Tính toán thiết kế máy sấy ngô tĩnh vỉ ngang năng suất đầu vào 1 tấn/mẻ

Tính toán thiết kế máy sấy ngô tĩnh vỉ ngang năng suất đầu vào 1 tấn/mẻ

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT SẤY 7

1.1 Khái niệm về sấy 7

1.2 Bản chất đặc trưng của quá trình sấy 8

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU SẤY VÀ TÁC NHÂN SẤY 10

2.1 Cấu tạo hạt ngô 10

2.2 Các đặc tính chung của khối ngô 11

2.3 Các yêu cầu đặc trưng của hạt sấy 13

2.4 Công nghệ sấy ngô 14

2.5 Tác nhân sấy 15

CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY VÀ CÁC LOẠI MÁY SẤY NGÔ 16

3.1 Sấy bằng không khí tự nhiên - phơi nắng 16

3.2 Các phương pháp sấy nhân tạo - các dạng máy sấy ngô 17

3.2.1 Cấu tạo hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang 17

3.2.2 Máy sấy tháp 18

3.2.3 Máy sấy tầng sôi 20

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TĨNH VỈ NGANG 22

4.1 Tính toán tổng quát 22

4.1.1 Chọn chế độ sấy 22

4.1.2 Cân bằng vật chất: 23

4.1.3 Cân bằng nhiệt lượng 25

4.2 Tính toán quá trình sấy lí thuyết 26

4.2.1 Tính toán khói lò 27

4.2.2 Thông số của không khí sau hòa trộn 29

4.2.3 Thông số sau quá trình sấy lí thuyết 31

4.3 Xác định các kích thước cơ bản của hệ thống sấy 33

4.4 Tính toán quá trình sấy thực tế 34

4.4.1 Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh 35

4.4.2 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi 38

4.4.3 Các thông số sau quá trình sấy thực 39

4.4.4 Tính toán cân bằng nhiệt lượng của quá trình sấy thực 39

4.4.5 Tính tiêu hao nhiên liệu 40

CHƯƠNG V: CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ HỆ THỐNG 41

5.1 Buồng đốt 41

5.1.1 Đặc điểm và mục đích của buồng đốt 41

5.1.2 Thiết kế buồng đốt 42

5.2 Thiết bị lọc và khử bụi từ lò đốt trấu 43

5.3 Tính chọn quạt 43

5.3.1 Tổn thất áp suất phía đầu hút 44

5.3.2 Tổn thất áp suất phía đầu đẩy 45

5.3.3 Tổn thất áp suất qua lớp quạt 46

CHƯƠNG VI: BẢN VẼ 48

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

LỜI MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình trao đổi nhiệt và ẩm , dẫn đến việc loại bỏ một phần nước

và độ ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp sấy nóng và sấy lạnh

Kĩ thuật sấy được sử dụng rộng rãi để làm khô hầu hết các loại dược phẩm, ngũcốc, các loại hạt và nhiều thực phẩm khác, làm tăng hiệu quả kinh tế trong sản xuất.Quá trình sấy không chỉ đơn thuần là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu

mà là một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu sấy phải đảm bảo chấtlượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp Trong sấy lúa phải đảm bảolúa sau khi sấy có tỉ lệ nứt gãy khi xay xát là thấp nhất

Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy khác nhau, đối với lúa người ta có thểdùng các phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy tầng sôi, sấy tháp, sấy tĩnh vỉngang Đồ án môn học này nhằm thiết kế hệ thống sấy ngô bằng phương pháp sấy tĩnh

vỉ ngang có đảo gió, năng suất 1 tấn/mẻ, địa điểm tại đồng bằng sông Hồng, hoạt độngvào vụ Hè Thu, cung cấp nhiệt bằng khói lò đốt trấu trực tiếp

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiềuhạn chế nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót Em mong nhậnđược ý kiến đóng góp của thầy, cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Nguyên Đương cùng các thầy giáo đã hướng dẫn tận tình để em hoàn thành được đồ án này

Tên đồ án:

“Tính toán thiết kế máy sấy ngô tĩnh vỉ ngang năng suất đầu vào 1 tấn/mẻ.”

- Địa điểm tại Hà Nội

- Hoạt động vào mùa thu hoạch Hè Thu

- Cung cấp nhiệt là lò đốt trấu trực tiếp

Nội dung thực hiện:

Tìm hiểu công nghệ chế biến

1 Công nghệ làm khô vật liệu sấy được giao và máy sấy vật liệu này

2 Tổng quát các loại máy sấy được loại vật liệu này

3 Mô tả và trình bày tổng quát, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc điểm riêngbiệt về loại máy sấy này

4 Thực hiện bài toán sấy lí thuyết và sấy thực bao gồm:

- Tìm hiểu bằng tài liệu tra cứu về độ ẩm vào, độ ẩm đầu ra, từ đó làm cơ sở tínhtoán bài toán sấy

- Thực hiện bài toán sấy

- Tính toán thiết kế không gian sấy và hệ thống sấy

- Chọn cung cấp nhiệt sấy gián tiếp hay trực tiếp tùy theo vật liệu sấy và sảnphẩm sấy

5 Tính toán thiết kế các thiết bị phụ trợ theo hệ thống lựa chọn

6 Các bản vẽ

Thứ tự thiết kế một hệ thống sấy

1 Chọn phương pháp sấy.

Chọn phương pháp sấy nóng hay sấy lạnh là tùy thuộc vào yêu cầu côngnghệ mà vật liệu sấy có thể chịu được Thông thường, nếu không có yêu cầu gì đặcbiệt thì ta chọn hệ thống sấy nóng, do độ chênh lệch phân áp suất Pab-Pam có thể đạtđược rất lớn nên cường độ sấy lớn Hơn nữa hệ thống sấy nóng không phải dùng máylạnh và máy hút ẩm nên chi phí đầu tư rẻ hơn và vận hành đơn giản hơn

2 Chọn dạng hệ thống sấy

Sau khi đã quyết định phương pháp sấy, ta chọn hệ thống sấy Khi đó cầncăn cứ vào hình dáng vật liệu sấy và năng suất cũng như kinh phí đầu tư cho phép đểchọn hệ thống sấy thích hợp Trong trường hợp sấy các loại nông sản dạng hạt thì tacũng có thể nghĩ đến hệ thống sấy buồng, sấy tháp, sấy thùng quay Căn cứ vào đặcđiểm của các hệ thống sấy này, năng suất yêu cầu và những nhân tố khác ta có thểchọn được hệ thống sấy thích hợp Để sấy ngô khi mới thu hoạch , vì thời gian sấy chỉvài chục ngày một vụ lại phân bố rải rác ở từng hộ gia đình nên hiện nay nên người ta

sử dụng hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang Ngược lại ở các kho bảo quản hoặc các nhà máyxay xát, người ta thường dùng hệ thống sấy tháp Chọn dạng hệ thống sấy cũng là bàitoán kinh tế kĩ thuật

3 Chọn chế độ sấy

Sau khi đã chọn được hệ thống sấy thích hợp, ta căn cứ vào yêu cầu mà chủyếu là nhiệt độ và độ ẩm mà hệ thống sấy có thể chịu được để chọn chế độ sấy thíchhợp

Ngoài ra, nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy cũng chọn đủ bé để giảmtổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi nhưng cũng phải đủ lớn để xa trạng thái bão hòa

để tránh hiện tượng đọng sương lên bề mặt vật liệu đã được sấy khô

4 Chọn nguồn năng lượng và tác nhân sấy.

Với hệ thống sấy nóng, nguồng năng lượng ngoài điện năng còn có thể là hơinước,khí đốt dầu mỏ, than đá, củi và các phế liệu công, nông nghiệp khác như trấu, bãmía, mùn cưa… Ta chọn dạng năng lượng trên cơ sở điều kiện cụ thể nơi xây dựng hệthống sấy và tính toán kinh tế Ở đồng bằng sông Hồng, trấu là nguồn năng lượng dồi

dào, chi phí rất rẻ Do đó, hệ thống sấy này dùng trấu làm nguồn năng lượng đốt trựctiếp để lấy khói từ buồng đốt gia nhiệt cho không khí cấp vào buồng sấy Vì vậy ta cầnthiết kế thêm buồng đốt cho hệ thống sấy.

5 Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm của hệ thống sấy( thực hiện bài

toán

sấy lí thuyết và sấy thực tế)

Khi đã chọn được dang hệ thống sấy và chế độ sấy, ta tiến hành tính toán cânbằng nhiệt ẩm của thiết bị sấy Đây là nội dung cơ bản của việc thiết kế một hệ thốngsấy Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt ẩm là tìm được lượng tác nhân sấy vànhiệt lượng cần thiết trong 1 giờ Khối lượng tác nhân sấy trong 1 giờ là một trong hai

cơ sở để chọn quạt (cùng với cột áp) Tính các tổn thất nhiệt

6 Tính thể tích buồng đốt,buồng sấy và các thiết bị khác.

7 Bố trí hệ thống sấy, tính trở lực và chọn quạt

Để chọn được quạt chúng ta cần bố trí cụ thể hệ thống sấy và căn cứ vào việc

bố trí này để tiến hành tính trở lực hệ thống Khi đã có tổng trở lực và lưu lượng tácnhân sấy cần thiết trong tính toán cân bằng nhiệt-ẩm của thiết bị sấy ta sẽ chọn đượcquạt

8 Tính hiệu quả kinh tế của hệ thống sấy.

Nội dung tính toán hiệu quả kinh tế của một hệ thống sấy đã được thiết kếgồm các phần:

- Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng

- Xác định chi phí đầu tư, chi phí vận hành và chi phí bảo dưỡng

- Xác định đc giá thành sản phẩm

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT SẤY

1.1 Khái niệm về sấy.

Hạt và các sản phẩm nông nghiệp trước khi nhập kho bảo quản đều phải có

độ ẩm ở mức độ an toàn Điều kiện thích hợp của độ ẩm để bảo quản hạt là ở giới hạn

từ 12%-14% Phần lớn hạt thu hoạch về có độ ẩm cao hơn, trong điều kiện những mùamưa độ ẩm của khí quyển cao nên sự thoát hơi nước tự nhiên của hạt chậm lại Với độ

ẩm của hạt lớn hơn 14% thì hoạt động sống tăng, hô hấp mạnh, lô hạt bị ẩm và nóngthêm Đó là những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật và côn trùng, lôhạt tự bốc nóng và làm cho hạt bị hỏng Để tránh hiện tượng trên ta phải đảm bảo độ

ẩm của hạt xuống khoảng 14% Do đó, đối với một nước nông nghiệp nhiệt đới khíhậu nóng ẩm mưa nhiều như nước ta thì sấy là một phương pháp rất quan trọng

Hạt ẩm ảnh hưởng không tốt đến kĩ thuật xay xát Sản lượng bột giảm,chi phí năng lượng tăng lên, bột dính vào máy chế biến và làm máy nhanh bị hỏng, hạtthu được và sản phẩm chế biến từ hạt sẽ bảo quản khó và chỉ tiêu phẩm chất sẽ thấp Ởnhững hạt đã sấy hay phơi khô thì quá trình thủy phân chất béo thực hiện chậm, hiệntượng đắng của hạt và sản phẩm chế biến giảm, côn trùng sâu mọt sẽ bị tiêu diệt

Những hạt bị bốc nóng ở thời kì đầu, nhờ quá trình phơi sấy, hạt trở lạibình thường, quá trình tự bốc nóng dừng lại và những tính chất kỹ thuật của hạt đượcphục hồi Hạt còn tươi chưa hoàn thành quá trình chín sinh lí thì nhờ quá trình sấy quátrình chín sinh lí được rút ngắn, hạt có được đặc tính kĩ thuật thích hợp của nó Sấykhô sản phẩm là một quá trình rất phức tạp: khi sấy cần đảm bảo giữ được tính chấtcủa sản phẩm, đảm bảo chất lượng và giữ nó ở trạng thái tốt

Quá trình sấy thực chất là quá trình dùng nhiệt để làm bốc hơi một phầnlượng nước có trong sản phẩm Quá trình này phụ thuộc vào cấu tạo, kích thước, dạngliên kết của vật liệu sấy và tính chất hóa học của sản phẩm và trạng thái bề mặt của sảnphẩm hút ẩm

1.2 Bản chất đặc trưng của quá trình sấy.

Sấy là một quá trình tách ẩm ra khỏi sản phẩm (hoặc chuyển nước trongsản phẩm sang thể hơi) Quá trình này được thực hiện do sự chênh lệch áp suất của hơinước ở môi trường xung quanh (Pxq) và trên bề mặt sản phẩm (Psp) Để làm cho lượng

ẩm trên bề mặt sản phẩm bay hơi cần có điều kiện Psp>Pxq=∆P trị số ∆P càng lớn thì

độ ẩm chuyển ra môi trường xung quanh càng mạnh Psp phụ thuộc vào nhiệt độ sấy,

độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy và phụ thuộc vào tính chất liên kết của nước với sảnphẩm

Sự thoát ẩm trên bề mặt tăng lên khi nhiệt độ và tốc độ của luồng không khítăng, khi độ ẩm tương đối giảm và áp suất không khí giảm Do vậy sự thoát ẩm trên bềmặt dẫn đến sự khuếch tán bên trong Đó là kết quả của sự phá vỡ mối cân bằng tươngđối trong sản phẩm cũng là do sự thay đổi nhiệt độ và sự phân chia nước không đồngđều trong sản phẩm Trong sản phẩm ( và nhất là hạt ) sự vận chuyển nước bắt đầu từnơi có độ ẩm cao đến nơi có độ ẩm thấp Sự chênh lệch độ ẩm ở những phần khácnhau của hạt là nguyên nhân của sự khuêch tán bên trong khi sấy Sự thay đổi về mặtphân bố nhiệt độ ở những điểm khác nhau của hạt làm cho sự vận chuyển độ ẩm tăng

từ chỗ có nhiệt độ cao đến chỗ có nhiệt độ thấp

Quá trình sấy có thể được xúc tiến nhanh hơn nhờ sự tăng nhiệt độ không khíhoặc nhiệt độ của hỗn hợp không khí và khói lò(t), giảm độ ẩm tương đối của khôngkhí( φ), tăng vận tốc không khí(v) và nhờ sự giảm áp suất không khí trong môi trường(B) Trong quá trình sấy, càng về sau hơi nước của môi trường xung quanh càng nhiều,tức là áp suất Pxq cành tăng và độ ẩm của sản phẩm càng giảm đến một lúc nào đó sẽđạt được trị số cân bằng Khi đó Pxq=Psp và độ ẩm đó được gọi là độ ẩm cân bằng Tại

độ ẩm cân bằng thì ∆P=0, quá trình sấy ngừng lại

Đối với thóc, ẩm hiện diện ở hai nơi: ở bề mặt hạt (ẩm bề mặt) và ở nhân hạt(ẩm bên trong) Ẩm bề mặt sẽ nhanh chóng bay hơi khi hạt được tiếp xúc với khôngkhí nóng thổi qua nó, còn ẩm bên trong nhân hạt sẽ bay hơi chậm hơn bởi vì đầu tiên

nó phải di chuyển từ nhân hạt ra bề mặt hạt và kết quả là ẩm bề mặt và ẩm bên trong sẽbay hơi với tốc độ khác nhau Kết quả của sự chênh lệch này là tốc độ sấy và hàm

lượng ẩm được lấy đi sẽ giảm trong quá trình sấy Đối với hầu hết các loại máy sấyhạt, tốc độ sấy thường nằm trong khoảng 0.5%/h -1%/h Hàm lượng ẩm của hạt saumỗi lần qua máy sấy có thể giảm từ 2-4% phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu của hạt, nhiệt

độ sấy và tốc độ tác nhân sấy

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU SẤY VÀ TÁC NHÂN SẤY

2.1 Cấu tạo hạt ngô.

Hạt ngô thuộc loại quả dính gồm 5 phần chính: mày hạt, vỏ hạt, lớp biểu bì, nộinhũ và phôi hạt

- Mày hạt: Là phần lồi ra ngoài ở cuối hạt, mày hạt là bộ phận đính hạt và lõi bắp

- Vỏ hạt: Là lớp màng mỏng bao quanh hạt để bảo vệ hạt

- Lớp biểu bì: Nằm dưới lớp vỏ hạt Khối lượng vỏ và lớp biểu bì chiếm 5 – 11%khối lượng toàn hạt

- Nội nhũ: Chiếm 75 – 83% khối lượng hạt và chứa đầy tinh bột; được phân biệtthành 2 miền:miền sừng và miền bột

- Phôi hạt: Nằm ở phần đầu nhỏ của hạt, dưới lớp biểu bì, chứa tất cả các tếbào phát triển của cây bắp, đóng vai trò quan trọng nhất trong sự xuất hiện và phát triển của các quá trình sống Chiếm 10 – 15% khối lượng hạt, chiếm 1/3 thể tích của hạt và gồm có các phần: ngù (phần ngăn cách giữa nội nhũ và phôi), lá mầm, trụ dưới

lá mầm, rễ mầm và chồi mầm

Dựa vào cấu tạo tinh bột của nội nhũ hạt, bắp được chia làm 5 loại sau:

- Bắp răng cưa: Hạt to, dẹp, đầu hạt có vết lõm như hình cái răng Hai bênsừng hạt là tinh bột miền sừng, đầu và giữa hạt là chất tinh bột mềm (miền bột) Vỏhạt màu vàng, đôi khi màu trắng Hàm lượng tinh bột từ 60 – 65% khối lượng hạt,trong đó 21% là amiloza, 79% có amilopectin

- Bắp đá: Hạt tròn, nội nhũ chứa nhiều tinh bột miền sừng, vỏ hạt có màutrắng ngà, màu vàng hay màu đỏ.Hàm lượng tinh bột chiếm từ 56 – 75% khối lượnghạt, trong đó 21% là amiloza, 79% là amilopectin

- Bắp nếp: Hạt tròn, to, bề mặt nhẵn, màu trắng đục hoặc màu vàng Hàmlượng tinh bột chiếm khoảng 60% khối lượng hạt, trong đó amilopectin chiếm gần100%, amiloza hầu như không đáng kể

- Bắp bột:Hạt bẹt và đầu tròn, mặt hạt nhẵn nội nhũ có màu trắng đục, cấutạo xốp, dễ hút nước Hàm lượng tinh bột chiếm từ 55 – 80% khối lượng hạt, trong

đó 20% là amiloza, 80% là amilopectin

- Bắp đường: Hạt thường nhăn nheo, vỏ có màu vàng, trắng hoặc tím Hàm

lượng tinh bột của nội nhũ khoảng 25 – 47% khối lượng hạt, hàm lượng đường vàtinh bột khá cao, có thể đến 19 – 31% khối lượng hạt Thành phần tinh bột của bắpđường gồm: 60 -90% amiloza, 10 – 40% amilopectin.

Thành phần chính của hạt ngô 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 ngô thayđổi tùy theo khí hậu, giống, kĩ thuật canh tác, đất đai…

Các thành phần hóa học của hạt ngô:

Ở Việt Nam, ngô là một trong 5 loại ngũ cốc là nguyên liệu để sản xuất tinh bột,

sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp thực phẩm Lúa cũng được dùng làm thức

ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm

2.2 Các đặc tính chung của khối ngô.

a Tính tan rời: là đặc tính khi đổ hạt ngô từ trên độ cao h xuống mặt phẳng

nằm ngang,hạt ngô tự dịch chuyển để tạo thành khối có dạng chóp nón Góc tạo thànhbởi đường sinh với mặt phẳng đáy nằm ngang của hình chóp gọi là góc nghỉ hay gócnghiêng tự nhiên của khối hạt Về trị số thì góc nghỉ tự nhiên bằng góc ma sát giữa hạtvới hạt nên còn gọi là góc ma sát trong, kí hiệu (φ1) Dựa vào độ tan rời này để xácđịnh sơ bộ chất lượng và sự thay đổi chất lượng lúa trong quá trình sấy và bảo quản.Đối với ngô, góc nghỉ khoảng từ 27-35o

Nếu ta để hạt trên một mặt phẳng và bắt đầu nghiêng mặt phẳng này cho tới khihạt bắt đầu trượt thì góc giới hạn giữa mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng trượt gọi làgóc trượt (góc ma sát ngoài), kí hiệu (φ2) Trường hợp không phải là một hạt mà là mộtkhối 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 khảnăng dịch chuyển lớn, nghĩa là độ rời lớn

Độ rời của khối hạt dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào các yếu tốnhư kích thước, hình dạng hạt và trạng thái bề mặt hạt, độ ẩm của hạt, số lượng và loạitạp chất trong khối hạt Đối với góc trượt còn thêm một yếu tố quan trọng nữa là loạivật liệu và trạng thái bề mặt vật liệu trượt Bề mặt hạt thóc xù xì thì góc nghỉ và góctrượt lớn

Độ ẩm tạp chất của khối hạt càng cao đặc biệt là nhiêu tạp chất rác thì độ rờicàng 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 bảoquản nếu bảo quản quá lâu hay đã xảy ra quá trình tự bốc nóng làm cho khối hạt bịnén 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 , tỉtrọng…), do đó trong quá trình di chuyển chúng tạo nên những vùng khác nhau về chấtlượng 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 thể tích bị chiếm) là thành phần thể tích bị chiếm

chỗ do khoảng không gian giữa các hạt Giá trị của độ xốp phụ thuộc vào hình dạnghạt, cách mà chúng sắp xếp trong khối hạt (những hat nhỏ có thể lấp đầy các khoảngtrống giữa các hạt lớn) Trong quá trình sấy, khối hạt cần có độ xốp (lỗ hổng) cần thiếtcho quá trình truyền nhiệt với tác nhân sấy được dễ dàng

Trong đó: v: mật độ khối hạt chứa trong đơn vị thể tích đó( khối lượng thể tích)

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 Đạilượng đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của ngô là hệ số dẫn nhiệt

e Tính hấp thụ và nhả các chất khí, hơi ẩm trong quá trình sấy: 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 ngôđược khô đều

2.3 Các yêu cầu đặc trưng của hạt sấy

Ngô sau khi sấy có thể được dùng làm lương thực hoặc để làm giống, dự trữ Vì vậy, ngô sau khi sấy cần đảm bảo được các yêu cầu sau:

- Hạt ngô còn nguyên vẹn không bị nứt , vỡ

- Hạt ngô còn giữ nguyên hình dạng, kích thước và màu sắc

- Có mùi vị đặc trưng của hạt ngô và không có mùi vị khác(mùi tác nhân sấy)

- Hạt ngô không bị rạn nứt, gãy vụn và đặc biệt là lúa giống phải đảm bảo khảnăng nảy mầm của hật sau khi sấy.

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

Tóm tắt quy trình công nghệ

2.4 Công nghệ sấy ngô.

Ngô là đối tượng cần xử lý nhiệt nhiều hơn bất cứ loại hạt ngũ cốc nào khác Sấy làm giảm độ ẩm của ngô vừa thu hoạch đến mức an toàn (13-14%) để bảo quản hoặc làm giống 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

Ngô

Thu hoạch

Loại tạp chất-phân loại

Sấy

Kho bảo quản

sấy ngô 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 ngô, kích thước hạt, độ chín khi thu hoạch, độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối quá trình sấy của ngô

2.5 Tác nhân sấy.

Trong kĩ thuật sấy các vật liệu ẩm bằng phương pháp đối lưu, người tathường dùng các môi chất như không khí, khói lò hoặc các loại khí trơ và hơi nước quánhiệt để làm tác nhân sấy

Không khí là loại tác nhân rẻ tiền thường có trong tự nhiên, không độc hại,không làm bẩn sản phẩm Thành phần không khí gồm hỗn hợp nhiều chất khí khácnhau như: N2, O2, CO2 Khi nghiên cứu về không khí ẩm, ta xem nó là một thànhphần đồng nhất và khi sấy không khí thường ở áp suất khí quyển Nhiệt độ trong phạm

vi từ vài chục độ đến vài trăm độ C Khi tính toán ta xem không khí là khí lí tưởng.Khả năng sấy của không khí thể hiện bởi sự chênh lệch giữa nhiệt độ bầu khô với bầuướt hoặc sự chênh lệch giữa áp suất hơi bão hòa và áp suất hơi riêng phần, cũng nhưchênh lệch hàm ẩm Bằng sự thay đổi trạng thái không khí, người ta có thể tạo ra cácchế độ sấy khác nhau phù hợp với từng loại vật liệu sấy khác nhau

Như chúng ta đã biết, ngoài không khí ẩm, khói lò cũng là tác nhân sấyphổ biến Khói lò có thể được tạo ra nhờ đốt nhiều loại nhiên liệu khác nhau trong đóchủ yếu là nhiên liệu hóa thạch (than đá), và nhiều loại nhiên liệu sinh khối khác nhaunhư củi, trấu, bã mía Khói lò thường được dùng trong các thiết bị sấy với tư cách lànguồn cung cấp gián tiếp để đốt nóng tác nhân sấy hoặc với tư cách là tác nhân trựctiếp, vừa cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy vừa mang hơi ẩm thải vào môi trường

Trong khói lò chỉ có hai thành phần là khói khô và hơi nước Nếu sử dụng khói lò với

tư cách là một tác nhân sấy thì trong tính toán ta sẽ xem khói lò như là một dạng nào

đó của không khí ẩm, vì thế ta có thể dùng đồ thị I-d của không khí ẩm để biểu diễncác trạng thái hay quá trình nhiệt động của khói lò Hay nói cách khác, khói lò cũng cócác thông số như entapy I, độ chứa ẩm d, độ ẩm tương đối giống như không khí ẩm

Từ đặc điểm cấu tạo của hạt ngô em chọn khói lò làm tác nhân sấy vì nó không ảnhhưởng đến chất lượng của ngô khi sấy và sử dụng tác nhân sấy là trấu do nó có sẵn và

rẻ tiền

CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY VÀ CÁC LOẠI MÁY SẤY THÓC

3.1 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 trìnhchín sinh lí của hạt, có khả năng diệt trừ nấm, côn trùng, sâu mọt…bởi tác dụng củaánh nắng mặt trời Nhưng phơi nắng có nhược điểm là không chủ động và phụ thuộcvào điều kiện thời tiết rất lớn, nhất là canh tác 2 vụ: Mùa khô rất ngắn ngủi không chophép phơi nắng tự nhiên một cách nhanh chóng Phơi nắng còn tốn nhiều công laođộng và không cơ giới hóa được Thời gian để đạt được độ ẩm an toàn thường dài Tuyvậy trong thực tế sản xuất hiện nay, người ta vẫn áp dụng phương pháp phơi nắng đốivới các loại ngũ cốc và một số nông sản khác Những sản phẩm cần phơi trải thànhnhững lớp mỏng nên mặt đất hay trên chiếu, phên…nên gặp rất nhiều bất tiện: dễ bịlẫn cát, dễ bị ẩm khi gặp mưa Vì vậy khi cần làm khô một khối lượng lớn sản phẩmtrong thời gian ngắn bất kể điều kiện thời tiết thế nào thì ta sử dụng các phương phápsấy nhân tạo

3.2 Các phương pháp sấy nhân tạo - các dạng máy sấy ngô.

3.2.1 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, buồngsấy và nhà che Được chia làm 2 loại là loại không có đảo gió và loại có đảo gió

 Máy sấy tĩnh vỉ ngang loại không đảo gió.

Quá trình sấy được thực hiện như sau: ngô được đổ trên mặt sàn lưới lỗ với lớpdày khoảng 0.2-0.5m Không khí nóng tạo nên bởi lò đốt, được quạt sấy hút và thổivào ống gió hông, sau khi đã hòa trộn với không khí môi trường đạt đến nhiệt độ khísấy 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 rangoài Quá trình sấy tiếp diễn cho đến khi cả lớp hạt dưới và trên đạt được độ ẩm cầnthiết

Nhược điểm của loại không có đảo gió là chiếm nhiều mặt bằng tức năng suấtthấp tính theo diện tích chiếm chỗ Phải đảo trộn thủ công để có sự đồng đều ẩm độ hạtsau 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 sáytĩnh với cùng năng suất, nó chỉ chiếm ½ diện tích mặt bằng lắp đặt, do sấy lớp hạt dầyhơn (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 vềnguyên 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 liệusấy 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 nàykhó đạt được nếu đảo chiều với lớp hạt thẳng đứng.

Nguyên lí hoạt động:

Trong hệ thống máy sấy tĩnh vỉ ngang loại có đảo chiều gió Ngô được đổ vàobuồng sấy dưới là mặt sàn có đột lỗ cho không khí nóng đi qua Không khí nóng đượctạo ra từ lò đốt than với nhiệt độ cao đến buồng hòa trộn với không khí ngoài trời làmgiảm đến nhiệt độ sấy thích hợp Không khí được quạt hút và chuyển đến buồng sấy.Tại đây diễn ra quá trình sấy và làm giảm ẩm

Đầu tiên mở van dưới, đóng van trên để cho tác nhân sấy đi từ dưới lên mangtheo hơi nước thoát ra ngoài môi trường, sau đó không khí nóng được đảo chiều phíatrên buồng sấy được đậy lại bằng bạt, tấm gỗ… Mở van trên và đóng van dưới để khínóng đi từ trên xuống và dẫn ẩm ra ngoài

Trong phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang có đảo chiều gió cần chú ý đến ảnh hưởngđồng thời của nhiệt độ và tốc độ khí sấy, chiều dày lớp hạt và khoảng thời gian giữacác lần đảo gió Theo thực nghiệm ta lấy thời gian đảo gió là 1h/lần

3.2.2 Máy sấy 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 trộnvới 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 vớichiều rộng và chiều dài Trong tháp sấy người ta bố trí các hệ thống kênh dẫn và thảitác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóngluồng lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình trao đổi nhiệt sấy và nhận thêm ẩm đivào các kênh thải ra ngoài Vật liệu sấy chuyển động từ trên xuống dưới từ tính tựchảy do trọng lượng bản thân của chúng Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưugiũa dòng tác nhân chuyển động vừa ngược chiều vừa cắt ngang và do dẫn nhiệt từ bềmặt 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 lưugiũa tác nhân sấy với khối lượng hạt và thành phần dẫn nhiệt giữa bề mặt các kênh giónóng, 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 mặtđất theo chuyển động thẳng đứng hoặc dzích dzắc trong tháp sấy Tùy theo cách bố trícủa 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 làcho độ ẩm ở trung tâm hạt có thời gian ra ngoài mặt để dễ bốc hơi Chênh lệch ẩm độquá nhiều giữa gần mặt hat với trung tâm hạt sẽ gây ứng suất làm gãy vỡ hạt

Không khí vào từ những máng úp ngược, và thoát ra ở những máng song songnằm 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 thờigian 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 đixuống 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 vìcác loại máy này chỉ hoạt động hiệu quả với hạt có độ ẩm <24% chỉ có ở vụ ĐôngXuân, 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 khácao sao với các loại máy sấy tĩnh vỉ ngang.

3.2.3 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 nhânsấy đi qua nhưung hạt không lọt xuống được tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấpđược thổi từ dưới lên để đi qua lớp vật liệu Với tốc độ đủ lớn, tác nhân sấy nâng cáchạt 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 nhẹhơn sẽ nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi; và ở một độ cao nào đó hạt khô sẽ đượcđưa 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 tốthơn so với việc phơi ngô 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 ngô tĩnh theo lớp dầy(ứng với kiểu thiết bị sấy vỉ ngang) được công bố trong và ngoài nước là rất ít Việc dựđoán thời gian sấy một mẻ ngô sấy là rất quan trọng, vì ứng với các điều kiện sấy xácđịnh nếu thời gian sấy không đủ thì ngô sẽ không sấy được xuống độ ẩm bảo quản antoàn, còn nếu ngược lại thì sẽ lại làm giảm năng suất của thiết bị, làm tăng giá thànhcủa một đơn vị sản phẩm sấy cấu trúc và dạng liên kết ẩm trong hạt ,…) Trong bàinày ta sử dụng phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang để sấy ngô Trong đó ảnh hưởng củanhiệt độ và tốc độ khí sấy, chiều dầy lớp hạt và khoảng thời gian giữa các lần đảo gióđến thời gian sấy riêng trong sấy thóc tĩnh theo lớp dầy Các điều kiện ban đầu nhưnguồn gốc của hạt, điều kiện thu hoạch và xử lý hạt trước quá trình sấy Ảnh hưởngcủa độ ẩm tương đối của khí sấy có vai trò quan trọng đối với quá trình sấy ngô.

Tác nhân sấy là hỗn hợp khói và không khí được hòa trộn với nhau rồi được dẫnqua các kênh dẫn để trao đổi nhiệt, ẩm với khối ngô mang vào, sau đó khí thải đượcdẫn ra ngoài

Trong phương pháp này ta sử dụng tác nhân sấy là khói lò tận dụng phế thải củangành nông nghiệp Khói lò thường được sử dụng trong các thiết bị sấy vừa cung cấpnhiệt 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 tácnhân sấy vì thế ta có thể dùng đồ thị I-d của không khí ẩm để biểu diễn các trạng tháihay quá trình nhiệt động của khói lò Hay nói cách khác khói lò cũng có các thông sốnhư entanpy I, độ chứa ẩm d, độ ẩm tương đối giống như không khí ẩm

Khói lò được sinh do đốt trấu, nguồn nhiên liệu rất dồi dào ở vùng đồng bằngsông Hồng

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TĨNH VỈ NGANG

Tính toán thiết kế hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang sấy ngô năng suất 1 tấn/mẻ (có đảogió) Địa điểm tại đồng bằng sông Hồng, hoạt động vào mùa thu hoạch Hè Thu Cungcấp nhiệt là đốt trấu cấp trực tiếp

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng tháipha lỏng trong vật liệu thành hơi Cơ chế của quá trình được diễn tả bởi 4 quá trình cơbản sau:

- Cấp nhiệt cho bề mặt vật liệu

- Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào vật liệu

- Khi nhận được lượng nhiệt, dòng ẩm di chuyển từ vật liệu ra bề mặt

- Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu tách vào môi trường xung quanh

Trong hệ thống máy sấy tĩnh vỉ ngang loại có đảo chiều gió Ngô được đổ vào

buồng sấy dưới là mặt sàn có đột lỗ cho không khí nóng đi qua Không khí nóng đượctạo ra từ lò đốt trấu với nhiệt độ cao đến buồng hòa trộn với không khí ngoài trời làmgiảm đến nhiệt độ sấy thích hợp Không khí được quạt hút và chuyển đến buồng sấy.Tại đây diễn ra quá trình sấy và làm giảm ẩm

Đầu tiên mở van dưới, đóng van trên để cho tác nhân sấy đi từ dưới lên mangtheo hơi nước thoát ra ngoài môi trường, sau đó không khí nóng được đảo chiều phíatrên buồng sấy được đậy lại bằng bạt, tấm gỗ Mở van trên và đóng van dưới để khínóng đi từ trên xuống và dẫn ẩm ra ngoài

Trong phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang có đảo chiều gió cần chú ý đến ảnh hưởngđồng thời của nhiệt độ và tốc độ khí sấy, chiều dày lớp hạt và khoảng thời gian giữacác lần đảo gió Theo thực nghiệm ta lấy thời gian đảo gió là 1h/lần

4.1.2 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 buồngđốt 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 = 80%

 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:

Cpk= 1,004 kJ/kg độ: nhiệt dung riêng của không khí khô

Cpa= 1,842 kJ/kg độ: nhiệt dung riêng của hơi nước

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

 Các kích thước của ngô:

Diện tích bề mặt riêng khối lượng: f = 1, m2/kg

Khối lượng riêng xốp: v = 800 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 ngô nhỏ hơn nhiệt độ của không khí khoảng 2 0C

2= 400C

2 = 13%, đây là độ ẩm thích hợp để bảo quản thóc

 Thời gian sấy: 8h

Lượng vật liệu đầu ra: G2=1000 kg/mẻ

Gk = G2(1- w2) = 827,6(1-0,13) = 720 (kg)

4.1.3 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

Tổng nhiệt lượng ra: