BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HẦM SẤY KHOAI MÌ

Tài liệu gồm báo cáo đồ án,bản vẽ chi tiết hệ thống, bản vẽ quy trình công nghệ, file excel tính toán chi tiết.Liên hệ 0122 889 1474 để được hỗ trợ thêm.LỜI NÓI ĐẦU Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp khác nhau. Trong nông nghiệp sấy là một trong những công đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch. Trong công nghiệp cũng như nông nghiệp chế biến nông hải sản, công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng… kỹ thuật sấy cũng đóng một vai trò quan trọng trong dây truyền sản xuất.Thực tế cho thấy quá trình truyền nhiệt nói chung và quá trình sấy nói riêng là những quá trình công nghệ phức tạp. Để thực hiện tốt quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống bao gồm các thiết bị như: Thiết bị sấy ( Hầm, buồng sấy…), Calorifer, Quạt và một số thiết bị khác…Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ thiết kế một hệ thống sấy dùng cho việc sấy sản phẩm là khoai mì lát với năng suất sản lượng đầu vào là 2000kgmẻ. Hệ thống được lắp đặt tại tỉnh TP.HCM với nhiệt độ không khí và độ ẩm trung bình trong năm là t=27oC , =82%.Với nhiệm vụ đó em lựa chọn công nghệ sấy hầm với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt bằng khói lò và nhờ quạt thổi vào.Với sự hướng dẫn của PGS.TS Mai Thanh Phong đến nay em đã hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế và nguồn tài liệu tham khảo không đầy đủ, quá trình tính toán có sai số nên không tránh khỏi các sai sót. Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn đọc quan tâm.Em xin chân thành cảm ơn...

LỜI NÓI ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành côngnghiệp và nông nghiệp khác nhau Trong nông nghiệp sấy là một trong nhữngcông đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch Trong công nghiệp cũngnhư nông nghiệp chế biến nông- hải sản, công nghiệp chế biến gỗ, côngnghiệp sản xuất vật liệu xây dựng… kỹ thuật sấy cũng đóng một vai trò quantrọng trong dây truyền sản xuất

Thực tế cho thấy quá trình truyền nhiệt nói chung và quá trình sấy nóiriêng là những quá trình công nghệ phức tạp Để thực hiện tốt quá trình sấyngười ta sử dụng một hệ thống bao gồm các thiết bị như: Thiết bị sấy ( Hầm,buồng sấy…), Calorifer, Quạt và một số thiết bị khác…

Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ thiết kế một hệ thống sấy dùngcho việc sấy sản phẩm là khoai mì lát với năng suất sản lượng đầu vào là2000kg/mẻ Hệ thống được lắp đặt tại tỉnh TP.HCM với nhiệt độ không khí và

độ ẩm trung bình trong năm là t=27oC , =82%.Với nhiệm vụ đó em lựa chọncông nghệ sấy hầm với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt bằng khói lò

và nhờ quạt thổi vào

Với sự hướng dẫn của PGS.TS Mai Thanh Phong đến nay em đã hoànthành đồ án này Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế và nguồn tài liệutham khảo không đầy đủ, quá trình tính toán có sai số nên không tránh khỏicác sai sót Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và cácbạn đọc quan tâm

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

1 TỔNG QUAN 3

1.1 Sơ lược về sấy 3

1.1.1 Bản chất của sấy 3

1.1.2 Thiết bị sấy (Hầm sấy) 3

1.1.3 Chọn tác nhân sấy và chất tải nhiệt 3

1.1.3.1 Chọn tác nhân sấy 3

1.1.3.2 Chọn chất tải nhiệt 4

1.2 Sơ lược về nguyên liệu 5

2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 8

2.1 Quy trình 8

2.2 Thuyết minh quy trình 9

3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 10

3.1 Các thông số ban đầu 10

3.1.1 Vật liệu sấy 10

3.1.2 Tác nhân sấy 10

3.2 Tính thời gian sấy 13

3.3 Cân bằng vật chất 14

3.4 Tính thiết bị chính 15

3.4.1 Tính xe goòng 15

3.4.2 Hầm sấy 17

4 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 18

4.1 Tổng tổn thất nhiệt trong hệ thống 18

4.2 Quá trình sấy thực 20

4.3 Cân bằng nhiệt và hiệu suất hệ thống sấy 21

5 TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 22

5.1 Tính calorife 22

5.2 Chọn quạt 26

6 KẾT LUẬN 33

7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

1 TỔNG QUAN

1.1 Sơ lược về sấy

1.1.1 Bản chất của sấy

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt Mục đích của quá trình sấy là giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và tăng thời gian bảo quản vật liệu

Trong quá trình sấy nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do sự khuếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, bởi sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

Sấy là quá trình không ổn đinh, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian

1.1.2 Thiết bị sấy (Hầm sấy)

Hệ thống sấy hầm là một trong những hệ thống sấy đối lưu phổ biến nhất Nếu hệ thống sấy buồng là sấy từng mẻ với năng suất bé thì hệ thống sấy hầm có thể sấy liên tục hoạc bán liên tục với năng suất lớn Hầm sấy được dùng để sấy các vật liệu sấy kém chiệu nhiệt và khó khô Vật liệu sấy thường ở dạng rời xếp lớp Tuy nhiên, khác với hệ thống sấy buồng có tổ chức trao đổi nhiệt - ẩm đối lưu tự nhiên, trong hệ thống sấy hầm chỉ có thể

là đối lưu cưỡng bức, nghĩa là bắt buộc phải dùng quạt

TBTT trong hệ thống sấy có thể là băng tải hoặc nhiều xe goòng, có xe treo Các khay sẽ được xếp trên xe goòng, xe treo, trên băng tải

Do sản phẩm sấy được dùng làm thực phẩm cho cả người nên để đảmbảo về yêu cầu vệ sinh Do đó ta sử dụng phương pháp sấy dùng không khílàm tác nhân sấy Với yêu cầu về đặc tính của loại vật liệu sấy là khoai mì,

và năng suất sấy không quá lớn chỉ dừng ở mức trung bình nên ta lựa chọncông nghệ sấy hầm kiểu đối lưu cưỡng bức dùng quạt thổi

1.1.3 Chọn tác nhân sấy và chất tải nhiệt

1.1.3.1 Chọn tác nhân sấy

 Khói lò

Dùng khói lò làm tác nhân sấy có ưu điểm là phạm vi nhiệt độ rộng từhàng chục độ đến 1000oC, không cần calorife Tuy vậy dùng khói có nhượcđiểm là khói có thể làm ô nhiểm sản phẩm sáy Vì vậy khói chỉ dùng cho cácvật liệu không sợ ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ

 Hơi quá nhiệt

Dùng hơi quá nhiệt làm tác nhân sấy trong trường hợp sản phẩm sấy dểcháy nổ và sản phẩm chịu được nhiệt độ cao vì sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt

độ thường lớn hơn 100oC ( sấy ở áp suất khí quyển)

 Không khí ẩm

Không khí ẩm là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầuhết các loại sản phẩm Dùng không khí ẩm không sợ ô nhiểm sản phẩm sấy.Tuy vậy không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ phận gia nhiệtkhông khí (calorife khí-hơi hay khí-khói) Nhiệt độ không khí để sấy khôngthể quá cao, thường nhỏ hơn 500oC vì nếu nhiệt đọ cao hơn thiết bị trao đổinhiệt phải sử dụng thép hợp kim hay gốm sứ chi phí cao

1.1.3.2 Chọn chất tải nhiệt

Chất tải nhiệt có nhiệm vụ cấp nhiệt cho tác nhân sấy Chất tải nhiệtthông thường là hơi nước, nước nóng, chất lỏng hữu cơ, khói, điện

- Dùng nước nóng làm chất tải nhiệt có ưu điểm:

 Áp suất sử dụng thấp hơn khi dùng hơi

 Lò nước nóng có cấu tọa đơn giản hơn, giá thành rẻ hơn

 Nhiệt dung riêng của nước lớn nên thiết bị gọn

- Dùng chất lỏng hữu cơ làm chât tải nhiệt có ưu điểm:

 Nhiệt độ có thể tăng lên vài trăm độ ở áp suất khí quyển

 Không có hiện thượng đóng cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt

 Lò gia nhiệt chất lỏng hữu cơ có cấu tạo đơn giản hơn so với lò hơi

 Dễ điều chỉnh nhiệt độ

 Không gây ô nhiễm môi trường

- Nhược điểm khi dung điện là giá thành năng lượng cao

 Khói lò

- Dùng khói lò làm chất tải nhiệt có ưu điểm:

 Không phải trang bị lò hơi nên vốn đầu tư thấp

 Khói làm bám bẩn bề mặt trao đổi nhiệt

 Điều chỉnh độ khó khăn hơn khi dùng hơi hay chất lỏng

Ở đây chọn tác nhân sấy sẽ là không khí ẩm và tác nhân gia nhiệt là khói

lò ( nhiên liệu dùng là củi)

1.2 Sơ lược về nguyên liệu

 Nguyên liệu sử dụng: khoai mì

Khoai mì có tên khoa học là Manihot Esculenta (Grantz), là loại câylương thực phát triển ở các vùng có khí hậu nhiệt đới Khoai mì phátnguồn từ lưu vực sông Amazon ở phía nam châu Mỹ Từ thế kỷ 16, câykhoai mì được trồng ở châu Á, châu Phi và Mỹ La Tinh Ở Việt Nam,khoai mì được trồng từ Bắc vào Nam nhất là ở vùng trung du và vùngnúi Trên thế giới, khoai trồng ở 30o vĩ tuyến Bắc cũng như Nam Năng suấtbình quân về khoai mì ở nước ta vào khoảng 8 – 10 tấn củ/ha Sản phẩmkhoai mì được sử dụng một phần nhỏ dưới dạng củ tươi, còn lại đưa vào chếbiến, gồm 2 dạng chính: dạng sơ chế thành khoai mì lát khô, khoai mì dạngviên hoặc tinh chế thành bột

 Phân loại khoai mì theo hàm lượng độc tố trong khoai mì:

Khoai mì đắng: có hàm lượng HCN lớn hơn 50mg/kg, củ thường có 7cánh mũi mác, cây thấp và nhỏ.

Khoai mì ngọt (M.Dulcis): có hàm lượng HCN dưới 50mg/kg, củ thường

có 5 mũi mác, cây cao và thân to

Khoai mì tươi: chứa một lượng độc tố dạng glucoxit có công thức hóahọc là C10H17O6N gọi là manihotoxin, dưới tác động của dịch vị chưa acidclohydric hoặc men tiêu hóa, chất này bị phân hủy và giải phóng ra acidcyanhydric là chất độc đối với con người:

C10H17O6N + H2O = C6H12O6(CH3)2O + HCNHàm lượng độc tố trong khoai mì trong khoảng 0,001-0,04% chủ yếu tậptrung chủ yếu ở vỏ cùi Khi sử dụng khoai mì bóc vỏ là đã loại được phần lớnđộc tố Liều gây độc cho người lớn là 20mg HCN Liều gây chết người là1mg HCN/kg thể trọng Khoai mì được sơ chế thành các dạng sắn lát khô, sợikhô hoặc bột khoai mì thì chất độc trong củ khoai mì đã được loại đi rấtnhiều

 Cấu tạo của củ

Cấu tạo củ khoai mì: cấu tạo hình gậy 2 đầu vuốt nhỏ lại (cuống và đuôi)tùy theo giống và điều kiện canh tác, độ màu mỡ của đất mà chiều dài của củdao động khoảng 300-400mm, đường kính củ 40-60mm

Gồm 4 phần chính: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt khoai mì và lõi

- Vỏ gỗ: la phần bao ngoài, mỏng, 0,5 – 3% khối lượng toàn củ, thànhphần chủ yếu là xenluloza, không có tinh bột, giữ vai trò bảo vệ củ khỏitác động từ bên ngoài

- Võ cùi: chiếm 8 – 15% khối lượng toàn củ, thành phần chủ yếu là tinhbột, xenluloza, hemixenluloza Nhựa khoai mì gồm polyphenoltanin,độc tố

- Thịt khoai mì: là thành phần chủ yếu của củ chiếm 77 – 94% khốilượng toàn củ, thành phần chủ yếu là tinh bột, xenluloza, protein vàmột số chất khác

- Lõi: chiếm 0,3 – 0,4% khối lượng toàn củ ở trung tâm, dọc suốt từcuống đến chuôi củ.

 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng

Củ khoai mì giàu tinh bột với nhiều gluxit khó tiêu nhưng lại nghèo chấtbéo, muối khoáng, vitamin và nhất là nghèo đạm Hàm lượng các acid aminkhông cân đối: thừa arginin nhưng lại thiếu acid amin chứa lưu huỳnh

Trong số các chất dinh dưỡng thì tinh bột có ý nghĩa cao hơn cả Hàmlượng tinh bột nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó độ già là mộttrong những yếu tố quan trọng Độ già phụ thuộc vào thời gian thu hoạch.Với giống khoai mì có thời gian sinh trưởng 1 năm thì trồng vào tháng 2 vàthu hoạch từ tháng 9 đến tháng 4 năm sau Đào vào tháng 12 và tháng giêngthì hàm lượng tinh bột cao nhất vì thời gian này khaoi mì già nhất

Khoai mì là loại cây trồng có nhiều công dụng chế biến trong côngnghiệp, thức ăn gia súc và lương thực, thực phẩm Ở nước ta, củ khoai mìdùng để chế biến tinh bột, , khoai mì lát khô, bột khoai mì hoặc dùng để ăntươi, tạo hàng loạt sản phẩm công nghiệp: bột ngọt, mì ăn liền, glucose, xiro,phụ gia dược phẩm, kỹ nghệ chất dính (hồ vải, dán gỗ), rượu cồn, bánh kẹo,mạch nha, phụ gia thực phẩm, …

 Yêu cầu sản phẩm

Màu sắc: trắng đều, không có lốm đốm, nâu đen trên bề mặt

Độ ẩm không quá 15%, bẻ thấy giòn, lát vỡ ra dễ dàng có tiếng kêu Tạpchất sạch không lẫn sỏi, rác, đất, rễ, cuống, …

2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 Quy trình

Khoai mì củ

Để ráo Ngâm, xử lý Thái lát Rửa bỏ cuống Bóc vỏ

2.2 Thuyết minh quy trình

 Nguyên liệu

Nguyên liệu khoai mì được xếp lên các khay Các khay này lần lượtđược xếp vào xe goòng Sau khi các xe goòng vào trong hầm sấy, cửa hầmđược đóng lại, tác nhân sấy được đưa vào hầm và quá trình sấy bắt đầu Sauthời gian khoảng 8 giờ (7,6 giờ), mở cửa hầm sấy, kéo xe goòng ra khỏi hầm

để thu sản phẩm

 Tác nhân sấy

Tác nhân sấy sử dụng ở đây là không khí Không khí bên ngoài đượcđưa vào caloriphe nhờ quạt đẩy Tại caloriphe, không khí được gia nhiệt đếnnhiệt độ cần thiết (caloriphe dùng chất tải nhiệt là khói lò) Sau đó không khíđược dẫn vào hầm sấy Nhiệt độ không khí tại đầu hầm sấy phải được chọnsao cho phù hợp với vât liệu đem sấy (phải nhỏ hơn nhiệt độ cao nhất mà vậtliệu có thể chịu được) Trong hầm sấy, không khí nóng đi qua các khay đựngvật liệu và tiếp xúc đều với vật liệu sấy Ẩm của vật liệu sẽ bốc hơi nhờ nhiệtcủa dòng khí nóng trên Quạt hút được đặt cuối hầm sấy để hút tác nhân sấy

ra khỏi hầm và đưa ra ngoài

 Trạng thái A:không khí trước khi vào calorife

Nhiệt độ to = 27oC, độ ấm tương đối o = 82%.Ta tính các thông số còn lại của không khí trước khi vào calorife:

- Áp suất hơi bão hòa:

P x

Với P là áp suất khí quyển

- Entanpi của không khí:

 Trạng thái C: không khí sau khi ra khỏi hầm sấy

Chọn nhiệt độ tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy t2 = 45oC

- Áp suất hơi bảo hòa của không khí:

3.2 Tính thời gian sấy

Chọn tốc độ sấy của tác nhân sấy : v = 3 m/s

Cường độ sấy:

Jm=p.∆PTrong đó:

p = 0,0229+0,0174.v = 0,0751 (kg/m2.h.mmHg) là hệ số trao đổiẩm

1 2 1 2

ln

P

P P

b b

27,5273 5,9255

11,0655 27,5273

ln ln

5,9255

P

P P

: kích thước đặc trưng cảu vật liệu sấy

Vo : thể tích của lát khoai mì

F : diện tích bề mặt lát khoai mì

Rv =

2 2

4 2 4

d h d dh

u u

75, 44 51,91

1, 4156 21,125

W L

lat

lat

G n

Rộng: bkhay = 1 (m)Đường kính sợi lưới: 2 (mm)Bước lưới: 20 (mm)

mlưới = V.

2

0.002 (50.1, 2 60.1).7850 4

= 2,9579 (kg)Khung khay làm bằng thép CT3 20x20x1,5

Thể tích khung khay(0,02.0,02-0,017.0,017).2.(1,2+1) = 0,0004884 (m3)Khối lượng khung khay = 0,004884.7850 = 3,8339 (kg)Khối lượng khay

lat khay

lat khay

n n

1 /

- Xe goòng được chế tạo từ vật liệu là thép thường CT3 ( 25x25x1,5) do

ta làm việc ở môi trường nhiệt độ không quá cao, để giảm về chi phí chế tạo nên có thể chon thép thường Với các thông số của thép như sau:

Khối lượng riêng thép CT3: CT3 = 7850 kg/m3

Lh = 1,3.13 + 2.1 = 18,43 (m)

- Chiều rộng hầm sấy tính theo chiều rộng của xe goong Ta lấy dư ra 2 phía mép trái và phải của xe là 100mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ dàng

Bh = Bx + 2.0,1 = 1,1 +0,2 = 1,3 (m)

- Chiều cao của hầm tính theo chiều cao của xe goong Ta lấy dư ra phía mép trên của xe là 100mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ dàng:

Hh = Hx + 0,1 = 1,83 + 0,1 = 1,93 (m)

- Hầm sấy được xây dựng bằng gạch có chiều dày 200mm xung quanh tường bên, còn trần hầm sấy có một lớp bê tông thường dày  = 0,15 m

và một lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày = 0,1 (m)

- Chiều rộng thực của hầm sấy khi tính phần tường bao hai bên:

- Chiều dài cao hầm sấy khi tính phần bê tông và lớp bông thủy tinh cáchnhiệt phía trên trần:

4 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

4.1 Tổng tổn thất nhiệt trong hệ thống

 Nhiệt do vật liệu sấy mang đi

- Nhiệt độ vật liệu sấy đi ra khỏi hệ thông sấy: 2 = 40oC

CVL : nhiệt dung riêng của cá lóc sau khi ra khỏi hệ thống sấy

CVLK : nhiệt dung riêng của khoai mì, CVLK = 1,88 (kJ/kg.K)

CH2O : nhiệt dung riêng của nước, CH2O = 4,18 (kJ/kg.K)

CVL = 1,88.(1 – 0,12) + 4,18.0,12 = 2,156 (kJ/kg.K)

 Q  VL 568,79.2,156.(40 27)  = 15942,057 (kJ/mẻ)

 Tổn thất nhiệt do xe goòng và khay mang đi

- Nhiệt do xe mang đi:

3 ( ).n 110,5164.0,5.(40 27).13 9078, 41

Với 1 và 2 lần lượt là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của tác nhân sấy với

bề mặt trong tường của hầm sấy và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của bề mặt ngoài cuả tường hầm sấy với môi trường bên ngoài

2 1

2 2

6,15 4,17 6,15 4,17.3 18, 66(W/ m ) 8(W/ m )

Theo “ Giáo trình Kỹ Thuật Sấy Nông Sản Thực Phẩm, Nguyễn Văn

May” : hầm sấy được thiết kế đặt trong nhà nên chọn hệ số 2= 8 (W/

Diện tích bề mặt tường:

F = 2.18,43.2,18 = 80,3508 (m2)

1 2 1 2

tb

t t t

t t

100 27 73

45 27 18

t t



73 18 73 ln( ) 18

Hệ số dẩn nhiệt của lớp bê tông dày 0,15m b =1,28 (W/m.K)

Lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày 0,1 m : btt = 0,058 (W/m.K)

2 để tính cho trường hợp tổn thất nhiệt ở trần thì phải lấy 1,32 ở trên

- Tổn thất nhiệt qua cửa:

Cửa của hầm sấy được làm bằng thép CT3 :

Bề dày lớp cữa là 4mmCác kích thước cữa phải phù hợp với kích thước không gian trống ở cữa hầm để có thể cách nhiệt tốt

Chiều cao cửa : h = 1,93 (m)Chiều rộng cửa : r=1,3 (m)

Qn : nhiệt tổn thất qua nên hầm sấy W/m2 , qo= 40,26 W/m2

F : diện tích phần nền hầm sấy, F= Bham.Lham (m2)

W : lượng ẩm bay hơi (kg/h)

 Q  n 18, 429.1,3.40, 26 26319,148  (KJ)

- Tổn thất do mở cửa:

Qmc = 0,1.(Qt + Qn) = 0,1.(193496,158 + 26319,148) = 23077,6366 (KJ)

 Tổng lượng nhiệt tổn thất ra môi trường bên ngoài:

4.3 Cân bằng nhiệt và hiệu suất hệ thống sấy

- Lượng nhiệt tiêu hao Q

 Bảng cân bằng nhiệt:

5 TÍNH THIẾT BỊ PHỤ

5.1 Tính calorife

- Ta có phương trình cân bằng nhiệt sau đây:

Lượng nhiệt khói mất đi bằng lượng nhiệt không khí nhận( bỏ qua tổn thất ):

 Ck , Ckk : nhiệt dung riêng của khói và của không khí

 tv :nhiệt độ vào của khói

 tr : nhiệt độ ra của khói

 t1 , to : nhiệt độ của không khí ra khỏi calorife và trước khi vào calorife t1 =100 oC, t0=27 oC

- Ta có phương trình truyền nhiệt:

log