đồ án THUYẾT MINH sấy TINH bột sắn

Củ sắn dùng để chế biến tinh bột sắn, trong đó quá trình sấy làmột trong những giai đoạn mang tính quyết định trong công nghệ chế biến tinhbột sắn, nên việc nghiên cứu hệ thống sấy tinh

LỜI NÓI ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều quá trìnhcông nghệ Trong nông nghiệp sấy là một trong những công đoạn quan trọng củacông nghệ sau thu hoạch Trong công nghiệp như công nghiệp chế biến nông - hảisản, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế biến gỗ, công nghệ sản xuất vậtliệu xây dựng Kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sảnxuất

Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vậtliệu một cách đơn thuần mà một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi sau khi sấy vậtliệu 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 đượcnứt nẻ, cong vênh Trong chế biến nông - hải sản, sản phẩm sấy phải đảm bảo yêucầu về màu sắc, hương vị, các vi lượng Sản phẩm cần được sấy nhằm để bảoquản, tăng độ bền, dễ dàng vận chuyển đi xa

Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng nhiều phương pháp sấy khácnhau như: phương pháp sấy nóng( hệ thống sấy đối lưu, hệ thống sấy tiếp xúc, hệthống sấy bức xạ ), phương pháp sấy lạnh ( hệ thống sấy thăng hoa, hệ thốngsấy lạnh )

Nước ta nông nghiệp vẫn là mô hình sản xuất chủ yếu của nền kinh tế thìquá trình sấy nông sản có vai trò rất lớn Trong những năm gần đây cùng với sựphát triển của đất nước, cây sắn lấy củ được xem là một hướng giúp nông dân xóađói giảm nghèo Củ sắn dùng để chế biến tinh bột sắn, trong đó quá trình sấy làmột trong những giai đoạn mang tính quyết định trong công nghệ chế biến tinhbột 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 đượcchất lượng của tinh bột, giá thành sấy một kg sản phẩm là thấp nhất, hệ thống vậnhành đơn giản dễ lắp đặt

Học kỳ này em được nhận đồ án thiết hệ thống sấy tinh bột sắn Đây là lầnđầu tiên thiết kế một hệ thống sấy, với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tếrất ít nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi sai sót mong thầy thôngcảm và góp ý kiến cho em, em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Lê Nhật TânLớp: 08N1

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 sắnthế 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 sinhthái 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

5.Tro toàn phần không lớn hơn

6 Sợi xơ (cenlyloza) không lớn hơn

Tỷ trọng các thành phần phụ thuộc vùng canh tác, điều kiện canh

tác… 1.2 Cấu tạo của tinh bột:

Tinh bột phần lớn có trong thịt củ (95-95)% dưới dạng liên kết vật lý bềnchắc 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 :

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%) việctách 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

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 quaythiết bị quay theo do đó nhờ lực ma sát giữa sắn với thành thiết bị và giữa các củ vớinhau má vỏ gỗ, đất đá rơi ra ngoài, còn sắn tiếp tục đi qua thiết bị rửa

Hình1.1: hệ thống máy bóc vàlàm 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

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

Nguyên liệu sau khi qua máy mài rồi rơi vào hầm chứa chờ bơm qua

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 Nguyêntắc 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

Hình 1.4: Hệ thống ly tâmtách nước

Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn

Hình 1.5: Sơ đồ quy trình sản xất 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 tắchoạt 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 quacòn 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 sửdụng 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 ốnglàm khô nhanh để đến cyclone tách tinh bột Trong quá trình chuyển động đó, mộtlượng ẩm của tinh bột sẽ được tách ra làm giảm độ ẩm tinh bột xuống

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 phápsấy 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 yêucầu cao về chất lượng Các hệ thống sấy dùng phương pháp sấy nóng có cấu tạođơn 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 sấycao, phù hợp với những loại vật liệu sấy có kích thước nhỏ

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:

1

2

5

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy khí động

Các hạt tinh bột sau khi qua quá trình phân ly có độ ẩm từ (32÷38 )% đượchút 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 khỏidòng 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 khiđưa 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

+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

Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy

τ

7s

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 ω 1 :

Fe = dtd

Fe: tiêu chuẩn Phêđôrov

dtd: đường kính tương đương tinh bột khi đưa vào ống sấy, ở đây do tinh bột ởdạng 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

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

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…

3.3 Tính toán quá trình sấy lý thuyết:

3.3.1 Tính toán thông số vật lý của không khí tại các điểm:

Hình 3.1: Đồ thị I-d quá trình sấy lý thuyếtTheo điều kiện khí hậu ta chọn:

t0 = 20C

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

Pobh=exp(12- ) = exp = 0,0233 bar

Độ chứa ẩm của không khí:

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

3.3.2 Lượng không khí khô lý thuyết:

Lượng không khô cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm

l0 = = = 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: 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

vk: thể tích riêng của khí trong ống sấy vk= = 1,115

Vk= 63609,83.1,115= 70924,96 m3/h

wk: tốc độ không khí trong ống sấy wk = 15 m/s

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:

Đồ án môn học: Kỹ thuật sấy Sấy tinh bột sắn

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: