Đồ án thiết bị dùng trong công nghệ sấy

Phần I MỞ ĐẦU I . SƠ LƯC VỀ THÓC (LÚA) ,TÍNH CHẤT ,ỨNG DỤNG: Lúa là nguồn lương thực chính của gần ½ sốdân trên thế giới. Lúa là loại cây ưa nóng và ẩm, do đó lúa thường được trồng nhiều ở các vùng có khí hậu ôn đới và cận nhiệt đới. Năng suất của lúa nước là cao nhất, nên lúa thường được trồng ở các châu thổ sông lớn. Nước ta có khí hậu và hệ thống sông ngòi rất phù hợp cho việc phát triển cây lúa. Thành phần hoá học của hạt lúa 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 hoá học của hạt lúa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, đất đai trồng trọt, khí hậu và chế độ chăm sóc. Cùng chung điều kiện trồng trọt và sinh trưởng. Thành phần hoá học của hạt lúa : Thành phần hoá học Hàm lượng các chất ( % ) Nhỏ nhất Lớn nhất Trung bình Protein 6.66 10.43 8.74 Tinh bột 47.70 68.00 56.20 Xenluloze 8.74 12.22 9.41 Tro 4.68 6.90 5.80 Đường 0.10 4.50 3.20 Chất béo 1.60 2.50 1.90 Đectrin 0.80 3.20 1.30 Việt Nam, lúa gạo là nguồn lương thực chính không thể thiếu trong đời sống con người. Lúa còn là nguyên liệu để sản suất 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. Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ hai thế giới về lượng gạo xuất khẩu trên thế giới, và tiếp tục đẩy mạnh việc xuất khẩu gạo sang các nước trên thế giới. Đây là một trong những nguồn thu ngoại tệ chính của đất nước. II . SƠ LƯC VỀ QÚA TRÌNH SẤY, SẤY TẦNG SÔI: Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Kết quả của quá trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên. Điều này có ý nghóa quan trọng về nhiều mặt: đối với các nông sản và thực phẩm nhằm tăng khả năng bảo quản; đối với gốm sứ làm tăng độ bền cơ học, đối với than củi làm tăng khả năng đốt cháy… Các vật liệu sau khi sấy đều giảm khối lượng hoặc cả thể tích nên giảm được giá thành vận chuyển. Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi. Cơ chế của quá trình được diễn tả bởi 4 quá trình cơ bản sau : + cấp nhòêt 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. Bốn quá trình này được thể hiện bằng sự truyền vận bên trong vật liệu và sự trao đổi nhiệt ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bò sấy ra ba nhóm chính: + Sấy đối lưu + Sấy tiếp xúc + Sấy bức xạ, chân không hoặc thăng hoa Theo kết cấu nhóm thiết bò sấy đối lưu có thể gặp các dạng thiết bò sau: + TBS buồng + TBS hầm + TBS thùng quay + TBS tháp + TBS phun + TBS tầng sôi + TBS khí động Sấy tầng sôi là một trong các phương thức sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, 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 nhân sấy đi qua nhưng hạt không lọt xuống được. Tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp được thổi từ dưới lên để đi qua lớp vật liệu. Với tốc độ đủ lớn, tác nhân sấy nâng các hạt vật liệu lên 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 lòêu khô hơn nên nhẹ hơn sẽ nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi; và ở một độ cao nào đó hạt khô sẽ được đưa ra ngoài qua đường tháo liệu. Sấy tầng sôi có những ưu điểm và nhược điểm như sau: * Ưu điểm: + Năng suất sấy cao + Vật liệu sấy khô đều + Có thể tiến hành sấy liên tục + Hệ thống thiết bò sấy tương đối đơn giản + Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy + Có thể điều chỉnh thời gian sấy * Nhược điểm: + Trở lực lớp sôi lớn + Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi + Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều III. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: 1: Quạt 4: Thiết bò say 7: Cyclon 2: Calorife 5: Bộ phận nhập liệu 3: Lưới phân phối khí 6: Cửa tháo liệu * Yêu cầu của bài toán thiết kế: Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi để sấy thóc với năng suất 5000 kg/h (thành phẩm). Thiết bò được đặt ở thò xã Cao Lãnh – Đồng Tháp. Với hệ thống thiết bò sấy tầng sôi, chủ yếu dùng để sấy thóc đã qua phơi nắng để cho thóc đạt độ khô cần thiết và khô đều hơn, giúp cho việc bảo quản tốt hơn, phục vụ cho việc xuất khẩu. Do đó ta chọn độ ẩm của thóc trước khi sấy không cao lắm, và độ ẩm sau khi sấy thích hợp cho sự bảo quản. Nhiên liệu sử dụng: ta có thể chọn dầu FO để đốt nóng tác nhân sấy (không khí). Phần II CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT: Các ký hiệu sử dụng: G 1 : năng suất nhập liệu của vật liệu sấy G 2 : năng suất sản phẩm sau khi sấy ω 1 : độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt trước khi sấy ω 2 : độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt sau khi sấy d 1 : hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô trước khi vào sấy d 2 : hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô sau khi vào sấy W : năng suất tách ẩm L: lượng không khí khô cần thiết l : lượng không khí khô cần thiết để tách 1Kg ẩm ra khỏi vật liệu Các thông số cơ bản: a) Đối với không khí: Trạng thái ban đầu của không khí: t 0 = 27 0 C ϕ 0 = 80% Tra đồ thò I-d ta có: I 0 = 72 KJ/Kg KKK d 0 = 18 g ẩm/Kg KKK Không khí vào thiết bò sấy: Chọn nhiệt độ vào buồng sấy của không khí : t 1 = 90 0 C I 1 = 132 Kj/Kg KKK Không khí ra khỏi thiết bò sấy: Chọn nhiệt độ ra của không khí là t 2 = 45 0 C Dựng chu trình sấy lý thuyết trên giản đồ I-d, từ đó ta có: I 2 = 139 Kj/Kg KKK d 2 = 36 g ẩm/Kg KKK b) Đối với vật liệu sấy (thóc): Theo tài liệu Kỹ Thuật Sấy Nông Sản-Trần Văn Phú, Lê Nguyên Dương ta có các thông số kích thước sau của thóc - Các kích thước của thóc: dài: l = 8,5 mm rộng: a= 3,4 mm dày: b = 2 mm đường kính tương đương: d = 2,76 mm hệ số hình dạng: ϕ hd = 1,68 - Các thông số khác: nhiệt dung riêng: C = 1,5 KJ/Kg hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,09 W/mK khối lượng riêng rắn: ρ r = 1150 Kg/m 3 độ xốp: ε = 0,56 diện tích bề mặt riêng khối lượng: f = 1,31 m 2 /kg khối lượng riêng xốp: ρ v = 500 Kg/m 3 - Vật liệu trước khi vào thiết bò sấy: ta chọn θ 1 = 27 0 C ω 1 = 20% - Vật liệu sau khi ra thiết bò sấy: chọn nhiệt độ ra của thóc nhỏ hơn nhiệt độ của không khí khoảng 5 0 C θ 2 = 40 0 C ω 2 = 13% , đây là độ ẩm thích hợp để bảo quản thóc. 2) Năng suất tách ẩm: hamKgxGW /5.437 20,01 13,020,0 5000 1 1 21 2 = − − = − − = ω ωω Năng suất nhập liệu: G 1 = G 2 + W = 5000 + 437.5 = 5437.5 Kg/h Lượng vật liệu khô tuyệt đối được sấy trong 1 giờ: G k = G 2 (1-ω 2 ) = 5000(1 - 0,13) = 4350 Kg/h Lượng không khí khô cần thiết để tách 1 Kg ẩm: amKgkkkKg dd l /5.55 018,0036,0 11 12 = − = − = Lượng không khí khô cần thiết cho quá trình: hKgkkkxlWL /243055.555.437 ==×= II. CÂN BẰNG NĂNG LƯNG: * Nhiệt lượng vào: - nhiệt lượng do không khí mang vào: LI 0 - nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: G 2 C vl θ 1 +C n Wθ 1 - nhiệt lượng do calorife cung cấp: Q c Tổng nhiệt lượng vào: LI 0 + G 2 C vl θ 1 + C n Wθ 1 + Q c * Nhiệt lượng ra: - Nhiệt lượng do không khí ra: LI 2 - Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G 2 C vl θ 2 - Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy: Q m Tổng nhiệt lượng ra: LI 2 + G 2 C vl θ 2 +Q m Từ phương trình cân bằng năng lượng, ta có: Q c =L(I 2 -I 0 )+G 2 C vl (θ 2 -θ 1 )+Q m -C n Wθ 1 Viết cho 1 Kg ẩm bốc hơi: 1nmvl12c C-qq)I-(Iq θ ++= l 1nmvl1201 C-qq)I-(I)( θ ++=−= lIIlq c Với: ∆=C n θ 1 - q vl -q m l II I ∆ += 2 Đối với quá trình sấy lý thuyết: ∆=0 q c =l(I 2 -I 0 )=55.5(132-72)= kj/kgẩm Đối với quá trình sấy thực tế: lúc này giá trò ∆ sẽ khác 0 Nhiệt dung riêng của nước: C n = 4,18 KJ/Kg o K Nhiệt dung riêng của vật liệu: KKgKJC vl 0 /85,113,018,4)13,01(5,1 =×+−= Với 1,5 là nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối Q vl =G 2 C vl (θ 2 -θ 1 )=5000 × 1,85 × (40-27)=120250 KJ/h amKgKJ W Q q v vl /62,274 5,437 120250 === Nhiệt lượng hữu ích cần bốc hơi một kg ẩm: q 0 = 2500 + 1,842t 2 + C n θ 1 = 2500 + 1,842.45 - 4,18.27 = 2470,03 Kj/Kg ẩm Tổn thất của tác nhân sấy: q tn =l × C k × (t 2 -t 0 )=55,5 × 1,004 × (45-27)=993,17 Kj/Kg ẩm Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: giả sử nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh bằng 10% của tổng nhiệt lượng Do đó ta có: q m =10%(q 0 + q vl + q tn + q m )=415,3 Kj/Kg ẩm ∆ = C n θ 1 - q vl - q m = - 577,06 Kj/Kg ẩm Ta thấy ∆ < 0, quá trình sấy thực tế sẽ nằm dưới đường lý thuyết. Để xây dựng quá trình sấy thực tế ta dựa vào phương trình: )( 022 ddII Í −∆+= * Cách xác đinh đường sấy thực tế: Ta cho một giá trò d bất kỳ (d<d 2 ), tính được I 2 ” và xác đònh được điểm 2” trên giản đồ. Nối đường 1-2” cắt đường 45 o C ở điểm 2. Đường 0-1-2 xác đònh như trên chính là đường sấy thực tế. Giả sử: d = 30 g ẩm/Kg KKK I 1 = 139 Kj/Kg KKK ( bằng với giá trò I 2 của quá trình sấy lý thuyết) 1000 1830 139 " 2 − −=⇒ I = 132,1 Kj/Kg KKK Điểm 2 của quá trình sấy thực tế có các thông số: d 2 = 0,0325 Kg ẩm/Kg KKK I 2 = 130 KJ/Kg kkk ϕ 2 = 53% Ta có thể biểu diễn chu trình sấy lý thuyết và thực tế trên giản đồ I-d, hình biểu diễn có dạng như sau: [...]... TRONG TẦNG SÔI: Chọn độ xốp của lúa trong tầng sôi là: ε = 0,7 Chuẩn số Arsimet: Ar = 5,88.105 Chuẩn số Ly được tra từ đồ thò Ly = f(Ar), ta có: Ly = 200 Vận tốc của tác nhân trong tầng sôi được tính theo công thức: vk = 3 Ly.µ k g ( ρ r − ρ k ) 200.20,45.10 −6.9,81(1150 − 1,037) =3 = 3,5 m / s ρ k2 1,037 2 Hệ số giả lỏng của lúa trong tầng sôi: K= v k 3,5 = = 2,33 vth 1,5 Vì nhiệt độ trong buồng sấy. ..I 1 đường sấy thực đường sấy lý thuyết 2 40 27 100% 0 0 d a) Lượng tác nhân cần thực tế: L =W l= 1 1 = 4,878 = 30172 Kg KKK / h d 2 − d1 0,0312 − 0,0176 L 358,67 = = 69 Kg KKK / Kg am W 4,878 b) Nhiệt lượng cần thiết: Q=L(I2-I1)=30172 × (130 – 72)=1,75.106 KJ/h Q 1,75.10 6 q= = = 4000 Kj / Kg am W 437,5 Phần III TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH Chọn thiết bò sấy có tiết diện tròn, lưới phân... bền 2 Đáy thiết bò: Để tránh hiện tượng không khí thổi cục bộ khi đi qua lưới, ta chọn đáy chỉ là một hình trụ có đường kính bằng với đường kính lưới Ống dẫn khí đi vào được đặt bên cạnh Chiều cao của đáy lấy bằng 0,8m Chiều dày của đáy có thể lấy bằng chiều dày thân thiết bò, bằng 2mm 3 Chọn bích: Trong thiết bò chính có hai bích để gắn đáy và nắp thiết bò Ta chọn bích dựa theo đường kính thiết bò... mặt tự do trao đổi ẩm chỉ khoảng 50 ÷ 60%, nên tốc độ sấy đẳng tốc thực tế là: N = 6,42.0,5 = 3,21 h-1 Thời gian sấy đẳng tốc: τ1 = W1 − Wk 0,25 − 0,156 = × 60 = 1,76 ph N 3,21 Thời gian sấy giảm tốc: τ2 = Wk W 0,156 0,156 2,3 lg k = × 60 × 2,3 lg = 0,14 ph N W2 3,21 0,149 Vậy thời gian sấy vật liệu là: τ = τ 1 + τ 2 = 1,9 ph V- KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ: a- Lưới phân phối: Diện tích: Fp = L 30172 = = 2,3... N016 với hiệu suất 0,78, số vòng quay 25 rad/s Công suất động cơ: N= Q × Σ∆P × ρ × g 1000 × η × η tr η : hiệu suất của quạt, bằng 0,78 η tr : hiệu suất truyền động, lấy bằng 0,9 ⇒ N = 30 KW IV TÍNH ĐÁY, NẮP THIẾT BỊ SẤY 1 Nắp thiết bò: Ở đây ta chọn nắp hình nón không có gờ, góc đáy bằng 90 0 đường kính Dt=2000mm Chọn đường kính ống dẫn khí ra khỏi buồng sấy d = 500mm khi đó chiều cao của nắp là H =... m 2 h 0 K d 2,76.10 −3 Với K là hệ số hiệu chỉnh, lấy K=0,8 Tốc độ sấy dẳng tốc: N = Jm f Trong đó: Jm: cường độ bay hơi của dòng ẩm (kg/m2h) f: diện tích bề mặt riêng khối lượng của vật liệu (m2/kg) Ta có: Jm = q m α (t − θ m ) = r r t: nhiệt độ trung bình của tác nhân trong buồng sấy t = 67,50C θm:nhiệt độ của vật liệu trong buồng sấy θ m = 33,5 0 C r: ẩn nhiệt hoá hơi của nước r = 2417,7 kJ/kg ⇒... dụng bích liền bằng thép Dựa vào bảng cho trong sổ tay ta có các thông số, kích thước của bích như sau: + Bích dùng để gắn nắp thiết bò: Thông số Kích Dt 2000 D 2141 Db 2090 D1 2060 Do 2015 db M20 Z 44 h 32 D1 1760 Do 1715 db M20 Z 36 h 28 D1 550 Do 511 db M20 Z 16 h 20 thước + Bích dùng để gắn đáy thiết bò: Thông số Kích Dt 1700 D 1850 Db 1800 thước + Bích dùng để nối đường ống: Thông số Kích Dt 500... ống theo hình sáu cạnh, tổng số ống: 241 - Số ống trên đường chéo xuyên tâm: 17 - Bước ống t=1,2d = 0,046 m Đường kính thiết bò: D = t(b-1)+4d = 0,046(21-1) + 4.0,038 =0,89m Chọn D=1 m II CYCLON Trong hệ thống sấy thường phải có thiết bò cyclon đi kèm để tách bụi ra khỏi tác nhân sấy hoặc để thu hồi sản phẩm bò lôi cuốn theo Cyclon hoạt động theo nguyên lý ly tâm Cấu tạo và kích thước cơ bản của nó... khắc phục và lưu lượng khí Q, ta dựa vào đồ thò đặc tuyến của quạt (sổ tay T1) để chọn quạt Trong hệ thống sấy ta sử dụng hai quạt, một quạt hút và quạt đẩy để đảm bảo cho hệ thống thiết bò hoạt động được tốt Quạt đẩy được đặt trước calorife, còn quạt hút đặt sau Cyclon 1 Chọn quạt hút: Trở lực quạt hút cần khắc phục là tổng trở lực từ lúc đột thu ra khỏi buồng sấy đến Cyclon và trở lực do áp lực động... π =2m - Vậy chiều cao chính của buồng sấy tính từ lưới phân phối là: H = hs + h pl = 200 + 500 = 700 mm = 0,7 m VI- BỀ DÀY THIẾT BỊ: a- Lưới: Khối lượng vật liệu thường xuyên nằm trên lưới: G = F p × h0 × ρ v = 2,3 × 0,05 × 500 = 57,5 kg p suất trên lưới: P= g × G 9,81 × 57,5 = Fp 2,3 = 245,25 N / m 2 Chiều dày lưới tính theo công thức: S = D× K×P +C [σ ] × ψ Trong đó: -ψ : hệ số hàm yếu do lưới có . khí động Sấy tầng sôi là một trong các phương thức sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, 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. cho vật liệu người ta chia thiết bò sấy ra ba nhóm chính: + Sấy đối lưu + Sấy tiếp xúc + Sấy bức xạ, chân không hoặc thăng hoa Theo kết cấu nhóm thiết bò sấy đối lưu có thể gặp các dạng thiết. đường tháo liệu. Sấy tầng sôi có những ưu điểm và nhược điểm như sau: * Ưu điểm: + Năng suất sấy cao + Vật liệu sấy khô đều + Có thể tiến hành sấy liên tục + Hệ thống thiết bò sấy tương đối đơn