Nghiên cứu thiết bị sấy tháp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA Nghiên cứu Thiết bị sấy tháp Giảng viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Lớp : MSSV : Phần 1: MỞ ĐẦU SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI trang1 1.1/ Sơ lược về sấy: Trong công nghiệp hoá chất , quá trình tách nước khỏi vật liệu ( làm khô vật liệu ) là rất cần thiết . Tuỳ theo tính chất và độ ẩm của vật liệu , tuỳ theo yêu cầu về mức độ làm khô vật liệu có thể sử dụng nhiều phương pháp tách nước khác nhau : phương pháp cơ học , phương pháp hoá lý , phương pháp nhiệt… Trong đó phương pháp nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất . Quá trình làm bốc hơi nước khỏi vật liệu bằng nhiệt gọi là sấy . Quá trình sấy được phân biệt gồm sấy tự nhiên và sấy nhân tạo. Sấy tự nhiên là lợi dụng năng lượng mặt trời để làm bay hơi ẩm trong vật liệu . Biện pháp này khá đơn giản nhưng phụ thuộc vào điều kiện khí hậu do tiến hành ở ngoài trời . Vì vậy trong quá trình sản xuất phải tiến hành sấy nhân tạo. Mục đích của quá trình sấy là làm giảm hàm lượng ẩm trong vật liệu , hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng , nhằm làm tăng tính bền vững trong bảo quản ( nông sản và thực phẩm ) , tăng độ bền cơ học ( gốm sứ ) , nâng cao nhiệt lượng cháy ( củi , than ) .Đồng thời làm giảm giá thành vận chuyển. Đối tượng của quá trình sấy , phương pháp cung cấp nhiệt cho vật liệu trong quá trình sấy rất đa dạng . Do đó có thể lựa chọn phương án , thiết bò tối ưu để đạt hiệu quả sấy cao nhất. Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng ( nhiệt năng ) để biến đổi trạng thái của pha lỏng ( nước ) trong vật liệu thành hơi . Đây là quá trình không ổn đònh , độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian. SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI trang2 1.2/ Nguồn gốc và đặc tính vật liệu : 1.2.1/ Nguồn gốc : Lúa là nguồn lương thực chính của gần một nửa dân số trên trái đất . Lúa được trồng nhiều ở khu vực Đông Nam châu Á . Về diện tích canh tác lúa đứng hàng thứ hai sau lúa mỳ nhưng về năng suất của lúa là loại cao nhất . Theo nhiều nguồn tài liệu thì cây lúa xuất hiện từ hơn 3000 năm trước công nguyên ở vùng Đông Nam châu Á . Tới nay rất nhiều nước trên khắp năm châu đều có trồng lúa . Lúa nước là loại cây ưa nước và ẩm , do đó láu được trồng nhiều ở châu thổ các sông lớn thuộc các vùng khí hậu ôn đới và nhiệt đới . Cây lúa thuộc họ hào thảo và có trên 20 loại khác nhau . Phổ biến nhất và có ý nghóa kinh tế hơn là loại lúa nùc ( crizasativa ) . Lúa nùc lại được chia làm hai loại là lúa ngắn hạt ( C.S brevis ) và lúa hạy bình thường ( O.S communis ) . Lúa nước hạt bình thường là loại phổ biến hơn cả và đã tồn tại đến ngày nay. Ở nước ta còn có lúa nếp và lúa tẻ ( phân biệt theo sự khác nhau về thành phần và tính chất của nội nhũ ). 1.2.2/ Cấu tạo và tính chất của hạt lúa: Lúa là loại hạt lương thực có vỏ trấu bao bọc . Đầu của vỏ trấu có râu . Tuỳ theo giống và điều kiện sinh trưởng , râu lúa có thể dài hoặc ngắn. Ở cuống của vỏ trấu có mày hạt . SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI trang3 Màu sắc của vỏ trấu cũng khác nhau tuỳ theo giống lúa và điều kiện trồng trọt , thường có màu vàng nhạt , vàng nâu hoặc nâu đen . Tỉ lệ của vỏ trấu so với toàn hạt dao độ trong một phạm vi khá lớn , khoảng từ 10 đến 30% , thông thường là 17 đến 23% . Các lớp vỏ ngoài và vỏ trong của gạo lột chiến khỏang 4 đến 5% khối lượng hạt và chứa sắc tố vàng đục hoặc nâu hồng . Lúa chỉ có 1 lớp tế bào ( riêng ở lưng hạt có thể có 2 đến 3 lớp ). Lớp tế bào alơrôn chiếm khoảng 2đến 3% . Nội nhủ chiếm tỉ lệ 65 - 67% . Tuỳ thuộc vào giống và điều kiện sinh trưởng của cây mà nội nhủ hạt lúa có cấu tạo trong , đụa hoặc vừa trong vừa đục . Khi cắt ngang hạt lúa đục sẽ thấy vết đục có màu trắng . Vết đục có thể lớn hoặc nhỏ và nằm ở vò trí bất kỳ trong nội nhũ . Nếu vết đục nằm ở giữa hạt gọi là hạt bạc lõi , nếu vết đục nằm ở cạnh hạt thì gọi là hạt bạc bụng . Vết đục ở lõi không bò mất trong quá trìng xay xát . Hạt bạc lõi với vết đục lớn sẽ bò gãy nát nhiều trong quá trình xay xát . Giống lúa có độ trong cao thì tỉ lệ thành phẩm thu được trong quá trình xay xát cũng cao , do đó người ta coi độ trong là 1 chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng lúa . Trong nhiều tài liệu còn nêu lên một đặc điểm có tính qui luật của lúa là hàm lượng protein trong lúa phụ thuộc vào độ trong của lúa theo hàm số bậc nhất . SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI trang4 Độ trong của lúa còn phụ thuộc nhiều vào điều kiện chín của hạt . Hạt chín trong điều kiện độ ẩm của không khí cao có độ trong thấp hơn so với hạt chín trong điều kiện không khí khô ráo. 1.2.3/ Thành phần hóa học của hạt 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 chất kể trên như : đường , tro , chất béo , sinh tố . Thành phần hoá học của hạt lúa phụ thuộc vào giống , đất đai trồng trọt , khí hậu và độ lớn bản thân hạt lúa . Cùng chung điều kiện trồng trọt và sinh trưởng , nhưng thành phần hoá học của gạo vỏ ngoài đỏ khác so với gạo trắng , thông thường hàm lượng chất béo và protein trong gạo vỏ ngoài đỏ hơn cao hơn đôi chút . Cùng một giống thóc nhưng trồng ở đòa phương khác nhau thì thành phần hoá học cũng khác nhau : 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 SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI trang5 1.3/ Đặc điểm chế độ sấy thóc: Thóc là một loại vật liệu yêu cầu sấy ở chế độ mềm vì tính bền chòu nhiệt của thóc rất kém , không cho phép nâng nhiệt độ đốt nóng hạt lên cao . Khác với hạt mỳ tính bền chòu nhiệt được thể hiện bằng sự xuất hiện biến tính của protein thì của thóc là sự xuất hiện các vết nứt của nộ nhũ . Nguyên nhân hình thành các vết nứt là do trong quá trình sấy tạo nên gradient ẩm từ ngoài vào trong trung tâm hạt , độ ẩm của lớp ngoài hạt giảm nhanh , tạo ra trạng thái căng thể tích của phần trung tâm , khi tăng nhiệt độ làm cho sức căng đó vượt quá độ bền trắc của hạt thì tạo nên các vết nứt . Các vết nứt xuất hiện theo các vách protein nhăn cách giũa các hạt tinh bột . Loại lúa nội nhũ trong thường bền hơn nên ít nứt so với lúa nội nhũ đục . Những hạt nội nhũ gồm cả phần trong và phần đục thì vết nứt bắt đầu từ ranh giới của phần trong sang phần đục. Gradient hàm ẩm không những phụ thuộc vào nhiệt độ sấy mà còn phụ thuộc độ ẩm ban đầu của vật liệu . Nếu trườc khi sấy độ ẩm hạt càng cao thì gradient hàm ẩm càng cao hạt càng dễ bò nứt. Khi hạt bò nứt thì đồng thời độ nảy mầm của hạt cũng giảm. Vì vậy trong quá trình sấy người ta thường sấy xong rồi ủ sau đó mới đem ra sấy tiếp . Mục đích ủ là làm giảm gradient hàm ẩm giữa trung tâm và lớp ngoài của hạt , do sự chuyển ẩm dần từ trung tâm ra vòng ngoài . Với phương pháp này thóc ít bò nứt nhưng thời gian sấy khô kéo dài. SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI trang6 Phần 2 : THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NHGỆ Lúa từ vựa tiếp liệu 13 được cho vào phểu . Từ đó được gầu tải 11 đưa lên phểu nhập liệu, qua đóa phân phối hạt, lúa sẽ được đổ đầy vào nắp tháp . Củi được đưa vào lò đốt đặt trên ghi lò , được đốt để tạo ra khói lò trong lò đốt 1 . Khói lò sau khi ra khỏi lò đốt 1 cho qua buồng lắng bụi rồi sau đó cho qua buồng hoà trộn . Khói lò sau khi ra buồng hoà trộn được quạt thổi vào tháp sấy 6 . Lúa di chuyển xuống dưới nhờ tác dụng của trọng lực qua các máng dẫn và máng thải TNS . Khói lò được thổi lên trên thông qua các máng dẫn khí thải tiếp xúc ngược chiều với lúa . Vật liệu chuyển động len lỏi qua khe hở giữa các máng tác nhân , từ từ điền đầy các chỗ trống trong tháp.Sau khi sấy vật liệu được đưa vào buồng làm nguội . Vật liệu sau khi được làm nguội ra ngoài và được tải ra ngoài nhờ băng tải. SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI trang7 Phần 3 : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1/ Tính toán về khói lò: Các thông số tự chọn: Chọn nhiên liệu đốt là củi với các thành phần ẩm : A = 10% ; Tr = 0.9 % C = 45.5% ; H = 5.4% ; O = 37.8% [1]. SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI trang8 Nhiệt độ của không khí là 30 0 C. Độ ẩm của không khí là 70%. Tra được nhiệt dung riêng của nhiên liệu C nl = 1.2 kJ/kgđộ. Nhiệt độ của nhiên liệu bằng nhiệt độ của môi trường 30 0 C. Hiệu suất buồng đốt 75%. Nhiệt dung riêng của khói khô bằng nhiệt dung riêng của không khí =1.004kJ/kgđộ. 3.1.1/ Xác đònh lượng không khí khô lí thuyết cho quá trình cháy nhiên liệu:L 0 L 0 =11.6C + 34.8 H + 4.3(S-O) (3.1) =5.53 kg/kgnl. Nhiệt trò của gỗ: Q c = 8100C + 30000H - 2600(O-S) (3.2) =4275 kcal/kgnl = 17870 kJ/kgnl. 3.1.2/ Lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy: L Ta có L/L 0 = bđ Chọn bđ = 1.2 L = 6.636 kg/ kgnl. 3.1.3/ Xác đònh các thông số trạng thái của không khí: - Trước khi vào lò đốt: 0 = 70% ; t 0 = 30 0 C. SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI α α ⇒ ϕ trang9 P 0 = exp(12 - ) (3.3) = exp ( 12 - ) = 0.0422 bar. Lượng chứa ẩm x 0 : x 0 = 0.612 (3.4) = 0.621 = 0.019 kg ẩm/ kg kkk Enthapi của hơi nước: H 0 = 1.004 t 0 + x 0 (2500 +1.842t 0 ) (3.5) = 1.004 30 + 0.019 (2500 + 1.842 30 ) = 78.67kJ/ kgkkk - Xác đònh trạng thái của khói lò sau buồng đốt Khối lượng hới nước chứa trong khói lò: G’ a = ( 9H + A ) + bđ L 0 x 0 (3.6) = 9 0.054 + 0.1 + 1.2 5.53 0.019 = 0.712 kg ẩm/ kgnl. Khối lượng khói khô: L’ 1 = ( bđ L 0 + 1 ) – { Tr + ( 9H +A )} (3.7) = 7.041kg kkk / kgnl. Lượng chứa ẩm x’ 1 = G’ a / L’ 1 = 0.712 / 7.041 = 0.101 kg ẩm/ kgkkk. SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI 0 5.235 42.4026 t+ 305.235 42.4026 + 00 00 PB P ϕ ϕ − 042.07.0750/745 042.07.0 ∗− ∗ ∗∗ α ∗∗∗ α trang10 [...]... 0.07317(0.621 + 0.0305) Lượng tác nhân sấy lý thuyết cần để bốc hơi hết 1 kg ẩm L = W / (x2 – x1 ) SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI (3.15) trang15 = 620.69/ (0.0305 – 0.02 ) = 59113.33 kg/ kgẩm Phần 4: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ &KẾT CẤU THIẾT BỊ CHÍNH 4.1/ Tính thời gian sấy: Thời gian sấy được chia làm hai giai τ 1 đoạn : giai đoạn sấy đẳng tốc 2 và giai đoạn sấy giảm tốc : 4.1.1/ Thời gian sấy giảm tốc : SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI... cưỡng bức giữa tác nhân sấy và vật liệu Theo kinh nghiệm được α 1 tính như sau : [1] trang 144 Khi tốc độ khói lò đi trong tháp v < 5 m/s = 6.15 + 4.17 v α 1 (4.6) Tốc độ tác nhân sấy đi ÷ trong các vùng sấy tháp lấy theo kinh nghiệm thường vào khoảng (0.3 0.5) m/s [1] trang 241 Ở đây ta chọn 0.5 m/s α1 = 6.15 + 4.17 x 0.4 = ⇒ 8.125W/ m2 độ + tm : nhiệt độ trung bình tác nhân sấy tm = ( 65 + 40 ) /... phần hai chiều cao buồng sấy Vậy số máng theo chiều cao buồng làm mát là 10 máng Buồng làm mát cao 4 m 4.2.2/ Tính bề dày thiết bò : Vì áp suất khói lò trước khi vào tháp sấy rất nhỏ ta có thể coi như tháp không chòu áp lực mà chỉ chòu lực do khối vật liệu sấy tác động lên Coi thành tháp là một thanh dầm Coi toàn bộ vật liệu có khối lượng m Ta xét bài toán cơ : SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI trang21 F ms N Q... cộng nếu bỏ qua giai đoạn đốt nóng là ==5.7+ 1.3 = 7h τ1 τ τ 2 + 4.2/ Tính thể tích và chiều dày thiết bò : SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI trang19 u th ⇒u cb − τ2N u 2 u thu cb − 4.2.1/ Tính thể tích thiết bò: Ta nhập liệu với năng suất 2 tấn / h G1τ Thời gian sấy tính đựơc ở trên la12.5 h ρ Vậy thể tích trống ở nhăn sấy cần đủ chứa : V1 = (4.9) = 2000x7 550 = 25.45 m3 Chọn bề ngang 3 m Chọn bề rộng 2 m Chọn cấu... b: chiều rộng thiết bò = 140.1 2 = 2.8 m2 ∗ ∑ S⇒ chopmcn Vậy diện tích mặt cắt ngang còn trống: S = 6 – 2.8 = 3.2 m2 Suy ra chiều cao tháp : V H = = = 8.15 m Vì trong thực 25.45 tế diện tích bề mặt còn trống nhỏ hơn 3S2 trong tính toán nên ta chọn chiều cao tháp là 8 m Vậy số máng theo chiều cao là 8*103/ 370 = 21 máng Chọn chiều cao buồng làm mát bằng một phần hai chiều cao buồng sấy Vậy số máng... 66.7 = = 0.027 wcb : Độ ẩm cân bằng của lúa ở nhiệt độ 30 0C và độ ẩm không khí 70% , tra được trong tài liệu [5] bảng 64 trang 102 ucb = 12.6% ⇒ wcb = 14.4% Tốc độ sấy ở đầu giai đoạn sấy giảm tốc cũng chính là tốc độ sấy ở giai đoạn sấy đẳng tốc : N= (4.3) 100 J 2 Rρ R : kích thước đặc trưng của lúa : khối lượng riêng của lúa ρ R và tra được trong [5] ρ R = 2.72 mm và = 550 kg / m3 ρ Với J2 : cường... trạng thái tónh Chọn vật liệu làm tháp là thép CT 3 ta tra được trong tài liệu [5] bảng 60 được = 0.6 Q = Fms/ Do (1) Q = P/ = mg/ µ ⇒ Khối lượng toàn bộ vật liệu chứa trong tháp : m1= G = 20007 = 14000kg SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI τ ∗ trang22 Khối lượng của máng: Tổng số máng trong tháp: 14*(21+10) = 434 máng Chọn thép làm máng có bề dày 2 mm Thể tích toàn bộ máng trong tháp: V = 2*10-3*2*(155*2+2*86)*10-3*434... số cấp nhiệt đối lưu α '1 cưỡng bức : hệ số cấp nhiệt đối lưu tự α 1 '' nhiên Hệ số cấp nhiệt đối lưu cưỡng bức : Chọn vận tốc dòng khí đi trong tháp :v = 0.5 m/ s vDtd ρ µ Re = Với : v: vận tốc dòng khí đi trong tháp Dtd : đường kính tương đương của tháp sấy: Dtd = =2.4 m Với 4 F P : chu vi của mặt cắt ngang P F : diện tích mặt cắt ngang ∗ : độ nhớt của khói lò ở µ nhiệt độ 52.50C tra ở tài liệu... số Ký hiệu q1 q2 qvl qmt q’ ∆ Giá trò, kJ/kg ẩm 2494.28 998.5 21.031 13.3782 3527.2 314.75 q 7 Tổng nhiệt lượng cần thiết q 3212.45 4.6/ Tính vận tốc tác nhân sấy đi trong tháp và trong máng: SVTH: NGUYỄN TÔ HOÀI % 77.6 31.08 0.65 0.42 9.79 100 trang33 4.6.1/ Vận tốc tác nhân đi trong tháp: Thể tích trung bình TNS: Theo phụ lục 5 tài liệu [1] ta có Đầu vào: v1 = 0.9868 m3 / kg kkk Đầu ra : v2 = 1.02896... trung bình của tác nhân sấy đi trong tháp bằng : v = VTB TNS /(3600*12*3) = 0.48 m/s Trong các công thức ta tính ở phần tính thời gian sấy ta chọn tốc độ TNS khoảng 0.5 m/s Ở phần này ta tính được vận tốc TNS 0.48 m/s Như vậy sau khi chọn sơ bộ vận tốc TNS ta kiểm tra lại vận tốc của nó với sai số = (0.5-0.48)/0.5 = 4% ∆ Sai số 4% là chấp nhận được Vậy vận tốc TNS đi trong tháp 0.5 m/s 4.6.2/ Vận