Nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy ngô năng suất 3 tấn sử dụng khí hóa gas từ lò đốt than đá
MỤC LỤC
TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC SẤY NGÔ HẠT
Yêu cầu công nghệ của việc sấy ngô hạt
Sấy ngụ hạt khụng chỉ là cụng việc ủơn thuần làm khụ hạt mà là một quỏ trỡnh cụng nghệ liờn quan ủến chất lượng hạt sau khi sấy. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….
THIẾT BỊ SẤY NGÔ HẠT TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC Sấy ủược coi là khõu ủầu tiờn của cụng nghệ bảo quản chế biến sau thu
Thiết bị sấy tĩnh
Sấy tĩnh thực hiện theo nguyờn tắc hạt nằm bất ủộng trong buồng sấy, khớ sấy chuyển ủộng cưỡng bức qua khối hạt, cỏc loại mỏy sấy tĩnh sấy hạt theo từng mẻ, hạt lưu vào buồng sấy ủế khi ủạt ủộ khụ cần thiết thỡ ủược dỡ ra khỏi mỏy sấy. Tuỳ theo sản phẩm sấy, người ta sẽ ủiều chỉnh thời gian ủ này ủể ẩm từ bờn trong hạt cú thời gian khuếch tỏn ra ngoài với tốc ủộ vừa phải ủể giảm tỷ lệ nứt hạt, sau khi ủ xong, hạt sẽ ủược ủưa qua buồng sấy ủể ủược tiếp tục sấy, cứ như vậy hạt ủược luõn chuyển hoàn toàn cho ủến khi hạt ủạt ủộ ẩm yờu cầu.
Ứng dụng cụng nghệ khớ hoỏ ủể sấy hạt nụng sản
Tuy nhiờn nguồn năng lượng này ủang ngày càng cạn kiệt, hơn nữa năng lượng than ủỏ ủược sử dụng ở trong hàng nghỡn lũ sấy thủ cụng với lượng khớ thải ra khụng ủược xử lý nờn làm ảnh hưởng xấu ủến mụi trường và sức khoẻ người dân trong vùng sản xuất và lân cận. Năng lượng tỏi tạo là nguồn năng lượng ủang ủược khuyến khớch ứng dụng ủể thay thế dần cho năng lượng hoỏ thạch, bao gồm năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối (biomass) và năng lượng khí sinh học (biogas). Nguồn năng lượng này chiếm một khối lượng rất lớn nhưng hiện nay việc nghiờn cứu ứng dụng ủể sấy nụng sản cũn gặp rất nhiều khú khăn do thiết bị chuyển ủổi năng lượng thành nhiệt năng cú cấu tạo rất phức tạp và việc vận hành thiết bị không thuận lợi nên việc ứng dụng trong sản xuất còn có nhiều hạn chế.
Năng lượng khí sinh học (biogas) là một trong những dạng năng lượng tái tạo ủược sản sinh ra từ sự phõn huỷ cỏc chất hữu cơ (chủ yếu từ cỏc chất thải trong chăn nuụi) dưới tỏc ủộng của vi khuẩn trong mụi trường yếm khớ. Thiết kế hệ thống thiết bị sấy ngô hạt năng suất 3,0 tấn/mẻ sử dụng khí húa gas từ nhiờn liệu than ủỏ thay cho năng lượng dầu, gas, ủiện,..nhằm nõng cao hiệu suất sử dụng nhiệt, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường.
Nhiệm vụ nghiên cứu
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ðỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ðẾN QUÁ TRÌNH SẤY. Tiến hành nghiờn cứu thực nghiệm trong phũng thớ nghiệm ủể xỏc ủịnh ảnh hưởng của một số thụng số cụng nghệ trong quỏ trỡnh sấy làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế hệ thống thiết bị sấy.
Vật liệu và thiết bị thí nghiệm 1. Vật liệu thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm
Ảnh hưởng của nhiệt ủộ tỏc nhõn sấy T( o C)
Ảnh hưởng của thụng số x1 ủến cỏc thụng số ra ủược thể hiện như trờn ủồ thị hỡnh 2.7. Trờn ủồ thị hỡnh 2.7 ta thấy khi tăng nhiệt ủộ tỏc nhõn sấy sẽ làm tăng quỏ trỡnh trao ủổi nhiệt ẩm giữa vật liệu sấy và tỏc nhõn sấy nờn thời gian sấy giảm xuống. Tuy nhiờn khi nhiệt ủộ tỏc nhõn sấy tăng quỏ cao do tốc ủộ giảm ẩm của vật liệu sấy quá nhanh nên lượng ẩm trong tâm vật liệu chưa kịp khuếch tỏn ra ngoài bề mặt ủể bốc hơi, thậm trớ lớp vỏ ngoài của ngụ hạt bị biến cứng ngăn cản khụng cho nước ở bờn trong thoỏt ra ngoài, do ủú thời gian sấy giảm chậm cũn ủộ khụ khụng ủều của vật liệu sấy tăng lờn.
Ảnh hưởng của tốc ủộ tỏc nhõn sấy v (m/s)
Ảnh hưởng của x2 ủến cỏc thụng số ra ủược thể hiện như trờn ủồ thị hỡnh 2.8. Qua ủồ thị hỡnh 2.8 cho thấy, khi tăng tốc ủộ tỏc nhõn sấy thỡ quỏ trỡnh thoát ẩm từ vật liệu sấy vào trong buồng sấy và từ trong buồng sấy ra ngoài nhanh hơn, ủộ khụ khụng ủồng ủều của vật liệu sấy và thời gian sấy ủều giảm xuống.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY
Giả sử pb là phõn ỏp suất bóo hoà của hơi nước tự do ứng với nhiệt ủộ T và pu là phõn ỏp suất cõn bằng của hơi nước trờn bề mặt vật liệu cú ủộ chứa ẩm u thỡ năng lượng liờn kết hấp phụ ( hay năng lượng cần thiết ủể phỏ vỡ liờn kết ủú của nước) cú thể xem bằng cụng tham gia trong quỏ trỡnh ủẳng nhiệt ủể ủưa hơi nước từ ỏp suất pu ủến ỏp suất pb. Ở giai ủoạn ủốt núng của quỏ trỡnh sấy thỡ ủộ ẩm bờn trong vật liệu lớn, ủảm bảo cho vận tốc của quỏ trỡnh di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt vật liệu lớn hơn vận tốc khuếch tán ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường không khí xung quanh (khuếch tán ngoài). Giai ủoạn I: ðõy là giai ủoạn ủốt núng vật liệu, thời gian ủốt núng vật liệu rất ngắn, hàm ẩm của vật liệu giảm khụng ủỏng kể theo 0A Khi quỏ trỡnh sấy bắt ủầu, vật liệu sấy nhận ủược nhiệt lượng và ẩm trong lũng vật bắt ủầu phỏ vỡ cỏc liờn kết ủể dịch chuyển ra bề mặt và một phần nhỏ bắt ủầu thoỏt khỏi bề mặt vật liệu sấy ủể ủi vào mụi trường.
Trong giai ủoạn này bao nhiờu nhiệt lượng mà vật liệu sấy nhận ủược chỉ ủể phỏ vỡ cỏc liờn kết ẩm mà chủ yếu là liên kết ẩm tự do cùng liên kết ẩm thẩm thấu và cung cấp năng lượng cho ẩm ủó ủược phỏ vỡ di chuyển từ trong lũng vật ra bề mặt và từ bề mặt vào mụi trường. Theo giả thuyết, lượng CH4 trong gas sinh ra trong mỗi gram nhiờn liệu là khụng ủổi (ớt hơn hoặc nhiều hơn trường hợp lũ ủốt khớ hoỏ vận hành dưới ủiều kiện bỡnh thường), mối quan hệ cú sẵn cho phộp tớnh toỏn thành phần của gas trong phạm vi lớn cỏc thụng số ủầu vào (hàm lượng ẩm của nhiờn liệu) và cỏc ủăc tớnh kỹ thuật của hệ thống (tổn thất nhiệt trong quỏ trỡnh ủối lưu bức xạ và dẫn nhiệt trong gas).
LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY NGÔ
Bộ tạo khớ gas : Là lũ ủốt nhiờn liệu ở trạng thỏi yếm khớ ủể tạo khớ gas .Trong lũ ủốt tạo gas nhiờn liệu ủược ủốt chỏy ở trạng thỏi yếm khớ, khụng khớ ủi qua cỏc vựng cú nhiệt ủộ khỏc nhau và trải qua cỏc quỏ trỡnh nõng nhiệt, phân huỷ và sinh gas…Bộ tạo khí gas bao gồm: Thiết bị cấp liệu, thân lò, ghi lũ, bộ phận gạt xỉ, bộ phận truyền ủộng, bao hơi. Than ủược ủưa vào từ phễu cấp liệu, hơi nước và khụng khớ ủược ủưa vào từ phớa dưới nhờ quạt, than vào lũ ủốt ủược rơi từ trờn xuống ủi qua cỏc vựng cú nhiệt ủộ khỏc nhau và trải qua cỏc quỏ trỡnh nõng nhiệt. Khớ gas lấy ra từ phớa trờn của thõn (chiều chuyển ủộng của gas ngược với chiều than vào), ra khỏi lũ ủốt qua ống dẫn ủến buồng ủốt khớ gas, tại ủõy khớ gas ủược ủốt tạo ra khớ cú nhiệt ủộ cao, nhờ quạt khớ núng ủược ủưa vào buống sấy.
- Sử dụng nguồn nhiờn liệu than ủỏ chất lượng thấp rẻ tiền thay cho dầu DO hoặc khớ gas ủắt tiền mà cỏc thiết bị sấy nhập ngoại ủang sử dụng, nhờ ủú ủó tiết kiệm ủược 55-60% so với phương phỏp dựng gas và 30-35% so với dùng dầu FO. - So với sử dụng dầu năng FO mà nói khi sử dụng khí than xác suất sự cố thấp, lũ khớ than vận hành một cỏch riờng biệt, cỏc ủường ống dẫn và thiết bị khớ than ủơn giản do ủú thao tỏc thuận lợi, vận hành an toàn hơn.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY 1. Tính toán thiết kế buồng sấy
Lựa chọn nguyờn lý thiết kế lũ ủốt tạo khớ gas
- ðối với thiết bị khớ hoỏ hoạt ủộng theo nguyờn lý ngược chiều, tầng sụi, tất cả cỏc khõu nạp liệu, ủốt hoỏ khớ, thỏo liệu tất cả ủều tiến hành tự ủộng nhờ ủú ủạt ủược năng suất cao, nhưng mỏy cồng kềnh, phức tạp, lũ khớ hoỏ dạng này cú giỏ thành cao, chưa phự hợp với ủiều kiện trang bị của cỏc cơ sở sản xuất, người làm dịch vụ ở nông thôn hiện nay. - Ưu ủiểm cơ bản của lũ ủốt khớ hoỏ gắn liền với hệ thống ủốt chỏy là khả năng của nú ủể tạo ra nhiệt ủộ cao hơn là nhiệt ủộ cú thể ủạt ủược với ghi lũ truyền thống, sự ủốt chỏy, cú khả năng xảy ra cỏc vấn ủề về tạo xỉ ở cỏc nhiệt ủộ này, vỡ vậy tăng hiệu quả chung và cụng suất của nú. Trong lũ ủốt khớ hoỏ dạng ngược chiều, minh hoạ trong giản ủồ nờu trờn thỡ nhiờn liệu (than ủỏ) ủược ủưa vào trờn ủỉnh, khụng khớ thường ủược ủưa vào ở vị trớ trung gian và gas ủược lấy ra ở trờn.
Chi tiết của phản ứng này khụng ủược biết chớnh xỏc nhưng người ta cú thể phỏng đốn là các phân tử lớn ( như xenluloza, hemi-xenluloza, và linhin) phân nhỏ thành các phân tử trung bình và cácbon (than) trong suốt quá trình gia nhiệt của nhiờn liệu ủầu vào. Sản phẩm cuối cùng của các phẩn ứng hoá học diễn ra trong vùng khử là gas dễ chỏy mà cú thể sử dụng làm nhiờn liệu trong cỏc thiết bị ủốt và sau khi tỏch bụi, làm lạnh thớch hợp ủối với cỏc ủộng cơ ủốt trong.
Xỏc ủịnh cỏc thụng số của lũ ủốt khớ hoỏ tạo gas
- ðường kớnh trong của lũ khớ hoỏ than ủược xỏc ủịnh theo cụng thức thực nghiệm:[18].