1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên cứu quá trình và thiết bị tầng sôi ứng dụng cho sấy bảo quản ngô hạt

27 447 0
Tài liệu được quét OCR, nội dung có thể không chính xác

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 27
Dung lượng 541,68 KB

Nội dung

Kỹ thuật sấy nông sản đã phát triển từ lâu đời và đến nay đã có rất nhiều phương pháp, nhưng việc sử dụng phương pháp tầng sôi để sấy hạt nông sản vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi; Vì vậy

Trang 1

TRUONG DAL HOC BACH KHOA HÀ NỘI

PHAM CONG DUNG

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

TANG SO], UNG DUNG CHO SAY

BAO QUAN NGO HAT

Trang 2

Công trùnh chước hoàn thành tại:

Bộ môn Quá trình và Thiết bị công nghệ Hoá- 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 Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

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 phòng 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

- Thư viên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Trang 3

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Sấy là một trong những công đoạn quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch đối với các loại nông sản Thực tế cho thấy nếu phơi sấy không kịp thời thì tổn thất sau thu hoạch do bị mốc và biến chất của nhiều loại nông sản vào khoảng 10-20%, thậm chí lên tới 40- 50% ví dụ như đối với ngô và sắn; Chỉ tính riêng cho ngô (loại cây lương thực đứng hàng thứ hai sau lúa gạo ở Việt Nam), tổn thất trung bình hàng năm ở nước ta có thể lên tới 10 vạn tấn, tương đương 13-14

triệu USD Đo vậy, việc nghiên cứu sấy ngô hạt nói riêng, và các nông

sản nói chung là rất cần thiết để góp phần làm tăng nhanh tổng sản lượng lương thực, thực phẩm cho toàn xã hội

Ngoài ra, sấy còn là quá trình công nghệ quan trọng trong chế

biến nông 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 khô đến độ ẩm 13-14%

Kỹ thuật sấy nông sản đã phát triển từ lâu đời và đến nay đã

có rất nhiều phương pháp, nhưng việc sử dụng phương pháp tầng sôi

để sấy hạt nông sản vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi; Vì vậy, việc nghiên cứu đầy đủ kỹ thuật này để có công nghệ hoàn thiện nhằm giải quyết nhu cầu to lớn về bảo quản và chế biến nông lâm sẵn dạng hạt nói chung và ngô nói riêng là rất cần thiết

Nhiêm vụ của luận án

1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều cao lớp hạt ngô đến chế độ thuỷ động lớp sôi; Trên cơ sở đó, xác định được chiều cao lớp hạt hợp lý

2 Xác định một số thông số thuỷ lực quan trọng của lớp sôi như: vận

tốc sôi tối thiểu, trở lực lớp sôi và chế độ sôi thích hợp

Trang 4

3, Đánh piá ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản (độ ẩm ban đầu của hạt nhiệt độ và vận tốc tác nhân sấy) tới thời gian sấy

4 Xây đựng mô hình vật lý mõ tả quá trình vận chuyển ẩm trong hạt ngô: Trên cơ sở đó, xác định hệ số dẫn ẩm hiệu dụng của ngô hạt

5 Xây dựng một công thức thực nghiệm để xác định thời gian sấy cần

thiết

6 Đựa ra một số thông số công nghệ cần thiết (mang tính định hướng) cho hệ thống sấy tầng sôi, lầm cơ sở để thiết kế thiết bị sấy ngô tầng SÔI 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 sôi thích hợp Bằng phương pháp mô hình thếng kẻ tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ lới thời gian sấy Trên cơ sở đó, xây dựng mô hình vật lý mô tả quá trình dẫn ẩm trong hạt ngô và nghiên cứu mô hình động học sấy ngô bằng phương pháp tầng sôi Thực nghiệm được tiến hành theo quy hoạch đạng toàn 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 ngô hạt,

ác định được chiều cao lớp hạt thích hợp, vận tốc sôi tối thiểu

re Chọn dược mô hình mô tả quá trình dẫn ẩm và thoát ẩm trong hạt ngô: trên cơ sở đó xác định được hệ số đẫn Ẩm hiệu dụng của ngô

3 Xây dựng được công thức thực nghiệm để xác định thời gian sấy

nee,

4 Nêu ra dược định hướng thiết kế hệ thống sấy ngô và để xuất một

hệ thống ngô có thể ứng dụng để sấy ngõ Việt nam

Câu trúc của luân án

Trang 5

Luận án đày 110 trang với 95 tài liệu tham khảo và 35 trang phụ lục; Ngoài phần mở đầu và kết luận gồm 4 chương; trong đó, 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 ngô tầng sôi 0,5 Lấn/h

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Hạt nông sản

Hạt nông sản là một cơ thể sống, có cấu tạo pồm 3 phần

chính là vỏ, phôi và nội nhữ Hạt có 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 môi trường); lợi dụng tính chất này người ta thường làm khô hạt bằng phương pháp sấy Trên thực tế, sấy là một biện pháp

có tầm quan trọng đặc biệt trong việc sơ chế bảo quản hạt, vì khi mới

thu hoạch về hạt nông sản thường có 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 có thể tách ra được hết

Am tự do: Tạo nên do nước bám dính trên bề mặt vật liệu, tương ứng

với độ ẩm >27% Lực liên kết này nhỏ nên dễ dàng tách ra bằng vác

Trang 6

4

phương pháp sấy thông 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 nhóm là vật thể

keo, vật liệu mao quản xốp và vật liệu keo mao quản Vật liệu keo mao quan có tính chất trung gian của 2 nhóm trên, nghĩa là chúng có tính đần hồi và có khả năng hút-nhả ẩm Hạt nông sản có thuộc tính của nhóm 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 môi trường không khí xung quanh (P) Khi đó hể mặt của hạt sẽ khô 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

nông 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 không khí và do vậy phụ thuộc chủ yếu vào các thông số của tác nhân sấy như: nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ của không khí, hướng và chiều đhuyển động của không 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

vác thông số bên trong của vật liệu như: đạng liên kết ẩm, cấu trúc, hình dạng và kích thước của hạt

Trang 7

Các phương pháp làm khô và các loại máy sấy thông thường: Thực tế có nhiều phương pháp làm khô như: phương pháp cổ truyền (hong gió 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 công 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 (không đảo trộn) hoặc là đồng ziczac (có đảo trộn); vừa đi vừa tiếp xúc với không khí nóng So với loại không đảo trộn thì máy sấy có đảo trộn sử dụng tốc độ tác nhân sấy thấp hơn (để tránh thổi tung hạt ra ngoài)

Các máy sấy tháp có ưu điểm là tốc độ sấy nhanh, năng suất lớn, chất lượng hạt đồng đều, có khả năng cơ giới hoá và tự động hoá 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 có độ ẩm cao, vì hạt quá ẩm thường không 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 sôi

Ưu nhược điển của kỹ thuật tầng sôi: Kỹ thuật tầng sôi có các ưu điểm cơ bản như: Pha rắn được đảo trộn mãnh liệt, hệ số cấp nhiệt và cấp khối từ pha khí tới hạt (hoặc ngược lại) rất lớn, cấu (ạo thiết bị đơn giản, dễ thực hiện cơ giới hoá và tự động hoá; Song một nhược điểm lớn của phương pháp này là: Thời gian lưu của các hạt trong lớp s6i không đều

Trang 8

6

Cơ chế của quá trình tạo tầng sôi: Khi cho đồng khí đi từ đưới lên qua lưới phân phối khí có chứa lớp hạt rắn thì có thể xây ra 3 trạng thai sau:

-Khi tốc độ khí nhỏ, thì lớp hạt ở trạng thái bất động Khi đó chiều cao lớp hạt không thay đối còn 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 đó (vận tốc sôi 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 không đổi; Đó là trạng thái tầng sôi

- Tiếp tục táng vận tốc dòng, khí cho đến một giá trị tới hạn nào đó

(vận tốc phụt vụ) thì các hạt rắn bị dòng khí cuốn theo ra khỏi thiết bị:

Lúc này trạng thái sôi chấm đút và xây ra quá trình vận chuyển hạt rắn bằng khí thối

Trong thực tế thường xảy ra hiện tượng sôi không đều: Một

phần khí đi qua lớp sối dưới dạng các bọt khí, túi khí (chứ không phải

ở dạng phá liên tục), các túi khí này khi lên tới bề mặt lớp sôi thì vỡ ra

fam cho chiều cao của lớp sôi dao động Khi số tầng sôi chưa lớn (vận tốc làm việc chưa lớn) thì hiện tượng này không gây ảnh hưởng xấu đến quá trình mà chỉ lầm tăng mức độ khuấy trộn trong lớp; Tuy nhiên, nếu tăng số tầng sôi lên thì các bọt khí lớn xuất hiện nhiều trong lớp sôi 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

phân tầng trong thiết bị, Chế độ sôi phân tầng có ảnh hưởng xấu đến quá trình như: Lầm sự tiếp xúc giữa các hạt rắn và pha khí kém đi, trở lực của tổng sôi bị dao động vì vậy cẩn tránh không để cho hiện tượng này xảy ra.

Trang 9

Trong thực tế sản xuất, thường gặp các lớp hat có 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, còn 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 thông số của lớp sôi và phương pháp xác định:

- Vận tốc sôi tối thiểu: Để xác định vận tốc sôi tối thiểu người ta có thé dua vào điều kiện cân bằng thuỷ lực tại thời điểm hắt đầu sôi,

hoặc dựa vào quan hệ giữa vận tốc sôi tối thiểu và vận tốc treo; Ví đụ:

Công thức của Ergun:

Vy = dP) — Px)-B , 1650 với — Re<20

Trong giới hạn Re = 0,001+4000 các công thức có sai số 34%,

Công thức của Todex:

Ar

Công thức này được sử đụng rộng rãi để tính toán sơ bộ vận

tốc sôi tối thiểu cho lớp hạt đơn phân tán với sai số 20%

Công thức của Romancov

==01115-—D— v 110,00373.4r°

Ngoài ra còn có thể xác định vận tốc sôi tối thiểu qua quan hệ Ly =

f(AD.

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

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

trộn mãnh liệt, hệ số cấp nhiệt và cấp khối rất lớn, cấu tạo thiết

Trang 11

bị đơn giản, dễ thực hiện cơ giới hoá và tự động hoá Ứng dụng

kỹ thuật tâng sôi để sấy hạt nông sản là một hướng, có rất nhiều

triển vọng để khắc phục hiện tượng tắc nghẽn trong các loại

máy sấy tháp khi vận hành với hạt nông sản có độ ẩm cao; đồng

thời có thể đáp ứng được nhu cầu to lớn của thực tế sẵn xuất về

làm khô hạt nông sản

- Các thông số cơ bản của lớp sôi là: vận tốc sôi tối thiểu, trở lực lớp sôi, giới hạn làm việc và chiều cao lớp hạt thích hợp Tuy nhiên, trên thực tế các số liệu về lớp sôi thường rất thiếu và không đây đủ; các công thức tính toán lớp sôi thường không chỉ rõ đối tượng và phạm vi

áp dụng, độ tin cậy không cao; Do vậy, để có số liệu thiết kế hệ thống, thiết bị sấy tầng sôi cần phải nghiên cứu bằng thực nghiệm xác định các thông số thuỷ lực của quá trình

- Sấy là một quá trình phức tạp và không ổn định Do vậy, việc tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy là rất cần

thiết để có thể triển khai một hệ thống thiết bị sấy vào thực tế sản

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 12

10

2.2 Phương pháp xác định đò ẩm

Để xác định độ ẩm của hạt , chúng tôi đã sử dụng mấy đo

GRAINBER Iï PM-300, đựa trên nguyên tắc do hằng số điện môi của

hat; May cd thang do: 1,0 + 40/0, với độ chính xác Ô,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 gió

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 mô hình hoá

Quá trình sấy ngô tầng sôi đã được nghiên cứu theo các

phương pháp mô hình thống kê, mô hình vật lý và mô hình toán học

2.5 Xác định thông số mô hình

Trên thực tế có nhiều phương pháp để xử lý số liệu và xác định thông số mô 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 ngôn 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 sôi, làm việc theo chế độ liên tục Đặc tính kỹ thuật của hệ thống thí nghiệm

Đường kính (chỗ lớn nhất) phần giảm áp, mm 400

Trang 13

L, Quạt gió 6 Vít nạp liệu

3 Ong Pité-Prang 8 Nhiệt kế điện trở

Ngày đăng: 28/04/2016, 01:20

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w