Không khí ngoài trời được lọc sơ bộ rồi qua Calorifer (gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa) lên đến nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm tương đối thấp được quạt thổi vào hầm sấy. Trong không gian hầm sấy, không khí khô thực hiện việc trao đổi nhiệt - ẩm với vật liệu sấy (khoai mì cắt lát) làm cho độ ẩm tương đối của không khí tăng lên, đồng thời làm cho hơi nước trong vật liệu sấy được rút ra ngoài. Không khí này sau đó được thải ra môi trường.
13
CHƯƠNG 3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT 3.1. Quy trình công nghệ
3.2. Thuyết minh quy trình
3.2.1. NgâmMục đích Mục đích
Quá trình ngâm nhằm mục đích tách bớt một lượng chất hòa tan trong nguyên liệu, làm bở đất cát để nâng cao hiệu suất quá trình rửa sau này.
Thông số kỹ thuật
- Thời gian: 4 ÷ 8 giờ tùy theo loại nguyên liệu và mức độ nhiễm bẩn từ củ. - Hóa chất sử dụng: cho CaO vào nước ngâm với khối lượng 1,5 kg/m3 để ức chế
sự hoạt đông của vi sinh vật đồng thời làm tăng độ hòa tan của một số chất màu sinh ra do phản ứng oxy hóa.
14
3.2.2. Bóc vỏ và rửaMục đích Mục đích
- Nguyên liệu sau khi ngâm thì được đem đi rửa và bóc vỏ. Mục đích của quá trình rửa và bóc vỏ là làm sạch nguyên liệu và tách bỏ phần vỏ gỗ của củ vì nếu rửa không sạch thì đất cát bám trên củ sẽ làm mòn răng máy nghiền và làm giảm hiệu suất nghiền.
- Mặt khác, nếu tạp chất lẫn vào tinh bột sẽ làm tăng độ tro, độ màu thành phẩm, tinh bột sẽ không có chất lượng cao.
Các biến đổi trong quá trình rửa và bóc vỏ
- Biến đổi vật lý
Sau khi rửa sẽ tách được 94 ÷ 97% tạp chất ra khỏi củ, khối lượng củ giảm còn 93 ÷ 94,5%.
- Biến đổi hóa lý
Có sự tách một số chất hoà tan trong nguyên liệu như độc tố, sắc tố, tannin… vào trong nước rửa. - Biến đổi hóa sinh
Sự hoạt động của các enzyme oxy hóa làm đen củ khoai mì ở những chỗ bị trầy xước.
Phương pháp rửa và bóc vỏ
- Phương pháp thủ công
Ở những nhà máy vừa và nhỏ, người ta tách bỏ nguyên phần vỏ (gồm phần vỏ lụa và vỏ thịt) và chỉ dùng phần lõi của củ – phần có cấu trúc mềm xốp để sản xuất tinh bột.
Với những thiết bị đơn giản có sẵn và nguồn năng lượng hạn chế của các nhà máy, việc dùng nguyên củ để sản xuất sẽ gặp khó khăn trong khâu nghiền cũng như trong khâu rửa đất cát, gọt vỏ… trong khi lượng tinh bột thu được là không cao (do nghiền không hiệu quả).
Người ta có thể tách vỏ củ bằng tay. Củ được khía ngang, dọc đến một độ sâu nhất định tùy vào bề dày của vỏ, sau đó dễ dàng được lột ra. Bụi bẩn, đất cát… còn vương lại trên bề mặt lõi của củ bây giờ có thể được rửa sạch một cách dễ dàng và những củ đã được lột vỏ được đẩy vào bồn ximăng, ngâm trong nước cho đến khi được lấy ra để nghiền. Thỉnh thoảng dùng chân đạp nhẹ cũng rửa được những chất bẩn còn bám.
15
Hình 3.1: Dao tách vỏ thịt của củ khoai mì
- Phương pháp cơ giới
Ở những nhà máy lớn, người ta sử dụng nguyên củ để sản xuất. Việc rửa củ ở đây không chỉ để rửa sạch củ mà còn để tách lớp vỏ lụa bên ngoài của vỏ. Vì chỉ có lớp vỏ lụa bị tách nên ta sẽ thu được tinh bột trong phần vỏ cùi, như vậy tính kinh tế sẽ cao hơn. Phần vỏ cùi chiếm đến 8,5% khối lượng toàn củ.
Nguyên tắc: sự ma sát giữa các củ cũng như ma sát giữa củ với thành thiết bị, với cánh quay sẽ làm tróc lớp vỏ lụa và dưới áp lực của nước sẽ rửa sạch lớp vỏ lụa này cũng như đất cát bám bên ngoài củ.
Thiết bị
Thiết bị rửa củ thường dùng trong sản xuất tinh bột khoai mì là thiết bị thùng hình trụ có đục lỗ, để ngập trong nước.
Nguyên tắc hoạt động:
- Một bàn chải trục vít sẽ vừa đảo trộn mạnh củ vừa đẩy củ về phía trước.
- Một bơm ly tâm được lắp ở một đầu của thùng và được nối với một loạt các cánh quay sắp xếp dọc theo thùng. Những cánh quay này sẽ tạo ra dòng nước ngược với hướng chuyển động của củ, đảm bảo cho củ được rửa sạch.
- Khi củ được đẩy ra đến đầu bên kia, chúng đã được rửa sạch đất cát và được lột vỏ một phần.
- Tạp chất nhẹ sẽ nổi lên trên theo nước ra ngoài, tạp chất nặng, đất cát… lắng xuống và được tháo theo chu kỳ qua lỗ của bồn ximăng.
Hình 3.2: Thiết bị rửa củ khoai mì
Để tăng hiệu quả của quá trình rửa, sau giai đoạn ngâm người ta cho củ khoai mì đi qua thiết bị bóc vỏ gỗ và tách đất cát lớn bám trên củ. Thiết bị này dạng thùng quay với ống bên trong để xịt nước rửa củ. Thùng có thể làm bằng gỗ hay bằng lưới kim loại, chiều dài 3 ÷ 4 m, đường kính 1m, được lắp vào bệ ximăng, cánh quay được lắp dọc theo thùng.
16
Hình 3.3 : Thiết bị bóc vỏ lụa và tách đất cát thô.
Tùy thuộc mức độ và đặc tính tạp chất của nguyên liệu mà thới gian rửa có thể từ 8 ÷15 phút, chi phí nước rửa từ 2 ÷ 4 tấn /1 tấn nguyên liệu.
3.2.3. Cắt látMục đích Mục đích
Nguyên liệu sau khi được rửa sạch và bóc vỏ thì được đưa vào thiết bị cắt lát. Mục đích của quá trình cắt lát là cắt mỏng nguyên liệu để quá trình sấy tiếp theo đạt hiệu quả cao hơn.
Các biến đổi trong quá trình cắt khúc
- Biến đổi vật lý
Củ khoai mì ban đầu có kích thước 15 ÷ 20cm được cắt thành những lát nhỏ hơn có kích thước ÷ cm.
- Biến đổi hóa sinh
Sự hoạt động của các enzyme oxy hóa làm biến màu củ khoai mì ở những chỗ bị cắt. Thiết bị cắt khúc
- Cấu tạo
Thiết bị cắt khúc có dạng hình hộp chữ nhật thông hai đầu. Một đầu cho nguyên liệu đi vào, một đầu để tháo nguyên liệu ra sau khi lát. Thực hiện chức năng cắt lát là hệ thống dao cắt được bố trí xung quanh một trục chuyển động nhờ động
- Nguyên tắc hoạt động
17
Củ khoai mì sau khi rửa sạch được hệ thống băng tải vận chuyển đưa vào thiết bị cắt lát.
Nhờ động cơ, hệ thống dao cắt chuyển động xung quanh trục và cắt củ khoai mì thành các lát mỏng.
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 4.1. Các thông số ban đầu
4.1.1. Vật liệu sấy
Bảng 4.1: Các thông số ban đầu
Nhiệt độ khoai mì vào hầm ( Nhiệt độ sấy ( 1)
Nhiệt độ khoai mì ra hầm ( Thời gian sấy cho 1 mẻ Khối lượng riêng Nhiệt dung riêng Độ ẩm đầu Độ ẩm cuối
Đường kính lá khoai mì (d) Bề dày lát khoai mì (l) Năng suất nhập liệu
18
4.1.2. Tác nhân sấy
Tác nhận sấy là không khí. Các thông số ứng với các trạng thái trong quá trình sấy là:
Trạng thái A: không khí trước khi vào calorife: + to = 27oC
o = 80%.
Ta tính các thông số còn lại của không khí trước khi vào calorife: - Áp suất hơi bão hòa:
4026,42
Pbh0 exp 12
exp 12
235,5 27
- Hàm ẩm không khí
Với P là áp suất khí quyển - =-
1,004 + ∗ (2500 + 1,84 2 ) = 72,748
Entanpi của không khí:
= . = 0,8.0,0355 = 0,0284
0 Áp suất0
0 ℎ0
Trạng thái B: không khí sau khi qua calorife, trước khi vào hầm sấy Chọn nhiệt độ tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy t1 = 70oC. - Áp suất hơi bảo hòa của không khí:
Hàm ẩm không khí: x0 = x1 0,0179
1
Entanpi của không khí:
( ) = 1,004
1 = 1,004 1 + 1 ∗ (2500 + 1,842 1) = 117,338( kJ/kgkkk) - Độ ẩm tương đối của không khí:
- Áp suất hơi riêng phần của không khí: P1 = P0 = 21.352 (mmHg)
19
Trạng thái C: không khí sau khi ra khỏi hầm sấy - Chọn nhiệt độ tác nhân sấy khi ra hầm sấy t2 = 35oC. - Áp suất hơi bảo hòa của không khí:
= 41.89 mmHg - Entanpi của không khí: I2 =I1 = 117,338 ( kJ/kgkkk) - Hàm ẩm không khí:
(kgẩm/kgkkk) - Độ ẩm tương đối của không khí:
=> Độ ẩm thỏa mãn: 80%
2 = ℎ2. 2 = 0,056. 0,885 = 0,049= 36.75 mmHg
Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn các trạng thái của quá trình sấy lý thuyết Bảng 4.2: Bảng tổng hợp (%) t (0C) x (kgẩm/kgkkk) I (kJ/kgkkk) P (mmHg)
4.2. Tính thời gian sấy
Chọn độ chênh lệch giữa thiết bị sấy và vật liệu sấy là (tm – tb) = 5oC Khi vận tốc dòng khí < 5m/s, chọn v = 2m/s Ta
có:∝= 6,15 + 4,17 = 6,15 + 4,17.2 = 14,49
1 (W/m2.K)
Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt J1b:
20
1 =∝1 ( − ) = 14,49 × 5 = 72,45 W/m2 = 260,82 kJ/m2.h
Trong đó:
∝J1b (W/m2 hoặc J/m2.h): mật độ dòng nhiệt mà VLS nhận được trên bề mặt 1 : hệ số trao đổi nhiệt giữa môi trường với bề mặt nước tự do
tm: nhiệt độ của môi trường không khí xung quanh tb: nhiệt độ bề mặt của nước bay hơi
Cường độ bay hơi ẩm (trên bề mặt) J2b: (Kg/m2.h) Với:
J2b (Kg/m2.h) : Mật độ dòng ẩm trên bề mặt hay cường độ bay hơi trong bề mặt r (J/kg): nhiệt hóa hơi riêng của nước ở nhiệt độ bề mặt tb = 30oC r =
2425,6 (J/kg) Tốc độ sấy N:
Trong đó:
0 = 1400 (kg/m3): khối lượng riêng của khoai mì
V0
Rv : kích thước đặc trưng của vật liệu sấyF
Vo : thể tích của lát khoai mì F : diện tích bề mặt lát khoai mì d 2 h Rv = 24 = 3,571.10-3 (m3/m2) 2 d dh 4
Ta có: Tổng thời gian sấy là:
[CT1.24/trang 31,[6]]
4.3. Cân bằng vật chất
- Năng suất sấy trung bình:
21
G1=800(kg/mẻ) = 246,154 (kg/h) - Lượng ẩm cần bay hơi:
2 = 1 − = 246,154 − 72,4 = 173,754 (kg/h) [7.2/trang 98/KTS]
(kg/h)
- Lượng không khí tiêu hao:
L (kgkkk/h)
- Lượng dung môi tiêu hao riêng:
l
- Thể tích của không khí ẩm ở trạng thái (t1, phụ lục cuối sách v bằng: V0 = 1,001 x 5134,75 = 5139,885 m 4.4. Tính thiết bị chính 4.4.1. Tính khay - Diện tích bề mặt 1 lát khoai mì bm d2 S . . -
Khối lượng 1 lát khoai mì Số lát khoai mì:
nlat = 29090 ( lát ) - Tổng diện tích lát khoai mì:
Sbmtong = nlat .Slat =29090.0,00196= 57,0164 (m2 ) - Chọn kích thước khay
Khay sử dụng lưới đan với khung thép bên ngoài Dài: lkhay = 1200 (mm)
Rộng: bkhay = 1000 (mm) Đường kính sợi lưới: 2 (mm) Bước lưới: 20 (mm)
Số sợi ngang = = 60 (sợi) Số sợi dọc = = 50 (sợi) Khối lượng lưới mlưới = V.
60.1).7850 = 2,9579 (kg)
4
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:
mkhay = 3,8339 + 2,9579 = 6,7918 (kg) - Diện tích bề mặt khay:
Skhay lkhay khay.b 1,2.1 = 1,2 (m2) - Số lát trên 1 khay
lkhay bkhay
nlat khay/ . . 480 (lát/khay)d d 0,05 0,05
- Lượng vật liệu trên khay:mvl khay/ 480.0,0275 = 13,2 (kg) - Số khay
nkhay
4.4.2. Tính xe goòng
Xe goòng có 11 tầng khay.
- Khối lượng= vật liệu.11trên=145,2xe:
/ / ℎ (kg) - Số xe cho 1 mẻ: G nxe - Chiều dài xe Lxe = 1,2 + 0,05.2 = 1,3 (m) - Chiều rộng xe Bxe = 1 + 0,05.2 = 1,1 (m) - Chiều cao xe Hxe =(11+1) x (0,1+0,04)=1,68 (m) Bánh xe cao 100 mm
Tổng chiều cao xe: 1,68 + 0,1 = 1,78 (m)
- 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 chọn thép thường. Với các thông số của thép như sau:
Khối lượng riêng thép CT3: CT3 = 7850 kg/m3
23
Diện tích mặt cắt ngang:
S1 0,025.0,025 0,022.0,022 0,000141(m2)
Thép chữ L đỡ khay: thép CT3 30x30x3,mỗi tầng khay dùng 2 thanh dài 1,2m
Khối lượng thép chữ L: 1,2.( 0,03*0,03 – 0,027*0,027)*2*11 = 4,514 x 10-3 Tổng thể tích của thép CT3 trên khung xe goòng : V=0,000141.
(1,68.4+1,1.2.11+1,3.2.11)= 8,39 x 10-3 (m3) Khối lượng xe:
CT3 4,514 x 10-3 + 8,39 x 10-3 ). 7850 = 101,296 kg
4.5. Hầm sấy
- Chiều dài hầm sấy Lh = Lx.nx + 2.Lbs
(Với Lbs = 875mm)
Khoảng cách giữa 2 xe: 50mm
Lh = 1,3.6 + 2.0,875+ 5.0,05+ 0,2.2 = 10,2(m)
- Chiều rộng hầm sấy tính theo chiều rộng của xe gòong. 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 gòong. 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 = 1,78 + 0,1 = 1,88 (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: Bhầm thực = Bh + 2.0,2 = 1,3 + 2.0,2 = 1,7 (m)
- Chiều cao hầm sấy khi tính phần bê tông và lớp bông thủy tinh cách nhiệt phía trên trần:
Hhầm thực = Hh + 0,15 +0,1 = 1,88 + 0,15 + 0,1 =2,13 (m)
CHƯƠNG 5. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 5.1. Tổng tổn thất nhiệt trong hệ thống
5.1.1. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi
=
Trong đó:
=
2,225(kJ/kg.K)
Theo kinh nghiệm trong sấy nông sản, vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy tương ứng 5 ÷ 10℃. Trong hệ thống sấy hầm này thì vật liệu sấy và tác nhân sấy chuyển động ngược chiều nên nhiệt độ vật liệu ra khỏi hầm (tv2) được xác định như sau:
tv2 = t1 − 5 = 70 – 5 = 65℃
Nhiệt độ vật liệu sấy đi vào đúng bằng nhiệt độ môi trường: tv1 = 27℃
(kJ/kg ẩm)
5.1.2. Tổn thất nhiệt do xe goòng và khay mang đi
Xe goòng được làm bằng thép, có khối lượng mỗi xe là 101,296 kg, nhiệt dung riêng của thép bằng CCT3 = 0,5 (kJ⁄kg. độ) - Nhiệt do xe mang đi:
= 55,53 (kJ/kg ẩm.)
- Nhiệt tổn thất do khay: Khay sấy được làm bằng thép, có khối lượng mỗi khay là kg. Theo [1], ta có nhiệt dung riêng của thép bằng CCT3 = 0,5 (kJ⁄kg. độ)
(kJ/kg ẩm) qx+k = 55,53 + 40,96 =96,49 (kJ/kg ẩm)
5.1.3. Tổn thất nhiệt ra môi trường
Hệ số trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy và tường bên Ktb Ta
có:
1 = 6,15 + 4,17 = 6,15 + 4,17 × 2 = 14,49 (W/m2.K) Chọn tw1= 52,3oC : Nhiệt độ tường trong
tw2= 28,5oC : Nhiệt độ tường ngoài℃tf1=
0,5 ( t1℃+ t2) = 0,5.(70 + 35) = 52,5 tf2= t0= 27 (W/m2.K) Ta có: 1 = 1( 1 − 1) = 14,49(52,5 − 52,3) = 2,898 (J/Kg) 25
2 = 2( 2 − 2) = 1,963(28,5 − 27) = 2,9445 (J/Kg) So sánh sai số của dòng nhiệt:
Vì sai số của dòng nhiệt nhỏ hơn 10% nên chấp nhận kết quả phù hợp a) Tổn thất nhiệt qua tường:
Trong đó:
F : diện tích của các bề mặt tính tổn thất nhiệt tương ứng ktb
:hệ số trao đổi nhiệt, tính theo công thức Hệ số dẩn nhiệt của gạch thường : g =0,75 (W/m.K)
(W/m2.K) Nhiệt tổn thất qua tường bên hầm sấy:
- Diện tích bề mặt tường:
F =−2.10,2=.52,51,88 −= 38,35227=25,5℃(m)
1 2
(kJ/kg.h)
b) Tổn thất nhiệt qua trần
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.
(W/m2.K) - Kích thước trần:
F = B. Lh = 10,2.1,3 = 19,176 (m2)
qtr (kJ/kg.h)
c) Tổn thất nhiệt qua cửa
Cửa của hầm sấy được làm bằng thép CT3 : Bề dày lớp cửa là 4mm