ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM SẤY THÙNG QUAY

GVHD trần văn hùng SVTH Nguyễn Trí khôi – hà đúc hải BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUAY SẤY BẮP VỚI NĂNG SUẤT 780 KGH GVHD TRẦN VĂN HÙNG SVTH NGUYỄN TRÍ KHÔI 2005170071 HÀ ĐỨC HẢI 2005170044 HCM, ngày 29 tháng 12 năm 2019 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUA.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

sấy là một công đoạn đóng vai trò rất quan trọng trong đa số các ngành, đặc biệt là vớingành công nghiệp thực phẩm.

Đối với từng loại thực phẩm khác nhau, sẽ sử dụng các thiết bị sấy khác nhau Yếu tốquyết định cho sự khác nhau này tùy thuộc vào rất nhiều điều kiện, nhưng yếu tố quan trọngnhất chính là kích thước và cấu trúc của vật liệu đem sấy Có rất nhiều các thiết bị, hệ thốngsấy khác nhau như: sấy hầm, sấy băng tải, sấy tầng sôi, sấy buồng Và đồ án này sử dụngthiết bị sấy thùng quay để sấy vật liệu hạt bắp

Được thầy Trần Văn Hùng giao nhiệm vụ tính toán, thiết kế hệ thống sấy thùng quayvới phương thức sấy xuôi chiều, sản phẩm sấy là bắp, chúng em đã tính toán song vẫn cònrất nhiều thiếu sót vì đây là lần đầu tiên làm đồ án, chưa có quá nhiều kinh nghiệm Bêncạnh đó trình độ tự nghiên cứu và khả năng tư duy của chúng em vẫn còn hạn hẹp nên đồ áncủa vẫn còn nhiều thiếu sót Qua lần làm đồ án này chúng em kính mong thầy cô giáo chỉbảo để chúng em có thể hoàn thiện tốt hơn đồ án cũng như bài tập lớn mà thầy cô giáo giaovào những lần sau

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Văn Hùng,cùng với các thầy cô và bạn bè đã giúp em hoàn thành đồ án đúng hạn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1.1.1 Đặc điểm chung và nguồn gốc cây ngô

a) Đặc điểm chung

Ngô, bắp hay bẹ là một loại cây có tên khoa học là Zea mays L thuộc chi Maydeae,

họ hòa thảo Gramineae Ngô là cây lương thực được thuần canh tại khu vực Trung Mỹ và

sau đó lan tỏa ra khắp châu Mỹ Ngô được trồng phổ biến với phần còn lại của thế giới saukhi có tiếp xúc của người châu Âu với châu Mỹ vào cuối thế kỷ 15, đầu thế kỷ 16.

Ngô là cây lương thực được gieo trồng nhiều nhất tại châu Mỹ (chỉ riêng tại Hoa Kỳthì sản lượng đã là khoảng 270 triệu tấn mỗi năm) Các giống ngô lai ghép được các nôngdân ưa chuộng hơn so với các giống, thứ ngô thông thường do có năng suất cao vì có ưu thếgiống lai Trong khi một vài giống, thứ ngô có thể cao tới 7 m (23 ft) tại một số nơi, thì cácgiống ngô thương phẩm đã được tạo ra với chiều cao chỉ khoảng 2,5 m (8 ft) Ngô ngọt (Zeamays var rugosa hay Zea mays var saccharata) thông thường thấp hơn so với các thứ, giốngngô khác

Ngô có bộ nhiễm sắc thể (2n=20) Có nhiều cách để người ta phân loại ngô, mộttrong các cách đó là dựa vào cấu trúc nội nhũ của hạt và hình thái bên ngoài của hạt Ngôđược phân thành các loài phụ: ngô đá rắn, ngô răng ngựa, ngô nếp, ngô đường, ngô nổ, ngôbột, ngô nửa răng ngựa Từ các loài phụ dựa vào màu hạt và màu lõi ngô được phân chiathành các thứ Ngoài ra ngô còn được phân loại theo sinh thái học, nông học, thời gian sinhtrưởng và giá trị thương phẩm

b) Nguồn gốc

Có một số thuyết về nguồn gốc của ngô tại Trung Mỹ, ví dụ như:

 Ngô là sản phẩm thuần dưỡng trực tiếp từ cỏ ngô (Zea mays ssp parviglumis) một năm ở Trung Mỹ, có nguồn gốc từ khu vực thung lũng sông Balsas ở miền

nam México, với tối đa khoảng 12% vật chất gen của nó thu được từ Zea

mays ssp mexicana thông qua xâm nhập gen

 Ngô sinh ra từ quá trình lai ghép giữa ngô đã thuần hóa nhỏ (dạng thay đổi không đáng kể của ngô dại) với cỏ ngô thuộc đoạn Luxuriantes, có thể là Z

luxurians hoặc Z diploperennis

 Ngô trải qua 2 hay nhiều lần thuần dưỡng của ngô dại hay cỏ ngô

 Ngô tiến hóa từ quá trình lai ghép của Z diploperennis với Tripsacum dactyloides (Thuật ngữ cỏ ngô ở đây chỉ tất cả các loài và phân loài trong chi Zea, ngoại trừ Zea mays ssp mays.) Vào cuối thập niên 1930, Paul Mangelsdorf cho rằng ngô thuần dưỡng là kết quả của lai ghép giữa ngô dại mà con người không biết rõ với loài trongchi Tripsacum, một chi có họ hàng gần Tuy nhiên, vai trò được đề xuất của

Tripsacum (cỏ gama) trong nguồn gốc của ngô đã bị phân tích gen hiện đại bác bỏ, qua đỏ phủ nhận mô hình của Mangelsdorf và thuyết thứ tư trên đây

Tuy vậy, dù bắt đầu từ nguồn gốc nào thì các loại ngô này vẫn có chung một đặcđiểm hình thái và sinh học tiêu biểu của loại ngô Zea mays L

1.1.2 Đặc điểm sinh học của cây ngô

Cơ quan sinh dưỡng cũa ngô gồm: rễ, thân và lá làm nhiệm vụ duy trì đời sống cáthể Hạt được coi là cơ quan khởi đầu của Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 4 bộ phân chính:

vỏ hạt, lớp alơron, phôi và nội nhũ Phía dưới hạt có gốc hạt gắn liền với lõi ngô Vỏ hạt baobọc xung quanh, màu sắc vỏ hạt tùy thuộc vào từng giống, nằm sau lớp vỏ hạt là lớp aleronbao bọc lấy nội nhũ và phôi Nội nhũ là thành phần chính 70-78% trọng lượng hạt, thànhphần chủ yếu là tinh bột, ngoài ra còn có protein, lipid, vitamin, khoáng và enzyme để nuôiphôi phát triển Phôi ngô lớn (chiếm 8 -15%) nên cần chú trọng bảo quản

1.1.3 Thành phần hóa học của cây ngô

Các chất trong hạt ngô dễ bị đồng hóa nên có giá trị dinh dưỡng cao Hạt ngô chứatinh bột, lipid, protein, đường (chiếm khoảng 3,5%), chất khoáng (chiếm khoảng 1– 2,4%),vitamin (gồm vitamin A, B1, B2, B6, C và một lượng rất nhỏ xenlulo (2,2%) Hạt ngô chứaphần lớn tinh bột, hàm lượng tinh bột trong hạt thay đổi trong giới hạn 60 - 70% Hàmlượng lipid cao thứ hai trong các loại ngũ cốc sau lúa mạch, nó chiếm khoả ng (3,5 – 7%).Hàm lượng protein dao động từ 4,8 đến 16,6,% tùy vào mỗi giống

Bảng 1 Thành phần hoá học của hạt ngô và gạo (Phân tích trên 100g)

(Cao Đắc

rộng khắp thế giới với sản lượng hàng năm cao hơn bất kỳ cây lương thực nào và có năng

Thành phần hóa học Gạo trắng Ngô vàng

suất cao nhất trong các cây ngũ cốc Trong khi Hoa Kỳ sản xuất gần một nửa sản lượngchung của thế giới thì các nước sản xuất hàng đầu khác còn có TrungQuốc, Brasil, México, Argentina, Ấn Độ, Pháp, Indonesia, Nam Phi và Italia Các nước nàychủ yếu là sử dụng ngô lai trong gieo trồng Sản lượng toàn thế giới năm 2003 là trên 600triệu tấn — hơn cả lúa và lúa mì Năm 2004, gần 33 triệu ha ngô đã được gieo trồng trênkhắp thế giới, với giá trị khoảng trên 23 tỷ USD Tình hình sản xuất ngô của một số quốcgia trên thế giới được thể hiện qua bảng 2

Bảng 2 Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 2007

(Nguồn: Số liệu thống kê của FAO, 2008)

Qua bảng 1.2 cho thấy, Mỹ là nước có diện tích, năng suất, sản lượng lớn nhất đạt 30,08triệu ha, với tổng sản lượng đạt 280,22 triệu tấn, năng suất bình quân đạt 100,64 tạ/ha ỞViệt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và là cây màu quan trọngnhất được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệthống canh tác.Ở nước ta ngô được trồng ở hầu hết các địa phương có đất cao dễ thoát hơinước Những vùng trồng ngô lớn là Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, miền núi phía Bắc, Trung

du đồng bằng Sông Hồng, Duyên hải Miền Trung

Bảng 3 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 2004 đến năm 2006

Bảng 4 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 2015 đến năm 2017

Tên nước Diện tích

(Triệu ha)

Năng suất(Tạ/ha)

Sản lượng(triệu tấn)

Sản lượng(1000 tấn)

Nhìn chung có thể thấy, diện tích trồng ngô cùng năng suất và sản lượng thu hoạchngô ngày một gia tăng qua từng năm, chứng tỏ loại cây lương thức này đóng vai trò rất quantrọng đối với đời sống của người dân Việt Nam Tuy vẫn còn nhiều thách thức và khó khănphía trước nhưng nền nông nghiệp trồng trọt ngô nói riêng và cây lương thức nói chung rất

có tiềm năng phát triển và tiến xa hơn trong tương lai, góp phần xây dựng nền nông nghiệpViệt Nam ngày một vững mạnh

1.1.5 Những thuận lợi và trở ngại

a) Thuận lợi và triển vọng

Ở nước ta ngô là cây lương thực sau lúa, những năm trở lại đây sản xuất ngô đangđược chú ý do ngô không những là lương thực mà còn sử dụng làm thức ăn gia súc trongkhi cơ cấu nông nghiệp đã chuyển dịch theo hướng giảm dần tỷ trọng ngành trồng trọt vàtăng tỷ trọng ngành chăn nuôi nên nhu cầu về ngô là khá lớn Mục tiêu của ngành nôngnghiệp trong những năm tới sẽ phấn đấu xây dựng vùng trồng ngô hàng hoá ở các khu vực:vùng Trung Du Miền Núi phía Bắc, vùng đồng bằng song Hồng, Đông Nam Bộ, TâyNguyên Phát triển ngô đông trên đất lúa ở những nơi có điều kiện phù hợp, có đủ nướctưới Đây là hướng đi tích cực trong chuyển dịch cơ cấu sản xuất theo hướng thâm canhtăng vụ, góp phần tăng sản lượng lương thực vững chắc đặc biệt ở khu vực miền núi và dân

cư

Hiện nay diện tích trồng ngô cả nước là gần 1,2 triệu ha, năng suất trung bình 43 tạ/

ha, sản lượng giao động trong khoảng 4,5 - 5 triệu tấn/năm, trong khi nhu cầu về ngô củanước ta hiện nay là trên 5 triệu tấn/ năm kể cả cho chế biến lương thực và chăn nuôi, hơnnữa tổng sản lượng ngô sản xuất vẫn chưa đủ cho nhu cầu trong nước, hàng năm vẫn phảinhập trên nửa triệu tấn Đây là điều kiện thuận lợi để sản xuất ngô phát triển mở rộng Điềukiện tự nhiên của Việt Nam hoàn toàn thích hợp cho sản xuất ngô, đặc biệt là các vùng miềnnúi trong điều kiện canh tác lúa bị hạn chế Nông dân Việt Nam có kinh nghiệm trồng ngô

từ lâu đời, cùng với việc đầu tư cho khoa học công nghệ nông nghiệp ngày càng tăng, kếthợp với tiếp thu ứng dụng những thành tựu khoa học công nghệ về ngô của các nước trong

Năm Diện tích

(1000 ha)

Năng suất(Tạ/ha)

Sản lượng(1000 tấn)

khu vực và thế giới, sản lượng ngô sẽ gia tăng là một triển vọng rất khả thi của nền nôngnghiệp trồng ngô ở Việt Nam.

Ngô còn là mặt hàng xuất khẩu có giá trị, chúng ta cũng đã bước đầu xuất bán đượcgiống ngô sản xuất trong nước Trong tương lai, khi đã sản xuất đủ cho nhu cầu nội địa,chắc chắn ngô sẽ là mặt hàng xuất khẩu của nước ta giống như lúa gạo, vì nhu cầu lươngthực và chế biên của thế giới cũng ngày một tăng, nhiều nước trên thế giới sử dụng ngô làlương thực chính, trong khi các giống ngô được trồng ở Việt Nam đều có chất lượng tốt Hệthống cơ chế, chính sách của nhà nước khuyến khích và tạo điều kiện phát triển sản xuấtlương thực trong đó có sản xuất ngô Ngoài ra, Việt Nam đã gia nhập WTO, đây là cơ hộilớn tạo điều kiện thuận lợi cho các loại sản phẩm nông nghiệp khác có quyền bình đẳngtham gia vào thị trường thương mại nông sản của thế giới

b) Trở ngại và thách thức

Sản xuất ngô ở nước ta vẫn mang tính nhỏ lẻ và phân tán, đặc biệt là các vùng miềnnúi, khó cơ giới hóa Quá trình áp dụng giống mới chụi thâm canh, phát triển thành nhữngvùng sản xuất hàng hóa là điều kiện thuận lợi để các loại dịch hại mới xuất hiện, khó phòngtrừ Trong khi đó, vào vài năm tới, có thể sẽ có mặt cây ngô biến đổi gen ở nước ta, là cácgiống ngô có nhiều ưu thế về năng suất, đây là một thực tế có thể chúng ta phải chấp nhậnnhưng làm thế nào để nó cạnh tranh lành mạnh với các giống ngô sản xuất trong nước là vấn

đề không chút dễ dàng cho sản xuất ngô ở nước ta

Tham gia vào thị trường thương mại thế giới có sự đòi hỏi rất khắt khe về chất lượngnông sản Do vậy phải có sự đầu tư một cách đồng bộ từ sản xuất đến đánh giá kiểm địnhchất lượng, bảo quản và vận chuyển tiêu thụ Đáng chú ý nhất chính là vấn đề bảo quản ngô,nhìn chung việc này rất khó khăn vì ngô là môi trường thuận lợi rất thích hợp cho sâu mọtphá hoại Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượng ban đầu tốt, có độ ẩm an toàn

Vì vậy quá trình sấy hạt sau thu hoạch có vai trò quan trọng trong bảo quản, chế biến cũngnhư nâng cao chất lượng hạt Với phương pháp sấy trong đồ án này sẽ bảo quản được lâuhơn, dể dàng vận chuyển và ứng dụng cho nhiều quá trình chế biến các sản phẩm khác

1.2 TỒNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

1.2.1 Bản chất của quá trình sấy

Sấy là qúa trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, là quá trìnhkhuếch tán do sự chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênhlệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

1.2.2 Phân loại quá trình sấy

Người ta phân biệt ra 2 loại:

 Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió Tuy nhiên, phơi nắng bị hạn chế lớn

là cần diện tích sân phơi rộng và phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong mùa mưa

 Sấy nhân tạo: là quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dung dến tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt.Quá trính sấy này nhân, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên

Và cũng có nhiều cách phân loại:

 Dựa vào tác nhân sấy:

- Sấy bằng không khí hay khói lò

- Sấy thăng hoa

- Sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tầng

 Dựa vào áp suất làm việc:

- Sấy chân không

- Sấy ở áp suất thường

 Dựa vào phương pháp làm việc:

- Máy sấy liên tục

- Máy sấy gián đoạn

 Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho qúa trình sấy:

- Máy sấy tiếp xúc hoặc máy sấy đối lưu

- Máy sấy bức xạ hoặc máy sấy bằng dòng điện cao tầng

 Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun…

 Dựa vào chuyển động tương hỗ của tác nhân sấy và vật liệu sấy: sấy xuôi chiều, ngược chiều, chéo dòng…

1.2.3 Phương pháp thực hiện

Để nâng cao giá trị sử dụng niều mặt của ngô thì các công đoạn sau thu hoạch nhưlàm khô, bảo quản và chế biến nhằm làm giảm tổn thất cũng như duy trì chất lượng ngô làviệc làm vô cùng quan trọng và cần thiết Khi bảo quản ngô hạt phải đặc biệt quan tâm tớitình trạng phôi ngô vì phôi ngô dễ hút ẩm, có sức hấp dẫn mọt cao, dễ hư hỏng Đặc biệt sẽxảy ra quá trình hô hấp trong quá trình bảo quản

Mục tiêu của bảo quản: giữ được đến mức tối đa số lượng và chất lượng của đốitượng bảo quản trong suốt quá trình bảo quản Ngô hạt không có vỏ như vỏ trấu, nếu điềukiện bảo quản không tốt (ngô chưa chín già, phơi chưa thật khô, dụng cụ chứa đựng khôngkín )thì chim, chuột, mốc, mọt có thể phá hỏng hoàn toàn cả kho ngô trong vòng vài batháng Vì vậy cần làm ngô khô đến độ ẩm 12-13% để có thể bảo quản an toàn, hạn chế mức

độ hư hỏng

Có thể làm khô ngô khô bằng hai cách: Phơi nắng hoặc sấy Nhưng trong đề tài nàyyêu cầu sử dụng phương pháp sấy cho nên muốn bảo quản lương thực hoặc chế biến sảnphẩm chất lượng cao, các loại hạt cần được sấy xuống độ ẩm bảo quản hoặc chế biến Đểthực hiện quá trình sấy có thể sử dụng nhiều hệ thống như buồng sấy, hầm sấy, tháp sấy,thùng sấy…Mỗi hệ thống đều có những ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau.Chế độ sấy có ảnh hưởng rất lớn chất lượng sản phẩm vì sấy là quá trình trao đổi nhiệt vàtrao đổi chất phức tạp và không những làm thay đổi cấu trúc vật lý mà còn cả thành phầnhóa học của nguyện liệu Để sấy ngô là nông sản dạng hạt, người ta thường dùng thiết bị sấytháp hoặc sấy thùng quay Ở đồ án môn học này, em chọn thiết bị sấy thùng quay là thiết bịchuyên dụng để sấy vật liệu dạng hạt, cục nhỏ và được dùng rộng rãi trong công nghệ sauthu hoạch Trong thiết bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy ở trạng thái xáo trộn và trao đổinhiệt đối lưu với tác nhân sấy Trong quá trình sấy, hạt được đảo trộn mạnh và tiếp xúc tốtvới tác nhân sấy nên tốc độ sấy nhanh và hạt được sấy đều hơn và hệ thống sấy thùng quay

có thể làm việc liên tục với năng suất lớn

Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khói lò Quátrình sấy bắp đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh an toàn cho thực phẩm nên ở đây ta chọn tácnhân sấy là không khí, được đun nóng bởi caloriphe, nhiệt cung cấp cho không khí trongcaloriphe là từ khói lò Nhiệt độ tác nhân sấy phụ thuộc vào bản của hạt Nguyên liệu là bắp

là nguyên liệu chứa nhiều tinh bột, cho nên nhiệt độ sấy phụ thuộc vào nhiệt độ hồ hóa tinhbột, nhiệt độ hồ hóa tinh bột là khoảng 600C, do đó cần chọn nhiệt độ tác nhân sấy phù hợp,không cao cũng không thấp, mục đích là đẩy nhanh quá trình sấy và không làm cho nhiệt độcủa nguyên liệu vượt quá nhiệt độ hồ hóa, vì vậy em chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vàothùng sấy là 550C

Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không quá 3 m/s để tránh vật liệu

bị cuốn nhanh ra khỏi thùng Vận tốc của thùng khoảng 5- 8 vòng /phút

Để giảm thời gian sấy ta phải tăng tốc độ tác nhân sấy bằng hệ thống quạt ly tâm hayhướng trục Dựa vào nguyên liệu là ngô ta chọn chế độ sấy cùng chiều vì phương pháp này

có cường độ cao, thời gian sấy giảm, sản phẩm ra khỏi hầm đã nguội, kinh tế hơn, áp dụngcho các sản phẩm không cần để ý tới cong vênh, nứt nẻ,còn sấy ngược chiều thì thành phẩmphải có chất lương cao như không được không cong vênh và nứt nẻ

Các cánh trộn trong thùng chứa có tác dụng phân phối đều cho vật liệu theo tiết diệnthùng, đảo trôn vật liệu để tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, cấu tạocủa cánh trộn phụ thuôc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm của nó

Các loại cánh đảo phổ biến như :

 Cánh đảo nâng , đổ: dùng để sấy vật liệu có kích thước lớn, dễ bám dính vào thùngthì dùng cánh nâng vật sấy lên cao rồi đổ xuống tạo mưa hạt.

 Cánh đảo phân chia (phân phối): dùng với vật sấy có kích thước nhỏ hơn, dễ chảy

 Cánh đảo hình quạt: được dùng cho trường hợp vật sấy có kích thước lớn và có trọnglượng riêng lớn

 Cánh đảo trộn: dùng cho vật sấy có kích thước nhỏ như bột

a) b) c) d) e)

Hình 1: Các dạng cánh đảo

a-Cánh nâng, đổ; b,c-Cánh phân chia; d-Cánh hình quạt; e-Cánh đảo trộn

Ưu điểm:

 Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy

 Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100kg ẩm bay hơi/m3h

 Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn

do khói lò nhiệt độ quá cao nên phải sử dụng buồng hòa trộn khí trước khi vào caloriphetrong trường hợp khói lò có nhiệt độ quá cao để đảm bảo đúng nhiệt đô vào thiết bị sấy.Dòng tác nhân sấy được gia tốc bằng quạt đẩy đặt ở trước thiết bị, và quạt hút đặt cuối thiếtbị.Thùng sấy có dạng hình trụ đặt nằm nghiêng một góc 3-50C so với mặt phẳng ngang,được đặt trên một hệ thống các con lăn đỡ và chặn Chuyển động quay của thùng được thựchiện nhờ bộ truyền động từ động cơ sang hộp giảm tốc đến bánh răng gắn trên thùng Bêntrong thùng có gắn các cánh nâng, dùng để nâng và đảo trộn vật liệu sấy, mục đích là tăngdiện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, do đó tăng bề mặt truyền nhiệt, tăng

cường trao đổi nhiệt để quá trình sấy diễn ra triệt để Trong thùng sấy, bắp hạt được nâng lênđến độ cao nhất định, sau đó rơi xuống Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhânsấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm Nhờ độ nghiêngcủa thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng Khi đi hết chiều dàithùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiết cho quá trình bảo quản là 12% -13% Sảnphẩm bắp(ngô) hạt sau khi sấy được đưa vào buồng tháo liệu, sau khi qua cửa tháo liệu sẽđược băng tải đưa ra ngoài và vào hệ thống bao gói, để bảo quản hay dùng vào các mục đíchchế biến khác Dòng tác nhân sấy sau khi qua buồng sấy chứa nhiều bụi, do đó cần phải đưaqua một hệ thống lọc bụi để tránh thải bụi bẩn vào không khí gây ô nhiễm Ở đây, ta sửdụng hệ thống lọc bụi bằng cyclon đơn, không khí sau khi lọc bụi sẽ được thải vào môitrường Phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua cửa thu bụi của cyclon và được xử lý riêng.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Vật liệu sấy là ngô(bắp) hạt, có các thông số vật lý cơ bản như sau:

 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy : ω1 =22%

 Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: ω2 =13%

 Khối lượng riêng của hạt vật liệu: ρr = 1000-1300 kg/m3 (phụ lục 4/330-[3])

 Khối lượng riêng khối hạt: ρr = 600-850 kg/m3 (phụ lục 4/230-[3])

 Kích thước bắp hạt (phụ lục 3/220-[3])

- Dài: l = 5,2 -14mm

- Rộng: b = 5 -11mm

- Dày: δ =3 -8 mm

- Dường kính tương đương:dtđ =7,5mm

 Năng suất nhập liệu: G1 = 780 kg/h

 Nhiệt dung riêng của vật kiêu khô: Ck = 1,2 – 1,7 kJ/kg.K (Trang 20- [1])

 Chọn Cvk = 1,45 kJ/kg.K

2.1 CÁC THÔNG SỐ TÁC NHÂN SẤY

Ta kí hiệu các đại lượng như sau:

 G1,G2:Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy (kg/h)

 ω1,ω2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo % khối lượng vật liệu ướt

 W:Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (kg/h)

 Gk:Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (kg/h)

 d0:Hàm ẩm của không khí ngoài trời(kg ẩm/kg kkk)

 d1:Hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk)

 d2: Hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk)

2.2 CÁC CÔNG THỨC SỬ DỤNG

Dùng tác nhân sấy là không khí:

 Áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:

= (bar) (CT 2.11/14-[14])

 Độ chứa ẩm d

d = 0,621 (kg/kgkkk) (CT 2.15/15-[14])Với B: áp suất khí trời B =1at = 0,981bar

 Enthapy của không khí ẩm

I = = 1,004.t + d(2500 + 1,842.t) (kJ/kgkkk) (CT 2.17/15-[14])Trong đó:

 Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 kJ/kgoK

 Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 kJ/kgoK

 r : ần nhiệt hóa hơi của nước r =2500 kJ/kg

 Thể tích riêng của không khí ẩm

v’ = = (m3/kgkkk) (CT VII.8/94–[6])Trong đó:

 R: Hằng số khí, R=288J/kg.0K;

 M: khối lượng không khí,M= 29 kg/kmol

 B,pb: áp suất khí trời và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí, N/m2

 T: nhiệt độ của không khí,0K

2.3 TÍNH THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY

2.3.1 Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):

Trạng thái không khí ngoải trời được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặpthông số (to, ϕ0) Chọn A có : to =260C và ϕ0 = 81% (do bắp được trồng nhiều vụ trong nămnên tính theo mùa mưa, ít nắng đề thiết bị làm việc tốt quanh năm nên ta chon nhiệt độkhông khí trung bình năm ở Đồng Nai từ 250C-270C và độ ẩm tương đối của không khítrung bình từ 80-82%

 Áp suất hơi bảo hòa

2.3.2 Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B)

Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 =d0) đếntrạng thái B( d1,t1) Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng quay

Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy , do tính chất của vật liệusấy và quy trình công nghệ quy định Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấphơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột Do ngô là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm của vậtliệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột bị hồhóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từlong vật liệu ra ngoài

Ngô được sấy nhằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp,

 Thể tích riêng

V1’ = = = = 0,990 (m3/kgkkk)

2.3.3 Thông số trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy(C).

Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị để thực hiện quá trình sấy lýthuyết(I1= I2), trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C(t2,ᵩ2)

Nhiệt của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất do tác nhân sấymang đi là bé nhất, nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa là tránh trạng thái Cnằm trên đường bảo hòa Đồng thời, độ chứa ẩm của tác nhân sấy tại C phải nhỏ hơn độ ẩmcân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại

Với, Enthalpy:I1=I2=101,263 kj/kgkk

Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là t2=350C

 Áp suất hơi bảo hòa

Bảng 5 Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết

Đại lượng Trạng thái không

khí ban đầu(A)

Trạng thái không khívào thiết bị sấy (B)

Trạng thái không khí rakhỏi thiết bị sấy (C)

 Lượng hơi ẩm bốc trong 1 giờ

2.5 CÂN BẰNG NÂNG LƯỢNG CHO THUYẾT BỊ SẤY LÝ THUYẾT:

Người ta gọi thiết bị sấy lý tưởng là thiết bị sấy thỏa mản các điều kiện sau đây:

 Nhiệt lượng bổ sung QBS=0

 Tổn thất nhiệt qua các kết cấu bao che QBC=0

 Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải QCt=0

 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi QV=0

 Chỉ có tổn thất do tác nhân sấy mang đi

Do không có nhiệt lượng bổ sung và các loại tổn thất nên nhiệt lượng cần thiết đểbốc hơi ẩm trong vật liệu sấy được lấy ngay chính nhiệt lượng của tác nhân sấy và sau đó

ẩm dưới dạng hơi lại quay trở lại tác nhân và mang trả lại cho tác nhân một nhiệt lượngđúng bằng thế, nhiệt lượng này thể hiện dưới dạng nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt vật lý của hơinước Vì vậy người ta xem quá trình sấy lý tưởng là quá trình đẳng entanpy Đây là đặctrưng cơ bản của quá trình sấy lý thuyết

Giả sử lượng khí vào ra thiết bị sấy là không đổi, kí hiệu là : L 0 (kg/h)Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:

2 2 2

0 1 1 1

 Lượng không khí khô cần thiết

2.6 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ SẤY THỰC:

Một thiết bị sấy ngoài tổn thất do tác nhân sấy mang đi còn có thề có nhiệt lượng bổsung QBS và luôn luôn tồn tại tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che QBC, tồn thấtnhiệt do thiết bị sấy chuyển tải và tổn thất nhiệt lượng do vật liệu sấy mang đi QV.

Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không có thiết

bị chuyển tải, dó đó QBS=0, QCT=0

Nhiệt lượng đưa vào hệ thống sấy gồm:

 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorifer: L(I1-I2)

 Nhiệt lượng bổ sung QBS

 Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang vào : GCTCCTtCT1

 Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang vào: [(G1-W)CV1+WCa]tV1

Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:

 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi L(I2-I0)

 Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che: QBC

 Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang ra : GCTCCTtCT2

 Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang ra: G2CV2tV2.

Với:

 tV1: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường: tv1 = to =

26oC

 tV2: nhiệt độ cuối cùa vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy:

 tv2 = t2 – (50C) = 35 – 5 = 30oC , ta chọn nhỏ hơn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy

3-50C

Cv1 = Cv2 = Cv: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy là nhưnhau Ở đây nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở ω2 =13%

Cv = Cvk(1-ω2) + Ca ω2,kJ/kgoK (CT 7.40/141-[1])

Với:

 Ca: nhiệt dung riêng của ẩm, Ca=Cn=4,18KJ/kg0K

 Cvk=1,45(kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của vật kiêu khô

Q = L(I1-I0)= L(I2-I0) + QV +QBC - WCatV1 (Với QCT và QBS = 0)Xét cho 1 kg ẩm cần bốc hơi:

 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che

Tổn thất nhiêt qua cơ cấu bao che hay qua môi trường QBC thường chiếm khoảng 5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích QBC=(0,03-0,05)Qhi

3-Trong đó : Qhi: là nhiệt hữu ích cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu:

Qhi = W.[rtv1 + Ca(t2 – tv1)]

Với rtv1: ẩn nhiệt hóa hơi chủa nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vảo, rtv1=2500 kJ/kg

 Qhi= 80,689[2500 + 1,842 (35 – 26)] = 203060,162 (kJ/h)

QBC = 0,03.Qhi= 0,03 x 203060,162 = 6091,805 (kj/h)

qBC = = = 75,497 (kj/kg ẩm)Đặt :nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho quá trình sấy thực, là đại lượng đặc trưng cho sự sai khác giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết

 Quá trình sấy ly thuyết: ∆ = 0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:

 Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I1(vậy đường sấy thực

tế nằm dưới đường sấy lý thuyết)

Từ đó ta xác định lại các tính chất của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy

I2 = I1 + Tuy nhiên vì chưa biết l nên ta xác định độ chứa ẩm d2 trước thông qua t2 đã biết:

 Độ chứa ẩm của tác nhân sấy

d2 = (CT 7.31/138–[1])Trong đó:

 Áp suất hơi bảo hòa

: Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy,

 V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy (m3/h)

 V2 = L.v2 = 9721,566.0,942 = 9157,715 (m3/h)

Chọn: hệ số chứa β

= 25%, vận tốc ω

=3 m/s

 Kiểm tra lại tốc độ tác nhân sấy

Ta có t1 = 500C => (Tra bảng I.255 trang 318-[6])

Sai số nhỏ nên vẫn chấp nhận = 2,99 (m/s) (lấy tròn = 3 (m/s))

2.7.2 Chiều dài thùng sấy:

2.7.4 Cường độ bay hơi ẩm:

Ta có:

=

=

t V

W A

2.7.6 Thời gian lưu của vật liệu:

Thời gian lưu mà vật liệu lưu trú trong thùng sấy (thời gian vật liệu đi hết chiều dàicủa thùng sấy)

1 = = = 1,766 (h) = 105,975 (phút) Với v

 n’: số vòng quay của thùng

 L: là chiều dài của thùng

 α : Góc nghiêng của thùng quay, độ Thường góc nghiêng của thùng dài là 2.5-30, còn thùng ngắn đến 60, chọn α =3 0⇒ tgα = 0,0524

 m : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m = 0,5

 k : Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, k = 0,65

 τ1 : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay, phút

 = = 0,365 (vòng/phút) (trang 122-[7])

2.7.8 Tính bề dày cách nhiệt của thùng

Máy sấy có thề có hay không lớp cách nhiệt, để tránh nhiệt trong máy sấy mất mát nhiều và để đảm bảo nhiệt độ bên ngoài thùng sấy có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy

a) Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy

Bảng 7 Các hệ số của không khí bên trong thùng sấy.

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Tài liệu tham

Có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên Vậy, quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân

sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống có

50

<

D L

Chuẩn số Nusselt

b) Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanhα2

Bảng 8 Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Tải liệu tham

khảo Giá trị

2 Hệ số dẫn nhiệt o W/m.oK Phụ lục 6/350[1] 0,02622

3 Độ nhớt o Ns/m2 Phụ lục 6/350[1] 1,83.10-5

4 Áp suất hơi bảo hòa pb bar (2.3) 0,0335

5 Khối lượng riêng o kg/m3 Phụ lục 6/350[1] 1,189

Do hệ số dẩn nhiệt của thép lớn nên nhiệt độ xem như không đổi khi truyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ.

Sơ đổ truyền nhiệt:

Giá trị chọn(

m)

Vật liệu

Hệ số dẫn nhiệt

0,05

:ε −

= 0,8-1 => Chọn 1 2

:ε−

=0,8 = = 5,7 = 5,7.0,8 = 5,1 (W/m2.K)

Hệ số cấp nhiệt chung:

)./(112,71,50131,

2 2 2

K m W

=+

c) Hệ số truyền nhiệt K

Hệ số truyền nhiêt K đối với tường hình ống có chiều dày không dày lắm so vớiđường kính:

150

005,005,0

01,050

008,0282,81

1

11

1

2 2

3 1 1

K m W

K

i i i

=+

++

+

=

++

=

∑

= λ α

δα

Tính bề mặt truyền nhiệt F

Đường kính trung bình của máy sấy:

)(219,12

238,12,1

D D

219,1 25,7.219,1

4

2

2 2

2

m

D L

D

T tb

=+

=

+

=

ππ

ππ

Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài tb

 t2đ, t2c: nhiệt độ môi trường xung quanh, , t2đ = t2c = to = 26oC

Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy:

đ t

∆

= t1đ – t2đ = 55 – 26 =29 (oC)

c t

∆

= t1c – t2c = 35 – 26 = 9 (oC)Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài:

29ln

929ln

c đ tb

t t

t t t

(0C)

Tính nhiệt lượng mất mát ra xung quanh:

Xem nhiệt truyền tử bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đến môi trường bênngoải là ổn định Lượng nhiệt đó chính là nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanhkhi bốc hơi 1 kg ẩm qxq Đối với máy sấy thùng quay thì lượng nhiệt mất mát ra môi trườngxung quanh này cũng là nhiệt tồn thất qua cơ cấu bao che qBC

Theo phương trình truyền nhiệt:

43,47759

,82.1000

3600.093,17.45,29.166,2

xq

(J/kg ẩm)

Kiểm tra bề dày thùng:

Vật liệu chế tạo thùng chọn là CT3, có các tính chất sau:

Bảng 10 Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng

1 Ứng suất tiêu chuẩn [σ*] N/mm2 140

133140.95,0].[

]

(N/mm2)

Xét

25128895

,0.10.10.81,9

133

][

10.81,9.2,1]

[2

h

T

ϕσ

Giátrị(mm)

C3 = 0,8 mm Theo bảngXIII.9/364–[6])