Đồ án kỹ thuật thực phẩm thiết kế máy sấy thùng quay dùng để sấy bắp hạt, năng suất 400kgmẻ

Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng thiết bị sấy như: buồng sấy, thùng sấy, hầm sấy,… Đặc biệt hơn, sấy bằng thùng quay là một trong các phương pháp khá phổ biến do mang lại hiệu

THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY

DÙNG ĐỂ SẤY BẮP HẠT, NĂNG SUẤT 400KG/MẺ

GVHD: TS Phan Thế DuyMÃ NHÓM: D1N15

Nguyễn Bùi Hạnh Nguyên MSSV: 2005200600LỚP: 11DHTP2

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12/2022

THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY

DÙNG ĐỂ SẤY BẮP HẠT, NĂNG SUẤT 400KG/MẺ

GVHD: TS Phan Thế DuyMÃ NHÓM: D1N15

Nguyễn Bùi Hạnh Nguyên MSSV: 2005200600LỚP: 11DHTP2

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12/2022

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi cam đoan đề tài “Thiết kế máy sấy thùng quay dùng để sấy bắp hạt, năng suất 400kg/mẻ” này là do chính chúng tôi thực hiện

Các nội dung trình bày trong bài tập là trung thực, không sao chép Các tài liệu tham khảo sử dụng trong bài được trích dẫn nguồn và chú thích rõ ràng

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ký và ghi rõ họ tên Ký và ghi rõ họ tên

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, Việt Nam là một trong những nước có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời trên thế giới Đối với, cơ cấu kinh tế nước ta thì nông nghiệp vẫn chiếm tỉ trọng khá cao Tuy nhiên, nền nông nghiệp vẫn chưa đem lại hiểu quả cao trong nền kinh tế Điều bất lợi đó là do nguyên nhân như: các khâu thu hoạch, bảo quản và khâu chế biên nông sản tại nước ta chưa thực sự khoa học, lạc hậu và máy móc chưa hiện đại Chính vì thế, điều đó dẫn đến làm giảm giá trị các sản phẩm khi đưa sản phẩm ra thị trường tiêu thụ Để có thể cải thiện được vấn đề trên, có rất nhiều phương pháp khác nhau đưa ra, trong đó quá trình sấy là một trong những phương pháp thông dụng và được sử dụng phố biển ở nước ta Trong ngành công nghệ thực phẩm quá trình sấy dùng để tách nước và hơi nước ra khỏi nguyên liệu, điều đó giúp cho sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm thích hợp, giúp thuận tiện cho vận chuyển, chế biến , đặc biệt, còn làm nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng cảm quan, cũng như cải thiện giá trị kinh tế đưa sản phẩm đến tay người tiêu dùng Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng thiết bị sấy như: buồng sấy, thùng sấy, hầm sấy,… Đặc biệt hơn, sấy bằng thùng quay là một trong các phương pháp khá phổ biến do mang lại hiệu quả kinh tế cao, thuận tiện khi vận hành và tiết kiệm thời gian Do đó, người ta thường chọn thiết bị sấy thùng quay trong việc sấy các sản phẩm lương thực, hạt, quả… Trong lần làm đồ án môn học này, được Thầy Phan Thế Duy giao cho nhóm em nhiệm vụ tính toán, thiết kế hệ thống sấy thùng quay, sản phẩm sấy là bắp Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song vẫn còn nhiều thiếu sót vì đây là lần đầu tiên làm đồ án nên cũng chưa có kinh nghiệm Bên cạnh đó trình độ tự nghiên cứu và khả năng tư duy còn giới hạn nên đồ án của nhóm không thể tránh nhiều thiếu sót Qua đồ án này, chúng em kính mong Thầy sẽ chỉ bảo để có thể hoàn thiện tốt hơn đồ án vào những lần sau

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy đã hướng dẫn đã giúp đỡ chúng em hoàn thiện đồ án đúng thời hạn.

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI NÓI ĐẦU ii

1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 5

1.4.4 Phân loại thiết bị sấy 5

1.4.5 Chọn thiết bị sấy và phương pháp sấy 6

CHƯƠNG 2:QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BẮP HẠT 9

2.1 Quy trình công nghệ 9

2.2 Thuyết minh quy trình 9

CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG CHO QUÁ TRÌNH 11

3.1 Dữ kiện ban đầu 11

3.2 Xác định các thông số của không khí trong quá trình sấy lý thuyết 12

3.2.1 Tính toán trạng thái không khí ngoài trời 12

3.2.2 Tính toán trạng thái không khí sau khi vào calorifer 12

3.2.3 Tính toán trạng thái không khí cuối quá trình sấy 13

3.2.4 Kiểm tra nhiệt độ đọng sương 15

3.2.5 Tính cân bằng vật chất 15

3.3 Tính cân bằng năng lượng 17

3.3.1 Quá trình sấy lý thuyết 17

3.3.2 Quá trình sấy thực tế 17

CHƯƠNG 4:TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 22

4.1 Tính toán các kích thước cơ bản của thùng sấy 22 iii

4.1.1 Thể tích thùng 22

4.1.2 Đường kính và chiều dài 22

4.1.3 Thể tích thực của thùng 22

4.1.4 Cường độ bay hơi ẩm 22

4.1.5 Thời gian lưu lại vật liệu trong thùng quay 22

4.2 Chọn bề dày và vật liệu làm thùng sấy 23

4.3 Chiều cao lớp vật liệu chứa trong thùng 24

4.4 Tính toán chọn cánh đảo trộn 25

CHƯƠNG 5:TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 27

5.1 Calorifer 27

5.1.1 Nhiệt lượng tiêu hao 27

5.1.2 Công suất nhiệt 27

5.1.3 Tiêu hao hơi nước 27

5.1.4 Bề mặt trao đổi nhiệt 27

DANH MỤC

Hình 1.1 Nguyên liệu bắp 1

Hình 1.2 Báp nếp 2

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thùng quay 7

YHình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 9

YHình 4.1 Chiều cao lớp hạt 25

Bảng 3.2 Thông số của không khí ẩm 14

Bảng 3.3 Quan hệ giữa M và đường kính hạt [1] 16

Bảng 3.4 Thông số không khí trong quá trinh sấy thực 20

Bảng 4.1 Các thông số của thép SUS430 23

Bảng 5.1 Thông số của calorifer 29

Bảng 5.2 Thông số của cyclone 33

Bảng 5.3 Thông số của bánh răng 37

v

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 Mục tiêu đồ án

Thiết kế máy sấy thùng quay làm việc với năng suất và độ ẩm của vật liệu bắp hạt sau khi sấy đạt yêu cầu đề ra.

1.1 Nhiệm vụ đồ án

Thiết kế máy sấy thùng quay dùng để sấy bắp hạt, năng suất 400kg/mẻ - Độ ẩm trước sấy 30%.

- Độ ẩm sau sấy 12%.

- Tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt bằng caloriphe hơi nước bão hòa

- Cần phải mô tả hệ thống thiết bị (bao gồm các thiết bị khác) phù hợp với yêu cầu của đặc tính nguyên liệu và sản phẩm

- Các thông số công nghệ khác tự chọn.

1.2 Nguyên liệu bắp

1.2.1 Nguồn gốc

Bắp là một loại cây lương thực được thuần canh tại khu vực Trung Mỹ và sau đó lan tỏa ra khắp châu Mỹ Bắp lan tỏa ra phần còn lại của thế giới sau khi có tiếp xúc của người châu Âu với châu Mỹ vào cuối thế kỷ 15, đầu thế kỷ 16.

Bắp là cây lương thực được gieo trồng nhiều nhất tại châu Mỹ (chỉ riêng tại Hoa Kỳ thì sản lượng đã là khoảng 270 triệu tấn mỗi năm) Các giống bắp lai ghép được các nông dân ưa chuộng hơn so với các giống, thứ bắp thông thường do có năng suất cao

Hình 1.1 Nguyên liệu bắp

vì có ưu thế giống lai.

Cây bắp được du nhập vào Việt Nam từ Trung Quốc Ban đầu bắp được gọi là “lúa ngô”, về sau được gọi tắt thành “ngô” Chữ “Ngô” là để chỉ Trung Quốc Người Việt vào thế kỷ 15-17 từng gọi Trung Quốc là “Ngô”, bởi nhà Minh cai trị Trung Quốc khi đó vốn dựng nghiệp tại đất Ngô (nay là Nam Kinh và các vùng phụ cận).

1.2.2 Phân loại

Các giống bắp ở Việt Nam chúng ta hiện nay: - Bắp nếp (Waxy Corn)

Bắp nếp có lẽ là đã vô cùng quen thuộc với người Việt Sở dĩ nó được gọi là bắp nếp vì độ dẻo của hạt bắp nó khá là tương đồng với độ dẻo của gạo nếp Ở Việt Nam thì bắp nếp được sử dụng để nướng, luộc ăn chơi chơi; hay là nấu với xôi bắp thành món ăn sáng no; hoặc thử là xào với tép đậm đà lên, dùng ăn cơm cũng ngon.

- Bắp “Lõm” (Dent Corn)

Bắp “lõm” còn được gọi là bắp đồng, nó được đặt tên theo vết lõm hình thành trên các hạt bắp khi bắp bắt đầu trưởng thành và khô lại Loại bắp này thường có hai màu là vàng và trắng bắp “lõm” thường được sử dụng để làm thức ăn chăn nuôi hoặc được nấu thành siro bắp hay lên men tạo thành các sản phẩm nhiên liệu công nghiệp như ethanol (dùng để khử trùng).

Bắp Ngọt (Sweet Corn)

Bắp ngọt là loại bắp tiêu chuẩn, và là loại bắpthực phẩm của khá nhiều nước Giống bắp này sẽ được thu hoạch lúc chưa trưởng thành, ngay trước khi đường trong bắp được chuyển thành tinh bột Ở Việt Nam, bắp ngọt thường sẽ luộc hoặc ăn lẩu nước/ lẩu nướng.

Hình 1.2 Báp nếp

- Bắp Nổ (Pop Corn)

Bắp để làm pop corn là một loại bắp riêng, chứ không phải loại bắp nào cũng phù hợp để làm Hạt bắp của giống bắp nổ này sẽ tròn như hạt ngọc trai, có lớp vỏ khá là mỏng trong khi các giống khác lại có vỏ khá là dày.

1.2.3 Thành phần hóa học

Bắp là loại hạt ngũ cốc giàu tinh bột, chất xơ, nhiều vitamin, khoáng chất và chất chống oxy hóa Bắp thường có màu vàng, một số loại có màu khác như đỏ, cam, tím, xanh, trắng và màu đen.

- Tinh bột: Là thành phần chính tìm thấy trong bắp, chiếm 28-80% trọng lượng khô.- Đường: Bắp cũng chứa một lượng đường nhỏ (1-3%) Bắp đường chứa tinh bột đặc

biệt thấp (28%) có hàm lượng đường cao (18%), hầu hết trong số đó là sucrose.

- Chất xơ: Hàm lượng chất xơ của các loại bắp khác nhau, nhưng nhìn chung chất xơ

chiếm khoảng 9-15% Chất xơ chủ yêu trong bắp là chất xơ không hòa tan, như hemicellulose, cellulose và lignin.

- Protein: Bắp là một nguồn phong phú của protein Tùy thuộc vào giống bắp nhưng

hầu hết các hàm lượng protein trong bắp khoảng 10-15% Các protein có nhiều nhất trong bắp được biết đến như zeins, chiếm 44-79% tổng lượng protein Nhìn chung, chất lượng protein của zeins là nghèo vì nó thiếu một số axit amin thiết yếu, chủ yếu là lysine và tryptophan.

- Lipid: Hàm lượng chất béo trong bắp rất ít Tuy nhiên, bắp non một nguyên liệu dồi

dào, rất giàu chất béo và được sử dụng để làm cho dầu bắp thường được sử dụng để nấu ăn Dầu bắp cũng chứa một lượng đáng kể vitamin E và phytosterol, hiệu quả cho việc giảm mức cholesterol.

- Vitamin và khoáng chất: Mangan, Photpho, Magie, Kẽm, Đồng Axit pantothenic,

Folate, Vitamin B6, Niacin, Kali

- Các hợp chất khác: Axit ferulic, Anthocyanins, Zeaxanthin, Lutein, Axit phytic.

1.3 Quá trình sấy

1.3.1 Khái niệm

Sấy là một quá trình làm bay hơi nước khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Nhiệt được cung cấp cho vật liệu bằng cách dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ … Hoặc bằng năng lượng điện trường với tần suất rất cao Khối lượng của vật sẽ giảm đi sau quá trình sấy Từ đó tăng liên kết bề mặt và bảo quản được hiệu quả hơn.

1.3.2 Các phương pháp sấy

Dưa vào trạng thái tác nhân sấy hay cách tạo ra động lực quá trình dịch chuyển ẩm mà chúng ta có hai phương pháp sấy: Phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh [1]

1.3.2.1 Phương pháp sấy nóng

Sấy đối lưu: Trong phương pháp này, vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch

thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò Đây là phương pháp sấy phổ biến hơn cả Trong phương pháp sấy đối lưu người ta phân ra các loại hệ thống sấy: HTS buồng, HTS hầm, HTS thùng quay, HTS tháp… [1]

Sấy tiếp xúc: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Như vậy, trong các HTS tiếp

xúc người ta tạo ra độ chênh phân áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy [1]

Sấy bức xạ: Trong phương pháp này, vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để

ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt khuếch tán vào môi trường Rõ ràng, trong phương pháp sấy bức xạ người ta tạo ra độ chênh áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường chỉ bằng cách đốt nóng vật [1]

Sấy điện cao tần hoặc năng lượng điện từ trường: Vật liệu sấy đặt trong một trường

điện từ thì trong vật xuất hiện các dòng điện và chính dòng điện này đốt nóng vật [1] Như vậy, cũng như các phương pháp sấy bức xạ, tiếp xúc, dòng điện cao tần hoặc năng lượng từ trường thì cũng chỉ là tạo ra độ chênh phân áp suất giữa vật liệu sấy và môi trường bằng cách đốt nóng vật [1]

1.3.2.2 Phương pháp sấy lạnh

Sấy thăng hoa: Đây là một phương pháp mà trong đó ẩm trong vật liệu sấy ở dạng rắn trực tiếp biến thành hơi đi vào tác nhân sấy [1]

Sấy chân không: Nếu nhiệt độ của vật liệu sấy vẫn nhỏ hơn 273K nhưng áp suất tác nhân sấy bao quanh vật p>610 Pa thì khi vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng thì nước trong vật liệu sấy ở dạng rắn sẽ chuyển trực tiếp thành hơi nước vào đi vào tác nhân

sấy mà trước khi biến thành hơi đi vào môi trường nước ở thì thể rắn phải chuyển qua thể lỏng [1]

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

1.3.3.1 Các yếu tố liên quan đến điều kiện sấy

- Nhiệt độ sấy: Trong phương pháp sấy đối lưu, khi tăng nhiệt độ của tác nhân sấy thì tốc độ sấy sẽ tăng theo đó là tốc độ truyền nhiệt gia tăng Việc tăng nhiệt độ tác nhân sấy không làm giảm nhiệt độ ẩm tương đối của nó Điều này giúp cho các phân tử nước tại bề mặt nguyên liệu cần sấy sẽ làm bốc hơi dễ dàng hơn Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc khuếch tán của các phân tử nước càng nhanh [1,3]

- Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy, khi tăng độ ẩm tương đối của tác nhân sấy thì thời gian sấy sẽ kéo dài Trong phương pháp theo lí thuyết để các phân tử nước trên bề mặt nguyên liệu bốc hơi thì phải có sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt của nguyên liệu và trong tác nhân sấy Sự chênh lệch này càng lớn thì nước trên bề mặt nguyên liệu càng dễ bốc hơi Đây cũng là động lực của quá trình sấy [1]

- Tốc độ tác nhân sấy: Tốc độ tác nhân sấy ảnh hưởng đến thời gian sấy Sự bốc hơi nước từ bề mặt xảy ra nhanh hơn khi tốc độ truyền khói được tăng cường nhờ sự đối lưu, khi tốc độ tác nhân sấy được tăng [1]

- Áp lực: Áp lực trong buồng sấy sẽ ảnh hưởng đến trạng thái của nước trong nguyên liệu cần sấy Khi sấy trong điều kiện chân không do áp suất hơi của không khí giảm nên quá trình sấy sẽ diễn ra nhanh hơn đặc biệt trong giai đoạn sấy đẳng tốc Tuy nhiên áp suất chân không ít ảnh hưởng đến sự khuếch tán bên trong liệu [1]

1.3.3.2 Các yếu tố liên quan đến nguyên liệu

- Diện tích bề mặt nguyên liệu: Với 2 mẫu nguyên liệu có cùng khối lượng và độ ẩm mẫu có diện tích bề mặt lớn hơn thì thời gian sấy ngắn hơn Đó là khoảng cách mà các phân tử nước bên trong nguyên liệu cần khuếch tán đến bề mặt sẽ ngắn hơn [1]

- Cấu trúc nguyên liệu: Đa số các nguyên liệu của ngành công nghệ thực phẩm này có cấu tạo đơn vị là các tế bào thực vật và động vật [1]

- Thành phần hóa học của nguyên liệu: Thành định tính và định lượng của các hợp chất hóa học có trong mẫu nguyên liệu ban đầu sẽ ảnh hưởng đến tốc độ và thời gian sấy [1]

1.3.4 Phân loại thiết bị sấy

Thiết bị sấy là thiết bị mà tại đó vật liệu sấy được tách ẩm sau khi ra khỏi thiết bị Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp khác nhau nên có nhiều cách để phân loại thiết bị

sấy [1]:

- Dựa vào tác nhân sấy: Có thiết bị bằng không khí, khói lò, các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy dòng điện cao tần.

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

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

- Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: Thiết bị sấy tiếp xúc, sấy đối lưu, sấy bức xạ…

- Dựa vào cấu tạo thiết bị: Sấy hầm, sấy băng tải, sấy thùng quay

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

1.3.5 Chọn thiết bị sấy và phương pháp sấy

1.3.5.1 Chọn thiết bị sấy

Để bảo quản hoặc dùng để chế biến các sản phẩm có chất lượng cao thì các loại hạt cần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quản hoặc độ ẩm chế biến Để thực hiện quá trình sấy, có thể sử dụng nhiều hệ thống sấy khác nhau Mỗi phương pháp sấy khác nhau sẽ phù hợp với các loại vật liệu sấy khác nhau.

Để sấy bắp hạt, người ta có thể dùng thiết bị sấy tháp, sấy thùng quay Ở đây ta dùng thiết bị sấy thùng quay, là thiết bị chuyên dụng để sấy hạt Loại thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các loại ngũ cốc Máy sấy thùng quay có những ưu điểm là làm việc ổn định, năng suất cao và kinh tế.

Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt, cục nhỏ Nó được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các loại ngũ cốc Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn Thùng sấy được đạt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang theo tỉ lệ 1/151/50 Thùng sấy quay nhờ một động cơ điện thông qua một hộp giảm tốc Thùng sấy quay tròn, vật liệu sấy xừa bị đảo trộn vừa đi dần từ đầu cao của thùng xuống đầu thấp Trong quá trình này, tác nhân sấy và vật liệu sấy trao đổi nhiệt ẩm cho nhau Vật liệu đi hết chiều dài thùng sấy được lấy ra và vận chuyển vào kho chứa nhờ một băng tải còn tác nhân sấy đi qua cyclone để thu hồi vật liệu sấy hay bụi trước khi thải ra môi trường.

Để tăng cường quá trình xáo trộn và quá trình trao đổi nhiệt ẩm, người ta bố trí trong thùng sấy các cánh khuấy Có rất nhiều cách bố trí và các loại cánh khuấy khác nhau Trong đề tài này, nhóm chọn loại cánh nâng.

1 – Phễu nhập liệu 7 – Động cơ điện 13 – Chân đỡ 2 – Cửa vào tác nhân sấy 8 – Vành đai 14 – Bệ đỡ cố định

4 – Bánh răng lớn 10 – Thùng chứa sản

6 – Hộp giảm tốc 12 – Cửa ra tác nhân sấy 18 - Calorifer 19 – Quạt

1.3.5.2 Chọn phương pháp sấy

Tác nhân sấy: Để sấy bắp người ta dùng phương pháp sấy nóng đối với bắp nên trong quá trình sấy phải đảm bảo không bị nhiễm bụi bẩn, nhiễm độc và yêu cầu nhiệt độ sấy không quá cao nên ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng và tác nhân tải nhiệt là hơi nước để tiện cho việc điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy khi cần thiết.

Phương án sấy: Thông thường chiều chuyển động tác nhân sấy có thể cùng chiều hoặc ngược chiều hay chéo chiều Dựa vào tính chất vật liệu của bắp ta chọn phương pháp sấy cùng chiều vì tốc độ sấy ban đầu cao, sản phẩm ít bị biến tính, giảm nguy cơ hư hỏng do vi sinh vật, tránh sấy quá khô Mặt khác tác nhân sấy ban đầu không cao lắm thì khi sấy cùng chiều thì vật liệu sấy và tác nhân sấy sẽ tiếp xúc tốt hơn, quá trình sấy Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thùng quay

diễn ra nhanh hơn.

Nguyên liệu bắp là một nguyên liệu chứa nhiều tinh bột Chế độ công nghệ sấy tinh bột lại phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ hồ hóa tinh bột Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoảng 65oC, do đó ta cần chọn nhiệt độ không khí phù hợp, không cao nhưng cũng không quá thấp, mục đích là đẩy nhanh quá trình sấy cũng như là không làm cho nhiệt độ của nguyên liệu vượt quá nhiệt độ hồ hóa.

2.1 Quy trình công nghệ

2.2 Thuyết minh quy trình

Vật liệu sấy là bắp hạt sau khi được rửa sạch, tuốc ra khỏi cùi được cho vào buồng chứa sau đó nhập vật liệu vào thùng sấy Bắp hạt khi vào thùng sấy có độ ẩm là 30% Tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt bằng calorifer hơi nước bão hòa Trên đường ống dẫn không khí và đường ống dẫn không khí từ môi trường vào calorifer đều có các van, dùng để điều chỉnh lưu lượng các dòng Đặt nhiệt kế ở sau calorifer để xác định nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào thùng sấy, nếu nhiệt độ quá cao ta sẽ mở van để tháo bớt hơi nước bão hoà ra ngoài, giảm lượng hơi vào calorifer để giảm bớt nhiệt

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

độ, ngược lại nếu nhiệt độ chưa đủ, ta khóa mở van dẫn hơi để vào calorifer Chuyển động quay của thùng được thực hiện nhờ bộ truyền động từ động cơ sang hộp giảm tốc đến bánh răng gắn trên thùng Bên trong thùng có gắn các cánh nâng, dùng để nâng và đảo trộn vật liệu sấy, mục đích là tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, do đó tăng bề mặt truyền nhiệt, tăng cường trao đổi nhiệt để quá trình sấy diễn ra triệt để Trong thùng sấy, bắp hạt được nâng lên đến độ cao nhất định, sau đó rơi xuống Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng Khi đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiết cho quá trình bảo quản là 12% Sản phẩm bắp hạt sau khi sấy được đưa vào buồng tháo liệu, sau khi qua cửa tháo liệu sẽ được bao gói, để bảo quản hay dùng vào các mục đích chế biến khác Dòng tác nhân sấy sau khi qua buồng sấy chứa nhiều bụi, do đó cần phải đưa qua một hệ thống lọc bụi để tránh thải bụi bẩn vào không khí gây ô nhiễm Ở đây, ta sử dụng hệ thống lọc bụi cyclone đơn, sau khi lọc bụi sẽ được thải vào môi trường Phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua cửa thu bụi của cyclone và được xử lý riêng.

LƯỢNG CHO QUÁ TRÌNH

3.1 Dữ kiện ban đầu

3 Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy Gk kg/mẻ

7 Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy L kg/h 8 Hàm ẩm của không khí trước khi đốt nóng do kg/kg kkk 9 Hàm ẩm của không khí trước và sau khi sấy d1, d2 kg/kg kkk Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (theo vật liệu ướt): w1 = 30 %

Độ ẩm cuối của vật liệu sấy (theo vật liệu ướt): w2 = 12 % Lượng vật liệu ra khỏi máy sấy: G2 = 400 kg/mẻ

Tác nhân sấy là không khí

+ Bề dày: δ = 3 – 8 mm

+ Đường kính tương đương: dtđ = 7,5 mm

3.2 Xác định các thông số của không khí trong quá trình sấy lý thuyết

Trong quá trình sấy lý thuyết coi các đại lượng nhiệt bổ sung và nhiệt tổn thất đều bằng không hoặc nhiệt lượng bổ sung chung đủ bù nhiệt lượng tổn thất chung

⟹ ∆ = 0 ⟹ d0 = d1 và I2=I1

Quá trình từ điểm 0  1: không khí được gia nhiệt trong Calorifier

Quá trình từ điểm 1  2: không khí tách ẩm của vật liệu trong phòng sấy.

Trạng thái không khí bên ngoài (chọn địa điểm sấy ở TP HCM): to = 26,8 oC; φ0= 83% (Bảng VII.1/97) [2].

3.2.1 Tính toán trạng thái không khí ngoài trời

Chọn điểm 0: {t0=26,8oCφ0=83 %

Tra bảng hơi nước với t0 = 26,8oC ⟹ Pbh (0) = 0,0342 bar

- Thể tích riêng của không khí ẩm (CT VII.8/94 – Trong đó: Pt và Pbh tính theo đơn vị N/m2

Khi đã có được 2 thông số t0 = 26,8oC và φ0=83% ta có thể tra giản đồ I – d để tìmđược các thông số còn lại được trình bày trong Bảng 1.

3.2.2 Tính toán trạng thái không khí sau khi vào calorifer

Khi không khí ở trạng thái tại điểm 1 được đẩy vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy lý thuyết.

Nhiệt độ tại điểm 1 (t1) là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy trong thùng sấy, do tính chất của vật liệu sấy và chế độ công nghệ quy trình Nhiệt độ của tác nhân sấy ở điểm 1 được chọn phải thấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột (do bắp là loạt hạt giàu tinh bột), ban đầu khi độ ẩm của vật liệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp bề mặt của hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong lòng vật liệu ra ngoài.

Quy tắc sấy đối với loại nguyên liệu chứa lượng tinh bột và lượng đạm cao thì nên sấy ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ hồ hóa tinh bột bắp trong khoảng 62 – 70oC, vì vậy ta cần sấy

ở nhiệt độ < 60oC Vậy ta chọn t1 = 55oC Hàm ẩm tại điểm 1 bằng với điểm 0 (d0 = d1)

Chọn điểm 1: { t1=55oC

d1=d0=0,018(kg ẩm/kg kkk )

- Áp suất hơi bão hòa của không khí sau khi qua calorifer: Tra bảng hơi nước với t1 = 55oC ⟹ Pbh (1) = 0,1576 bar

- Độ ẩm không khí sau khi qua calorifer:

Trong đó: Pt là áp suất khí quyển = 1,013 bar

- Thể tích riêng của không khí ẩm (CT VII.8/94 – [2])

ν1= 288 T1

Pt−φ1× Pbh(1 )=

288 ×(273+55)

1,013 ×105−0,18 ×0,1576 ×105 = 0,9916 m3/kg kkkTrong đó: Pt và Pbh tính theo đơn vị N/m2

Khi đã có được 2 thông số t1 = 55oC và φ1=18% ta có thể tra giản đồ I – d để tìmđược các thông số còn lại được trình bày trong Bảng 1.

3.2.3 Tính toán trạng thái không khí cuối quá trình sấy

Chọn điểm 2: { t2=32oCI1=I2=102(kJ /kg)

- Áp suất hơi bão hòa của không khí sau khi qua calorifer: Tra bảng hơi nước với t2 = 32oC ⟹ Pbh (2) = 0,0476 bar - Độ ẩm không khí sau khi qua calorifer:

ν2= 288 T2

Pt−φ2× Pbh(2)=

288 ×(273+32)

1,013 ×105−0,87 ×0,0476 ×105 = 0,9349 m3/kg kkkTrong đó: Pt và Pbh tính theo đơn vị N/m2

Bảng 3.2 Thông số của không khí ẩm

3.2.4 Kiểm tra nhiệt độ đọng sương

Nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi là bé nhất, nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa là tránh trạng thái tại điểm 2 nằm trên đường bão hòa Đồng thời, hàm ẩm của tác nhân sấy tại điểm 2 phải nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.

Hình 3.1 Ví trí của 3 điểm trong quá trình sấy

Tại nhiệt độ đọng sương có φ = 1

Trong đó: τ: Thời gian sấy (giờ)

ω1 và ω2: Độ ẩm của bắp trước và sau khi sấy (%) M phụ thuộc vào đường kính hạt bắp

Bảng 3.3 Quan hệ giữa M và đường kính hạt [1]

M 1,43 1,25 1,00 0,83 0,70 0,60 0.53 0,47 0,43 0,38

- Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ:

3.3 Tính cân bằng năng lượng

3.3.1 Quá trình sấy lý thuyết

- Lượng nhiệt cần thiết để để làm bay hơi 1kg ẩm

= 118141 kJ/h = 32.8 kW

3.3.2 Quá trình sấy thực tế

Nguyên tắc cân bằng nhiệt là nhiệt lượng đưa vào thiết bị phải bằng nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị [7]

- Nhiệt lượng đưa vào hệ thống sấy gồm:

+ Nhiệt lượng do TNS nhận được trong calorifer: L (I1 – I0) + Nhiệt lượng bổ sung: Qbs = 0

+ Nhiệt vật lý do thiết bị chuyền tải mang vào Qct = 0

+ Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang vào: [(G1 – W) Cv1+WCn]tv1 - Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:

+ Nhiệt lượng tổn thất do TNS mang đi: L (I2 – I0) + Nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che: Qmt + Nhiệt vật lý của thiết bị chuyền tải mang ra: Qct = 0 + Nhiệt vật lý của vật liệu sấy mang ra: G2Cv2tv2 Cân bằng nhiệt lượng vào ra hệ thống sấy ta được:

3.3.2.1 Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy mang đi

- Nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy thường lấy bằng nhiệt độ của không khí: tv1 = to = 26,8oC

- Nhiệt độ cuối của vật liệu sấy, theo kinh nghiệm thì lấy nhỏ hơn nhiệt độ tác nhân cùng vị trí từ 5 – 10oC (Chọn 5oC)

t = t – 5oC = 32 – 5 = 27oC

- Nhiệt dung riêng của vật liệu khô ra khỏi thiết bị sấy (Cv):

Cv = Ck(1−ω2)+Cnω2 (CT 7.4/141 – [1])

= 1,5 (1 – 0,12) + 4,18.0,12

= 1,8216 kJ/kgK

Trong đó:

Ck: Nhiệt dung riêng của vật liệu khô (Xem 4.1) Cn: Nhiệt dung riêng của nước

ω2: Độ ẩm của vật liệu cuối

- Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu sấy mang đi (qv): qv = WQv

1 h =G2×Cv×(tv2−tv1)

W1 h =400 ×1,8216 ×(27−26,8)34,3 = 4,25 kJ/kg ẩm

3.3.2.2 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường

Tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che thường chiếm khoảng 3 – 5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích

- Nhiệt lượng tiêu hao hữu ích được xác định:

Cn: Nhiệt dung riêng của nước - Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường: