Quy trình công nghệ sấy nông sản

Quy trình công nghệ sấy nông sản

Quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt gọi là quá trình sấy.Người ta phân biệt sấy ra làm hai loại :sấy tự nhiên và sấy nhân tạo

Sấy tự nhiên dùng năng lượng mặt trời đêí làm bay hơi nước trong vật liệu nên đơn giản ,ít tốn kém tuy nhiên khó điều chỉnh được quá trình sấy và vât liệu sau khi sấy vẫn còn độ ẩm cao Trong công

nghiệp hoá chất thường người ta dùng sấy nhân tạo,tức là phải cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Phương pháp cung cấp nhiệt có thể bằng dẫn nhiệt ,đối lưu ,bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao

Đối với nước ta là nước nhiệt đới nóng ẩm,do đó việc nghiên cứu công nghệ sấy để chế biến thực phẩm khô và làm khô nông sản có

ý nghĩa rất đặc biệt Kết hợp phơi sấy nhằm tiết kiệm năng

lượng,nghiên cứu những công nghệ sấy và các thiết bị sấy phù hợp cho từng loại thực phẩm ,nông sản phù hợp với điều kiện khí hậu và thực tiễn nước ta.Từ đó tạo ra hàng hóa phong phú có chất

lượng cao phục vụ cho xuất khẩu và tiêu dùng trong nước

1.2 BIỆN LUẬN ĐỀ TĂI

Để thực hiện quâ trình sấy, người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị như: thiết bị sấy ( buồng sấy, hầm sấy, thiết bị sấy kiểu băng tải, mây sấy thùng quay, sấy phun, sấy tầng sôi, mây sấy trục … ), thiết bị đốt nóng tâc nhđn, quạt, bơm vă một số thiết bị phụ khâc, …

Trong đồ ân năy em sẽ tính toân vă thiết kế thiết bị sấy kiểu băng tải Thiết bị sấy loại năy thường được dùng để sấy câc loại rau quả, ngũ cốc, câc loại nông sản khâc, sấy một số sảm phẩm hoâ học … Trong đồ ân của mình em sử dụng vật liệu sấy lă chỉ với tâc nhđn sấy lă hỗn hợp không khí nóng

Chỉ lă một cđy công nghiệp lđu năm, thích hợp nhất đối với khí hậu nhiệt đới Chỉ không đơn thuần chỉ lă thứ cđy được dùng để “giải khât” mă đê trở thănh một sản phẩm có nhiều công dụng Chế biến chỉ không chỉ cung cấp phục vụ nhu cầu trong nước

mă còn để xuất khẩu, yíu cầu về đầu tư thiết bị ít tốn kĩm hơn câc loại nông sản khâc

Trong công nghệ sản xuất chỉ thì sấy chỉ lă một khđu rất quan trọng Chỉ sau khi thu hoạch qua chế biến sẽ được sấy khô Sau khi sấy chỉ phải đạt được độ tơi, độ khô nhất định theo yíu cầu để đảm bảo chất lượng vă tăng thời gian bảo quản

Với câc yíu cầu về hình thức, vệ sinh vă chất lượng sản phẩm người ta sử dụng thiết bị sấy kiểu băng tải với nhiều băng tải lăm việc liín tục với tâc nhđn sấy lă không khí nóng có tuần hoăn một phần khí thải

Vật liệu sấy được cung cấp nhiệt bằng phương phâp đối lưu Ưu điểm của phương thức sấy năy lă thiết bị đơn giản, rẻ tiền, sản phẩm được sấy đều, do có tuần hoăn một phần khí thải nín dễ dăng điều chỉnh độ ẩm của tâc nhđn sấy, tốc độ của không khí đi qua phòng sấy lớn, năng suất khâ cao, hiệu quả

PHẦN 2 : SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ & THUYẾT MINH

2.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA QUÂ TRÌNH

Với câc thiết bị vă phương thức sấy như đê chọn, ta có sơ đồ công nghệ của quâ trình sấy chỉ như sau :

Chú thích : 1 – phòng sấy 4 – cyclon

2 – calorife 5 - quạt hút

3 - quạt đẩy

Hỗn hợp sau khi sấy

Khí tuần hoăn Khí thải

2.2 THUYẾT MINH LƯU TRÌNH

Do yíu cầu về độ khô của chỉ nín dùng tâc nhđn sấy lă hỗn hợp không khí nóng Không khí ban đầu được đưa văo calorife, ở đđy không khí nhận nhiệt giân tiếp từ hơi nước bêo hoă qua thănh ống trao đổi nhiệt Hơi nước đi trong ống, không khí đi ngoăi ống Tại calorife, sau khi nhận được nhiệt độ sấy cần thiết không khí nóng đi văo phòng sấy tiếp xúc với vật liệu sấy (chỉ) cấp nhiệt cho hơi nước trong chỉ bốc hơi ra ngoăi

Trong quâ trình sấy, không khí chuyển động với vận tốc lớn nín có một phần chỉ

sẽ bị kĩo theo không khí ra khỏi phòng sấy Để thu hồi khí thải vă chỉ người ta đặt ở đường ống ra của không khí nóng một cyclon Khí thải sau khi ra khỏi phòng sấy đi văo cyclon để tâch chỉ cuốn theo vă lăm sạch Sau đó một phần khí thải được quạt hút ra đường ống dẫn khí để thải ra ngoăi không khí Một phần khí cho tuần hoăn trở lại trộn lẫn với không khí mới tạo thănh hỗn hợp khí được quạt đẩy đẩy văo calorife Hỗn hợp khí năy được nđng nhiệt độ đến nhiệt độ cần thiết rồi văo phòng sấy tiếp tục thực hiện quâ trình sấy Quâ trình sấy lại được tiếp tục diễn ra

Vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm lớn được đưa văo phòng sấy đi qua câc băng tải nhờ thiết bị hướng vật liệu Vật liệu sấy chuyển động trín băng tải ngược chiều với ciều chuyển động của không khí nóng vă nhận nhiệt trực tiếp từ hỗn hợp không khí nóng thực hiện quâ trình tâch ẩm

Vật liệu khô sau khi sấy được cho văo mâng vă được lấy ra ngoăi

PHẦN 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.1 Các ký hiệu

G1,G2:Lượng vật liệu trước khi văo vă sau khi ra khỏi mấy sấy, (Kg/h)

Gk:Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy , (Kg/h)

W1, W2: Độ ẩm của vật liệu trước vă sau khi sấy,tính theo % khối lượng vật liệu ướtW: Độ ẩm được tâch ra khỏi vật liệu khi đi qua mây sấy , (Kg/h)

L:Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy , (Kg/h)

xo:Hăm ẩm của không khí trước khi văo caloripher sưởi , (Kg/Kgkkk)

x1,x2: Hăm ẩm của không khí trước khi văo mấy sấy (sau khi đi qua caloripher sưởi) vă sau khi ra khỏi mấy sấy,(Kg/Kgkkk)

3.2 Các thông số ban đầu

Thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy chè với năng suất khoảng

1400tấn/ năm

Giả thiết một năm nhà máy làm việc 350 ngày ,mỗi ngày làm 20 giờ

Vậy năng suất trung bình trong một giờ là

G2= 200

20

* 350

1400000 = Kg/h Chè sau khi thu hoạch được sơ chế sơ bộ trước khi đem vào phòng sấy.Độ ẩm của chè lúc này đạt khoảng từ (60-65)% Chọn độ ẩm của chè trước khi sấy là W1=63%.Để sản phẩm chè sau khi sấy đạt được độ khô,tơi,xốp theo yêu cầu mà không bị gãy vụn,không bị ẩm mốc thì ta khống chế độ ẩm ra của chè đạt khoảng W2=5%

Theo kinh nghiệm chè khô có thể chịu được nhiệt độ trên dưới

1000C.Do đó ta chọn nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị sấy là

t2=1000C.Để đảm bảo tính kinh tế,giảm tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi đồng thời đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương sau khi sấy,ta chọn t2 sao cho độ ẩm tương đối không quá bé nhưng cũng không quá gần trạng thái bão hoà Do đó nhiệt độ tác nhân ra khỏi buồng sấy được chọn sơ bộ khoảng t2=700C

Thông số không khí ngoài trời được xác định tại thành phố Đà

Nẵng

Như vậy,các thông số ban đầu được xác định là:

Năng suất tính theo sản phẩm : G2 =200 kg/h

Độ ẩm vật liệu văo : W1 = 63%

Độ ẩm vật liệu ra : W2 = 5%

Nhiệt độ tâc nhđn sấy văo : t1 = 1000C

Nhiệt độ tâc nhđn sấy ra : t2 = 700C

Nhiệt độ không khí ngoăi trời : t0 = 260C ,Pobh =0.0343 at

Độ ẩm môi trường : φ = 81%

Hăm ẩm của không khí được tính theo công thức sau:

obh o kq

obh oP P

Io=Ckkk*to+xo*ih , ( J/kgkkk ) {sâch QTTBII- trang 156}

Với Ckkk: nhiệt dung riíng của không khí ,J/kg độ

Ckkk= 103 J/kg độ

to: nhiệt độ của không kh í to= 26oC

ih: nhiệt lượng riíng của hơi nước ở nhiệt độ to , J/kg

Nhiệt lượng riêng ih dược xác định theo công thức thực nghiệm

ih=ro+Ch *to=(2493+1.97to)103 , J/kg {sâch QTTBII _ trang 156}

Trong đó: ro=2493*103

:nhiệt lượng riíng của hơi nước ở 0oC

Ch= 1.97*103: nhiệt dung riíng của hơi nước , J/kg độ

Từ đó ta tính được Io=69.76*103 J/kgkkk hay Io=69.76 (kJ/kgkkk)

-Trạng thâi của không khí sau khi ra khỏi caloripher lă: t1=100oC,P1bh=1.02 at

Khi đi qua caloripher sưởi, không khí chỉ thay đổi nhiệt độ còn hàm ẩm không thay đổi

Do đó x1=xo nên ta có :

( ) bh

kq

P x

P x

1 1

1

1 0 622

* +

=

ϕ =(0 622 0 0172)* 1 02

033 1

* 0172 0

I2 − * 2

=

0 0

2 2

*

*

t C r

t C I

* 97 1 10

* 2493

70

* 10 10

* 268 146

3 3

3 3 +

( ) bh

kq

P x

P x

2 2

2 2

622 0

* +

Trong quâ trình sấy ta xem như không có hiện tượng mất mât vật liệu,lượng không khí khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong suốt quâ trình sấy.Vậy lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy lă:

W W

5 63

−

−

=313.5 (Kg/h)Lượng vật liệu trước khi văo phòng sấy

G1=G2+W=200+313.5=513.5 (Kg/h)

3.3.2 Cân bằng vật liệu cho không khí sấy

Cũng như vật liệu khô ,coi như lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy không

bị mất mât trong suốt quâ trình sấy.Khi qua quâ trình lăm việc ổn định lượng không khí

đi văo máy sấy mang theo một lượng ẩm lă :Lx1

Sau khi sấy xong , lượng ẩm bốc ra khỏi vật liệu lă W do đó không khí có thím một lượng ẩm lă W

Nếu lượng ẩm trong không khí ra khỏi mấy sấy lă Lx2 thì ta có phương trình cđn bằng:

Lx1+W=Lx2 {sách QTTBII_ trang 165}

L =

1 2

W

x

x − (Kg/h)Thay số L =

0172 0 029 0

5 313

− = 26567.8 ( Kg/h)Với L lă lượng không khí khô cần thiết để lăm bốc hơi W kg ẩm trong vật liệu

Ta có,tại t0=260C,ứng với ϕ 0thì ρ0 = 1 185 kg/cm3

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trước khi vào calorifer là:

V= 22420 08

185 1

8 26567

l = WL =

1 2

1

x

x − (Kg/Kgẩm) {sách QTTBII_ trang 166}

Khi đi qua caloripher sưởi không khí chỉ thay đổi nhiệt độ nhưng không thay đổi hăm ẩm, do đó xo=x1 nín ta có:

l =

1 2

1

x

0 2

1

x

x − Thay số văo ta có

3.4 Quá trình sấy hồi lưu lý thuyết

Quâ trình hoạt động của hệ thống năy lă:

Tâc nhđn sấy đi ra khỏi buồng sấy có trang thâi t2, ϕ2,x2 được hồi lưu lại với lượng lH

vă thải ra môi trường lt Khối lượng lH được hoă trộn với không khí mới có trạng thâi lă

t0,ϕo ,x0 với lượng l0

Sau khi được hoà trộn,ta được lượng không khí là l ,được quạt hút và đẩy vào calorife để gia nhiệt đến trạng thái I1,t1,ϕ1 rồi đẩy vào buồng sấy

Vật liệu ẩm có khối lượng lă G1 đi văo buồng sấy vă sản phẩm ra lă G2 Tâc nhđn đi qua buồng sấy đê nhận hơi nước bay hơi từ vật liệu sấy đồng thời bị mất nhiệt nín trạng thâi của nó lă x2 ,t2,ϕ2

Gọi xM,IM lă trạng thâi của hổn hợp khí ở buồng hoă trộn

2 { sach QTTBII_ trang 176} (Kg/Kgkkk)

= 0.0231 (Kg/Kgkkk)Nhiệt lượng riíng của hổn hợp không khí lă:

IM=

n

nI I

+

+ 1

x

x I

3 3

310

*97.110

10

*2493

+

−Với tM: Nhiệt độ của hổn hợp khí

0231 0

* 10

* 97 1 10

0231 0

* 10

* 2493

* 10

* 03 108

3 3

3 3

+

Suy ra PMbh=0.11(at)

) 622 0 ( +

=

M Mbh

kq M

M P x

P x

ϕ = 0.110(.00231.0231*1+.0330.622) = 0.336= 33.6 % Lượng không khí khô lưu chuyển trong thiết bị sấy

169 5

0231 0 029 0

1 1

Đồ thị sấy lý thuyết có tuần hoàn khí thải

PHẦN 4 : CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG & TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

4.1 Tính toán thiết bị chính 4.1.1Thể tích của không khí

a/Thể tích riíng của không khí văo thiết bị sấy:

v1=

bh

P P

RT

1 1

b/Thể tích không khí văo phòng sấy:

V1=L*v1=26567.8*1.085=28826.1 (m3/h)c/ Thể tích riíng không khí ra khỏi phòng sđy lă:

v2=

bh

P P

RT

2 2

−

v2 = 1.018 (m3/Kgkkk)

d/Thể tích không khí ra khỏi phòng sấy:

V2=Lv2=26567.8*1.018=27046.0 (m3/h)e/Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy:

4.1.2 Thiết bị sấy kiểu băng tải

Thiết bị sấy kiểu băng tải gồm một phòng 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 sợi bông tẩm cao su,bản thép hay lưới kim loại,không khí được đốt nóng trong carolifer.Vật liệu sấy chứa trong phễu tiếp liệu,được cuốn vào 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 rãi hơn.Ở loại này vật liệu từ băng trên di chuyển đến đầu thiết bị thì rơi xuống băng dưới chuyển động theo chiều ngược lại.Khi đến cuối băng cuối cùng thì vật liệu khô được đổ vào ngăn tháo

Không khí nóng đi ngược với chiều chuyển động của các băng Để quá trình sấy được tốt,người ta cho không khí di chuyển với vận tốc lớn,khoảng 3m/s ,còn băng thì di chuyển với vận tốc ( 0.3-0.6) m/ph

Chọn kích thước băng tải

Gọi Br : Chiều rộng lớp băng tải (m)

h : Chiều dăy lớp tră (m) ,Lấy h=0.1(m)

ω : Vận tốc băng tải , chọn ω =0.4 m/ph

ρ : Khối lượng riíng của chỉ , Chọn 320 3

m

Kg

=

ρ -Năng suất của quâ trình sấy:

6686 0

= 0.7429 (m) Gọi Lb : Chiều dăi băng tải ,m (chiều dài một mặt)

ls: Chiều dăi phụ thím, chọn ls=1.2 (m)T: Thời gian sấy, chọn T=30 phút=0.5 giờ

Lb= * * ρ

* 1

h B

T G

tt

320

* 1 0

* 7429 0

5 0

* 5

Vậy Lb=12(m)

-Băng tải chỉ sử dụng một dđy chuyền nín ta chọn chiều dăi của một băng tải lă 4(m) suy ra số băng tải lă 3

Đường kính của băng tải d=0.3m

4.1.3 Chọn vật liệu làm phòng sấy

-Phòng sấy được xđy bằng gạch

-Bề dăy tường 0.22 (m) có:

+Chiều dăy viín gạch 0.2( m)

+Hai lớp vữa hai bín 0.01 (m)

-Trần phòng được lăm bằng bítông cốt thĩp có:

+Chiều dăy ρ1 = 0 02m

+Lớp câch nhiệt dăy ρ2 = 0 15m

-Cửa phòng sấy được lăm bằng tấm nhôm mỏng,giữa có lớp câc nhiệt dăy 0.01 m

+Hai lớp nhôm mỗi lớp dăy 0.015 (m)

-Chiều dăi lăm việc của phòng sấy:

Lph = 4+2*0.6= 5.2 m-Chiều cao lăm việc của phòng sấy:

Hph = 0.3+0.1*3+0.2*4 = 2 ( m )-Chiều rộng lăm việc của phòng sấy:

Rph = 0.7429+0.66 = 1.4029 (m)Vậy kích thước của phòng sấy kể cả tường lă:

Lng = 5.2+2*0.22 = 5.64(m)Hng = 2.0+0.02+0.15 = 2.17 (m)Rng = 1.4029+0.22*2 = 1.8429 (m)

4.1.4Vận tốc chuyển động của không khí và chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy

a/Vận tốc của không khí trong phòng sấy:

* 2

05 27936

ph ph

Re = γ

ωkk *l td

{sách QTTB II _ trang 35}

Với: Re: lă hằng số Reynol đặc trưng cho chế độ chuyển động của dòng

ltđ Đường kính tương đương

ltđ =

ph ph

ph ph

R H

R H

+

*

* 2

= 2*22.+001.*40291.4029=1.649( m) Nhiệt độ trung bình của không khí trong phòng sấy:

γ =21.06*10− 6(m2/s)

10

* 06 21

649 1

* 77 2

− = 15*104Vậy Re=15*104 suy ra chế độ của không khí trong phòng sấy lă chế độ chuyển động xoây

4.1.5 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh

tb

2 1

2 1ln

t t

t t

44

74 ln

44

74 −

= 57.71oC

4.2 Tính tổn thất nhiệt 4.2.1 Tổn thất qua tường

-Tường xđy bằng gạch dăy 0.22 (m)

-Chiều dăy viín gạch δgach=0.2 (m)

-Chiều dăy mỗi lớp vữa δv= 0.01 (m)

Tra bảng λgach= 0.77( w/mđộ)

λv = 1.2 (w/mđộ)

Lưu thể nóng (không khí nóng) chuyển động trong phòng do đối lưu tự nhiín(vì có

sự chính lệch nhiệt độ) vă do cưỡng bức ( quạt) Không khí chuyển động theo chế độ chảy xoáy(do Re>104)

Gọi α1 lă hệ số cấp nhiệt từ tâc nhđn sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấy

CGọi ttblà nhiệt đäü trung bình giữa tường trong phịng sấy với nhiệt độ trung bình của tạc nhân sấy

ttb = 77 5

2

85

70+ = oCChuẩn số Gratket : Đặt trưng cho tác dụng tương hổ của lực ma sát phân tử vaì lực nâng do chênh lệch khối lượng riêng ở các điểm cĩ nhiệt độ cao khác của dịng,kyï hiệu Gr

γ

∆

với g là gia tốc trọng trường g=9.8(m/s2 )

Hph Chiều cao của phịng sấy ,m ∆t1 = ttbk-tT1= 85-77.5 = 7.5 , T=ttbk +273=358K

358

* 10

* 09 21

5 7

* 2

* 8 9

12 2

3

Mà chuẩn số Nuxen là

Nu = 0.47*Gr0.25 {sổ tay QTTB II_ trang 24}

2 1

i i i

T

T t t

λδ

δλ

δλ

δλ

2 0 2 1

01 0 2 1

01

tT2: Nhiệt độ tường ngoăi phòng sấy ,0C

tT2 = tT1-31=70-31= 39 ( 0C)Nhiệt độ lớp biín giới giữa tường ngoăi phòng sấy vă không khí ngoăi trời

γ = 16 024 * 10−6(m2/s)Nhiệt độ tường ngoăi vă nhiệt độ không khí có độ lệch lă

2

t

∆ =tT2-tkk = 39-26 = 13 (0C)Chuẩn số Gratkev lă

Gr= 2 12( ) 9

3 2

2

3

10

*74.122731310

*024.16

13

*17.2

*81.9

=+

Nu = 0.47*Gr0.25 = 157.9

17 2

0267 0

* 9 157

2 100 100

T T

t t

C

kk T

o n

εVới

n

ε :Độ đen của vữa lấy εn= 0.9

Co:Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối ,lấy C0=5.67

312 26

39

76 5

* 9

q2 = α2* ∆t2 = 8 02 * 13 = 104 3 ,KJ/kg ẩm

7 113

3 104 7

Vậy tổn thất qua tường

Qt=3.6*k*F* ∆t tb

Mà F = 2*L*H+2*R*H=2*5.2*2+2*1.4029*2=26.4(m)

k = 0.276 1.88

11 8

1 58 7 1

1 1

1

1 3

1 2 1

= +

+

= +

α

7.57ln

2 1

t t

6 10309

α 2tr = 1 3 * α 2=1.3*8.11=10.543 ,W/m2K

Do đó hệ số truyền nhiệt qua trần Ktr bằng

543 10

1 058 0

15 0 55 1

02 0 58 7 1

1 1

1

1

2 3

+ +

= + + +

αλ

δλ

1 5 0

005 0 58 7 1

1 1

1 1

2 4

4

1

= +

+

= + +

αλ

qc=

5 313

5 4493

Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy bằng 850C và giả sử tường

phòng sấy cách tường bao che của phân xưởng 2m.Theo bảng 7.1 của sách tính toán & thiết kế hệ thống sấy_trang 142.Ta có:

q1=50W/m Do đó tổn thất qua nền bằng:

Qn=3.6*Fn*q1=3.6 (5.2*1.4029)50=1313.1 (KJ/h)

Suy ra qn=

5 313

1 1313

=

W

Q n

=4.19 (KJ/kg ẩm)Như vậy tổng tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu bao che ra môi trường xung quanh bằng:

Qmt=Qt+Qc+Qtr+Qn=16658.5 (KJ/h)

qmt=

5 313

5 16658

=

W

Q mt

=53.14(KJ/kg ẩm)

4.2.5 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi

Trong sấy nông sản,nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy tương ứng từ (5÷10)0C.Trong hệ

thống sấy này ,vật liệu sấy và tác nhân sấy chuyện động ngược chiều nên t =t-(5÷10)0C.Vì vậy ta lấy t =100-10=90 0C