NỘI DUNG BAO GỒM ĐẦY ĐỦ CÁC PHẦN SAU:MỞ ĐẦUGIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆUTỔNG QUAN QUÁ TRÌNH SẤYLỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẤYTÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT,CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNGTÍNH TOAN CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ CHÍNH.KẾT LUẬN.
TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TẦNG SƠI ĐỂ SẤY NGÔ, NĂNG SUẤT 400KG/H LỜI MỞ ĐẦU Các trình thiết bị tập hợp mơn học sở quan trọng cho sinh viên ngành sinh học thực phẩm, nhằm giúp cho sinh viên có khả tính tốn, thiết kế thiết bị, khả vận hành, cải tiến đề xuất thiết bị thích ứng cho công nghệ cụ thể với suất hiệu cao Đồ án Qúa trình thiết bị hộ tốt cho sinh viên nắm vững kiến thức học; tiếp cận với thực tế thơng qua việc tính tốn , lựa chọn quy trình thiết bị với số liệu cụ thể Đây sở để sinh viên dễ dàng nắm bắt công nhệ giải vấn đề kỹ thuật tổng hợp cách nhanh chóng, phục vụ cho cơng việc sau Trong cơng nghệ hóa học thực phẩm có nhiều yêu cầu sản xuất khác nhau, yêu cầu sấy nguyên liệu, mục đích q trình làm hạt đạt độ ẩm an toàn trước đưa vào kho bảo quản tạo điều kiện thuận lợi cho q trình tiếp theo.Có nhiều phương pháp sử dụng khác nhau, trường hợp sấy tầng sôi người ta thường sử dụng thiết bị sấy tầng sơi rung thiết bị sấy tầng sơi dạng hình hộp Nhiện vụ đồ án chuyên ngành là: tính tốn thiết kế hệ thống sấy tầng sơi để sấy ngô, suất 400kg/h Ở em xin chọn thiết bị sấy tầng sôi tầng Em xin chân thành cảm ơn q thầy mơn Máy Thiết Bị thực phẩm, bạn sinh viên giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, trình hồn thành đồ án khơng thể khơng có sai sót, em kính mong q thầy góp ý, dẫn Phần Mở đầu 1.1.SƠ LƯỢC VỀ NGÔ, TÍNH CHẤT, ỨNG DỤNG: Ngơ loại lương thực canh khu vực Trung Mỹ sau lan tỏa khắp Châu Mỹ Ngơ lan tỏa ra phần lại giới sau có tiếp xúc người Châu Âu với Châu Mỹ vào cuối kỷ 15, đầu kỷ 16 Ngô lương thực gieo trồng nhiều Châu Mỹ (Chỉ riêng Hoa Kỳ sản lượng khoảng 270 triệu năm) Nó vừa lương thực vừa thức ăn gia súc quan trọng, đứng hàng thứ ba giới Diện tích trồng ngơ năm giới khoảng 129 triệu ha, suất bình quân khoảng 3,8 triệu tấn/ha, tổng sản lượng ngô 525 triệu Hầu 100% diện tích ngơ nước tiên tiến trồng giống ngô lai nên đạt suất bình quân 7-9,4 tấn/ha Ở Việt Nam, ngô loại lương thực quan trọng thứ hai sau lúa.Ngô trồng khắp nơi, từ đồng đến trung du nhiều miền núi Diên tích ngơ Việt Nam tang dần từ 119000 ha(1939) lên 392000 ha(1985) khoảng 730000 ha(1998) Hiện nay, Việt Nam bước đầu xuất giống ngô lai cho nước khu vực Các quan sinh dưỡng ngô gồm: rễ, than, làm nhiệm vụ trì đời sống ngơ Phơi hạt khởi thủy mầm Các quan sinh sản đực( cờ) cái( mầm bắp) khác biệt nằm Ngô giao phấn chéo nhờ gió trùng Khi thu hoạch, người sử dụng hạt ngô làm thực phẩm Hạt ngô thuộc loại dĩnh gồm phận chính: vỏ hạt, lớp aleron, phơi, nội nhũ Vỏ hạt( chiếm 6-9% khối lượng hạt ngô): màng nhẵn bao bọc xung quanh hạt có màu trắng, màu tím vàng tùy thuộc vào giống - Lớp aleron(6-8%): nằm sau vỏ hạt bao bọc lấy nội nhũ phơi Nội nhũ(70-85%): phận chứa đầy chất dinh dưỡng để nuôi phôi Nội nhũ chứa tinh bột Tinh bột nội nhũ gồm loại: bột, sừng, pha lê Đặc điểm màu sắc nội nhũ để phân loại ngô Phôi(8-15%): bao gồm mầm, trụ mầm, rễ mầm, chồi mầm Phơi ngơ chiếm gần 1/3 thể tích hạt, bao quanh phơi có lớp tế bào xốp giúp cho vận chuyển nước vào phôi ngược lại thuận lợi Thành phần hóa học hạt ngơ: Thành phần hóa học ( % khối lượng) Nước Chất đạm Chất béo Tinh bột Xơ Chất khống Sing tố Các chất khác Ngơ nếp Ngô đá vàng 14,67 9,19 5,18 65,34 3,25 1,32 0,08 0,40 13,65 9,17 5,14 67,02 3,61 1,32 0,05 0,33 1.2.SƠ LƯỢC VỀ QÚA TRÌNH SẤY, SẤY TẦNG SƠI: Sấy trình tách ẩm khỏi vật liệu phương pháp nhiệt Kết trình sấy hàm lượng chất khô vật liệu tăng lên Điều có ý nghĩa quan trọng nhiều mặt: nông sản thực phẩm nhằm tăng khả bảo quản; gốm sứ làm tăng độ bền học, than củi làm tăng khả đốt cháy… Các vật liệu sau sấy giảm khối lượng thể tích nên giảm giá thành vận chuyển Nguyên tắc trình sấy cung cấp lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha lỏng vật liệu thành Cơ chế trình diễn tả trình sau : - Cấp nhịêt cho bề mặt vật liệu - Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào vật liệu - Khi nhận lượng nhiệt, dòng ẩm di chuyển từ vật liệu bề mặt - Dịng ẩm từ bề mặt vật liệu tách vào mơi trường xung quanh Bốn trình thể truyền vận bên vật liệu trao đổi nhiệt ẩm bên bề mặt vật liệu môi trường xung quanh Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bị sấy ba nhóm chính: + Sấy đối lưu + Sấy tiếp xúc + Sấy xạ, chân không thăng hoa Theo kết cấu nhóm thiết bị sấy đối lưu gặp dạng thiết bị sau: + TBS buồng + TBS hầm + TBS thùng quay + TBS tháp + TBS phun + TBS tầng sôi + TBS khí động Sấy tầng sơi phương thức sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, thích hợp cho việc sấy hạt nông sản Bộ phận TBS tầng sơi buồng sấy, phía buồng sấy đặt ghi lò.Ghi buồng sấy thép có đục nhiều lỗ thích hợp lưới thép để tác nhân sấy qua hạt khơng lọt xuống được.Tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp thổi từ lên để qua lớp vật liệu.Với tốc độ đử lớn, tác nhân sấy nâng hạt vật liệu lên làm cho lớp hạt xáo trộn.Qúa trình sơi q trình trao đổi nhiệt ẩm mãnh nhiệt tác nhân sấy vật liệu sấy.Các hạt vật liệu khô nên nhẹ nằm lớp tầng hạt sơi; độ cao hạt khơ đưa ngồi đường tháo liệu Sấy tầng sơi có ưu điểm nhược điểm sau: * Ưu điểm: + Năng suất sấy cao + Vật liệu sấy khơ + Có thể tiến hành sấy liên tục + Hệ thống thiết bị sấy tương đối đơn giản + Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu khỏi buồng sấy + Có thể điều chỉnh thời gian sấy * Nhược điểm: + Trở lực lớp sôi lớn + Tiêu hao nhiều điện để thổi khí tạo lớp sơi + u cầu cỡ hạt nhỏ tương đối đồng 1.3 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ: Phần 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 2.1.CÂN BẰNG VẬT CHẤT Các ký hiệu sử dụng: G1: suất nhập liệu vật liệu sấy G2: suất sản phẩm sau sấy w1: độ ẩm vật liệu ướt trước sấy w2: độ ẩm vật liệu ướt sau sấy d1: hàm ẩm khơng khí khơng khí khơ trước sấy d2: hàm ẩm khơng khí khơng khí khơ sau sấy W: suất tách ẩm L: lượng không khí khơ cần thiết l: lượng khơng khí khơ cần thiết để tách kg ẩm khỏi vật liệu 2.1.1.Các thơng số bản: 2.1.1.1.Đối với khơng khí: a.Trạng thái ban đầu khơng khí: t0= 200C φ0 = 85% Từ cặp thông số ( t0 = 200C, ω = 85%) ta dùng cơng thức giải tích dùng phương pháp đồ thị I – d ta tìm thông số ứng với điểm tương ứng đồ thị + Áp suất hơi nước nhiệt độ môi trường t0=200C là: Pb = exp[12 − 4026.42 4026.42 ] = exp[12 − ] = 0.0233(bar ) 235.5 + t 235.5 + 20 + Hàm ẩm khơng khí ngồi trời trước vào calorifer: d = 0,621 d = 0,621 ϕ Pbh P − ϕ P bh 0,85.0,0233 = 0,0126 745 − 0,85.0,0233 750 + Entanpi khơng khí ẩm nhiệt độ mơi trường t0=200C: I0 = 1,004.t0 + d0(2500 + 1,842.t0) I0 = 1,004.20 +0,0126(2500 +1,842.20) =52,044 (kJ/kgkk) + Nhiệt dung riêng dẫn xuất : Cdx(d0) = Cpk + Cpa.d0 theo công thức Cdx(d0) =1,004 + 1,842.0,0126= 1,027 (kJ/kg) b.Thông số tác nhân sấy điểm sau khỏi calorifer: Thông số: t1 = 900C, với d1 = d0 = 0,0126 (kg/kgkk ) + Entanpi khơng khí ẩm nhiệt độ môi trường t1=800C: I1 = 1,004.t1 + d1.(2500 + 1,842.t1) theo công thức I1 = 1,004.90 + 0,0126.(2500 + 1,842.90) =123,95(kj/kgkk) + Nhiệt dung riêng dẫn xuất : Cdx(d1) = Cpk + Cpa.d1 theo công thức Cdx(d1) =1,004 + 1,842.0,0126= 1,027 (kJ/kg) + Phân áp suất bão hoà nước nhiệt độ t1= 900C là: 4026,42 Pbh = exp12 − 235,5 + t1 theo công thức 2.31 Trang 31 4026,42 Pbh1 = exp12 − 235,5 + 90 = 0,69( bar ) + Độ ẩm tương đối: ϕ1 = B.d Pbh1 (0.621 + d1 ) 745 750 0,0126 ϕ1 = 0,69.( 0,621 + 0,0126) = 2,9(%) c.Thông số tác nhân sấy khỏi buồng sấy sau q trình sấy lý thuyết Thơng số:t2=450C; I20=I1=123,95 (kJ/kgkkk) + Hàm ẩm khơng khí nóng sau khỏi hầm sấy: d 20 = d + d 20 = 0,0126 + C dx ( d ).(t1 − t ) r + C pb t2 1,027 ( 90 − 45 ) = 0,0305 ( kg / kgkk ) 2500 + 1,842 45 + Phân áp suất bão hòa nước Pb2 nhiệt độ t2 = 450C : 4026,42 Pbh 20 = exp12 − 235,5 + t Pbh 20 = exp(12 − 4026,42 ) = 0,095(bar ) 235,5 + 45 + Độ ẩm tương đối ϕ20 là: ϕ 20 = B.d 20 Pbh 20 (0.621 + d 20 ) 745 750 0,0305 ϕ 20 = 0095.( 0,621 + 0,0305) 50 = , (%) 2.1.1.2.Đối với vật liệu sấy( ngô) Theo tài liệu kỹ thuật sấy nông sản- Trần Văn Phú, Lê Ngun Dương ta có thơng số kích thước sau ngơ • Các kích thước ngô: - Dài: l= 6,4mm - Rộng: a= 2,8mm - Dày: b= 2,65mm - Đường kính tương đương: d= 7,5mm - Hệ số hình dạng: φhd= 1,03 • Các thông số khác: - Nhiệt dung riêng: C= 1,5 kj/kg.k - Hệ số dẫn nhiệt: λ= 0,09 W/mk - Khối lượng riêng rắn: ρr= 1253kg/m3 - Độ xốp: ε= 0,56 - Diện tích bề mặt riêng khối lượng: f= 1,31m2/kg - Khối lượng riêng xốp: ρv= 850kg/m3 • Vật liệu trước vào thiết bị sấy, ta chọn θ1= 200C ω1= 20% • Vật liệu sau thiết bị sấy, chọn nhiệt độ ngô nhỏ nhiệt độ khơng khí khoảng 50C θ2= 400C ω2= 13%, độ ẩm bảo quản ngô 2.1.2.Năng suất tách ẩm W = G2 ω1 − ω 0,20 − 0,13 = 400 × = 35kg / h − ω1 − 0,2 Năng suất nhập liệu: G1=G2+ W= 400+35= 435kg/h Lượng vật liệu khô tuyệt đối sấy là: Gk=G2(1-w2)=400(1-0,13)=348kg/h Lượng khơng khí khơ cần thiết để tách kg ẩm: l l = d − d = 0,0326 − 0,0126 = 50(kgkk / kgam) Lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình: L = W.l = 35.50= 1750 kg/h 2.2 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 2.2.1.Tính cân nhiệt Nhiệt lượng vào: - Nhiệt lượng khơng khí mang vào: LI0 - Nhiệt lượng vật liệu sấy mang vào: G2Cvlθ1+CnWθ1 - Nhiệt lượng calorife cung cấp: Qc Tổng nhiệt lượng vào: LI0+G2Cvl θ1+CnW θ1+Qc Nhiệt lượng ra: -Nhiệt lượng không khí ra:LI2 -Nhiệt lượng vật liệu sấy mang ra: G2Cvl θ2 -Nhiệt lượng tồn thất trình sấy: Qm Tổng nhệt lượng ra:LI2+G2Cvl θ2+Qm Từ phương trình cân lượng ta có:Qc=L(I2-I0)+G2Cvl(θ2-θ1)+Qm-CnWθ1 Viết cho kg ẩm bốc hơi: qc= l(I2 –I1)+ qvl+qm-Cn θ1 qc=l(I1-I0)=l(I2-I1)+ qvl + qm - Cn θ1 Với : ∆ = Cnθ1 − qvl − qm I2 = I + ∆ l Đối với trình sấy lý thuyết: qc =l( I2- I0) = 50.( 123,95-52,044)=3695,3 (kj/kgẩm) Đối với trình sấy thực tế: lúc giá trị khác Nhiệt dung riêng nước: Cn = 4,18kj/kg 0K Nhiệt dung riêng vật liệu: Cvl = 1,5(1-0,13) + 4,18 0,13 = 1,85 kj/kg.K Với 1,5 nhiệt dung riêng vật liệu khô tuyệt đối Qvl = G2Cvl( θ − θ1 ) = 400 1,85 (40 -20) = 14800 kj/h qvl = Qv 14800 = = 422,86 KJ/Kg am W 35 Nhiệt lượng hữu ích cần bốc kg ẩm: q0= 2500 + 1,842 t2 – Cn θ1 =2500 + 1,842 45 - 4,18 20 = 2499,3kj/kgẩm Nhiệt tổn thất môi trường xung quanh: giả sử nhiệt tổn thất môi trường xung quanh 5% tổng nhiệt lượng hữu ích Do ta có: qm= 5%.q0= 124,97 kj/kgẩm ∆ = Cnθ1 − qvl − qm = −464,23(kJ / kgam) Ta thấy D = 0,042m Chọn đường kính cuả cánh vít theo tiêu chuẩn 0,05m, bước vít 0,05m Cơng suất động truyền động cho vít tải: vít tải nằm ngang ta sử dụng công thức sau N = C0 × Q×L KW 367 × η Trong đó: Q: suất vít tải, kg/h C0: hệ số trở lực xác định thực nghiệm Đối với ngô ta chọn 1,2 L: chiều dài vít tải, chọn L=2m ɳ: hiệu suất truyền động động cơ, chọn 0,85 N= 3,35kW 3.9 BỘ PHẬN THÁO LIỆU: Ở ta chọn phận tháo liệu ống hình trịn, đường kính 200mm Ngơ đạt đến độ khô cần thiết lên tự động đưa theo ống tháo liệu Sở dĩ ngơ tự động ngồi tính chất đặc biệt lớp hạt trạng thái tầng sôi, lúc hạt giống khối chất lỏng tự chảy ngồi Phần TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 4.1.CALORIFE Nhiên liệu sử dụng dầu FO Để cho nhiệt độ khơng khí ổn định vào buồng sấy, ta tiến hành gia nhiệt khơng khí cách gián tiếp; tức dùng dầu để đốt lò tạo nước bão hòa bar (1520 C), sau đưa lượng nước bão hịa qua thiết bị trao đổi nhiệt với khơng khí Ưu điểm phương pháp khơng khí khỏi calorife khơng có bụi bẩn, bồ hóng, thóc sau sấy không bị đen, bẩn thuận lợi cho việc xuất khẩu.Ngồi nhiệt độ khơng khí ổn định giúp cho trình sấy hoạt động ổn định Như calorife thiết bị trao đổi nhiệt, ta chọn thiết bị calorife khí-hơi, tác nhân đun nóng nước bão hịa nhiệt độ 1520C, áp suất bar Hơi nước bão hòa ống cịn khơng khí ngồi ống Nhiệt lượng cung cấp: Q=L(I1-I0) = 2272,73(123,95-52,044)=163423 Kj/h Chọn hiệu calorife 0,85 Vậy nhiệt lượng cung cấp kể đến hiệu suất coalorife Q = 192262 Kj/h Chọn ống có đường kính d = 38 × mm Tiêu hao calorifer D= Qcal , kJ/kg ih − i' Trong đó: ih, entanpi nước vào calorifer, Ih = i” kJ/kg i’ , entanpi nước ngưng, kJ/kg Với áp suất nước P = 5bar i” = 2749 kJ/kg i’ = 640 kJ/kg D= 53,4 = 0,029(kg / s) = 104,6(kg / h) 2479 − 640 Tính bề mặt truyền nhiệt: F= Q k ∆t tb ∆ tđ = t1đ − t 2c = 152 − 20 = 132 o C ∆ tc = t1c − t đ = 152 − 90 = 62 o C ∆ttb = ∆t đ − ∆tc 132 − 62 = = 92,6 o C ∆t d 132 ln ln 62 ∆t c Giả sử lưu tốc khơng khí qua calorife ρυ = 14kg / m s ) Tra bảng ta :k=35,2 W/m2.K F= Q 53406 = = 16,4( m ) k ∆ttb 35,2.92,6 Chọn calorife kiểu II loại K Φ có F=21,4m2 kích thước sau: Dài A=930mm Rộng B=520mm Cao C=240 mm 4.2 CYCLON Trong hệ thống sấy thường phải có thiết bị cyclone kèm để tách bụi khỏi tác nhân sấy để thu hồi sản phẩm bị lôi theo Cyclon hoạt động theo nguyên lý ly tâm.Cấu tạo kích thước biểu diễn hình vẽ sau: Để tìm kích thước cyclon ta dựa vào bảng quan hệ lưu lượng thể tích tác nhân( m3/h) kích thước cyclone cho dạng bảng 12-2( Kỹ thuật sấy nông sản- Trần Văn Phú, Lê Ngun Dương) Lưu lượng khơng khí qua cyclon: Vkk = L 2272,73 = = 2191,64 m3/h ρ kk 1,037 Dựa vào lưu lượng khơng khí tra bảng 12-2, ta cyclone có kích thước sau: D= 0,5m d=0,1m a= 0,125m b=0,25m h1= 0,17m h2=0,23m h3=0,4m D1=0,25m 4.3 TÍNH QUẠT Các trở lực mà quạt phải khắc phục -Tổng trở lực ma sát:Σ∆Pms -Tổng trở lực cục bộ:Σ ρ ×ω2 ζ 2g -Trở lực qua calorife ∆PC=25mmH2O -Trở lực qua cyclon ∆Px -Trở lực qua buồng sấy -Trở lực áp lực động đầu quạt 4.3.1 Trở lực: a.Trở lực từ quạt tới Calorife: Chọn ống dẫn có đường kính d= 0,25m, chiều dai 5m Lưu lượng khơng khí: Vkk=2191,64m3/h =0,61m3/s Vận tốc khơng khí: ω= V = 12,5 π ×d2 m/s Chuẩn số Reynol: Re= ω×d v Hệ số nhớt động học khơng khí 200C: v= 15,06.10-6m2/s Re= 2,1.105 Dòng chảy chế độ rối Reynol giới hạn trên: Re gh d 7 = 6 td ε Trong Ɛ độ nhám tuyệt đối, chọn Ɛ=0,08mm Regh=59,2.103 Chuẩn số Reynol bắt đầu xuất vùng nhám: d 8 Re n = 220 × td = 1,88 × 10 ε Ta thấy Regh