Thiết kế hệ thống băng tải sấy thóc 350 kg giờ

MỞ ĐẦU Lương thực là vấn đề quan trọng đối với con người cũng như là đối với mỗi quốc gia. Vì vậy, việc xác định bảo quản an toàn lương thực là một trong những nhiệm vụ trọng tâm xuyên suốt nhằm phục vụ những yêu cầu cấp bách của đất nước, góp phần bình ổn giá cả thị trường. Sản lượng lương thực, thực phẩm hàng năm không những đủ dùng mà còn xuất khẩu đi nhiều nước trên thế giới. Các loại lương thực, thực phẩm đều dễ bị hư hỏng ở điều kiện khí hậu bình thường. Do đó muốn bảo quản lương thực, thực phẩm được lâu dài để có thể dễ dàng vận chuyển đi xa thì không còn cách nào khác là chúng ta phải sấy khô hoặc ướp lạnh lương thực, thực phẩm sau đó bảo quản ở môi trường thích hợp. Trong nông nghiệp, sấy là quá trình làm giảm độ ẩm của hạt đến mức an toàn để tồn trữ. Sấy là một hoạt động sau thu hoạch quan trọng nhất trong chuỗi hoạt động sau thu hoạch. Nếu hoạt động sấy bị chậm trễ hoặc sấy không hoàn toàn (chưa đạt dến thủy phần an toàn cho bảo quản) lúa sẽ bị giảm chất lượng và dẫn đến mất mát sau thu hoạch. Sấy và bảo quản là các quá trình có quan hệ với nhau. Đôi khi, hai quá trình này được kết hợp với nhau trong một phần thiết bị (sấy bảo quản). Bảo quản hạt được sấy tới độ ẩm cao hơn độ ẩm chấp nhận được sẽ dẫn đến thất bại bất kể bảo quản bằng cách nào. Thủy phần của hạt càng thấp, thời gian bảo quản càng được kéo dài. Vì vậy, chúng ta cần phải thiết kế hệ thống sấy để đưa độ ẩm của lúa xuống độ ẩm an toàn tránh tổn thất về mặt chất lượng và số lượng trong quá trình bảo quản.

MỞ ĐẦU

Lương thực là vấn đề quan trọng đối với con người cũng như là đối vớimỗi quốc gia Vì vậy, việc xác định bảo quản an toàn lương thực là một trongnhững nhiệm vụ trọng tâm xuyên suốt nhằm phục vụ những yêu cầu cấp báchcủa đất nước, góp phần bình ổn giá cả thị trường Sản lượng lương thực, thựcphẩm hàng năm không những đủ dùng mà còn xuất khẩu đi nhiều nước trên thếgiới Các loại lương thực, thực phẩm đều dễ bị hư hỏng ở điều kiện khí hậu bìnhthường Do đó muốn bảo quản lương thực, thực phẩm được lâu dài để có thể dễdàng vận chuyển đi xa thì không còn cách nào khác là chúng ta phải sấy khôhoặc ướp lạnh lương thực, thực phẩm sau đó bảo quản ở môi trường thích hợp.Trong nông nghiệp, sấy là quá trình làm giảm độ ẩm của hạt đến mức an toàn đểtồn trữ Sấy là một hoạt động sau thu hoạch quan trọng nhất trong chuỗi hoạtđộng sau thu hoạch Nếu hoạt động sấy bị chậm trễ hoặc sấy không hoàn toàn(chưa đạt dến thủy phần an toàn cho bảo quản) lúa sẽ bị giảm chất lượng và dẫnđến mất mát sau thu hoạch

Sấy và bảo quản là các quá trình có quan hệ với nhau Đôi khi, hai quátrình này được kết hợp với nhau trong một phần thiết bị (sấy bảo quản) Bảoquản hạt được sấy tới độ ẩm cao hơn độ ẩm chấp nhận được sẽ dẫn đến thất bạibất kể bảo quản bằng cách nào Thủy phần của hạt càng thấp, thời gian bảo quảncàng được kéo dài Vì vậy, chúng ta cần phải thiết kế hệ thống sấy để đưa độ ẩmcủa lúa xuống độ ẩm an toàn tránh tổn thất về mặt chất lượng và số lượng trongquá trình bảo quản

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Nguồn gốc, thành phần và tầm quan trọng của thóc

Lúa là nguồn lương thực chính của gần một nửa dân số trên trái đất Lúađược trồng nhiều ở khu vực Đông Nam Á Về diện tích đất canh tác lúa hàng thứhai sau lúa mỳ nhưng về năng xuất của lúa là loại cao nhất

Cấu tạo của hạt thóc gồm: Vỏ hat, lớp alơrôn, nội nhủ, phôi Các lớp ngoài

và vỏ trong của gạo lột chiếm khoảng 4-5% khối lượng của hạt, lớp tế bào alơronchiếm khoảng 2-3%, nội nhủ chiếm tỉ lệ 65-67%

Thành phần hóa học của hạt lúa gồm chủ yếu là tinh bột, protein,xenlulose Ngoài ra trong hạt lúa còn chứa một số chất khác với hàm lượng íthơn so với 3 thành phần kể trên như: đường, tro, chất béo, sinh tố Thành phầnhóa học của hạt lúa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, đất đai trồng trọt, khíhậu và chế độ chăm sóc Cùng chung điều kiện trồng trọt và sinh trưởng

Thành phần hóa học của hạt lúa:

Khi mới thu hoạch về lúa thường có độ ẩm cao nên một số giống lúa cóthể nảy mầm, men mốc và nấm dễ phát triển, làm hư kém phẩm chất của thócgạo Độ ẩm trung bình của thóc khi mới thu hoạch 20- 27% Để lúa không bị hưhại hoặc giảm phẩm chất, thì trong vòng 48 tiếng sau khi thu hoạch phải làm khôlúa đạt độ ẩm 20%

Theo thống kê, độ ẩm an toàn của hạt thóc cho bảo quản phụ thuộc vàotình trạng thóc, khí hậu cũng như điều kiện bảo quản Khi thóc có độ ẩm 13-14% có thể bảo quản được từ 2-3 tháng, nếu muốn bảo quản hơn 3 tháng thì độ

ẩm của thóc tốt nhất từ 12- 12,5% Độ ẩm thóc, công nghệ sấy cũng ảnh hưởngtới hiệu suất thu hồi gạo và tỷ lệ gạo trong quá trình xay xát, độ ẩm thích hợpcho quá trình xay xát từ 13- 14%

Ngoài ra, thóc là một loại vật liệu yêu cầu sấy ở chế độ mềm vì tính bềnchịu nhiệt của thóc rất kém, không cho phép nâng nhiệt độ đốt nóng hạt lên cao.Nguyên nhân là sự hình thành các vết nứt của nội nhủ do trong quá trình sấy độ

ẩm của lớp ngoài hạt giảm nhanh, tạo nên trạng thái căng thể tích của phần trungtâm, khi tăng nhiệt độ làm cho sức căng đó vượt quá độ bền chắc của hạt thì tạonên các vết nứt Các vết nứt xuất hiện theo các vách protein ngăn cách giữa cáchạt tinh bột.

Do đó khi thiết kế hệ thống sấy ta cần xác định rõ thông số của tác nhânsấy phù hợp cho thóc, để thóc được bảo quản lâu, chất lượng tốt và lượng phếphẩm khi xay xát thấp

Ở Việt Nam, lúa gạo là nguồn lương thực chính không thể thiếu trong đờisống con người Lúa còn là nguyên liệu để sản xuất tinh bột, sử dụng nhiều trongcác ngành công nghiệp thực phẩm Lúa cũng được làm thức ăn gia súc, gia cầm

Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ hai thế giới về lượng gạo xuất khẩutrên thế giới, và tiếp tục đẩy mạnh việc xuất khẩu gạo sang các nước trên thếgiới Đây là một trong những nguồn thu ngoại tệ chính của dất nước

1.2 Sơ lược về quâ trình sấy

Sấy lă quâ trình tâch ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương phâp nhiệt Kết quảquâ trình sấy lă hăm lượng chất khô trong vật liệu tăng lín Hay quâ trình sấy lăquâ trình không khí có độ ẩm tương đối thấp hoặc không khí nóng tiếp xúc vớihạt Trong quâ trình không khí sẽ lấy ẩm từ hạt Kết quả lă thủy phần của hạtgiảm

Thủy phần tồn tại trong hạt nông sản ở hai dạng: ẩm bề mặt vă ẩm bíntrong Ẩm bề mặt bay hơi ngay sau khi tiếp xúc với không khí nóng Quâ trìnhbay hơi của ẩm bín trong chậm hơn do nó phải trải qua hai giai đoạn: giai đoạn

di chuyển từ bín trong nội nhũ ra ngoăi bề mặt vă giai doạn chuyển ẩm từ bề mặt

ra không khí xung quanh Vì vậy, tốc độ thoât ẩm của ẩm bề mặt vă ẩm bíntrong lă khâc nhau Kết quả lă tốc độ sấy (tốc độ giảm thủy phần của hạt) trongquâ trình sấy thay đổi

Để thực hiện quâ trình sấy, người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết

bị như: thiết bị sấy ( buồng sấy, hầm sấy, thiết bị sấy kiểu băng tải, mây sấythùng quay, sấy phun, sấy tầng sôi, mây sấy trục … ), thiết bị đốt nóng tâcnhđn, quạt, bơm vă một số thiết bị phụ khâc, …

Trong đồ ân năy em tính toân vă thiết kế thiết bị sấy kiểu băng tải Mâysấy băng tải lă mây sấy đa năng nhất được sử dụng để sấy nhiều loại sản phẩmvới kích cỡ, cấu tạo vă hình dạng khâc nhau Nhìn chung loại mây sấy năy thíchhợp để sấy vật liệu dạng hạt có đường kính từ 1 – 50mm, không thích hợp để sấyvật liệu măng vă huyền phù đặc

Với câc yíu cầu về chất lượng sản phẩm sử dụng thiết bị sấy kiểu băng tảivới nhiều băng tải lăm việc liín tục với tâc nhđn sấy lă không khí nóng

Vật liệu sấy được cung cấp nhiệt bằng phương pháp đối lưu Ưu điểm củaphương thức sấy này là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, sản phẩm được sấy đều, tốc độcủa không khí đi qua phòng sấy lớn, năng suất khá cao, hiệu quả, có thể thựchiện sấy cùng chiều, chéo chiều hay ngược chiều

1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ:

Vật liệu vào

Hơi nước

Không khí

Vật liệu raHơi nước bão hòa

Chú thích: 1- quạt đẩy

2- calorife3- phòng sấy4- cyclon

5- quạt hút

Thuyết minh quy trình công nghệ

Do thóc là loại vật liệu sấy ở dạng hạt nên thiết bị sấy thích hợp là sấybăng tải làm việc liên tục với tác nhân sấy là không khí nóng Vật liệu sấy đượccung cấp nhiệt theo phương pháp đối lưu

Thiết bị sấy kiểu băng tải gồm một phòng sấy hình chữ nhật trong đó có một hay vài băng tải chuyển động nhờ các tang quay, các băng này tựa trên các con lăn để khỏi bị võng xuống Băng tải làm bằng lưới kim loại, không khí được quạt 1 đưa vào đốt nóng trong Caloripher 2 rồi cho vào phòng sấy tại IV Vật liệu sấy chứa trong phễu tiếp liệu, đưa vào phòng sấy 3 tại I, giữa hai trục lăn để

đi vào băng tải trên cùng Nếu thiết bị có một băng tải thì sấy không đều vì lớp vật liệu không được xáo trộn do đó loại thiết bị có nhiều băng tải được sử dụng rộng rải Vật liệu từ băng trên di chuyển đến đầu thiết bị thì rơi xuống băng dưới chuyển động theo chiều ngược lại cuối cùng vật liệu khô đổ vào ngăn tháo III Không khí nóng đi chéo dòng với chiều chuyển động của băng Do đó lượng không khí nóng và thóc tiếp xúc với nhau rất lớn làm cho lượng ẩm được tách ra triệt để hơn Không khí sau khi ra khỏi phòng sấy tạiII có lẫn bụi và các tạp chấtkhác được thu hồi ở xyclon 5, không khí sau khi làm sạch đươc quạt 6 đẩy ra ngoài

Chương 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 2.1 Các số liệu ban đầu

-Năng suất tính theo sản phẩm : G = 350 (kg/h)

-Độ ẩm vật liệu vào : W1 = 25%

-Độ ẩm vật liệu ra : W2 =14.5%

-Nhiệt độ sấy cho phép : t1 = 72oC suy ra p1bh =0.348 (at)

( bảng I 250.STQTTB I / Trang 313)

-Nhiệt độ ra của tác nhân sấy : t2 = 47oC suy ra p2bh = 0.109(at)

-Chất tải nhiệt : hơi nước bão hòa

-Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiệt bị sấy ở Huế nên ta chọn nhiệt độ

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

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

W1, W2 : Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo % khối lượngvật liệu ướt

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

L : Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (Kg/h)

xo : Hàm ẩm của không khí trước khi vào caloripher sưởi (Kg/Kgkkk)

x1, x2 : Hàm ẩm của không khí trước khi vào mấy sấy (sau khi đi quacaloripher sưởi) và sau khi ra khỏi mấy sấy,(Kg/Kgkkk)

- Hàm ẩm của không khí được tính theo công thức sau:

( Công thức 16-3/sách QTTBII-156)

Thay số vào ta có

Nhiệt lượng riêng của không khí trước khi vào calorife

I0=Ckkk*t0+x0*ih

= Ckkk*to+(r0+Ch*t0)x0 (Công thức 16-4/sách QTTBII trang 156)

Ckkk: nhiệt dung riêng của không khí J/kg độ

Ckkk=103 J/kg độ

to: nhiệt độ của không khí to=25 0 C

Ch: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở r0 t0 J/kg

- Nhiệt lượng riêng của hơi nước ở t0 được tính theo công thức:

Ih=Ch*T0+r0=(2493+1,97 t0)*103 J/kg ( sách QTTB2-156)

Trong đó ro:2493*103:Nhiệt lượng riêng của hơi nước 00c

Ch=1.97*103: nhiệt dung riêng của hơi nước J/kg độ

I0=(1000+1,97*103 x0)T0+2493*103x0 J/kgKKK

= 65,17*103 j/kgkkk =65,17 kJ/kgkkk Trạng thái của không khí sau khi

đi khỏi calorife ( sổ tay QTTBT-312) T1=720c P1bh = 0,348 at khi đi qua

calorife không khí chỉ thay đổi nhiệt độ còn hàm ẩm không thay đổi

2.3.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy:

Trong quá trình sấy ta xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu, lượng không khí khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong suốt quá trình sấy

G1: lượng vật liệu trước khi sấy

G2: lượng vật liệu sau khi sấy

Gk: lượng vật liệu khô tuyệt đối

Lượng vật liệu khô tuyệt đối: Gk

= 350 = 56 ( kg/h).

Lượng vật liệu trước khi vào phòng sấy:

G1 = G2+ W= 350+ 56 = 406 ( kg/h)

2.3.2 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy:

Cũng như vật liêu khô, coi như không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấykhông bị mất mát trong suốt quá trình sấy Khi qua quá trình làm việc ổn địnhlượng không khí đi vào máy sấy mang theo lượng ẩm là: Lx1

Sau khi sấy xong lượng ẩm bốc ra khỏi vật liệu là W do đó không khí cóthêm lượng ẩm là W

Nếu lượng ẩm trong không khí ra khỏi máy sấy là L*x2 thì có phươngtrình cân bằng: L.x1 + W = L.x2 (728-QTTB4-290)

L = = = 5490,19 ( kg/h )

L: Là lượng không khí tối thiểu khô cần thiết để làm bốc hơi W kg ẩmtrong vật liệu ta lại có t0=250C,ứng với  =1,185 kg/m3 (phục lục 6 tính toán

và thiết kế hệ thống sấy Trần Văn Phú)lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trướckhi vào calorife:

V= = =46,33(m3/h)

Lượng không khí cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong vật liệu là; l

l = = (kg/kg ẩm)

Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm vật liệu:

Các thông số Trước khi vào

caloripher Sau khi ra khỏicaloripher Sau khi ra khỏiphòng sấy

Chương 3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG VÀ TÍNH

TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 3.1 Các thông số về thiết bị sấy

e Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy

Vtb = = = 5341,13(m3/h)

3.1.2 Chọn kích thước của băng tải

Chọn kích thước băng tải;

Gọi :Br: Chiều rộng lớp băng tải (m)

H : Chiều dày lớp thóc (m) lấy h=0,02(m)

w : Vận tốc băng tải chọn w=0,4 m/phút

: Khối lượng riêng của thóc =500 kg/m3

- Năng xuất quá trình sấy:

Gọi Lb:chiều dài băng tải (m)

Ls:chiều dài phụ thêm;Ls= 1,2 (m)

T : Thời gian sấy, chọn T= 0,5h

+Ls (trang 121 sổ tay QTTBII)

+1,2 = 12 (m)

- Ta chọn số băng tải là i = 2

 chiều dài mỗi băng tải Lb= =6 (m)

Đường kính băng tải d=0,3 (m)

3.1.3 Chọn vật liệu làm phòng sấy

- Chiều dài Lh= Lb+2Lbs = 6+2*0,5 = 7(m)

(sách tính toán và thiết kế hệ thống sâý trang 191 Trần Văn Phú)

- Chiều cao khoảng cách giữa 2 băng:

Hh= i*dbăng+(i-1)d+2dbs

= 2*0,3+0,5+2*0,5= 1,7

- Chiều rộng : Bh= B+2Bbs=0,8+2*0,3 = 1,4 (m)

Kích thước phủ bì:

- Tường xây bằng gạch, bề dày gạch = 0,2 m

+ Tường được phủ lớp cách nhiệt = 0,02 m

- Trần đổ bê tông dày = 0,17 m

+ Lớp cách nhiệt = 0,07 m

+ Lớp bê tông dày = 0,1 m

+ Chiều dài của hầm L= 7+ 2*( 0,04+0,2 ) = 7,48m

+ Chiều rộng của hầm B = 1,4 + 2*( 0,04+0,2 ) = 1,88 m

+ Chiều cao của hầm H =1,7 + 0,17 + 0,02 = 1,89 m

3.1.4.Vận tốc chuyển động của không khí và chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy.

a.Vận tốc của không khí trong phòng sấy

( tính toán và thiết kế hệ thống sấy trang 198)

= 1,45 m/s

b.Chế độ chuyển động của không khí

Re = (Công thức V.36 sách QTTBII trang 35)

Re : là hằng số Reynol đặc trưng cho chế độ chảy của dòng

ltđ : Đường kính tương đương

Nhiệt độ trung bình của không khí trong phòng sấy

-Từ nhiệt độ trung bình này tra bảng phụ lục 6 Trang 350 sách '' tính toán

và thiết kế hệ thông sấy ''

Re =Với:

Vậy Re = 5,05*10 chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy

t2 = 47-25 = 220C

3.2 Cân bằng nhiệt lượng

3.2.1 Lượng nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang ra :

Trong nông sản, nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt

độ tác nhân sấy tương ứng từ (5 10 0C ) trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy vàtác nhân sấy chéo dòng nên tvl =t1 - ( 5 vì vậy ta lấy tvl = 72-10 =62 0C

qvl =

tvlđ =250C

tvlc =620CNhiệt dung riêng của thóc ra khỏi hầm sấy

qc1: tổn thất nhiệt qua cửa.

qn: tổn thất nhiệt qua nền

3.2.2.1 Lượng nhiệt tổn thất qua tường:

( CT 1.97 sách Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm - tập 3 Phạm Xuân Toản)

Trong đó:

t2 = 720C: nhiệt độ tác nhân sấy trong thiết bị

t1 = 470C: nhiệt độ không khí ngoài môi trường

W = 56 (kg): lượng ẩm bay hơi

kt1: hệ số truyền nhiệt qua tường

kt1 = ( Công thức T V.5 sổ tay QTTBII) Với:

= 0,01 (m): chiều dày lớp vữa

= 0,2 (m): chiều dày lớp gạch

= 1 (W/m2.0C): hệ số dẫn nhiệt của vữa

= 0,75 (W/m2.0C): hệ số dẫn nhiệt của gạch

: hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến tường

: hệ số cấp nhiệt từ tường đến môi trường

Lưu thể nóng ( không khí) chuyển động trong phòng do đối luu tự nhiên ( vì có sự chênh lệch nhiệt độ) và cưỡng bức ( quạt) không khí chuyển đông xoáy

do Re>104

Tính :

= A( + ) Trong đó:

A: hệ số phụ thuộc chế độ chuyển động của không khí Khi chuyển động xoáy và tường nhám thì A = 1,2 – 1,3.

= 0,0289 (W/m2.độ) ( Bảng I.255, sổ tay QTTB I)

: chuẩn số Nuselt

Đối với không khí ta có công thức sau:

= 0,008Re0,9*Pr0,4 ( Công thức 1.34 sách Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm - tập 3 Phạm Xuân Toản)

Trong đó:

Pr: chuẩn số Prandtl theo ttb = 59,50C của tác nhân sấy

Pr = 0,6984 ( Bảng I.255, sổ tay QTTBI )

Re: chuẩn số Renon

Re = 5,05*104

=> = 0,008Re0,9*Pr0,4

= 0,008*(5,05.104)0,9*0,69840,4 = 118,49

- Tính :

( Trang 23 sổ tay QTTBII)

Trong đó:

H: chiều dài thiết bị H = 1.89m

: hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình

= 0,0289 (W/m2.0C) ( Bảng I.255, sổ tay QTTBI )

: chuẩn số Nuselt

Đối với không khí ta có công thức sau:

= 0,47Gr0,25 ( CT 1.29 sách Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm - tập 3 Phạm Xuân Toản)

Gr: chuẩn số Grashof

( Công thức V.39 sổ tay QTTBII)

Trong đó:

tT1: nhiệt độ tường tiếp xúc với tác nhân sấy, chọn tT1 = 51,250C

tm: nhiệt độ màng của tường

0C

: hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy và nhiệt độ của tường tiếp xúc với tác nhân sấy