TRUONG DAL HOC BACH KHOA HÀ NỘI
PHAM CONG DUNG
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
Trang 2Cơng trùnh chước hồn thành tại:
Bộ mơn Quá trình và Thiết bị cơng nghệ Hố- Thực phẩm; Trường Đại học Bách khoa Hà nội
Người hướng dân khoa học:
1 PGS.TSKII Nguyễn Hin
2 PGS.TS Nguyễn Hữu Tùng
Người phần biện I: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển Trường Đại học Xây dựng Hà nội Người phẩn biện 2: GS TS Hà Chu Chử
Bộ Nơng nghiệp và Phát triển nơng thơn
Người phản biện 3: PGS.TSKH Nguyễn Xuân Nguyên
Trung tâm KHTN va CN Quée gia
Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước; họp tại phịng số 3J8, nhà C¡, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội;
vào hồi — giờ ngày thing nam 2000
C6 thé tim hiéu ludn an tai:
~ Thư viên Quốc gia
Trang 3MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Sấy là một trong những cơng đoạn quan trọng trong cơng nghệ sau thu hoạch đối với các loại nơng sản Thực tế cho thấy nếu phơi sấy khơng kịp thời thì tổn thất sau thu hoạch do bị mốc và biến chất của nhiều loại nơng sản vào khoảng 10-20%, thậm chí lên tới 40- 50% ví dụ như đối với ngơ và sắn; Chỉ tính riêng cho ngơ (loại cây lương thực đứng hàng thứ hai sau lúa gạo ở Việt Nam), tổn thất trung bình hàng năm ở nước ta cĩ thể lên tới 10 vạn tấn, tương đương 13-14
triệu USD Đo vậy, việc nghiên cứu sấy ngơ hạt nĩi riêng, và các nơng
sản nĩi chung là rất cần thiết để gĩp phần làm tăng nhanh tổng sản lượng lương thực, thực phẩm cho tồn xã hội
Ngồi ra, sấy cịn là quá trình cơng nghệ quan trọng trong chế
biến nơng sản thành thương phẩm; Ví dụ trong chế biến lúa gạo, để
thực hiện được quá trình xay xát, thì nguyên liệu (lúa) cần phải được
làm khơ đến độ ẩm 13-14%
Kỹ thuật sấy nơng sản đã phát triển từ lâu đời và đến nay đã cĩ rất nhiều phương pháp, nhưng việc sử dụng phương pháp tầng sơi để sấy hạt nơng sản vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi; Vì vậy, việc nghiên cứu đầy đủ kỹ thuật này để cĩ cơng nghệ hồn thiện nhằm giải quyết nhu cầu to lớn về bảo quản và chế biến nơng lâm sẵn dạng hạt nĩi chung và ngơ nĩi riêng là rất cần thiết
Nhiêm vụ của luận án
1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều cao lớp hạt ngơ đến chế độ thuỷ động lớp sơi; Trên cơ sở đĩ, xác định được chiều cao lớp hạt hợp lý 2 Xác định một số thơng số thuỷ lực quan trọng của lớp sơi như: vận
Trang 43, Đánh piá ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ cơ bản (độ ẩm ban đầu của hạt nhiệt độ và vận tốc tác nhân sấy) tới thời gian sấy
4 Xây đựng mơ hình vật lý mõ tả quá trình vận chuyển ẩm trong hạt ngơ: Trên cơ sở đĩ, xác định hệ số dẫn ẩm hiệu dụng của ngơ hạt
5 Xây dựng một cơng thức thực nghiệm để xác định thời gian sấy cần
thiết
6 Đựa ra một số thơng số cơng nghệ cần thiết (mang tính định hướng) cho hệ thống sấy tầng sơi, lầm cơ sở để thiết kế thiết bị sấy ngơ tầng SƠI ứng đựng cho thực tế sản xuất
Phuong phap ngh u
Dựa vào nghiên cứu quan hệ Ap-V để xác định điều kiện làm
việc và chế độ thuỷ động lớp sơi thích hợp Bằng phương pháp mơ hình thếng kẻ tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ lới thời gian sấy Trên cơ sở đĩ, xây dựng mơ hình vật lý mơ tả quá trình dẫn ẩm trong hạt ngơ và nghiên cứu mơ hình động học sấy ngơ bằng phương pháp tầng sơi Thực nghiệm được tiến hành theo quy hoạch đạng tồn phần 2* Số liệu được xử lý bằng phương pháp Bình phương bé nhất, fínp điểm mới trong luận án I xX và vận tốc lâm việc hợp lý cho ngơ hạt,
ác định được chiều cao lớp hạt thích hợp, vận tốc sơi tối thiểu
re Chọn dược mơ hình mơ tả quá trình dẫn ẩm và thốt ẩm trong hạt ngơ: trên cơ sở đĩ xác định được hệ số đẫn Ẩm hiệu dụng của ngơ 3 Xây dựng được cơng thức thực nghiệm để xác định thời gian sấy
nee,
4 Nêu ra dược định hướng thiết kế hệ thống sấy ngơ và để xuất một
Trang 5
Luận án đày 110 trang với 95 tài liệu tham khảo và 35 trang phụ lục; Ngồi phần mở đầu và kết luận gồm 4 chương; trong đĩ, phần kết quả và thảo luận (chương 3 và 4) dầy 42 trang với 8 bảng số liệu, 2 đồ thị, 3 sơ đồ khối các chương trình xử lý số liệu thực nghiệm
và | so đồ hệ thống sấy ngơ tầng sơi 0,5 Lấn/h
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Hạt nơng sản
Hạt nơng sản là một cơ thể sống, cĩ cấu tạo pồm 3 phần
chính là vỏ, phơi và nội nhữ Hạt cĩ đặc tính hút-nhả ẩm (tuỳ theo
tương quan giữa áp suất hơi riêng phần trên bể mặt và áp suất hơi riêng phần của mơi trường); lợi dụng tính chất này người ta thường làm khơ hạt bằng phương pháp sấy Trên thực tế, sấy là một biện pháp cĩ tầm quan trọng đặc biệt trong việc sơ chế bảo quản hạt, vì khi mới
thu hoạch về hạt nơng sản thường cĩ độ ẩm cao, trung bình 20-22%,
thậm chí lên tới 30-32% nếu thu hoạch vào mùa mưa
Các dạng liên kết ẩm trong hạt: Căn cứ vào năng lượng liên kết, ẩm
trong hạt được chia thành 4 loại sau:
- Lớp đơn phân tử: Tạo nên bởi lực liên kết phân tử (liên kết Hydro),
tương ứng với độ ẩm 0-5% của hạt
- Lớp đa phân tử: Tạo nên bởi lực hấp phụ vật lý Van đer Waals, tương ứng với độ ẩm của hạt 5-I3% Khi sấy chỉ tách được ] phần ẩm nầy
~ Ẩm thấm thấu: Tạo nên bởi lực hút mao quản của các mao quản
nhỏ, tương ứng với độ ẩm 13-27% Khi sấy cĩ thể tách ra được hết Am tự do: Tạo nên do nước bám dính trên bề mặt vật liệu, tương ứng
Trang 64
phương pháp sấy thơng thường, thậm chí bằng cả các phương pháp cơ học như : ép, ly tâm
1.2 Lý thuyết vẻ săy hat
Phân loại vật liệu sấy: Vật liệu ẩm được chia thành 3 nhĩm là vật thể
keo, vật liệu mao quản xốp và vật liệu keo mao quản Vật liệu keo mao quan cĩ tính chất trung gian của 2 nhĩm trên, nghĩa là chúng cĩ tính đần hồi và cĩ khả năng hút-nhả ẩm Hạt nơng sản cĩ thuộc tính của nhĩm vật liệu keo mao quản
Cơ chế tách ẩm: Quá trình sấy chỉ xảy ra khí áp suất hơi trên bé mat
vật liệu (P„) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong mơi trường khơng khí xung quanh (P) Khi đĩ hể mặt của hạt sẽ khơ đi và sẽ xuất
hiện pradien ẩm giữa lõi và bề mặt hạt, và gây nên sự chuyển dịch ẩm
từ phần trung tâm của hạt ra bể mặt hạt
Các giai đoạn trong quá trình sấy: Về lý thuyết, quá trình sấy mội
vật liệu ẩm thường được chia làm 3 giai đoạn: giai đoạn nâng nhiệt độ
vật liệu, giai đoạn đẳng tốc và giai đoạn giảm tốc Đối với các hạt
nơng sản, giai đoạn đẳng tốc thường xảy ra rất ngắn, do vậy trên thực
tế thường chỉ quan sát thấy giai đoạn piẩm tốc
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy: Tốc độ sấy chịu ảnh hưởng
của rất nhiều yếu tố và phức lap Trong giai đoạn đẳng tốc, tốc độ sấy
được quyết định bởi tốc độ bay hơi ẩm từ bề mặt hạt vào trong khơng khí và do vậy phụ thuộc chủ yếu vào các thơng số của tác nhân sấy như: nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ của khơng khí, hướng và chiều đhuyển động của khơng khí bao quanh vật liệu sấy Trong giai đoạn giảm tốc tốc độ sấy phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ khuyếch tần ẩm từ bên
trong ra bề mặt hạt: ở giai đoạn này tốc độ sấy phụ thuộc chủ yếu vào
Trang 7Các phương pháp làm khơ và các loại máy sấy thơng thường: Thực tế cĩ nhiều phương pháp làm khơ như: phương pháp cổ truyền (hong giĩ tư nhiên, phơi nắng) và phương pháp sấy hạt bằng thiết bị (sấy tĩnh, sấy động)
Sấy động được đùng khá phổ biến ở các nước cơng nghiệp phát triển Đặc trưng cơ bản của các phương pháp này là vật liệu sấy chuyển động trong quá trình sấy Phương pháp này chủ yếu được thực hiện trong các thiết bị sấy dạng tháp (máy sấy tháp)
Nguyên lý vận hành của máy sấy tháp là hạt được đưa lên đỉnh tháp sấy, do trọng lượng bản thân hạt sẽ chảy xuống thành đồng, hoặc là đồng thẳng (khơng đảo trộn) hoặc là đồng ziczac (cĩ đảo trộn); vừa đi vừa tiếp xúc với khơng khí nĩng So với loại khơng đảo trộn thì máy sấy cĩ đảo trộn sử dụng tốc độ tác nhân sấy thấp hơn (để tránh thổi tung hạt ra ngồi)
Các máy sấy tháp cĩ ưu điểm là tốc độ sấy nhanh, năng suất lớn, chất lượng hạt đồng đều, cĩ khả năng cơ giới hố và tự động hố cao; Tuy vậy, vốn đầu tư lại khá lớn; Một nhược điểm cơ bản của các hệ thống, sấy thấp hiện nay là thường hay gặp sự cố kỹ thuật trong quá trình vận hành với hạt cĩ độ ẩm cao, vì hạt quá ẩm thường khơng tự chảy được (do kết dính) trong tháp sấy và trong các thiết bị vận chuyển (gầu tải, vít tải)
1.3 Kỹ thuật tầng sơi
Trang 86
Cơ chế của quá trình tạo tầng sơi: Khi cho đồng khí đi từ đưới lên qua lưới phân phối khí cĩ chứa lớp hạt rắn thì cĩ thể xây ra 3 trạng thai sau:
-Khi tốc độ khí nhỏ, thì lớp hạt ở trạng thái bất động Khi đĩ chiều cao lớp hạt khơng thay đối cịn trở lực của lớp hạt tăng lên cùng với sự tăng vận tốc dong khí
~Tăng vận tốc khí đến một giá trị tới hạn nào đĩ (vận tốc sơi tối thiểu v„) thì lớp hạt bất đầu trở nên linh động, chiều cao lớp hạt bắt đầu tăng lên các hại đấn dần chuyển động và được khuấy trộn với nhau, trở lực đạt tới một piá trị nhất dịnh và piữ nguyên khơng đổi; Đĩ là trạng thái tầng sơi
- Tiếp tục táng vận tốc dịng, khí cho đến một giá trị tới hạn nào đĩ
(vận tốc phụt vụ) thì các hạt rắn bị dịng khí cuốn theo ra khỏi thiết bị:
Lúc này trạng thái sơi chấm đút và xây ra quá trình vận chuyển hạt rắn bằng khí thối
Trong thực tế thường xảy ra hiện tượng sơi khơng đều: Một
phần khí đi qua lớp sối dưới dạng các bọt khí, túi khí (chứ khơng phải
ở dạng phá liên tục), các túi khí này khi lên tới bề mặt lớp sơi thì vỡ ra
fam cho chiều cao của lớp sơi dao động Khi số tầng sơi chưa lớn (vận tốc làm việc chưa lớn) thì hiện tượng này khơng gây ảnh hưởng xấu đến quá trình mà chỉ lầm tăng mức độ khuấy trộn trong lớp; Tuy nhiên, nếu tăng số tầng sơi lên thì các bọt khí lớn xuất hiện nhiều trong lớp sơi và làm các hạt bị bắn tung lên cao Nếu tiếp tục tăng lên
nữa thì các bọt khí lớn lên và hơà tan vào nhau tạo thành hiện tượng
Trang 9Trong thực tế sản xuất, thường gặp các lớp hat cĩ kích thước khác nhau, nhưng hình đạng như nhau hoặc cùng kích thước và hình dạng nhưng khối lượng riêng khác nhau thì sẽ tạo ra sự phân lớp: Những hạt lớn hơn hoặc nặng hơn sẽ ở dưới, cịn những hạt nhỏ hơn, nhẹ hơn sẽ ở lớp trên; Hạt càng nhỏ và càng nhẹ sẽ ở càng xa lưới phân phối khí
Các thơng số của lớp sơi và phương pháp xác định:
- Vận tốc sơi tối thiểu: Để xác định vận tốc sơi tối thiểu người ta cĩ thé dua vào điều kiện cân bằng thuỷ lực tại thời điểm hắt đầu sơi,
hoặc dựa vào quan hệ giữa vận tốc sơi tối thiểu và vận tốc treo; Ví đụ: Cơng thức của Ergun:
Vy = dP) — Px)-B , 1650 với — Re<20
py? 4 LO, Pe) & : 245, với — Re>1000
Trong giới hạn Re = 0,001+4000 các cơng thức cĩ sai số 34%, Cơng thức của Todex:
Ar
Cơng thức này được sử đụng rộng rãi để tính tốn sơ bộ vận
tốc sơi tối thiểu cho lớp hạt đơn phân tán với sai số 20%
Cơng thức của Romancov
Vy 0.1046
==01115-—D— v 110,00373.4r°
Ngồi ra cịn cĩ thể xác định vận tốc sơi tối thiểu qua quan hệ Ly =
Trang 10- Trở lực của lấp xơi: Từ điều kiện cân bằng lực giữa áp suất thuỷ động của lớp hạt và lực cán của đồng khí người ta đã xây dựng cơng, thức xác định trở lực của lớp hạt ở trạng thái sơi như sau:
AI = gẦ% — MI ~ z)H
- tác độ làm việc và giới hạn tồn tại lớp sĩi: Giới hạn tồn tại lớp sơi
được đặc trưng bởi đại lượng sau:
Người ta đã xây dựng được cơng thức xác định K,„„„ như sau:
k -100+ 5224/Ar
me Ige06l424”
Thường thường Á, nằm giữa I0 và 90
Tỷ số giữa vận tốc làm việc và vận tốc sơi tối thiểu K, (được gọi là số tầng sợ) đặc trưng cho cường độ khuấy trộn của hạt trong lớp sơi Giá trị tối ưu của K, của mỗi quá trình cơng nghệ thường dao động trong một phạm vì nhất định Khi tính tốn chế độ sấy tầng sơi cĩ thể chọn tốc độ làm việc theo cơng thức: Re,, = 0.19 fe — 0,285Fe' hoae: Re,, = 0.22 Ar?* — 0,33 Ar" Két luan:
- Hạt nơng sản cĩ cấu trúc thuộc hệ keo mao quản; Để đạt được độ Ẩm
an tồn chỉ cần loại nước tự do và nước liên kết yếu cĩ trong hạt
- Kỹ thuật tầng sơi cĩ các ưu điểm cơ bản là: Pha rấn được đảo
Trang 11bị đơn giản, dễ thực hiện cơ giới hố và tự động hố Ứng dụng kỹ thuật tâng sơi để sấy hạt nơng sản là một hướng, cĩ rất nhiều
triển vọng để khắc phục hiện tượng tắc nghẽn trong các loại
máy sấy tháp khi vận hành với hạt nơng sản cĩ độ ẩm cao; đồng
thời cĩ thể đáp ứng được nhu cầu to lớn của thực tế sẵn xuất về
làm khơ hạt nơng sản
- Các thơng số cơ bản của lớp sơi là: vận tốc sơi tối thiểu, trở lực lớp sơi, giới hạn làm việc và chiều cao lớp hạt thích hợp Tuy nhiên, trên thực tế các số liệu về lớp sơi thường rất thiếu và khơng đây đủ; các cơng thức tính tốn lớp sơi thường khơng chỉ rõ đối tượng và phạm vi áp dụng, độ tin cậy khơng cao; Do vậy, để cĩ số liệu thiết kế hệ thống, thiết bị sấy tầng sơi cần phải nghiên cứu bằng thực nghiệm xác định các thơng số thuỷ lực của quá trình
- Sấy là một quá trình phức tạp và khơng ổn định Do vậy, việc tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy là rất cần
thiết để cĩ thể triển khai một hệ thống thiết bị sấy vào thực tế sản
xuất
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu:
Đã nghiên cứu trên 3 giống ngơ lai sản xuất đại trà ở Việt nam như: BIOSEED 9698, LVN I0 và Pacilic I1 Các thơng số về kích thước hình học, khối lượng riêng, hình dạng hạt như sau: Giống ngơ Dạng hạt Kích thước hình học,mmé | KLriêng, Dài Rộng | Dày kg/m”
Bioseed 9698 | Bán răng ngựa 11,82 9,34 4,52 | 710+800
LVN 10 Ban rang ngua 12,) 8,81 4,42 | 6514810 Pll Bán răng ngựa 10,44 9,03 4,49 | 710+770
Trang 1210
2.2 Phương pháp xác định đị ẩm
Để xác định độ ẩm của hạt , chúng tơi đã sử dụng mấy đo
GRAINBER Iï PM-300, đựa trên nguyên tắc do hằng số điện mơi của
hat; May cd thang do: 1,0 + 40/0, với độ chính xác Ơ,2 + 0,5% (tính theo chất ướp Trước khi sử dụng, máy đã được đem chuẩn theo phương pháp sấy: Mỗi mẫu được tiến hành đo lặp 3 lần rồi lấy giá trị
trung bình
2.3 Phương pháp xác định vân tốc và lưu lượng giĩ
Trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm đã xác định vận tốc
và lưu lượng khí bằng ống Pito-Prandl với áp kế vi sai dùng nước, theo phương pháp sử dụng quan hệ đồ thị v„/V„„„- Re
2.4 Phương pháp mơ hình hố
Quá trình sấy ngơ tầng sơi đã được nghiên cứu theo các
phương pháp mơ hình thống kê, mơ hình vật lý và mơ hình tốn học
2.5 Xác định thơng số mơ hình
Trên thực tế cĩ nhiều phương pháp để xử lý số liệu và xác định thơng số mơ hình; Trong luận ấn này đã sử dụng phương pháp Bình phương hé nhất của Gauss; phương pháp này đơn giản, đễ vận dụng và cũng rất chính xác Số liệu thực nghiệm được xử lý trên mấy vi tính với các chương trình viết bằng ngơn ngữ Pascal
2.6 Xây dựng hề thống thí nghiêm
Sơ đồ hệ thống thí nghiệm: Đã thiết kế, chế tạo và đưa vào thí nghiệm hệ thống thiết bị sấy tầng sơi, làm việc theo chế độ liên tục Đặc tính kỹ thuật của hệ thống thí nghiệm
Đường kính thiết bị sấy mm 200
Đường kính (chỗ lớn nhất) phần giảm áp, mm 400
Chiểu cao thiết bị sấy, mm 300
Trang 13Sơ đồ hệ thống thí nghiệm Chi thích:
L, Quạt giĩ 6 Vít nạp liệu
2 Caloriphe 7 Thiết bj ting sot
3 Ong Pité-Prang 8 Nhiệt kế điện trở
4 Van điều chỉnh giĩ 9 Áp kế chữ (ï
Trang 1412
2.7 Phương pháp tiến hành thí nghiêm
~ Để xác định các thơng số thuỷ động lực của lớp sơi, chúng tơi dựa trên nghiên cứu quan hệ Ap-V của lớp hụt,
- Ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ lên thời gian sấy ngơ hạt
được khảo sát dựa trên quy hoạch thực nghiệm đạng tồn phần 2*
Hầm mục tiêu (biến ra) được chọn là thời gian sấy hạt đến một độ ẩm cho trước;
Yer
Điều kiện để chọn các biến vào (X) là: ảnh hướng trực tiếp đến thời
pian sấy, độc lập với nhau và điều khiển được; Cụ thể là:
X=U, Độ ẩm ban đầu cửa hạt,
X=T Nhiệt độ tác nhân sấy,
Vận tốc tác nhân sấy
Miền biến thiên của các biến vào được chọn theo điều kiện thực tế sản xuất vêu cầu chất lượng sản phẩm và các kết quả nghiên cứu đã được cơng hố,
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THUÝ ĐỘNG
3.1 Lưới phân phối khí
Kết cấu của lưới phân phối piĩ cĩ ảnh hưởng rất lớn đến chế
độ thuỷ lực của lớp sơi Trong thực tế cĩ rất nhiều loại lưới khác nhau,
son chúng cẩn phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Phân phối đều dịng khí trong lớp sơi,
- Cĩ trở lực thuỷ lực nhỏ,
- Dé ché tao và lắp ráp, bên trong khai thác sử dụng
Trang 15cho cấu trúc khá tốt, trừ lớp gần sát lưới thì cĩ độ xốp rất nhỏ khi vận
tốc khí nhỏ
Lưới xốp tuy đảm bảo phân phối đều dịng khí trong lớp hạt, nhưng trong sản xuất cơng nghiệp nĩ lại rất ít được sử dụng vì đồi hỏi
phải làm sạch khí (tách bụi) hết sức nghiêm ngặt Khá phổ biến trong
thực tế là loại lưới lỗ; Chúng cĩ thể chia thành 3 loại: Lưới lỗ hướng
thẳng đứng, lưới lỗ hướng nghiêng và lưới lỗ kết hợp
Căn cứ vào điều kiện chế tạo và đặc điểm cơng nghệ sấy, chúng tơi đã chọn phương án sử dụng lưới phân phối giĩ là loại lưới lỗ hướng thẳng đứng Các thơng số được tính tốn và chọn như sau:
Kích thước lỗ, mm 5
Chiêu dày lưới, mm 6
Bước lỗ, mm II
Tỷ lệ tiết diện tự do, % 16
3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều cao lớp hat tinh:
Chiều cao lớp hạt khơng những ảnh hưởng đến đặc tính cơng nghệ của quá trình mà cồn ảnh hưởng đến sự phân tầng trong thiết bị tầng sơi Nhiều cơng trình nghiên cứu cho thấy tỷ số HD càng lớn (D là đường kính thiết bị) thì khả năng phân tầng càng lớn
Chúng tơi đã nghiên cứu ảnh hưởng của chiều cao lớp hạt tinh (H,) đến tổn thất áp suất của lớp sơi Đối tượng nghiên cứu là ngơ
BIOSEED 9698 (14% ẩm) với các chiều cao (H,) khác nhau, trong
khoảng từ 40 mm đến 280 mm Kết quả thu được cho thấy: Ở chiêu
cao lớp hạt H,=l60 mm thì xuất hiện Pic trở lực lớp hạt; đồng thời cột ấp của lớp sơi cĩ sự dao động; Pie trở lực và biên độ dao động
càng lớn khi H, càng lớn
Kết luận: Nên khống chế chiều cao lớp hạt H, < 120 mm dé dam bao
Trang 17giống ngơ lai khác nhau 1a BIOSEED 9698, LVN 10 va P11 Các mẫu
đều cĩ cũng độ ẩm (cỡ 14%) và cĩ trọng lượng là 2,00 kg tương đương với chiều cao H, = 100 mm) Kết quả thu được cho thấy:
- Vận tốc sơi tối thiểu phụ thuộc rất ít vào giống ngơ và cĩ giá trị nằm
trong khoảng 1,89 +1,93m/s
- Khi vận tốc (tác nhân sấy) < 3,8 m/s thì lớp hạt sơi rất yếu Khi vận
tốc > 4,8 m/s thì lớp hạt bị đảo trộn rất mãnh liệt, cĩ hạt bị bắn tung lên cao
Kết luận: Ngơ cĩ vận tốc sơi tối thiểu trung bình là 1,91m/s Vận tốc
Trang 18lồ
CHUONG 4 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ MƠ HÌNH THỤC
NGHIEM SAY NGO TANG SOIT
4.1 Mo hinh thong ke
Qua phân tích đánh giá sơ bộ chúng tơi thấy: Đối với quá trình sấy, các yếu tố cơng nghệ chủ yếu là độ ẩm ban đầu của hạt, nhiệt độ và vận tốc tác nhân sấy Để đánh giá ảnh hưởng của các thơng số này đến thời gian sấy, chúng tơi tiến hành thực nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm với miền biến thiên của các thơng số cơng
nghệ (các biến vào) được chọn như sau:
0.25 < U,< 0,47 kg/kp (tương ứng với độ ẩm 20% <œ< 32%)
458 <T< 75°C 28<V <48 m/s
Ham mục tiêu là thời gian sấy (CY = t) được tính bằng phút
kết quả thực nghiệm theo quy hoạch được tổng hợp ở bảng sau: Kết qua thực nghiệm
F1 Cúc hiển văn €ủc biển ở toa độ khơng thứ nguyên
Trang 19Ut HS
Phương trình hồi quy ban đầu cĩ đạng:
Yÿy =8, +a,.X,.† a;.X;+ X‡t 8a.X|X‡+ 8a Xi X‡£ A;a-X;X: Tiêu chuẩn Student với mức ý nghĩa ơ = 0,05: t(r-1,1-0/2) = t(2:0,975) = 4,303 Các hệ số a3, aj, va a,, chua cé nghia vir th(4) = 0,6400; tb(6) = 0,2130 va tb(7) =0,1070 déu nhỏ hơn 4,403 Tra bang tiêu chuẩn Fisher: Fí(n-1; nữ-l); 1-œ) = F(4; 16; 0,95) = 3,000 Tiêu chuẩn Fisher tính được để kiểm tra tính tương thích của mơ hình là: F,=S*,,/S?, = 1,6364
Vì F; < F nên mơ hình hồi quy tương hợp thực nghiệm Kết quả: Phương trình hồi quy thực nghiệm cĩ dạng:
Y =93,50 + 37,00.x, - 59,75.x; - 22/25.xiX;
4.2 Mơ hình dẫn ẩm trong hat
Phương trình vi phân mơ tả sự dẫn ẩm trong hạt: Trong trường hợp tổng quát phương trình mơ tả quá trình dẫn ẩm trong hạt cĩ dạng:
BL a„VˆẦU +a„ð.V?T +4,„.V?P afm mn p
Trong quá trình sấy nơng sản (thường sấy ở khu vực nhiệt độ thấp,
nhiệt độ hạt khơng vượt quá 100C), cĩ thể xem trường nhiệt độ và
trường áp suất trong hạt là đồng nhất; Khi đĩ phương trình trên sẽ cĩ đạng:
a Gu du )
a =a,.V'U =a, (= ar tar
Đặc biệt đối với ngơ, đo quá trình trao đổi ẩm với mơi trường xây ra
Trang 2018
ngÕ là chỉ theo một hướng (ví dụ hướng x): Khi đĩ, phương trình mơ tú sẽ được thủ gọn như sau:
` 2
a, > : (1)
Xác định hệ số dẫn ấm hiệu dụng của ngơ:
“Trên cơ sở mơ hình mơ tả sự dẫn ẩm trong hạt ngơ, chúng tơi đã xác định được hệ số dẫn ẩm hiệu dụng của ngơ (thơng số a„ trong, mơ hình l) bằng phương pháp lập: với giả thiết giá trị a„ cho trước
dùng phương pháp lưới để tìm ra độ ẩm trung bình tính tốn của hạt
và sau đĩ so sánh với độ ẩm trung bình thực nghiệm bằng phương pháp bình phương cực tiểu
Để giải phương trình (1) bằng phương pháp lưới, các điểu
kiện biên được chọn như sau:
Diéu kién dau: U(x, 0) = f(x)
Hiéu kién bién: U(O, t) = U,= const U(6, 1) = U,, = const 0<x<ư; 0t
Để xác dịnh hầm f{x) giả thiết như sau: Do cường độ cấp nhiệt trong lớp sơi khá lớn nên tốc độ bay hơi trong hạt nhanh chĩng đạt cực đại, do đĩ chỉ ngay sau khi tiến hành sấy, trên lớp biên bên phái của hạt xuất hiện một lớp khơ (đạt độ ẩm cân bằng) và làm cho ẩm trong hạt phân bố theo một quan hệ bậc nhất:
f(x) = Lr +B
Trang 21U¿„ : Độ ẩm cân bằng của hạt được tính theo cơng thức sau: 05 u,=|- Ind = Ø) 5.876.105 + 45,5) | Giả thiết rằng độ ẩm của mơi trường khơng khí trong vùng sấy (tác nhân sấy) là 80 %
Số liệu thực nghiệm được sử lý bằng chương trình Simplex
với điều kiện là:
8= -U)Ỷ —> min
a
Kết quả: Hệ số dẫn ẩm xác định được cĩ giá trị như sau:
- Tại nhiệt độ 45 °C, hệ số dẫn ẩm xác định được cĩ giá trị là:
a„= 20,001 mm”/phút =0,3333 10° m’/s
Sai số khi tim nghiém: 1,6869 10°
Sai số tương đối trung bình của cơng thức: 4,46%
- Tại nhiệt độ 75 °C, hệ số dẫn ẩm xác định được cĩ giá trị như sau:
đ„= 34,501 mm”/phút
=0,5750 10” m?⁄s
Sai số khi tìm nghiệm: 1,9691 10
Sai số tương đối trung bình của cơng thức: 3,60 %
Tĩm lại: Trong vùng nhiệt độ 45 + 75 °C, hệ số đẫn ẩm hiệu dụng
của ngơ hạt (với độ ẩm từ 0,1655 + 0,4700 kg ẩm/kg c.k) nằm trong
giới han 0,3333 + 0,5750 10° m’/s
Trang 2220
Một số mơ hình động học quá trình sấy hạt nơng sản: Phương trình động học sấy hạt trong lớp mỏng được dùng để mơ tả quá trình sấy hại trone lớp sơi như sau:
Mơ hình của Thomipxon r-.ÏIn(A/R)}' + B.In(A/R) Với 1#? expÍ—n.TÌ x-p+ạT pan MR = AM - Ma hinh cia Misra va Brooker VR = exp K r*} Trong đĩ, các hệ số K,N được biểu diễn dưới dạng: Ka exp{- a +h.ln(187 +32) +cy XM=đlnt@)+ 0, - Mơ hình ca Lí và Mlorev
Tương tự mơ hình của Misra và Brooker, nhưng các hệ số K,N được biểu diễn dưới dạng:
K=u+bT°+eTU,
NadteTi+ file
- Mo hinh cia Page
Tương tự mơ hình của Misra và Brooker, nhưng các hệ số K,N được
Trang 23Xác định các thơng số của mơ hình động học sấy ngơ tầng sơi: Dựa vào kết quả nghiên cứu mơ hình thống kê thực nghiệm ở
trên, chúng tơi chọn mơ hình tốn của Li và Morey để nghiên cứu;
“Thơng số của mơ hình được xác định bằng phương pháp bình phương bé nhất Số liệu được sử lý bằng chương trình Simplex với điều kiên là: S=Š(MR-MRỶ > min Kết quả: Đã xác định được các thơng số của mơ hình như sau: a=4,1171.107 d= 5,0463.10" b = 1,3709.10° € = - 7,6223.10* c=-1,1017.10° f= 1,7018.10" Với: Số lân lặp là: 851
Sai số khi tìm nghiệm: 8,2591.10 “
Sai số tương đối trung bình của cơng thức: 7,20%
4.4 Đề xuất hê thống sấy ngơ tầng sơi ứng dung trong thực tế
Xuất phát từ điều kiện sản xuất nơng nghiệp hiện nay chúng
tơi lựa chọn hệ thống thiết bị cĩ cơng suất là 0,5 tấn/giờ
Từ các kết quả nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực
nghiệm đã xác định được một số thơng số cơ bản của hệ thống thiết bị này như sau:
Trang 2422 Sơ đỏ hệ thống sấy ngơ tầng sơi 0,5 tấn/h NI -đ] Chủ thích: 1 3 3 4 5 Gdu tai nap liệu Lị đốt , Quạt giá Van giĩ
Gầu tải trung gian
Trang 25Các thơng số của một số thiết bị chính như sau:
1 Thiết bị sấy tầng sơi:
- Đường kính buồng sấy: { 400 mm
- Chiều cao buồng sấy: 600 mm - Đường kính buồng phan ly: 1 800 mm - Chiéu cao bu6ng phan ly: 600 mm - Lưới phân phối khí (dạng lưới lỗ)
: + Chiều đầy lưới: 6mm + Kích thước lỗ: 5mm + Bước lỗ: II mm 2 Quạt giĩ (loại ly tâm) - Luu lugng: 6 m°*/s - Áp lực: 120 mm HO KẾT LUẬN
Từ các kết quả nghiên cứu rút ra một số kết luận sau đây:
1 Đối với các hạt nơng sẵn nĩi chung và ngơ hạt nĩi riêng, sử dụng
phương pháp tầng sơi để sấy bảo quản là rất phù hợp
2 Chiều cao lớp hạt cĩ ảnh hưởng trực tiếp tới chế độ thuỷ động lực
lớp sơi Với thiết bị hình trụ cĩ lưới phân phối dạng lỗ thì chiều
cao lớp hạt ngơ tĩnh (H „) phù hợp nhất khi H/D < 0,6
3 Đối với ngơ hại, lớp sơi dat được trong giới hạn: Ÿ,„= nua
19lm/, V„„ Vi=l3m/s Téc d6 lam việc an tồn và hiệu quả nằm trong trong khoảng: 3,8 < V „ < 4,8 m/s (tương ứng với số
Trang 2624
Trong sấy tầng sơi, thời gian sấy chịu ảnh hưởng chủ yếu vào các
4
thơng số cơng nghệ là nhiệt độ tác nhân sấy và độ ẩm của hạt, trong đĩ vai trồ của nhiệt độ tác nhân sấy là lớn hơn cả Điều này được thể hiện qua phương trình hồi qui thực nghiệm sau:
Y =93.50 + 37.00.x,- 59/75.x, - 22,25.x xạ
5 Am trong hạt ngơ trao đổi với mơi trường bên ngồi chủ yếu qua
lớp phơi; 2o vậy, sự vận chuyển ẩm trong hạt ngơ cĩ thể được mộ tả bằng phương trình sau; eu â*U — ty Ar âx”
Cá trị hệ số đẫn ẩm hiệu dụng của ngơ hạt trong khoảng nhiệt độ 45+ 75C dược xác định bằng thực nghiệm cĩ giá trị như sau:
đŒ= 0,3333 + 0,5750.102 m?⁄
6 Đã xác địng được các thơng số mơ hình của L¡ và Morey để tính thời gian sấy ngơ bằng phương pháp tầng sơi theo nhiệt độ tác nhân sấy và độ ẩm ban đầu của hạt:
= th =oynÊ gự
MR = = exp 4.7"
Với: A = 61110 * 48.7810 97? 43.3010 TU,
NV = 4.96.10 7 = 3.49.10 07 — 17010 *72
Trang 27LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
[1].Pham Cong Dung; Grain drying in batch fluidized-bed dryer; Proceedings of the international conference on grain drying in ASIA, Bangkok, Thailand, 1995
[2] Pham Cơng Dũng, Nguyễn Bin; Nghiên cứu một số tính chất của nơng sản đạng hạt trong quá trình sấy; Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học lần thứ XVIH; Trường Đại học Bách khoa Hà nội,
1996
[3] Phạm Cơng Dũng, Nguyễn Hữu Tùng, Nguyễn Bin; Cơng nghệ thích hợp để bảo quản và chế biến nơng sản; Tạp chí Nơng nghiệp đ: Cơng nghiệp thực phẩm, số 4, 1996
|4] Phạm Cơng Dũng, Nguyễn Hữu Tùng, Nguyễn Bin; Sấy - Một
giải pháp hữu hiệu để bảo quản nơng sản Việt nam; Tuyển tập báo
cáo Hội nghị khoa học lần H; Hội kỹ thuật cơng nghệ Hố học
Việt nam, 1997,
[5].Phạm Cơng Dũng, Nguyễn Bin; Cơng nghệ bảo quản ngơ bằng phương pháp sấy trên thiết bị tầng sơi; Tuyển tập báo cáo Hội nghị Hố học tồn quốc lần thứ 3, Hà nội, Việt nam, 1998
[6] Phạm Cơng Dũng; Một số kết quả đánh giá máy sấy nơng sản Việt nam; Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Nhiệt; Số 6, 1998 {[71 Nguyễn Bin; Phạm Cơng Dũng; Mơ hình khuyếch tần ẩm trong
hạt vỗ mỏng và ứng dụng trong kỹ thuật sấy bảo quản ngơ hạt;