tính toán đồ án thiết kế sấy thùng quay đậu xanh nguyên hạt

Trong đời sống nói chung cũng như trong ngành công nghệ thực phẩm nói riêng bảo quản sản phẩm thực phẩm sao cho được thời gian dài và hạn chế ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm là một vấn đề vô cùng quan trọng. Một trong những phương pháp để bảo quản tốt nhất đó là sấy. Bản chất của quá trình sấy chính là tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn hay lỏng. Sản phẩm sau khi được sấy sẽ giảm độ ẩm nhằm hạn chế được hoạt động của các vi sinh vật đồng thời sấy giúp giảm khối lượng thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản, tăng độ bền vật liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm. Mỗi sản phẩm khác nhau thì có những phương pháp sấy và công nghệ sấy riêng. Nó phụ thuộc vào các yếu tố liên quan đến nguyên liệu như: kích thước, cấu tạo, dạng liên kết ẩm, tính chất hóa lý, trạng thái bề mặt...Vì vậy tùy từng loại nguyên liệu mà ta chọn phương pháp sấy sao cho phù hợp. Nước ta là một nước nông nghiệp nên các nông sản là rất phong phú. Tuy nhiên mỗi loại nông sản thì có tính mùa vụ, mặt khác khí hậu lại nóng ẩm nên vi sinh vật rất dễ hoạt động, vì vậy đòi hỏi phát triển các kỷ thuật sấy nhằm bảo quản chúng trong một thời gian nhất định để phục vụ nhu cầu của người tiêu dùng. Một trong những nông sản phổ biến và có giá trị dinh dưỡng cao, được nhiều người ưa dùng đó là đậu xanh. Để sấy đậu xanh thì có nhiều phương pháp sấy tuy nhiên tối ưu nhất vẫn là sấy thùng quay. Vì vậy trong đồ án lần này em xin chọn đề tài là “ thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đậu xanh nguyên hạt với năng suất 1500kgh”.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

2 Số liệu ban đầu

- Năng suất sản phẩm: 1500kg/h

- Nhiệt độ môi trường: 250C

- Độ ẩm vật liệu vào: ω1 = 22%

- Độ ẩm vật liệu ra: ω2 = 11%

- Nhiệt độ tác nhân sấy vào: 550C

- Nhiệt độ tác nhân sấy ra: 330C

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

Bản vẽ chi tiết thiết bị (cụm thiết bị và mặt cắt): A1

5 Ngày giao nhiệm vụ: 10/02/2016

6 Ngày hoàn thành: 18/05/2016

Huế, ngày 12tháng 5 năm 2016

Trưởng bộ môn CNTP Giáo viên hướng dẫn

ThS Lê Thanh Long ThS Nguyễn Cao Cường

Chương 1: Đặt vấn đề

Trong đời sống nói chung cũng như trong ngành công nghệ thực phẩmnói riêng bảo quản sản phẩm thực phẩm sao cho được thời gian dài và hạnchế ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm là một vấn đề vô cùng quantrọng Một trong những phương pháp để bảo quản tốt nhất đó là sấy Bảnchất của quá trình sấy chính là tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách dùng nhiệtnăng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn hay lỏng Sản phẩm sau khiđược sấy sẽ giảm độ ẩm nhằm hạn chế được hoạt động của các vi sinh vậtđồng thời sấy giúp giảm khối lượng thuận tiện cho việc vận chuyển và bảoquản, tăng độ bền vật liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm

Mỗi sản phẩm khác nhau thì có những phương pháp sấy và công nghệsấy riêng Nó phụ thuộc vào các yếu tố liên quan đến nguyên liệu như: kíchthước, cấu tạo, dạng liên kết ẩm, tính chất hóa lý, trạng thái bề mặt Vì vậytùy từng loại nguyên liệu mà ta chọn phương pháp sấy sao cho phù hợp.Nước ta là một nước nông nghiệp nên các nông sản là rất phong phú Tuynhiên mỗi loại nông sản thì có tính mùa vụ, mặt khác khí hậu lại nóng ẩmnên vi sinh vật rất dễ hoạt động, vì vậy đòi hỏi phát triển các kỷ thuật sấynhằm bảo quản chúng trong một thời gian nhất định để phục vụ nhu cầu củangười tiêu dùng

Một trong những nông sản phổ biến và có giá trị dinh dưỡng cao, đượcnhiều người ưa dùng đó là đậu xanh Để sấy đậu xanh thì có nhiều phươngpháp sấy tuy nhiên tối ưu nhất vẫn là sấy thùng quay Vì vậy trong đồ án lầnnày em xin chọn đề tài là “ thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đậu xanhnguyên hạt với năng suất 1500kg/h”

Chương 2: Cơ sỡ lý thuyết

2.1 Khái niệm chung về quá trình sấy

2.1.1 Khái niệm

Sấy là một hoạt động nhằm loại bỏ nước hoặc bất kỳ các chất dễ bay hơikhác chứa trong cơ thể của vật liệu khi có sự thay đổi trạng thái bốc hơi hoặcthăng hoa

Sấy là quá trình dùng nhiệt để làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu và nóxảy ra đồng thời giữa hai quá trình truyền nhiệt và ẩm trong vật liệu sấy

2.1.2 Mục đích

- Làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở)

- Tăng thời gian bảo quản

- Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng sinh hóa

- Tạo hình cho sản phẩm

- Tăng độ bền cho sản phẩm như gỗ, vật liệu là gốm sứ

- Tăng tính cảm quan cho sản phẩm

2.1.3. Phân loại quá trình sấy

Gồm có hai loại là sấy tự nhiên và sấy nhân tạo

2.1.3.1 Sấy tự nhiên

Dùng năng lượng có sẵn trong thiên nhiên để thực hiện quá trình sấy

Ưu điểm: không tốn năng lượng, đơn giản rẻ tiền

Nhược điểm:

+ Thời gian sấy dài

+ Tốn nhân công mặt bằng xây dựng

+ Khó điều chỉnh các thông số trong quá trình sấy

+ Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết

+ Vật liệu sau khi sấy còn lượng ẩm khá cao

2.1.3.1 Sấy nhân tạo

Dùng thiết bị để thực hiện quá trình sấy, phải cung cấp nhiệt lượng từ bênngoài cho vật liệu ẩm

Phương pháp cung cấp nhiệt có thể bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ, hoặcbằng năng lượng điện trường có tần số cao

+ Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, tácnhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò

+ Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếpvới vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp quamột vách ngăn

+ Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồngngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy

+ Sấy bằng dòng điện cao tần: phương pháp dùng dòng điện cao tần để đốtnóng toàn bộ chiều dày của vật liệu sấy.

Ưu điểm:

+ Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên

+ Kiểm soát được sản phẩm ra vào, nhiệt độ cung cấp

+ Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu

+ Tốn ít mặt bằng, nhân công

Nhược điểm:

Tốn chi phí đầu tư trang thiết bị, cán bộ kỷ thuật, chi phí năng lượng

2.1.4 Nguyên lý của quá trình sấy

Sấy là quá trình làm khô vật liệu ẩm khi được cung cấp năng lượng theotrình tự: gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để làm khuếch tán ẩm trong vật liệu,đưa ẩm thoát ra khỏi vật liệu

Quá trình sấy là quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rấtphức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoàivật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nốitiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sangpha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu, vận tốc của toàn bộquá trình được qui định bởi gian đoạn nào chậm nhất Động lực của quátrình là sự chênh lệch độ ẩm trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu.Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặtvật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường khôngkhí xung quanh Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tốthúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặtvật liệu sấy

Trong quá trình sấy thì nhiệt độ và môi trường không khí ẩm xung quanh cóảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy Do vậy khi nghiên cứu quátrình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy:

+ Mặt tỉnh lực học: tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta

sẽ tìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy vàcủa các tác nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tácnhân sấy và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy

+ Mặt động lực học: nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩmvật liệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất, cấutrúc, kích thước của vật liệu sấy và các điều kiên thủy động học của tác nhânsấy để từ đó xác định chế độ sấy và thời gian sấy thích hợp

2.2 Tác nhân sấy, các thiết bị sấy

2.2.1 Tác nhân sấy

2.2.1.1 Khái niệm

Là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy.Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát

ra từ vật sấy Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trongbuồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật sấy

và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽngừng lại

Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy:

+ Gia nhiệt cho vật sấy

+ Tải ẩm mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường

+ Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt

Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện một trong các nhiệm vụ trên

Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm

ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm

từ vật liệu sấy thậm chí còn làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm Để tải ẩm đã bay hơi từ vật sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp:

- Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt

- Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy thải ra ngoài (sấy chân không)

Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặt biệt quan trọng vì nó đóng vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng và khói lò, hơi quá nhiệt, chất lỏng…

2.2.1.2 Các tác nhân sấy thường dùng

- Không khí ẩm: là không khí có chứa hơi nước, trạng thái của không khí ẩmảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy và bảo quản sản phẩm sấy Khi để mộtvật liệu ẩm trong môi trường không khí khô thì nước ở trong nguyên liệu sẽbay hơi Quá trình bay hơi sẽ dừng lại khi nào áp suất hơi trong không khí

có trị số bằng áp suất hơi nước bão hòa ở cùng nhiệt độ đó, lúc đó ta có hỗnhợp không khí bão hòa hơi nước

- Khói lò: là sản phẩm khí của quá trình đốt cháy một chất nào đó Khốilượng, thành phần và các thông số trạng thái của khói lò phụ thuộc vào thànhphần của chất đốt và phương pháp đốt cháy

+ Ưu điểm: cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp ráp Có thể điềuchỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong khoảng rất rộng, đầu tư vốn ít vì không

phải dùng calorife, giảm tiêu hao điện năng, nâng cao được hiệu quả sửdụng

+ Nhược điểm: gây bụi bẩn, dễ gây hỏa hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hóahọc không cần thiết, ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm nên ít được sửdụng trong công nghiệp

- Hơi quá nhiệt: được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy nổ, có khả năngchịu được nhiệt cao Vì vậy sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt độ thường lớn hơn

1000C ( sấy ở áp suất khí quyển)

- Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suấtthường

- Dựa vào phương thức làm việc: có sấy liên tục và sấy gián đoạn

- Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếpxúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ

- Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấythùng quay, sấy phun

- Dựa vào chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy: sấy cùngchiều, ngược chiều, giao chiều

2.3 Vật liệu sấy

2.3.1 Giới thiệu chung

Đậu xanh hay đỗ xanh là cây đậu có danh pháp hai phần Vigna radiata

có kích thước hạt nhỏ (đường kính khoảng 2–2,5 mm) Đậu xanh thuộc loạicây thảo mọc đứng Lá mọc kép 3 chia, có lông hai mặt Hoa màu vàng lụcmọc ở kẽ lá Quả hình trụ thẳng, mảnh nhưng số lượng nhiều, có lông trongchứa hạt hình tròn hơi thuôn, kích thước nhỏ, màu xanh, ruột màu vàng, cómầm ở giữa

- Cấu tạo của hạt đậu xanh: hạt đậu xanh có cấu tạo giống các hạt họ đậu làkhông có nội nhũ, gồm 3 phần: vỏ, từ diệp, phôi

+ Vỏ: là loại hạt trần nên vỏ được cấu tạo từ vỏ quả và vỏ hạt Vỏ là bộ phận

có chức năng bảo vệ phôi và từ diệp khỏi tác dụng cơ học, hóa học của môitrường Vỏ chiếm khoảng 7% so với khối lượng toàn hạt Trong vỏ không cóchất dinh dưỡng, thành phần chủ yếu của vỏ là cellulose, hemicellulose vàlicthin

+ Từ diệp: chiếm 90% khối lượng hạt đậu, hạt đậu có 2 từ diệp Từ diệpđược cấu tạo từ những tế bào lớn thành mỏng, giữa các tế bào là các khoảngtrống.

+ Phôi: phôi chiếm 3% khối lượng toàn hạt, gồm 2 phần chính là chồi mầm

và rễ mầm, phôi là phần phát triển thành cây non khi hạt nảy mầm do đóphôi chứa nhiều chất dinh dưỡng, chủ yếu là protein, glucid hòa tan và lipid

Bảng 2: thành phần hóa học của đậu xanh

Ngoài ra trong hạt đậu xanh còn chứa một hàm lượng nhỏ các chất béo,vitamin (A, B1, B2, niacin) và một số chất khoáng (Na, K, Ca, P, Fe, Cu),một số enzyme như lipase, traferase, hydrolase, lypoxygennase

Vì vậy vấn đề bảo quản đậu xanh cũng như các nguyên liệu họ đậu nóichung là khó, vì đậu là môi trường rất dễ cho các loại sâu mọt phá hoại Mặtkhác nếu điều kiện bảo quản không tốt như nhiệt độ, độ ẩm cao đậu sẽ bị “sượng ” (hóa già) làm giảm chất lượng đậu Muốn

Ngoài ra trong hạt đậu xanh còn chứa một hàm lượng nhỏ các chất béo,vitamin (A, B1, B2, niacin) và một số chất khoáng (Na, K, Ca, P, Fe, Cu),một số enzyme như lipase, traferase, hydrolase, lypoxygennase

Vì vậy vấn đề bảo quản đậu xanh cũng như các nguyên liệu họ đậu nóichung là khó, vì đậu là môi trường rất dễ cho các loại sâu mọt phá hoại Mặtkhác nếu điều kiện bảo quản không tốt như nhiệt độ, độ ẩm cao đậu sẽ bị “sượng ” (hóa già) làm giảm chất lượng đậu Muốn có chất lượng ban đầu tốt,không sâu mọt và có độ ẩm an toàn thì quá trình phơi, sấy hạt sau khi thuhoạch có vai trò rất quan trọng trong việc bảo quản, chế biến cũng như nângcao chất lượng hạt

2.3.2 Tác dụng của đậu xanh đối với sức khỏe

- Chữa bệnh gút hiệu quả với đậu xanh

Theo Đông y, đậu xanh có tác dụng thanh nhiệt giải độc, trừ phiền

nhiệt, bớt sưng phù, điều hòa ngũ tạng, nấu ăn bổ mát và trừ được

các bệnh thuộc nhiệt Vỏ đậu xanh không độc, có tác dụng giải

nhiệt độc, dùng chữa mụn, ung nhọt…

- Đậu xanh giúp tim khỏe

Đậu xanh chứa các chất kháng viêm và mức cao vitamin B phức hợp, cócông dụng tăng thêm sức khỏe các mạch máu Ngoài ra, đậu xanh còn giúpgiảm mức triglyceride và cholesterol xấu, nên rất có ích cho sức khỏe tim

- Đậu xanh làm giảm nguy cơ ung thư vú và tuyến tiền liệt

Vỏ đậu xanh có chứa nhiều hoạt chất thuộc nhóm flavonoid, có tác dụng ứcchế sự tăng trưởng của các tế bào ung thư đặc biệt là làm giảm nguy cơ mắcbệnh ung thư vú và tuyến tiền liệt

- Đậu xanh giúp ngừa ung thư dạ dày

Đậu xanh chứa hàm lượng cao chất chống ôxy hóa coumestrol – một loạipolyphenol giúp bảo vệ sức khỏe Ngoài ra, các hợp chất phytonutrient chứatrong đậu xanh còn có tác dụng phòng tránh ung thư dạ dày

- Đậu xanh giúp tăng cường hệ miễn dịch

Chất xơ trong đậu xanh còn có khả năng loại bỏ các độc tố trong cơ thể, do

đó giúp ngăn ngừa chứng ung thư ruột kết Đậu xanh tốt cho người tiểuđường và giảm cân Đậu xanh còn là nguồn cung cấp chất xơ hòa tan Chấtnày đi qua đường tiêu hóa, lấy đi những chất béo thừa và loại bỏ khỏi cơ thểtrước khi hấp thụ, nhất là cholesterol Do đó, đậu xanh giúp người béo kiềmchế sự thèm ăn và giảm lượng chất béo nguy hiểm cho cơ thể Đồng thời đậuxanh giúp ổn định lượng đường trong máu sau bữa ăn nên rất tốt cho ngườibệnh tiểu đường

Chính vì đậu xanh có rất nhiều tác dụng đối với sức khỏe như thế nên trongquá trình chế biến và bảo quản đòi hỏi phải giữ lại được chất dinh dưỡng củađậu xanh Trong đó quá trình sấy phù hợp cũng ảnh hưởng lớn đến việc giữlại những chất dinh dưỡng này

2.3.3 Quy trình sấy đậu xanh

Đậu xanh

Thu hoạch

Đậu thu hoạch từ đồng ruộng người ta chặt cây và nhặt hạt đậu ra Khi mớithu hoạch từ đồng ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình từ 20-25%.Đối với đậu xanh thu hoạch cả quả thì phải phơi hoặc sấy sơ bộ tới độ ẩmnhất định mới tách, lấy hạt khỏi vỏ quả thuận lợi Việc đập và tách hạt rakhỏi quả có thể làm bằng máy hoặc bằng tay sau đó tiến hành làm sạch, táchcác tạp chất có trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi, đá lẫn vào hạtkhi thu hoạch Tách hạt có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ lớn hơnhạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớp dưới cùng là đất, cát, rác vụnnhỏ hơn hạt Sau khi có khối đậu xanh thì tiến hành lấy mẫu đo độ ẩm bằng

Phơi (sấy sơ)

Đóng gói

Thành phẩm

máy đo độ ẩm để xác định độ ẩm ban đầu Tiếp theo người ta phân loại đậutheo loại 1, 2, 3 theo kích cỡ, có thể dùng sàng với các lớp dưới có đườngkính lỡ khác nhau Sau khi phân loại, tiến hành sấy theo từng loại đậu, sauthời gian sấy phải kiểm tra lại độ ẩm thành phẩm đạt dưới 10% thì quá trìnhsấy kết thúc Sau khi sấy đậu được làm nguội tự nhiên hoặc có quạt thổi đểgiảm bớt nóng, tránh dùng không khí có độ ẩm cao để thông gió sẽ làm tăng

độ ẩm của hạt Tiếp theo khối đậu được kiểm tra lại cở hạt để lọa bỏ nhữnghạt lép, hỏng sau khi sấy Cuối cùng đậu được đóng gói theo yêu cầu thịtrường: 50kg, 25kg, 10kg, 5kg, 1kg tạo sản phẩm đậu xanh nguyên hạt

2.4 Chọn phương pháp sấy

2.4.1 Chọn thiết bị sấy

Đậu xanh là nông sản dạng hạt nên người ta thường dùng thiết bị sấythùng quay Loại thiết bị này được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thuhoạch để sấy các vật liệu dạng hạt có kích thước nhỏ Sấy thùng quay là loạithiết bị sấy đối lưu nên vật liệu được dào trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tácnhân sấy, do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, độ đồng đều của sảnphẩm cao Ngoài ra thiết bị còn có thể làm việc với năng suất lớn nên e chọnthiết bị này để sấy đậu xanh nguyên hạt với năng suất 1500kg/h

Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặckhói lò Tuy nhiên quá trình sấy đậu xanh hạt dùng làm thức ăn đòi hỏi đảmbảo tính vệ sinh cho sản phẩm nên ở đây em chọn tác nhân sấy là không khínóng, nhiệt cung cấp cho không khí trong calorife là từ quá trình ngưng tụhơi nước bão hòa Nhiệt độ tác nhân sấy được chọn phụ thuộc vào bản chấtcủa hạt, có loại hạt sấy ở nhiệt độ cao vẫn giữ được tính chất vật lý, sinh lý

và công nghệ, nhưng lại có loại hạt không cho phép sấy ở nhiệt độ cao Đốivới đậu xanh là loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp,với nhiệt độ không khí sấy từ 40-550C Do đó em chọn nhiệt độ tác nhân sấyđưa vào là 500C

2.4.2 Quá trình hoạt động của hệ thống

2.4.2.1 Sơ đồ hệ thống sấy thùng quay

1.Quạt đẩy 5.Thùng tháo liệu

2.Calorife 6.Xyclon

3.Cơ cấu nạp liệu và dẫn khí vào 7.Quạt hút

4.Thùng sấy

2.4.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Đậu xanh có độ ẩm ban đầu 22% được chuyển vào thùng sấy bằng băngtải và di chuyển trong thùng sấy cùng chiều với tác nhân sấy, với độ chứađầy 18% Thùng sấy hình trụ tròn, đặt nghiêng 60 so với mặt phẳng ngang,trên hệ thống con lăn đỡ và con lăn chạy Hệ thống truyền động cho thùngquay gồm bánh răng vòng lắp trên vỏ thùng, động cơ truyền động và hộpgiảm tốc Bên trong thùng có gắn các cánh nâng dọc theo đường sin củathùng để nâng và đảo vật liệu, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tácnhân sấy, tăng bề mặt trao đổi nhiệt giúp đẩy nhanh quá trình sấy Ở đầunhập liệu của thùng, cánh nâng được bố trí xoắn đóng vai trò như cơ cấuhướng dòng cho vật liệu đi vào thùng sấy Khi thùng quay, hạt được manglên cao tới góc rơi rồi đổ xuống, trong lúc đó tác nhân sấy nóng 550C, đượcquạt hút vận chuyển thổi qua trao đổi nhiệt ẩm và làm khô hạt Nhờ độnghiêng của thùng mà hạt sẽ được vận chuyển dần ra phía tháo liệu Kết thúcquá trình sấy, đậu xanh có độ ẩm 11% được dẫn ra ngoài bằng băng tải, đưavào hệ thống đóng bao Không khí nóng được đưa qua xyclon để lắng bụi rồithải ra ngoài

Chương 3: Tính toán công nghệ-thiết bị

Vật liệu sấy là đậu xanh nguyên hạt có các thông số cơ bản sau:

Năng suất sấy: 1500kg/h

Nhiệt độ môi trường:t0 = 250C

Độ ẩm tương đối: 85%

Độ ẩm vật liệu vào: W1 = 22%

Độ ẩm vật liệu ra:W2 = 11%

Nhiệt độ tác nhấn sấy vào:t1 = 550C

Nhiệt độ tác nhân sấy ra:t2 = 330C

3.1.Tính các thông số của không khí

3.1.1 Các công thức sử dụng

Dùng tác nhân sấy là không khí

- Phân áp suất bảo hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:

Pb=exp(12- ( bar)

- Độ chứa ẩm

Với: : độ ẩm tương đối của không khí

p: áp suất khí trời, p=1at = 0,981bar

- Enthapy của không khí ẩm:

I = Ckt + x(r + Cht) =1t + x(2493 + 1,97t) (kJ/kgkkk)

(CTVII.13/95 – [2])Với:

t: nhiệt độ môi trường

Ck: nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1(kJ/kg0K)

Ch: nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,97 (kJ/kg0K)

r: ẩm nhiệt hóa hơi của nước, r = 2493 (kJ/kg)

- Thể tích riêng của không khí:

v = =

với

R: hằng số khí, R = 8314 J/kmol.độ

M: khối lượng không khí, M = 29 kg/kmol

p, pb: áp suất khí trời và phân áp suất bảo hòa của hơi nước trong không khí

- Lưu lượng không khí ẩm:

V = vL , m3/kg

Với:

L: lưu lượng không khí khô, kg/h

v : thể tích riêng

3.1.2 Trạng thái không khí ngoài trời

Hàm ẩm ban đầu

x0 = 0,621

với B: áp suất hơi bảo hòa của không khí ngoài trời

lấy B=1at=0,981 bar, : áp suất hơi bảo hòa ở 25C

pb0 = exp(12- ) = exp(12- ) = 0,0315 (bar)

3.1.3 Tính toán không khí đưa vào calorife và đốt nóng đẵng ẩm

Không khí được quạt đưa vào calorife và được đốt nóng đẵng ẩm (x1=x0)đến trạng thái B (x1, t1) Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vàothùng sấy

Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chấtcủa vật liệu sấy và chế độ công nghệ qui định Nhiệt độ của tác nhân sấy ở Bđược chọn phải thấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh Do đậu xanh

là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm của vật liệu sấy còn cao thì lớp

bề mặt của hạt bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát

ẩm từ trong lòng vật liệu ra ngoài

Quy tắc sấy đối với loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độthấp, thường thì nhiệt độ không khí sấy từ 40-550C

Trong đó = exp(12- )= exp(12- )= 0,05 (bar)

I2 = 1t2 + x2(2493+1,97t2)

x2 = = = 0,0263 (kg/kgkk)

φ2 = = = 0,797

v2 = = = 0,9364 (m3/kgkkk)

3.1.5 Tính nhiệt độ điểm sương

Ở nhiệt độ điểm sương ta có = 1, x = 0,0255 kg/kgkkk, p = 0,981 bar, pbh=0,05 bar

Áp suất hơi bảo hòa tại nhiệt độ điểm sương là

Pbhđs = = = 0,037 (at)

Từ bảng I.250/312- QT&TB tập 1 và tính toán theo công thức nội suy ta có

tđs = 270C

t2 – tđs = 33-27 = 60C (thỏa mãn yêu cầu)

Bảng 3.1: Các thông số của của không khí

- G1, G2: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy (kg/h)

- Gk: lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h)

- W1, W2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính theo phần trăm khốilượng vật liệu ướt

- W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi qua máy sấy (kg/h)

- L: Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h)

- x0: Hàm ẩm của không khí trước khi vào calorife (kg/kgkkk)

- x1, x2: Hàm ẩm của không khí trước khi vào máy sấy( sau khi đi quacalorife sưởi) và sau khi ra khỏi máy sấy (kg/kgkkk)

3.2.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy

Trong quá trình sấy xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu Lượngvật liệu khô tuyệt đối qua máy sấy là:

3.2.2 Cân bằng vật liệu cho không khí sấy

Vì tính theo lý thuyết sấy nên coi không khí khô đi qua máy sấy không bịmất trong quá trình sấy

- Khi làm việc ổn định thì không khí sấy mang theo lượng ẩm Lx1

- Sau khi sấy lượng ẩm bốc ra từ vật liệu W

- Lượng ẩm trong không khí khi ra khỏi máy sấy: Lx2

Lúc này ta có phương trình cân bằng:

3.3 Tính toán thiết bị chính

3.3.1 Thời gian sấy

Thời gian sấy được tính theo công thức:

(w1 – w2) = M (0,158 +3) (CT 10.12/210 – [3])

:tính bằng phút, w1; w2: độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy

Nếu độ ẩm w1; w2 viết theo giá trị thực và thời gian sấy được tính bằng giờthì ta có công thức : (w1 – w2) = M’ (11,1 +3) (CT 10.13/210 – [3])

Với M’ = M10-2 (M là hệ số phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt)chọn đường kính của đậu xanh là d = 4mm

V:thể tích khối thùng sấy (m3)

G1: khối lượng vật liệu vào máy sấy (kg/h)

:thời gian sấy (h)

: hệ số chứa đầy, = 0,2 – 0,3 chọn = 0,25

: khối lượng riêng của vật liệu sấy (kg/m3)

= 1000 -1400kg/m3 chọn = 1100 kg/m3

vậy V = = 5,75(m3)

3.3.3 Xác định đường kính và chiều dài thùng sấy

Quan hệ giữa chiều dài và đường kính L/D bằng: = 3,5 7

(CT 10.1/207 – [3])Chọn = 5 hay L = 5D

Khi đó đường kính thùng sấy được xác định:

V = = D = = 1,14 (m)nên chiều dài thùng sấy: L =1,145 = 5,7 (m)

3.3.4 Số vòng quay của thùng sấy (n)

Số vòng quay của thùng sấy được tính theo công thức:

n = (CT VII.52/122 – [2])

Trong đó:

:góc nghiêng của thùng quay thường góc nghiêng của thùng quay dài là 2,5

30, còn thùng quay ngắn là 60, chọn = 60 tag = 0,105

m: hệ số phụ thuộc cánh nâng trong thùng, m= 0,5

k: hệ số phụ thuộc vào chuyển động của khí, k = 0,2

: thời gian sấy (phút)

3.4 Cân bằng nhiệt lượng

3.4.1 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết

- Cv1 = Cv2 = Cv:Cv1, Cv2 là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào, ra thiết bị

Cv là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm W2:

CV = Ckhô(1 – W2) + CaW2 , kJ/kg0K

Ca = Cn = 4,18 (kJ/kg0k)

Ckhô = 1,42(kJ/kg0k): nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối

CV = Ckhô(1 – W2) + CaW2 = 1,42(1 – 0,11) + 4,180,11 = 1,7236 (kJ/kg0k)

3.4.2 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy

- Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào: qkkv

3.4.3 Nhiệt lượng đưa ra thiết bị sấy gồm

- Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: qkkr

qkkr = l.I2 = 112,36100,26 = 11265,21 (kJ/kg)

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: qvlr

qvlr = = = 341,47 (kJ/kg)

- Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh: qmt

qmt =

Trong đó:

F: diện tích bề mặt truyền nhiệt của máy sấy

t: hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh: lượng ẩm bay hơi

k= (kcal/m2.h.): hệ số truyền nhiệt

:tổng nhiệt trở của máy sấy

là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt của phòng sấy

L: kích thước hình học xác định theo đường kính tương đương

Vì Re > 104 nên tính theo chế độ chảy xoáy

- Chuẩn số Nuxen đối với chất khí

Trong đó phụ thuộc vào tỉ số và Re

Với Re = 24105 và = 5 thì dựa vào bảng V.2/15 – [2] = 1,08

Vậy Nu = 0,0181,08( 24105 )0,8 = 2470,96

Mà Nu = (với là hệ số dẫn nhiệt ở 440C của không khí)

Với = ()1/5

Trong đó:

: hệ số dẫn nhiệt của khí ở 00C (W/m độ)

T: nhiệt độ tuyệt đối của không khí (0K)

c: hằng số phụ thuộc vào loại khí

Tra bảng I.122/124 – [1] ta được c = 122, = 0,0201

= 0,0201()1/5 = 0,0186(W/m2 độ)

= + : hệ số cấp nhiệt của tường ra môi trường xung quanh

:hệ số cấp nhiệt mặt ngoài do máy sấy đối lưu tự nhiên

: hệ số cấp nhiệt do bức xạ

Chọn nhiệt độ thành ngoài của máy sấy là t3 = 280C là nhiệt độ thích hợp đểtác nhân sấy truyền qua thùng và các lớp cách nhiệt phía ngoài thùng saocho không quá nóng, an toàn cho người lao động

Chọn các bề dày của thùng: Chọn các thông số bề dày thùng như sau (BảngI.125 và I.126 Sổ tay QT&TB Tập1/Trang 127 và 128)

Vật liệu

Hệ số dẫn nhiệt (W/m.độ)

T1: Nhiệt độ tuyệt đối của thành máy sấy (0K) T1 = 280C

T2: Nhiệt độ tuyệt đối của môi trường (0K) T2 = 250C

C0 = 5,7 Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối

Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặtvật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể: ε = 0,8  1

3.4.4 Xây dựng quá trình sấy thực tế

- Tìm giá trị ( nhiệt lượng bổ sung thực tế)

= Cn t0 – (qvl + qm)

Mà nhiệt lượng để làm nóng vật liệu : qvl = (tv2 –tv1)

= = 36,59 (kJ/kg)

= 4,1825 – (36,59 + 5,95) = 61,96 (kJ/kg)

Xác định các thông số của quá trình sấy thực:

- Nhiệt dung riêng dẫn xuất

Cdx(x1) = Cpk + Cpax1 ( CT 7.10/130 – [3])

Trong đó :

Cpk = 1 kJ/kg 0k: nhiệt dung riêng của không khí

Cpa = 1,97 kJ/kg 0k: nhiệt dung riêng của hơi nước

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: qvlv

- Nhiệt do tổn thất ra môi trường xung quanh: qtt + qđh

Tổn thất nhiệt qua vỏ máy sấy : qm = 5,95(kJ/kgẩm)

Vậy phương trình cân bằng nhiệt lượng:

và ngoài ống là không khí chuyển động Hệ số trao đổi nhiệt của nướcngưng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ống vớikhông khí

3.5.1.1 Chọn kích thước truyền nhiệt

Chọn ống truyền bằng sắt có gân để nâng hệ số truyền nhiệt, hệ số dẫn nhiệtcủa đồng là λ = 385 (W/m.độ) ( Bảng I.123/Trang 126- [1])