Tính toán thiết kế máy sấy ngô tĩnh vỉ ngang năng suất đầu vào 1 tấn/mẻ
Vũ Thị Hường- Hường- KTTng- KTTP2-K56 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 Đồ án môn án môn học quá tc quá trình và thiết bịt bị Hường- GVHD: PGS.TS: Lê Nguyên Đương ng 1 Vũ Thị Hường- Hường- KTTng- KTTP2-K56 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 Đồ án môn án môn học quá tc quá trình và thiết bịt bị Hường- GVHD: PGS.TS: Lê Nguyên Đương ng 2 Vũ Thị Hường- Hường- KTTng- KTTP2-K56 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, ngũ cốc, 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 chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp Trong sấy lúa phải đảm bảo lúa 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 thể dùng các phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy tầng sôi, sấy tháp, sấy tĩnh vỉ ngang 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 động vào 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 nhiều hạn chế nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót Em mong nhận được 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 Đồ án môn án môn học quá tc quá trình và thiết bịt bị Hường- GVHD: PGS.TS: Lê Nguyên Đương ng 3 Vũ Thị Hường- Hường- KTTng- KTTP2-K56 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 riêng biệt 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 tính toán 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 sản phẩm sấy 5 Tính toán thiết kế các thiết bị phụ trợ theo hệ thống lựa chọn 6 Các bản vẽ Đồ án môn án môn học quá tc quá trình và thiết bịt bị Hường- GVHD: PGS.TS: Lê Nguyên Đương ng 4 Vũ Thị Hường- Hường- KTTng- KTTP2-K56 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 công nghệ mà vật liệu sấy có thể chịu được Thông thường, nếu không có yêu cầu gì đặc biệt thì ta chọn hệ thống sấy nóng, do độ chênh lệch phân áp suất Pab-Pam có thể đạt được rất lớn nên cường độ sấy lớn Hơn nữa hệ thống sấy nóng không phải dùng máy lạnh 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 cần căn cứ vào hình dáng vật liệu sấy và năng suất cũng như kinh phí đầu tư cho phép để chọn hệ thống sấy thích hợp Trong trường hợp sấy các loại nông sản dạng hạt thì ta cũng có thể nghĩ đến hệ thống sấy buồng, sấy tháp, sấy thùng quay Căn cứ vào đặc điểm của các hệ thống sấy này, năng suất yêu cầu và những nhân tố khác ta có thể chọn được hệ thống sấy thích hợp Để sấy ngô khi mới thu hoạch , vì thời gian sấy chỉ vài 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 máy xay xát, người ta thường dùng hệ thống sấy tháp Chọn dạng hệ thống sấy cũng là bài toán 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 chủ yếu là nhiệt độ và độ ẩm mà hệ thống sấy có thể chịu được để chọn chế độ sấy thích hợp Ngoài ra, nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy cũng chọn đủ bé để giảm tổn 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 hơi nước,khí đốt dầu mỏ, than đá, củi và các phế liệu công, nông nghiệp khác như trấu, bã mía, mùn cưa… Ta chọn dạng năng lượng trên cơ sở điều kiện cụ thể nơi xây dựng hệ thống sấy và tính toán kinh tế Ở đồng bằng sông Hồng, trấu là nguồn năng lượng dồi Đồ án môn án môn học quá tc quá trình và thiết bịt bị Hường- GVHD: PGS.TS: Lê Nguyên Đương ng 5 Vũ Thị Hường- Hường- KTTng- KTTP2-K56 dào, chi phí rất rẻ Do đó, hệ thống sấy này dùng trấu làm nguồn năng lượng đốt trực tiếp để lấy khói từ buồng đốt gia nhiệt cho không khí cấp vào buồng sấy Vì vậy ta cần thiết 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 cân bằng nhiệt ẩm của thiết bị sấy Đây là nội dung cơ bản của việc thiết kế một hệ thống sấy Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt ẩm là tìm được lượng tác nhân sấy và nhiệt 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 tác nhân sấy cần thiết trong tính toán cân bằng nhiệt-ẩm của thiết bị sấy ta sẽ chọn được quạt 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 kế gồm 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 Đồ án môn án môn học quá tc quá trình và thiết bịt bị Hường- GVHD: PGS.TS: Lê Nguyên Đương ng 6 Vũ Thị Hường- Hường- KTTng- KTTP2-K56 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 mùa mưa 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 nóng thêm Đó là những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật và côn trùng, lô hạt 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 khí hậu 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, hạt thu được và sản phẩm chế biến từ hạt sẽ bảo quản khó và chỉ tiêu phẩm chất sẽ thấp Ở những hạt đã sấy hay phơi khô thì quá trình thủy phân chất béo thực hiện chậm, hiện tượng 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 lại bình thường, quá trình tự bốc nóng dừng lại và những tính chất kỹ thuật của hạt được phục hồi Hạt còn tươi chưa hoàn thành quá trình chín sinh lí thì nhờ quá trình sấy quá trình chín sinh lí được rút ngắn, hạt có được đặc tính kĩ thuật thích hợp của nó Sấy khô sản phẩm là một quá trình rất phức tạp: khi sấy cần đảm bảo giữ được tính chất của 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 phần lượng nước có trong sản phẩm Quá trình này phụ thuộc vào cấu tạo, kích thước, dạng liên kết của vật liệu sấy và tính chất hóa học của sản phẩm và trạng thái bề mặt của sản phẩm hút ẩm Đồ án môn án môn học quá tc quá trình và thiết bịt bị Hường- GVHD: PGS.TS: Lê Nguyên Đương ng 7 Vũ Thị Hường- Hường- KTTng- KTTP2-K56 1.2 Bản chất đặc trưng của quá trình sấy Sấy là một quá trình tách ẩm ra khỏi sản phẩm (hoặc chuyển nước trong sản phẩm sang thể hơi) Quá trình này được thực hiện do sự chênh lệch áp suất của hơi nước 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 sản phẩm Sự thoát ẩm trên bề mặt tăng lên khi nhiệt độ và tốc độ của luồng không khí tăng, khi độ ẩm tương đối giảm và áp suất không khí giảm Do vậy sự thoát ẩm trên bề mặt dẫn đến sự khuếch tán bên trong Đó là kết quả của sự phá vỡ mối cân bằng tương đối trong sản phẩm cũng là do sự thay đổi nhiệt độ và sự phân chia nước không đồng đều trong sản phẩm Trong sản phẩm ( và nhất là hạt ) sự vận chuyển nước bắt đầu từ nơi có độ ẩm cao đến nơi có độ ẩm thấp Sự chênh lệch độ ẩm ở những phần khác nhau của hạt là nguyên nhân của sự khuêch tán bên trong khi sấy Sự thay đổi về mặt phân 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 khí hoặc nhiệt độ của hỗn hợp không khí và khói lò(t), giảm độ ẩm tương đối của không khí( 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 sẽ đạt 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 không khí 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 sẽ bay hơi với tốc độ khác nhau Kết quả của sự chênh lệch này là tốc độ sấy và hàm Đồ án môn án môn học quá tc quá trình và thiết bịt bị Hường- GVHD: PGS.TS: Lê Nguyên Đương ng 8 Vũ Thị Hường- Hường- KTTng- KTTP2-K56 lượng ẩm được lấy đi sẽ giảm trong quá trình sấy Đối với hầu hết các loại máy sấy hạt, tốc độ sấy thường nằm trong khoảng 0.5%/h -1%/h Hàm lượng ẩm của hạt sau mỗi 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 Đồ án môn án môn học quá tc quá trình và thiết bịt bị Hường- GVHD: PGS.TS: Lê Nguyên Đương ng 9 Vũ Thị Hường- Hường- KTTng- KTTP2-K56 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, nội nhũ 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 biệt thành 2 miền:miền sừng và miền bột - Phôi hạt: Nằm ở phần đầu nhỏ của hạt, dưới lớp biểu bì, chứa tất cả các tế bào 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 bên sừng hạt là tinh bột miền sừng, đầu và giữa hạt là chất tinh bột mềm (miền bột) Vỏ hạt 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 màu trắng ngà, màu vàng hay màu đỏ.Hàm lượng tinh bột chiếm từ 56 – 75% khối lượng hạt, trong đó 21% là amiloza, 79% là amilopectin - Bắp nếp: Hạt tròn, to, bề mặt nhẵn, màu trắng đục hoặc màu vàng Hàm lượng tinh bột chiếm khoảng 60% khối lượng hạt, trong đó amilopectin chiếm gần 100%, amiloza hầu như không đáng kể - Bắp bột:Hạt bẹt và đầu tròn, mặt hạt nhẵn nội nhũ có màu trắng đục, cấu tạo 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 Đồ án môn án môn học quá tc quá trình và thiết bịt bị Hường- GVHD: PGS.TS: Lê Nguyên Đương ng 10 ... pháp sấy nhân tạo - 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 giá thành chấp nhận Máy sấy tĩnh vỉ ngang. .. dùng phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy tầng sôi, sấy tháp, sấy tĩnh vỉ ngang Đồ án môn học nhằm thiết kế hệ thống sấy ngô phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang có đảo gió, suất tấn/mẻ, địa điểm... công đoạn sấy Máy sấy tĩnh vỉ ngang loại có đảo chiều khơng khí sấy Để khắc phục nhược điểm loại sấy khơng đảo gió Máy sấy vỉ ngang loại có đảo chiều khơng khí sấy có ưu điểm kết cấu nhỏ