Tài liệu Đồ án sấy lúa- tính toán thiết kế máy sấy lúa kiểu sấy tháp tam giác năng suất 6 tấn-mẻ

Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... Upload by http://www.povn.info 1 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM ĐỒ ÁN ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................ Upload by http://www.povn.info 2 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt LỜI MỞ ĐẦU Sấy là một quá trình trao đổi nhiệt và ẩm dẫn đến việc loại bỏ một phần nước và độ ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp sấy nóng hoặc phương pháp sấy lạnh. Vật liệu sấy có thể là vật rắn, bán rắn hoặc chất lỏng và kết thúc quá trình sấy ở thể rắn, chất đậm đặc hoặc tinh dầu trong hơi nước được tách ra. Kỹ thuật sấy được sử dụng rộng rãi để làm khô hầu hết các loại dược phẩm, ngũ cốc, các loại hạt và nhiều thực phẩm khác, làm tăng hiệu quả kinh tế trong sản xuất. Quá trình sấy không chỉ đơn thuần là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu mà là một quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu sấy phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp. Trong sấy lúa phải đảm bảo lúa sau khi sấy có tỉ lệ nứt gãy khi xay xát là thấp nhất. Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy khác nhau, đối với lúa 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 lúa bằng phương pháp sấy tháp, năng suất 6 tấn/mẻ, địa điểm tại tỉnh Đồng Tháp, hoạt động vào vụ Đông Xuân, cung cấp nhiệt bằng phương pháp đốt trấu trực tiếp. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng đồ án chắc chắn không tránh khỏi các thiếu sót. Nhóm mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của Thầy Cô và các bạn. Lớp DHNL4LT Nhóm Nguyễn Văn Bảo Nguyễn Thiên Bửu Upload by http://www.povn.info 3 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt TRƯỜNG ĐHCN TPHCM KHOA CN NHIỆT LẠNH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN KỸ THUẬT NHIỆT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Họ và tên: NGUYỄN VĂN BẢO NGUYỄN THIÊN BỬU DHNL4LT Công Nghệ Nhiệt - Lạnh MSSV: 08899391 08896121 Lớp: Ngành: Niên khoá: 2009 – 2010 Tên đồ án: Tính toán thiết kế máy sấy lúa kiểu sấy tháp tam giác năng suất 6 tấn/mẻ (có đảo trộn) · Địa điểm tại tỉnh Đồng Tháp · Hoạt động vào mùa thu hoạch Đông Xuân · Cung cấp nhiệt là đốt trấu cấp trực tiếp Nội dung thực hiện 1. Tìm hiểu công nghệ chế biến hoặc tạo ra vật liệu sấy. 2. Công nghệ làm khô vật liệu sấy được giao và máy sấy vật liệu này trong nước và trên thế giới. 3. Tổng quát các loại máy sấy được loại vật liệu được giao cho sinh viên và sinh viên tự lựa chọn loại máy sấy thích hợp nhất để sấy theo yêu cầu. 4. Mô tả và trình bày tổng quát, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc điểm riêng biệt về loại máy sấy mà sinh viên đã lựa chọn. 5. Thực hiện bài toán sấy lý thuyết và sấy thực, bao gồm : · Sinh viện tự tìm hiểu bằng tài liệu tra cứu về độ ẩm đầu vào, độ ẩm thành phẩm, từ đó làm cơ sở tính toán bài toán sấy. · Thực hiện bài toán sấy · Tính toán thiết kế không gian sấy và hệ thống sấy · Chọn cung cấp nhiệt sấy gián tiếp hay trực tiếp tùy theo loại vật liệu sấy và sản phẩm sấy. 6. Tính toán thiết kế buồng đốt cấp nhiệt. 7. Tính toán thiết kế các thiết bị phụ tùy theo hệ thống lựa chọn (Cyclon thu bụi, quạt, thiết bị vận chuyển…) 8. Tính toán sơ bộ hiệu quả đầu tư máy sấy và giá thành sấy 1kg thành phẩm. 9. Sinh viên lập quy trình thao tác vận hành sấy và bảo trì. 10. Các bản vẽ · 01 bản tổng thể hệ thống máy sấy (khổ giấy A3). · 01 bản vẽ buồng sấy (khổ giấy A3, yêu cầu vẽ 3 hình chiếu). · Bản vẽ thiết kế các thiết bị phụ của máy sấy (buồng đốt cấp nhiệt, bộ trao đổi nhiệt, cyclon thu bụi..) tùy theo từng hệ thống sấy mà sinh viên thiết kế. Ngày giao nhiệm vụ: 19/09/2009 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 23/12/2009 Giáo viên hướng dẫn: Bùi Trung Thành Trưởng bộ môn Giáo viên hướng dẫn Bùi Trung Thành Upload by http://www.povn.info 4 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt MỤC LỤC Lời mở đầu ........................................................................................................................3 Mục lục ..............................................................................................................................5 Thứ tự thiết kế một hệ thống sấy ...................................................................................7 Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật sấy 1. Phương pháp sấy cổ truyền – phơi nắng ............................................................9 2. Sấy hạt ở Việt Nam và trên thế giới ..................................................................10 3. Khái niệm về sấy ...............................................................................................11 4. Bản chất đặc trưng của quá trình sấy.................................................................12 Chương 2: Các loại máy sấy 1. Các phương pháp sấy bằng nhiệt.......................................................................14 1.1 Sấy bằng không khí tự nhiên – phơi nắng............................................14 1.2 Sấy nhân tạo .........................................................................................14 2. Các dạng máy sấy có thể sấy hạt lúa .................................................................17 2.1 Máy sấy thùng quay .............................................................................17 2.2 Máy sấy tháp ........................................................................................19 Chương 3: Vật liệu sấy và Tác nhân sấy 1. Vật liệu sấy – hạt lúa .........................................................................................24 1.1 Cây lúa..................................................................................................24 1.2 Cấu tạo hạt lúa......................................................................................26 1.3 Các đặc tính chung của khối lúa ..........................................................27 1.4 Các yêu cầu đặc trưng của hạt lúa sau sấy ...........................................29 1.5 Công nghệ sấy lúa ................................................................................30 2. Tác nhân sấy ......................................................................................................30 Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống sấy tháp 1. Tính toán tổng quát............................................................................................32 1.1 Chọn chế độ sấy ...................................................................................33 1.2 Cân bằng ẩm cho từng vùng.................................................................34 1.3 Nhiệt độ sấy..........................................................................................36 2. Tính toán quá trình sấy lí thuyết........................................................................37 2.1 Xác định các thông số ngoài trời..........................................................37 2.2 Tính toán khói lò ..................................................................................38 2.3 Thông số của không khí sau hòa trộn ..................................................40 2.4 Trạng thái không khí ra khỏi tháp sấy..................................................44 2.5 Tính thời gian sấy.................................................................................45 Upload by http://www.povn.info 5 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt 2.6 Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy lí thuyết ........................47 2.7 Tính kiểm tra lại nhiệt độ sấy...............................................................48 2.8 Cân bằng nhiệt của quá trình sấy lí thuyết ...........................................49 3. Xác định kích thước cơ bản của tháp sấy ..........................................................51 3.1 Máng dẫn khí thải.................................................................................51 3.2 Máng dẫn tác nhân sấy.........................................................................53 4. Tính toán quá trình sấy thực tế ..........................................................................54 4.1 Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh ............................................54 4.2 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi .................................................58 4.3 Các thông số sau quá trình sấy thực.....................................................60 4.4 Tính toán cân bằng nhiệt của quá trình sấy thực..................................62 5. Tính toán vùng làm mát.....................................................................................65 6. Tính tiêu hao nhiên liệu .....................................................................................66 7. Bố trí kênh dẫn và kênh thải..............................................................................66 Chương 5: Các thiết bị phụ của tháp sấy 1. Buồng đốt ..........................................................................................................69 2. Thiết bị lọc và khử bụi từ tháp sấy ....................................................................71 3. Tính chọn quạt ...................................................................................................73 4. Máy vận chuyển kiểu gàu tải.............................................................................82 5. Máy vận chuyển kiểu băng tải...........................................................................83 Chương 6: Tính toán giá thành sản phẩm ...................................................................86 Chương 7: Vận hành và bảo trì hệ thống sấy ..............................................................88 Chương 8: Bản vẽ ...........................................................................................................90 Tổng kết...........................................................................................................................91 Phụ lục .............................................................................................................................92 Tài liệu tham khảo..........................................................................................................94 Upload by http://www.povn.info 6 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt THỨ TỰ THIẾT KẾ MỘT HỆ THỐNG SẤY 1. Chọn phương pháp sấy Chọn phương pháp sấy nóng hay sấy lạnh là tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ mà chủ yếu là nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy trước khi vào thiết bị sấy hay nhiệt độ mà vật liệu sấy có thể chịu được. Thông thường, nếu không có yêu cầu gì đặc biệt thì ta chọn hệ thống sấy nóng, do độ chênh lệch phân áp suất Pab – Pam có thể đạt được rất lớn nên cường độ sấy lớn. Hơn nữa hệ thống sấy nóng không phải dùng máy lạnh và máy hút ẩm nên chi phí đầu tư rẻ hơn và vận hành đơn giản hơn. 2. Chọn dạng hệ thống sấy Sau khi đã quyết định phương pháp sấy, ta chọn hệ thống sấy. Khi đó cần căn cứ vào hình dáng vật liệu sấy và năng suất sấy cũng như kinh phí đầu tư cho phép để chọn dạng hệ thống sấy thích hợp. Trong trường hợp sấy các loại nông sản dạng hạt thì ta cũng có thể nghĩ đến hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy tháp, hệ thống sấy thùng quay cũng như hệ thống sấy khí động hoặc hệ thống sấy tầng sôi. Căn cứ vào đặc điểm của các hệ thống sấy này, năng suất sấy yêu cầu và những nhân tố khác ta có thể chọn được hệ thống sấy thích hợp. Để sấy lúa sơ bộ khi mới thu hoạch, vì thời gian sấy chỉ vài chục ngày một vụ lại phân bố rải rác ở từng hộ gia đình nên hiện nay người ta sử dụng hệ thống sấy buồng đối lưu tự nhiên, hệ thống sấy tĩnh. Ngược lại, ở các kho bảo quản hoặc các nhà máy xay xát, người ta thường dùng hệ thống sấy tháp hoặc sấy khí động. Chọn dạng hệ thống sấy cũng là bài toán kinh tế kĩ thuật. 3. Chọn chế độ sấy Sau khi đã chọn được hệ thống sấy thích hợp, ta căn cứ vào yêu cầu mà chủ yếu là nhiệt độ và độ ẩm mà vật liệu sấy có thể chịu được để chọn chế độ sấy thích hợp. Đối với lúa giống thì nhiệt độ sấy khoảng 40 ÷ 420C và lúa thương phẩm 50 ÷ 900C. Ngoài ra, nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy cũng cần chọn đủ bé để giảm tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi nhưng cũng phải đủ lớn để xa trạng thái bão hòa để tránh hiện tượng đọng sương lên bề mặt vật liệu đã được sấy khô. 4. Chọn nguồn năng lượng và tác nhân sấy Ngoài hệ thống sấy lạnh, nguồn năng lượng chỉ có thể là điện thì trong các hệ thống sấy nóng, nguồn năng lượng ngoài điện năng còn có thể là hơi nước, khí đốt dầu mỏ, than đá, củi và các phế liệu công nông nghiệp khác như trấu, bã mía… Ta chọn dạng năng lượng trên cơ sở điều kiện cụ thể nơi xây dựng hệ thống sấy và tính toán kinh tế. Ở Đồng Tháp, trấu là nguồn năng lượng dồi dào và nó dồi dào đến mức người ta không biết phải làm gì để sử dụng hết nó ngoài việc đổ bỏ nó với lại chi phí cho 1kg trấu rất rẻ. Do đó, hệ thống sấy này dùng trấu làm nguồn năng lượng đốt trực tiếp để lấy khói từ buồng Upload by http://www.povn.info 7 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt đốt gia nhiệt cho không khí cấp vào không gian sấy. Vì vậy, ta cần thiết kế thêm buồng đốt cho hệ thống sấy. 5. Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm của thiết bị sấy (thực hiện bài toán sấy lí thuyết và sấy thực tế) Khi đã chọn được dạng hệ thống sấy và chế độ sấy, ta tiến hành tính toán cân bằng nhiệt ẩm của thiết bị sấy. Đây là nội dunng cơ bản của việc thiết kế một hệ thống sấy. Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt ẩm là tìm được lượng tác nhân sấy và nhiệt lượng cần thiết trong một giờ. Khối lượng tác nhân sấy trong một giờ là một trong hai cơ sở để chọn quạt (cùng với cột áp). Tính toán các tổn thất nhiệt. 6. Tính thể tích buồng đốt và các thiết bị phụ khác Tính thể tích buồng đốt, tính cyclonee và các thiết bị khác. 7. Bố trí hệ thống sấy, tính trở lực và chọn quạt Để chọn được quạt chúng ta cần bố trí cụ thể hệ thống sấy và căn cứ vào việc bố trí này để tiến hành tính trở lực hệ thống. Khi đã có tổng trở lực và lưu lượng tác nhân sấy cần thiết trong tính toán cân bằng nhiệt - ẩm của thiết bị sấy ta sẽ chọn được quạt. 8. Tính hiệu quả kinh tế của hệ thống sấy Nội dung tính toán hiệu quả kinh tế của một hệ thống sấy đã được thiết kế gồm các phần: · Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng. · Xác định chi phí đầu tư, chi phí vận hành và chi phí bảo dưỡng. · Xác định được giá thành sản phẩm. · Hiệu quả kinh tế xã hội mà hệ thống mang lại. Upload by http://www.povn.info 8 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY 1. Phương pháp sấy cổ truyền – phơi nắng Từ xưa, con người biết đến kỹ thuật sấy như là cách chế biến và bảo quản thực phẩm thông dụng và tạo mùi vị đặc trưng cho món ăn khi chế biến. Phơi nắng là một phương pháp cổ điển và sử dụng rộng rãi nhất khi mà con người chưa biết đến kỹ thuật sấy hiện đại. Ở Việt nam, những người ngư dân dùng ánh nắng mặt trời để làm khô cá, mực và các loại hải sản khác để bảo quản sử dụng lâu ngày, tạo nên nhưng món ăn đặc trưng về hương vị. Những người nông dân cũng vậy, họ dùng cách tương tự để làm khô các loại cá ở sông, hồ, ruộng vào thời điểm dồi dào để sử dụng vào những thời điểm khan hiếm. Ngoài ra người ta còn dùng cách phơi nắng để chế biến nhiều loại bánh, hoa quả và đồ dùng khác. Hình 1-1:Phơi cá dưới ánh nắng mặt trời Ở châu Âu, người ta dùng khói nóng để sấy khô thịt, cá và thực phẩm khác, tạo thành các loại thực phẩm hung khói để dự trữ trong mùa đông. Ở nhiều dân tộc khác cũng vậy, người ta sử dụng khói hoặc hơi nóng để làm khô và bảo quản nhiều loại thực phẩm và ngũ cốc. Ở Trung quốc, người ta dùng ánh sáng mặt trời và một số kỹ thuật chế biến khác để sấy khô các loại cỏ, cây, hoa, quả và hạt dùng để làm thuốc. Ở Việt Nam và một số nước khác ở châu Á cũng vậy. Upload by http://www.povn.info 9 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt Hình 1-2:Dùng ánh nắng mặt trời để làm khô sản phẩm Ngày nay, kỹ thuật sấy hiện đại phát triển đã giúp con người cải thiện nhiều về chất lượng, thời gian sấy, thời gian bảo quản, năng suất và hiệu quả kinh tế được nâng cao. Nhưng ở một phương diện nào đó, kỹ thuật sấy cổ truyền và phương pháp thủ công còn mang đậm tính nghệ thuật và bí truyền nên vẫn giữ được vị trí của nó mà kỹ thuật hiện đại vẫn không thể thay thế được. Nước ta là một nước nông nghiệp do đó các nông sản được sản xuất ra ngày một nhiều, nhất là các sản phẩm đặc sản của vùng nhiệt đới có giá trị xuất khẩu cao, ngày càng chiếm tỉ trọng lớn trong toàn bộ thu nhập của ngành nông nghiệp. Các sản phẩm này muốn bảo quản được tốt thì phải có độ ẩm nhỏ nhưng độ ẩm này ít có được sau khi thu hoạch. Vì vậy hầu hết các sản phẩm nông nghiệp cần phải thông qua quá trình phơi sấy để làm khô tới thủy phần yêu cầu của bảo quản. Sấy là phương pháp tương đối hiệu quả, tạo nên tiền đề để bảo quản tốt sản phẩm. Mặt khác có nhiều sản phẩm chỉ có thông qua khâu phơi sấy mới đảm bảo phẩm chất tốt, nâng cao được giá trị thương phẩm như chè, cà phê, thuốc lá, lúa, gỗ, giấy, sữa bột … 2. Sấy hạt ở Việt Nam và trên thế giới Trên thế giới, hàng trăm triệu tấn lúa mì, bắp, đậu nành, gạo và các loại hạt khác như lúa miến, hạt hướng dương, hạt bo bo, đại mạch, yến mạch và một số loại khác được sấy khô bằng máy sấy hạt. Trong nông nghiệp ở các các quốc gia, sấy là việc giảm ẩm từ khoảng 17-30% đến khoảng từ 8 đến 15%, tùy theo từng loại hạt. Độ ẩm đầu ra của hạt cuối quá trình sấy phải đủ cho việc bảo quản. Hạt càng có nhiều dầu thì độ ẩm lưu trữ càng phải thấp. Ngũ cốc thường được sấy khô cho tới 14% , trong khi các loại hạt dầu, đến 12,5% (đậu nành), 8% (hướng dương) và 9% (đậu phộng). Sấy được sử dụng như là một phương pháp để lưu trữ an toàn, để ngăn cản vi khuẩn phát triển. Tuy nhiên, nhiệt độ thấp trong lưu trữ cũng được khuyến khích để chống các phản ứng và các quá trình sinh hóa đặc biệt là sự phát triển của côn trùng và mọt. Nhiệt độ bảo quản tối đa khoảng 18°C. Upload by http://www.povn.info 10 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt Các máy sấy lớn nhất thường được áp dụng để cơ khí hóa nông nghiệp ở ngoài đồng ruộng đang phát triển và đang được mở rộng các loại máy sấy hỗn lưu được ưa thích ở Châu Âu, trong khi người Mỹ chỉ thích đưa lúa của họ một lần qua máy sấy. Ở Argentina, cả hai loại này đều được tìm thấy. Máy sấy dòng liên tục đạt được năng suất 100 tấn hạt khô/giờ.. Độ dày của lớp hạt để không khí đi qua máy sấy liên tục trong khoảng từ 0,15 m trong một số dòng máy sấy hỗn hợp có thể 0,3 m trong một vòng lưu. Loại máy sấy được sử dụng chủ yếu là loại trong đồng ruộng, đặc biệt là ở Mỹ và Âu Châu. Nó thường bao gồm một thùng, với không khí ẩm nóng thổi theo chiều ngang theo một ống trụ ở bên trong thông qua một tấm kim loại, sau đó thông qua một thùng xoay, dày 0,50 m xuyên giữa lớp hạt và cuối cùng bên ngoài là tấm lưới kim loại, trước khi được thải ra bên ngoài. Thường thì làm khô hạt nhiều lần từ 1 giờ đến 4 giờ tùy thuộc vào bao nhiêu nước phải được tách ra, loại hạt gì, nhiệt độ không khí và bề dày lớp hạt. Tại Hoa Kỳ, máy sấy đối lưu ngược liên tục có thể được thấy trong trang trại, chỉ sử dụng một thùng để sấy, hạt được đưa vào ở đỉnh của thùng để hạt thích nghi dần dần và làm khô hạt sơ bộ ở trên và lấy ra dần dần ở dưới cùng của thùng khi hạt đã khô hoàn toàn. Sấy hạt là một hoạt động mang tính sản xuất và nghiên cứu. Ngày nay, có thể để mô phỏng hiệu suất của máy sấy với một chương trình máy tính dựa trên các công thức (các mô hình toán học) là đại diện cho các thông số tham gia vào việc làm khô: tính chất vật lý, tính chất hóa học, nhiệt động lực học và nhiệt và khối lượng liên kết. Gần đây, sự đòi hỏi của xã hội được dự đoán chắc chắn để điều chỉnh các tham số để thiết lập một tỷ lệ sấy hợp lý để nhanh chóng làm khô hạt, hạn chế tiêu thụ năng lượng, và đạt được chất lượng hạt. Một điển hình trong tham số chất lượng sấy lúa mì là chất lượng tạo bột và tỷ lệ phần trăm nẩy mầm. Còn đối với lúa nước là giảm tối đa độ nứt gãy của hạt khi xay xát. 3. Khái niệm về sấy Hạt và các sản phẩm nông nghiệp trước khi nhập kho bảo quản đều phải có độ ẩm ở mức độ an toàn. Điều kiện thích hợp của độ ẩm để bảo quản hạt là ở giới hạn từ 12 đến 14%. Phần lớn hạt thu hoạch về có độ ẩm cao hơn, trong điều kiện những mùa mưa độ ẩm của khí quyển cao nên sự thoát hơi nước tự nhiên của hạt chậm lại cho nên có nhiều trường hợp hạt ngô, lúa nhập kho có độ ẩm lên đến 20 ÷ 30%. Với độ ẩm của hạt lớn hơn 14% thì hoạt động sống tăng, hô hấp mạnh, lô hạt bị ẩm và nóng thêm. Đó là những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật và côn trùng, lô hạt tự bốc nóng và làm cho hạt bị hỏng. Để tránh hiện tượng trên ta phải đảm bảo độ ẩm của hạt xuống khoảng 14%. Do đó, đối với một nước nông nghiệp nhiệt đới khí hậu nóng ẩm mưa nhiều như nước ta thì sấy là một phương pháp rất quan trọng. Upload by http://www.povn.info 11 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt Những hạt và những sản phẩm chưa được sấy, bao giờ cũng chứa một lượng nước thừa trong bản thân chúng. Ví dụ hạt thu hoạch có độ ẩm 37% thì có tới 23% trọng lượng là nước thừa. Hạt ẩm ảnh hưởng không tốt đến kỹ thuật xay xát. Sản lượng bột giảm, chi phí năng lượng tăng lên, bột dính vào máy chế biến và làm máy nhanh bị hư hỏng; hạt thu được và sản phẩm chế biến từ hạt sẽ bảo quản khó và chỉ tiêu phẩm chất sẽ thấp. Ở những hạt đã sấy hay phơi khô thì quá trình thủy phân chất béo thực hiện chậm, hiện tượng đắng của hạt và sản phẩm chế biến giảm, côn trùng sâu mọt sẽ bị tiêu diệt. Những hạt bị bốc nóng ở thời kì đầu, nhờ quá trình phơi sấy, hạt trở lại bình thường, quá trình tự bốc nóng dừng lại và những tính chất kỹ thuật của hạt được phục hồi. Hạt còn tươi chưa hoàn thành quá trình chín sinh lí thì nhờ quá trình sấy quá trình chín sinh lí được rút ngắn, hạt có được đặc tính kỹ thuật thích hợp của nó. Sấy khô sản phẩm là một quá trình rất phức tạp: khi sấy cần đảm bảo giữ được tính chất của sản phẩm, đảm bảo chất lượng và giữ nó ở trạng thái tốt. Quá trình sấy thực chất là quá trình dùng nhiệt năng để làm bốc hơi một phần lượng nước có trong sản phẩm. Quá trình này phụ thuộc vào cấu tạo, kích thước, dạng liên kết của vật liệu sấy và tính chất hóa học của sản phẩm và trạng thái bề mặt của sản phẩm hút ẩm. 4. Bản chất đặc trưng của quá trình sấy Sấy là một quá trình tách ẩm ra khỏi sản phẩm (hoặc chuyển nước trong sản phẩm sang thể hơi). Quá trình này được thực hiện do sự chênh lệch áp suất của hơi nước ở môi trường xung quanh (Pxq) và trên bề mặt của sản phẩm (Psp). Để làm cho lượng ẩm trên bề mặt sản phẩm bay hơi cần có điều kiện Psp > Pxq hay Psp - Pxq = DP. Trị số DP càng lớn thì độ ẩm chuyển ra môi trường xung quanh càng mạnh. Psp phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy và phụ thuộc vào tính chất liên kết của nước với sản phẩm. Sự thoát ẩm trên bề mặt tăng lên khi nhiệt độ và tốc độ của luồng không khí tăng, khi độ ẩm tương đối giảm và áp suất không khí giảm. Do vậy sự thoát ẩm trên bề mặt dẫn đến sự khuếch tán bên trong. Đó là kết quả của sự phá vỡ mối cân bằng tương đối trong sản phẩm cũng là do sự thay đổi nhiệt độ và sự phân chia nước không đồng đều trong sản phẩm. Trong sản phẩm (và nhất là hạt) sự vận chuyển nước bắt đầu từ nơi có độ ẩm cao đến nơi có độ ẩm thấp. Sự chênh lệch độ ẩm ở những phần khác nhau của hạt là nguyên nhân của sự khuếch tán bên trong khi sấy. Sự thay đổi về mặt phân bố nhiệt độ ở những điểm khác nhau của hạt làm cho sự vận chuyển độ ẩm tăng từ chỗ có nhiệt độ cao đến chỗ có nhiệt độ thấp. Quá trình sấy có thể được xúc tiến nhanh hơn nhờ sự tăng nhiệt độ không khí hoặc nhiệt độ của hỗn hợp không khí và khói lò (t), giảm độ ẩm tương đối của không khí (j), Upload by http://www.povn.info 12 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt tăng vận tốc không khí (v) và nhờ sự giảm áp suất không khí trong môi trường (B). Trong quá trình sấy, càng về sau hơi nước của môi trường xung quanh càng nhiều, tức là áp suất Pxq càng tăng và độ ẩm của sản phẩm ngày càng giảm đến một lúc nào đó sẽ đạt được trị số cân bằng. Khi đó Pxq = Psp và độ ẩm đó được gọi là độ ẩm cân bằng. Tại độ ẩm cân bằng thì DP = 0, quá trình sấy ngừng lại. Đối với hạt lúa, ẩm hiện diện ở hai nơi: ở bề mặt của hạt (ẩm bề mặt) và ở nhân hạt (ẩm bên trong). Ẩm bề mặt sẽ nhanh chóng bay hơi khi hạt được tiếp xúc với không khí nóng thổi qua nó, còn ẩm bên trong nhân hạt sẽ bay hơi chậm hơn bởi vì đầu tiên nó phải di chuyển từ nhân hạt ra bề mặt hạt và kết quả là ẩm bề mặt và ẩm bên trong sẽ bay hơi với tốc độ khác nhau. Kết quả của sự chênh lệch này là tốc độ sấy và hàm lượng ẩm được lấy đi sẽ giảm trong quá trình sấy. Đối với hầu hết các loại máy sấy hạt, tốc độ sấy thường nằm trong khoảng 0.5 %/h ¸ 1 %/h. Hàm lượng ẩm của hạt sau mỗi lần qua máy sấy có thể giảm từ 2 ¸ 4% phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu của hạt, nhiệt độ sấy và tốc độ tác nhân sấy. Upload by http://www.povn.info 13 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt CHƯƠNG 2 CÁC LOẠI MÁY SẤY 1. Các phương pháp sấy bằng nhiệt (sấy nóng) Quá trình dùng nhiệt để tách lượng nước trong sản phẩm chuyển thành hơi thoát ra môi trường gọi là phương pháp sấy bằng nhiệt. 1.1 Sấy bằng không khí tự nhiên (phơi nắng): đó là phương pháp lợi dụng ánh nắng mặt trời để làm khô hạt và sản phẩm. Phơi nắng là phương pháp không tốn kém về nhiên liệu. Nó thúc đẩy quá trình chín sinh lí của hạt, có khả năng diệt trừ nấm Aspergillus, Penicilium, côn trùng, sâu, mọt… bởi tác dụng của ánh nắng mặt trời. Nhưng phơi nắng có nhược điểm là không chủ động và phụ thuộc vào điều kiện thời tiết rất lớn, nhất là các vùng canh tác 2 vụ: mùa khô rất ngắn ngũi không cho phép phơi nắng tự nhiên một cách nhanh chóng. Phơi nắng còn tốn nhiều công lao động và không cơ giới hóa được. Thời gian để đạt được độ ẩm an toàn thường dài, nhất là đối với các hạt giống có yêu cầu ẩm độ gần bằng 12%. Tuy vậy, trong thực tế sản xuất hiện nay, người ta vẫn áp dụng phương pháp phơi nắng đối với các loại ngũ cốc và một số nông sản khác. Những sản phẩm cần phơi trải thành những lớp mỏng nên mặt đất hay chiếu, phên…nên gặp rất nhiều bất tiện: dễ bị lẫn đất cát, dễ bị ẩm khi gặp mưa. Hiện nay có rất nhiều phương pháp để cải tiến kỹ thuật này. Sấy nhân tạo là một trong những phương pháp đó. Hình 2-1: Phơi lúa tự nhiên 1.2 Sấy nhân tạo Khi cần làm khô một khối lượng lớn sản phẩm trong thời gian ngắn bất kể điều kiện thời tiết thế nào thì phải sử dụng phương pháp sấy nhân tạo. Phương pháp này đắt tiền hơn và phức tạp hơn phương pháp sấy tự nhiên nhưng nó là điều cần thiết để có được sản phẩm đồng nhất đem ra thị trường. Sấy khô nhân tạo là phương pháp sấy nhờ có tác Upload by http://www.povn.info 14 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt nhân sấy đốt nóng (khói lò hoặc không khí nóng) tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, làm nóng vật liệu sấy và lấy nước của nó đi. Quá trình này tốn nhiều nhiệt năng. 1.2.1 Các phương pháp sấy nóng nhân tạo: Người ta phân biệt nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau, tuy nhiên khi phân loại phương pháp sấy khi xét riêng về vật liệu sấy trong buồng sấy thì người ta chia: sấy vật liệu ẩm tĩnh tại và sấy vật liệu ẩm có chuyển động như sau: a. Sấy tĩnh học (Stationary drying): áp dụng để sấy hạt là chủ yếu. Hạt được giữ yên cố định trong một quá trình sấy, hạt được trải thành lớp nằm ngang và được không khí lưu thông từ dưới lên trên. Độ dày lớp này rất quan trọng (tới 60 cm hạt). Phương pháp này muốn tốt phải tạo điều kiện lưu lượng không khí nóng phù hợp cho sấy hạt đồng đều. Người ta đã làm thí nghiệm và thấy rằng: sấy khô bằng không khí ở 600C phải có lưu lượng riêng 300m3/h cho 1m3 hạt. Số này thực tế thể hiện ở độ dày của lớp hạt là 5 cm. Nếu lớp này quá dày hạt sẽ bị ẩm ở phía trên, còn phía dưới lại quá khô. Để đồng đều khi sấy người ta làm động tác xáo trộn hạt khi tháo hạt ra khỏi máy sấy hoặc quạt đồng đều hạt khi đã qua khỏi máy sấy. Hình 2-2: Máy sấy tĩnh b. Vật liệu sấy được đảo trộn (motive grain drying): Lớp hạt được chuyển động trong lò sấy, bề dày nhỏ hơn trong trường hợp sấy tĩnh vào khoảng 20 ÷ 30 cm và có những bộ phận răng trộn hạt trong quá trình hạt đi qua buồng sấy, do đó khắc phục được hiện tượng lớp hạt khô không đồng đều. Lượng không khí có thể tùy theo loại máy sấy. Có loại dùng lượng không khí lớn 6000 ¸ 8000 m3/h/1m3 sản phẩm, có loại thấp hơn khoảng 2000 ÷ 4000 m3/h/1m3 sản Upload by http://www.povn.info 15 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt phẩm. Lượng không khí nóng lớn làm tăng công suất lò sấy nhưng có thể làm cho sản phẩm sấy bị dòn, gãy khi chế biến. Ví dụ: đối với ngô hay xảy ra hiện tượng nung hạt. Nhiều công trình nghiên cứu của Mĩ đã chứng minh ảnh hưởng xấu của việc sấy khô nhanh đối với ngô làm cho nhiều hạt bị rạn nứt, nếu sau khi sấy mà hạt bị làm lạnh nhanh thì hạt sẽ dễ vỡ (do sức căng bề mặt). 1.2.2 Sấy vật liệu ẩm bằng phương pháp trao đổi nhiệt đối lưu không khí Phương pháp này dùng khí nóng hoặc hỗn hợp không khí nóng với khói lò để làm khô sản phẩm. Không khí sau khi được đốt nóng được đưa vào buồng sấy đốt nóng sản phẩm và đến lúc nào đó nước trong sản phẩm sẽ bốc hơi. Khi vào buồng sấy, không khí nóng có độ ẩm thấp, nhiệt độ cao, khi đó hơi nước trong sản phẩm bốc ra có độ ẩm j lớn, nhiệt độ thấp nên không khí nóng hút độ ẩm của sản phẩm bốc ra để đưa ra ngoài làm cho độ ẩm của không khí nóng tăng lên, nhiệt độ giảm xuống, do đó khả năng hút ẩm giảm dần. Muốn quá trình sấy tiếp tục mạnh ta phải cho luồng không khí nóng chứa ẩm cao thoát ra ngoài và cho luồng không khí nóng khác có độ ẩm thấp và nhiệt độ cao tiếp tục đi vào buồng sấy. 1. Buồng đốt 2. Buồng hòa trộn 3. Quạt 4. Buồng sấy Hình 2-3: Sấy vật liệu ẩm bằng phương pháp trao đổi nhiệt đối lưu không khí 1.2.3 Sấy vật liệu ẩm bằng phương pháp sấy tiếp xúc (Contacted drying) Vật liệu sấy được đốt nóng thông qua chất tải nhiệt hoặc qua thành dẫn nhiệt bằng cách cho khói lò hoặc hơi nước đi qua phần dưới của buồng sấy, ngăn cách phần trên chứa vật liệu ẩm nhờ tiếp xúc với thành thiết bị đã đốt nóng mà làm cho sản phẩm nóng lên và được sấy khô. Hơi nước từ vật liệu được thoát ra ngoài thông qua một quạt hút ẩm. 1.2.4 Sấy vật liệu ẩm bằng phương pháp sấy bức xạ (Radiation drying) Sấy bức xạ là quá trình sử dụng năng lượng của các tia bức xạ phát ra từ vật bức xạ để làm nóng vật sấy đến nhiệt độ bay hơi ẩm trong vật sấy, làm giảm độ ẩm của nó đến mức yêu cầu. 1.2.5 Sấy vật liệu ẩm bằng phương pháp sấy thăng hoa (Sublimation drying) Sấy thăng hoa là quá trình làm giảm độ ẩm của vật sấy bằng thăng hoa (từ thể rắn thành thể hơi). Sấy thăng hoa có ưu điểm rất lớn mà các phương pháp sấy khác không có: Upload by http://www.povn.info 16 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt · Sản phẩm sấy có chất lượng cao (giữ nguyên màu sắc, cấu trúc, hương vị, tính thủy hóa…) · Giữ được hoạt tính sinh học. Trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, sấy thăng hoa được áp dụng để sấy thịt, cá, rau quả đóng hộp…và trong cả ngành sản suất dược phẩm. Muốn bảo quản lâu dài thì sản phẩm sấy thăng hoa phải được đóng hộp có độ kín cao. 2. Các dạng máy sấy có thể sấy hạt lúa Trong các thiết bị sấy đối lưu, năng lượng vật liệu sấy nhận được bằng phương pháp truyền nhiệt đối lưu, do đó tác nhân sấy đồng thời là chất mang nhiệt để cung cấp năng lượng cho vật liệu sấy và mang ẩm thoát ra từ vật liệu sấy thải vào môi trường. Tác nhân sấy trong thiết bị sấy đối lưu thường là không khí nóng hoặc khói lò. Thiết bị sấy đối lưu có thể sấy lúa có thể có các dạng sau: 2.1 Máy sấy thùng quay (Rotary dryer – Drum dryer) Thiết bị sấy thùng quay cũng là một thiết bị sấy chuyên dùng để sấy các vật liệu dạng hạt rời, các loại muối kim loại trong sản xuất hóa chất, các loại ngũ cốc: lúa, ngô, đậu … hoặc bột nhão, cục (bột nhẹ, CaCO3) có độ nhão ban đầu lớn khó tự dịch chuyển nếu dùng thiết bị sấy tháp. Tác nhân sấy là khí nóng hoặc khói lò. Kết cấu máy sấy thùng quay: Hệ thống sấy thùng quay gồm thùng sấy hình trụ tròn, calorifer và hạt hút ẩm. Trong thùng sấy đặt các cánh xáo trộn và đôi khi còn tạo thành các vùng riêng biệt. Nhờ các cánh xáo trộn mà vật liệu sấy được đưa lên và rơi xuống để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt ẩm. Phần chính của thiết bị sấy thùng quay là ống trụ tròn đặt nghiêng với mặt phẳng ngang một góc nghiêng độ dốc 1/15 ÷ 1/50. Tốc độ quay của thùng có thể điều chỉnh từ 1 ÷ 8 vòng/phút. Trong thùng quay tùy theo tính chất của vật liệu sấy, người ta có thể đặt các cánh xáo trộn, vách ngăn để tăng cường quá trình sấy. Upload by http://www.povn.info 17 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt Hình 2-4: Máy sấy thùng quay cấp nhiệt trực tiếp Hình 2-5: Máy sấy thùng quay cấp nhiệt gián tiếp Đặc điểm của hệ thống máy: Vật liệu sấy từ phễu nạp liệu đi vào thùng sấy cùng chiều với tác nhân. Sau khi thực hiện quá trình sấy, tác nhân được đưa qua cyclone để thu hồi một phần sản phẩm bay theo và thải vào môi trường. Tốc độ chuyển động của tác nhân trong thùng sấy thường vào khoảng 1 ÷ 3 m/s. Khi sấy cơ chế trao đổi nhiệt giữa tác nhân với vật liệu gồm: * Truyền nhiệt đối lưu giữa dòng tác nhân chuyển động vuông góc với dòng vật liệu rơi từ trên xuống. Upload by http://www.povn.info 18 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt * Truyền nhiệt đối lưu giữa dòng tác nhân và bề mặt lớp vật liệu nằm ở phía dưới thùng sấy. * Dẫn nhiệt từ bề mặt thùng sấy và cánh xáo trộn đến lớp vật liệu. Tỉ số giữa chiều dài thùng quay L(m) và đường kính thùng sấy D(m) thường lấy trong khoảng L/D = 3.5 ¸ 7 Nhận xét: · Máy sấy thùng quay ít được sử dụng để sấy lúa. · Máy sấy thùng quay thường được dùng để sấy các sản phẩm đắt tiền. · Máy sấy thùng quay thường có năng suất thấp. · Máy sấy thùng quay dùng để sấy vật liệu có độ ẩm cao. 2.2 Máy sấy tháp (Tower Dryer – Shaft Grain Dryer) a. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và đặc điểm: Hệ thống máy sấy gồm calorifer hoặc cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộn với không khí tươi, hệ thống quạt và các thiết bị phụ trợ khác. Tháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và chiều dài. Trong tháp sấy người ta bố trí hệ thống kênh dẫn và thải tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy (đặc điểm này khác với các thiết bị sấy buồng và hầm). Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóng luồng lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình trao đổi nhiệt sấy và nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài. Vật liệu sấy chuyển động từ trên xuống dưới từ tính tự chảy do trọng lượng bản thân của chúng. Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa dòng tác nhân chuyển động vừa ngược chiều vừa cắt ngang và do dẫn nhiệt từ bề mặt kênh dẫn và kênh thải qua lớp vật liệu nằm trên các bề mặt đó. Vì vậy trong thiết bị sấy tháp, nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được gồm 2 thành phần: thành phần đối lưu giữa tác nhân sấy với khối lượng hạt và thành phần dẫn nhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệu nằm trên đó. Khi sấy hạt di chuyển từ trên cao (do gàu tải hoặc vít tải đưa lên) xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc dzích dzắc trong tháp sấy. Để tăng năng suất thiết bị ngoài phương pháp mở rộng dung lượng của tháp thì ở một mức độ đáng kể người ta còn tìm cách tăng tốc độ tác nhân chuyển động qua lớp hạt. Tốc độ này có thể từ 0.2 ÷ 0.3m/s đến 0.6 ÷ 0.7 m/s hoặc lớn hơn. Tuy nhiên, tốc độ tác nhân khi ra khỏi ống góp kênh thải theo kinh nghiệm không nên vượt quá 6m/s để tránh hạt bị cuốn theo tác nhân đi vào hệ thống thải ẩm (đọng lại trong các đoạn ống, dẫn đến quạt thải…) Các loại máy sấy tháp phổ biến: · Máy sấy tháp tam giác. · Máy sấy tháp tròn. · Máy sấy tháp hình thoi. Upload by http://www.povn.info 19 Đồ án chuyên ngành Kỹ Thuật Nhiệt Hình 2-6: Máy sấy tháp tam giác Hình 2-7: Máy sấy tháp Upload by http://www.povn.info 20