LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 9 Quá trình sấy có thể được xúc tiến nhanh hơn nhờ sự tăng nhiệt độ không khí hoặc nhiệt độ của hỗn hợp không khí và khói lòt, giảm độ ẩm tương đối của không khí φ, tăn
Trang 1GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 1
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
LỜI MỞ ĐẦU 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT SẤY 7
1.1 Khái niệm về sấy 7
1.2 Bản chất đặc trưng của quá trình sấy 8
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU SẤY VÀ TÁC NHÂN SẤY 10
2.1 Cấu tạo hạt lúa 10
2.2 Các đặc tính chung của khối thóc 12
2.3 Các yêu cầu đặc trưng của hạt sấy 13
2.4 Công nghệ sấy thóc 14
CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY VÀ CÁC LOẠI MÁY SẤY THÓC 15
3.1 Sấy bằng không khí tự nhiên - phơi nắng 15
3.2 Các phương pháp sấy nhân tạo - các dạng máy sấy thóc 16
3.2.1 Cấu tạo hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang 16
3.2.2 Máy sấy tháp 17
3.2.3 Máy sấy tầng sôi 19
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TĨNH VỈ NGANG 21
4.1 Tính toán tổng quát 21
4.1.1 Chọn chế độ sấy 22
4.1.2 Cân bằng vật chất: 23
4.1.3 Cân bằng nhiệt lượng 25
4.2 Tính toán quá trình sấy lí thuyết 26
4.2.1 Tính toán khói lò 27
4.2.2 Thông số của không khí sau hòa trộn 29
4.2.3 Tính thời gian sấy 30
4.2.4 Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy lí thuyết 32
4.2.5 Cân bằng nhiệt của quá trình sấy lí thuyết 32
4.3 Xác định các kích thước cơ bản của hệ thống sấy 33
4.4 Tính toán quá trình sấy thực tế 34
4.4.1 Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh 35
4.4.2 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi 37
Trang 2GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 2
4.4.3 Các thông số sau quá trình sấy thực 38
4.4.4 Tính toán cân bằng nhiệt lượng của quá trình sấy thực 39
4.4.5 Tính tiêu hao nhiên liệu 39
5.1 Buồng đốt 41
5.1.1 Đặc điểm và mục đích của buồng đốt 41
5.1.2 Thiết kế buồng đốt 41
5.2 Thiết bị lọc và khử bụi từ lò đốt trấu 43
5.3 Tính chọn quạt 43
CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH SẢN PHẨM 47
6.1 Tính toán đầu tư về nhiên liệu đốt-đánh giá hiệu quả sửu dụng năng lượng 48
6.2 lượng tiêu thụ điện (giá điện sản xuất – giờ bình thường:1000 đồng/ kW.h) 48
6.3 tính toán giờ công của công nhân vận hành 48
6.4 tính toán chi phí đầu tư và chi phí bảo dưỡng 48
KẾT LUẬN 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 52
Trang 3GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 3
Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy khác nhau, đối với lúa người ta có thể dùng các phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy tầng sôi, sấy tháp, sấy tĩnh vỉ ngang Đồ án môn học này nhằm thiết kế hệ thống sấy lúa bằng phương pháp sấy tĩnhvỉ ngang có đảo gió, năng suất 5 tấn/mẻ, địa điểm tại đồng bằng sông Hồng, hoạt động vào vụ Hè Thu, cung cấp nhiệt bằng khói lò đốt trấu trực tiếp
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiều hạn chế nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót Em mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy, cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Nguyên Đương cùng các thầy giáo đã hướng dẫn tận tình để em hoàn thành được đồ án này
Trang 4GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 4
Tên đồ án:
“Tính toán thiết kế máy sấy lúa tĩnh vỉ ngang năng suất đầu vào 5 tấn/mẻ.”
- Địa điểm tại Hà Nội
- Hoạt động vào mùa thu hoạch Hè Thu
- Cung cấp nhiệt là đốt trấu trực tiếp
Nội dung thực hiện:
Tìm hiểu công nghệ chế biến
1 Công nghệ làm khô vật liệu sấy được giao và máy sấy vật liệu này
2 Tổng quát các loại máy sấy được loại vật liệu này
3 Mô tả và trình bày tổng quát, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc điểm riêng biệt về loại máy sấy này
4 Thực hiện bài toán sấy lí thuyết và sấy thực bao gồm:
- Tìm hiểu bằng tài liệu tra cứu về độ ẩm vào, độ ẩm đầu ra, từ đó làm cơ sở tính toán bài toán sấy
- Thực hiện bài toán sấy
- Tính toán thiết kế không gian sấy và hệ thống sấy
- Chọn cung cấp nhiệt sấy gián tiếp hay trực tiếp tùy theo vật liệu sấy và sản phẩm sấy
5 Tính toán thiết kế buồng đốt cấp nhiệt
6 Tính toán thiết kế các thiết bị phụ trợ theo hệ thống lựa chọn
7 Tính toán sơ bộ hiệu quá đầu tư máy sấy và giá thành sấy 1kg thành phẩm
8 Các bản vẽ
Trang 5GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 5
Thứ tự thiết kế một hệ thống sấy
1 Chọn phương pháp sấy
Chọn phương pháp sấy nóng hay sấy lạnh là tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ mà vật liệu sấy có thể chịu được Thông thường, nếu không có yêu cầu gì đặc biệt thì ta chọn hệ thống sấy nóng, do độ chênh lệch phân áp suất Pab-Pam có thể đạt được rất lớn nên cường độ sấy lớn Hơn nữa hệ thống sấy nóng không phải dùng máy lạnh và máy hút ẩm nên chi phí đầu tư rẻ hơn và vận hành đơn giản hơn
ta có thể chọn được hệ thống sấy thích hợp Để sấy thóc khi mới thu hoạch , vì thời gian sấy chỉ vài chục ngày một vụ lại phân bố rải rác ở từng hộ gia đình nên hiện nay nên người ta sử dụng hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang Ngược lại ở các kho bảo quản hoặc các nhà máy xay xát, người ta thường dùng hệ thống sấy tháp Chọn dạng hệ thống sấy cũng là bài toán kinh tế kĩ thuật
3 Chọn chế độ sấy
Sau khi đã chọn được hệ thống sấy thích hợp, ta căn cứ vào yêu cầu mà chủ yếu là nhiệt độ và độ ẩm mà hệ thống sấy có thể chịu được để chọn chế độ sấy thích hợp
Trang 6GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 6
Ngoài ra, nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy cũng chọn đủ bé để giảm tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi nhưng cũng phải đủ lớn để xa trạng thái bão hòa để tránh hiện tượng đọng sương lên bề mặt vật liệu đã được sấy khô
4 Chọn nguồn năng lượng và tác nhân sấy
Với hệ thống sấy nóng, nguồn năng lượng ngoài điện năng còn có thể là hơi nước, khí đốt dầu mỏ, than đá, củi và các phế liệu công nông nghiệp khác như trấu,bã mía…ta chọn dạng năng lượng trên cơ sở điều kiện cụ thể nơi xây dựng hệ thống sấy và tính toán kinh tế, ở đồng băng sông Hồng, trấu là nguồn năng lượng dồi dào, chi phí rất rẻ Do đó, hệ thống sấy này dùng trấu làm nguồn năng lượng đốt trực tiếp để lấy khói từ buồng đốt gia nhiệt cho không khí cấp vào không gian sấy Vì vậy, ta cần thiết kế thêm buồng đốt cho hệ thống sấy
5 Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm của hệ thống sấy( thực hiện bài toán sấy lí thuyết và sấy thực tế)
Khi đã chọn được dang hệ thống sấy và chế độ sấy, ta tiến hành tính toán cân bằng nhiệt ẩm của thiết bị sấy Đây là nội dung cơ bản của việc thiết kế một hệ thống sấy Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt ẩm là tìm được lượng tác nhân sấy và nhiệt lượng cần thiết trong 1 giờ Khối lượng tác nhân sấy trong 1 giờ
là một trong hai cơ sở để chọn quạt (cùng với cột áp) Tính các tổn thất nhiệt
6 Tính thể tích buồng đốt,buồng sấy và các thiết bị khác
7 Bố trí hệ thống sấy, tính trở lực và chọn quạt
Để chọn được quạt chúng ta caanf bố trí cụ thể hệ thống sấy và căn cứ vào việc bố trí này để tiến hành tính trở lực hệ thống.khi đã có tổng trở lực và lưu lượng tác nhân sấy cần thiết trong tính toán cân bằng nhiệt-ẩm của thiết bị sấy ta
sẽ chọn được quạt
8 Tính hiệu quả kinh tế của hệ thống sấy
Nội dung tính toán hiệu quả kinh tế của một hệ thống sấy đã được thiết
kế gồm các phần:
-Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng
Trang 7GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 7
-Xác định chi phí đầu tư,chi phí vận hành và chi phí bảo dưỡng
-Xác định được giá thành sản phẩm
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT SẤY
1.1 Khái niệm về sấy
Hạt và các sản phẩm nông nghiệp trước khi nhập kho bảo quản đều phải có độ ẩm ở mức độ an toàn Điều kiện thích hợp của độ ẩm để bảo quản hạt là
ở giới hạn từ 12%-14% Phần lớn hạt thu hoạch về có độ ẩm cao hơn, trong điều kiện những mùa mưa độ ẩm của khí quyển cao nên sự thoát hơi nước tự nhiên của hạt chậm lại Với độ ẩm của hạt lớn hơn 14% thì hoạt động sống tăng, hô hấp mạnh, lô hạt bị ẩm và nóng thêm Đó là những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật và côn trùng, lô hạt tự bốc nóng và làm cho hạt bị hỏng Để tránh hiện tượng trên ta phải đảm bảo độ ẩm của hạt xuống khoảng 14% Do đó, đối với một nước nông nghiệp nhiệt đới khí hậu nóng ẩm mưa nhiều như nước ta thì sấy là một phương pháp rất quan trọng
Hạt ẩm ảnh hưởng không tốt đến kĩ thuật xay xát Sản lượng bột giảm, chi phí năng lượng tăng lên, bột dính vào máy chế biến và làm máy nhanh bị hỏng; hạt thu được và sản phẩm chế biến từ hạt sẽ bảo quản khó và chỉ tiêu phẩm chất
sẽ thấp ở những hạt đã sấy hay phơi khô thì quá trình thủy phân chất béo thực hiện chậm , hiện tượng đắng của hạt và sản phẩm chế biến giảm, côn trùng sâu mọt sẽ bị tiêu diệt
Trang 8GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 8
Những hạt bị bốc nóng ở thời kì đầu, nhờ quá trình phơi sấy, hạt trở lại bình thường, quá trình tự bốc nóng dừng lại và những tính chất kỹ thuật của hạt được phục hồi Hạt còn tươi chưa hoàn thành quá trình chín sinh lí thì nhờ quá trình sấy quá trình chín sinh lí được rút ngắn, hạt có được đặc tính kĩ thuật thích hợp của nó Sấy khô sản phẩm là một quá trình rất phức tạp: khi sấy cần đảm bảo giữ được tính chất của sản phẩm, đảm bảo chất lượng và giữ nó ở trạng thái tốt
Quá trình sấy thực chất là quá trình dùng nhiệt để làm bốc hơi một phần lượng nước có trong sản phẩm Quá trình này phụ thuộc vào cấu tạo, kích thước, dạng liên kết của vật liệu sấy và tính chất hóa học của sản phẩm và trạng thái bề mặt của sản phẩm hút ẩm
1.2 Bản chất đặc trưng của quá trình sấy
Sấy là một quá trình tách ẩm ra khỏi sản phẩm (hoặc chuyển nước trong sản phẩm sang thể hơi) Quá trình này được thực hiện do sự chênh lệch áp suất của hơi nước ở môi trường xung quanh (Pxq) và trên bề mặt sản phẩm (Psp)
Để làm cho lượng ẩm trên bề mặt sản phẩm bay hơi cần có điều kiện Psp>Pxq=∆P trị số ∆P càng lớn thì độ ẩm chuyển ra môi trường xung quanh càng mạnh Psp phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy và phụ thuộc vào tính chất liên kết của nước với sản phẩm
Sự thoát ẩm trên bề mặt tăng lên khi nhiệt độ và tốc độ của luồng không khí tăng, khi độ ẩm tương đối giảm và áp suất không khí giảm Do vậy sự thoát ẩm trên bề mặt dẫn đến sự khuếch tán bên trong Đó là kết quả của sự phá vỡ mối cân bằng tương đối trong sản phẩm cũng là do sự thay đổi nhiệt độ và sự phân chia nước không đồng đều trong sản phẩm Trong sản phẩm ( và nhất là hạt ) sự vận chuyển nước bắt đầu từ nơi có độ ẩm cao đến nơi có độ ẩm thấp Sự chênh lệch độ
ẩm ở những phần khác nhau của hạt là nguyên nhân của sự khuêch tán bên trong khi sấy Sự thay đổi về mặt phân bố nhiệt độ ở những điểm khác nhau của hạt làm cho sự vận chuyển độ ẩm tăng từ chỗ có nhiệt độ cao đến chỗ có nhiệt độ thấp
Trang 9GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 9
Quá trình sấy có thể được xúc tiến nhanh hơn nhờ sự tăng nhiệt độ không khí hoặc nhiệt độ của hỗn hợp không khí và khói lò(t), giảm độ ẩm tương đối của không khí( φ), tăng vận tốc không khí(v) và nhờ sự giảm áp suất không khí trong môi trường (B) Trong quá trình sấy, càng về sau hơi nước của môi trường xung quanh càng nhiều, tức là áp suất Pxq cành tăng và độ ẩm của sản phẩm càng giảm đến một lúc nào đó sẽ đạt được trị số cân bằng Khi đó Pxq=Psp và độ ẩm đó được gọi là độ ẩm cân bằng Tại độ ẩm cân bằng thì ∆P=0, quá trình sấy ngừng lại
Đối với thóc, ẩm hiện diện ở hai nơi: ở bề mặt hạt (ẩm bề mặt) và ở nhân hạt (ẩm bên trong) Ẩm bề mặt sẽ nhanh chóng bay hơi khi hạt được tiếp xúc với không khí nóng thổi qua nó, còn ẩm bên trong nhân hạt sẽ bay hơi chậm hơn bởi
vì đầu tiên nó phải di chuyển từ nhân hạt ra bề mặt hạt và kết quả là ẩm bề mặt và
ẩm bên trong sẽ bay hơi với tốc độ khác nhau Kết quả của sự chênh lệch này là tốc độ sấy và hàm lượng ẩm được lấy đi sẽ giảm trong quá trình sấy Đối với hầu hết các loại máy sấy hạt, tốc độ sấy thường nằm trong khoảng 0.5%/h -1%/h hàm lượng ẩm của hạt sau mỗi lần qua máy sấy có thể giảm từ 2-4% phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu của hạt, nhiệt độ sấy và tốc độ tác nhân sấy
Trang 10GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 10
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU SẤY VÀ TÁC NHÂN SẤY
2.1 Cấu tạo hạt lúa
- Mày lúa: trong quá trình sấy và bảo quản, mày lúa rụng ra làm tăng lượng
tạp chất và bụi trong khối hạt
- Vỏ trấu: bảo vệ hạt gạo, chống các ảnh hưởng của môi trường và sự phá hoại của sinh vật, nấm mốc
- Vỏ hạt: bao bọc nội nhũ, thành phần cấu tạo chủ yếu là lipit và protein
- Vội nhũ: là thành phần chính của hạt lúa, chứa 90% là gluxit
- Phôi: nằm ở góc dưới nội nhũ, có nhiệm vụ biến các chất dinh dưỡng trong nội nhũ để nuôi mầm khi hạt lúa nảy mầm
Trang 11GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 11
Thành phần hóa học của hạt thóc 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 hóa 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
Các thành phần hóa học của hạt lúa:
Ở Việt Nam, lúa gạo là nguồn lương thực chính không thể thiếu trong đời sống con người lúa còn là nguyên liệu để sản xuất 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 lương 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
Trang 12GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 12
2.2 Các đặc tính chung của khối thóc
a Tính tan rời: là đặc tính khi đổ thóc từ trên độ cao h xuống mặt phẳng
nằm ngang, lúa tự dịch chuyển để tạo thành khối có dạng chóp nón Góc tạo thành bởi đường sinh với mặt phẳng đáy nằm ngang của hình chóp gọi là góc nghỉ hay góc nghiêng tự nhiên của khối hạt Về trị số thì góc nghỉ tự nhiên bằng góc ma sát giữa hạt với hạt nên còn gọi là góc ma sát trong, kí hiệu (φ1) Dựa vào độ tan rời này để xác định sơ bộ chất lượng và sự thay đổi chất lượng lúa trong quá trình sấy
và bảo quản Đối với thóc, góc nghỉ khoảng từ 32-40o
Nếu ta để hạt trên một mặt phẳng và bắt đầu nghiêng mặt phẳng này cho tới khi hạt bắt đầu trượt thì góc giới hạn giữa mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng trượt gọi là góc trượt (góc ma sát ngoài), kí hiệu (φ2) Trường hợp không phải là một hạt mà là một khối hạt thì góc trượt có liên quan và phụ thuộc vào góc nghiêng tự nhiên
Góc nghỉ và góc trượt càng lớn thì độ rời càng nhỏ, ngược lại góc nhỏ thì khả năng dịch chuyển lớn, nghĩa là độ rời lớn
Độ rời của khối hạt dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào các yếu tố như kích thước, hình dạng hạt và trạng thái bề mặt hạt, độ ẩm của hạt, số lượng và loại tạp chất trong khối hạt đối với góc trượt còn thêm một yếu tố quan trọng nữa
là loại vật liệu và trạng thái bề mặt vật liệu trượt Bề mặt hạt thóc xù xì thì góc nghỉ và góc trượt lớn
Độ ẩm tạp chất của khối hạt càng cao đặc biệt là nhiêu tạp chất rác thì độ rời càng nhỏ Độ ẩm của khối hạt càng cao thì độ rời càng giảm
Trong bảo quản, độ rời của khối hạt có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện bảo quản nếu bảo quản quá lâu hay đã xảy ra quá trình tự bốc nóng làm cho khối hạt bị nén chặt, độ rời giảm hay thậm chí có khi mất hẳn độ rời
b Tính tự phân loại: Khối hạt có cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau (hạt
chắc, hạt lép, tạp chất…),không đồng chất (khác nhau về hình dạng, kích thước , tỉ trọng…), do đó trong quá trình di chuyển chúng tạo nên những vùng khác nhau về
Trang 13GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 13
chất lượng gọi là tính tự phân của khối hạt Hiện tượng tự phân loại ảnh hưởng xấu đến việc làm khô và bảo quản hạt Những vùng nhiều hạt lép và tạp chất sẽ dễ
bị hút ẩm Dễ bị cuốn theo tác nhân sấy trong quá trình sấy
c Độ xốp của khối hạt: độ xốp của vật liệu (ε) là thành phần thể tích bị chiếm
chỗ do khoảng không gian giữa các hạt Giá trị của độ xốp phụ thuộc vào hình dạng hạt, cách mà chúng sắp xếp trong khối hạt (những hat nhỏ có thể lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt lớn) Trong quá trình sấy, khối hạt cần có độ xốp (lỗ hổng) cần thiết cho quá trình truyền nhiệt với tác nhân sấy được dễ dàng
h: khối lượng riêng của hạt chứa trong đơn vị thể tích đó
d Tính dẫn nhiệt và tính truyền nhiệt: quá trình dẫn nhiệt và truyền nhiệt
trong khối hạt luôn tiến hành theo hai phương pháp song song đó là dẫn nhiệt và đối lưu Đại lượng đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của lúa là hệ số dẫn nhiệt (λ= 0.12-0.2 kCal/m.h.độ)
e Tính hấp thụ và nhả các chất khí, hơi ẩm trong quá trình sấy: thường là
hiện tượng ở bề mặt Vì vậy, trong quá trình sấy luôn xảy ra nhiều giai đoạn:
sấy => ủ => sấy => ủ…
Để giúp độ ẩm trong nhân hạt có thời gian di chuyển ra bề mặt hạt, làm cho lúa được khô đều và ít bị nứt gãy khi xay xát
2.3 Các yêu cầu đặc trưng của hạt sấy
Thóc sau khi sấy có thể được dùng làm lương thực hoặc để làm giống, dự trữ
Vì vậy, lúa sau khi sấy cần đảm bả được các yêu cầu sau:
- Hạt thóc còn nguyên vẹn vỏ trấu bao bọc hạt gạo
Trang 14GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 14
- Hạt thóc còn giữ nguyên hình dạng, kích thước và màu sắc
- Có mùi vị đặc trưng của hạt thóc và không có mùi vị khác(mùi tác nhân sấy)
- Hạt thóc không bị rạn nứt, gãy vụn và đặc biệt là lúa giống phải đảm bảo khả năng nảy mầm của hật sau khi sấy
- Sau khi sấy, thóc phải đạt độ ẩm bảo quản, nếu không sẽ là môi trường tốt cho mối, mọt phá hoại
hạt),phương pháp sấy (sấy liên tục và gián đoạn,sấy có đảo hạt, đảo gió, làm dịu sau sấy ) và vật liệu sấy (loại thóc, kích thước hạt, độ chín khi thu hoạch, độ ẩm
ban đầu và độ ẩm cuối quá trình sấy của thóc
Trang 15GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 15
CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY VÀ CÁC LOẠI MÁY SẤY THÓC
3.1 Sấy bằng không khí tự nhiên - phơi nắng
Đó là phương pháp lợi dụng ánh nắng mặt trời để làm khô hạt và sản phẩm Phơi nắng là phương pháp không tốn kém về nhiên liệu Nó thúc đẩy quá trình chín sinh lí của hạt, có khả năng diệt trừ nấm, côn trùng, sâu mọt…bởi tác dụng của ánh nắng mặt trời Nhưng phơi nắng có nhược điểm là không chủ động
và phụ thuộc vào điều kiện thời tiết rất lớn, nhất là canh tác 2 vụ: Mùa khô rất ngắn ngủi không cho phép phơi nắng tự nhiên một cách nhanh chóng Phơi nắng
Trang 16GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 16
còn tốn nhiều công lao động và không cơ giới hóa được Thời gian để đạt được độ
ẩm an toàn thường dài Tuy vậy trong thực tế sản xuất hiện nay, người ta vẫn áp dụng phương pháp phơi nắng đối với các loại ngũ cốc và một số nông sản khác Những sản phẩm cần phơi trải thành những lớp mỏng nên mặt đất hay trên chiếu, phên…nên gặp rất nhiều bất tiện: dễ bị lẫn cát, dễ bị ẩm khi gặp mưa Vì vậy khi cần làm khô một khối lượng lớn sản phẩm trong thời gian ngắn bất kể điều kiện thời tiết thế nào thì ta sử dụng các phương pháp sấy nhân tạo
3.2 Các phương pháp sấy nhân tạo - các dạng máy sấy thóc
3.2.1 Cấu tạo hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang
Máy sấy tĩnh vỉ ngang có cấu tạo đơn giản, phù hợp với sản xuất phân tán và
giá thành chấp nhận được
Máy sấy tĩnh vỉ ngang có cấu tạo bao gồm 4 bộ phận chính: quạt, lò đốt, buồng sấy và nhà che Được chia làm 2 loại là loại không có đảo gió và loại có đảo gió
Máy sấy tĩnh vỉ ngang loại không đảo gió
Trang 17GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 17
Quá trình sấy được thực hiện như sau: thóc được đổ trên mặt sàn lưới lỗ với lớp dày khoảng 0.2-0.5m Không khí nóng tạo nên bởi lò đốt, được quạt sấy hút và thổi vào gió hông, sau khi đã hòa trộn với không khí môi trường đạt đến nhiệt độ khí sấy cần thiết Sau đó từ ống gió hông, khí sấy chuyển hướng qua buồng gió chính (buồng sấy) nằm phía dưới sàn lỗ và đi hướng lên xuyên qua lớp hạt mang ẩm thoát ra ngoài Quá trình sấy tiếp diễn cho đến khi cả lớp hạt dưới và trên đạt được độ ẩm cần thiết
Nhược điểm của loại không có đảo gió là chiếm nhiều mặt bằng tức năng suất thấp tính theo diện tích chiếm chỗ Phải đảo trộn thủ công để có sự đồng đều
ẩm độ hạt sau khi sấy, nên không phù hợp với yêu cầu cơ giới hóa công đoạn sấy
Máy sấy tĩnh vỉ ngang loại có đảo chiều không khí sấy
Để khắc phục nhược điểm của loại sấy không đảo gió Máy sấy vỉ ngang loại
có đảo chiều không khí sấy có những ưu điểm mới là kết cấu nhỏ gọn, so với các máy sáy tĩnh với cùng năng suất, nó chỉ chiếm ½ diện tích mặt bằng lắp đặt, do sấy lớp hạt dầy hơn (50-60cm) không còn tốn công lao động cào đảo, vẫn đảm bảo độ đồng đều ẩm độ hạt sau khi sấy Giải quyết được bài toán đồng đều ẩm độ hạt sau khi sấy, vì về nguyên tắc, luồng khí đi lên hoặc đi xuống theo phương thẳng đứng thì đồng đều nhất Ngoài ra, lớp hạt nằm ngang ít chịu nén, có khả năng tự điều chỉnh cục bộ khối vật liệu sấy do co rút khi vật liệu sấy khô dần, ít tác động xấu đến độ phân bố gió đã được thiết lập, do đó tăng được khả năng đồng đều về ẩm độ sau cùng của sản phẩm Điều này khó đạt được nếu đảo chiều với lớp hạt thẳng đứng
3.2.2 Máy sấy tháp
Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và đặc điểm
Hệ thống máy sấy gồm caloriphe hoặc cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộn với không khí, hệ thống quạt và các thiết bị phụ trợ khác
Tháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và chiều dài Trong tháp sấy người ta bố trí các hệ thống kênh dẫn
và thải tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóng luồng lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình trao đổi nhiệt sấy và nhận
Trang 18GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 18
thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài Vật liệu sấy chuyển động từ trên xuống dưới từ tính tự chảy do trọng lượng bản thân của chúng Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giũa dòng tác nhân chuyển động vừa ngược chiều vừa cắt ngang và do dẫn nhiệt từ bề mặt kênh dẫn và kênh thải qua lớp vật liệu nằm trên các bề mặt đó Vì vậy trong thiết bị sấy tháp, nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được gồm 2 thành phần: thành phần đối lưu giũa tác nhân sấy với khối lượng hạt và thành phần dẫn nhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệu nằm trên đó
Khi sấy hạt di chuyển từ trên cao (do gầu tải hoặc vít tải đưa lên) xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc dzích dzắc trong tháp sấy Tùy theo cách bố trí của dòng hạt di chuyển qua tháp sấy có thể lien tục hoặc tuần hoàn - theo mẻ
a) Sấy tháp liên tục:
Hạt qua tháp sấy một lượt rồi vào bin ủ, và nghỉ (ủ) ở đó một thời gian (từ
2-24h tùy chế độ sấy và loại hạt) sau đó lại qua tháp sấy lượt thứ 2,3…mục đích của ủ là cho độ ẩm ở trung tâm hạt có thời gian ra ngoài mặt để dễ bốc hơi Chênh lệch ẩm độ quá nhiều giữa gần mặt hat với trung tâm hạt sẽ gây ứng suất làm gãy
vỡ hạt điều này là tối kị trong sấy lúa Xay ra gạo bị bể thành tấm
Không khí vào từ những máng úp ngược, và thoát ra ở những máng song song nằm so le phía trên và phía dưới
b) Sấy tháp tuần hoàn
Hạt đi qua tháp sấy được gầu tải đư trở lại tháp Thời gian “ủ” thực chất là thời gian hạt ở trong gầu tải và ở trong thùng chứa phía trên buồng sấy nên tương đối ngắn, khoảng 30’ Hạt chảy xuống giữa hai vách lưới lỗ song song cách nhau 15-23cm không khí từ buồng giữa thổi xuyên qua lớp hạt lớp hạt trong và lớp hạt ngoài cứ đi xuống song song, không trộn lẫn nhau nên có sự chênh lệch độ ẩm cuối
So với máy sấy tĩnh, các loại máy sấy tháp hiện chưa được sử dụng nhiều đặc biệt là sấy lúa vì các loại máy này chỉ hoạt động hiệu quả với lúa có độ ẩm
<24% chỉ có ở vụ Đông Xuân, còn Hè Thu thường 28-30%, và hiện tại “tập quán”
Trang 19GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 19
sấy ở ta chủ yếu “đối phó” cho vụ Hè Thu Ngoài ra , vấn đề giá đầu tư và chi phí sấy các loại máy này đều khá cao sao với các loại máy sấy tĩnh vỉ ngang
3.2.3 Máy sấy tầng sôi
Sấy tầng sôi là một trong các phương thức sấy 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 nhưung 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 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 liệu 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
Ưu điểm của sấy tầng sôi là:
- Năng suất sấy cao
- Vật liệu sấy khô đều
- Có thể tiến hành sấy liên tục
- Hệ thống thiết bị sấy liên tục
- Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy
- Có thể điều chỉnh thời gian sấy Nhược điểm:
- Trở lực sôi lớn
- Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi
- Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều Như ta biết thiết bị sấy vỉ ngang có thể vận hành không phụ thuộc vào thời tiết và có năng suất sấy cao hơn, thời gian sấy ngắn hơn và chất lượng sản phẩm sấy tốt hơn so với việc phơi thóc trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời Tuy nhiên, cho đến nay các kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình dự đoán thời gian sấy thóc tĩnh theo lớp dầy (ứng với kiểu thiết bị sấy vỉ ngang) được công bố trong và ngoài nước là rất ít Việc dự đoán thời gian sấy một mẻ thóc sấy là rất quan trọng, vì ứng
Trang 20GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 20
với các điều kiện sấy xác định nếu thời gian sấy không đủ thì thóc sẽ không sấy được xuống độ ẩm bảo quản an toàn, còn nếu ngược lại thì sẽ lại làm giảm năng suất của thiết bị, làm tăng giá thành của một đơn vị sản phẩm sấy cấu trúc và dạng liên kết ẩm trong hạt thóc,…) Trong bài này ta sử dụng phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang để sấy thóc Trong đó ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ khí sấy, chiều dầy lớp hạt và khoảng thời gian giữa các lần đảo gió đến thời gian sấy riêng trong sấy thóc tĩnh theo lớp dầy Các điều kiện ban đầu như nguồn gốc của hạt, điều kiện thu hoạch và xử lý hạt trước quá trình sấy Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của khí sấy có vai trò quan trọng đối với quá trình sấy thóc
Tác nhân sấy là hỗn hợp khói và không khí được hòa trộn với nhau rồi được dẫn qua các kênh dẫn để trao đổi nhiệt, ẩm với khối thóc mang vào, sau đó khí thải được dẫn ra ngoài
Trong phương pháp này ta sử dụng tác nhân sấy là khói lò tận dụng phế
thải của ngành nông nghiệp Khói lò thường được sử dụng trong các thiết bị sấy vừa cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy vừa mang ẩm thải vào môi trường
Trong khói lò chỉ có hai thành phần là khói khô và hơi nước Coi khói lò là tác nhân sấy vì thế ta có thể dùng đồ thị I-d của không khí ẩm để biểu diễn các trạng thái hay quá trình nhiệt động của khói lò Hay nói cách khác khói lò cũng có các thông số như entanpy I, độ chứa ẩm d, độ ẩm tương đối giống như không khí
ẩm
Khói lò được sinh ra do đốt trấu, nguồn nhiên liệu rất dồi dào ở vùng đồng bằng sông Hồng
Trang 21GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 21
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TĨNH VỈ NGANG
Tính toán thiết kế hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang sấy thóc năng suất 5 tấn/mẻ (có đảo gió) Địa điểm tại đồng bằng sông Hồng, hoạt động vào mùa thu hoạch Hè Thu Cung cấp nhiệt là đốt trấu cấp trực tiếp
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha lỏng trong vật liệu thành hơi Cơ chế của quá trình được diễn tả bởi 4 quá trình cơ bản sau:
- Cấp nhiệt 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
Buồng sấy
Buồng
Sản phẩm
Trang 22GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 22
4.1.1 Chọn chế độ sấy
Trong hệ thống máy sấy tĩnh vỉ ngang loại có đảo chiều gió Thóc được đổ
vào buồng sấy dưới là mặt sàn có đột lỗ cho không khí nóng đi qua Không khí nóng được tạo ra từ lò đốt trấu với nhiệt độ cao đến buồng hòa trộn với không khí ngoài trời làm giảm đến nhiệt độ sấy thích hợp Không khí được quạt hút và chuyển đến buồng sấy Tại đây diễn ra quá trình sấy và làm giảm ẩm
Đầu tiên mở van dưới, đóng van trên để cho tác nhân sấy đi từ dưới lên mang theo hơi nước thoát ra ngoài môi trường, sau đó không khí nóng được đảo chiều phía trên buồng sấy được đậy lại bằng bạt Mở van trên và đóng van dưới
để khí nóng đi từ trên xuống và dẫn ẩm ra ngoài
Trong phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang có đảo chiều gió cần chú ý đến ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và tốc độ khí sấy, chiều dày lớp hạt và khoảng thời gian giữa các lần đảo gió Theo thực nghiệm ta lấy thời gian đảo gió là 1h/lần
Trang 23GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 23
4.1.2 Cân bằng vật chất:
Các kí hiệu sử dụng:
G1: lượng nhập liệu của vật liệu sấy (kg)
G2: lượng sản phẩm sau khi sấy (kg)
1: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt trước khi sấy (%)
2: độ ẩm trên căn bản vật liệu khô sau khi sấy (%)
d1: hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô trước khi vào sấy
d2: hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô sau khi vào sấy
W: lượng ẩm tách (kg)
L: lượng không khí khô cần thiết
l: lượng không khí khô cần thiết để tách 1 Kg ẩm ra khỏi vật liệu
I0 , I1 ,I2: nhiệt hàm của không khí trước khi vào buồng đốt, sau khi ra khỏi buồng đốt và sau khi ra khỏi buồng sấy, J/kgkkk
* Các thông số cơ bản:
a) Đối với không khí:
Trạng thái ban đầu của không khí:
t0 = 250C; 0 = 85%
Không khí vào thiết bị sấy:
Chọn nhiệt độ vào buồng sấy của không khí: t1 = 500C
Không khí ra khỏi thiết bị sấy:
Chọn nhiệt độ ra của không khí là:ø t2 = 420C
Phân áp suất hơi nước bão hòa Pb0:
Cpk= 1,0048 kJ/kg độ: nhiệt dung riêng của không khí khô
Trang 24GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 24
Cpa= 1,842 kJ/kg độ: nhiệt dung riêng của hơi nước
r= 2500 kJ/kg: ẩn nhiệt hóa hơi
b) Đối với vật liệu sấy (thóc)
Theo tài liệu kĩ thuật sấy Nông Sản - Trần Văn Phú, Lê Nguyên Đương ta
có các thông số kích thước sau của thóc
Diện tích bề mặt riêng khối lượng: f = 1,31 m2/kg
Khối lượng riêng xốp: v = 500 Kg/m3
Vật liệu trước khi vào thiết bị sấy: ta chọn
1 = 270C ; 1 = 28%
Vật liệu sau khi ra thiết bị sấy : chọn nhiệt độ ra của thóc nhỏ hơn nhiệt
độ của không khí khoảng 2 0C
2= 400C
2 = 13%, đây là độ ẩm thích hợp để bảo quản thóc
Trang 25GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 25
13 , 0 1
13 , 0 28 , 0 5000 1
4.1.3 Cân bằng nhiệt lượng
* Nhiệt lượng vào
- Nhiệt lượng do không khí mang vào: LI0
- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: G2Cvl1+CnW1
- Nhiệt lượng do buồng đốt cung cấp: Qc
Tổng nhiệt lượng vào: LI0+ G2Cvl1+ CnW1+ Qc
* Nhiệt lượng ra:
- Nhiệt lượng do không khí ra: LI2
- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2Cvl2
- Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy: Qm
Tổng nhiệt lượng ra:
LI2+ G2Cvl2 +Qm
Từ phương trình cân bằng năng lượng, ta có:
Qc=L(I2-I0)+G2Cvl(2-1)+Qm-CnW1Viết cho 1Kg ẩm bốc hơi:
Trang 26GVHD: PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG 26
1 n m vl 1
2
c (I -I ) q q -C
1 n m vl 1 2 0
I I
2
4.2 Tính toán quá trình sấy lí thuyết