TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI Thiết kế hệ thống hầm sấy lúa năng suất sản phẩm 1800 kgh GVHD HUỲNH LÊ HUY CƯỜNG SVTH NHÓ.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẦM SẤY LÚA NĂNG SUẤT SẢN PHẨM 1800 KG/H GVHD: HUỲNH LÊ HUY CƯỜNG SVTH: NHÓM ĐINH HUỲNH MỶ UYÊN LỚP: 09DHTP2 MSSV: 2005180354 NGUYỄN THỊ TƯỜNG VÂN LỚP: 10DHTP1 MSSV: 2005190797 TP.HỒ CHÍ MINH, 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẦM SẤY LÚA NĂNG SUẤT SẢN PHẨM 1800 KG/H GVHD: HUỲNH LÊ HUY CƯỜNG SVTH: NHÓM ĐINH HUỲNH MỶ UYÊN LỚP: 09DHTP2 MSSV: 2005180354 NGUYỄN THỊ TƯỜNG VÂN LỚP: 10DHTP1 MSSV: 2005190797 TP.HỒ CHÍ MINH, 2021 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng Giảng viên ký tên năm 2021 LỜI CẢM ƠN Trước tiên nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy, cô Khoa Công Nghệ Thực Phẩm tạo điều kiện tốt cho chúng em thực đồ án kỹ thuật thực phẩm Cảm ơn thầy, cô tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em kiến thức, kinh nghiệm học tập lý thuyết thực hành suốt thời gian học tập môn kỹ thuật thực phẩm Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Huỳnh Lê Huy Cường, thầy người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, dẫn tận tình cho chúng em suốt thời gian làm đồ án môn học kỹ thuật thực phẩm, để chúng em hồn thành cách tốt tiếp thu nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho trình học tập công tác sau Sau chúng em xin chúc quý thầy cô khoa Công Nghệ Thực Phẩm thật dồi sức khỏe, có tinh thần niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho hệ mai sau Chúng em xin chân thành cảm ơn MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU LÚA 1.1 Khái quát chung lúa 1.2 Thành phần hóa học lúa 1.3 Tính chất vật lý lúa 1.4 Các đặc tính chung hạt lúa .7 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY 10 2.1 Bản chất trình sấy 10 2.2 Phân loại trình sấy 10 2.3 Đặc điểm diễn biến trình sấy 11 2.3.1 Giai đoạn làm nóng vật 11 2.3.2 Giai đoạn tốc độ sấy không đổi .11 2.3.3 Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần 12 2.4 Thiết bị sấy hầm 12 2.4.1 Cấu tạo nguyên lí hoạt động hệ thống sấy hầm 12 2.4.2 Một số kiểu thiết bị sấy hầm 13 CHƯƠNG III TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT .16 3.1 Các thông số thiết kế 16 3.2 Tính tốn thơng số tác nhân sấy 16 3.2.1 Trước vào caloriphe 16 3.2.2 Sau khỏi calorife 17 3.2.3 Trạng thái khơng khí sau sấy 18 3.3 Cân vật chất cho trình sấy .19 3.4 Tính thời gian sấy 20 CHƯƠNG IV TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 22 4.1 Chọn kích thước xe gng 22 4.2 Chọn kích thước khay 22 4.3 Kích thước hầm sấy .22 4.4 Kích thước phủ bì 22 CHƯƠNG V TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 24 5.1 Calorife 24 5.1.1 Chọn kết cấu caloriphe 24 5.1.2 Xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình 24 5.1.3 Kích thước xác định 25 5.1.4 Tốc độ cực đại khơng khí chuyển động qua khe hẹp 25 5.1.5 Xác định tiêu chuẩn ống đồng dạng 25 5.1.6 Hệ số trao đổi nhiệt lưu phía khơng khí 26 5.1.7 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ngưng ống .26 5.1.8 Hệ số truyền nhiệt 27 5.1.9 Kiểm tra lại độ chênh lệch () 27 5.1.10 Diện tích bề mặt bên ống 27 5.1.11 Số ống cần thiết 28 5.1.12 Số ống cho m chọn số hàng ống z = 10, 28 5.1.13 Tổng số ống caloriphe N .28 5.1.14 Kích thước caloriphe 28 5.2 Tính hóa thiết kế quạt 28 5.2.1 Tính trở lực 28 5.2.2 Tính chọn cơng suất quạt chọn quạt 32 5.2.2 Năng suất quạt 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO .35 DANH MỤC HÌNH ẢN Hình Sơ đồ quy trình cơng nghệ thu hoạch bảo quản .9 Hình Đồ thị I – d trình sấy lý thuyết 13 Hình Cấu tạo hệ thống sấy hầm Shnimod – 56 14 Hình Hầm sấy gạch kiểu ngược chiều có hồi lưu 14 Hình Thiết bị sấy dùng băng tải 15 DANH MỤC BẢNG BIỂ Bảng Thành phần hóa học lúa .6 Bảng Bảng tóm tắt thơng số thiết kế .16 Bảng Các trạng thái trình sấy lý thuyết 19 LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần nông nghiệp nước ta đạt nhiều thành tựu to lớn Ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa, nước ta bắt đầu xuất nông sản với chế phẩm Do việc ứng dụng cơng nghệ đóng vai trị quan trọng công nghệ sau thu hoạch, chế biến bảo quản nông sản Sấy trình tách nước khỏi vật liệu ẩm phương pháp nhiệt nhiệt độ áp suất định Người ta phân biệt sấy làm sấy tự nhiên (sử dụng lượng mặt trời) sấy nhân tạo (chủ động cấp nhiệt cho vật liệu ẩm) Trong sấy nhân tạo có nhiều ưu điểm khơng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, điều chỉnh lượng nhiệt cung cấp dễ dàng lựa chọn phương pháp cung cấp nhiệt Một số hệ thống thiết bị sấy sử dụng phổ biến như: sấy hầm, sấy buồng, sấy băng tải, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun… tùy theo nguyên liệu sấy mà lựa chọn hệ thống thiết bị đặc biệt Sấy nông sản quy trình cơng nghệ phức tạp Nó thực công nghệ sấy khác Ứng với loại nông sản điều kiện cần đáp ứng mà ta cần chọn chế độ sấy thích hợp nhằm đạt suất cao, chất lượng sản phẩm sấy tốt tiết kiệm lượng Trong Đồ án kỹ thuật thực phẩm này, nhóm chúng em giao đề tài “Thiết kế hệ thống hầm sấy lúa suất sản phẩm 1800 kg/h” Với nhiệm vụ chúng em lựa chọn hệ thống sấy hầm với tác nhân sấy khơng khí gia nhiệt Calorife nước bão hòa Hệ thống lắp đặt Thành phố Hồ Chí Minh với độ ẩm khơng khí nhiệt độ trung bình năm t = 27, CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU LÚA 1.1 Khái quát chung lúa Lúa lượng thực người Việt Nam, trồng nhiều khu vực đồng sông Cửu Long Đông Nam Á Đối với xuất gạo giới Việt Nam xếp thứ hai đàn tiếp tục phát triển xuất sang nhiều nước khác để tạo nguồn thu nhập cho đất nước Lúa xem cỏ thuẩn dưỡng đem lại nhiều giá trị cho kinh tế sống người dân Hằng năm, ngành công nghiệp thực phẩm người nông dân khác sử dụng nhiều lúa để sản xuất tinh bột làm thức ăn cho gia súc, gia cầm Lúa gồm lồi Oryza sativa (lúa Châu Á) Oryza glaberrima (lúa hạt đỏ Châu Phi) chứa nhiều calo [9] 1.2 Thành phần hóa học lúa Bảng Thành phần hóa học lúa Thành phần hóa học Hàm lượng chất (%) Nước 13% Xenlulo 8,78% Lipit 2,1% Gluxit 64,03% Protein 6,69% Vitamin B1 5,36% Tro 5,36% Lipit: chứa hàm lượng chất béo nhỏ 2,1% thành phần dinh dưỡng quan trọng hạt lúa Gluxit: chiếm hàm lượng cao 64,03%, chứa glucose, mantose, tinh bột, glycin,… tinh bột hạt nhỏ loại hạt khác Gluxit có nhiều hạt lương thực Hàm lượng thành phần gluxit khác khác Vitamin: gồm nhiều thành phần B1, B2, B5, B12,… vitamin B1 quan trọng chiếm hàm lượng nhiều vỏ hạt, lớp alorone phôi hạt Protein: thành phần chiếm đa số 6,69% lại albumin, globumin, prolamin Hàm lượng chứa không cao, tùy thuộc vào điều kiện nuôi trồng mà hàm lượng thay đổi 6,15 4,17 * 18,66 (W/m2K) Mật độ dòng nhiệt trao đổi: q (ttb tư) Với: ttb nhiệt độ trung bình khơng khí tủ sấy ttb (t1 t2)/2 (80 38)/2 59 tư nhiệt độ bầu ướt (tra giản đồ I-d): tư 36,6 q (ttb tư) 18,66.(59 36,6) 417,984 Cường độ trao đổi ẩm vật liệu khơng khí: j Với: r ẩn nhiệt hóa khơng khí, ttb 59 r 2359,90 (kJ/kg) j 0,1771 (kg ẩm/m2h) Tốc độ sấy: N Với: R tỉ lệ thể tích bề mặt vật liệu Chọn R (mm) N 16,87 (%/h) Độ ẩm cân Độ ẩm tới hạn: Thời gian trình sấy: 7,2 (h) 21 CHƯƠNG IV TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 4.1 Chọn kích thước xe gng Chiều cao xe goòng: 2000 mm Chiều cao bánh xe goòng: 100 mm Tổng chiều cao xe Chiều dài xe: Lx = 1500 mm Chiều rộng xe: Bx = 1000 mm Khoảng cách khay: 50 mm 4.2 Chọn kích thước khay Kích thước khay Lk x Bk x Hk = 1200 x 900 x 50 (mm) Mỗi xe có 40 khay Mỗi khay chứa 20 kg lúa Vậy khối lượng vật liệu sấy xe là: Số xe goòng cần thiết là: (CT 2.33, P.58, [4]) Vậy ta lấy số xe gng là: 22 xe 4.3 Kích thước hầm sấy Chiều rộng: Bh = Bx + 40 = 1000 + 40 = 1040 mm [2] Chiều dài: Lh = n * Lx + * Lbs = 22 * 1500 + * 1000 = 35000 mm [2] Chiều cao: Hh = Hx + 20 = 2100 + 20 = 2120 mm [2] 4.4 Kích thước phủ bì Hầm sấy xây gạch có chiều dày , W/m.K Dưới mặt có bê tơng có chiều dày , W/m.K 22 Trên trần hầm rải lớp cách nhiệt thủy tinh dày W/m.K Vậy kích thước sau phủ bì hầm sấy là: Chiều rộng phủ bì: B = [2] Chiều cao phủ bì: H=[2] 23 CHƯƠNG V TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 5.1 Calorife Calorife thiết bị dùng để đót nóng khơng khí trước cho khơng khí vào hầm sấy Trong kỹ thuật sấy thường dùng loại calorife: calorife khí – calorife khí – khói Trong thiết bị hầm sấy cà rốt ta dùng bão hòa làm chất tải nhiệt nên phải sử dụng calorife khí – Calorife khí – loại calorife có cánh: nước bão hịa ống khơng khí ngang qua phía ngồi ống có cánh Calorife khí – thường sản xuất sẵn theo cụm với diện tích truyền nhiệt định Chọn hiệu suất truyền nhiệt calorife Nhiệt lượng caloriphe cần cung cấp cho tác nhân sấy: Q= L * () = 34206,1820 *(132,47 – 77,3) = 1887155,061 Kj/h = 524,21 KW 5.1.1 Chọn kết cấu caloriphe Chùm ống có cánh bố trí so le với bước ống Ống thép có = mm, W/m.K Cánh ống đồng có: Đường kính Chiều dày Bước cánh t = 10 mm Hệ số dẫn nhiệt: W/m.K Chiều dài ống l = 1000 mm Số cánh ống: Chiều cao cánh: 5.1.2 Xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình Với yêu cầu hệ thống sấy cần nâng nhiệt độ tác nhân sấy từ 27 lên 80 để đảm bảo yêu cầu đặt ta chọn nhiệt độ bão hịa 120 24 5.1.3 Kích thước xác định : Diện tích phần ống khơng làm cánh Diện tích cánh ống 5.1.4 Tốc độ cực đại khơng khí chuyển động qua khe hẹp Giả sử tốc độ khơng khí vào caloriphe m/s Chúng ta kiểm tra giả thuyết tính chiều rộng chiều cao caloriphe Khi đó: 5.1.5 Xác định tiêu chuẩn ống đồng dạng Với nhiệt độ trung bình khơng khí ta tìm được: W/m.K v= 17,455 * /s (Sổ tay trình thiết bị bảng I.255 trang 318) Tính Re: Tính Nu: 5.1.6 Hệ số trao đổi nhiệt lưu phía khơng khí Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cánh Hiệu suất cánh : Với = 0,33, từ biểu đồ trang 109 giáo trình thiết bị trao đổi nhiệt – Bùi Hải, ta 25 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tương đương: Hệ số làm cánh: 5.1.7 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ngưng ống Chọn ( = 0,5 Ta kiểm tra lại hệ số chênh lệch nhiệt độ sau tính hệ số truyền nhiệt Khi đó: Nhiệt độ xác định: Tra bảng Các thông số vật lý nước đường bão hịa 119,8 , ta có: = 68,595 * W/m.độ v= 0,2525 * /s = 943,298 kg/ Với 120 ( Bảng nước nước bão hòa) tra r = 2205 kj/kg 5.1.8 Hệ số truyền nhiệt 5.1.9 Kiểm tra lại độ chênh lệch () Mật độ dòng nhiệt truyền nhiệt qua caloriphe Kiểm tra độ chênh lệch nhiệt độ chọn: nguyên tắc, mật độ dòng điện phải mật độ dòng nhiệt đo ngưng Do đó: Như vậy, giả thiết () = 0,5C xác 5.1.10 Diện tích bề mặt bên ống Lấy hiệu suất caloriphe = 0,95 Khi đó: 26 5.1.11 Số ống cần thiết 5.1.12 Số ống cho m chọn số hàng ống z = 10, 5.1.13 Tổng số ống caloriphe N N = m.z = 14*10 = 140 (ống) 5.1.14 Kích thước caloriphe Chiều cao: h = 1m Chiều dài: l = (m – 1) * (m) Chiều rộng: 5.2 Tính hóa thiết kế quạt 5.2.1 Tính trở lực Ta chọn kích thước ống nối có đường kính 0,38 m 5.2.1.1 Tính trở lực caloriphe Với nhiệt độ trung bình khơng khí caloriphe: Tra ( Tra phụ lục 6,P.258, [3]) Vận tốc khơng khí bên caloriphe: Trong F = tiết diện caloriphe mà khơng khí vào Tại nhiệt độ , (tra bảng PV-4, trang 274, [8]) ta có ( Re > , khơng khí chuyển động theo chế độ chảy rối Nhưng ống xếp theo hàng nên ta có: (CT II.72, P.404, [6]) Với s khoảng cách ống theo phương cắt ngang dòng chuyển động, 27 Vậy trở lực caloriphe là: 5.2.1.2 Trở lực đột mở vào caloriphe Ta có diện tích mặt cắt ngang ống đẩy diện tích cắt ngang caloriphe F = Vậy tỉ số (Tra bảng N.11, P.387, [6]), ta Nhiệt độ khơng khí 20 (tra phụ lục 6, P.258, [2]), ta có: Vận tốc khơng khí bên ống đẩy: Vậy trở lực đột mở vào caloriphe là: 5.2.1.3 Trở lực đột thu từ caloriphe vào ống dẫn không khí nóng Nhiệt độ khơng khí nóng 80, (tra phụ lục 6, P.258, [2]), ta có: ,, Diện tích cắt ngang khơng khí nóng Vận tốc khơng khí nóng ống Tại nhiệt độ , (tra bảng PV-4, P.274, [8]), ta có Chuẩn số Reynolds: Re > , khơng khí chuyển động theo chế độ chảy rối Ta có : (Tra bảng N.13, P.388, [8]), ta Vậy trở lực đột thu vào caloriphe : 28 5.2.1.4 Trở lực co ống dẫn khí nóng Trong hệ thống có co dẫn khơng khí khỏi caloriphe vào hầm sấy (Tra phụ lục 8, P.261, [2]), ta có ống trịn vng gập 1,1 Vận tốc khơng khí nóng ống: Nhiệt độ khơng khí nóng 70, (tra bảng phụ lục 6, P.258, [1]), ta có: Vậy trở lực co ống dẫn khí nóng: 5.2.1.5 Trở lực van Tra theo van tiêu chuẩn, có d = 380 mm, (tra bảng N.37, P.397, [7]), ta Vận tốc khơng khí ống: Nhiệt độ khơng khí 20, (tra phụ lục 6, P.258, [2]), ta có: Vậy trở lực van: 5.2.1.6 Trở lực kênh dẫn khí Vận tốc khơng khí nóng ống: Nhiệt độ khơng khí nóng 80, tra bảng phụ lục 6, P.258, [2], ta có: (Tra phụ lục 8, P.260, [2]), ta có Vậy trở lực kênh dẫn khí : 5.2.1.7 Trở lực vào xe lần Vận tốc khơng khí nóng là: khối lượng riêng khơng khí nóng hầm ( tính theo nhiệt độ trung bình khơng khí ) Nhiệt độ trung bình khơng khí nóng 53,5, (tra phụ lục 6, P.258, [2], ta có: ) 29 (Tham khảo [7]), ta có : Vậy trở lực vào xe : 5.2.1.8 Trở lực xe (P.178,[5]) Trong : chiều dài phần sấy, khối lượng riêng khơng khí nóng hầm (tính theo nhiệt độ trung bình khơng khí) Nhiệt độ trung bình khơng khí nóng 53,5, (tra phụ lục 6, P.258, [2], ta có : ) Vận tốc khơng khí nóng : đường khí tương đương khe thơng gió khay sấy, hệ số trở lực ma sát, (W/m.K) Tại nhiệt độ tra bảng PV-4, P.274, [5], ta có Chuẩn số Reynolds: Re > , khơng khí chuyển động theo chế độ chảy rối (Tra bảng 2, P.183, [5]): 5.2.1.9 Trở lực khỏi xe lần Vận tốc không khí nóng là: Khối lượng riêng: (Tham khảo [7]), ta có : 5.2.1.10 Tổng trở lực 30 5.2.2 Tính chọn công suất quạt chọn quạt 5.2.2.1 Quạt đẩy hỗn hợp khí vào caloriphe Lưu lượng hỗn hợp khí quạt đẩy vào caloriphe (CT 15.13, P.228, [2]) Áp suất làm việc tồn phần: (CT II.238a, P.463, [7]) Trong đó, trở lực hệ thống (mm O), = 285,05 mm O nhiệt độ làm việc khí (), = 27 B áp suất chỗ đặt quạt (mmHg), B = atm = 760 mmHg khối lượng riêng khí điều kiện làm việc (kg/ khối lượng riêng khí điều kiện tiêu chuẩn (kg/ Công suất trục động điện: (CT II.239a, P.468, [6]) Trong đó: hiệu suất quạt, dựa vào H = 293,077 , nhóm chọn hiệu suất truyền động, (chuyển động qua bánh dai) Công suất thiết lập động điện: (CT II.240, P464, [6]) Trong đó: hệ số dự trữ, N = 12,84 (kW), ta tra bảng II.48, P.464, Tài liệu [6], có = 1,1 31 5.2.2 Năng suất quạt Năng suất quạt V xác định sở tính tốn nhiệt hệ thống sấy (đã trình bày chương trước) Trong tính tốn hệ thống sấy tính lượng khơng khí khơ cần thiết L (kg kkk/h) Theo phụ lục 5, [2], áp suất p = 745 mmHg, tìm thể tích khơng khí ẩm v nhiệt độ độ ẩm trung bình tác nhân sấy Do thể tích V bằng: Trong đó: số kg khơng khí khơ / khơng khí ẩm Vì thể tích khơng khí ẩm thể tích khơng khí khơ nên khối lượng riêng khơng khí khơ nhiệt độ trung bình tác nhân sấy 53,5 Ta có = Tương tự, thể tích khơng khí ẩm điều kiện tiêu chuẩn ( bằng: Trong đó: khối lượng riêng khơng khí khơ điều kiện tiêu chuẩn Lấy (tra phụ lục 6, P.258, [2]) Kết hợp hai cơng thức ta có cơng thức tính suất quạt điều kiện tiêu chuẩn là: Dựa vào V0 ([6] P.494) Ta chọn quạt Nº11 với tốc độ quay quạt 1260 vòng/phút 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Bá Minh, Võ Văn Bang, Quá trình thiết bị tập - Truyền khối, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2004 [2] Trần Văn Phú, Kỹ thuật sấy, NXB Giáo dục [3] Trần Văn Phú, Tính tốn thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo dục, 2001 [4] Hoàng Văn Chước, Hệ thống cung cấp nhiệt phần 3, NXB Bách Khoa, 2006 [5] Hoàng Văn Chước, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB Khoa học kỹ thuật [6] Nguyễn Bin cộng , Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Hà Nội: NXB Khoa học Kỹ thuật , 1982 [7] Bùi Hải Dương, Đức Hồng, Hà Mạnh Thư, Thiết bị trao đổi nhiệt, Hà Nội : NXB khoa học kỹ thuật , 2001 [8] Hoàng Văn Chước, Kỹ thuật sấy, Hà Nội: NXB Khoa học kỹ thuật [9] Smith, Bruce D The Emergence of Agriculture Scientific American Library, A Division of HPHLP, New York, 1998 [10] https://vaas.vn/kienthuc/Caylua/01/02_giatridinhduong.htm [11] https://gaotiengiang.wordpress.com/thanh-phan-dinh-duong/ 33