Thiết kế hệ thống sấy hầm sắn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN QUÁ TRÌNH – THIẾT BỊ CNSH&CNTP ******* ĐỒ ÁN MƠN HỌC TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ HẦM SẤY SẮN NĂNG SUẤT 200 KG SẢN PHẨM/H SVTH : Nguyễn Thị Trà My MSSV : 20180505 Lớp : KTTP.02 – K63 GVHD : ThS.Lê Ngọc Cương Hà Nội, tháng năm 2021 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan phương pháp sấy 1.1.1 Bản chất sấy 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy 1.1.4 Nguyên lý trình sấy 1.1.5 Các loại tác nhân sấy 1.1.6 Tổng quan thiết bị Tổng quan nguyên liệu 11 1.2 1.2.1 Đặc điểm sắn 11 1.2.2 Tình hình trồng sắn 12 1.2.3 Phân loại, cấu tạo, thành phần hóa học củ sắn 13 1.2.4 Đánh giá chất lượng củ sắn 14 1.2.5 Vấn đề bảo quản củ sắn 15 1.3 Chọn Và Thuyết Minh Quy Trình Cơng Nghệ 16 1.3.1 Phương pháp chế độ sấy 16 1.3.2 Chọn Quy Trình Cơng Nghệ 16 1.3.3 Thuyết minh qui trình sấy 17 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG HẦM SẤY 19 2.1 Tính tốn thơng số vật liệu 19 2.2 Tính tốn q trình sấy lí thuyết 19 2.2.1 Trạng thái khơng khí bên ngồi (điểm A) 20 2.2.2 Trạng thái khơng khí vào hầm sấy ( điểm B ) 20 2.2.3 Trạng thái không khí khỏi hầm sấy ( điểm C) 21 2.3 Xác định kích thướng hầm sấy 23 2.3.1 Kích thước phận vận chuyển 23 2.3.2 Tính thiết bị 24 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT HẦM SẤY 26 3.1 Tổn thất vật liệu sấy mang 26 3.2 Tổn thất thiết bị truyền tải 26 3.3 Tổn thất nhiệt môi trường xung quanh qua kết cấu bao che hầm sấy : hai tường bên, cửa, trần, 27 3.3.1 Tổn thất nhiệt qua hai tường bên tính theo cơng thức: 27 3.3.2 Tổn thất qua trần 30 3.3.3 Tổn thất nhiệt qua cửa hầm 30 3.3.4 Tổng tổn thất qua kết cấu rời bao che 31 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN Q TRÌNH SẤY THỰC 32 4.1 Thơng số trạng thái tác nhân sấy sau trình sấy thực: 32 4.2 Tiêu hao thực tế khơng khí 33 4.3 Tính tốn cân nhiệt 33 4.4 Kiểm tra lại giả thiết tốc độ tác nhân sấy 34 4.5 Kiểm tra lại giả thiết tốc độ tác nhân sấy 34 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN CHỌN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 36 5.1 Tính tốn chọn caloriphe 36 5.2 Tính tốn chọn quạt 38 5.2.1 Tính tốn trở lực 38 5.2.2 Chọn quạt 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 LỜI NĨI ĐẦU Sấy q trình cơng nghệ sử dụng nhiều ngành công nông nghiệp Để thực trình sấy người ta sử dụng hệ thống gồm nhiều thiết bị thiết bị sấy (hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy, v.v…), thiết bị đốt nóng tác nhân (clorifer) thiết bị làm lạnh để làm khô tác nhân, quạt, bơm số thiết bị phụ hầm đốt, xyclon, v.v… Chúng ta gọi hệ thống thiết bị thực trình sấy cụ thể hệ thống sấy Hầm sấy hệ thống sấy đối lưu thông dụng Nếu hệ thống sấy hầm hệ thống sấy mẻ, suất không lớn tổ chức cho tác nhân sấy đối lưu tự nhiên cưỡng hệ thống sấy hầm có suất lớn hơn, sấy liên tục bán liên tục luôn hệ thống sấy đối lưu cưỡng Sản phẩm sau trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Ví dụ điển hình sắn (khoai mì), ứng dụng rộng rãi sản xuất thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, xuất khẩu… mà khối lượng sử dụng lớn nên việc chế biến bảo quản quan trọng Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy sắn phù hợp nhằm tạo sản phẩm sấy có chất lượng cao với giá thành chế tạo chi phí sấy thấp vấn đề có ý nghĩa thực tiễn lớn nhu cầu cấp thiết để ổn định phát triển vải giai đoạn Để có nhìn trực quan thực tế hơn, trình làm đồ án, em giao đề tài cụ thể “thiết kế hệ thống sấy hầm dùng để sấy sắn với suất 200kg/h” Đây lần tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành, kiến thức tài liệu tham khảo cịn hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót q trình thiết kế Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo TS.Lê Ngọc Cương để em hoàn thành đồ án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan phương pháp sấy 1.1.1 Bản chất sấy Sấy trình làm bốc nước khỏi vật liệu nhiệt Mục đích trình sấy làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền bảo quản tốt Trong trình sấy nước cho bay nhiệt độ khuếch tán chênh lệch độ ẩm bề mặt bên vật liệu chênh lệch áp suất riêng phần bề mặt vật liệu môi trường chung quanh Sấy q trình khơng ổn định, độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian thời gian 1.1.2 Phân loại Phân loại theo tác nhân sấy Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân nắng, gió, Phương pháp thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh độ ẩm cuối vật liệu sấy lớn, phụ thuộc vào khí hậu Sấy nhân tạo: q trình cung cấp nhiệt, nghĩa phải dùng tác nhân sấy khói lị, khơng khí nóng, q nhiệt, hút khỏi thiết bị sấy xong Quá trình nhanh, dễ điều khiển triệt để sấy tự nhiên Phân loại theo phương thức truyền nhiệt Phương pháp sấy đối lưu: hệ thống sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt từ dịch thể nóng mà thơng thường khơng khí nóng khói lò Đây loại hệ thống sấy phổ biến Trong hệ thống người ta lại phân loại: hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp, hệ thống sấy khí động, Phương pháp sấy xạ: phương pháp sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt từ nguồn xạ để ẩm dịch chuyển từ lòng vật liệu sấy bề mặt từ bề mặt khuếch tán vào môi trường Rõ ràng, hệ thống sấy xạ, người ta tạo độ chênh lệch phân áp suất nước vật liệu mơi trường cách đốt nóng vật Phương pháp sấy tiếp xúc: vật liệu sấy nhận nhiệt từ bề mặt nóng Trong hệ thống sấy tiếp xúc, người ta tạo độ chênh lệch phân áp nhờ tăng phân áp suất nước bề mặt vật liệu sấy Chúng ta thường gặp hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang, Phương pháp sấy điện trường dòng cao tần: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần vật sấy làm vật nóng lên Phương pháp sấy thăng hoa: sấy mơi trường có độ chân không cao, nhiệt độ thấp Ẩm tự vật liệu đóng băng bay từ trạng thái rắn thành trạng thái không qua trạng thái lỏng Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ khơng khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh làm sôi lớp hạt, sau thời gian định hạt khơ tháo ngồi Phương pháp sấy phun: dùng để sấy dạng lỏng 1.1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí: Trong điều kiện khác khơng đổi độ ẩm khơng khí, tốc độ gió…, việc nâng cao nhiệt độ làm tăng nhanh tốc độ sấy Nhưng nhiệt độ làm khô cao làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín gây nên tạo màng cứng lớp bề cản trở tới chuyển động nước từ lớp bên bề mặt ngồi Nhưng với nhiệt độ làm khơ q thấp, giới hạn cho phép trình làm khô chậm lại dẫn đến thối rữa, hủy hoại nguyên liệu Khi sấy nhiệt độ khác ngun liệu có biến đổi khác Nếu nhiệt độ cao ngun liệu bị cháy làm giá trị dinh dưỡng giá trị cảm quan sản phẩm Ảnh hưởng tốc độ chuyển động khơng khí: Tốc độ chuyển động khơng khí có ảnh hưởng lớn đến q trình sấy, tốc độ gió q lớn q nhỏ khơng có lợi cho q trình sấy Vì tốc độ chuyển động khơng khí q lớn khó giữ nhiệt lượng nguyên liệu để cân tŕnh sấy, tốc độ nhỏ làm cho trình sấy chậm lại Hướng gió ảnh hưởng lớn đến q trình làm khơ, hướng gió song song với bề mặt nguyên liệu tốc độ làm khô nhanh Ảnh hưởng độ ẩm tương đối khơng khí: Độ ẩm tương đối khơng khí nhân tố ảnh hưởng định đến trình làm khơ, độ ẩm khơng khí lớn q trình làm khơ chậm lại Ảnh hưởng kích thước nguyên liệu: Ảnh hưởng kích thước nguyên liệu Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng đến trình sấy Nguyên liệu bé, mỏng tốc độ sấy nhanh, nguyên liệu có kích thước bé mỏng làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gãy vỡ Ảnh hưởng thân nguyên liệu: Tùy vào thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù hợp, cần phải xét đến thành phần hóa học nguyên liệu như: nước, lipit, protein, chất khoáng, Vitamin, kết cấu tổ chức hay lỏng lẻo 1.1.4 Nguyên lý trình sấy Quá trình sấy q trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm q trình khuếch tán bên bên ngồi vật liệu rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp nghĩa trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha lỏng sang pha sau tách pha khỏi liệu ban đầu Động lực trình chênh lệch độ ẩm lòng vật liệu bên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tan chuyển pha xảy áp xuất bề mặt vật liệu lớn áp suất riêng phần nước môi trường không khí xung quanh Vận tốc tồn q trình quy định giai đoạn chậm Ngoài tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ yếu tố thúc đẩy cản trở trình di chuyển ẩm từ vật liệu sấy bề mặt vật liệu sấy Trong trình sấy mơi trường khơng khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng lớn trực tiếp đến vận tốc sấy Do cần nghiên cứu tính chất thơng số trình sấy Sơ đồ nguyên lý sấy hệ thống sấy: Quạt Calorifer Thiết bị sấy 1.1.5 Các loại tác nhân sấy Tác nhân sấy chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tach từ vật liệu sấy Trong q trình sấy, mơi trường hầm sấy ln bổ sung ẩm từ vật liệu sấy Nếu độ ẩm không mang độ ẩm tương đối hầm sấy tăng lên đến lúc đạt cân vật liệu sấy môi trường tromg hầm sấy, q trình ẩm vật liệu sấy ngừng lại Vì nhiêm vụ tác nhân sấy : - Gia nhiệt cho vật liệu sấy - Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng nhiệt Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy thực hay nhiều nhiệm vụ Các loại tác nhân sấy: Không khí ẩm: loại tác nhâm sấy thơng dụng nhất, dùng cho hầu hết loại sản phẩm Dùng khơng khí ẩm có nhiều ưu điểm: khơng khí có sẵn tự nhiên, khơng độc, khơng làm sản phẩm sau sây ô nhiễm thay đổi mùi vị Tuy nhiên, dùng khơng khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm gia nhiệt không khí (caloripher điện, khí-hơi hay khí-khói ), nhiệt độ sấy khơng q cao Thường nhỏ 500o C nhiệt độ cao quá, thiết bị trao đổi nhiệt phải chế tạo thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt Khói lị: sử dụng khói lị làm mơi chất sấy có ưu điểm khơng cần dùng calorife, phạm vi nhiệt độ rộng ( sấy nhiệt đọ cao 900-1000oC nhiệt độ thấp 7090oC trí 40-50oC ) , nhiên dùng khói có nhược điểm khói nhiễm bụi chất có hại CO2 , SO2 Hỗn hợp khơng khí nước: tác nhân sấy loại dùng cần có độ ẩm tương đối cao Hơi nhiệt: dùng trườn hợp sản phẩm sấy chất dễ cháy nổ sản phẩm chịu nhiệt độ cao, sấy nhiệt nhiệt độ thường lớn 100oC ( sấy áp suất khí ) 1.1.6 Tổng quan thiết bị Thiết bị sấy đối lưu  Buồng sấy Buồng sấy có hình dạng khối lập phương, khối hộp chữ nhật đứng hay nằm, hình trụ đứng nằm Thành buồng sấy bọc cách nhiệt cách ẩm, có cửa để nạp lấy sản phẩm Vật sấy rải thành lớp tầng khay đặt gác lên khung giá buồng sấy Bộ phận gia nhiệt cho tác nhân sấy đặt ngồi buồng sấy Tác nhân sấy đối lưu tự nhiên hay cưỡng nhờ hệ thống quạt Quá trình sấy gián đoạn theo chu kì Nạp tháo sản phẩm thủ cơng hay giới hóa Buồng sấy ứng dụng rộng rãi công nghiệp chế biến nông, lâm, thủy hải sản chế biến thực phẩm, dược phẩm, thức ăn chăn ni Nó sấy vật liệu vật liệu dạng nào: hạt, miếng mảnh nhỏ xếp lớp, dạng bột nhão,…Buồng sấy có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt, dễ vận hành, vốn đầu tư Do q trình sấy gián đoạn có chu kì nên lượn nhiệt tiêu tốn để nung nóng thành giá đỡ buồng sấy lần sấy đáng kể Vật liệu sấy đặt cố định suốt q trình sấy Do q trình sấy khơng đồng Để khắc phục người ta bố trí cách đưa tác nhân sấy theo đường dích dắc tạo nên đồng cho sản phẩm sấy Hệ thống sấy phù hợp với vật liệu sấy mà ta khó làm cho bị xáo trộn trình sấy  Tủ sấy Tủ sấy thiết bị buồng sấy có kích thước nhỏ Cũng hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy tủ hệ thống sấy đối lưu phổ biến Nhưng khác với hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy tủ làm việc gián đoạn với suất trung bình phương pháp tổ chức trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức, nghĩa bắt buộc phải dùng quạt Cấu tạo hệ thống sấy tủ bao gồm ba phần chính: tủ sấy, calorife quạt Tùy thuộc vào mục đích thiết kế mà tủ sấy hồi lưu không hồi lưu  Hầm sấy Hầm sấy có cấu tạo khác buồng sấy chiều dài có kích thước lớn gấp nhiều lần chiều rộng chiều cao Hầm sấy dùng để sấy vật liệu chịu nhiệt khó khơ Vật sấy thường dạng rời xếp lớp loại hạt, củ, cắt lát, rau, chè,…Các khay xếp xe goong, xe treo, băng tải Vật sấy cúng phương tiện vận chuyển vào đầu hầm cuối hầm Để kéo xe goong, xe treo ta dùng xích tải Tác nhân sấy chuyển động ngược chiều chiều với vật sấy Để tác nhân sấy khơng tràn ngồi, hay khơng khí ngồi khơng bị hút vào hầm đầu cuối hầm sấy có khoang xép để nạp lấy xe Hệ thống quạt vận chuyển tác nhân phận gia nhiệt lắp đặt bên ngồi hầm, calorife lắp hầm - Hầm có xe goong Chiều dài hầm tổng chiều dài xe goong xếp hầm, cộng với chiều dài nới nắp cửa hút, đẩy tác nhân sấy, cộng với chiều dài khoang xép hai đầu có để nạp lấy xe Nếu hầm ngắn nạp lấy xe dùng sức người đẩy kéo, hầm dài phải có hệ thống giới xích tải, cấu thủy lực để nạp lấy xe Hầm sấy có xe treo Được dùng để sáy loại vật liệu rời xếp lớp hạt, mảnh cắt nhỏ Cấu tạo loại hầm sấy gồm: hầm sấy có kết cấu ngắn rộng, cao, bên chia thành nhiều khoang phù hợp với hệ thống xích vận chuyển xe chuyển động tác nhân sấy Chiều dài xích nằm hầm sấy phụ thuộc vào thời gian sấy, tốc độ xích Chiều dài tổng cộng xích chiều dài phần nằm hầm sấy cộng với phần để tháo sản phẩm sấy nạp sản phẩm Nếu xe có khay việc nạp tháo sản phẩm sấy dễ tự động hóa, q trình sấy liên tục Nếu xe có nhiều khay theo ngun tắc sấy liên tục xe treo lên xích hay lấy Các móc treo xe phải có bánh ray treo Máy sấy băng tải Nguyên tắc cấu tạo máy sấy băng tải gồm có hầm buồng sấy, băng tải liên tục chuyển động buồng Vật liệu sấy rải băng tải nhờ cấu nạp liệu Sản phẩm liên tục lấy cuối băng tải Tác nhân sấy khơng khí nóng hay khói lò chuyển động cắt ngang qua chiều chuyển động băng tải Chiều dài tốc độ băng tải phụ thuộc vào thời gian sấy Chiều rộng chiều dày lớp vật liệu tốc độ băng phụ thuộc vào suất máy  Sấy tháp Sấy tháp q trình sấy diễn buồng sấy có chiều cao lớn Quá trình sấy diễn tháp trình sấy đối lưu Vật sấy gầu tải đưa lên rót vào đỉnh tháp cháy xuống đáy tháp tác dụng trọng lực, tác nhân sấy quạt thổi vào tháp từ theo kênh dẫn lên Tác nhân sấy tiếp xúc với vật sấy làm bay ẩm từ vật sấy Q trình sấy tháp sấy khơng hồi lưu khí thải, sấy có hồi lưu phần hay tồn khí thải, sấy có đốt nóng bổ sung cho tác nhân sấy Hệ thống sấy tháp bao gồm phận : tháp sấy, hệ thống vận chuyển hạt ( gàu tải, băng tải, vít tải ), hệ thống đốt