Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy khác nhau, đối với thóc người ta có thể dùng các phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy thùng quay, sấy buồng, sấy tháp,… Đồ án môn học này nhằm thiết kế hệ thống sấy thóc với năng suất sản phẩm 1 tấn lúa trên giờ bằng thiết bị sấy tháp, với tác nhân sấy chính là không khi ́ khói lò và khói lò làm tác nhân phụ.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Độc lập - Tự -Hạnh phúc ĐỒ ÁN MƠN HỌC (Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm) GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải Nhóm SV thực hiện: MSSV: Trần Thanh Anh 14031160 Mai Trung Băng 14030334 Chu Quang Huy 14030785 Nguyễn Hữu Cơng Danh 14030411 Khoa : Cơng nghệ kỹ thuật hóa học - Chuyên ngành hóa dầu Lớp : DL14HD Đề tài : Thiết kế hệ thống sấy lúa phương pháp sấy tháp suất sản phẩm tấn/h Dữ kiện ban đầu: Năng suất sản phẩm tấn/h, độ ẩm đầu 22% độ ẩm cuối 14,5% Nhiệm vụ đồ án: - Quy trình cơng nghệ - Cân vật chất, cân lượng tính tốn - Tính tốn thiết kế tháp sấy: + Chiều cao tháp + Bố trí kênh dẫn, kênh thải + Tính tốn khí - Tính tốn chọn thiết bị phụ: + Buồng đốt + Calorife + Quạt Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải Ngày giao đồ án: tháng 10/2014 Ngày hoàn thành: tháng 1/2015 Ngày tháng năm Nhận xét giảng viên hướng dẫn (Ký tên) Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải LỜI CẢM ƠN Đồ án trình thiết bị môn học giúp sinh viên ứng dụng kiến thức môn Q trình thiết bị nhiều mơn vào việc thiết kế công nghệ theo đề tài cho trước Tuy trang bị đầy đủ kiến thức để trở thành kỹ sư thiết kế ứng dụng, kinh nghiệm chun mơn nhóm sinh viên chúng em chưa có đủ để trở thành kỹ sư thực thụ Chính thế, giúp đỡ, theo sát tận tình bảo Q Thầy (Cơ) khơng thể thiếu Trong suốt q trình thực Đồ án thầy Nguyễn Quốc Hải người quan trọng vai trị cao Nhóm chúng em xin phép gửi đến thầy kính trọng lịng biết ơn sâu sắc! Bên cạnh phải phải kể đến giúp đỡ nhiệt số Q Thầy (Cơ) khác nữa, nhóm em xin chân thành cảm ơn! Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, nước ta suất người lao động nâng lên cao nhờ giúp sức nhiều loại máy móc đại, phương pháp nuôi trồng tiên tiến Sản lượng lương thực, thực phẩm hàng năm đủ dùng mà xuất nhiều nước giới Các loại lương thực, thực phẩm dễ bị hư hỏng điều kiện khí hậu bình thường Do muốn bảo quảnlương thực, thực phẩm lâu dài để dễ dàng vận chuyển xa cần phải áp dụng phương pháp sấy khô ướp lạnh lương thực, thực phẩm sau bảo quản mơi trường thích hợp Ngồi kỹ thuật lạnh, sấy q trình cơng nghệ sử dụng nhiều ngành công nghiệp đặc biệt ngành công nghiệp chế biến nông – hải sản Trong nông nghiệp, sấy công đoạn quan trọng sau thu hoạch Q trình sấy khơng tách nước nước khỏi vật liệu cách đơn mà q trình cơng nghệ Nó địi hỏi sau sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn lượng chi phí vận hành thấp Chẳng hạn chế biến nông – hải sản, sản phẩm sấy phải đảm bảo trì màu sắc, hương vị, vi lượng v.v Hiện có nhiều phương pháp sấy khác nhau, thóc người ta dùng phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy thùng quay, sấy buồng, sấy tháp,… Đồ án môn học nhằm thiết kế hệ thống sấy thóc với suất sản phẩm lúa/h bằng thiết bị sấy tháp, với tác nhân sấy là khơng khí khói lị khói lò làm tác nhân phụ MỤC LỤC CHƯƠNG VẬT LIỆU SẤY VÀ QUÁ TRÌNH SẤY 1.1 Vật liệu sấy 1.1.1 Giới thệu sơ lược vật liệu cần sấy – thóc 1.1.1.1 Cấu tạo hạt thóc 1.1.1.2 Các thành phần hoá học thóc 1.1.1.3 Tính chất vật lý 1.1.1.4 Các đặc tính chung khối thóc 1.1.2 Đặc trưng hạt thóc sau sấy 1.1.3 Giới thiệu quy trình thu hoạch bảo quản thóc 1.1.4 Công nghệ sấy lúa 1.2 Sơ lược trình sấy – sấy tháp 1.2.1 Khái niệm sấy 1.2.2 Chọn phương pháp sấy, hệ thống sấy 1.2.2.1 Giới thiệu phương pháp sấy nóng 1.2.2.2 Chọn dạng hệ thống sấy 1.2.2.3 Chọn tác nhân sấy, nhiên liệu 10 1.3 Lựa chọn hệ thống sấy lúa, sơ đồ công nghệ thuyết minh 12 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ SẤY 15 2.1 Chọn thơng số khơng khí ngồi trời 15 2.2 Tính cân ẩm cho vùng 15 2.3 Tính tốn q trình cháy trình trao đổi nhiệt 16 2.4 Tính thời gian sấy 20 2.5 Xác định kích thước sơ buồng sấy 23 2.6 Bố trí kênh dẫn kênh thải 24 CHƯƠNG TÍNH TỐN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY THÁP 25 3.1 Tính tốn q trình sấy lý thuyết 25 3.2 Tính tổn thất nhiệt 25 3.3 Tính tốn q trình sấy thực tế 28 3.4 Tính tốn cân nhiệt 29 3.5 Tính nhiên liệu tiêu hao 30 3.6 Tính tốn vùng làm mát 30 CHƯƠNG TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 33 4.1 Buồng đốt 33 Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải 4.1.1 Đặc điểm mục đích buồng đốt 33 4.1.2 Thiết kế buồng đốt 34 4.2 Thiết bị trao đổi nhiệt (Calorife khí – khói) 35 4.2.1 Công suất nhiệt Calorife 35 4.2.2 Calorife khí – khói 35 4.3 Tính quạt 37 4.3.1 Cho buồng sấy 37 4.3.1.1 Trở lực 37 4.3.1.2 Trở lực qua ống dẫn 38 4.3.1.3 Trở lực kênh dẫn kênh thải 38 4.3.1.4 Trở lực qua lớp hạt 39 4.3.1.5 Trở lực cục 39 4.3.1.6 Tổng trở lực 39 4.3.2 Cho buồng làm mát 40 4.4 Trọng lượng tháp 41 4.5 Gàu tải 42 CHƯƠNG KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải CHƯƠNG VẬT LIỆU SẤY VÀ QUÁ TRÌNH SẤY 1.1 Vật liệu sấy 1.1.1 Giới thệu sơ lược vật liệu cần sấy – thóc 1.1.1.1 Cấu tạo hạt thóc Hạt thóc nhìn từ ngồi vào có phận chính: mày thóc, vỏ trấu, vỏ hạt, nội nhủ, phôi Awn: râu lúa Lemma: vỏ Starchy endosperm: nội nhũ tinh bột Aleurone: hạt alơron Tegmen: vỏ Palea: mày Pericap: vỏ hạt Sterile: vỏ bao nhỏ Embryo: mầm, phôi Scutellum: vảy nhỏ Epiblast: mặt Coleoptile: bao mầm Plumule: chồi mầm Radicle: rễ mầm Coleorhize: thân mầm Rachilla: cuống hạt Hình 1.1 Cấu tạo hạt thóc Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp suất sản phẩm tấn/h Trang Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải Mày thóc: q trình sấy, bảo quan, mày thóc rụng làm tăng lượng tạp chất thóc Vỏ trấu: có tác dụng bảo vệ hạt thóc, chống ảnh hướng mơi trường phá hoại sinh vật, nấm mốc, Vỏ hạt: bao bọc nội nhủ, thành phần cấu tạo chủ yếu lipit va protit Nội nhũ: thành phần chủ yếu hạt thóc, 85% gluxit Phơi: nằm góc nội nhũ, làm nhiệm vụ biến chất dinh dưỡng nội nhũ đẻ ni mộng hạt thóc nảy mầm 1.1.1.2 Các thành phần hố học thóc Bảng 1.1 Các thành phần hóa học thóc Nước Gluxit Protit Lipit Xenlulo Tro Vitamin B1 13,0% 64,03% 6,69% 2,1% 8,78% 5,36% 5,36% 1.1.1.3 Tính chất vật lý Theo thống kê thóc thu hoạch thường có độ ẩm cao nên số giống nảy mầm, men mốc nấm dễ phát triển làm cho thóc bị hư phẩm chất Thông thường độ ẩm thóc thu hoạch từ 20-27% Để thóc khơng bị hư hỏng giảm phẩm chất vịng 48 sau thu hoạch phải làm khơ thóc để độ ẩm cịn 20%, sau cần tiếp tục xử lý Tuỳ theo nhu cầu làm khô thóc để xay xát để tồn trữ lâu dài để làm giống mà yêu cầu làm khô cơng nghệ sấy khác Q trình sấy phải để độ ẩm thoát từ từ nhằm đạt độ ẩm mong muốn đồng thời đảm bảo chênh lệch nhiệt độ hạt thóc so với bên nhỏ Độ ẩm an toàn thóc cho bảo quản phụ thuộc vào tình trạng thóc, khí hậu điều kiện bảo quản Khi thóc có độ ẩm từ 13-14% (cắn thử hạt thóc thấy giịn), bảo quản từ 2-3 tháng, muốn bảo quản dài tháng độ ẩm thóc tốt từ 12-12,5% Độ ẩm thóc, cơng nghệ sấy ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi gạo tỷ lệ gạo gãy trình xay xát, độ ẩm thích hợp cho q trình xay xát từ 13-14% [1] Thông số vật liệu Khối lượng riêng: Thóc khơ = 500 kg/m3, Thóc ướt = 750 kg/m3 Nhiệt dung riêng: C = 1,5 kJ/kgK Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp suất sản phẩm tấn/h Trang Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải Cv2 = Ca.tb2 + (1 - tb2).Ck = 4,1868.0,1475 + (1 – 0,1475).1,55 = 1,939 kJ/kgK Do lấy nhiệt độ vật liệu sấy vào 1m = 2n = 380C nhiệt độ vật liệu sấy khỏi buồng làm mát 2m = 340C nhiệt lượng Q2 bằng: Q2 = G2m.Cv2 (1m - 2m) = 1000.1,939.(38 – 34) = 7756 kJ/h Hay: q2 = 7756 Q2 1318,5094 kJ/kgẩm = 5,8824 W2 Nếu bỏ qua nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh kết cấu bao che buồng làm mát ta có: 2 = q2 = 1318,5094 kJ/kgẩm + Tính thơng số khơng khí sau buồng làm mát: Nếu lấy nhiệt độ khơng khí khỏi buồng làm mát t2m = 300C trạng thái khơng khí khỏi buồng làm mát hoàn toàn xác định Cần ý khác với trình sấy q trình đốt nóng tăng ẩm Cũng tính giải tích sau: Cdx0 = 1,004 + 1,842.d0 = 1,004 + 1,842.0,0193≈1,0395 kJ/kgK i2m = 2500 + 1,842.t2m = 2500 + 1,842.30 = 2555,26 kJ/kg Pb2 = exp{12 – 4026,42 235,5 30 } = 0,042 bar C dx (t m t ) Vậy ta có: d2m = d0+ i 2m = 0,0193 + 1, 0395.(30 27) ≈ 0,0218 kgẩm/kgkk 2555,26 -1318,5094 Độ ẩm tương đối: φ2m = = B.d m pb (0,621 d m ) 1.0, 0218 0, 042.(0, 621 0, 0218) ≈ 80,74% + Lượng khơng khí cần thiết cho q trình làm mát: Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp suất sản phẩm tấn/h Trang 31 Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải l2m = d 2m d ≈ 0, 0218 0, 0193 = 400 kg/kgẩm L2m = l2m.W2 = 400.5,8824 = 2352,96 kg/h + Thể tích trung bình khơng khí trước sau buồng làm mát với độ ẩm tương đối nhiệt độ biết: Ta tìm v theo công thức: vo = 287.(273 + t ) (p-f p ).100000 Với t0= 270C φ0= 76,3179%, po = 0,0355bar Ta được: v0= 0,8849 m3/kgkk v2m = 287.(273 + t 2m ) (p-f 2m p b2 ).100000 Với t2m = 300C φ2m= 80,74%, pb2 = 0,042 bar Ta được: v2m = 0,9001 m3/kgkk Do đó, thể tích trung bình của tác nhân sấy: V2 = 0,5.L2.(v0 + v2m) = 0,5.2352,96.(0,8849 + 0,9001) = 2100 m3/h Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp suất sản phẩm tấn/h Trang 32 Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải CHƯƠNG TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ Bên cạnh việc nghiên cứu chế sấy vật liệu chủ yếu buồng sấy việc nghiên cứu phận máy sấy không phần quan trọng Việc nắm vững cấu tạo, nguyên lí hoạt động tính tốn thơng số thiết bị phụ cần thiết Các thiết bị phụ máy sấy gồm: Buồng đốt cung cấp nhiệt cho máy sấy (buồng đốt trấu) Quạt thổi cấp tác nhân vào buồng sấy Thiết bị lọc thải bụi từ buồng sấy Thiết bị vận chuyển vật liệu sấy vào chuyển sản phẩm khỏi buồng sấy 4.1 Buồng đốt 4.1.1 Đặc điểm mục đích buồng đốt Buồng đốt hệ thống sấy sử dụng với hai mục đích: Buồng đốt tạo khói lị có nhiệt độ cao dùng làm dịch thể nóng cung cấp nhiệt cho khơng khí để đưa vào buồng sấy Buồng đốt tạo khói lị có nhiệt độ thích hợp dùng để làm TNS trực tiếp cấp vào máy sấy Nhiệt độ TNS thơng thường có nhiệt độ thấp nên nhiên liệu dùng buồng đốt hệ thống sấy khơng cần loại có nhiệt trị cao Nhiên liệu dùng buồng đốt chủ yếu nhiên liệu rắn lỏng Dùng nhiên liệu lỏng nhiên liệu khí buồng đốt gọn, sẽ, dễ điều chỉnh tự động hóa q trình cháy Tuy nhiên, chi phí cho 1kg sản phẩm cao so với dùng nhiên liệu rắn than đá, củi, củi trấu,… Buồng đốt nhiên liệu rắn dễ xây dựng cồng kềnh đặc biệt khói buồng đốt loại chứa nhiều bụi bẩn gồm có tro hạt nhiên liệu chưa cháy hết bay theo Đặc điểm buồng đốt Buồng đốt thiết bị sấy có vài đặc điểm khác với buồng đốt lò nung lò luyện thường đốt với cường độ cháy thấp, đốt cháy hoàn toàn với hệ Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp suất sản phẩm tấn/h Trang 33 Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải số, tiêu hao khơng khí lớn Khói khỏi buồng đốt dùng để trao đổi nhiệt với khơng khí thải vào mơi trường nên cần phải có thiết bị cyclon lọc bụi trước thải nhằm đảm bảo không bị ô nhiễm môi trường Ở ta chọn buồng đốt củi trấu ghi cố định Buồng đốt loại có ưu điểm dễ xây dựng, chi phí nhiên liệu rẻ tương đối cồng kềnh khói từ buồng đốt chứa nhiều bụi bẩn gồm có tro hạt nhiên liệu chưa cháy hết bay theo 4.1.2 Thiết kế buồng đốt Thể tích buồng đốt: Vbđ = Qt b (m ) q Trong đó: + Nhiệt trị thấp củi trấu bằng: Qt = Qc – 2500.(9H + A) = 15471,434 – 2500.(9.0,05 + 0,079) = 14148,939 kJ/kgnl = 3380,2233 kCal/kg + Lượng tiêu hao nhiên liệu: b = 25,6 kg/h + Mật độ nhiệt thể tích buồng đốt: q = (250 ÷ 300).103 kCal/m3h Ta chọn q = 250.103 kCal/m3h Vậy: Vbđ = 3380, 2233.25, 0,3461 m3 250.103 + Diện tích ghi lị: b Fg = ' ( m ) b Với cường độ cháy ghi lò: b’ = 70 ÷ 120 kg/m2h; Chọn b’ = 100 kg/m2h Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp suất sản phẩm tấn/h Trang 34 Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải Vậy: Fg = 25, 0, 256 m 100 + Chọn chiều cao buồng đốt:1,2 m + Chọn bề rộng buồng đốt: 1m + Chọn bề ngang: 1m 4.2 Thiết bị trao đổi nhiệt (Calorife khí – khói) 4.2.1 Cơng suất nhiệt Calorife Công suất nhiệt Calorife tính theo cơng thức: Qcal Qk cal Ở đây: Qk: nhiệt lượng đưa vào tháp sấy cal : hiệu suất nhiệt Calorife Ta chọn cal = 0,85 Qcal = 8873673,199 = 10439615,53 kJ/kg = 2899707,294 W 0,85 4.2.2 Calorife khí – khói Calorife thiết bị trao đổi nhiệt vỏ-ống, với dòng nóng ống là: Khói lị bảo hòa 691oC dòng lạnh ống (phía vỏ) dòng không khí sấy Ưu điểm chọn Calorife loại không khí khỏi Calorife bụi bẩn, bồ hóng, lúa sau sấy không bị đen, bẩn thuận lợi cho việc xuất Ngoài nhiệt độ không khí ổn định giúp cho trình sấy hoạt động ổn định Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp suất sản phẩm tấn/h Trang 35 Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải Sự biến đổi nhiệt độ khói lị không khí: 6910C 6910C 850C 270C tlog tmax tmin 664 606 634, 55o C tmax 664 ln ln 606 tmin Diện tích bề mặt truyền nhiệt: Ta chọn Calorife theo kiểu vỏ - ống, ống xếp theo hình lục giác Calorife có dạng trao đổi nhiệt từ khói lị tới khí Dựa vào bảng V.9/43-TL2 ta chọn hệ số truyền nhiệt K = 50 W/m2K Diện tích bề mặt truyền nhiệt là: F Q 2899707, 294 91,394 m2 K tlog 50.634,55 Số ống cần thiết: - Chọn ống có đường kính d = 95mm - Chiều dài ống H = 2,5m n F 91,394 122,5531 oáng d H 3,14.0, 095.2,5 Theo tiêu chuẩn ống thiệt bị truyền nhiệt ống chùm xếp theo hình lục giác, Theo bảng VII trang 48-TL2 ta có: - Tổng số ống: n = 127 ống - Số hình cạnh là: - Số ống đường xuyên tâm: b = 13 - Bước ống: t = 1,5.d = 1,5.0,095 = 0,1425 m - Đường kính thiết bị: - Dtr = t.(b-1) + 4.d = 0,1425.(13-1) + 4.0,095 = 0,551m Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp suất sản phẩm tấn/h Trang 36 Đồ án mơn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải 4.3 Tính quạt 4.3.1 Cho buồng sấy 4.3.1.1 Trở lực Trở lực từ quạt tới Calorife Chọn ống dẫn có đường kính d = 0,2 m, chiều dài m Với kk =1,177 kg/m3 khối lượng riêng không 27oC Vận tốc không khí: vk = 4.VtbTNS 4.5387,082 = 47,6564 m/s D 3600 3,14.0, 22.3600 Chuẩn số Reynol: d Re Hệ số nhớt động học không khí 270C: 15,72.10-6 m2/s Re 47, 6564 0, 6, 06.105 < 106 6 15, 72.10 Dòng chảy chế độ rối tính theo cơng thức Brazuyca 0,316 = 0, 0113 Re0.,25 v L P1 = k k = 151,03 N/m2 D Trở lực qua Calorife Ta có: D = 0,551m Ta chọn L = 2,5m Khối lượng riêng khơng khí 85oC: kk = 0,986 kg/m3 Độ nhớt khơng khí 85oC: = 0,0213.10-3 pas vkk = 4.VTBTNS 4.5387,082 6,27 m/s D 3600 0,5512.3600 Chæ soá Reynol: Re v kk D.k 6, 27.0,551.0,986 = 1,6.105 < 106 3 0, 0213.10 Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp suất sản phẩm tấn/h Trang 37 Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải tính theo cơng thức Brazuyca 0,316 0,012 = Re 0.,25 P2 = 1,055 N/m2 4.3.1.2 Trở lực qua ống dẫn Chọn chiều dài đường ống 3m Chọn ống có đường kính 0,2m Trở lực qua ống: v L P3 = k k D Với: Khối lượng riêng khơng khí 85oC: kk = 0,986 kg/m3 Độ nhớt khơng khí 85oC: = 0,0213.10-3 pas Vận tốc khơng khí ống: vk = 47,6564 m/s Re = 4,4.105