Đồ án thiết kế hệ thống tháp sấy ngô năng suất 8 tấn

Bản chất của quá trình sấy Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách kh

Giáo viên: PGS-TS Lê Nguyên Đương

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU……… 3

CHƯƠNG I: Tổng quan về nguyên liệu ngô……… ………4

I Tình hình ngô ở Việt Nam và trên thế giới ………….………4

II Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt ngô….…… ……… 5

CHƯƠNG II: Tổng qua về phương pháp sấy……… 7

I Công nghệ sấy……… 7

1 Bản chất của quá trình sấy……….7

2 Phân loại quá trình sấy………7

3 Tác nhân sấy………9

4 Chất tải nhiệt………10

5 Nguồn nhiên liệu……… 11

II Thiết bị sấy……….12

CHƯƠNG III: Động lực học quá trình sấy……….18

I Những biến đổi cơ bản trong quá trình sấy………18

II Đặc điểm diễn biến của quá trình sấy………20

1 Giai đoạnlàm nóng vật……….20

2 Giai đoạn tốc độ sấy không đổi………20

3 Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần……… 21

III Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc đô sấy………22

CHƯƠNG IV: Tính toán hệ thống tháp sấy ngô năng suất 8 tấn/h… 27

1 Chọn sơ bộ kết cấu……….…… …….……… 27

2 Chọn chế độ sấy…… ………28

3 Tính toán quá trình cháy và hòa trộn……… 29

4 Tính lượng cân bằng ẩm cho từng vùng……… 34

5 Quá trình sấy lí thuyết……… 35

6 Tính toán các tổn thất nhiệt……….… 37

7 Xây dựng quá trình sấy thực……….….39

8 Cân bằng nhiệt……… 42

9 Tính toán năng lượng tiêu hao……… 44

10.Tính toán vùng làm mát……….45

11.Tính toán các thông số của tháp sấy……… 46

12.Tính toán thiết bị phụ trợ………50

KẾT LUẬN

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam là một trong những nước có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời trên thế giới Hiện nay, nông nghiệp vẫn còn chiếm tỉ trọng khá cao trong cơ cấu kinh

tế nước ta Mặc dù vậy, ngành nông nghiệp vẫn chưa đạt được hiệu quả cao tương xứng với vị trí của nó trong nền kinh tế Nguyên nhân chủ yếu là do các khâu thu hoạch, bảo quản và chế biến nông sản tại nước ta hiện nay được thực hiện chưa khoa học Điều đó làm giảm giá trị các sản phẩm khi đưa ra thị trường tiêu thụ

Để cải thiện vấn đề này có rất nhiều phương pháp được đưa ra, trong đó sấy là một trong những phương pháp thông dụng nhất hiện nay Sản phẩm sau khi sấy có thể bảo quản lâu dài, vận chuyển dễ dàng, tăng cảm quan cũng như giá trị kinh tế

Kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp và đời sống Đối với các ngành công nghiệp chế biến nông – lâm – thủy hải sản, quá trình làm khô vật liệu (hay tách nước khỏi vật liệu) là rất cần thiết

Trong công nghiệp thực phẩm, sấy tháp là một trong những phương pháp phổ biến để sấy các loại nông sản như ngô, lúa, đậu…

Trong phạm vi đồ án này, em xin trình bày về đề tài “Sấy ngô bằng tháp sấy với

năng suất 8 tấn/h”

Sinh viên

Nguyễn Thị Huệ

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU NGÔ

1 Tình hình ngô trên thế giới và Việt Nam

Ngô ( bắp) vừa là cây lương thực vừa là cây thức ăn gia súc rất quan trọng, đứng

hang thứ 3 trên thế giới Diện tích trồng bắp hang năm của thế giớ hiện nay khoảng

125 triệu ha, năng suất bình quân khoảng 3.8 triệu tấn /ha, tổng sản lượng bắp trên

525 triệu tấn, hầu như 100% diện tích bắp trên cả nước của các nước tiên tiến đều được trồng bằng các giống bắp lai nên năng suất bình quân 7- 9.4 tấn/ha

Diện tích bắp của Việt Nam tăng dần từ 119000 ha (1939) đến 392000 ha ( 1985)

và khoảng 730000 ha (1998)

Năng suất bắp của nước ta trong thời gian qua cúng tăng nhanh Đến năm 1998

đã đạt được 26.7 tạ/ ha

2 Cấu tạo và thành phần hóa học của ngô

Cơ quan sinh dưỡng của ngô: rễ, thân, lá làm nhiệm vụ duy trì đời sống của

cây bắp Phôi và hạt là khởi thủy của cây mầm

Cơ quan sinh sản đực ( bông cờ) và cái (mầm bắp) khác biệt nhau nhưng nằm trên cùng 1 cây Ngô giao phấn chéo nhờ gió và côn trùng

Khi thu hoạch, con người sử dụng hạt ngô làm thực phẩm Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 4 bộ phận chính: vỏ hạt, lớp aleron, phôi và nội nhũ

 Phôi (8- 15% khối lượng hạt ngô) : bao gồm lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm Phôi ngô chiếm gần 1/3 thể tích hạt, bao quanh phôi cólớp tế bào xốp giúp cho vận chuyển nước vào phôi và ngược lại thuận lợi.

Thành phần hóa học của ngô cho như bảng sau

Thành phần hóahọc (% khối lượng)

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY

1 Bản chất của quá trình sấy

Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá

trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

Đối tượng của quá trình sấy và các vật chứa ẩm, là những vật có chứa một lượng chất lỏng nhất định thường là nước, một số ít là dung môi hữu cơ

Mục đích: tăng năng suất, giảm chi phí vận chuyển, giảm thiểu tối đa vốn đầu tư, giữ được những đặc tính tót nhất của sản phẩm: độ dẻo, giòn, dai, màu sắc, hương

vị, độ bóng sáng, không sứt mẻ, cong vênh, tăng khả năng bảo quản

2 Phân loại quá trình sấy

 Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng,gió… Phương pháp này thời gian

sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ảm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn và phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu

 Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác

nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt… và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên

Phân loại phương pháp sấy nhân tạo:

 Phân loại theo phương thức truyền nhiệt:

 Phương pháp sấy đối lưu: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt

truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt,

 Phương pháp sấy bức xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là thực

hiện từ 1 bè mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thường, bức xạ hồng ngoại

 Phương pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách

cho tiếp xúc trưc tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt

 Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tần: nguồn nhiệt cung cấp

cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên

 Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng cách làm lạnh vật sấy

đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa

 Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi

vào buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt sau 1 thời gian nhất định hạt khô và được tháo ra ngoài

 Phương pháp sấy phun: được dùng để sấy các sản phẩm dạng lỏng

 Bức xạ: sự dẫn truyền nhiệt bức xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm

 Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy:

 Sấy mẻ: vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần,

đến khi hoàn tát sẽ được tháo ra

 Sấy liên tục: vật liệu được cung cấp lien tục và sự chuyển động của vật

liệu ẩm qua buồng sây cũng xảy ra liên tục

 Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm:

 Loại thổi qua bề mặt

 Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệụ

3 Tác nhân sấy

a Định nghĩa

Là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy

Nhiệm vụ: - gia nhiệt cho vật sấy

- Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vào môi trường

- Bảo vệ vật sấy khỏi bị hoảng do quá nhiệt

b Các loại tác nhân sấy

 Không khí nóng

Không khí nóng là loại tác nhân sấy thông dụng nhất

Ưu điểm: - Rẻ, có sẵn trong tự nhiên, có thể dùng hầu hét cho các loại sản phẩm

 Khói lò

Ưu điểm:

- Phạm vi nhiệt độ rộng từ hàng chục đến hang nghìn độ C

- Không cần calorife

Nhược điểm: - Có thể làm ô nhiễm sản phẩm sấy Do đó chỉ dùng cho các vật liệu

không sợ bị ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, 1 số loại hạt có vỏ

 Hỗn hợp không khí hơi và hơi nước

Dùng khi cần có độ ẩm tương đối φ cao

 Hơi quá nhiệt

Hơi quá nhiệt dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm sáy là chất dễ cháy nổ

Kết luận: Từ đề bài và điều kiện chọn khói lò

- Áp suất sử dụng thấp hơn khi dùng hơi

- Lò nước nóng có cấu tạo đơn giản hơn, giá thành rẻ hơn

- Nhiệt dung riêng của nước nhỏ hơn nên thiết bị gọn nhẹ hơn

Nhược điểm:

- Nhiệt độ bị hạn chế (thường < 100C ) nếu dùng ở nhiệt độ cao hơn thì phảidùng nước ở áp suất cao

- Phải xử lý nước để chống đóng cặn

 Chất lỏng hữu cơ

Ưu điểm: - Nhiệt độ có thể tăng lên vài trăm độ ở áp suất khí quyển

- Không có hiện tượng đón cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt

- Lò gia nhiệt chất lỏng hữu cơ có cấu tạo đơn giản hơn lò hơi

Nhược điểm: - Nhiệt dung riêng bé hơn nước nên lưu lượng lớn hơn so với nước

khi cùng công suất

- Giá thành đắt hơn nước

 Khói lò :

Ưu điểm: - không phải trang bị lò hơi nên vốn đầu tư ít hơn

Nhược điểm :

- calorife khí- khói làm việc ở nhiệt độ cao cần dùng vật liệu chịu nhiệt

- khói lò có hệ số truyền nhiệt thấp nen diện tích bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với dùng hơi nước hay chất lỏng

 Điện :

Ưu điểm: - Thiết bị đơn giản, hiệu suất sử dụng cao

- Dễ điều chỉnh nhiệt độ

- Không gây ô nhiếm môi trường

Nhược điểm: giá thành nhiên liệu cao

Kết luận: từ đề bài và điều kiện chọn khói lò

5 Nguồn nhiên liệu

Mục đích: để gia nhiệt cho không khí

 Điện ( calorife điện):

Ưu điểm: - Thiết bị gọn nhẹ, sạch sẽ

- Dễ điều chỉnh nhiệt độ của tác nhân

Nhược điểm: - chi phí lớn

 Nhiên liệu ( than, củi ) ( calorife khí- khói )

Ưu điểm: rẻ, thiết bị đơn giản

Nhược điểm: - Cồng kềnh, bẩn

- Khó điều chỉnh nhiệt độ tác nhân

 Hơi nước: dùng caorife khí- hơi

Kết luận: chon nguồn nhiên liệu than

 Thiết bị sấy đối lưu: sử dụng phương pháp truyền nhiệt đối lưu

Tác nhân sấy đồng thời là chất mang nhiệt để cung cấp năng lượng cho vật liệusấy và mang ẩm thoát ra từ vật liệu sấy thải vào môi trường Thường sử dụng không khí nóng hoặc khói lò

 Thiết bị sấy buồng

- Thường dùng sấy các vất liệu dạng cục, hạt với năng suất không lớn lắm

- Làm việc theo chu kỳ

- Buồng sấy có thể làm bằng thép tấm 2 lớp, giữa có cách nhiệt hoặc đơn giản xây bằng gạch đỏ có cách nhiệt hoặc không

- Dung lượng: nhỏ (dm3 –m3)

- Tác nhân sấy: thường là không khí nóng hoặc khói lò

Không khí nóng được đốt nóng nhờ calorife điện hoặc calorife khí- khói Calorife được đặt dưới các thiết bị đỡ vật liệu hoặc 2 bên buồng sấy

- Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, không yêu cầu mặt bằng lớn nhưng năng suất không cao, khó cơ giới hóa, vốn đầu tư không đáng kể do đó thiết bị buồng sấy phù hợp với các xí nghiệp bé, lao động thr công là chính, chưa

có đủ kinh phí để xây dựng các thiết bị sấy có năng suất cao hơn, dễ cơ giới hóa

 Thiết bị sấy hầm

- Sấy vật liệu dạng cục, hạt vowus năng suất cao, dễ cơ giới hóa

- Vật liệu sấy được đưa vào và lấy ra liên tục

- Hầm sấy thường dai 10-15m hoặc lớn hơn, xây bằng gạch đốc cách nhiệt hoặc không

- Thiết bị truyền tải thường là xe goong hoặc băng tải

- Tác nhân sấy: chủ yếu là không khí nóng

- Calorife dùng để gia nhiệt cho không khí thường là calorife khí- hơi hoặckhí- khói Tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu là hơi nước hay khói lò, thường được bố trí trên nóc hầm sấy

 Thiết bị sấy tháp

- Cũng giống như hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp chuyên dùng đểsấy các sản phẩm dạng hạt như: ngô, thóc, lúa mì Nếu như hệ thống sấythùng quay năng suất bé, có thể để trên xe chuyên dụng di chuyển từ cơ sởsản xuất này đến cơ sở sản xuất khác thì hệ thống sấy tháp có năng suất lớnhơn và thường sấy bảo quản ở các kho, các nhà máy xay hoặc các cơ sở sảnxuất lớn, tập trung

- Hệ thống máy sấy gồm calorife học cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộnvới không khí tươi, hệ thông quạt và các thiết bị phụ trợ khác

- Cấu tạo chính của hệ thống sấy tháp là tháp sấy Tháp sấy là một khối hìnhhộp có chiều cao lớn hơn rất nhiều chiều rộng và chiều ngang hoặc là mộtkhối hình hộp được chia nhỏ thành các khối con Trong tháp đặt các dãyhình chóp là các kênh dẫn và kênh thải tác nhân sấy Thường các kênh dẫn

và kênh thải đặt xen kẽ nhau

- Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóng luồn lách qua lớp vật liệu thực hiện quátrình trao đổi nhiệt sấy và nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài Vậtliệu sấy chuyển động từ trên xuống dưới từ tính tự chảy do trọng lượng bảnthân của chúng Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa các dòngtác 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 Do đó,trong thiết bị sấy tháp, nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được gồm 2 thành phần:thành phần đối lưu giữa tác nhân sấy với khối lượng hạt và thành phần dẫnnhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệunằm trên đó

- Khi sấy hạt đi từ trên cao ( do gàu tải hoặc vít tải đưa lên) xuống dưới mặtđất theo chuyển động thẳng đứng hoặc zic- zắc trong tháp sấy Để tăng năngsuất thiết bị ngoài phương pháp ở rộng dung lượng của tháp thì ở một mức

đọ đáng kể thì người ta còn tìm cách tăng tốc độ tác nhân chuyển động qualớp hạt Tốc độ này có thể đạt 0.2- 0.3m/s đến 0.6- 0.7m/s hoặc lớn hơn tuynhiên tốc độ của tác nhân sấy đi ra khỏi ống góp kênh thải không nên quá6m/s để tránh hạt bị cuốn theo tác nhân đi vào hệ thống thải ẩm

- Hệ thống sấy tháp có thể hoạt động liên tục hoặc bán liên tục tùy dạng vậtliệu sấy và trạng thái ẩm của nó Vật liệu sấy được gầu hoặc băng tải đưa lênđỉnh tháp và dịch chuyển từ trên xuống dưới, còn tác nhân sấy chuyển độngngược lại từ dưới đi lên từ các kênh dẫn xuyên qua dòng vật liệu sấy thựchiện quá trình trao đổi nhiệt - ẩm vào các kênh thải qua ống thải ẩm và thảivào môi trường

- Hệ thống sấy tháp có nhiều loại tùy thuộc vào năng suất và kết cấu tạo sựdịch chuyển của dòng hạt

- Hệ số truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và lớp hạt có thể xác định bằng côngthức thực nghiệm của V.W:

Khi Re= 20- 200 thì Nu= 0.106Re

Khi Re > 200 thì Nu= 0.610Re0.67

- Tiêu thụ năng lượng thấp

- Máy sấy tháp cho độ đồng nhất ẩm độ rất tốt

Các loại máy sấy tháp phổ biến

 Máy sấy tháp tam giác

 Máy sấy tháp tròn

 Máy sấy tháp hình thoi

 Thiết bị sấy thùng quay

- Thiết bị sấy thùng quay cũng là 1 thiết bị sấy chuyên dụng để sấy các vật liệu dạng hạt hoặc bột nhão , cục nhưng có thể có độ ẩm ban đầu hớn và khó

tự dịch chuyển nếu dùng thiết bị sấy tháp

- Phần chính của thiết bị sấy thùng quay là 1 trụ tròn đặt nằm nghiêng 1 góc với mặt phẳng

- Độ điền đầy của vật liệu sấy trong thùng tùy theo cấu tạo và vật liệu sấy

- Tác nhân sấy chủ yếu trong thiết bị sấy thùng quay thường là không khí nóng hoặc khói lò Nó có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều với vật liệu sấy

- Tốc độ tác nhân sấy không vượt quá 2-3m/ seek

- Thiết bị thùng quay không nên làm việc ở áp suất dương

 Thiết bị sấy khí động

- Thường dùng để sấy các vật liệu dạng hạt bé, nhẹ, xốp như than cám cỏ, hoặc rau băm nhỏ,các tinh thể…

- Tác nhân sấy chủ yếu là không khí nóng và khói lò

- Phần chính là 1 ống thẳng , vật liệu sấy được không khí nóng hoặc khói lò cuốn từ dưới lên trên và dọc theo ống

- Tốc độ tác nhân phụ thuộc vào chủng loại vật liệu sấy,kích thước, khối lượng riêng của hạt, có thể đạt tơi 10-40m/ seek

- Nhược điểm: tiêu tốn năng lượng lớn, nhất là điện dùng cho quạt, điều kiện

vệ sinh công nghiệp khó thực hiện tốt và có khả năng gấy nguy hiểm nếu vậtliệu có thể gây cháy nổ

 Thiết bị sấy tầng sôi

- Thường dùng sấy các vật liệu dạng hạt, cục

- Ưu điểm : + cường độ sấy rất lớn, có thể đạt hàng tram kg ẩm/m3

+ dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ sấy và vật liệu sấy khá đồng đề

- Nhược điểm: tiêu tốn năng lượng rất lớn để tạo ra áp lực đáng kể duy trì

trạng thái “sôi” của vật liệu, cấu tạo phức tạp

 Thiết bị sấy phun

- Chuyên dùng để sấy cá dịch thể Sản phẩm sấy dùng để sấy các dạng bột hòatan như sữa bò, sữa đậu nành, bột trứng, café hòa tan…

- Bộ phận cơ bản của thiết bị sất phun là buồng sấy, là 1 tháp hình trụ

- Dịch thể được nén bằng 1 bơm cao áp đưa vào qua vòi phun cùng với tác nhân tạo thành sương mù và quá trình sấy được thực hiện

CHƯƠNG III: ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SẤY

Trong quá trình sấy xảy ra hai quá trình cơ bản:

 Quá trình trao đổi nhiệt: vật liệu sấy sẽ nhận nhiệt để tăng nhiệt độ và để

ẩm bay hơi vào môi trường

 Quá trình trao đổi ẩm: quá trình này diễn ra do sự chênh lệch độ ẩm tương

đối của vật ẩm và độ ẩm tương đối của môi trường không khí xung quanh Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch áp suất hơi trên bề mặt của vật liệu sấy và áp suất riêng phẩn của hơi nước trong môi trường không khí Quá trình thải ẩm diễn ra cho đến khi độ ẩm của vật ẩm cân bằng với môi trường không khí xung quanh Do đó,trong quá trình sấy ta không thể sấy đến độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm cân bằng Độ ẩm của môi trường không khí xung quanh càng nhỏ thì quá trình sấy càng nhanh và độ ẩm cuối của vật liệu càng thấp Qua đó có thể kết luận độ ẩm tườn đối của môi trường không khí xung quanh là động lực cho quá trình sấy, đây cũng là nguyên nhân tại sao khi sấy bằng bơm nhiệt (sấy lạnh) thì thời gian sấy giảm đi rất nhiều

Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy

Gồm hai quá trình:

 Quá trình khuếch tán nội (trong lòng vật liệu sấy)

Quá trình khuếch tán nội là quá trình chuyển dịch ẩm từ các lớp bên trong ra lớp

bề mặt của vật ẩm Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch nồng độ ẩm giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt Qua nghiên cứu ta thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có phân áp suất cao đến nơi có phân áp suất thấp Do đó tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều nhau

Ta có thể biểu thị tốc độ khuếch tán nội bằng phương trình như sau:

dW

dτ =k F

dc dx

Trong đó: W là lượng nước khuếch tán, kg

dτ là thời gian khuếch tán, giờ

F là diện tích bề mặt khuếch tán, m2

k là hệ số khuếch tán

Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trình thoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy.Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều nhau sẽkìm hãm sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy

 Quá trình khuếch tán ngoại

Quá trình khuếch tán ngoại là quá trình chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấyvào môi trường không khí xung quanh Động lực của quá trình này là do sự chệnh lệch áp suất hơi trên bề mặt của vật ẩm và phân áp suất hơi trong môi trường không khí

Lượng hơi nước bay hơi trong quá trình khuếch tán ngoại thực hiện được dưới điều kiện áp suất hơi nước trên bề mặt (Pbm) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí (Pkk) Sự chênh lệch đó là ∆P= Pbm – Pkk Lượng hơi nước bay hơi tỷ lệ thuận với ∆P, với bề mặt bay hơi và thời gian làm khô ta có:

dW = B(Pbm – Pkk).F.dτ

Tốc độ bay hơi nước được biểu diễn như sau:

dW dτ =B ¿bm – Pkk).F

Trong đó: W là lượng nước bay hơi, kg

F là diện tích bề mặt bay hơi, m2

dτ là thời gian bay hơi, giờ

B là hệ số bay hơi

 Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại

Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có một mối quan hệ chặt chẽ với nhau, quátrình khuếch tan nội là động lực của quá trình khuếch tán ngoại và ngược lại Tức

là khi khuếch tán ngoại được tiến hành thì khuếch tán nội mới có thể được tiếp tục

và như thế độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần Tuy nhiên trong quá trình sấy ta phải làm sao cho hai quá trình này ngang bằng với nhau, tránh trường hợp khuếch tán ngoại lớn hơn khuếch tán nội vì khi đó sẽ làm cho sự bay hơi ở lớp bề mặt diễn ra mãnh liệt làm cho bề mặt của sản phẩm bị khô cứng, hạn chế sự thoát hơi ẩm Khi xảy ra hiện tượng đó ta khắc phục bằng cách sấy gián đoạn (quá trình sấy - ủ liên tiếp) mục đích là để thúc đẩy quá trình khuếch tán nội

Quá trình sấy xảy ra 3 giai đoạn:

- Giai đoạn làm nóng vật

- Giai đoạn sấy tốc độ không đổi

- Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần

1 Giai đoạn làm nóng vật

Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho đến khi nhiệt độ đạt đến bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt (tư) Trong quá trình này, toàn bộ vật sấy được gia nhiệt Ẩm longrtrong vật cũng được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí buồng sấy (tư) Do được làm nóng nên nhiệt độ ẩm của vật có giảm chút

ít do bay hơi ẩm còn )nhiệt độ không đồng đều ở phần ngoài và phần trong vật Vùng trong vật đạt tới tư. Đối với những vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xảy

ra rất nhanh

2 Giai đoạn tốc độ sấy không đổi

Kết thúc giai đoạn làm nóng vật, nhiệt độ của vật bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhệt độ của vật giữ không đổi

en nhiệt lượng cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát

bề mặt vật, ẩm lỏng bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi Do nhiệt độ không khí nóng không đổi, nhiệt độ của vật không đổi, nên chênh lệch nhiệt độ vật và môi trường cũng không đổi Do vậy tốc độ bay hơi ẩm của vaath cũng không thay đổi Điều này sẽ làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm của vật liệutheo thời gian (∂u ∂ τ) không đổi, cũng có nghĩa là tốc độ sấy không đổi:

∂u ∂ τ = const

Trong giai đoạn sấy tốc độ không đổi biến thiên của độ chứa ẩm theo thời gian

là tuyến tính Ẩm được thoát ra trong giai đoạn này là ẩm tự do Khi độ ẩm của vật đạt đến trị số giới hạn uk = ucbmax thì giai đoạn có tốc độ sấy không đổi kết thúc đồng thời cũng chấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự do chuyển sang giai đoạn tốc độ sấy giảm

3 Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần

Kết thúc giai đoạn sấy tốc dộ không đổi , ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vật là ẩm liên kết Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn so với ẩm tự

do và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ ( liên kết càng chặt) Do vậy tốc độbay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn trong giai đoạn có tốc độ sấy không đổi,

có nghĩa là tốc dộ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn và càng giảm theo thời gian sấy

Quá trình sấy càng tiếp diễn độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm dần cho đến khi đọ của vật giảm dần đến bằng độ ẩm cân bằng ứng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy ( ucb, wcb )) thì quá trình thoát ẩm của vật ngừng lại có nghĩa là tốc độ sấy bằng không Trong giai đoạn sấy tốc độ giảm nhiệt

độ sấy tăng lên lớn hơn nhiệt độ của nhiệt kế ướt Nhiệt độ ở các lớp bên ngoài mặttăng nhanh hơn còn càng vào sâu bên trong vật nhiệt độ tăng chậm do đó hình thành gradient nhiệt độ trong vật sấy Khi độ ẩm của vật đã đến độ ẩm cân bằng thìlúc này giữa vật sấy và môi trường có sự cân bằng nhiệt và ẩm Ở cuối quá trình sấy do tốc độ sấy nhỏ nên thời gian sấy kéo dài Người ta sấy đến độ ẩm cuối u2

(w2) lớn hơn độ ẩm cân bằng

III Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy

1 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí

Trong các điều kiện khác không đổi như: độ ẩm không khí, tốc độ gió,…nângcao nhiệt độ của không khí sẽ làm tăng nhanh quá trình làm khô Như vậy ở nhiệt

độ sấy cao tốc độ làm khô sẽ nhanh hơn Tuy nhiên nhiệt độ tăng cao cũng phảitrong giới hạn cho phép, vì nhiệt độ cao sẽ ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm.Mặt khác, sự cân bằng giữa quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại bị phá

vỡ, khuếch ngoại thì lớn còn khuếch tan nội thì nhỏ dẫn đến hiện tượng vỏ cứngảnh hưởng sự di chuyển của nước từ trong ra Nhưng nếu nhiệt độ làm khô thấp

quá, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa,hủy hoại thịt cá Nhiệt độ làm khô tùy thuộc vào loại nguyên liệu, kết cấu tổ chức

cơ thịt, phương pháp chế biến và nhiều phương pháp khác

2 Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối không khí

Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quátrình làm khô Độ ẩm tương đối không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ càngchậm Khi không khí càng khô tức là độ ẩm càng thấp, quá trình khuếch tán tăng,

ẩm càng dễ thoát ra hơn Tuy nhiên, cần chú ý đến hiện tượng mất cân bằng trongquá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại, gây hiện tượng tạo màng cứng Đểtránh hiện tượng này người ta áp dụng phương pháp làm khii gián đoạn, tức là vừasấy vừa ủ ẩm

3 Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí

Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình làm khô.Tốc độ không khí quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy Nếutốc độ quá lớn sẽ làm bay sản phẩm hay khó giữ được nhiệt lượng trên nguyênliệu để cân bằng quá trình sấy, còn tốc độ quá nhỏ làm cho quá trình sấy lâu, dẫnđến sự hư hỏng sản phẩm Khi đó, ngoài sản phẩm sẽ lên mốc gây thối rữa tạo

thành lớp dịch nhầy có mày sắc và mùi vị khó chịu Vì vậy cần phải có một tốc độgió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của quá trình làm khô

4 Ảnh hưởng của áp suất tác nhân sấy

Tốc độ sấy trong khí quyển ở một nhiệt độ nhất định được bểu thị :

dW

dτ =B¿1 – P2) Trong đó :

P1 – phân áp suất hơi nước trên bề mặt nguyên liệu (mmHg)

P2 – phân áp suất riêng phần hơi nước trong không khí (mmHg)

B – hệ số bay hơi nước trong khí quyển

B phụ thuộc vào tốc độ gió, hướng gió và cấu tạo của nguyên liệu Khi sấy ở áplực thường có tốc độ gió không đổi thì B là một hằng số phụ thuộc vào sự truyềndẫn ẩm trong nguyên liệu và sự trao đổi chất trong máy sấy, lúc đó hệ số bay hơi Bđược đặc trưng bằng hệ số K, tức là :

dW

dτ =K¿1 – P2)

Như vậy khi sấy trong chân không có nhiệt độ không đổi, thì tốc độ sấy tỉ lệ vớihiệu số áp suất trên bề mặt nguyên liệu và trong hệ thống sấy Áp suất P2 trongmáy sấy giảm thì tốc độ sẫy sẽ tăng nhưng quan hệ đó không phải là quan hệ bậcnhất.

5 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu

Nói chung nguyên liệu càng nhỏ, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh Như đãnói ở trên cả hai quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại đều tỉ lệ thuận vớidiện tích bề mặt của nguyên liệu.Khi vật có bề mặt hơi nước lớn thì nước trongnguyên liệu càng dễ bị bay hơi, vật liệu càng nhanh khô

Trong những điều kiện khác như nhau thì tốc độ sấy tỷ lệ thuận với diện tích

bề mặt S, và tỷ lệ nghịch với chiều dày của nguyên liệu σ

S – diện tích bề mặt bay hơi của nguyên liệu

σ - chiều dày của nguyên liệu

B – hệ số bay hơi dặc trưng cho bề mặt nguyên liệu

Chẳng hạn khi làm khô cá to, muốn cho nhanh chóng thì phải cắt, mổ phânchia nhỏ ra Dựa vào thời hạn bảo quản sản phẩm để chọn phương pháp cắt mổ chophù hợp Muốn bảo quản cá được lâu khi mổ phải giữ lại da và vẩy để làm chậm sựxâm nhập của nấm mốc và giữ cho thịt cá khô khó hút ẩm

6 Ảnh hưởng của việc ủ ẩm

Ủ ẩm là công đoạn tiếp theo của bán thành phẩm, sau khi đã sấy khô một thờigian Vì vậy ủ ẩm là mục đích của quá trình sấy khô gián đoan để đảm bảo sự dichuyển của nước trong sản phẩm ra bề mặt được đều hơn, rút ngắn thời gian sấykhô Nhưng quá trình ủ ẩm phải là một thời gian nhất định và thời gian sấy khô banđầu cũng không được quá ngắn hoặc quá dài Nếu thời gian sấy quá ngắn thì bềmặt ngoài của nguyên liệu chưa khô nê khi ủ ẩm sẽ làm cho bề mặt ngoài của bánthành phẩm xảy ra hiện tượng sinh ra chất nhớt Ngược lại thời gian sấy quá lâu thì

bề mặt nguyê liệu quá khô sẽ ảnh hưởng tới thời gian ủ ẩm, ảnh hưởng đến chấtlượng sản phẩm Vì vậy phải chú ý đến chế độ sấy khô gián đoạn cho thích hợp vớitừng loại nguyên liệu

7 Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu

Nguyên liệu đưa vào làm khô cần phải xét đến thành phần hóa học như : nước,

mỡ, protit, chất khoáng, kết cấu tổ chức rắn chắc hay lỏng lẻo,…Ví dụ : Cá tươihay ươn, mặn hay nhạt… căn cứ vào các yếu tố đó t chọn chế độ làm khô cho thíchhợp.Cá được cắt mổ, loại cá nhỏ sẽ được làm khô nhanh nhưng quan trọng ở đây là

tỉ lệ S σ càng lớn thì quá trình làm khô sẽ càng nhanh, bề mặt nguyên liệu nhẵn vàsáng thì tốc độ làm khô sẽ chậm

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

Vật liệu sấy là ngô, các thông số vật lý cơ bản như sau:

- Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy ( theo vật liệu ướt): ω1= 22%

- Độ ẩm cuối của vật liệu sấy ( theo vật liệu ướt) : ω2 = 14%

- Khối lượng riêng hạt vật liệu: ρr = 1.253kg/m3

- Khối lượng riêng của khối hạt: ρr = 850 kg/m3

- Nhiệt dung riêng của vật liệu khô: Ck = 1.2 – 1.7 kJ/kg.K

- Năng suất nhập liệu G1 = 8 tấn/h = 8000 kg/h

- Nhiên liệu là than có thành phần: C = 57%, H= 4.6%, S= 1.6%, O= 2.6%, N= 0.2%, Tr= 19%, A= 15%

Chọn tháp sấy:

 Gồm 2 vùng sấy và 1 vùng làm mát