Tính toán thiết kế hệ thống sấy vỉ ngang sấy thóc, 5 tấn/ mẻ

hợp. Để sấy thóc 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 nên người ta sử dụng hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang. Ngược lại ở các kho bảo quản hoặc các nhà máy xay xát, người ta thường dùng hệ thống sấy tháp. 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 hệ thống sấy có thể chịu được để chọn chế độ sấy thích hợp. Ngoài ra, nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy cũng 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. Với 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 băng sông Hồng, trấu là nguồn năng lượng dồi dào, chi phí rất rẻ. Do đó, hệ thống sấy này dùng trấu làm nguồn năng lượng đốt trực tiếp để lấy khói từ buồng 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 hệ thống sấy( thực hiện bài toán sấy lí thuyết và sấy thực tế) Khi đã chọn được dang hệ thống sấy và chế độ sấy, ta tiến hành tính toán cân bằng nhiệt ẩm của thiết bị sấy. Đây là nội dung 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 1 giờ. Khối lượng tác nhân sấy trong 1 giờ là một trong hai cơ sở để chọn quạt (cùng với cột áp). Tính các tổn thất nhiệt. 6. Tính thể tích buồng đốt,buồng sấy và các thiết bị khác. 7. Bố trí hệ thống sấy, tính trở lực và chọn quạt Để chọn được quạt chúng ta caanf 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 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT SẤY 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%-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. 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. Hạt ẩm ảnh hưởng không tốt đến kĩ thuật xay xát. Sản lượng bột giảm, chi phí năng lượng tăng lên, bột dính vào máy chế biến và làm máy nhanh bị 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 kĩ 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 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. 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 sản phẩm (Psp). Để làm cho lượng ẩm trên bề mặt sản phẩm bay hơi cần có điều kiện Psp>Pxq=∆P. trị số ∆P 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 khuêch 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( φ), 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 cành tăng và độ ẩm của sản phẩm 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 ∆P=0, quá trình sấy ngừng lại. Đối với thóc, ẩm hiện diện ở hai nơi: ở bề mặt 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. CHƯƠNG II: VẬT LIỆU SẤY VÀ TÁC NHÂN SẤY 2.1 Cấu tạo hạt lúa. - Mày lúa: trong quá trình sấy và bảo quản, mày lúa rụng ra làm tăng lượng tạp chất và bụi trong khối hạt. - Vỏ trấu: bảo vệ hạt gạo, chống các ảnh hưởng của môi trường và sự phá hoại của sinh vật, nấm mốc. - Vỏ hạt: bao bọc nội nhũ, thành phần cấu tạo chủ yếu là lipit và protein. - Vội nhũ: là thành phần chính của hạt lúa, chứa 90% là gluxit. - Phôi: nằm ở góc dưới nội nhũ, có nhiệm vụ biến các chất dinh dưỡng trong nội nhũ để nuôi mầm khi hạt lúa nảy mầm Thành phần hóa học của hạt thóc gồm chủ yếu là tinh bột, protein, xenlulose. Ngoài ra trong hạt lúa còn chứa một số chất khác với hàm lượng ít hơn so với 3 thành phần kể trên như: đường, tro, chất béo, sinh tố. Thành phần hóa học của hạt lúa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, đất đai trồng trọt, khí hậu và chế độ chăm sóc. Cùng chung điều kiện trồng trọt và sinh trưởng. Các thành phần hóa học của hạt lúa: Nước Gluxit Protit Lipit Xenlulo Tro Vitamin B1 13% 64,03% 6,69% 2,1% 8,78% 5,36% 5,36% Ở Việt Nam, lúa gạo là nguồn lương thực chính không thể thiếu trong đời sống con người. lúa còn là nguyên liệu để sản xuất tinh bột, sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp thực phẩm. Lúa cũng được dùng làm thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm. Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ hai thế giới về lương gạo xuất khẩu trên thế giới, và tiếp tục đẩy mạnh việc xuất khẩu gạo sang các nước trên thế giới. Đây là một trong những nguồn thu ngoại tệ chính của đất nước. 2.2. Các đặc tính chung của khối thóc. a. Tính tan rời: là đặc tính khi đổ thóc từ trên độ cao h xuống mặt phẳng nằm ngang, lúa tự dịch chuyển để tạo thành khối có dạng chóp nón. Góc tạo thành bởi đường sinh với mặt phẳng đáy nằm ngang của hình chóp gọi là góc nghỉ hay góc nghiêng tự nhiên của khối hạt. Về trị số thì góc nghỉ tự nhiên bằng góc ma sát giữa hạt với hạt nên còn gọi là góc ma sát trong, kí hiệu (φ1). Dựa vào độ tan rời này để xác định sơ bộ chất lượng và sự thay đổi chất lượng lúa trong quá trình sấy và bảo quản. Đối với thóc, góc nghỉ khoảng từ 32-40o. Nếu ta để hạt trên một mặt phẳng và bắt đầu nghiêng mặt phẳng này cho tới khi hạt bắt đầu trượt thì góc giới hạn giữa mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng trượt gọi là góc trượt (góc ma sát ngoài), kí hiệu (φ2). Trường hợp không phải là một hạt mà là một khối hạt thì góc trượt có liên quan và phụ thuộc vào góc nghiêng tự nhiên. Góc nghỉ và góc trượt càng lớn thì độ rời càng nhỏ, ngược lại góc nhỏ thì khả năng dịch chuyển lớn, nghĩa là độ rời lớn. Độ rời của khối hạt dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào các yếu tố như kích thước, hình dạng hạt và trạng thái bề mặt hạt, độ ẩm của hạt, số lượng và loại tạp chất trong khối hạt. đối với góc trượt còn thêm một yếu tố quan trọng nữa là loại vật liệu và trạng thái bề mặt vật liệu trượt. Bề mặt hạt thóc xù xì thì góc nghỉ và góc trượt lớn. Độ ẩm tạp chất của khối hạt càng cao đặc biệt là nhiêu tạp chất rác thì độ rời càng nhỏ. Độ ẩm của khối hạt càng cao thì độ rời càng giảm. Trong bảo quản, độ rời của khối hạt có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện bảo quản. nếu bảo quản quá lâu hay đã xảy ra quá trình tự bốc nóng làm cho khối hạt bị nén chặt, độ rời giảm hay thậm chí có khi mất hẳn độ rời. b. Tính tự phân loại: Khối hạt có cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau (hạt chắc, hạt lép, tạp chất…),không đồng chất (khác nhau về hình dạng, kích thước , tỉ trọng…), do đó trong quá trình di chuyển chúng tạo nên những vùng khác nhau về chất lượng gọi là tính tự phân của khối hạt. Hiện tượng tự phân loại ảnh hưởng xấu đến việc làm khô và bảo quản hạt. Những vùng nhiều hạt lép và tạp chất sẽ dễ bị hút ẩm. Dễ bị cuốn theo tác nhân sấy trong quá trình sấy. c. Độ xốp của khối hạt: độ xốp của vật liệu (ε) là thành phần thể tích bị chiếm chỗ do khoảng không gian giữa các hạt. Giá trị của độ xốp phụ thuộc vào hình dạng hạt, cách mà chúng sắp xếp trong khối hạt (những hat nhỏ có thể lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt lớn). Trong quá trình sấy, khối hạt cần có độ xốp (lỗ hổng) cần thiết cho quá trình truyền nhiệt với tác nhân sấy được dễ dàng. Trong đó: : mật độ khối hạt chứa trong đơn vị thể tích đó( khối lượng thể tích) : khối lượng riêng của hạt chứa trong đơn vị thể tích đó. d. Tính dẫn nhiệt và tính truyền nhiệt: quá trình dẫn nhiệt và truyền nhiệt trong khối hạt luôn tiến hành theo hai phương pháp song song đó là dẫn nhiệt và đối lưu. Đại lượng đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của lúa là hệ số dẫn nhiệt (λ= 0.12-0.2 kCal/m.h.độ) e. Tính hấp thụ và nhả các chất khí, hơi ẩm trong quá trình sấy: thường là hiện tượng ở bề mặt. Vì vậy, trong quá trình sấy luôn xảy ra nhiều giai đoạn: sấy => ủ => sấy => ủ… Để giúp độ ẩm trong nhân hạt có thời gian di chuyển ra bề mặt hạt, làm cho lúa được khô đều và ít bị nứt gãy khi xay xát. 2.3 Các yêu cầu đặc trưng của hạt sấy Thóc sau khi sấy có thể được dùng làm lương thực hoặc để làm giống, dự trữ. Vì vậy, lúa sau khi sấy cần đảm bả được các yêu cầu sau: Hạt thóc còn nguyên vẹn vỏ trấu bao bọc hạt gạo. Hạt thóc còn giữ nguyên hình dạng, kích thước và màu sắc. Có mùi vị đặc trưng của hạt thóc và không có mùi vị khác(mùi tác nhân sấy) Hạt thóc không bị rạn nứt, gãy vụn và đặc biệt là lúa giống phải đảm bảo khả năng nảy mầm của hật sau khi sấy. Sau khi sấy, thóc phải đạt độ ẩm bảo quản, nếu không sẽ là môi trường tốt cho mối, mọt phá hoại Tóm tắt quy trình công nghệ. Lúa ↓ Thu hoạch ↓ Loại tạp chất-phân loại ↓ Sấy ↓ ↓ ↓ Kho bảo quản Đóng bao Xay xát ↓ ↓ Kho bảo quản Gạo ↓ Kho bảo quản 2.4. Công nghệ sấy thóc. Thóc là đối tượng cần xử lý nhiệt nhiều hơn bất cứ loại hạt ngũ cốc nào khác. Sấy làm giảm độ ẩm của thóc vừa thu hoạch đến mức an toàn (13-14%) để bảo quản và xay xát. Yêu cầu cơ bản của quá trình sấy là nâng cao tốc độ sấy, giảm thiểu thời gian sấy và năng lượng tiêu hao mà vẫn giữ được chất lượng sản phẩm sấy. Trong sấy thóc đối lưu thời gian sấy phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: các thông số chế độ sấy (nhiệt độ, độ ẩm tương đối, tốc độ khí sấy, chiều dầy lớp hạt),phương pháp sấy (sấy liên tục và gián đoạn,sấy có đảo hạt, đảo gió, làm dịu sau sấy...) và vật liệu sấy (loại thóc, kích thước hạt, độ chín khi thu hoạch, độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối quá trình sấy của thóc. CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY VÀ CÁC LOẠI MÁY SẤY THÓC 3.1. 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, 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 canh tác 2 vụ: Mùa khô rất ngắn ngủi 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. 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 trên chiếu, phên…nên gặp rất nhiều bất tiện: dễ bị lẫn cát, dễ bị ẩm khi gặp mưa. Vì vậy khi cần làm khô một khối lượng lớn sản phẩm trong thời gian ngắn bất kể điều kiện thời tiết thế nào thì ta sử dụng các phương pháp sấy nhân tạo. 3.2. Các phương pháp sấy nhân tạo - các dạng máy sấy thóc. 3.2.1. Cấu tạo hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang. Máy sấy tĩnh vỉ ngang có cấu tạo đơn giản, phù hợp với sản xuất phân tán và giá thành chấp nhận được. Máy sấy tĩnh vỉ ngang có cấu tạo bao gồm 4 bộ phận chính: quạt, lò đốt, buồng sấy và nhà che. Được chia làm 2 loại là loại không có đảo gió và loại có đảo gió. Máy sấy tĩnh vỉ ngang loại không đảo gió. Quá trình sấy được thực hiện như sau: thóc được đổ trên mặt sàn lưới lỗ với lớp dày khoảng 0.2-0.5m. Không khí nóng tạo nên bởi lò đốt, được quạt sấy hút và thổi vào gió hông, sau khi đã hòa trộn với không khí môi trường đạt đến nhiệt độ khí sấy cần thiết. Sau đó từ ống gió hông, khí sấy chuyển hướng qua buồng gió chính (buồng sấy) nằm phía dưới sàn lỗ và đi hướng lên xuyên qua lớp hạt mang ẩm thoát ra ngoài. Quá trình sấy tiếp diễn cho đến khi cả lớp hạt dưới và trên đạt được độ ẩm cần thiết. Nhược điểm của loại không có đảo gió là chiếm nhiều mặt bằng tức năng suất thấp tính theo diện tích chiếm chỗ. Phải đảo trộn thủ công để có sự đồng đều ẩm độ hạt sau khi sấy, nên không phù hợp với yêu cầu cơ giới hóa công đoạn sấy. Máy sấy tĩnh vỉ ngang loại có đảo chiều không khí sấy. Để khắc phục nhược điểm của loại sấy không đảo gió. Máy sấy vỉ ngang loại có đảo chiều không khí sấy có những ưu điểm mới là kết cấu nhỏ gọn, so với các máy sáy tĩnh với cùng năng suất, nó chỉ chiếm ½ diện tích mặt bằng lắp đặt, do sấy lớp hạt dầy hơn (50-60cm). không còn tốn công lao động cào đảo, vẫn đảm bảo độ đồng đều ẩm độ hạt sau khi sấy. Giải quyết được bài toán đồng đều ẩm độ hạt sau khi sấy, vì về nguyên tắc, luồng khí đi lên hoặc đi xuống theo phương thẳng đứng thì đồng đều nhất. Ngoài ra, lớp hạt nằm ngang ít chịu nén, có khả năng tự điều chỉnh cục bộ khối vật liệu sấy do co rút khi vật liệu sấy khô dần, ít tác động xấu đến độ phân bố gió đã được thiết lập, do đó tăng được khả năng đồng đều về ẩm độ sau cùng của sản phẩm. Điều này khó đạt được nếu đảo chiều với lớp hạt thẳng đứng. Máy sấy tháp. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và đặc điểm. Hệ thống máy sấy gồm caloriphe hoặc cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộn với không khí, 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 các hệ thống kênh dẫn và thải tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy. 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 giũa 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 giũa 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 gầu tải hoặc vít tải đưa lên) xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc dzích dzắc trong tháp sấy. Tùy theo cách bố trí của dòng hạt di chuyển qua tháp sấy có thể lien tục hoặc tuần hoàn - theo mẻ. a) Sấy tháp liên tục: Hạt qua tháp sấy một lượt rồi vào bin ủ, và nghỉ (ủ) ở đó một thời gian (từ 2-24h tùy chế độ sấy và loại hạt) sau đó lại qua tháp sấy lượt thứ 2,3…mục đích của ủ là cho độ ẩm ở trung tâm hạt có thời gian ra ngoài mặt để dễ bốc hơi. Chênh lệch ẩm độ quá nhiều giữa gần mặt hat với trung tâm hạt sẽ gây ứng suất làm gãy vỡ hạt. điều này là tối kị trong sấy lúa. Xay ra gạo bị bể thành tấm. Không khí vào từ những máng úp ngược, và thoát ra ở những máng song song nằm so le phía trên và phía dưới. b) Sấy tháp tuần hoàn Hạt đi qua tháp sấy được gầu tải đư trở lại tháp. Thời gian “ủ” thực chất là thời gian hạt ở trong gầu tải và ở trong thùng chứa phía trên buồng sấy nên tương đối ngắn, khoảng 30’. Hạt chảy xuống giữa hai vách lưới lỗ song song cách nhau 15-23cm. không khí từ buồng giữa thổi xuyên qua lớp hạt. lớp hạt trong và lớp hạt ngoài cứ đi xuống song song, không trộn lẫn nhau nên có sự chênh lệch độ ẩm cuối. So với máy sấy tĩnh, các loại máy sấy tháp hiện chưa được sử dụng nhiều đặc biệt là sấy lúa vì các loại máy này chỉ hoạt động hiệu quả với lúa có độ ẩm <24% chỉ có ở vụ Đông Xuân, còn Hè Thu thường 28-30%, và hiện tại “tập quán” sấy ở ta chủ yếu “đối phó” cho vụ Hè Thu. Ngoài ra , vấn đề giá đầu tư và chi phí sấy các loại máy này đều khá cao sao với các loại máy sấy tĩnh vỉ ngang. 3.2.3 Máy sấy tầng sôi. Sấy tầng sôi là một trong các phương thức sấy thích hợp cho việc sấy các hạt nông sản. Bộ phận chính của TBS tầng sôi là một buồng sấy, phía dưới buồng sấy đặt ghi lò. Ghi buồng sấy là một tấm thép có đục nhiều lỗ thích hợp hoặc lưới thép để tác nhân sấy đi qua nhưung hạt không lọt xuống được. tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp được thổi từ dưới lên để đi qua lớp vật liệu. Với tốc độ đủ lớn, tác nhân sấy nâng các hạt vật liệu và làm cho lớp hạt xáo trộn. Quá trình sôi này là quá trình trao đổi nhiệt ẩm mãnh liệt nhất giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy. Các hạt vật liệu khô hơn nên nhẹ hơn sẽ nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi; và ở một độ cao nào đó hạt khô sẽ được đưa ra ngoài qua đường tháo liệu. Ưu điểm của sấy tầng sôi là: - Năng suất sấy cao - Vật liệu sấy khô đều - Có thể tiến hành sấy liên tục - Hệ thống thiết bị sấy liên tục - Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy - Có thể điều chỉnh thời gian sấy Nhược điểm: - Trở lực sôi lớn - Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi - Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều Như ta biết thiết bị sấy vỉ ngang có thể vận hành không phụ thuộc vào thời tiết và có năng suất sấy cao hơn, thời gian sấy ngắn hơn và chất lượng sản phẩm sấy tốt hơn so với việc phơi thóc trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời. Tuy nhiên, cho đến nay các kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình dự đoán thời gian sấy thóc tĩnh theo lớp dầy (ứng với kiểu thiết bị sấy vỉ ngang) được công bố trong và ngoài nước là rất ít. Việc dự đoán thời gian sấy một mẻ thóc sấy là rất quan trọng, vì ứng với các điều kiện sấy xác định nếu thời gian sấy không đủ thì thóc sẽ không sấy được xuống độ ẩm bảo quản an toàn, còn nếu ngược lại thì sẽ lại làm giảm năng suất của thiết bị, làm tăng giá thành của một đơn vị sản phẩm sấy. cấu trúc và dạng liên kết ẩm trong hạt thóc,…). Trong bài này ta sử dụng phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang để sấy thóc. Trong đó ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ khí sấy, chiều dầy lớp hạt và khoảng thời gian giữa các lần đảo gió đến thời gian sấy riêng trong sấy thóc tĩnh theo lớp dầy. Các điều kiện ban đầu như nguồn gốc của hạt, điều kiện thu hoạch và xử lý hạt trước quá trình sấy. Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của khí sấy có vai trò quan trọng đối với quá trình sấy thóc. Tác nhân sấy là hỗn hợp khói và không khí được hòa trộn với nhau rồi được dẫn qua các kênh dẫn để trao đổi nhiệt, ẩm với khối thóc mang vào, sau đó khí thải được dẫn ra ngoài. Trong phương pháp này ta sử dụng tác nhân sấy là khói lò tận dụng phế thải của ngành nông nghiệp. Khói lò thường được sử dụng trong các thiết bị sấy vừa cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy vừa mang ẩm thải vào môi trường. Trong khói lò chỉ có hai thành phần là khói khô và hơi nước. Coi khói lò là tác nhân sấy vì thế ta có thể dùng đồ thị I-d của không khí ẩm để biểu diễn các trạng thái hay quá trình nhiệt động của khói lò. Hay nói cách khác khói lò cũng có các thông số như entanpy I, độ chứa ẩm d, độ ẩm tương đối giống như không khí ẩm. Khói lò được sinh ra do đốt trấu, nguồn nhiên liệu rất dồi dào ở vùng đồng bằng sông Hồng CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TĨNH VỈ NGANG Tính toán thiết kế hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang sấy thóc năng suất 5 tấn/mẻ (có đảo gió). Địa điểm tại đồng bằng sông Hồng, hoạt động vào mùa thu hoạch Hè Thu. Cung cấp nhiệt là đốt trấu cấp trực tiếp. Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Cơ chế của quá trình được diễn tả bởi 4 quá trình cơ bản sau: - Cấp nhiệt cho bề mặt vật liệu - Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào vật liệu. - Khi nhận được lượng nhiệt, dòng ẩm di chuyển từ vật liệu ra bề mặt. - Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu tách vào môi trường xung quanh. 4.1 Tính toán tổng quát. Theo trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia và tài liệu nghiên cứu của viện Cơ Điện Nông Nghiệp và Công Nghệ Sau Thu Hoạch, lúa thường sấy ở nhiệt độ 500-900C, vì ở nhiệt độ này đường và chất béo không bị phá hủy và không bị biến dạng và lúa không bị nứt vỏ, Sơ đồ nguyên lí của hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang có đảo chiều không khí sấy Sản phẩm Buồng sấy Quạt Buồng hòa trộn Buồng đốt Trấu vào Không khí Không khí 4.1.1 Chọn chế độ sấy Trong hệ thống máy sấy tĩnh vỉ ngang loại có đảo chiều gió. Thóc được đổ vào buồng sấy dưới là mặt sàn có đột lỗ cho không khí nóng đi qua. Không khí nóng được tạo ra từ lò đốt trấu với nhiệt độ cao đến buồng hòa trộn với không khí ngoài trời làm giảm đến nhiệt độ sấy thích hợp. Không khí được quạt hút và chuyển đến buồng sấy. Tại đây diễn ra quá trình sấy và làm giảm ẩm. Đầu tiên mở van dưới, đóng van trên để cho tác nhân sấy đi từ dưới lên mang theo hơi nước thoát ra ngoài môi trường, sau đó không khí nóng được đảo chiều. phía trên buồng sấy được đậy lại bằng bạt. Mở van trên và đóng van dưới để khí nóng đi từ trên xuống và dẫn ẩm ra ngoài. Trong phương pháp sấy tĩnh vỉ ngang có đảo chiều gió cần chú ý đến ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và tốc độ khí sấy, chiều dày lớp hạt và khoảng thời gian giữa các lần đảo gió. Theo thực nghiệm ta lấy thời gian đảo gió là 1h/lần. 4.1.2 Cân bằng vật chất: Các kí hiệu sử dụng: G1: lượng nhập liệu của vật liệu sấy (kg) G2: lượng sản phẩm sau khi sấy (kg) w1: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt trước khi sấy (%) w2: độ ẩm trên căn bản vật liệu khô sau khi sấy (%) d1: hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô trước khi vào sấy d2: hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô sau khi vào sấy W: lượng ẩm tách (kg) L: lượng không khí khô cần thiết l: lượng không khí khô cần thiết để tách 1 Kg ẩm ra khỏi vật liệu I0 , I1 ,I2: nhiệt hàm của không khí trước khi vào buồng đốt, sau khi ra khỏi buồng đốt và sau khi ra khỏi buồng sấy, J/kgkkk * Các thông số cơ bản: a) Đối với không khí: Trạng thái ban đầu của không khí: t0 = 250C; j0 = 85% Không khí vào thiết bị sấy: Chọn nhiệt độ vào buồng sấy của không khí: t1 = 500C Không khí ra khỏi thiết bị sấy: Chọn nhiệt độ ra của không khí là:ø t2 = 420C Phân áp suất hơi nước bão hòa Pb0: Pbh0 = exp(12 – 4026,42235,5+to ) = exp(12 – 4026,42235,5+25) = 0,032bar Lượng chứa ẩm d0: d0 = 0,621 φ.PboP-φ.Pbo = 0,621. 0,85.0,0321-0,85.0,032 = 0,017 kg ẩm/kgkkk Nhiệt dung riêng dẫn xuất Cdx(d0): Cdx(d0) = Cpk + Cpa.d0= 1,0048 + 1,842.0,017 = 1,036 kJ/kg.độ Trong đó: Cpk= 1,0048 kJ/kg độ: nhiệt dung riêng của không khí khô Cpa= 1,842 kJ/kg độ: nhiệt dung riêng của hơi nước r= 2500 kJ/kg: ẩn nhiệt hóa hơi entanpy I0: I0 = Cpk.t0+d0(r+Cpa.t0) = 1,0048.25+0,017.(2500+1,842.25) = 68,4 kJ/kg Thể tích riêng của không khí V0: V0= 287(273+to)P-φo.Pbo.10^5 = 287(273+25)1-0,85.0,032.10^5 = 0,858 m3/kg b) Đối với vật liệu sấy (thóc) Theo tài liệu kĩ thuật sấy Nông Sản - Trần Văn Phú, Lê Nguyên Đương ta có các thông số kích thước sau của thóc Các kích thước của thóc: Dài : l = 8,5 mm Rộng: a= 3,4 mm Dày: b = 2 mm Đường kính tương đương: d = 2,76 mm Hệ số hình dạng: jhd = 1,68 Các thông số khác: Nhiệt dung riêng: C = 1,5 KJ/Kg Hệ số dẫn nhiệät: l = 0,09 W/mK Khối lượng riêng rắn: rr = 1150 Kg/m3 Độ xốp: e = 0,56 Diện tích bề mặt riêng khối lượng: f = 1,31 m2/kg Khối lượng riêng xốp: rv = 500 Kg/m3 Vật liệu trước khi vào thiết bị sấy: ta chọn q1 = 270C ; w1 = 28% Vật liệu sau khi ra thiết bị sấy : chọn nhiệt độ ra của thóc nhỏ hơn nhiệt độ của không khí khoảng 2 0C q2= 400C w2 = 13%, đây là độ ẩm thích hợp để bảo quản thóc. Năng suất tách ẩm: Năng suất đầu ra: G2 = G1 - W = 5000 – 862,07 = 4137,93 Kg/mẻ Lượng vật liệu khô tuyệt đối được sấy trong 1 giờ: Gk = G2(1-w2) = 4137,93.(1 - 0,13) = 3600 Kg 4.1.3 Cân bằng nhiệt lượng * Nhiệt lượng vào - Nhiệt lượng do không khí mang vào: LI0 - Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: G2Cvlq1+CnWq1 - Nhiệt lượng do buồng đốt cung cấp: Qc Tổng nhiệt lượng vào: LI0+ G2Cvlq1+ CnWq1+ Qc * Nhiệt lượng ra: - Nhiệt lượng do không khí ra: LI2 - Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2Cvlq2 - Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy: Qm Tổng nhiệt lượng ra: LI2+ G2Cvlq2 +Qm Từ phương trình cân bằng năng lượng, ta có: Qc=L(I2-I0)+G2Cvl(q2-q1)+Qm-CnWq1 Viết cho 1Kg ẩm bốc hơi: Với: D= Cnq1- qvl-qm 4.2 Tính toán quá trình sấy lí thuyết Đồ thị I-d: quá trình sấy bằng khói lò 4.2.1. Tính toán khói lò * Nhiệt trị của nhiên liệu - trấu. Trấu có thành phần làm việc như sau: C H N O S A W 37,13% 4,12% 0.36% 31,6% 0.04% 17.75% 9% + Nhiệt trị cao của trấu: Qc = 4,19(81C+300H – 26(O – S)) = 4,19[ 81 x 37,13 +300 x 4,12 – 26(31,6 – 0,04)] = 14342,24 kJ/kg = 3426kcal/kg + Nhiệt trị thấp làm việc của trấu: Qt = 339C + 1030H – 109(O – S) – 25W =399 X 37,13 + 1030 X 4,12 – 109 X (31,6 – 0,04) – 25X9= 13165,63 kJ/kg = 3145 kcal/kg * Thể tích của không khí và sản phẩm cháy. Thể tích không khí khô lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg trấu: Vkk= 0,089(C + 0,375.S) + 0,268.H – 0,0333.O = 0,089 X (37,13 + 0,375 X 0,04) + 0,268 X 4,12 – 0,0333 X 31,6 = 3,38 m3/kgnl Thể tích sản phẩm cháy lí thuyết V N2 = 0,79 V + 0,8 N100 = 2,67 m3/kgnl V RO2 = 1,866 C+0,375 S100 = 0,69 m3/kg nl V H2O = 0,111 X H + 0,0124 X W + 0,016 V = 0,111 X 4,12 + 0,0124 X 9 + 0.016 X 3,38 = 0,62 m3/kgnl. Entanpy và dung ẩm của khói lò. Chọn hệ số không khí thừa buồng đốt αbđ=1,4 Lượng không khí khô cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu: L0k =0,115C + 0,345H – 0,043(O – S) =0,115.37,13 + 0,345.4,12 – 0,043.(31,6 – 0,04)=4,3 kgkkk/kgnl Lượng không khí khô thực cần cung cấp: Lkt = αbd . L0k = 1,4.4,3=6,02 kgkkk/kgnl Lượng chứa ẩm của tác nhân sấy là khói lò được tính: d=109H+W+ α.L.dα.L+1-9H+W+A100 =109.4,12+9+1,4.4,3.171,4.4,3+1-9.4,12+9+17,75100 = 88 g/kg khói lò khô Lượng hơi nước trong khói lò: Gn=(9H+A) + αbdL0kdo=(9.0,0412+0,1775)+1,4.4,3.0,017=0,65 kg/kgnl Khối lượng khói lò khô trước khi hòa trộn khi đốt cháy 1kg nguyên liệu Gkk=1+αbdL0k - A+9H+W100 =1+1,4.4,3 – 17,75+9.4,12+9100=6,4 kg/kg Entanpy của khói lò Ik: Ik=Qc. η+C.t+α.L.IGkk = 14342,24 .0,6+1,2 .28+1,4 .4,3 . 726,4 = 1418 kJ/kg Trong đó: C: nhiệt dung riêng của nguyên trấu C=1,2-1,7 kJ/kg chọn C=1,2 kJ/kg t: nhiệt độ của nguyên liệu vào buồng đốt. t=to=28oC η: hiệu suất buồng đốt. η=0,6 Xác định nhiệt độ khói lò sau buồng đốt: Từ công thức: Ik=1,0048tk+dk(2500+1,842tk) tk= I-2500d1,0048+1,842d=1418-2500 . 0,0881,0048+1,842 . 0,088 = 1027oC Các thông số của khói như sau: tk= 1027oC Ik=1418 kJ/kg dk=88g/kg L0k=4,3 kgkk/kgnl Lkt=6,02 kgkk/kgnl Gk=Gn+Gkk=0,65+6,4=7,05 kg/kgnl 4.2.2 Thông số của không khí sau hòa trộn. Ta có nhiệt độ sau khi hòa trộn để vào vùng sấy là t=500C I=1,00t+d(2493+1,97t)=50+2591,5d Phương trình cân bằng vật chất: G1=G0 +Gk Phương trình cân bằng năng lượng: G1.I1=G0I0+GkIk =>(G1+Gk).I1=G1I0+GkIk =>(G1+7,05).I1=72G0 +9997 Phương trình cân bằng ẩm: G1.d1=G0.d0 + Gk.dk =>(G0+Gk).d1=G0.d0+Gk.dk =>(G0+7,05).d1=0,017G0+0,6204 Từ đó:Giải hệ phương trình: I1=50+2591,5d1 (G0 + 7,05).I1=72G0+9997 (G0+7,05)d1=0,017G0+0,6204 Ta được: G0=214,93 kgkk/kgnl d1=0,019 kg/kgkk I1=114,75 kJ/kg Lượng không khí thực vào buồng sấy: G1=G0+Gk=214,93+7,05=221,98 kgkk/kgnl Tỉ lệ hòa trộn: n= GkGo = 7,05214,93 =0,0328= 32,8% 4.2.3 Tính thời gian sấy. Ta chọn vận tốc tác nhân sấy đi qua hạt v= 0,5m/s nên hệ số trao đổi nhiệt đối lưu là: α= 6,15 + 4,17v=6,15+4,17 . 0,5= 5,235 W/m2.độ thời gian sấy trong giai đoạn sấy đẳng tốc. Ʈ1= Gk ῳ1- ῳ2 dῳdƮconst = Gk ῳ1-ῳ2α.A.(d1-d2) Trong đó: Gk: lượng chất khô có trong vật liệu ẩm đầu vào (kg/kg) ῳ1: độ ẩm đầu vào của vật liệu ẩm(%) (kg/kg) ῳ2: độ ẩm kết thúc của giai đoạn sấy đẳng tốc (%)(kg/kg) A: tổng diện tích bề mặt vật liệu ẩm (m2) d1: độ chứa ẩm của không khí ở nhiệt độ sấy (kg/kg) d2: độ chứa ẩm của bề mặt vật liệu ở nhiệt độ bề mặt đầu vào (kg/kg) ta có: Gk=G X (1-ῳđ)=5000 X (1-0,28) = 3600kg/kg ῳ1= ῳđ100-ῳđ X100% nhiệt độ tác nhân sấy đầu vào là 50oC nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy ở đầu vào: tm=tư=250C tính diện tích bề mặt vật liệu ẩm Am= 6.Vφ.d (m2) Trong đó: V: thể tích khối hạt (m3) V= mρ Đường kính tương đương của hạt lúa .d=3,5mm φ:hệ số độ cầu tính của hạt lúa φ = 1ψ Bảng hệ số hình dạng hình học của một số loại hạt bất kì: Hình dạng hạt Tròn Góc cạnh Dài kim Bản mỏng Hệ số ψ 1,3 1,52 1,72 2,33 Đối với lúa ψ=1,72 nên φ=0,58 Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc Ʈ2=Gk ∆ῳfdῳdƮconst=Gk ∆ῳf.α.A.(d1-d2)= Gk.∆ῳfU (h) Trong đó: f: hệ số giảm tốc tương ứng. như vậy: tổng thời gian sấy lúa là Ʈ=Ʈ1+Ʈ2 theo thưc nghiệm ta chọn Ʈ=8h. trong đó 1 giờ đảo chiều gió 1 lần 4.2.4. Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy lí thuyết. lo = 1d2-d1 = 10,027-0,019 = 125 kgkkk/kg hơi nước Lo = lo.W = 125.1041,67 = 130208,75 kg Vo = Loρk = 130208,751,055 = 123466,53 m3 ρk= 1,055 kg/m3 tra bảng thông số vật liệu của không khí ở nhiệt độ trung bình 55oC Nhiệt lượng tiêu hao: Q0 = L0( I1 – I0) = 130208,75.(114,75 – 67,46) = 6157571,79 kJ 4.2.5. Cân bằng nhiệt của quá trình sấy lí thuyết * Nhiệt đưa vào: QV = Qkk + Q0 Qkk: nhiệt do không khí đưa vào Qkk = L0.I0.Ʈ = G.L0.Ʈ = 214,93 . 130208,75 . 8 = 223886133,1 kJ Q0 = 6157571,79 kJ QV = Q0 +Qkk = 230043704,9 kJ Nhiệt đưa ra khỏi hệ thống Qr = Q1+Q2 Trong đó: Q1 là nhiệt hữa ích với tomt = 25oC của không khí bên ngoài Q1 = ΣW.[( r + Cp . t2 ) – Cn . tmt] = 1041,67 [(2500+1,842.65) – 4,18.25] = 2620039,63kJ W: tổng lượng nước đã tách được ở vùng sấy Q2: tổn thất nhiệt do không khí thải ra Q2 = L0.I2 = 130208,75 . 114,75 = 14941454,06 kJ => Qr = Q1 +Q2 = 17561493,69 kJ Hiệu suất nhiệt của hệ thống sấy : ηs = Q1Qo = 2620039,636157571,79 = 0,425 = 42,5% 4.3. Xác định các kích thước cơ bản của hệ thống sấy Khối lượng riêng của thóc: A = 500 Kg/m3 Năng xuất nhập liệu: 5000Kg/mẻ Thể tích lớp thóc : Theo công thức (10-1) [ 77 - 1] V = WA = 5000500 =10 m3 Gọi chiều cao lớp thóc là H (m) Chiều dài sàn sấy là D (m) Chiều rộng sàn sấy là R (m) Theo công thức tính thể tích hình hộp chữ nhật ta có: V = H.D.R (m3) Chọn lớp thóc có chiều cao là H = 600 mm để đảm bảo thóc được sấy đều, không có hiện tượng lớp thóc ở giữa ẩm hơn 2 mặt ngoài. Suy ra: D.R = VH = 100,6 = 16,67 m2 Theo tiêu chuẩn và quan hệ giữa chiều dài và chiều rộng ta chọn sàn sấy có: Chiều dài: D = 4,762 m = 4762mm Chiều rộng: R = 3,5m = 3500mm Chọn chiều cao từ đáy đến vỉ là 500mm, từ mặt trên lớp thóc đến thành là 200mm. Vậy tổng chiều cao của buồng sấy là: 1300mm Vật liệu làm sàn là vỉ inox có đột lỗ với đường kính lỗ lưới ta chọn là 2,5mm để hạt không lọt qua và đảm bảo độ bền được lâu, không han ghỉ do nhiệt độ cao. Dưới sàn có các thanh chắn ngang để sàn không bị võng, khoảng cách các thanh là 650mm Xung quanh sàn được xây bằng ghạch đỏ, để tránh thất thoát nhiệt ra môi trường xung quanh trong quá trình sấy ta có thể xây tường 2 lớp ghạch và ở giữa là một lớp không khí dày khoảng 1 cm. Do không khí dẫn nhiệt kém hơn ghạch nên nhiệt ít bị tổn thất và tiết kiệm nhiên liệu. ghạch gạch 4.4. Tính toán quá trình sấy thực tế Tính toán quá trình sấy thực tế thông qua tính toán các tổn thất nhiệt 4.4.1 Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh Ở đây, hệ thống sấy được làm bằng gạch có chiều dàyδ= 10cm, Hệ số dẫn nhiệt của gạch là λ= 1,31W/m.k - Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy: tf1=50+422 = 460C - Nhiệt độ môi trường :tf2 = 250C - Khi vận tốc tác nhân v<5 m/s thì α1 được tính theo công thức thực nghiệm: α1=6,15+4,17v vận tốc tác nhân sấy v=4,88m/s =>α1= 26,5 W/m2 tf1 λ,q tw1 tw2 tf2 tháp sấy môi trường δ truyền nhiệt qua vách phẳng một lớp Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài giữa mặt buồng sấy và không khí xung quanh là tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên chảy rối. do đó, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α2 sẽ được tính là: α2= 1,715(tw2 – tf2)0.333 Trong đó: tw1: nhiệt độ mặt trong của buồng sấy (chưa biết) tw2: nhiệt độ bề mặt ngoài của buồng sấy (chưa biết) Như vậy, mật độ dòng nhiệt sẽ phải thỏa mãn các đẳng thức sau: q1= α1(tf1 – tw1) = 26,5(46-tw1) (1) q2= (λ/δ).(tw1 – tw2)= (1,31/0,1)(tw1-tw2) (2) q3= α2(tf2 – tw2)=1,715(tw2-25)(1+0,333) (3) q1=q2=q3 (4) khi mật độ dòng nhiệt thỏa mãn các đẳng thức trên thì cũng thỏa mãn phương trình sau: q=k(tf1 – tf2) Trong đó k là hệ số truyền nhiệt k= 11α1+1δλ+1α2 Để giải được phương trình (1) (2) (3) (4) ta dùng phương pháp lặp: Giả sử ta cho tw1 một giá trị nào đó, từ (1) ta tìm được q1 sau đó thay vào giá trị vừa tìm được vào (2) ta tìm được tw2 và tiếp tục thay tw2 vừa tìm được vào (3) ta được giá trị q3. Sau đó, ta so sánh kết quả của q1 và q3 có sai số khoảng 0,8-1% là chấp nhận được với điều kiện tw1>tw2 Bảng: tính toán tìm mật độ dòng nhiệt cho từng giá trị tương ứng của tw1 tw1(0C) q1(W/m2) tw2(0C) q3(w/m2) 42 106 33,91 31,64 43 79,5 36,93 46,72 44 53 39,95 63,13 45 26,5 42,98 80,69 Theo bảng ta có thể chọn nhiệt độ 2 vách của hệ thống sấy: tw1 = 440C, tw2 = 39,950C, q= 63,13 w/m2 Nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh Q1: Q1=q.Fxq=63,13.21,48=1356,11 W Nhiệt lượng tỏa ra môi trường qua phần phía trên của buồng sấy Q2 Q2=q.Fbm=63,13.16,54=1044,23W Nhiệt lượng tổn thất qua đáy hệ thống sấy Q3 Q3=q.Fđ=63,13.16,54=1044,23W Vậy tổng tổn thất nhiệt ra môi trường: Qmt=Q1+Q2+Q3=992,25+2387,73+2387,73=3444,57W Khi đó: qmt= Qmtw = 3444,57862,07 = 4 kJ/kg ẩm Theo thực nghiệm tổn thất nhiệt ra môi trường khoảng 15% 4.4.2 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra khỏi vùng sấy: Qm=G.Cm.(tm1 – tm2) Trong đó: G: khối lượng thóc đầu ra (kg) G=5000kg tm1: nhiệt độ vật liệu sấy vào khi vào buồng sấy (oC) tm1=tvl1=270C tm2: nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi buồng sấy (oC) tm2=tvl2=400C Cm: nhiệt dung riêng của hạt thóc Cm=Ck+ Ca-Ck100ῳ Trong đó: Ck: nhiệt dung riêng của vật liệu khô. Ck=1,2-1,7 kJ/kg.độ , ta chọn Ck=1,7Kj/kg.độ Ca=Ch=4,182kJ/kg.độ : nhiệt dung riêng của ẩm ῳ=13%: độ ẩm tương đối của thóc Do đó: Cm = Ck +Ca-Ck100ῳ =1,7+ 4,182-1,7100 X13 = 2,02 kJ/kg.độ Khi đó: Qm = 5000.2,02.(40 – 27) = 131472,9kJ Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra khỏi vùng sấy: qvl = Qmw = 131472,91041,67 = 126,21 kJ/kg ẩm Như vậy tổng tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra khỏi vùng sấy là: ∆ = Ca.t0 – (qvl +qmt) = 4,182 . 27 – (126,21+5,54) = -18,84 kJ/kg Ta thấy D < 0,qúa trình sấy thực tế sẽ nằm dưới đường lí thuyết Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra khỏi buồng sấy: theo thực nghiêm khoảng 10%. 4.4.3. Các thông số sau quá trình sấy thực Lượng chứa ẩm của tác nhân sấy ra khỏi vùng sấy thực Nhiệt dung riêng dẫn xuất Cdx: Cdx = 1,0048 + 1,842.d1 = 1,0048 + 1,842.0,019 =1,04 kJ/kg.độ d2= d1+Cdx (t1-t2)i-∆ = 0,019 + 1,04(65-45)i-∆=0,027 kg ẩm/kgkk i= 2500+1,842.45=2582,9 kJ/kg độ ẩm tương đối của tác nhân sấy ra khỏi vùng sấy. φ = P.d2Pbh .(0,621+d2) = 1.0,02450,095.(0,621+0,0245) = 0,4=40% Lượng tác nhân sấy thực tế: l = 1d2-d1 = 10,027-0,019 = 125 kgkk/kg ẩm L= l.W= 125.1041,67 = 130208,75 kgkk/h Thể tích tác nhân sấy của vùng sấy Với t1 = 650C và φ1 = 12% V1 = 287.(273+t1)P-φ1.Pbh.10^5 = 287.(273+45)1-0,12.0,247.10^5= 1,00 m3/kg t2=450C , φ2=40% V2 = 287 (273+t2)(P-φ2.Pbh.105) = 287(273+45)1-0,4.0,095.10^5 = 0,9487 m3/kg Thể tích tác nhân sấy của vùng sấy: V = L.0,5(V1+V2) = 130208,75.0,5(1,00+0,9487)= 126868,9 m3 4.4.4. Tính toán cân bằng nhiệt lượng của quá trình sấy thực Tổng nhiệt lượng cần thiết thực tế q’ q’= l . ( I2 – I0) - ∆ với entanpy ở điểm C I2= 1,0048.t2 +d2(2500+1,842.t2)= 108,5 kJ/kg Khi đó q’= l.(I2 – I0) - ∆ =125 . (108,5 – 67,46) + 18,84 = 5148,84 (kJ/kg) Và Qs = q’. W= 5148,84 . 1041,67 = 5363392,16 kJ Nhiệt lượng có ích q1= i1-Ca.tvl1 = (2500+1,842.65)-4,182.27= 2506,82 (kJ/kg) với tvl1=270C là nhiệt độ vật liệu sấy vào vùng sấy Tổn thất nhiệt do tác nhân sấymang đi q2= l.Cdx(t2-t0)= 125 . 1,04.( 45-25)=2600 (kJ/kg) Tổng tổn thất nhiệt và nhiệt lượng có ích q=q1+q2+qmt+qvl =2506,82+2600+5,54+126,21=5238,58 (kJ/kg) Về nguyên tắc q=q’ nhưng trong quá trình tính toán ta đã làm tròn kết quả dẫn đến sai số. 4.4.5. Tính tiêu hao nhiên liệu Lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ: B1= q'. WQc . η kg/h q/ = 5148,84 kJ/kg: tổng lượng nhiệt cần thiết thực tế cho vùng sấy. W = 1041,67 kg: lượng nước tách được qua vùng sấy B = q'. WQc . η = 5148,84 . 1041,6714342,24 . 0,6 = 623 kg CHƯƠNG V: CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ HỆ THỐNG SẤY Bên cạnh việc nghiên cứu về cơ chế sấy vật liệu là chủ yếu trong buồng sấy thì việc nghiên cứu các bộ phận của máy sấy cũng không kém phần quan trọng. Việc nắm vững cấu tạo, nguyên lí hoạt động và tính toán các thông số cơ bản của các thiết bị phụ đó là hết sức cần thiết. Các thiết bị phụ của máy sấy gồm: + Buồng đốt cung cấp nhiệt cho máy sấy (buồng đốt trấu) + Quạt thổi cấp tác nhân vào buồng sấy + Thiết bị lọc và thải bụi từ buồng sấy 5.1. Buồng đốt 5.1.1 Đặc điểm và mục đích của buồng đốt Buồng đốt trong hệ thống sấy được sử dụng với một trong hai mục đích: + Buồng đốt tạo ra khói lò có nhiệt độ cao dùng làm dịch thể nóng cung cấp nhiệt hòa trộn với không khí để đưa vào buồng sấy. + Buồng đốt tạo ra khói lò có nhiệt độ thích hợp dùng để làm tác nhân sấy trực tiếp cấp vào máy sấy. Nhiệt độ tác nhân sấy thông thường có nhiệt độ thấp nên nhiên liệu dùng trong các buồng đốt của hệ thống sấy không cần loại có nhiệt trị cao.Khi dùng khói lò làm tác nhân sấy thì thông thường sau buồng đốt là buồng hòa trộn giữa khói và không khí ngoài trời để có một tác nhân sấy với nhiệt độ thích hợp. Nhiên liệu dùng trong buồng đốt chủ yếu là nhiên liệu rắn và lỏng. Dùng nhiên liệu lỏng và nhiên liệu khí thì buồng đốt được gọn, sạch sẽ, dễ điều chỉnh và tự động hóa quá trình cháy. Tuy nhiên, chi phí cho 1 kg sản phẩm sẽ cao hơn so với khi dùng nhiên liệu rắn như than đá, củi, trấu… Buồng đốt nhiên liệu rắn tuy dễ xây dựng nhưng cồng kềnh và đặc biệt là khói trongbuồng đốt loại này chứa nhiều bụi bẩn gồm có tro và các hạt nhiên liệu chưa cháy hết bay theo. Đặc điểm của buồng đốt: Buồng đốt của thiết bị sấy có vài đặc điểm khác với buồng đốt của lò nung và các lò luyện là thường đốt với cường độ cháy thấp, đốt cháy hoàn toàn với hệ số, tiêu hao không khí rất lớn. Khói ra khỏi buồng đốt được dùng để sấy nên cần phải tách bụi và triệt tiêu lửa, do đó sau buồng đốt còn có bộ phận lắng bụi và triệt tiêu lửa 5.1.2 Thiết kế buồng đốt Thể tích buồng đốt: Vbđ = B.Qtq Trong đó: Qt: nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kcal/kg) B: lượng tiêu hao của nhiên liệu (kg) q: mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt (kcal/m3) q= (250 -300).103 kCal/m3 Vậy Vbđ = Qt .Bq = 3145 . 623250 . 10^3 = 7,84 (m3) Chọn kích thước của buồng đốt: Chiều dài: 2300mm Chiều rộng:1700mm Chiều cao:2000mm Diện tích ghi lò Fgh = Bb Trong đó: B: lượng tiêu hao của nhiên liệu (kg/h) b: cường độc cháy của ghi (kg/m2.h) Với b = 120 (kg/m2.h), ta có: Fgh = Bb = 623120.8 = 0,6495 (m2) Chiều dày lớp nhiên liệu trên ghi: h = B8.ρ.F (m) Trong đó: ρ: khối lượng riêng thể tích nhiên liệu trên ghi, ρ = 1500 ÷ 2000 kg/m3 F: diện tích mặt ghi (m2) Diện tích mặt ghi bằng tổng diện tích các khe hở trên ghi Do đó: h = B8.ρ.F = 6238.1500×0,6495 = 0,08(m)=80mm 5.2 Thiết bị lọc và khử bụi từ lò đốt trấu Trong quá trình đốt nhiên liệu sẽ tạo ra bụi bẩn, nếu không có hệ thống khử bụi thì bụi đó sẽ đi theo khói lò vào vật liệu sấy làm bẩn vật liệu sấy, gây hư hỏng vật liệu. Do đó cần có hệ thống khử bụi để làm sạch khói lò trước khi dẫn vào buồng sấy. Trong hệ thống lò đốt trấu ghi nghiêng buồng đốt hình trụ, khói được cuốn lên cao rồi vào ống dẫn khói để đến quạt hút, do vậy lượng bụi đi theo cũng không nhiều. Vì vậy ta chỉ cần sử dụng màng lọc bụi gắn trên thành ống để ngăn bụi là có thể đảm bảo độ sạch của khói, bụi sẽ rơi xuống dưới và theo đường thải than trấu ra ngoài lò đốt. Như vậy sẽ hệ thống sẽ đơn giản và giảm chi phí hơn so với việc sử dụng hệ thống lọc bụi cyclone. 5.3 Tính chọn quạt Khi thiết kế một hệ thống sấy, ngoài việc tính toán quá trình sấy, chọn nguyên tắc và thiết kế không gian sấy đúng, tính toán nhiệt đúng thì việc tính toán và chọn quạt không kém phần quan trọng. Quạt là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống sấy xét về thiết kế và cấu tạo. Nếu quạt chỉ cho 2/3 lượng gió so với yêu cầu thì thời gian sấy tăng gần gấp rưỡi, như thế làm giảm năng suất sấy, tăng chi phí chất đốt, giảm chất lượng sấy vì độ ẩm cuối không đồng đều. Căn cứ vào lưu lượng thể tích không khí cần thiết V và trở lực của hệ thống H có thể trọn được quạt gió. Khi chọn quạt gió cần chú ý đến tốc độn làm việc ở khu vực hiệu suất cao. Đồng thời phải chú ý đến tốc độ bánh guồng của quạt để đảm bảo độ bền cơ học và thỏa mãn điều kiện cho phép về tiếng ồn cơ học và khí động do quạt gây nên: Công suất quạt: V: lưu lượng thể tích của không khí (m3/ s) H0: tổng trở lực của hệ thống đã quy về điều kiện tiêu chuẩn (mmH2O) Tổng trở lực= trở lực buồng đốt+ trở lực đường ống+trở lực buồng sấy+áp suất động cơ của khí thải H0=Hbđ + Hon +Hbs +Hđ + Theo thực tế tổng trở lực là 20% + Theo áp suất đề ra có thể chia quạt làm 3 loại: Quạt áp suất thấp, tổng cột áp tạo ra đến 100 mmH2O Quạt trung áp, tổng áp suất tạo ra 100 ÷ 300 mmH2O Quạt cao áp, tổng áp suất tạo ra 300 ÷ 1500 mmH2O Khi hệ thống làm việc ổn định, áp suất do quạt tạo ra là ∆p = p1 – p0 phải cân bằng với toàn bộ trở lực của hẹ thống và áp suất động của khí thoát ( giả thiết tốc độ vào W2 ≈ 0). Ta có : ∆p = ∆pl + ∆pc + ∆pt + pđ , N/m2 Trong đó: ∆pl – trở lực ma sát trên đường ống dẫn khí ∆pc – tổng trở lực cục bộ trên đường ống dẫn khí ∆pt - trở lực của các thiết bị mắc trên đường ống dẫn khí (buồng sấy, thiết bị khử bụi) pđ – áp suất động của khí thải vào môi trường. + Vì ống dẫn khí có tiết diện như nhau, ta có trở lực ma sát trên đường ống dẫn khí: ∆pl = λ. Ad.ρ.W22 , N/m2 λ – hệ số trở lực ma sát; A – tổng chiều dài ống, m; d – đường kính tương đương của ống dẫn khí, m; ρ – khối lượng riêng của khí, kg/m3; W – tốc độ của khí trong ống, m/s. Trong hệ thống sấy tốc độ của khí trong ống khá lớn nên chế độ chuyển động thường nằm trong khu vực bình phương trở lực tức là Re > Regh. Vậy: λ = 0,11 (kd)0,25 trong đó: k – độ nhám tuyệt đối của thành trong ống, m d – đường kính trong của ống, m. + Trở lực cục bộ trong hệ thống đường ống dẫn khí: ∆pc =i=1n₤i ρi . Wi22 , N/m2 Trong đó: ₤i – các hệ số trở lực cục bộ; Wi , ρi – tốc độ và khối lượng riêng tương ứng. Trên đường ống dẫn khí thường gặp các trở lực cục bộ sau: các cút nối, các cửa điều chỉnh, màng lọc bụi, tiết diện côn, đột mở… + Trở lực của thiết bị trong hệ thống là: ∆pt = ∆pt1 + ∆pt2 + … , N/m2 ∆pt1 – trở lực của buồng sấy ∆pt2 – trở lực của màng lọc bụi + Áp suất động của khí thoát xác định theo công thức: pđ = ρW22 , N/m2 W – tốc độ khí thải ra ngoài môi trường. Tốc độ khí thải phải đủ lớn để thải khí một cách thuận lợi vào môi trường kể cả khi có gió. Khi bố trí ống thải cần chú ý đến hướng gió để hạn chế ảnh hưởng của gió. Ống thải nên bố trí thẳng đứng. Tốc độ khí thoát ra khỏi ống phải thường chọn từ 5 ÷ 10 m/s. Để chọn quạt gió ta cần biết: + Lưu lượng B, m3/h + Áp suất ∆p, N/m2 Xác định lưu lượng + Thể tích không khí khô cần cho 1 mẻ sấy là V = 126868,9 m3 + Lưu lượng không khí khô là: B = Vτ = 126868,98 = 12571,88(m3/h) Xác định áp suất Trong đặc tuyến của quạt thường cho quan hệ ∆p = f(V) ở điều kiện tiêu chuẩn kỹ thuật có khối lượng riêng ρtc = 1,2 kg/m3. Trong hệ thống quạt làm việc với niệt độ khác tiêu chuẩn với khối lượng riêng ρ1, kg/m3. Trong điều kiện này áp suất do quạt tạo ra sẽ nhỏ hơn so với khi làm việc ở điều kiện tiêu chuẩn. Vì vậy, để quạt có đủ áp suất làm việc ở điều kiện thực tế ta phải chuyển trị số ∆p tính toán ở trên về điều kiện tiêu chuẩn như sau: ∆ptc = ∆pρtcρ1 , N/m2 + Như vậy ta phải chon quạt theo điều kiện B (m3/h) và ∆ptc (N/m2) + Công suất quạt được xác định theo công thức: N = B.∆p102.nq (KW) + Công suất của động cơ điện: Nđ = N.KdnK nK – hiệu suất của khớp nối Với B = 12571,88(m3/h) = 3,49 (m3/s), ∆p = 200 mmH2O và nq = 0,8, ta có Công suất quạt là: N = 3,49×200102×0,8 = 8,55 (KW) Vậy chọn quạt căn cứ vào: + Cột áp: ∆p = 200 mmH2O + Áp tĩnh: ∆pt = mmH2O + Lưu lượng: B = 3,49 (m3/s) + Công suất động cơ: N =8,55 (KW) CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH SẢN PHẨM 6.1. Tính toán đầu tư về nhiên liệu đốt-đánh giá hiệu quả sửu dụng năng lượng Trấu là nhiên liệu đốt để cấp nhiệt trực tiếp cho hệ thống sấy. trấu là sản phẩm sau khi xay xát thóc có rất nhiều và đôi khi người ta phải đốt hoặc đổ bỏ xuống sông. Tuy nhiên, không phải nơi nào cũng thế mà thực tế hiện nay giá trấu gần khoảng 2500 đồng/1bao(khoảng 10kg) Bản kê chi phí nhiên liệu cấp Tên Giá (đồng/kg) Khối lượng tiêu thụ (kg) Thời gian cấp (giờ) Thành tiền (đồng/mẻ) Trấu 250 623 8 155750 6.2. lượng tiêu thụ điện (giá điện sản xuất – giờ bình thường:1000 đồng/ kW.h) STT Tên thiết bị Công suất (kW) Thời gian làm việc (giờ/mẻ) Lượng điện tiêu thụ (kW.h/mẻ) Thành tiền (đồng/mẻ) 1 Quạt sấy 8,55 8 68,4 68400 2 Cấp trấu 1,5 8 12 12000 Σ chi phí về điện = 80400 đồng/mẻ 6.3. tính toán giờ công của công nhân vận hành. Công nhân bốc vác số lượng: 2 người Tiền công: 300000 đồng/mẻ Thành tiền: 600000 đồng/mẻ 6.4. tính toán chi phí đầu tư và chi phí bảo dưỡng Thời gian hoạt động : 1000 mẻ * Chi phí đầu tư hệ thống: 10000000 đồng =>10000 đồng/mẻ * Bảo dưỡng: 5 năm /5 lần/300000 đồng => 7500 đồng/mẻ Σ chi phí đầu tư bảo dưỡng: 17500 đồng/mẻ 6.5. tính toán giá thành sản phẩm. STT Tên chi phí Tổng số tiền (đồng/mẻ) % 1 Nhiên liệu 155 750 18,25 2 Tiền điện 80 400 9,42 3 Nhân công 600 000 70,29 4 Đầu tư,bảo dưỡng 17 500 2,05 Tổng cộng 853 650 100 CHƯƠNG VII: BẢN VẼ KẾT LUẬN Hệ thống sấy thóc bằng thiết bị sấy vỉ ngang có thể vận hành không phụ thuộc vào thời tiết và có năng suất sấy cao hơn,thời gian sấy ngắn hơn và chất lượng sản phẩm sấy tốt hơn so với việc phơi thóc trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời. Máy sấy tĩnh vỉ ngang có cấu tạo đơn giản, phù hợp với sản xuất phân tán và giá thành chấp nhận được. Hệ thống này đang được ứng dụng rộng rãi ở đồng bằng sông Cửu Long. Tuy nhiên, cho đến nay việc các kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình dự đoán thời gian sấy thóc tĩnh theo lớp dày vẫn chưa được công bố rộng rãi, các ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ khí sấy, chiều dày lớp hạt và khoảng thời gian giữa các lần đảo gió. Hệ thống sấy đã thiết kế trong đồ án của em còn có thể hoàn thiện hơn nữa nhưng do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp cũng như những lời chỉ bảo thêm của các thầy cô và sự đóng góp của các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS-TSKH Trần Văn Phú - Tính toán và thiết kế hệ thống sấy-NXB Giáo Dục-Năm 2002. 2. GS-TSKH Nguyễn Bin - Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm. 3. TS.Phan Hiếu Hiền - Đề án CARD-tiểu hợp phần sấy tĩnh-2007 báo cáo lần 2. 4. Viện Cơ Địa Nông Nghiệp và công nghệ sau thu hoạch. 5. FANTECH catalogue-Fans by fantech software 3.0-