Thiết kế hệ thống sấy tháp dùng không khí nóng, sấy bắp hạt, năng suất nhập liệu 5000 kg/mẻ . đồ án kĩ thuật thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

TP HỒ CHÍ MINH, 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm 11 xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các kết quảnghiên cứu và các kết luận trong đồ án này là trung thực và không sao chép từ bất kỳ mộtnguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đãđược thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo yêu cầu

Tác giả đồ ánNhóm 11

1.1.3.1 Sấy bằng phương pháp tự nhiên 3

1.1.3.2 Sấy bằng phương pháp nhân tạo 3

1.1.4.Tác nhân sấy 5

1.1.5.Chất tải nhiệt 5

1.2 THIẾT BỊ SẤY 6

1.2.1.Thiết bị sấy đối lưu 6

1.2.2.Thiết bị sấy buồng 7

1.2.3.Thiết bị sấy hầm 7

1.2.4.Thiết bị sấy thùng quay 8

1.2.5.Thiết bị sấy khí động 8

1.2.6.Thiết bị sấy tầng sôi 9

1.2.7.Thiết bị sấy phun 10

1.2.8.Thiết bị sấy tháp 10

1.3 ĐỘNG LỰC HỌC CỦA QUÁ TRÌNH SẤY 11

1.3.1.Đặc điểm diễn biến quá trình sấy 11

1.3.1.1 Giai đoạn làm nóng vật 11

1.3.1.2 Giai đoạn tốc độ sấy không đổi 12

1.3.1.3 Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần 12

1.3.2.Các quy luật cơ bản của quá trình sấy 13

1.4 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 14

1.4.1.Nguồn gốc và phân loại 14

1.4.2.Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng 14

1.4.3.Phân bố 15

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 17

2.1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 17

2.1.1.Những biến đổi của bắp trong quá trình sấy 17

2.2 THIẾT BỊ SẤY THÁP 17

2.2.1.Cấu tạo 17

2.2.2.Nguyên lí hoạt động 18

2.2.3.Phân loại 19

2.2.4.Ưu và nhược điểm của thiết bị 19

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY 20

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CHO THIẾT BỊ CHÍNH 38

4.1 THỂ TÍCH VÀ CHIỀU CAO THÁP SẤY 38

4.2 CHIỀU DÀY CỦA THÀNH THÁP 39

4.3 BỐ TRÍ KÊNH DẪN, KÊNH THẢI 39

Hình 1.8 Đường cong sấy 13

Hình 1.9 Đường cong tốc độ sấy 14

Hình 4.1 Kết cấu và cách bố trí kênh dẫn, kênh thải 39

Hình 5.1 Kích thước cơ bản của cyclon 43

DANH MỤC BẢNG BIỂ

Bảng 1.1 Phân loại tác nhân sấy 5

Bảng 1.2 Phân loại chất tải nhiệt 6

Bảng 1.3 So sánh thành phần dinh dưỡng của ngô và gạo trắng (phân tích trên 100 gam) 15

Bảng 1.4 Các quốc gia sản xuất ngô hàng đầu thế giới – năm 2005 16

Bảng 3.1 Cân bằng nhiệt vùng sấy 1 34

Bảng 3.2 Cân bằng nhiệt vùng sấy 2 34

Bảng 5.1 Kích thước cyclon (m) 44

MỞ ĐẦU

Từ lâu, sấy là một kỹ thuật được áp dụng rộng rãi Sấy là một khâu quan trọngtrong dây chuyền công nghệ, được sử dụng phổ biến ở nhiều ngành công nghiệp chế biến.Sấy là quá trình làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu Hiện nay có nhiều phương pháp sấyhạt ngô khác nhau như sấy tự nhiên (bằng cách phơi nắng), sấy thùng quay, sấy tháp,…

Với đồ án môn học này nhằm thiết kế hệ thống sấy tháp dùng không khí nóng, sấybắp hạt, năng suất nhập liệu 5000 kg/mẻ sẽ giúp chúng ta tìm hiểu kỹ hơn về thiết bị sấytháp

Mặc dù đã có nhiều cố gắng song vẫn còn sai sót nhiều thứ vì đây là lần đầu làmđồ án nên vẫn chưa có kinh nghiệm Bên cạnh đó, trình độ tự nghiên cứu và khả năng tưduy còn bị giới hạn nên đồ án của nhóm em còn nhiều thiếu sót Qua lần đồ án này emkính mong thầy cô giáo chỉ bảo để em hoàn thiện đồ án tốt hơn

1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ1.1.QUÁ TRÌNH SẤY [1]

Sấy là một khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ, được sử dụng phổ biến ởnhiều ngành công nghiệp chế biến nông – lâm – hải sản Sấy không chỉ đơn thuần là táchnước và hơi nước ra khỏi vật liệu mà là một quá trình công nghệ phức tạp, đòi hỏi vậtliệu sau khi sấy phải đảm bảo chất lượng theo một chỉ tiêu nào đó với mức chi phí nănglượng (điện năng, nhiệt năng) tối thiểu Chẳng hạn, khi sấy gỗ thì không được nứt nẻ,cong vênh hoặc khi sấy thực phẩm thì phải đảm bảo giữ được màu sắc, hương vị và chấtlượng của sản phẩm

1.1.1 Khái niệm

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu thải vào môitrường Ẩm có mặt trong vật liệu nhận được năng lượng theo một phương nào đó táchkhỏi vật liệu sấy và dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt, từ bề mặt vật vào môi trườngxung quanh

Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ liên kết bềmặt và bảo quản được tốt hơn

1.1.2 Đối tượng sấy

Đối tượng sấy là vật nguyên vật liệu ẩm cần được tách nước ra.Vật ẩm là một hệ liên kết phân tán giữa pha phân tán và môi trường phân tán Phaphân tán là một chất có cấu trúc mạng hay khung không gian từ chất rắn phân đều trongmôi trường phân tán

Những vật liệu sấy (VLS) thường chứa một lượng ẩm nhất định Trong quá trìnhsấy ẩm, chất lỏng bay hơi, độ ẩm của nó giảm đi Trạng thái của vật liệu ẩm được xácđịnh bởi độ ẩm và nhiệt độ của nó

1.1.3 Các phương pháp sấy

Có 2 phương pháp sách đó là sấy bằng phương pháp tự nhiên và sấy bằng phươngpháp nhân tạo

1.1.3.1.Sấy bằng phương pháp tự nhiên

Sấy tự nhiên là quá trình tiến hành làm bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như mặttrời, năng lượng gió, Phương pháp này đỡ tốn nhiệt năng, nhưng không chủ động điềuchỉnh được vận tốc quá trình theo yêu cầu kỹ thuật, năng suất thấp Bởi vậy trong cácngành công nghiệp người ta thường tiến hành quá trình sấy nhân tạo (dùng nguồn nănglượng do con người tạo ra)

1.1.3.2.Sấy bằng phương pháp nhân tạo

Sấy nhân tạo là sử dụng các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm.Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy cóthể chia thành những nhóm như sau:

- Sấy đối lưu:Phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí nóng, khói lò,…(gọi là tác nhân sấy) Đặc trưng của công nghệ sấy đối lưu chính là sự chuyển động củaluồng không khí Chúng được dùng làm tác nhân sấy nhưng với điều kiện không khítrong buồng sấy luôn phải nóng, chuyển động theo vòng tuần hoàn trong buồng sấy

Chúng sẽ tác động tới vật phẩm cần sấy và làm bốc hơi nước, độ ẩm còn dư trongvật phẩm sấy đó Chính luồng không khí nóng sẽ đưa lượng hơi ẩm này thoát ra ngoài.Từ đó, vật phẩm được sấy khô hoàn toàn

- Sấy tiếp xúc:Phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tácnhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn Mẫu nguyên liệu cầnsấy được đặt lên một bề mặt đã được gia nhiệt, nhờ đó mà nhiệt độ của nguyên liệu sẽ giatăng và làm cho một phần ẩm trong nguyên liệu sẽ bốc hơi và thoát ra môi trường bên

3

ngoài Trong phương pháp này, mẫu nguyên liệu cần sấy sẽ được cấp nhiệt theo nguyêntắc dẫn nhiệt.

- Sấy bằng tia hồng ngoại:Phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn nhiệt phát ratruyền cho vật liệu sấy Mẫu nguyên liệu được cấp nhiệt nhờ hiện tượng bức xạ, còn sựthải ẩm từ mẫu nguyên liệu ra môi trường bên ngoài sẽ xảy ra theo nguyên tắc đối lưu.Thực tế cho thấy trong quá trình sấy bức xạ sẽ xuất hiện một gradient nhiệt rất lớn bêntrong mẫu nguyên liệu Nhiệt độ tại vùng bề mặt có thể cao hơn nhiệt độ tại tâm mẫunguyên liệu từ 20 đến 50°C

- Sấy bằng dòng điện cao tầng:Phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toànbộ 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 trạng thái rắn thành hơi không quatrạng thái lỏng Mẫu nguyên liệu cần sấy trước tiên sẽ được đem lạnh đông để một phầnẩm trong nguyên liệu chuyển sang trạng thái rắn Tiếp theo, người ta sẽ tạo áp suất chânkhông và nâng nhẹ nhiệt độ để nước thăng hoa, tức nước sẽ chuyển từ trạng thái rắn sangtrạng thái hơi mà không qua trạng thái lỏng

Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạpvì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu rắn đồng thời vớiquá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp, vận tốc của toàn bộ quá trình đượcquy định bởi giai đoạn nào chậm nhất Ngoài ra, tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ làyếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặtvật liệu sấy

 KẾT LUẬN: Từ đề bài và điều kiện, chọn phương pháp sấy đối lưu

1.1.4 Tác nhân sấy [2]

Để duy trì động lực của quá trình sấy cần một chất mang ẩm thoát từ bề mặt vậtliệu sấy thải vào môi trường Môi chất làm nhiệm vụ nhận ẩm từ bề mặt vật để thải vàomôi trường gọi chung là tác nhân sấy (TNS) Tác nhân sấy có thể là không khí, khói lòhoặc một số chất lỏng như dầu mỏ, macarin… trong đó không khí và khói lò là hai tácnhân sấy phổ biến nhất Trong các thiết bị sấy đối lưu tác nhân sấy còn làm thêm nhiệmvụ đốt nóng vật Trạng thái của tác nhân sấy cũng như nhiệt độ và tốc độ của nó đóng vaitrò quan trọng trong toàn bộ quá trình sấy

Bảng 1.1 Phân loại tác nhân sấy

Tác nhân

Khôngkhí nóng

- Rẻ, có sẵn trong tự nhiên, có thểdùng hầu hết cho các loại sảnphẩm

- Không độc, không làm ô nhiễmsản phẩm

- Cần trang bị thêm bộ phận gianhiệt không khí (calorife khí –hơi hay khí – khói)

- Nhiệt độ sấy không thể quácao (< 500°C)

 KẾT LUẬN: Từ đề bài và điều kiện, chọn tác nhân sấy là không khí nóng 1.1.5 Chất tải nhiệt[2]

Mục đích: cung cấp nhiệt cho môi chất sấy

5

Bảng 1.2 Phân loại chất tải nhiệt

Nước

- Nhiệt độ ổn định- Dễ điều chỉnh nhiệt độ- Bề mặt trao đổi nhiệt nhỏ

- Phải trang bị lò hơi

Nước nóng

- Áp suất thấp khi dùng hơi- Lò nước nóng cấu tạo đơn

giản, rẻ- Nhiệt dung riêng lớn

- Nhiệt độ bị hạn chế (thường <100°C) nếu dùng nhiệt độ caophải dùng nước áp suất cao- Xử lý nước thường xuyên để

- Hệ số truyền nhiệt thấp nêndiện tích bề mặt truyền nhiệtlớn hơn so với dùng hơi nướchay chất lỏng

Điện

- Thiết bị đơn giản, hiệu suất cao- Dễ điều chỉnh nhiệt độ

- Không gây ô nhiễm môi trường

- Giá thánh nhiên liệu cao

 KẾT LUẬN: Từ đề bài và điều kiện, chọn chất tải nhiệt là khói lò

1.2.THIẾT BỊ SẤY [1]

1.2.1 Thiết bị sấy đối lưu

Đặc trưng của công nghệ sấy đối lưu chính là sự chuyển động của luồng khôngkhí Chúng được dùng làm tác nhân sấy nhưng với điều kiện không khí trong buồng sấyluôn phải nóng, chuyển động theo vòng tuần hoàn trong buồng sấy Chúng sẽ tác động tớivật phẩm cần sấy và làm bốc hơi nước, độ ẩm còn dư trong vật phẩm sấy đó Chính luồngkhông khí nóng sẽ đưa lượng hơi ẩm này thoát ra ngoài Từ đó, vật phẩm được sấy khô

hoàn toàn Đây cũng là nguyên lý làm việc của những sản phẩm máy sấy đối lưu, hệthống sấy nông sản hiện nay.

1.2.2 Thiết bị sấy buồng

Cấu tạo cốt yếu của hệ thống này là buồng sấy Trong buồng sấy sắp đặt nhữngthiết bị đỡ vật liệu gọi chung là vật dụng truyền tải Ví như dung lượng của buồng sấy bévà thiết bị truyền tải là những khay sấy thì được gọi là tủ sấy, dung lượng buồng sấy to vàđồ vật truyền chuyển vận là xe goòng sở hữu các vật dụng chưa vật liệu thì gọi là trang bịsấy kiểu xe goòng

Hình 1.1 Hệ thống sấy buồng1.2.3 Thiết bị sấy hầm

Thiết bị sấy hầm sử dụng nguồn nhiệt hơi nước để gia nhiệt cho không khí làm tácnhân sấy có độ ổn định cao, giữ được màu sắc và chất lượng sản phẩm sau sấy Thiết bịđược thiết kế để sấy liên tục, gồm nhiều xe goòng, mỗi xe gồm nhiều khay sấy, mỗi khaysấy được sử dụng để chứa vật liệu sấy

7

Hình 1.2 Hệ thống sấy hầm1.2.4 Thiết bị sấy thùng quay

Sấy thùng quay hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ với một gócnghiêng xác định trong thùng có các cánh xáo trộn, khi thùng quay thì vật liệu sấychuyển động từ đầu này sang đầu kia và tác nhân sấy cũng vào đầu này, ra đầu kia Hệthống sấy thùng quay chuyên dùng sấy vật liệu dạng hạt hoặc dạng cục nhỏ, độ ẩmthường lấy đi là độ ẩm bề mặt

Hình 1.3 Hệ thống sấy thùng quay1.2.5 Thiết bị sấy khí động

Thường dùng để sấy các vật liệu dạng hạt bé, nhẹ, xốp như than cám, cỏ hoặc raubăm nhỏ, Tác nhân sấy chủ yếu là không khí nóng hoặc khói lò.

Phần chính của thiết bị là một ống thẳng, vật liệu sấy được không khí nóng hoặckhói lò cuốn từ dưới lên trên và dọc theo ổng Tốc độ tác nhân phụ thuộc vào chủng loạivật liệu sấy, kích thước, khối lượng riêng của hạt

Hình 1.4 Hệ thống sấy khí động1.2.6 Thiết bị sấy tầng sôi

Thường dúng để sấy các vật liệu dạng hạt, cục Có cường độ sấy rất lớn có thể đạthàng trăm kg ẩm/m3, dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ sấy và vật liệu sấy khá đồng đều

Hình 1.5 Hệ thống sấy tầng sôi

9

1.2.7 Thiết bị sấy phun

Chuyên dùng để sấy các dịch thể Sản phẩm sấy dùng để sấy dạng bột hòa tan nhưsữa bò, sữa đậu nành, bột trứng Bộ phận cơ bản của thiết bị sấy phun là buồng sấy, làmột tháp hình trụ Dịch thể được nén bởi một bơm cao áp đưa vào qua vòi phun cùng vớitác nhân tạo thành sương mù và quá trình sấy được thực hiện

Hình 1.6 Hệ thống sấy phun1.2.8 Thiết bị sấy tháp

Hệ thống sấy (HTS) tháp chứa gồm các tầng ghép lại với nhau theo chiều cao,tăng sức chứa hạt, giảm diện tích lắp đặt, tăng khả năng tiếp xúc không khí sấy với hạt.Đồng thời do có cơ cấu tháo liệu dạng trục rải nên độ giảm ẩm của khối hạt như nhau

- Sau khi sấy có độ đồng đều cao- Quạt ly tâm được thiết kế phù hợp, hiệu suất cao, độ ồn thấp tiêu hao điện năng

thấp.- Khi không cung cấp nhiệt, cụm thiết bị sẽ chuyển sang chế độ làm mát.- Nhiệt độ sấy thấp, tiêu hao chất đốt thấp, tỷ lệ rạn nứt sau khi sấy thấp- Kết cấu máy vững chắc, độ bền cơ khí cao

Hình 1.7 Hệ thống sấy tháp

 KẾT LUẬN: Từ đề bài và điều kiện, chọn thiết bị sấy tháp kiểu kênh dẫn, kênh thải

1.3.ĐỘNG LỰC HỌC CỦA QUÁ TRÌNH SẤY [2]

1.3.1 Đặc điểm diễn biến quá trình sấy

Quá trình sấy xảy ra 3 giai đoạn - Giai đoạn làm nóng vật - Giai đoạn sấy tốc độ không đổi - Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần

1.3.1.1.Giai đoạn làm nóng vật

Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóngcho đến khi nhiệt độ đạt đến bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt (tư) Trong quá trình này, toàn bộvật sấy được gia nhiệt Ẩm lỏng trong vật cũng được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt

11

độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí buồng sấy (tư) Dođược làm nóng nên nhiệt độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi ẩm còn nhiệt độ củavật thì tăng dần từ nhiệt độ ban đầu cho đến khi bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt Tuy vậy sựtăng nhiệt độ xảy ra không đồng đều ở phần ngoài và phần trong vật Vùng trong vật đạttới tư chậm hơn Đối với những vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xảy ra rất nhanh.

1.3.1.2.Giai đoạn tốc độ sấy không đổi

Kết thúc giai đoạn nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt Tiếp tục cung cấpnhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt lượng cungcấp chỉ để làm hóa hơi nước Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng bêntrong vật sẽ truyền ra ngài bề mặt vật để hóa hơi Do nhiệt độ không khí nóng không đổi,nhiệt độ vật không đổi, nên chênh lệch nhiệt độ vật và môi trường cũng không đổi Dovậy tốc độ bay hơi ẩm của vật cũng không thay đổi Điều này sẽ làm cho tốc độ giảm củađộ chứa ẩm của vật theo thời gian (∂u∂ t) không đổi, cũng có nghĩa là tốc độ sấy không đổi:

∂u∂ t= constTrong giai đoạn sấy tốc độ không đổi biến thiên của độ chứa ẩm theo thời gian làtuyến tính Ẩm được thoát ra trong gia đoạn này là ẩm tự do Khi độ ẩm của vật đạt đếntrị số giới hạn uk=ucbmax thì giai đoạn có tốc độ sấy không đổi kết thúc Đồng thời cũngchấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự do chuyến sang giai đoạn tốc độ sấy giảm

1.3.1.3.Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần

Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vậtlà ẩm liên kết Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn so với ẩm tự do và càng tănglên khi độ ẩm của vật càng nhỏ (liên kết càng chặt) Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giaiđoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạnnày nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm củavật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật giảm đến bằng độ ẩm cânbằng ứng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy (ucb, ωcb) thì quá trình

thoát ẩm của vật ngừng lại có nghĩa là tốc độ sấy bằng không (∂u∂ t=¿0) Trong khi giaiđoạn sấy tốc độ giảm nhiệt độ sấy tăng lên lớn hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt Nhiệt độ ở cáclớp bên ngoài mặt tăng nhanh hơn còn càng sâu vào bên trong vật nhiệt độ tăng chậm dođó hình thành gradient nhiệt độ trong vật sấy Khi độ ẩm của vật đã đến độ ẩm cân bằngthì lúc này giữa vật sấy và môi trường có sự cân bằng nhiệt và ẩm Ở cuối quá trình sấydo tốc độ sấy nhỏ nên thời gian sấy kéo dài Người ta sấy đến độ ẩm cuối u2 (ω2) lớn hơnđộ ẩm cân bằng

1.3.2 Các quy luật cơ bản của quá trình sấy

Đường cong sấy: đường cong sấy biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật sấy theothời gian sấy gọi là đường cong sấy: w = f(τ) Đồ thị hàm f(τ) phụ thuộc nhiều vào các) Đồ thị hàm f(τ) Đồ thị hàm f(τ) phụ thuộc nhiều vào các) phụ thuộc nhiều vào cácyếu tố như dạng liên kết giữa nước và vật sấy, hình sáng, kích thước và đặc tính sâu,phương pháp, chế độ sấy, tuy nhiên chúng đều có dạng chung như hình minh họa ở hình1.8

Đường cong tốc độ sấy: đường cong tốc độ sấy biểu thị mối quan hệ giữa tốc độsấy và hàm ẩm của vật sấy, thu được bằng cách đạo hàm đường cong sấy theo thời gian:dw/d τ) Đồ thị hàm f(τ) phụ thuộc nhiều vào các= f(w) Hình 1.9 minh họa một dạng đường cong tốc độ sấy Trong giai đoạn sấythứ nhất, tốc độ sấy không đổi nên đồ thị hàm f(w) là đoạn thằng AB song song với trụchoành Đoạn biểu diễn thứ 2 của quá trình sấy có hình dạng phức tạp, phụ thuộc vào cấutrúc vật liệu sấy và dạng liên kết giữa ẩm với vật chất khô trong vật sấy

13

Hình 1.8 Đường cong sấy

Hình 1.9 Đường cong tốc độ sấy

1.4.TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1.4.1 Nguồn gốc và phân loại

Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L thuộc chi Maydeae, họ hòa thảoGramineae, có nguồn gốc từ Trung Mỹ Ngô có bộ nhiễm sắc thể (2n=20) Có nhiều cáchđể người ta phân loại ngô, một trong các cách đó là dựa vào cấu trúc nội nhũ của hạt vàhình thái bên ngoài của hạt Ngô được phân thành các loài phụ: ngô đá rắn, ngô răngngựa, ngô nếp, ngô đường, ngô nổ, ngô bột, ngô nửa răng ngựa Từ các loài phụ dựa vàomàu hạt và màu lõi ngô được phân chia thành các thứ

Ngoài ra ngô còn được phân loại theo sinh thái học, nông học, thời gian sinhtrưởng và thương phẩm Có rất nhiều giả thuyết về nguồn gốc của ngô tại châu Mỹ nhưngô là sản phẩm thuần dưỡng trực tiếp từ cỏ ngô Cũng có giả thuyết khác cho rằng ngôsinh ra từ quá trình lai ghép giữa ngô đã thuần hóa nhỏ (dạng thay đổi không đáng kể củangô dại) với cỏ ngô thuộc đoạn Luxuriantes Song điều quan trọng nhất nó đã hình thànhvô số loài phụ, các thứ và nguồn dị hợp thể của cây ngô, các dạng cây và biến dạng củachúng đã tạo cho nhân loại một loài ngũ cốc có giá trị đứng cạnh lúa mì và lúa nước

1.4.2 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng

Các chất trong hạt ngô dễ bị đồng hóa nên có giá trị dinh dưỡng cao Hạt ngô chứatinh bột, lipid, protein, đường (chiếm khoảng 3,5%), chất khoáng (chiếm khoảng 1–2,4%), vitamin (gồm vitamin A, B1, B2, B6, C và một lượng rất nhỏ xenlulo (2,2%) Hạtngô chứa phần lớn tinh bột, hàm lượng tinh bột trong hạt thay đổi trong giới hạn 60 -70% Hàm lượng lipid cao thứ hai trong các loại ngũ cốc sau lúa mạch, nó chiếm khoảng(3,5 – 7%) Hàm lượng protein dao động từ 4,8 đến 16,6% tùy vào mỗi giống

Bảng 1.3 So sánh thành phần dinh dưỡng của ngô và gạo trắng

(phân tích trên 100 gam)

Bảng 1.4 Các quốc gia sản xuất ngô hàng đầu thế giới – năm 2005

Các nhà sản xuất hàng đầu — năm 2005

(triệu tấn)

15

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ2.1.PHÂN TÍCH LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1.1 Những biến đổi của bắp trong quá trình sấy

Trong quá trình sấy xảy ra hai quá trình cơ bản:- Quá trình trao đổi nhiệt: vật liệu sấy sẽ nhận nhiệt để tăng nhiệt độ và để ẩm bay hơi

vào môi trường.- Quá trình trao đổi ẩm: quá trình này diễn ra do sự chênh lệch độ ẩm tương đối của vật

ẩm và độ ẩm tương đối của môi trường không khí xung quanh Động lực của quá trìnhnày là do sự chênh lệch áp suất hơi trên bề mặt của vật liệu sấy và áp suất riêng phẩncủa hơi nước trong môi trường không khí Quá trình thải ẩm diễn ra cho đến khi độẩm của vật ẩm cân bằng với môi trường không khí xung quanh Do đó, trong quá trình

sấy ta không thể sấy đến độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm cân bằng Độ ẩm của môi trườngkhông khí xung quanh càng nhỏ thì quá trình sấy càng nhanh và độ ẩm cuối của vậtliệu càng thấp Qua đó có thể kết luận độ ẩm tương đối của môi trường không khíxung quanh là động lực cho quá trình sấy, đây cũng là nguyên nhân tại sao khi sấybằng bơm nhiệt (sấy lạnh) thì thời gian sấy giảm đi rất nhiều.

2.2.THIẾT BỊ SẤY THÁP [2]

Cũng giống như hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp chuyên dùng để sấycác sản phẩm dạng hạt như: ngô, thóc, lúa mì Nếu như hệ thống sấy thùng quay năngsuất bé, có thể để trên xe chuyên dụng di chuyển từ cơ sở sản xuất này đến cơ sở sản xuấtkhác thì hệ thống sấy tháp có năng suất lớn hơn và thường sấy bảo quản ở các kho, cácnhà máy xay hoặc các cơ sở sản xuất lớn, tập trung

2.2.2 Nguyên lí hoạt động

Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóng luồn lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trìnhtrao đổi nhiệt sấy và nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài Vật liệu sấy chuyểnđộng từ trên xuống dưới từ tính tự chảy do trọng lượng bản thân của chúng Tháp sấynhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa các dòng tác nhân chuyển động vừa ngược chiềuvừa cắt ngang và do dẫn nhiệt từ bề mặt kênh dẫn và kênh thải qua lớp vật liệu nằm trêncác bề mặt đó Do đó, trong thiết bị sấy tháp, nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được gồm 2thành phần: thành phần đối lưu giữa tác nhân sấy với khối lượng hạt và thành phần dẫnnhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệu nằm trên đó

17

Khi sấy hạt đi từ trên cao (do gàu tải đưa lên) xuống dưới mặt đất theo chuyểnđộng thẳng đứng hoặc zic-zắc trong tháp sấy Để tăng năng suất thiết bị ngoài phươngpháp ở rộng dung lượng của tháp thì ở một mức độ đáng kể thì người ta còn tìm cáchtăng tốc độ tác nhân chuyển động qua lớp hạt Tốc độ này có thể đạt 0.2- 0.3m/s đến 0.6-0.7m/s hoặc lớn hơn tuy nhiên tốc độ của tác nhân sấy đi ra khỏi ống góp kênh thải khôngnên quá 6m/s để tránh hạt bị cuốn theo tác nhân đi vào hệ thống thải ẩm Hệ thống sấytháp có thể hoạt động liên tục hoặc bán liên tục tùy dạng vật liệu sấy và trạng thái ẩm củanó Vật liệu sấy được gầu hoặc băng tải đưa lên đỉnh tháp và dịch chuyển từ trên xuốngdưới, còn tác nhân sấy chuyển động ngược lại từ dưới đi lên từ các kênh dẫn xuyên quadòng vật liệu sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm vào các kênh thải qua ống thảiẩm và thải vào môi trường

Hệ thống sấy tháp có nhiều loại tùy thuộc vào năng suất và kết cấu tạo sự dịchchuyển của dòng hạt

Hệ số truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và lớp hạt có thể xác định bằng công thứcthực nghiệm:

- Khi Re = 20 - 200 thì Nu = 0,106Re- Khi Re > 200 thì Nu = 0,610Re0,67

2.2.3 Phân loại

 Các loại máy sấy tháp phổ biến: - Máy sấy tháp tam giác

- Máy sấy tháp tròn- Máy sấy tháp hình thoi

2.2.4 Ưu và nhược điểm của thiết bị

 Ưu điểm : - Sản phẩm trong máy sấy tháp có thể lấy ra liên tục hoặc định- Chi phí sấy thấp

- Năng suất lớn và rất lớn - Chất lượng tốt và ổn định

- Tiêu thụ năng lượng thấp - Máy sấy tháp cho độ đồng nhất ẩm độ rất tốt Nhược điểm

- Quá trình vận chuyển liệu liên tục có thể là trầy xước, bể gãy vật liệu

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY3.1.THÔNG SỐ VẬT LÝ CƠ BẢN

Vật liệu sấy là ngô, các thông số vật lý cơ bản như sau:- Độ ẩm nguyên liệu ban đầu 24% (ω1= 24%)- Độ ẩm sản phẩm 8% (ω2= 8%)

- Khối lượng riêng hạt vật liệu: ρvl = 1,250kg/m3- Khối lượng riêng của khối hạt: ρh = 600 kg/m3- Nhiệt dung riêng của bắp: Ck = 1,5 kJ/kg.K- Kích thước hạt:

 Chiều cao hạt: L = 4,2 – 8,6 mm

19

 Chiều rộng hạt: B = 1,6 – 4,0 mm Chiều dày hạt: δ = 1,5 – 3,8 mm- Đường kính tương đương: dtđ = 7,5 mm- Năng suất nhập liệu G1 = 5000 kg/mẻ, 1 mẻ có thời gian sấy t = 4h

 G1 = 1250kg/h- Nhiên liệu là than có thành phần: C = 57%, H = 4,6%, S = 1,6%, O = 2,6%, N =

0,2%, Tr = 19%, A = 15%- Không khí ngoài trời có B = 745mmHg, t0=20oC và φ0=85%- Nhiệt dung riêng của không khí khô Cpk = 1,004 kJ/kgK- Nhiệt dung riêng của hơi nước Cpa = 1,842kJ/kgK - Ẩn nhiệt hóa hơi của nước r = 2500 kJ/kg

- Nhiệt dung riêng của nước Ca= 4,18 kJ/kgK

3.2.2 Chọn chế độ sấy (CT VD 9.1/136,137, [1])

Phân bố giáng ẩm: Ta phân bố giáng ẩm cho 2 vùng sấy và 1 vùng làm mát như sau:

Vùng sấy 1: ω11 =24%, ω21 = 16%, ωtb1 = 20%Vùng sấy 2: ω12 = ω21 = 16%, ω22 = 10%, ωtb2 =13%

Vùng làm mát: ω13 = ω22 = 10%, ω23 = 8%, ωtb3 = 9%

Nhiệt độ TNS vào các vùng sấy: trong hệ thống tháp sấy đối với các loại hạt ngô, lúa….

Nhiệt độ sấy vào khoảng 80 ÷ 140°C Do đó ta chọn và phân bố nhiệt độ TNS vào cácvùng như sau:

Vùng sấy 1: t11 = 110°CVùng sấy 2: t12 = 140°CVùng làm mát: t13 = 20°C

Nhiệt độ của TNS ra khỏi các vùng:

Vùng sấy 1: t21 = 45°CVùng sấy 2: t22 = 60°CVùng làm mát: t23 = 25°C

Nhiệt độ cho phép đốt hạt: nếu xem thời gian sấy trong 1 vùng bằng nửa thời gian sấy

tổng thì τ) Đồ thị hàm f(τ) phụ thuộc nhiều vào các1 = τ) Đồ thị hàm f(τ) phụ thuộc nhiều vào các2 = 1/2τ) Đồ thị hàm f(τ) phụ thuộc nhiều vào các = ½ 4 = 2 hDo đó, nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt th của từng vùng tương ứng bằng:

th = 2,218 – 4,343ln τ) Đồ thị hàm f(τ) phụ thuộc nhiều vào các + 0,37+0,63∗ω23,5

tbi (CT VD 9.1/137, [1])- Vùng sấy 1:

th1 = 2,218 – 4,343ln2 + 0,37+0,63∗0,223,5 =47℃

- Vùng sấy 2:

th2 = 2,218 – 4,343ln2 + 0,37+0,63∗0,1323,5 =51℃

21