cómầm ở giữa Các giống thường có hạt màu xanh mỡ (bóng) hay mốc (có nhữnggiống hạt vàng, nâu hay đen), 1000 hạt nặng 30-70g Các giống hạt xanh bóng,có trọng lượng 1000 hạt nặng hơn 55g thích hợp để xuất khẩu Hạt đậu xanh cónhiều giá trị dinh dưỡng Trong 1 hạt có chứa 24% protein, 2-4% chất béo,50% đường bột, nhiều sinh tố B và P.

 Cây đậu xanh phát triển ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, độ cao từ vùngđồng bằng đến 1.850m Là cây đậu đỗ quan trọng đứng hàng thứ 3 sau đậutương và cây lạc (2 loại cây công nghiệp ngắn ngày).

1.1.4 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng

1.1.4.1 Thành phần hóa học

Thành phần hóa học trung bình có trong hạt đậu xanh gồm: 13,7% nước; 2,4%lipid; 4,6% xenluloza; 23% protid và 52% glucid

1.1.4.2 Thành phần dinh dưỡng

- Theo phân tích của Bộ Nông nghiệp Hoa Kì (USDA) thì thành phần dinhdưỡng trong hạt đậu xanh như sau:

Bảng 1.1 Giá trị dinh dưỡng trong 100g hạt đâu xanh khô

Giá trị dinh dưỡng trong 100g hạt đậu xanh khô

Ghi chú: Tỷ lệ % đáp ứng cho nhu cầu mỗi người lớn

- Theo bảng phân tích thành phần hóa học một số thức ăn Việt Nam, thì giá trịdinh dưỡng của đậu xanh trong 100g phần ăn được là: Protein(23,9%),lipid(1,3%), glucid(53%),

- Protein của đậu xanh chứa nhiều loại acid amin như lysine, methionine,trypthophan, phenilamine, valine…

- Carbohydrate trong hạt đậu xanh gồm chủ yếu là tinh bột (32-43%), vớilượng amylose chiếm khoảng 19,5-47% Nguồn tinh bột dồi dào trong đậuxanh đã được ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn sản xuất.

- Hàm lượng lipid trong hạt đậu xanh rất thấp nhưng có ảnh hưởng rất lớn đếnchất lượng của hạt, bột và sản xuất chế phẩm từ hạt đậu.

- Ngoài ra, trong đậu xanh còn chứa nhiều loại đường, chủ yếu là saccharose,trong đó là lượng glucose chiếm ưu thế hơn so với fructose, và một số đườngkhác như raffinose, arabinose, xylose,…

- Đậu xanh được trồng ở nhiều nơi ở nước ta, lấy hạt chủ yếu làm thực phẩmvà thường được chế biến ngay làm thức ăn Vấn đề bảo quản đậu xanh gặpnhiều khó khăn vì đậu là môi trường thích hợp cho sâu mọt phát triển và pháhoại Mặt khác, nếu điều kiện bảo quản không tốt như nhiệt độ, độ ẩm cao,đậu sẽ bị sượng làm giảm chất lượng đậu Muốn bảo quản lâu dài thì hạt đậuphải có chất lượng ban đầu tốt, không sâu mọt và có độ ẩm an toàn Vì vậy,quá trình phơi sấy hạt đậu sau thu hoạch có vai trò rất quan trọng trong việcbảo quản, chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt.

1.2 Giới thiệu cơ bản về quá trình sấy

1.2.1 Khái niệm

- Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng cách cấp nhiệt cho vật liệusấy Là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu.Kết quả của quá trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên.

- Mục đích:

 Loại bỏ nước, làm giảm khối lượng vật liệu.

 Tăng thời gian bảo quản, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phảnứng sinh học.

 Cấp nhiệt cho bề mặt vật liệu.

 Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào vật liệu.

 Khi nhận được nhiệt lượng, dòng ẩm di chuyển từ vật liệu ra bề mặt. Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu tách vào môi trường xung quanh.

1.2.2 Nguyên lý của quá trình sấy

- Sấy là quá trình làm khô vật liệu ẩm khi được cung cấp năng lượng theo trìnhtự: Gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để khuếch tán ẩm trong vật liệu, đưa hơiẩm thoát khỏi vật liệu.

- Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rấtphức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vậtliệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp,nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi,sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu, vận tốc của toàn bộ quá trìnhđược quy định bởi giai đoạn nào chậm nhất Động lực của quá trình là sựchênh lệch ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu Quá trìnhkhuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớnhơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xungquanh Ngoài ra, tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩyhoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt vậtliệu sấy.

- Trong quá trình sấy thì nhiệt độ và môi trường không khí ẩm xung quanh cóảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy Do vậy, khi nghiên cứu quátrình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy:

 Mặt tĩnh lực học: tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta sẽtìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và củacác tác nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhânsấy và lượng nhiệt cần cho quá trình sấy.

 Mặt động lực học: nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vậtliệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất, cấu trúc,kích thước của vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của tác nhânsấy để từ đó xác định được chế độ sấy và thời gian sấy thích hợp.

 Chi phí đầu tư, vận hành thấp, tốn ít nhiệt năng. Bề mặt trao đổi nhiệt lớn

1.2.3.2 Sấy nhân tạo

- Sấy nhân tạo tiến hành trong các thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vậtliệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy theo phương pháp truyền nhiệt màtrong kĩ thuật sấy có thể chia ra nhiều dạng:

 Sấy đối lưu: phương pháp sấy tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấytruyền nhiệt là không khí nóng, khói lò,…

 Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp vớivật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua mộtvách ngăn.

 Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồngngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy.

 Sấy bằng dòng điện cao tần: phương pháp sấy dùng năng lượng điện trườngcó tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu.

 Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao,nhiệt độ rất thấp, nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạngthái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng.

- Ưu điểm:

 Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên. Kiểm soát được những sản phẩm ra vào, nhiệt độ cung cấp. Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.

 Tốn ít mặt bằng, nhân công.

 Tiết kiệm thời gian, tăng hiệu suất của quá trình.- Nhược điểm:

+ Tốn chi phí cho đầu tư trang thiết bị, cán bộ kỹ thuật.

1.3 Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy

- Vì nhiệm vụ của tác nhân sấy: Gia nhiệt cho vật liệu sấy.

 Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường. Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.

- Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: gia nhiệt cho vật liệu sấy để làmẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường Nếu ẩm thoátra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng đến quá trình bốcẩm từ vật liệu sấy thậm chí còn làm ngừng tệ quá trình thoát ẩm Để tải ẩm đãbay hơi từ vật sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp:

 Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt.

 Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy để thải ra ngoài (sấy chânkhông).

- Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng, nó đóng vaitrò vừa tải nhiệt, vừa tải ẩm Các tác nhân sấy thường dùng là không khí, khóilò và hơi quá nhiệt….

Trong sấy đối lưu chất tải nhiệt có thể dùng là hơi nước hay khói lò để gianhiệt cho tác nhân sấy và các bề mặt truyền nhiệt cho vật liệu.

1.3.2 Các tác nhân sấy

- Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầu hếtcác loại sản phẩm Dùng không khí ẩm không làm sản phẩm sau khi sấy bị ônhiễm hay thay đổi mùi vị Tuy nhiên dùng không khí ẩm làm tác nhân sấycần thêm bộ gia nhiệt không khí (calorifer khí, hơi hoặc khói), nhiệt độ sấy

không quá cao, thường nhỏ hơn 500ºC vì nếu nhiệt độ cao quá thiết bị traođổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt.- Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên

1000ºC mà không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễmgây mùi khói Vì vậy khói chỉ dùng cho các vật liệu không sợ ô nhiễm nhưgỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ.

- Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này dùng cho các sản phẩm dễ bị cháy nổ và cókhả năng chịu nhiệt độ cao Vì vậy sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt độ thườnglớn hơn 100ºC (sấy ở áp suất khí quyển).

1.3.3 Chế độ sấy

- Chế độ sấy là cách thức tổ chức quá trình truyền nhiệt, truyền chất giữa tácnhân sấy, vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất, chấtlượng sản phẩm yêu cầu và chi phí vận hành cũng như chi phí năng lượng làhợp lí.

- Chế độ sấy hồi lưu và đốt nóng trung gian

- Dựa vào áp suất làm việc: có thiết bị sấy chân không và thiết bị sấy ở áp suấtthường.

- Dựa vào phương thức làm việc: sấy liên tục và sấy gián đoạn.

- Dựa vào phương thức cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, thiếtbị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ…

- Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, băng tải, sấy thùng quay, sấytrục và sấy phun.

- Dựa vào chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy: sấy cùng chiều,sấy ngược chiều và giao chiều.

1.4 Chọn thiết bị sấy và phương thức sấy

- Chọn thiết bị sấy thùng quay

Công nghệ phát triển, có rất nhiều thiết bị sấy, mối loại sẽ có ưu và nhượcđiểm của nó.Với ưu điểm tiện lợi hơn trong việc sấy các vật liệu dạng hạt,cục nhỏ như các loại đậu, đường, để sấy đậu xanh phù hợp nhất là sấy thùngquay Mặt khác, thiết bị sấy thùng quay có nhiều ưu việt hơn như diện tích bềmặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và tác nhân sấy lớn,chất lượng sấy cao, đồngđều.

Ta chọn tác nhân sấy là không khí ẩm

- Thiết kế thiết bị sấy thùng quay có các thông số sau:+ Chọn tác nhân sấy là không khí ẩm

+ Chọn calorifer khí – hơi+ Thiết bị làm việc liên tục

+ Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều+ Thiết bị có lắp đặt các cánh đảo trộn

Cấu tạo chính của thiết bị sấy thùng quay là thùng sấy, thùng sấy là một hìnhtrụ tròn bên trong có lắp các cánh định hướng và đảo trộn, được đặt nghiêngvới mặt phẳng nằm ngang 1 góc 3º, được chuyển động nhờ bánh răng và độngcơ.

1.5 Quy trình sấy đậu xanh

Đậu xanh xanh

Thu hoạch

Đóng góiKiểm tra cỡ hạt

Làm sạchPhơi (sấy sơ bộ)

Phân loạiĐập, tách hạt

Thuyết minh quy trình

Đậu xanh được thu hoạch ngoài đồng ruộng, người ta chặt cây rồi tách tráiđậu ra Khi mới thu hoạch ở ruộng về, hạt đậu xanh có độ ẩm cao từ 20-25%.Đối với hạt đậu xanh thu hoạch cả vỏ thì phải phơi, sấy sơ bộ tới độ khô nhấtđịnh mới tách, lấy hạt khỏi vỏ thuận lợi Việc đập và tách hạt ra khỏi vỏ có thểlàm bằng máy hoặc bằng tay Sau đó tiến hành làm sạch nhằm tách những tạpchất có trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi,… lẫn vào hạt khi thuhoạch Tách hạt có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ (cỏ, rác, cành lá,…)lớn hơn hạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớp dưới cùng là đất cát, rácvụn nhỏ hơn hạt Sau khi có khối đậu sạch thì tiến hành đo độ ẩm bằng máy đểxác định độ ẩm ban đầu Tiếp theo người ta phân loại đậu theo kích cỡ, có thểdùng sàng với các lớp lưới có đường kính lỗ khác nhau Sau khi phân loại tiếnhành sấy theo từng loại đậu Sau thời gian sấy phải kiểm tra độ ẩm, độ ẩmthành phẩm đạt 14% thì quá trình sấy kết thúc Sau khi sấy, đậu được làmnguội tự nhiên hoặc có quạt thổi để giảm nóng, tránh dùng không khí có độ ẩmcao để thông gió vì sẽ làm tăng độ ẩm hạt Tiếp theo, khối đậu được kiểm tralại cỡ hạt để loại bỏ những hạt lép, hỏng sau khi sấy Cuối cùng, đậu được đemđóng gói theo yêu cầu thị trường để có được sản phẩm đậu xanh nguyên hạt.

- Phơi sơ bộ: nhằm để hạ bớt độ ẩm của trái đậu rồi thuận tiện cho việc tách hạtkhỏi vỏ

- Dập tách hạt: có thể dùng tay thủ công hoặc dùng máy để loại vỏ đi.

- Làm sạch: loại bỏ đi các tạp chất có trong hạt lẫn vào khi thu hoạch và táchhạt Người ta có thể dùng sàng hoặc rây kim loại để tách tạp chất

- Phân loại: theo kích cỡ, nên có thể dùng sàng với các lớp lưới có đường kínhkhác lỗ khác nhau.

- Sấy: để đưa độ ẩm hạt đậu xuống độ ẩm an toàn

- Làm nguội: để giảm nóng cho hạt đậu nhằm đóng gói, hạn chế hư hỏng.- Kiểm tra cỡ hạt: để loại bỏ những hạt lép, hỏng sau khi sấy.

- Đóng gói: đậu được đem đóng gói theo yêu cầu thị trường để có được sảnphẩm đậu xanh nguyên hạt.

PHẦN II TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH2.1 Các kí hiệu sử dụng

G1: Lượng vật liệu trước khi vào máy sấy (kg/h)G2: Lượng vật kiệu sau khi ra khỏi máy sấy (kg/h)Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h)W1: Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy (%)

W2: Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy (%)

W: Năng suất tách ẩm (Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy) (kgẩm/h)

L: Lượng không khí khô lý thuyết cần thiết (kg ẩm/ kgkkk)

l: Lượng không khí khô lý thuyết cần thiết để tách 1kg ẩm ra khỏi vật liệu (kgẩm/kgkkk)

I0, I1, I2: Entanpy của không khí ở trạng thái ban đầu, trước khi vào và ra thiếtbị sấy (kJ/kgkkk)

x0, x1, x2 : Hàm ẩm của không khí ở trạng thái ban đầu, trước khi vào và ra thiếtbị sấy (kg ẩm/kgkkk)

2.2 Các thông số ban đầu

Năng suất: 1170 kg/h

Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy: W1=21%Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy: W2=14%Nhiệt độ môi trường: t₀=26ºC

Độ ẩm tương đối của không khí: Nhiệt độ tác nhân sấy vào: t₁=54ºCNhiệt độ tác nhân sấy ra: t₂=33ºC

(Nếu chọn nhiệt độ TNS ra quá cao thì gây tổn thất nhiệt lớn và tốn nănglượng, nếu chọn quá thấp thì có thể xảy ra hiện tượng đọng sương, làm ẩm lạivật liệu Chọn nhiệt độ TNS ra cao hơn nhiệt độ điểm sương và không quá cao)

2.3 Tính các thông số của không khí

2.3.1 Tính trạng thái không khí ngoài trời

Ta chọn cặp thông số ngoài trời (t₀, φ₀) = (26ºC, 83%)Tại nhiệt độ: t₀=26ºC ta có:

- Áp suất hơi bão hòa:P ₀ =exp{12− 4026,42

I0 =1,00426+(2500+1,84226)0,0181=72,2753 (kJ/kgkkk)- Thể tích riêng của không khí ẩm:

=exp{12− 4026,42

235,5+54}= 0,1483 bar- Độ ẩm tương đối của không khí:x1 = 0,622 φ1Pb 1

φ1= x1B

Pb 1(0,622+ x1)=0,1483(0,622+0,0181)0,0181 0,981 =0,1872=18,72%- Entanpy của không khí ẩm:

I1 =1,00454+(2500+1,84254) 0,0181= 101,3229 (kJ/kgkkk)- Thể tích riêng của không khí ẩm:

v1 = 288 T1

v1 = 288(54+273)

0,981105−0,1872 0,1483105 = 0,9880 (m3/kgkkk)

2.3.3 Tính các thông số của tác nhân sấy sau khi ra khỏi buồng sấy

Đặc trưng của sấy lý thuyết là entanpy của TNS trước và sau khi sấy là khôngđổi Nên I2 = I1 = 101,3229 (kJ/kgkkk)

- Tại nhiệt độ t2 = 33ºC ta có:- Áp suất hơi bão hòa:

Pb2= exp{12− 4026,42

=exp{12− 4026,42

235,5+ 33} = 0,05 bar- Độ chứa ẩm x2 :

x2 = I2−1,004 t2

2500+1,842t2 = 101,3229−1,004 332500+1,842 33 = 0,0266 (kg ẩm/kgkkk)- Độ ẩm tương đối của không khí:

φ2 = x2B

Pb 2(0,622+x2) = 0,05(0,622+0,0266)0,0266 0,981 = 0,8057 = 80,57%- Thể tích riêng của không khí ẩm

2.3.4 Tính nhiệt độ điểm sương

- Tại nhiệt độ điểm sương ta có φ = 1- Áp suất hơi bão hòa tương ứng: Pbh = x2B

0,622+ x2 =0,622+ 0,02660,0266 0,981 = 0,0403 (bar) = 0,0411 (at)

Tra bảng I.250/312 – [1] và sử dụng phương pháp nội suy, ta có nhiệt độ điểmsương tại Pbh = 0,0411 at, tđs = 29°C Do đó, ta có ∆t = t2 – tđs = 33 – 29 = 4°Cnên các thông số về tác nhân sấy đã chọn có thể chấp nhận được.

2.4 Lượng ẩm được tách ra

- Phương trình cân bằng vật liệu chung:

- Lượng ẩm tách ra:W = G2W1−W2

W = 1170100−2121−14 = 103,6709 (kg/h)

2.5 Khối lượng vật liệu vào thùng sấy

G1 = G2 +W = 1170 + 103,6709 = 1273,6709 (kg/h)

2.6 Lượng vật liệu khô tuyệt đối

Gk = G1100−W1

100 = G2100−W2

Gk = 1170100−14100 = 1006,2 (kg/h)

2.7 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy (cân bằng theo lượng ẩm)

Coi lượng không khí khô đi qua máy sấy không bị mất trong quá trình sấy.L: Lượng không khí khô tiêu tốn trong quá trình sấy

Lx1: Lượng ẩm không khí khô mang theo vào phòng sấyLx2: Lượng ẩm trong không khí khô còn lại sau khi sấy

Phương trình cân bằng ẩm: Lx1 + W = Lx2 (CT 7.23/204 – [5])- Lượng không khí khô tiêu tốn trong quá trình sấy:

V2 = v2L= 0,898312186,3272 = 10947,5747 (m3/h)- Lưu lượng thể tích trung bình:

Vtb = V1+V2

2 = 12039,7163+ 10947,57472 = 11493,6455 (m3/h)

Bảng 2.2 Bảng tổng kết cho vật liệu sấy

PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH VÀ CÂN BẰNG NHIỆTLƯỢNG

3.1 Tính toán thiết bị chính

3.1.1 Thời gian sấy

Thời gian sấy trong điều kiện các thông số của tác nhân sấy không thay đổi cóthể xác định gần đúng theo công thức sau:

Có thể lấy M theo bảng sau:

Bảng 3.1 Quan hệ giữa M và đường kính hạt

τ: thời gian sấy (giờ)

Khi đó đường kính thùng sấy được xác định: Thể tích thùng sấy:

α: Góc nghiêng của thùng quay, độ

Thường góc nghiêng của thùng dài là 2,3 - 3° , còn thùng ngắn đến 6°

D: Đường kính của thùng sấy  n=m× k × L

τ × D× tgαα =37,84 x 0.8801 x 0,05240,5 x 3 x 5 = 4,2978 (vòng/phút)

3.1.5 Công suất thiết bị

N = 0,13×10-2× Dt3× Lt×a×n×ρ (CT VII.54/T123 - [2])Trong đó:

n: Số vòng quay của thùng sấy.

a: Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,079 (Bảng 5/T123 - [2], nội suy)ρ: Khối lượng riêng xốp trung bình, ρ=1000 (kg/m3).

Dt ,Lt : Đường kính và chiều dài của thùng (m).

 N = 0,13×10-2 ×0,883×5×0,079×4,2978×1000 = 1,5047 (kW/h)

Bảng 3.2 Tổng kết các kích thước của thùng sấy

3.2 Cân bằng nhiệt lượng

tvl1: Nhiệt độ vật liệu trước khi vào sấy, tvl1 = tmt =26ºCtvl2: Nhiệt độ vật liệu sau khi ra khỏi máy sấy, tvl2 = 28ºC

Cvl: Nhiệt dung riêng của vật liệu, kJ/kgoK, coi như không đổi trước và sau khisấy Cvl1 = Cvl2 = Cvl

Cn: Nhiệt dung riêng của nước, kJ/kgºK, Cn = 4,18 kJ/kgoK

Cvl = Cvlkhô×(1-W2) + CnW2, kJ/kgºK (CT I.44/152-[1])Trong đó : Cvl khô: nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối

Ta có Cvl khô = 1,5 (kJ/kgoK)

Vậy Cvl = 1,5(1-0,14) + 4,180,14 = 1,8752 (kJ/kgoK)

3.2.1 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy

- Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào:

qkkv = lIo = 117,548272,2753 = 8495,8297 (kJ/kg ẩm)- Nhiệt lượng do TNS nhận được từ calorife sưởi cung cấp:

qs = l(I1- Io) = 117,5482(101,3229 – 72,2753) = 3414,4921 (kJ/kgẩm)- Lượng nhiệt tiêu tốn cho cả quá trình sấy:

Qs = qsW =3414,4921103,6709 = 353983,4218 (kJ/h)- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào:

qvls = G1Cvltvl 1

W + Cntvl1

qvls = 1273,67091,8752 26103,6709 + 4,1826 = 707,6725 (kJ/kgẩm)- Vậy tổng nhiệt lượng mang vào:

∑qv = qkkv + qs + qvls

∑qv = 8495,8297 + 3414,4921 + 707,6725 = 12617,9943 (kJ/kgẩm)

3.2.2 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy

3.2.2.1 Nhiệt lượng tổn thất do không khí thải mang đi

3.2.2.3 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh

 Tổn thất nhiệt qua vỏ thiết bị:qm = K F ∆ ttb

Trong đó:

F: Diện tích bề mặt xung quanh máy sấy

∆t: Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanhW: Lượng ẩm bay hơi

K: Hệ số truyền nhiệtK =

i =1

3 δiλi+

Trong đó:

- ∑δλ : Tổng nhiệt trợ của máy

- δi, λi: Tương ứng với chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của tường buồng sấy và cáclớp cách nhiệt

- α1,α2: Tương ứng với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía TNS và phía không khíngoài trời (W/m2 độ)

Tính hệ số cấp nhiệt từ TNS đến bề mặt bên trong của thùng sấy α1

α1 = k(α1’ + α1’’)Trong đó:

+ α1’: Hệ số cấp nhiệt từ TNS đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức, W/m2độ

+ α1’’: Hệ số cấp nhiệt từ TNS đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên, W/m2độ

4 (CT T121 - [3]) = (1−0,3) × л ×0,88012

- Chuẩn số Reynolds:Re = ω¿× l× ρ

L: kích thước hình học xác định theo đường kính tương đương.Re >104 nên tính theo chế độ chảy xoáy

- Phương trình chuẩn Nuxen đối với chất khí:

Trong đó:

phụ thuộc vào tỉ số L

D và Re

Với: Re = 19,0719.105 và DL = 5 => ε1= 1,0094 (Bảng V.2/T15- [2])Vậy Nu = 0,018 x 1,0094 x ( 19,0719.105)0.8 = 1921,6237

Mà

c: hằng số phụ thuộc vào loại khí.

Tra Bảng I.122, (T124 - [1]) ta được c = 122,λ0 = 0,0201

=> λ = 0,020143,5+273+122273+122 ×(43,5+273273 )15 = 0,0186 ( W/m2.độ)Hệ số cấp nhiệt α1’

α1’ = Nu λD = 1921,6237 0,01860,8801 = 40,7173 (W/m2 độ) Tính α1’’

- Chuẩn số Gratkov:Gr = gα D

+ g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2

+ β: Hệ số dãn nở thể tích

+ ∆t: Hiệu số nhiệt độ giữa TNS vào và TNS ra

α2 = α2’ + α2’’Trong đó:

α2’: Hệ số cấp nhiệt mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiênα2’’: Hệ số cấp nhiệt do bức xạ

Do thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng α =3º nên xác định hệ số cấpnhiệt đối lưu tự nhiên xem như là xác định hệ số cấp nhiệt của ống nằmngang khi không khí có thể tích lớn chuyển động tự do Các hằng số vật lí khitính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chất ở xa tức là lấytheo nhiệt độ trung bình của không khí môi trường.

Bảng 3.3 Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy

Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem nhiệt độ không đổi khi đi qua bề dàycủa thùng và lớp bảo vệ.

Chọn các thông số của của bề dày thùng theo bảng sau (Bảng I.125 vàI.126/T127 - 128 - [1]) Chọn vật liệu làm thùng sấy là thép Crôm-niken và vậtliệu lớp cách nhiệt là bông thủy tinh.

Bảng 3.4 Chọn bề dày của thùng và vật liệu

Hệ số dẫn nhiệt (W/mK)

= 0,47(5,3785×108) 0,25 = 71,5754- Hệ số cấp nhiệt:

Với λ là hệ số dẫn nhiệt ở 26ºC của không khí λ = λ₀273+c