Tính Toán Thiết Kế Máy Sấy Băng Tải Dùng Để Sấy Lúa

Tính Toán Thiết Kế Máy Sấy Băng Tải Dùng Để Sấy Lúa, Năng Suất 500kg vl ẩm/h

ĐỒ ÁN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

Giảng viên hướng dẫn chính:

Giảng viên chấm phản biện:

Đồ án được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

Ngày tháng năm 2019

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn và biết ơn sâu sắc đến Thầy Đào Thanh Khê,

là Giảng viên hướng dẫn chúng em thực hiện đề tài Thầy đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡnhóm trong suốt thời gian thực hiện và cũng là người giúp nhóm đưa ra những ý tưởng,kiểm tra sự phù hợp của đề tài

Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô trường ĐH Công Nghiệp ThựcPhẩm TP.HCM đã giảng dạy và tạo điều kiện cho em trong quá trình học tập và nghiêncứu tại trường

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đề tài trong phạm vi và khả năng có thể Tuy nhiên sẽkhông tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự cảm thông và tận tình chỉbảo của qúy thầy cô và toàn thể các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TP HCM, ngày tháng năm

Giảng viên hướng dẫn

MỤC LỤC

Chương 1 TỔNG QUAN -6

1 Nguồn gốc, thành phần và tầm quan trọng của thóc -6

2 Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam -7

3 Sơ lược về quá trình sấy -8

3.1 Tầm quan trọng của việc sấy lúa -8

4 Sơ đồ quy trình công nghệ: -9

Chương 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG -11

1 Các số liệu ban đầu -11

2 Xử lý số liệu - 11

3 Cân bằng vật liệu: - 13

3.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy: -13

3.2 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy: -13

4 Cân bằng năng lượng -14

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH -15

1 Các thông số về thiết bị sấy -15

1.1 Thể tích không khí: -15

1.2 Chọn kích thước của băng tải -16

1.3 Tính số con lăn đỡ băng -19

1.4 Động cơ băng tải - 20

1.5 Chọn vật liệu làm phòng sấy -21

1.6 Vận tốc chuyển động của không khí và chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy. - 21

1.7 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh -22

Chương 4 TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ -22

1 Calorifer (tính toán theo tài liệu [9]) -22

1.1 Tính toán nhiệt calorifer: -23

1.2 Kích hước calorifer - 28

1.3 Trở lực của calorlfer -28

2 Tính cyclon - 29

3 Quạt - 30

3.1 Trở lực qua calorifer - 30

3.2 Trở lực cua cyclon - 30

3.3 Trở lực qua hầm sấy -30

3.4 Trở lực qua đường ống -31

3.5 Áp suất động lực học -33

4 Gầu tải nhập liệu - 34

4.1 Chọn các chi tiết cơ bản của gầu tải -34

4.2 Năng suất và công suất gầu tải -34

TÀI LIỆU THAM KHẢO -37

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Lúa - 7

Hình 2 Các kích thước của cánh -25

Hình 3 Các diện tích bề mặt của ống có cánh. -25

Hình 4 Đoạn ống cong -33

MỞ ĐẦU

Việt Nam là đất nước nông nghiệp với truyền thống trồng lúa từ rất lâu đời Chúng ta

tự hào được xem là một trong những chiếc nôi của cây lúa Từ những năm khó khănphải nhập lương thực, chúng ta đã vươn lên thành nước xuất khẩu gạo đứng thứ haitrên thế giới Tuy nhiên giá trị xuất khẩu gạo của Việt Nam còn chưa cao do công nghệsau thu hoạch còn lạc hậu Do đó, việc tìm hiểu về các tính `chất của hạt thóc, các biệnpháp hạn chế các tổn thất sau thu hoạch, các quy trình chế biến để nâng cao giá trị sửdụng của thóc là một vấn đề cần quan tâm và giải quyết nhanh chóng Trước nhữngnguy cơ có thể gây hư hỏng như điều kiện thời tiết thất thường, vi sinh vật, nấm… thìphương pháp duy nhất nhằm giảm tối đa sự hư hỏng của hạt lúa là phương pháp sấy.Không những vậy, sấy còn góp phần làm giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vậnchuyển và thuận lợi cho quá trình gia công tiếp theo như làm sạch, tách vỏ… Sấy làquá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu đến giá trị độ ẩm cầnthiết để bảo quản Khi áp dụng biện pháp sấy đúng kỹ thuật sẽ giảm được độ ẩm hạtđến mức an toàn cho tồn trữ và giữ được phẩm chất của hạt Điều này cho thấy tính cần

thiết của việc tính toán và thiết kế hệ thống sấy thóc

Chương 1 TỔNG QUAN

1 Nguồn gốc, thành phần và tầm quan trọng của thóc

Lúa là nguồn lương thực chính của gần một nửa dân số trên trái đất Lúa được trồngnhiều ở khu vực Đông Nam Á Rice is the most important cereal on the globe, Gạo làngũ cốc quan trọng nhất trên thế giới,being the main source of energy and income forthe là nguồn chính của năng lượng và thu nhập cho người majority of the world'shuman populatphần lớn dân số của con người trên thế giới Aside Ngoài from being thestaple food, or a carbohydrate là lương thực chủ yếu, hoặc carbohydrate component of

a meal, rice is also used in numerous thành phần của bữa ăn, gạo cũng được sử dụngtrong rất nhiều industrial applications công nghiệp Its use in the diet and inSử dụngcủa nó trong chế độ ăn uống và industry depends on its cooking properties ngành côngnghiệp phụ thuộc vào các tính chất nấu ăn của mình Về diện tích đất canh tác lúa hàngthứ hai sau lúa mỳ nhưng về năng xuất của lúa là loại cao nhất

Hình 1 Lúa

Cấu tạo của hạt thóc gồm: Vỏ hạt, lớp alơrôn, nội nhủ, phôi Các lớp ngoài và vỏ trongcủa gạo lột chiếm khoảng 4-5% khối lượng của hạt, lớp tế bào alơron chiếm khoảng 2-3%, nội nhủ chiếm tỉ lệ 65-67%

Thành phần hóa học của hạt lúa gồm chủ yếu là tinh bột, protein, xenlulose Ngoài ratrong hạt lúa còn chứa một số chất khác với hàm lượng ít hơn so với 3 thành phần kểtrên như: đường, tro, chất béo, sinh tố Thành phần hóa học của hạt lúa phụ thuộc vàonhiều yếu tố như giống, đất đai trồng trọt, khí hậu và chế độ chăm sóc Cùng chungđiều kiện trồng trọt và sinh trưởng

Thành phần hóa học của hạt lúa:

Thành phần

hóa học

Hàm lượng các chất ( % )Nhỏ nhất Lớn nhất Trung bình

Theo thống kê, độ ẩm an toàn của hạt thóc cho bảo quản phụ thuộc vào tình trạng thóc,khí hậu cũng như điều kiện bảo quản Khi thóc có độ ẩm 13- 14% có thể bảo quảnđược từ 2-3 tháng, nếu muốn bảo quản hơn 3 tháng thì độ ẩm của thóc tốt nhất từ 12-12,5% Độ ẩm thóc, công nghệ sấy cũng ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi gạo và tỷ lệgạo trong quá trình xay xát, độ ẩm thích hợp cho quá trình xay xát từ 13- 14%.

Ngoài ra, thóc là một loại vật liệu yêu cầu sấy ở chế độ mềm vì tính bền chịu nhiệt củathóc rất kém, không cho phép nâng nhiệt độ đốt nóng hạt lên cao Nguyên nhân là sựhình thành các vết nứt của nội nhủ do trong quá trình sấy độ ẩm của lớp ngoài hạt giảmnhanh, tạo nên trạng thái căng thể tích của phần trung tâm, khi tăng nhiệt độ làm chosức căng đó vượt quá độ bền chắc của hạt thì tạo nên các vết nứt Các vết nứt xuất hiệntheo các vách protein ngăn cách giữa các hạt tinh bột

Do đó khi thiết kế hệ thống sấy ta cần xác định rõ thông số của tác nhân sấy phù hợpcho thóc, để thóc được bảo quản lâu, chất lượng tốt và lượng phế phẩm khi xay xátthấp

2 Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam

Ở Việt Nam, lúa gạo là nguồn lương thực chính không thể thiếu trong đời sống conngười Lúa còn là nguyên liệu để sản xuất tinh bột, sử dụng nhiều trong các ngànhcông nghiệp thực phẩm Lúa cũng được làm thức ăn gia súc, gia cầm

Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ hai thế giới về lượng gạo xuất khẩu trên thế giới, vàtiếp tục đẩy mạnh việc xuất khẩu gạo sang các nước trên thế giới Đây là một trongnhững nguồn thu ngoại tệ chính của đất nước Diện tích trồng lúa chiếm một tỷ lệ rấtlớn tổng diện tích trồng trọt ở Việt Nam Và trong tương lai, Việt Nam sẽ không tăngdiện tích trồng lúa mà tập trung tăng năng suất bằng cách cải tạo giống, phương cách

trồng trọt, kỹ thuật canh tác…nhằm tăng sản lượng lúa gạo Lượng lúa gạo Việt Namchủ yếu tập trung ở vùng đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng Vớinhững điều kiện thuận lợi cho cây lúa nước, Việt Nam đã trở thành một trong nhữngnước sản xuất và xuất khẩu lúa gạo hàng đầu thế giới Ngoài những giống lúa cao sản,những giống lai cho năng suất cao (có thể đạt 7 tấn/ha) đáp ứng nhu cầu lúa gạo về mặtsố lượng, Việt Nam còn thực hiện trồng trọt và sản xuất những giống gạo đặc sản cógiá trị dinh dưỡng và cảm quan Các giống lúa đặc sản này tuy không cho năng suấtcao, nhưng với những đặc tính như mùi thơm, màu sắc…các giống lúa này đã có mộtthị trường nhất định.Sản lượng lúa trong cả nước: Sản lượng lúa của các địa phươngkhông ngừng tăng qua các năm Trong đó, vùng đồng bằng sông Hồng chiếm hơn 50%sản lượng lúa ở miền Bắc, đồng bằng sông Cửu Long chiếm hơn 80% sản lượng lúamiền nam Đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long có thể coi là hai nơi sản xuất lúachủ yếu trong vùng với diện tích trồng, năng suất, và sản lượng lúa đạt được cao hơncác địa phương khác trong cả nước.

3 Sơ lược về quá trình sấy

3.1 Tầm quan trọng của việc sấy lúa

Trong mùa mưa độ ẩm hạt lúa ngoài đồng lúc thu hoạch khoảng 28-30%, nếu khôngphơi sấy kịp thời (để trong bao hoặc đổ đống) thì sau 24 giờ hạt sẽ nảy mầm Với điềukiện thời tiết bất thường ở vụ Hè Thu và Thu Đông, khi phơi lúa sẽ gặp nhiều khó khănnhư: không phơi được trong những ngày mưa dầm, phụ thuộc nhiều vào sân bãi, chiphí lao động cao, khó tìm nhân công, hạt dễ bị lẫn tạp chất, hạt khô không đều nếu phơiquá dày và ít cào đảo, chất lượng hạt bị giảm do không đủ nắng, phơi không đúng kỹthuật sẽ cho tỉ lệ gạo xay xát thấp.Vì vậy trong mùa mưa cần làm khô hạt kịp thời bằngbiện pháp sấy

Khi áp dụng biện pháp sấy lúa đúng kỹ thuật sẽ giảm được độ ẩm hạt đến mức an toàncho tồn trữ và xay xát, giữ được phẩm chất hạt về màu sắc, mùi vị, giá trị dinh dưỡng,tăng tỉ lệ thu hồi gạo nguyên khi xay xát, giảm hao hụt hạt trong mùa mưa; ngoài raviệc sấy lúa sẽ hạn chế tình trạng phơi lúa trên lề đường làm ảnh hưởng đến an toàngiao thông, mở ra dịch vụ mới thu hút lao động nông thôn Nếu chúng ta áp dụng sấylúa đúng cách cũng góp phần nâng cao chất lượng gạo, gia tăng giá trị hạt gạo ViệtNam trên thị trường thế giới

Tuy nhiên để đạt được hiệu quả tối ưu trong khâu sấy lúa cần chú ý mấy vấn đề sau: Nếu lúa đã bị lên mộng, mốc, ẩm vàng thì dù có sấy kỹ chất lượng lúa vẫn không cao,

do đó cần đem lúa đi sấy đúng lúc, kịp thời

Lúa đem đi sấy không được lẫn nhiều tạp chất như: rơm vụn, dây buộc bao, bùn đất Chọn máy sấy đạt yêu cầu kỹ thuật

Chọn chủ lò sấy có uy tín, giá sấy chấp nhận được

3.2 Sơ lược về quá trình sấy

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Kết quả quá trình sấy

là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên Hay quá trình sấy là quá trình không khí

có độ ẩm tương đối thấp hoặc không khí nóng tiếp xúc với hạt Trong quá trình khôngkhí sẽ lấy ẩm từ hạt Kết quả là thủy phần của hạt giảm

Thủy phần tồn tại trong hạt nông sản ở hai dạng: ẩm bề mặt và ẩm bên trong Ẩm bềmặt bay hơi ngay sau khi tiếp xúc với không khí nóng Quá trình bay hơi của ẩm bêntrong chậm hơn do nó phải trải qua hai giai đoạn: giai đoạn di chuyển từ bên trong nộinhũ ra ngoài bề mặt và giai doạn chuyển ẩm từ bề mặt ra không khí xung quanh Vìvậy, tốc độ thoát ẩm của ẩm bề mặt và ẩm bên trong là khác nhau Kết quả là tốc độ sấy(tốc độ giảm thủy phần của hạt) trong quá trình sấy thay đổi

Để thực hiện quá trình sấy, người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị như: thiết

bị sấy ( buồng sấy, hầm sấy, thiết bị sấy kiểu băng tải, máy sấy thùng quay, sấy phun,sấy tầng sôi, máy sấy trục … ), thiết bị đốt nóng tác nhân, quạt, bơm và một số thiết bịphụ khác, …

Trong đồ án này em tính toán và thiết kế thiết bị sấy kiểu băng tải Máy sấy băng tải làmáy sấy đa năng nhất được sử dụng để sấy nhiều loại sản phẩm với kích cỡ, cấu tạo vàhình dạng khác nhau Nhìn chung loại máy sấy này thích hợp để sấy vật liệu dạng hạt

có đường kính từ 1 – 50mm, không thích hợp để sấy vật liệu màng và huyền phù đặc.Với các yêu cầu về chất lượng sản phẩm sử dụng thiết bị sấy kiểu băng tải với nhiềubăng tải làm việc liên tục với tác nhân sấy là không khí nóng

Vật liệu sấy được cung cấp nhiệt bằng phương pháp đối lưu Ưu điểm của phương thứcsấy này là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, sản phẩm được sấy đều, tốc độ của không khí điqua phòng sấy lớn, năng suất khá cao, hiệu quả, có thể thực hiện sấy cùng chiều, chéochiều hay ngược chiều

4 Sơ đồ quy trình công nghệ:

Chú thích: 1- quạt đẩy

2- calorife3- phòng sấy

4- cyclon5- quạt hút

 Thuyết minh quy trình công nghệ.

Do thóc là loại vật liệu sấy ở dạng hạt nên thiết bị sấy thích hợp là sấy băng tải làmviệc liên tục với tác nhân sấy là không khí nóng Vật liệu sấy được cung cấp nhiệt theophương pháp đối lưu

Thiết bị sấy kiểu băng tải gồm một phòng sấy hình chữ nhật trong đó có một hay vàibăng tải chuyển động nhờ các tang quay, các băng này tựa trên các con lăn để khỏi bịvõng xuống Băng tải làm bằng lưới kim loại, không khí được quạt 1 đưa vào đốt nóngtrong Caloripher 2 rồi cho vào phòng sấy tại IV Vật liệu sấy chứa trong phễu tiếp liệu,đưa vào phòng sấy 3 tại I, giữa hai trục lăn để đi vào băng tải trên cùng Nếu thiết bị cómột băng tải thì sấy không đều vì lớp vật liệu không được xáo trộn do đó loại thiết bị

có nhiều băng tải được sử dụng rộng rải Vật liệu từ băng trên di chuyển đến đầu thiết

bị thì rơi xuống băng dưới chuyển động theo chiều ngược lại cuối cùng vật liệu khô đổvào ngăn tháo III Không khí nóng đi chéo dòng với chiều chuyển động của băng Do

đó lượng không khí nóng và thóc tiếp xúc với nhau rất lớn làm cho lượng ẩm được tách

ra triệt để hơn Không khí sau khi ra khỏi phòng sấy tại II có lẫn bụi và các tạp chấtkhác được thu hồi ở xyclon 5, không khí sau khi làm sạch đươc quạt 6 đẩy ra ngoài

Vật liệu vào

Hơi nước bão hòa

Vật liệu ra

Chương 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

1 Các số liệu ban đầu

 Năng suất tính theo sản phẩm: L1 = 500 (kg/h)

 Độ ẩm vật liệu vào : x1 = 18%

 Độ ẩm vật liệu ra: x2 =12%

 Nhiệt độ sấy cho phép: T1 = 90oC suy ra p1bh =0.715 (at)

( bảng I 250.STQTTB I / Trang 313)

 Nhiệt độ ra của tác nhân sấy: T2 = 48,5oC suy ra p2bh = 0,1166(at)

 Chất tải nhiệt: hơi nước bão hòa

 Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiệt bị sấy ở Tp.HCM nên ta chọn nhiệt

◦ L1,L2: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy (Kg/h)

◦ Lk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (Kg/h)

◦ x1, x2 : Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo % khối lượng vật liệu ướt

◦ W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (Kg/h)

◦ G: Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (Kg/h)

◦ αo: Hàm ẩm của không khí trước khi vào caloripher sưởi (Kg/Kgkkk)

◦ α1, α2: Hàm ẩm của không khí trước khi vào mấy sấy (sau khi đi qua caloriphersưởi) và sau khi ra khỏi mấy sấy,(Kg/Kgkkk)

 Hàm ẩm của không khí được tính theo công thức sau:

0 0

0 0

*

P P

o=

0,0433

*8,0033

,

1

0,0433

*8,0

*622

Ckkk: nhiệt dung riêng của không khí J/kg độ

Ckkk=103 J/kg độ

to: nhiệt độ của không khí to = 30oC

Ch: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở r0 t0 J/kg

 Nhiệt lượng riêng của hơi nước ở t0 được tính theo công thức:

Ih=Ch*T0+r0=(2493+1,97 T0)*103 J/kg ( sách QTTB2-156)

Trong đó:

ro:2493*103: Nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 300C

Ch=1.97*103: nhiệt dung riêng của hơi nước J/kg.độ

1

*)622

*)02157,0

,

0



Nhiệt lượng riêng của không khí sau khi đi khỏi calorife

=

To C r

T C I

h

kkk

*

*0

2 2

* 97 , 1 10

* 2493

5 , 48 10 0 147,6

3 3

3 3

3.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy:

Trong quá trình sấy ta xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu, lượng không khíkhô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong suốt quá trình sấy

 L1: lượng vật liệu trước khi sấy

 L2: lượng vật liệu sau khi sấy

 Lk: lượng vật liệu khô tuyệt đối

 Lượng vật liệu sau khi sấy: L2

h kg x

x

L

12,01

18,01.5001

W = L1 - L2 = 500 - 465,91 = 34,09 kg/h = 9,47.10-3 kg/s

3.2 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy:

Lượng không khí cần thổi để làm bay hơi 1 kh ẩm (g)

4 Cân bằng năng lượng

Quá trình sấy lý thuyết:

 Khối lượng riêng của không khí ẩm:

,20632

0 2

d d

H H

H H

=>Q c q.W 3688,23.34,09125731,76kj/h =34,92 kj/s

 Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy:

kw Q

Q

Q S  C 10% C 34,9234,92.0,138,41

h kj W

Q

09,34

3600.41,38

kg r

Q

m Caloriphe 0,01916 / 5,32.10 /

2202

2,

1 Các thông số về thiết bị sấy

T R

1 1

T R

2 2

*287

, 2131





(m3/h)