Tài liệu Thiết kế hệ thống sấy tinh bột sắn sử dụng thiết bị sấy khí động với năng suất 5000 kg.h

Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn LỜI NÓI ĐẦU Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều quá trình công nghệ. Trong nông nghiệp sấy là một trong những công đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch. Trong công nghiệp như công nghiệp chế biến nông - hải sản, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế biến gỗ, công nghệ sản xuất vật liệu xây dựng ... Kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà một quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp. Chẳng hạn trong chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xây dựng, sản phẩm không được nứt nẻ, cong vênh. Trong chế biến nông - hải sản, sản phẩm sấy phải đảm bảo yêu cầu về màu sắc, hương vị, các vi lượng. Sản phẩm cần được sấy nhằm để bảo quản, tăng độ bền, dễ dàng vận chuyển đi xa... Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng nhiều phương pháp sấy khác nhau như: phương pháp sấy nóng( hệ thống sấy đối lưu, hệ thống sấy tiếp xúc, hệ thống sấy bức xạ ...), phương pháp sấy lạnh ( hệ thống sấy thăng hoa, hệ thống sấy lạnh ...). Nước ta nông nghiệp vẫn là mô hình sản xuất chủ yếu của nền kinh tế thì quá trình sấy nông sản có vai trò rất lớn. Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của đất nước, cây sắn lấy củ được xem là một hướng giúp nông dân xóa đói giảm nghèo. Củ sắn dùng để chế biến tinh bột sắn, trong đó quá trình sấy là một trong những giai đoạn mang tính quyết định trong công nghệ chế biến tinh bột sắn, nên việc nghiên cứu hệ thống sấy tinh bột có vai trò hết sức quan trọng. Ở quá trình sấy ta phải chọn hệ thống sấy và phương pháp sấy nào đảm bảo được chất lượng của tinh bột, giá thành sấy một kg sản phẩm là thấp nhất, hệ thống vận hành đơn giản dễ lắp đặt... Học kỳ này em được nhận đồ án thiết hệ thống sấy tinh bột sắn. Đây là lần đầu tiên thiết kế một hệ thống sấy, với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế rất ít nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi sai sót mong thầy thông cảm và góp ý kiến cho em, em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Lê Nhật Tân Lớp: 08N1 SVTH: Lê Nhật Tân Trang 1 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn Chương 1: NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH TINH BỘT SẮN VÀ CÔNG NGHỆ SẤY TINH BỘT SẮN 1.1 Nguồn gốc của tinh bột sắn: Tinh bột sắn là sản phẩm được chế biến từ củ của cây sắn ( khoai mì ). Hiện tại, sắn được trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người. Năm 2006 và 2007, sản lượng sắn thế giới đạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với 2005/06 là 211,26 triệu tấn và 1961 là 71,26 triệu tấn. Nước có sản lượng sắn nhiều nhất là Nigeria (45,72 triệu tấn), kế đến là Thái Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn). Nước có năng suất sắn cao nhất là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so với năng suất sắn bình quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008). Việt Nam đứng thứ mười về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn) trên thế giới. Tại Việt Nam, sắn được canh tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh của tám vùng sinh thái. Diện tích sắn trồng nhiều nhất ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Rễ ngang cây sắn phát triển thành củ và tích lũy tinh bột . Thành phần vật chất có ý nghĩa của cây sắn là tinh bột được tách ra khỏi khối liên kêt với xơ và thịt của củ sắn. Bảng1.1: Thành phần cấu tạo của củ sắn tính theo vật chất khô. Thành phần 1. Độ ẩm trung bình 2. Tinh bột (Hydrocacbon) 3. Prôtein nhỏ nhất 4. Lipít lớn nhất 5.Tro toàn phần không lớn hơn 6. Sợi xơ (cenlyloza) không lớn hơn 7. Kali không lớn hơn 8. Photpho 9. Hydrocyamic Giá trị (63-70)% (18-35)% 1.18% 0.08% 0.85% 4% 0,26 mg/Kg 0,04 mg/Kg 137 mg/Kg Tỷ trọng các thành phần phụ thuộc vùng canh tác, điều kiện canh tác… 1.2 Cấu tạo của tinh bột: SVTH: Lê Nhật Tân Trang 2 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn Tinh bột phần lớn có trong thịt củ (95-95)% dưới dạng liên kết vật lý bền chắc với xơ dưới dạng các mạch xoắn theo biên dạng hình học của xơ thịt củ. Khoảng (4-5)% tinh bột nằm ở phần vỏ lụa của củ Cấu trúc trúc hóa học của tinh bột sắn thuộc lớp đường tổng hợp : (C6H10O5)n Tinh bột thuần khiết có kích thước từ 5÷80μm không hòa tan vào nước khi chưa làm thay đổi tính chât hóa lý của nó. Nhiệt hồ hóa của nó khoảng từ 55÷ 60°C. Đây là một tính chất quan trọng cần phải chú ý trong quá trinh sấy. Tinh bột sắn có vai trò rất quan trọng: được sử dụng làm thức ăn trong chăn nuôi, bột ngọt, cồn, maltodextrin, lysine, acid citric, xiro glucozơ đường glucozơ tinh thể, mạch nha giàu malto, bánh kẹo, mì ăn liền, miến… 1.3. Liên kết ẩm trong tinh bột sắn: Tinh bột có chứa liên kết ẩm hấp phụ và liên kết hóa học chiếm (10%) việc tách ẩm này dẫn đến sự biến đổi phức tạp của sản phẩm. Đối với quá trình chế biến tinh bột thì ẩm cần tách chủ yếu là ẩm bề mặt. Chủ yếu là ẩm dính ướt vào bề mặt vật, đặc điểm của liên kết này dễ tách. Bảng 2: Chỉ tiêu chất lượng của tinh bột sắn Chỉ tiêu chất lượng Tiêu chuẩn việt nam TCVN1985 1.Hàm lượng Hydrocacbon(%) ≥84 2. Độ ẩm (%) (12÷14)% 3.Năng lượng (cal/100g) >1400 4.Hàm lượng trong tổng số (%) ≤0,2 5.Hàm lương protein cao nhất ≤0,5 6.Hàm lượng xenluloza(%) ≤0,2 7. Hàm lượng lipits(%) ≤0,2 8. Độ pH 57 9. Hàm lượng Ca (PPm) ≤40 10. Độ dẻo (PU) 700 11. Độ trắng (%) ≥85 12.Hàm lượng Fe (%) <1,5 13. Độ mịn hạt >98 14.Hàm lượng sulfure(PPm) <130 1.4 Quy trình sản xuất tinh bột sắn : 1.4.1. Bóc vỏ: Nguyên liệu từ bãi chứa được xe xúc đưa vào phễu phân phối. từ đây sắn được chuyển lên thiết bị tách vỏ nhờ vào băng tải cao su. SVTH: Lê Nhật Tân Trang 3 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn Cấu tạo của thiết bị tách vỏ gồm những thanh sắt song song với nhau thành trọ tròn rỗng có chứa các khe hở để bụi đất, tạp chất và vỏ gỗ rơi ra ngoài. Bên trong thiết bị có lắp các gờ theo hình xoắn tròn với 1 động cơ dưới sự điều khiển của công nhân để điều chỉnh lượng sắn thích hợp vào thiết bị rửa. Khi động cơ quay thiết bị quay theo do đó nhờ lực ma sát giữa sắn với thành thiết bị và giữa các củ với nhau má vỏ gỗ, đất đá rơi ra ngoài, còn sắn tiếp tục đi qua thiết bị rửa. Hình1.1: hệ thống máy bóc và làm sạch vỏ. 1.4.2. Rửa Cấu tạo của thiết bị rửa gồm 2 thùng chứa hình máng, bên trong có các cánh khuấy có tác dụng đánh khuấy và vận chuyển sắn đến băng tải. Phía trên thiết bị có lắp đặt hệ thống vòi phun nước để rửa nguyên liệu, phía dưới có các lỗ để đất đá, vỏ và nước thoát ra ngoài. Nguyên liệu sau khi xả xuống thùng, tại đây củ mì được đảo trộn nhờ các cánh khuấy gắn trên 2 trục quay nối với động cơ. Nhờ lực va đập của cánh khuấy và nguyên liệu với nhau, phía trên có các vòi phun nước rửa xuống, nhờ đó củ sắn dc rửa sạch. Rửa xong củ sắn được cánh khuấy đẩy đến băng tải cao su để vận chuyển đến thiết bị băm mài 1.4.3 Băm và mài: 1, Băm: Sau khi sắn được rửa xong sẽ được băng tải chuyển đến máy băm. Qúa trình chặt khúc nguyên liệu được tiến hành trong máy chặt khúc. Bộ phận chính của máy là các dao gắn chặt vào trục quay nhờ động cơ, đáy thiết bị được gắn các tấm thép đặt song song với nhau tạo nên những khe hở có kích thước đúng bằng SVTH: Lê Nhật Tân Trang 4 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn bề dày của lát cắt và đảm bảo không cho nguyên liệu rơi xuống dưới trước khi được chặt thành các khúc nhỏ. Nguyên liệu sau khi được chặt thành nhiều khúc nhỏ sẽ lọt qua các khe hở ở đáy thiết bị và rơi vào máy mài. Hình1.2 : Máy nghiền củ sắn 2, Mài: Quá trình mài xát được thực hiện trong máy mài. Cấu tạo của máy mài gồm 1 khối kim loại hình trụ tròn, mặt ngoài của hình trụ láp các răng cưa nhỏ,phía ngoài trục có bao lớp vỏ thép cứng chịu lực khi máy hoạt động. do bề mặt tang quay của máy mài có dạng răng cưa và bản thân máy mài cũng có dạng răng cưa, do vậy tạo ra các lực nghiền mài xát làm nhỏ nguyên liệu. Nguyên liệu sau khi qua máy mài rồi rơi vào hầm chứa chờ bơm qua bộ phận tách xác. 1.4.4. Tách xác thô: Dịch sữa tinh bột thu được từ máy mài sẽ được bơm qua thiết bị tách xác thô. Tại đây sơ bã và các phân tử lớn sẽ bị giữ lại trên lưới lọc để đưa sang máng rồi hòa với nước sạch đem đi lọc rồi chiết lần cuối nhằm thu hồi triệt để lượng tinh bột còn lại trong bã. Còn dịch sữa tinh bột lọt qua lưới lọc chảy vào thùng chứa chờ bơm đi tách dịch bào lần 1. Dịch sữa bột trong giai đoạn này người ta hiệu chỉnh nồng độ chất khô trong khoảng 3 -5 Be. SVTH: Lê Nhật Tân Trang 5 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn 1.4.5. Tách dịch bào lần 1: Quá trình phân ly tách dịch bào được thực hiện trong máy ly tâm. Nguyên tắc làm việc của máy là nhờ vào sự chênh lệch về tỉ trọng giữa dịch bào và tinh bột mà người ta dung lực li tâm để tách dịch bào ra khỏi dịch sữa tinh bột. Dịch sữa tinh bột từ thùng chứa được bơm qua 2 decanter, lưu lượng điều tiết cho vào 2 thiết bị này khoảng 20 – 25 m3/h. Khi dịch sữa tinh bột vào bên trong thiết bị với tốc độ ly tâm lớn, tinh bột bị văng ra xung quanh thành bên trong của thiết bị và được vít tải chạy ngược với thiết bị cào tinh bột ra ngoài. Trong quá trình này người ta vẫn cho nước vào để khống chế 5 -15 Be Hình 1.3: Hệ thống tách bã và mũ 1.4.6. Tách xác tinh lần 2: Dịch sữa tinh bột sau khi tách dịch bào lần 1 được bơm qua thiết bị tách xác tinh. Phần xác không lọt qua lưới ở đây cũng được đi chiết và lọc lần cuối cùng với bã thô nhằm thu hồi triệt để lượng tinh bột trong bã. Còn dịch sữa tinh bột lọt qua vải lọc để đưa đi tách dịch bào lần 2. Trong quá trình này người ta vẫn cho nước vào liên tục để hiệu chỉnh nồng độ từ 4 – 10 Be SVTH: Lê Nhật Tân Trang 6 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn Hình 1.4: Hệ thống ly tâm tách nước SVTH: Lê Nhật Tân Trang 7 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn Hình 1.5: Sơ đồ quy trình sản xất tinh bột sắn. SVTH: Lê Nhật Tân Trang 8 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn 1.4.7. Tách dịch bào lần 2: Từ thùng chứa sau khi tách bã tinh, dịch sữa bột được bơm qua 2 máy phân ly 1 và 2 để tách dịch bào lần 2. Trước khi vào máy, dịch sữa bột đi qua 2 cyclone để tách cặn bã và bụi đất với tốc độ quay của máy là 4500 vòng/phút, tinh bột sẽ đi xuống phía dưới và nước thải đi phía trên ra ngoài. Trong công đoạn này ta tiếp tục cho nước vào để điều chỉnh nồng độ 8 – 14 Be, pH= 6,0-6,5, lưu lượng nước vào 5m3/h 1.4.8. Tách xác lần cuối: Sau khi tách dịch bào lần 2 xong, dịch sữa bột chảy xuống thùng chứa và được bơm đến thiết bị tách bã mịn để tách phần bã còn lại. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị phân ly giống ở phần tách xác thô và xác tinh nhưng chỉ khác là lớp vải lọc bên trong có kích thước lỗ vải nhỏ hơn, chỉ cho tinh bột đi qua còn phần bã mịn được giữ lại thoát ra ngoài cùng với bã thô qua khu chiết ép kiệt. Lượng bã thô, tinh và mịn được đưa đến thiết bị tách xác tận dụng dịch sữa thu được ở đây có nồng độ tinh bột thấp được bơm về phục vụ cho máy mài.Còn phần bã đi ra phía ngoài ta thu được bã ướt nếu ở thiết bị ống kép hoặc đến thiết bị ép băng thu dc bã thô. 1.4.9. Ly tâm tách nước: Sữa tinh bột thuần khiết sau khi chiết đạt nồng độ khoảng 18-22 Be sẽ được bơm qua máy ly tâm vắt tách bớt nước để thu tinh bột. Phần nước dịch lọt qua vải và lưới lọc của máy ly tâm có hàm lượng tinh bột thấp, nhưng chứa 1 hàm lượng tinh bột nên được đưa vào máy mài để thu hồi lượng tinh bột và tiết kiệm được nguồn nước. Tinh bột thu được sau ky tâm có độ ẩm 31-34% 1.4.10. Sấy và làm nguội: 1, Quá trình sấy: Quá trình sấy tinh bột sắn có nhiều cách để sấy. Do tinh bột ở dạng nhão và ẩm liên kết trong tinh bột chủ yếu là ẩm bề mặt nên có thể dùng hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy phun … để sấy. Nhưng hệ thống sấy hiệu quả nhất và sử dụng nhiều trên thực tế là hệ thống sấy khí động, vật liệu sấy vừa chuyển động cùng tác nhân sấy vừa thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm. Thời gian sấy ngắn và hiệu quả hơn so với các hệ thống khác. Tinh bột ướt thu được từ máy ly tâm được băng tải đưa sang vít tải. Vít tải vừa có tác dụng chuyển tinh bột vừa có tác dụng làm tơi tinh bột ướt, nhằm tạo điều kiện cho quá trình làm khô dễ dàng. Khi vào ống làm khô nhanh, tinh bột ướt sẽ được cuốn theo luồng khí nóng và chuyển động dọc theo chiều dài của ống làm khô nhanh để đến cyclone tách tinh bột. Trong quá trình chuyển động đó, một lượng ẩm của tinh bột sẽ được tách ra làm giảm độ ẩm tinh bột xuống. SVTH: Lê Nhật Tân Trang 9 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn Để đạt được điều này thì cần phải kéo dài đường chuyển động của hỗn hợp bột và khí. Sau khi qua các cyclone để tách tinh bột, tinh bột sẽ rơi vào máng góp bên dưới các cyclone được vít tải và định hướng đưa sang làm nguội. 2, Quá trình làm nguội: Sau khi làm khô nhanh, tinh bột sẽ được quạt hút của hệ thống làm nguội sang các cyclone làm nguội để tiếp tục tách một phần ẩm còn lại, đồng thời hạ nhiệt độ của tinh bột thành phẩm xuống 33-350C, với độ ẩm 10-12%. 1.4.11. Rây và đóng bao: Đảm bảo kích thước đồng nhất của tinh bột nhằm tăng chất lượng và giá trị thẩm mỹ của sản phẩm. Bột thành phẩm sau khi làm khô và làm nguội cần phải cho vào bao kín bảo quản ngay vì bột dễ hút ẩm và dễ bị nhiễm muồi. Việc đóng bao còn tạo điều kiện thuận lợi cho bảo quản và vận chuyển 1.5 Chọn phương pháp sấy tinh bột: Phương sấy gồm có: phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh Phương pháp sấy lạnh là phương pháp sấy mà nhiệt độ của vật và môi trường sấy nhỏ hơn nhiệt độ môi trường xung quanh. Dùng để sấy hải sản, các vật liệu sấy có giá trị cao, và dễ thay đổi tính chất vật lý hóa học khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Hệ thống sấy lạnh thường phức tạp giá thành cao, chi phí vận hành tốn kém. Phương pháp sấy nóng dây là phương pháp sấy phổ biến. Là phương pháp sấy mà nhiệt độ tác nhân sấy và vật liệu sấy cao hơn nhiệt độ môi trường. Dùng để sấy các loại vật liệu có tính chất vật lý ít thay đổi, hoặc không đòi hỏi yêu cầu cao về chất lượng. Các hệ thống sấy dùng phương pháp sấy nóng có cấu tạo đơn giản, giá thành và chi phí vận hành thấp. Căn cứ vào tính chất của tinh bột, và yêu cầu về chất lượng của tinh bột ta chọn phương pháp sấy nóng. 1.6 Lựa chọn hệ thống sấy : Trong phương pháp sấy nóng người ta căn cứ vào phương pháp cấp nhiệt người ta phân ra thành các hệ thống sấy khác nhau: hệ thống sấy đối lưu, hệ thống sấy bức xạ hệ thống sấy tiếp xúc và hệ thống sấy khác nhau. Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo của tinh bột, và liên kết ẩm trong tinh bột ta chọn hệ thống sấy khí động. Hệ thống sấy khí động có đầu tư và chi phí bảo dưỡng thấp, tốc độ sấy cao, phù hợp với những loại vật liệu sấy có kích thước nhỏ. SVTH: Lê Nhật Tân Trang 10 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn Chương 2: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ SẤY KHÍ ĐỘNG SẤY TINH BỘT SẮN 2.1Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống sấy tinh bột sắn bằng hệ thống sấy khí động công suất thiết bị 5000 kg/h. 2.2. Đặc điểm, nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy khí động : 2.2.1 Đặc điểm của hệ thống sấy khí động: Tốc độ tác nhân sấy lớn phụ thuộc vào kích cỡ và khối lượng riêng của vật liệu. Vật liệu sấy thuộc loại hạt nhỏ kích thước không quá 8 – 10 mm Môi chất sấy có thể là không khí nóng hay tùy thuộc vào loại vật liệu Thời gian sấy ngắn, vì chỉ để sấy ẩm tự do. 2.2.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy khí động: 5 4 1 6 3 2 1. Phiễu chứa nguyên liệu 2. Bộ phận cấp liệu 3. Ống sấy 4. Xyclon 5. Quạt hút 6. Phiễu chứa sản phẩm Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy khí động SVTH: Lê Nhật Tân Trang 11 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn Các hạt tinh bột sau khi qua quá trình phân ly có độ ẩm từ (32÷38 )% được hút vào đường ống sấy nhờ quạt. Môi chất sấy được đưa vào ống sấy bằng quạt, môi chất là không khí nóng có nhiệt độ 1600C được lấy từ calorife. Dòng không khí nóng chưyển động với vận tốc lớn cuốn theo tinh bột. Tinh bột trao đổi nhiệt với không khí nóng đến độ ẩm 12%, được đưa vào xyclon để tách tinh bột ra khỏi dòng không khí nóng. 2.3 Chọn môi chất sấy và chất tải nhiệt: 2.3.1Tính chất vật lý của tinh bột liên quan đến quá trình sấy. Khối lượng riêng: ρ = 775,86 kg/m3 khi đã sấy khô, ρ =1120,8 kg/m3 khi đưa vào sấy. Nhiệt dung riêng: Cp = 1,5 kJ/kgK Kích thước hạt: d = 5÷80μm Nhiệt độ sấy cho phép không quá ( 55÷65)0C Hệ số dẫn nhiệt λ = 0,09 W/mK. 2.3.2 Chọn môi chất sấy và chất tải nhiệt: Do sản phẩm sau khi sấy yêu cầu phải sạch, đảm bảo một độ trắng nhất định nên ta chọn tác nhân sấy phải đảm bảo yêu cầu này. Ngoài ra chúng ta phải chú ý đến nhiệt độ hồ hóa của tinh bột từ 55÷ 65°C nên khi chọn nhiệt độ tác nhân sấy phải chú ý điều kiện này. Chọn tác nhân sấy là không khí nóng : Vào ống sấy t1= 160°C. Ra khỏi thiết bị sấy t2 = 70°C. Chọn chất tải nhiệt là khói nóng để gia nhiệt cho không khí thông qua calorife. Bởi vì không khí có độ gia nhiệt cao. 2.4 Chọn chế độ sấy: Chọn chế độ sấy đối lưu, không khí nóng chuyển động với vận tốc lớn cuốn theo tinh bột, không khí nóng và tinh bột thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm. Trong quá trình này cần phải chú ý đến nhiệt độ hồ hóa của tinh bột trong quá trình sấy phải đảm bảo nhiệt độ của tinh bột không được quá 70oC. Vật sấy có: +Độ ẩm ban đầu w1 %, +Độ ẩm cuối w2 %. +Thời gian sấy τs, +Tốc độ của không khí trong quá trình sấy là ω m/s, sau đó ta sẽ tính kiểm tra lại khi tính nhiệt quá trình sấy. SVTH: Lê Nhật Tân Trang 12 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy τ 7s w1 38% Sấy tinh bột sắn w2 12% t1 160 oC t2 70oC ω 15m/s Tốc độ đốt nóng hạt tinh bột trong quá trình sấy 200 oC/phút 2.5 Tính toán các kích thước cơ bản của hệ thống: 2.5.1 Tốc lơ lửng w1: Dựa vào tiêu chuẩn Re và tiêu chuẩn Phêđôrov để tính tốc độ ω1 : Fe = dtd. 3 4g v   k  3 2  k Fe: tiêu chuẩn Phêđôrov dtd: đường kính tương đương tinh bột khi đưa vào ống sấy, ở đây do tinh bột ở dạng nhão nên khi các hạt tinh bột kết dính lại thành những cục tinh bột có đường kính lớn hơn nên dtd= 0,009mm ρv: khối lượng riêng của tinh bột, ρv =1120 kg/m3 khi đưa vào sấy. ρk: khối lượng riêng của không khí νk: độ nhớt động học của không khí g : gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2 Nhiệt độ trung bình của không khí t = 0,5.( t1 + t2 ) = 115oC tra bảng thông số vật lý của không khí khô ta được: ρk = 0,897 kg/m3 νk = 24,7 . 10-6 m2/s  Fe = 0,009.3 4.9,81.1120  0,897   3 24,7.10  6  2 0,897 = 269,157 Re = 0,258.Fe1,56 = 1593,78 Ta có theo sách hướng dẫn thiết kế hệ thống sấy của PGS-TSKH Trần Văn Phú khi Re > 100 thì ta tính ω1 theo công thức: ω1=2,76. d td  v k = 2,67. 0,009 1120 0,897 =9 m/s Chọn tốc độ làm việc ω theo tốc độ tới hạn: ω = (1,3÷1,6) ω1 nên ta chọn ω = 15 m/s là thoải mãn 2.5.2 Chiều dài cơ bản của ống sấy: Chiều dài cơ bản của ống sấy: L’ = (ω1- ω).τ = (15-9).7 =42 ,m SVTH: Lê Nhật Tân Trang 13 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn Chương 3: TÍNH TOÁN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY KHÍ ĐỘNG Mụch đích của việc tính toán nhiệt là xác định lưu lượng tác nhân sấy cần thiết (l) và lượng nhiệt cần thiết trong 1 giờ (q) để tính toán các thiết bị phụ như quạt, buồng đốt, clorife… 3.1 Lượng ẩm cần bốc hơi: W Là lượng ẩm cần bốc hơi trong một đơn vị thời gian.  w1  w2  W= G2 100  w1 G2: khối lượng sản phẩm ra khỏi thiết bị sấy,G2 = 5000kg/h. Độ ẩm ban đầu w1 = 38%, Độ ẩm cuối w2 =12 %. 38  12 = 38  W= 5000. 100  2096,774 kg/h 3.2 Khối lượng tinh bột đưa vào hệ thống sấy: G1= G2 + W = 7096,774kg/h 3.3 Tính toán quá trình sấy lý thuyết: 3.3.1 Tính toán thông số vật lý của không khí tại các điểm: I t1 B  I=c ons t 2 C  100 % t2 t0 o A  Io d d0 = d1 d2 Hình 3.1: Đồ thị I-d quá trình sấy lý thuyết Theo điều kiện khí hậu ta chọn: t0 = 20C SVTH: Lê Nhật Tân Trang 14 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn φ0 = 85% Điểm A = t0 ∩ φ0 Tra theo đồ thị (I – d), hoặc tính như sau: Ở nhiệt độ 20oC ta có 4026,42  Pobh=exp(12- 235,5  t ) = exp  12   0 4026.42   235,5  20  = 0,0233 bar Độ chứa ẩm của không khí:  Pobh 0,85 0,0233 d0 = 622. B   P = 622. 1  0,850,0233 = 12,567g/kgkk obh Entanpi của không khí: I0= to+ 0,001d0(2500+1,97to) = 20 + 0,001.12,567.(2500+1,97.20) I0= 51,91 kJ/kgkk Điểm B= t1 (d1=d0=constand) do quá trình (0-1) là quá trình gia nhiệt nên có độ chứa ẩm không đổi ta có: t1= 160 d1=d0= 12,567 g/kgkk Entanpi: I1=t1+ 0,001d1(2500+1,97t1) = 160 + 0,001.12,567(2500+1,97.160) I1= 195,38 kJ/kgkk 4026,42 235,5  t1 P1bh= exp(12  d 1B  ) = exp  12   4026,42  = 235,5  160  6,168 bar 12,567 φ1= P  d  622 = 6,16812,567  622 = 0,0032 1bh 1 Điểm C=t2∩(I2=I1= cons’t) do quá trình bay hơi đoạn nhiệt Tacó: t2= 700C I2=I1= 195,38kJ/kgkk Độ chứa ẩm: Tacó: I1=t2+ 0,001d2(2500+1,97t2) I 2  t2  d2= 0,001 2500  1,97t  = 2 P2bh= exp(12  d 2B 4026,42 235,5  t 2 195,38  70 0,001 2500  1,97 70   ) = exp  12   =47,53 g/kg k.k 4026,42   =0,3073 235,5  70  bar 47,53 φ2= P  d  622 = 0,3073 47,53  622 =0,23 2 bh 2 φ2=23% SVTH: Lê Nhật Tân Trang 15 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn 3.3.2 Lượng không khí khô lý thuyết: Lượng không khô cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm l0 = 1000 d 2  d1 = 1000 45,53  12,567 = 30,337kgkk/kg ẩm Lượng không khô cần thiết để làm bay hơi W kg ẩm/h. L0=W.l0=2096,774.30,337=63609,83 kgkk/h 3.3.3 Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết: Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm q0= l0(I1-I0) = 30,337.(195,38 – 51,91) = 4352,45 kJ/kg ẩm Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi Wkg ẩm/h. Q0=L0q0 = 63609,83.4352,45 = 276858604,6 kJ/h = 76905 kW 3.3.4 Tính toán sơ bộ các kích thước cơ bản của ống sấy: 1, Đường kính của ống sấy: D= Vk 900. .wk Vk: Lưu lượng thể tích khí trong ống sấy Vk=L0.vk L0: lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy L0=63609,83 kg/h 1 vk: thể tích riêng của khí trong ống sấy vk=   k 1 0,897 = 1,115 Vk= 63609,83.1,115= 70924,96 m3/h wk: tốc độ không khí trong ống sấy wk = 15 m/s. D = 70924,96 900. .15 = 1,3 m 2, Tính chiều dài ống sấy: Chiều dài phần phần bổ sung của ống sấy L’’= 0,5w.D = 0,5.15.1.3 = 9,75m Chiều dài của ống sấy: L= L’+L’’=9, 75+42 = 51,75 m 3.4 Tính toán quá trình sấy thực: 3.4.1 Xây dựng quá trình sấy thực và xác định lượng không khí khô cần thiết: Q L,I0,d0 SVTH: Lê Nhật Tân Qbs G1 Cmt tm1 Trang 16 Gvt Cvt tm1 L,I2,d2 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn V G2 Cm tm2 Gvt Cvt tm2 Q5 Từ phương trình cân bằng nhiệt thiết bị sấy: Q + Qbs + WCntm1 + G2Cmtm2 + GvtCvttm1 + LI0 = G2Cmtm2 + GvtCvttm1 + Q5 + LI2 (1) Q + Qbs = L( I2 - I0 ) - WCntm1 + G2Cm (tm2-tm1) + GvtCvt (tm2- tm1) + Q5 Q + Qbs = Q2 - WCntm1 +Qm +Qvt + Q5 (2) Với: Q2 = L( I2 - I0 ) - Tổn thất nhiệt theo tác nhân sấy. Qm = G2Cm (tm2-tm1) - Tổn thất nhiệt theo vật liệu sấy. Qvt = GvtCvt (tm2- tm1) - Tổn thất nhiệt do thiết bị vận chuyển. WCntm1 : Nhiệt hữu ích mang vào theo ẩm. Chia 2 vế phương trình (*) cho W ta có: q +qbs = q2 - Cntm1 + qn + qvt + q5 (3) Theo quá trình sấy lý thuyết: q = l (I1-I0) Thay vào phương trình (3): qbs + l (I1-I0) = l (I2-I0) - Cntm1 + qn + qvt + q5  l (I2-I1) = qbs + Cntm1 - qn - qvt - q5 Đặt  = qbs + Cntm1 - qn - qvt - q5: tổn thất nhiệt phụ để làm bay hơi 1 kg ẩm. l (I2-I1) =   I 2 I1   l : entanpi cuối quá trình sấy thực. SVTH: Lê Nhật Tân Trang 17 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn Xây dựng quá trình sấy thực trên đồ thị I-d : I B  C0   C E =100%  A d0 d20 d Hình 3.2: Đồ thị I-d quá trình sấy thực Từ một điểm C0  I = I1 = const, vẽ đường thẳng song song trục I. Trên đường thẳng này ta đặt doạn C0E0 thoả mãn đẳng thức: C0 E0   d 20  d 0 1000  Nối B ( điểm biểu diễn trạng thái tác nhân sấy trước khi sấy ) và E0 cắt t=t2= const tại điểm C, C chính là điểm biểu diễn trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực. +   0 thì E0 nằm trên C0 +   0 thì E0 nằm dưới C0 Đối với tác nhân sấy trong thiết bị khí động này ta có: I = Cn1i - (qv - q5 ) 3.4.2 Tính tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra: Tổn thất này là do khi vật liệu sấy đưa vào với nhiệt độ thấp khi ra có nhiệt độ cao. Nhiệt độ vật liệu sấy lấy theo điều kiện: tv2 = t2 – (7÷12)0C, Ở đây ta lấy : tv2= 70-10 = 60 0C , SVTH: Lê Nhật Tân Trang 18 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy qv= Sấy tinh bột sắn G2 .C v  t v 2  t 0  W Cv: nhiệt dung riêng của tinh bột sắn, C = 1,381+0,0218ω C= 1,381+0,0281.0,12=1,384 kJ/kgđộ t0: nhiệt độ vật liệu sấy đưa vào t0 = 20 W: lượng ẩm cần bốc hơi W=2096,774kg/h qv= 5000 1,384(60  20) = 2096,774 132,013 kJ/kg ẩm 3.4.3 Tổn thất nhiệt ra môi trường q5: Qmt=α2 .(tw3-tf).Пd3L kJ/kg tw3: nhiệt độ bề mặt ngoài của ống chọn theo điều kiện vệ sinh khi thao tác dụng vào không bị bỏng tw3=(40÷50), chọn tw3= 400C tf1 : nhiệt độ môi trường tf = 200C α2: hệ số tỏa nhiệt từ mặt ống ra ngoài không khí W/m2 xem không khí bên ngoài trong điều kiện chảy rối theo tài liệu 1 ta có α2= 1,715.(tw3- tf)0,333 W/m2K α2= 1,715.(40-20)0,333 = 4,6 W/m2K d3: đường kính ngoài cùng của ống sấy 1. Lớp tôn bọc ngoài 2. Lớp cách nhiệt bông thủy tinh 3. Lớp thép làm ống sấy tf2 1 2 3 tf1 tw3 tw2 tw1 d1 d2 d3 Hình 3.3: Cấu tạo của ống sấy SVTH: Lê Nhật Tân Trang 19 GVHD: Trần Văn Vang Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn Theo phương trình cân bằng nhiệt cho dòng nhiệt đi qua 1m chiều dài ống trụ ta có: qmt=q1=q2=q3 qmt: mật độ dòng nhiệt tỏa ra từ bề mặt ống ra môi trường tính cho 1 m chiều dài ống : qmt=α2(tw3-tf2)П.d3 W/m q1: mật độ dòng nhiệt do dòng không khí chuyển động tỏa ra cho bề mặt trong của ống tính cho 1m chiều dài: q1= α1(tf1+tw1)П.d1 W/m α1: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức của tác nhân sấy với bề mặt trong của ống w= 15m/s > 5m/s theo tài liệu 1ta có : α1= 7,5w0,78 = 7,5.150,78= 10,3W/m2K tf1: ta lấy nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong ống tf2 = 0,5.( t1 + t2 ) = 115 0 C tw1: nhiệt độ của bề mặ trong của vách ống d1: đường kính trong của ống q2 : mật độ dòng nhiệt truyền qua 1m chiều dài vách ống  t w1  t w2  q2= 1 ln d 2 21 d1 λ1: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống, đối với ống thép, λ1= 46 W/mK tW2: nhiệt độ bề mặt ngoài vách giữa lớp thép và lớp cách nhiệt d2 : đường kính ngoài của ống thép q3: mật độ dòng nhiệt truyền qua 1m chiều dài lớp cách nhiệt  t w 2  t w3  q3= 1 2 2 ln d 3 W/m d2 λ2: hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh, λ2= 0,04 Do lớp tông bọc ở ngoài rất mỏng nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của lớp này Giải bằng phương pháp lặp ta tính được d3: Qua nhiều lần tính lặp ta chọn được tw1= 105,970C  q1= 10,3(115-105,97).П.1,3 = 379,6627W/m Ta có: q1=q2 d 1 1 1,306 2 tw2= tw1- q1. 2 ln d = 105,97- 379,6627 2 46 ln 1,3 = 105,960C 1 1  t w 2  t w3  q1=q3= 1 2 2 ln d3 ; d2 SVTH: Lê Nhật Tân Trang 20 GVHD: Trần Văn Vang