Máy sấy lúa ứng dụng cho hộ gia đình (Đầy đủ bản vẽ 3D và 2D)

Việt Nam là đất nước nông nghiệp với truyền thống trồng lúa từ rất lâu đời. Chúng ta tự hào được xem là một trong những chiếc nôi của cây lúa. Từ những năm khó khăn phải nhập lương thực, chúng ta đã vươn lên thành nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới. Tuy nhiên giá trị xuất khẩu gạo của Việt Nam còn chưa cao do công nghệ sau thu hoạch còn lạc hậu. Do đó, việc tìm hiểu về các tính `chất của hạt thóc, các biện pháp hạn chế các tổn thất sau thu hoạch, các quy trình chế biến để nâng cao giá trị sử dụng của thóc là một vấn đề cần quan tâm và giải quyết nhanh chóng. Trước những nguy cơ có thể gây hư hỏng như điều kiện thời tiết thất thường, vi sinh vật, nấm… thì phương pháp duy nhất nhằm giảm tối đa sự hư hỏng của hạt lúa là phương pháp sấy. Không những vậy, sấy còn góp phần làm giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vận chuyển và thuận lợi cho quá trình gia công tiếp theo như làm sạch, tách vỏ… Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu đến giá trị độ ẩm cần thiết để bảo quản. Khi áp dụng biện pháp sấy đúng kỹ thuật sẽ giảm được độ ẩm hạt đến mức an toàn cho tồn trữ và giữ được phẩm chất của hạt. Điều này cho thấy tính cần thiết của việc “Tính toán thiết kế máy sấy thóc sử dụng thùng quay dùng cho hộ gia đình và lập quy trình gia công một số chi tiết chính”

MỞ ĐẦU

Việt Nam là đất nước nông nghiệp với truyền thống trồng lúa từ rất lâu đời Chúng ta tự hào được xem là một trong những chiếc nôi của cây lúa Từ những năm khó khăn phải nhập lương thực, chúng ta đã vươn lên thành nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới Tuy nhiên giá trị xuất khẩu gạo của Việt Nam còn chưa cao do công nghệ sau thu hoạch còn lạc hậu Do đó, việc tìm hiểu về các tính `chất của hạt thóc, các biện pháp hạn chế các tổn thất sau thu hoạch, các quy trình chế biến để nâng cao giá trị sử dụng của thóc là một vấn đề cần quan tâm và giải quyết nhanh chóng Trước những nguy cơ có thể gây hư hỏng như điều kiện thời tiết thất thường, vi sinh vật, nấm… thì phương pháp duy nhất nhằm giảm tối đa sự hư hỏng của hạt lúa là phương pháp sấy Không những vậy, sấy còn góp phần làm giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vận chuyển và thuận lợi cho quá trình gia công tiếp theo như làm sạch, tách vỏ… Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu đến giá trị độ ẩm cần thiết để bảo quản Khi áp dụng biện pháp sấy đúng kỹ thuật sẽ giảm được độ ẩm hạt đến mức an toàn cho tồn trữ và giữ được phẩm chất của

hạt Điều này cho thấy tính cần thiết của việc “Tính toán thiếtkế máy sấy thóc sử dụng thùng quay dùng cho hộ gia đìnhvà lập quy trình gia công một số chi tiết chính”.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY SẨY THÓC

1.1 Nguồn gốc, thành phần và tầm quan trọng của thóc

Lúa là nguồn lương thực chính của gần một nửa dân số trên trái đất Lúa được trồng nhiều ở khu vực Đông Nam Á Gạo là ngũ cốc quan trọng nhất trên thế giới, là nguồn chính của năng lượng và thu nhập cho người phần lớn dân số của con người trên thế giới Ngoài là lương thực chủ yếu, hoặc carbohydrate thành phần của bữa ăn, gạo cũng được sử dụng trong rất nhiều công nghiệp Sử dụng của nó trong chế độ ăn uống và ngành công nghiệp phụ thuộc vào các tính chất nấu ăn của mình Về diện tích đất canh tác lúa hàng thứ hai sau lúa mỳ nhưng về năng xuất của lúa là loại cao nhất.

Cấu tạo của hạt thóc gồm: Vỏ hat, lớp alơrôn, nội nhủ, phôi Các lớp ngoài và vỏ trong của gạo lột chiếm khoảng 4-5% khối lượng của hạt, lớp tế bào alơron chiếm khoảng 2-3%, nội nhủ chiếm tỉ lệ 65-67%.

Hình 1 1 Thành phân hạt lúa

Thành phần hóa học của hạt lúa 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.

Bảng 1 1 Thành phần hóa học của hạt lúa

Khi mới thu hoạch về lúa thường có độ ẩm cao nên một số giống lúa có thể nảy mầm, men mốc và nấm dễ phát triển, làm hư kém phẩm chất của thóc gạo Độ ẩm trung bình của thóc khi mới thu hoạch 20- 27% Để lúa không bị hư hại hoặc giảm phẩm chất, thì trong vòng 48 tiếng sau khi thu hoạch phải làm khô lúa đạt độ ẩm 20%

Theo thống kê, độ ẩm an toàn của hạt thóc cho bảo quản phụ thuộc vào tình trạng thóc, khí hậu cũng như điều kiện bảo quản Khi thóc có độ ẩm 13- 14% có thể bảo quản được từ 2-3 tháng, nếu muốn bảo quản hơn 3 tháng thì độ ẩm của thóc tốt nhất từ 12- 12,5% Độ ẩm thóc, công nghệ sấy cũng ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi gạo và tỷ lệ gạo trong quá trình xay xát, độ ẩm thích hợp cho quá trình xay xát từ 13- 14%.

Ngoài ra, thóc là một loại vật liệu yêu cầu sấy ở chế độ mềm vì tính bền chịu nhiệt của thóc rất kém, không cho phép nâng nhiệt độ đốt nóng hạt lên cao Nguyên nhân là sự hình thành các vết nứt của nội nhủ do trong quá trình sấy độ ẩm của lớp ngoài hạt giảm nhanh, tạo nên trạng thái căng thể tích của phần trung tâm, khi tăng nhiệt độ làm cho sức căng đó vượt quá độ bền chắc của hạt thì tạo nên các vết nứt Các vết nứt xuất hiện theo các vách protein ngăn cách giữa các hạt tinh bột.

Do đó khi thiết kế hệ thống sấy ta cần xác định rõ thông số của tác nhân sấy phù hợp cho thóc, để thóc được bảo quản lâu, chất lượng tốt và lượng phế phẩm khi xay xát thấp.

1.2 Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam

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 ngành công nghiệp thực phẩm Lúa cũng được làm thức ăn gia súc, gia cầm.

Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ hai thế giới về lượng 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 Diện tích trồng lúa chiếm một tỷ lệ rất lớn tổng diện tích trồng trọt ở Việt Nam Và trong tương lai, Việt Nam sẽ không tăng diện tích trồng lúa mà tập trung tăng năng suất bằng cách cải tạo giống, phương cách trồng trọt, kỹ thuật canh tác…nhằm tăng sản lượng lúa gạo Lượng lúa gạo Việt Nam chủ yếu tập trung ở vùng đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng Với những điều kiện thuận lợi cho cây lúa nước, Việt Nam đã trở thành một trong những nước sản xuất và xuất khẩu lúa gạo hàng đầu thế giới Ngoài những giống lúa cao sản, những giống lai cho năng suất cao (có thể đạt 7 tấn/ha) đáp ứng nhu cầu lúa gạo về mặt số lượng.

Việt Nam còn thực hiện trồng trọt và sản xuất những giống gạo đặc sản có giá trị dinh dưỡng và cảm quan Các giống lúa đặc sản này tuy không cho năng suất cao, nhưng với những đặc tính như mùi thơm, màu sắc…các giống lúa này đã có một thị trường nhất định.Sản lượng lúa trong cả nước: Sản lượng lúa của các địa phương không ngừng tăng qua các năm Trong đó, vùng đồng bằng sông Hồng chiếm hơn 50% sản lượng lúa ở miền Bắc, đồng bằng sông Cửu Long chiếm hơn 80% sản lượng lúa miền nam Đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long có thể coi là hai nơi sản xuất lúa chủ yếu trong vùng với diện tích trồng, năng suất, và sản lượng lúa đạt được cao hơn các địa phương khác trong cả nước

1.3 Sơ lược về quá trình sấy

1.3.1.Tầm quan trọng của việc sấy lúa

Trong mùa mưa độ ẩm hạt lúa ngoài đồng lúc thu hoạch khoảng 28-30%, nếu không phơi sấy kịp thời (để trong bao hoặc đổ đống) thì sau 24 giờ hạt sẽ nảy mầm Với điều kiện thời tiết bất thường ở vụ Hè Thu và Thu Đông, khi phơi lúa sẽ gặp nhiều khó khăn như: không phơi được trong những ngày mưa dầm, phụ thuộc nhiều vào sân bãi, chi phí lao động cao, khó tìm nhân công, hạt dễ bị lẫn tạp chất, hạt khô không đều nếu phơi quá dày và ít cào đảo, chất lượng hạt bị giảm do không đủ nắng, phơi không đúng kỹ thuật sẽ cho tỉ lệ gạo xay xát thấp.Vì vậy trong mùa mưa cần làm khô hạt kịp thời bằng biện pháp sấy.

Khi áp dụng biện pháp sấy lúa đúng kỹ thuật sẽ giảm được độ ẩm hạt đến mức an toàn cho tồn trữ và xay xát, giữ được phẩm chất hạt về màu sắc, mùi vị, giá trị dinh dưỡng, tăng tỉ lệ thu hồi gạo nguyên khi xay xát, giảm hao hụt hạt trong mùa mưa; ngoài ra việc sấy lúa sẽ hạn chế tình trạng phơi lúa trên lề đường làm ảnh hưởng đến an toàn giao thông, mở ra dịch vụ mới thu hút lao động nông thôn Nếu chúng ta áp dụng sấy lúa đúng cách cũng góp phần nâng cao chất lượng gạo, gia tăng giá trị hạt gạo Việt Nam trên thị trường thế giới.

Tuy nhiên để đạt được hiệu quả tối ưu trong khâu sấy lúa cần chú ý mấy vấn đề sau:

− Nếu lúa đã bị lên mộng, mốc, ẩm vàng thì dù có sấy kỹ chất lượng lúa vẫn không cao, do đó cần đem lúa đi sấy đúng lúc, kịp thời.

− Lúa đem đi sấy không được lẫn nhiều tạp chất như: rơm vụn, dây buộc bao, bùn đất

− Chọn máy sấy đạt yêu cầu kỹ thuật

− Chọn chủ lò sấy có uy tín, giá sấy chấp nhận được

1.3.2.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 giữa hạt với hạt nên còn gọi là góc ma sát trong, kí hiệu (φ1) 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 (φ2) Trường hợp không phải là một hạt mà là một khối hạt thì góc trượt có liên quan và phụ thuộc vào góc nghiêng tự 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 yếu 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 nữa 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.

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) 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 độ xốp (lỗ hổng) cần thiết cho quá trình truyền nhiệt với tác nhân sấy được

h: 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 lưu 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 trìnhsấy: 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.

1.3.3.Các yêu cầu đặc trưng của quá trình sẩy

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.

- Sau khi sấy, thóc phải đạt độ ẩm bảo quản, nếu không sẽ là môi trường tốt cho mối, mọt phá hoại

Hình 2 1 Tóm tắt quy trình công nghệ

1.4 Quy trình 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

1.4.1.Các phương pháp sấy và các loại máy sấy thóc

1.4.1.1 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 rất 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.

Hình 2 2 Phơi ở sân

Hình 2 3 Phơi trên ruộng lúa

1.4.1.2 Các phương pháp sấy nhân tạo - các dạng máy sấy thóc

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 đốt, buồng sấy và nhà che Được chia làm 2 loại là loại không có đảo gió và loại có đảo gió.

Hình 2 4 Sẩy thóc kiểu vỉ ngang

Máy sấy tĩnh vỉ ngang loại không đảo gió

Quá trình sấy được thực hiện như sau: thóc được đổ trên mặt sàn lưới lỗ 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 đạt được độ 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 để có sự đồng đều 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

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 đến độ phân bố gió đã được thiết lập, do đó tăng được khả năng đồng đều về ẩm độ sau cùng của sản phẩm Điều này khó đạt được nếu đảo chiều với lớp hạt thẳng đứng.

Máy sấy tháp

Hình 2 5 Máy sẩy 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 nhiệt đối 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 của 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 tương 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 <24% chỉ có ở vụ Đông Xuân, còn Hè Thu thường 28-30%, và hiện tại “tập quán” sấy ở ta chủ yếu “đối phó” cho vụ Hè Thu Ngoài ra , vấn đề giá đầu tư và chi phí sấy các loại máy này đều khá cao sao với các loại máy sấy tĩnh vỉ ngang.

Máy sấy tầng sôi

Sấy tầng sôi là một trong các phương thức sấy thích hợp cho

việc sấy các hạt nông sản.

Bộ phận chính của TBS tầng sôi là một buồng sấy, phía dưới buồng sấy đặt ghi lò Ghi buồng sấy là một tấm thép có đục nhiều lỗ thích hợp hoặc lưới thép để tác nhân sấy đi qua nhưung hạt không lọt xuống được tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp được thổi từ dưới lên để đi qua lớp vật liệu Với tốc độ đủ lớn, tác nhân sấy nâng các hạt vật liệu và làm cho lớp hạt xáo trộn Quá trình sôi này là quá trình trao đổi nhiệt ẩm mãnh liệt nhất giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy Các hạt vật liệu khô hơn nên nhẹ hơn sẽ

nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi; và ở một độ cao nào đó hạt khô sẽ được đưa ra ngoài qua đường tháo liệu.

Ưu điểm của sấy tầng sôi là: - Năng suất sấy cao

- Vật liệu sấy khô đều

- Có thể tiến hành sấy liên tục - 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 lượng sản phẩm 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 sấy 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 để sấy thóc Trong đó ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ khí sấy, chiều dầy lớp 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 xử 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 được 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 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

Công nghệ sấy trong công nghiệp

Hình 2 6 Sẩy thóc dạng công nghiệp

Hình 2 7 Sơ đồ công nghệ sấy trong công nghiệp

1- quạt đẩy 2- calorife 3- phòng sấy 4- cyclon 5- quạt hút

Nguyên lý làm việc của chu trình

Do thóc là loại vật liệu sấy ở dạng hạt nên thiết bị sấy thích hợp là sấy băng tải làm việc liên tục với tác nhân sấy là không khí nóng Vật liệu sấy được cung cấp nhiệt theo phương pháp đối lưu.

Thiết bị sấy kiểu băng tải gồm một phòng sấy hình chữ nhật trong đó có một hay vài băng tải chuyển động nhờ các tang quay, các băng này tựa trên các con lăn để khỏi bị võng xuống Băng tải

làm bằng lưới kim loại, không khí được quạt 1 đưa vào đốt nóng trong Caloripher 2, ở đây không khí nhận nhiệt gián tiếp từ hơi nước bão hoà qua thành ống trao đổi nhiệt Hơi nước đi trong ống, không khí đi ngoài ống, sau đó cho vào phòng sấy tại IV Vật liệu sấy chứa trong phễu tiếp liệu, đưa vào phòng sấy 3 tại I, giữa hai trục lăn để đi vào băng tải trên cùng Nếu thiết bị có một băng tải thì sấy không đều vì lớp vật liệu không được xáo trộn do đó loại thiết bị có nhiều băng tải được sử dụng rộng rải Vật liệu từ băng trên di chuyển đến đầu thiết bị thì rơi xuống băng dưới chuyển động theo chiều ngược lại cuối cùng vật liệu khô đổ vào ngăn tháo III Không khí nóng đi chéo dòng với chiều chuyển động của băng Do đó lượng không khí nóng và thóc tiếp xúc với nhau rất lớn làm cho lượng ẩm được tách ra triệt để hơn Không khí sau khi ra khỏi phòng sấy tại II có lẫn bụi và các tạp chất khác được thu hồi ở xyclon 5, không khí sau khi làm sạch đươc quạt 6 đẩy ra ngoài

1.4.2 Lựa chọn phương án thiết kế

Qua phân tích các máy sẩy trên, em thấy máy sẩy thóc dạng thùng quay phù hợp với yêu cầu đề tài là ứng dụng cho các hộ gia đình Vì vậy em lựa chọn để làm cơ sở tính toán và thiết kế.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÓC2.1 Lựa chọn thông số tính toán thiết kế

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 500-900C, vì ở nhiệt độ này đường và chất béo không bị phá hủy và không bị biến dạng và lúa không bị nứt vỏ.

Vì máy phục vụ nhu cầu cho hộ gia đình ta đặt các mục tiêu thiết kế như sau

- Kích thước máy gọn gàng, dễ bảo trì, bảo dưỡng và lưu kho - Dễ giàng sử dụng

- Năng suất phù hợp (Có thể chia nhiều mẻ khi sấy) - Theo tham khảo thực tế, em lựa chọn 50kg/ mẻ

2.1.1.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)

- 1: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt trước khi sấy (%) - 2: 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; 0 = 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:

r= 2500 kJ/kg: ẩn nhiệt hóa hơi

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

- Diện tích bề mặt riêng khối lượng: f = 1,31 m2/kg - Khối lượng riêng xốp: v = 500 Kg/m3

Vật liệu trước khi vào thiết bị sấy: ta chọn 1 = 270C ; 1 = 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

2.1.2.Cân bằng nhiệt lượng

* Nhiệt lượng vào

- Nhiệt lượng do không khí mang vào: LI0

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: G2Cvl1+CnW1 - Nhiệt lượng do buồng đốt cung cấp: Qc

Tổng nhiệt lượng vào: LI0+ G2Cvl1+ CnW1+ Qc

* Nhiệt lượng ra:

- Nhiệt lượng do không khí ra: LI2

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2Cvl2 - Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy: Qm nhiệt lượng ra:

LI2+ G2Cvl2 +Qm Từ phương trình cân bằng năng lượng, ta có:

Qc=L(I2-I0)+G2Cvl(2-1)+Qm-CnW1

Viết cho 1Kg ẩm bốc hơi:

2.2 Tính toán thiết kế cơ khí của máy sấy thóc

2.2.1.Xác định các kích thước cơ bản cho thùng sấy

Chọn đường kính thùng theo tiêu chuẩn DT = 1.0 m

Ta có tỷ số L/DT nằm trong khoảng (3.5 – 7), vậy chọn chiều dài

1  F 1 0.18 0.785 0.644(m2)

Ftd     T    

2.2.2.Kiểm tra bề dày thùng

Thùng được chế tạo bằng thép không rỉ, mác thép X18H10T, có

Thùng sấy có dạng hình trụ nằm ngang, chế tạo bằng phương pháp hàn, thùng làm việc ở áp suất khí quyển.

- Hệ số bền mối hàn h : chọn hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối, 2 phía.

thùng được xác định theo công thức:

- Ca : hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường Đối với môi trường chứa vật liệu là bắp, hầu như không có ăn

Ca = 0.

- Cb: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường Do môi trường chứa nhiều hạt rắn, chọn Cb = 1mm.

- Cc : hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp Theo bảng XIII.9/364–[6], đối với thép X18H10T, chọn Cc = 0.8mm.

- C0: hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, chọn C0 = 5.7mm.

2.2.3.Tính tốc độ của tác nhân sấy trong thiết bị

Tốc độ trung bình của tác nhân sấy trong buồng sấy:

Một số thông số cơ bản của cánh nâng đã được chọn ở trên Chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu:

Khối lượng của thùng trộn

Kiếm tra trên phần mền em thấy rằng khối lượng của thùng 25.126 kg

Hình 2 10 Thông số cơ bản của thùng

 Chiều cao của lớp vật liệu chứa trong thùng:

Công suất động cơ : Nđc = 0,75 kW Tốc độ quay : nđc = 945 vòng/phút Hiệu suất :  = 0.64.

Hình 2 12. Động cơ giảm tốc Watt mã số SUA 507B 70 91S6

Công suất làm việc của động cơ:

Do tỉ số truyền của động cơ lớn, nên cần phải sử dụng bộ giảm tốc cho động cơ Ở đây, ta sử dụng hộp giảm tốc trục vít – bánh răng Cấu tạo của hộp giảm tốc nhu hình vẽ:

- Chọn các tỉ số truyền:

- Trong hộp giảm tốc : igt = 120,11

Giữa bánh ma sát : i23 = 7,9

- Số vòng quay của trục đầu ra hộp giảm tốc: n = 7,9 vòng/phút Trong đó, theo bảng 2–1/27–[8], chọn hiệu suất các bộ truyền như sau:

Bộ truyền bánh ma sát: hở = 0.93 Bộ truyền bánh răng trụ kín: kín = 0.96 Bộ truyền trục vít:

Ta chọn tỉ số truyền bộ truyền đai u = 1.

Tỉ số truyền bộ truyền xích cuối cùng u = 7,9/1 = 7,9

Trong đó: n: Số vòng quay của trục, v/ph N: Công suất truyền, KW

Để dễ dàng gia công lắp đặt trục, ta chọn sử dụng trục trơn trong quá trình gia công

Hình 2 13 Kết cấu trục

2.2.8.Thiết kế then

Dựa theo đường kính trục d = 20(mm) tra theo [8, bảng 52-a, trang 93] chọn kích thước mặt cắt của then và rãnh then:

b = 18, h = 11, t = 7, t1 = 4, k = 5,2 , r≤0,5

Hình 4 1 Các kích thước cơ bản của rãnh then

Chiều dài của đĩa xích: lm=1,5 d=1,5 56=84 (mm)

Chiều dài của then: lt=(0,8÷0,9) lm=67 ,2÷75 , 6(mm ) , chọn chiều dài then tiêu

chuẩn lt=75(mm)

+ Kiểm nghiệm then theo điều kiện bền dập:

σd= 2 Mx

d t lt≤[σd]

Trong đó: Mx : Mômen xoắn cần truyền, N.mm d : Đường kính trục, mm

lt : Chiều dài then, mm

t : Chiều cao then lắp trong rãnh của trục, mm

[σd] : Ứng suất dập cho phép của then tra [8, bảng 53, trang 95],

+ Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn:

Hệ số an toàn được kiểm nghiệm theo điều kiện:

√nσ2+nτ2≥[n]=1,5÷2,5 (3.32)

Với nσ: Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp

σa,τa : Biên độ ứng suất pháp và tiếp sinh ra trong tiết diện trục

σm,τm : Trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp ứng suất uốn thay đổi

theo chu kỳ đối xứng:

ψσ,ψτ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sức

bền mỏi, trục được chế tạo bằng thép cácbon trung bình: ψσ=0,1 , ψτ=0,05

β: Hệ số tăng bền bề mặt trục, β = 1

εσ,ετ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối trục đến sức bền

mỏi, giá trị của chúng được tra theo [8, bảng 57, trang 98]: εσ=0, 82 , ετ=0,7

Kσ, Kτ : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn, giá trị được tra

2.3.1.Tính toán quá trình sấy lí thuyết

2.3.1.1 Thông số của không khí nóng

Ta có nhiệt độ sau khi hòa trộn để vào vùng sấy là t=500C