1.3 Lựa chọn hệ thống sấy và chế độ sấy
1.3.2 Lựa chọn chế độ sấy
Thóc là một trong những loại hạt yêu cầu phải sấy chế độ mềm vì tính bền chịu nhiệt của thóc rất kém, không cho phép nâng nhiệt độ đốt nóng hạt lên ca. Khác với hạt mỳ tính bền chịu nhiệt được thể hiện bằng sự xuất hiện biến tính của protein thì của thóc lại xuất hiện các vết nứt của nội nhũ. Nguyên nhân hình các vết là trong quá trình sấy tạo nên gradient ẩm từ ngoài vào trung tâm hạt, độ ẩm của lớp ngoài của hạt giảm nhanh, tạo ra trạng thái căng thể tích của phần trung tâm, khi tăng nhiệt độ làm cho sức căng đó vượt quá độ bền của hạt thì tạo nên các vết nứt. Các vết nứt xuất hiện theo các vách protein ngăn cách giữa các hạt tinh bột. Gradient hàm ẩm không những phụ thuộc vào nhiệt độ sấy mà còn phụ thuộc vào độ ẩm bao đầu của thóc. Nếu trước khi sấy độ ẩm hạt càng cao thì gradient hàm ẩm càng cao, hạt càng dễ bị nứt.
Khi nói chế độ sấy tốt nhất cho một hệ thống sấy hiện đại, nó chỉ đúng với một loại vật liệu sấy. Mỗi loại vật liệu sấy có đặc điểm cấu trúc, tính chất vật lý cũng như yêu cầu chất lượng riêng nên đòi hỏi phải có một chế độ sấy riêng. Để tìm được chế độ sấy tối ưu cho một loại vật liệu cần trải qua quá trình nghiên cứu cũng như thực nghiệm lâu dài .
Đối với hệ thống sấy thùng quay dùng cho thóc, trong đồ án này em xin được lựa chọn chế độ sấy như sau:
Tác nhân sấy: Trong thực tế, tác nhân sấy có thể là không khí nóng, khói lò hoặc hơi quá nhiệt được lựa tùy thuộc vào tính chất cũng như yêu cầu của các loại vật liệu. Đối với sản phẩm sấy là thóc, yêu cầu đảm bảo an toàn trong quá trình sấy nên tác nhân sấy được lựa chọn là không khí ẩm;
Quá trình sấy: Trong hệ thống sấy tác nhân sấy đi cùng chiều với vật liệu sấy. Chế độ sấy được lựa chọn là chế độ sấy không hồi lưu.
Tốc độ tác nhân sấy: Trong hệ thống sấy các vật liệu dạng hạt nhỏ nếu tốc độ tác nhân sấy quá lớn có thể gây ra hiện tượng vật liệu sấy bị tác nhân sấy cuốn theo.
Nguồn cấp nhiệt: Năng suất hệ thống sấy khá lớn đòi hỏi nguồn cấp nhiệt phải đủ để cung cấp cho quá trình, đồng thời có tính ổn định và tối ưu về mặt kinh tế. Do đó em lựa chọn sử dụng nguồn cấp nhiệt là hơi bão hòa;
Độ ẩm vật liệu sấy: Thóc đưa vào sấy có độ ẩm 22%, độ ẩm thóc sau sấy là 13%;
Năng suất sấy: Năng suất của hệ thống là 1000 kg/h.
Thời gian sấy : Thời gian sấy là một thông số đặc biệt quan trọng được sử dụng trong tính toán. Thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại vật liệu sấy, hình dáng, kích thước hình học của vật liệu, độ ẩm đầu và cuối,… Điều đó rất khó để tính toán, để đơn giản ta sẽ dùng công thức thực nghiệm dưới đây:
Trong công thức trên w1, w2 là độ ẩm trước và sau quá trình sấy của vật liệu sấy. M là hệ số phụ thuộc vào đường kính trung bình của vật liệu sấy (có thể lấy theo bảng dưới đây)
Bảng 3. Hệ số M phụ thuộc vào đường kính của vật liệu
Từ đường kính trung bình của hạt thóc là 2,76 (mm) ta có M = 1,06 )
Thời gian sấy để độ ẩm của thóc từ 23% xuống 13% sẽ là 34,78 phút.
Nhiệt độ cho phép của thóc: Đây là mức nhiệt độ thóc có thể chịu được không xảy ra hiện tượng nứt hạt. Nhiệt độ cho phép của thóc phụ thuộc vào độ ẩm và thời gian sấy. Độ ẩm càng lớn và thời gian sấy càng dài thì nhiệt độ cho phép càng bé. Để xác định nhiệt độ cho phép ta sẽ dùng công thức thực nghiệm:
Như vậy nhiệt độ cho phép của thóc sẽ dưới 54 0C.
Xác định lượng ẩm bốc hơi:
Lượng vật liệu sấy cần cấp trong 1 giờ:
Xác định kích thước sơ bộ của thùng sấy:
- Thể tích thùng sấy :
Hệ số điền đầy lấy theo kinh nghiệm β = 0,3.
- Đường kính và chiều dài thùng sấy. Ta chọn tỷ lệ L/D = 5,5 hay L=5,5D. Khi đó đường kính thùng quay , chiều dài thùng quay L= 5,5.D= 5,5.1 = 5,5 (m) Xác định nhiệt độ TNS vào và ra thiết bị sấy: Ta chọn tốc độ quay của thùng sấy n = 4 vòng/phút và giả thiết rằng lớp VLS nằm trên bề mặt thùng sấy chỉ trong vòng 1/4 vòng quay. Do đó ta có thời gian tiếp xúc trực tiếp là :
Từ và ta tìm được điểm C trên biểu đồ. Mặt khác ta giả thiết tốc độ TNS v = 0,8 – 10 (m/s) từ trên biểu đồ ta tìm được hệ số trao đổi nhiệt αg = 50 kcal/kg.K. Từ điểm A ta kẻ đường thẳng song song với trục tung và từ C kẻ đường thẳng song song với trục hoành, hai đường thẳng đó cắt nhau tại B ta có độ chênh nhiệt độ trung bình giữa TNS và VLS là Δt = 35 0C.
Hình 11. Biểu đồ xác định nhiệt độ trung bình khi sấy hạt
Nhiệt độ TNS ra khỏi thiết bị sấy thường lớn hơn nhiệt độ cho phép đốt nóng của hạt từ 5 – 10 0C . Để thuận tiện cho việc tính toán ta sẽ lấy nhiệt độ TNS ra :
t2 = th + 6,8 = 53,2 + 6,8 = 60 ( oC)
Độ chênh nhiệt độ trung bình giữa TNS và VLS là : Do đó :
Như vậy chế độ sấy được xác định như dưới bảng sau:
Bảng 4. Chế độ sấy Nhiệt độ TNS vào buồng sấy 1270C Nhiệt độ TNS ra buồng sấy 600C
Vận tốc TNS 0,8-10 m/s
Nhiệt độ VLS vào thùng sấy 25,30C Nhiệt độ VLS ra thùng sấy 53,20C
Thời gian sấy 0,58 h
Chiều dài thùng sấy 5,5 m
Đường kính thùng sấy 1 m
Số vòng quay của th 4 vòng / phút
-
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
Quá trình sấy lý thuyết là quá trình sấy mà tổng các tổn thất do vật liệu sấy mang đi Qv, do thiết bị truyền tải Qct và tổn thất ra môi trường Qmt bằng 0. Mục đích của việc tính toán quá trình sấy lý thuyết là xác định lượng tác nhân sấy lý thuyết cần thiết để bốc hơi một kg ẩm l0 và lượng không khí lý thuyết cần thiết trong một giờ L0.
Trong đồ án này em thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy thóc tại Hải Dương với năng suất 1000kg/h. Các thông số ban đầu:
- Độ ẩm của thóc : w1 = 23% , w2 = 13%