: Tìm hiểu, phân tích và xây dựng hệ thống đo lường và điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản dạng hạt

Như vậy, quá trình bốc hơi nước ra không khíxung quanh phụ thuộc vào cả Pm và Pk, trong đó Pm phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩmban đầu của vật liệu và tính chất liên kết của nước trong v

BỘ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ 4

PHẦN 1 SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG SẢN DẠNG HẠT 4

1.1 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH SẤY 4

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY 8

1.2.1 Sấy tự nhiên 8

1.2.2 Sấy nhân tạo 9

1.3 HỆ THỐNG SẤY NÔNG SẢN DẠNG HẠT 9

1.3.1 Tiêu chuẩn sấy các loại hạt 9

1.3.2 Yếu tố tác động đến quá trình sấy 10

1.4 KẾT LUẬN VÀ GIẢI PHÁP 11

PHẦN 2 DỰ KIẾN & THIẾT KẾ SƠ BỘ VỀ HỆ THỐNG SẤY 12

1.1 DỰ KIẾN CÁC THIẾT BỊ CẦN THIẾT CHO HỆ THỐNG 12

1.1.1 Buồng sấy 12

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG THỰC HIỆN 13

2.1 YÊU CẦU CHUNG CỦA ĐỀ TÀI 13

2.2 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 14

2.2.1 Phương pháp sấy kiểu tháp 14

2.2.1.1 Giới thiệu hệ thống : 14

2.2.1.2 Ưu & Nhược điểm : 15

2.2.2 Phương pháp sấy vỉ ngang 16

2.2.2.1 Giới thiệu hệ thống 16

2.2.2.2 Ưu & nhược điểm 17

2.2.3 Kết luận 17

2.3 DỰ KIẾN LẮP ĐẶT CÁC THIẾT BỊ 18

2.3.1 Bộ gia nhiệt 18

2.3.1.1 Sử dụng điện trở sấy 18

2.3.1.2 Gia nhiệt bằng chất đốt 19

2.3.2 Hệ thống thông gió và động cơ quạt 19

2.3.2.1 Hệ thống thông gió 19

2.3.2.2 Động cơ 20

2.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BÁO HIỆU 21

2.4.1 Lựa chọn cảm biến 21

2.4.1.1 Cảm biến nhiệt độ 21

2.4.1.2 Cảm biến độ ẩm 26

2.4.2 Bộ điều khiển 30

2.4.2.1 PLC S7 – 1200 30

2.4.2.2 Arduino UNO R3 33

2.4.3 Các phương pháp điều khiển nhiệt độ 34

2.4.3.1 Điều khiển ON – OFF 34

2.4.3.2 Điều khiển bằng khâu tỉ lệ 34

2.4.3.3 Điều khiển bằng PID số 35

2.4.3.4 Điều khiển bằng khâu vi phân tỷ lệ PD 35

2.5 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CẢM BIẾN 36

2.5.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 36

2.5.1.1 Một số thông số chính của LM35: 36

2.5.1.2 Thông số của cảm biến LM35: 36

2.5.1.3 Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35: 37

2.5.1.4 Sai số của LM35: 37

2.5.1.5 Phương pháp, vị trí lắp đặt Cảm biến LM35 38

2.5.2 Cảm biến độ ẩm HS1101 39

2.5.2.1 Thông số của cảm biến HS1101: 40

2.5.2.2 Đặc điểm 40

40

2.5.2.3 Nguyên lý làm việc 40

2.5.2.4 Phương pháp, vị trí lắp đặt cảm biến HS1101 42

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN 43

3.1 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 43

3.2 HẠN CHẾ 44

3.3 BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 44

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ

PHẦN 1 SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG SẢN DẠNG HẠT

1.1.1 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH SẤY

Sấy là quá trình nước từ vật liệu ẩm khuếch tán, bốc hơi ra không khí xung quanh

nó Quá trình này được thực hiện do sự chênh lệch áp suất hơi nước ở bề mặt của vật liệu

và môi trường xung quanh Để làm cho lượng ẩm trên bề mặt sản phẩm bốc hơi cần cóđiều kiện:

Pm >Pk

Pm – Pk = ΔP P

Pm : áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu

Pk : áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí

ΔP P: Động lực của quá trình sấy

Trị số ΔP P càng lớn thì lượng ẩm chuyển sang môi trường xung quanh càng mạnh vàquá trình sấy được thực hiện nhanh hơn Như vậy, quá trình bốc hơi nước ra không khíxung quanh phụ thuộc vào cả Pm và Pk, trong đó Pm phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩmban đầu của vật liệu và tính chất liên kết của nước trong vật liệu, còn Pk phụ thuộc chủyếu vào lượng hơi nước có mặt trong không khí

Trong vật liệu ẩm nước tồn tại ở hai trạng thái: liên kết và tự do ở cả hai dạng ẩm

đó, nước đều có thể khuếch tán và bốc hơi ra không khí Nước liên kết do được giữ bởilực liên kết hoá học rất lớn nên rất khó bay hơi Nước này chỉ bay hơi khi vật liệu đượcđốt nóng ở nhiệt độ cao và trong quá trình bay hơi thường gây nên sự biến 3 liệu đượcđốt nóng ở nhiệt độ cao và trong quá trình bay hơi thường gây nên sự biến đổi cấu trúcphân tử của vật liệu

Do tính chất hút, nhả ẩm của vật liệu trong không khí nên giữa độ ẩm trong khôngkhí và trong vật liệu luôn có quá trình cân bằng động:

Nếu Pm > Pk thì lượng ẩm trên bề mặt sản phẩm bốc hơi vào trong không khí làmcho áp suất hơi trên bề mặt vật liệu Pm giảm xuống Từ trong vật liệu nước sẽ đượckhuếch tán ra bề mặt và bốc hơi thiết lập cân bằng mới giữa áp suất bề mặt và độ ẩm Độ

ẩm của vật liệu được giảm dần theo quá trình sấy Theo mức độ khô của vật liệu, sự bốc

hơi chậm dần và tới khi độ ẩm còn lại của vật liệu đạt tới một một giá trị nào đó, còn gọi

là độ ẩm cân bằng Wcb, khi đó ΔP P = 0, nghĩa là phương trình sấy dừng lại

Nếu Pm < Pk thì ngược lại vật liệu sẽ hút ẩm và quá trình này được gọi là quá trìnhhấp thụ nước, nó được diễn ra cho đến khi độ ẩm của vật liệu đạt tới trị số độ ẩm cânbằng thì dừng lại Quá trình nước từ vật liệu ẩm bay hơi, kèm theo sự thu nhiệt Vì thếnếu không có sự đốt nóng, cung cấp nhiệt từ ngoài vào thì nhiệt độ của vật liệu giảmxuống Khi nhiệt độ giảm sẽ làm giảm áp suất hơi trên bề mặt, dẫn đến làm chậm tốc độbốc hơi nước Do đó, muốn sấy nhanh, phải cung cấp lượng nhiệt từ ngoài vào để làmtăng nhiệt độ của vật liệu sấy Quy luật thay đổi độ ẩm được đánh giá bằng tốc độ sấy, đó

là tốc độ khuếch tán của nước từ vật liệu ra không khí Tốc độ sấy được xác định bằnglượng nước bốc hơi từ 1 m vật liệu ẩm trong một đơn vị thời gian:

Hình 1.1 Đồ thị quá trình sấy

Căn cứ vào sự biến thiên của tốc độ sấy, có thể chia quá trình sấy thành 2 giai đoạnchủ yếu: Giai đoạn 1 (tốc độ sấy không đổi) và giai đoạn 2 (tốc độ sấy giảm) Nếu căn cứtheo trình tự thời gian thì quá trình sấy được chia theo 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1 :

Làm nóng vật liệu, ứng với thời gian rất ngắn t liệu sấy từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độcao có thể bay hơi được ở giai đoạn này nhiệt độ vật liệu tvl tăng nhanh đồng thời tốc độsấy Us cũng tăng nhanh nhưng độ ẩm vật liệu wvl giảm không đáng kể (đoạn AB)

Giai đoạn 2 ( ứng với thời gian t1 ở giai đoạn này tốc độ sấy không đổi ) :

Toàn bộ nhiệt từ không khí truyền vào cho vật liệu dùng để bốc hơi nước Nhiệt độcủa vật liệu hầu như không đổi và bằng nhiệt độ hơi nước bốc ra, độ ẩm vật liệu giảmxuống rất nhanh (đoạn BC)

Tốc độ sấy không đổi là do trong vật liệu còn nhiều nước, lượng ẩm rời đến bề mặtvật liệu để bốc hơi tương ứng với lượng ẩm đã bốc hơi trên bề mặt Giai đoạn này chủyếu làm tách lượng nước tự do trong vật liệu, nước bay hơi ra khỏi bề mặt tương tự nhưkhi bay hơi từ mặt nước tự do

Giai đoạn 3 ( ứng với thời gian t2 ) :

Ở giai đoạn này tốc độ sấy giảm, độ ẩm của vật liệu cũng giảm dần (đoạn CD),trong khi đó nhiệt độ vật liệu tăng dần Giai đoạn này diễn ra cho đến khi vật liệu có độ

ẩm cân bằng (ứng với điểm D) thì tốc độ sấy bằng 0, quá trình sấy dừng lại

Nguyên nhân làm cho vận tốc sấy giảm là do vật liệu đã khô hơn, tốc độ khuếch tán

ẩm trong vật liệu nhỏ hơn tốc độ bay hơi nước trên bề mặt do phải khắc phục trở lựckhuếch tán, đồng thời trên bề mặt vật liệu được phủ một lớp màng cứng làm cản trở việcthoát ẩm Cuối giai đoạn này, lượng ẩm liên kết bền nhất bắt đầu được tách ra Nhiệtcung cấp một phần để nước tiếp tục bốc hơi, một phần để vật liệu tiếp tục nóng lên Nhiệt

độ vật liệu sấy được tăng lên cho đến khi vật liệu đạt được độ ẩm cân bằng thì nhiệt độvật liệu bằng nhiệt độ tác nhân sấy (tương ứng với điểm E) Vì vậy, ở giai đoạn này cầngiữ nhiệt độ tác nhân sấy (tương ứng với điểm E) Vì vậy, ở giai đoạn này cần giữ nhiệt

độ tác nhân sấy không vượt quá nhiệt độ cho phép của vật liệu Trong quá trình sấy khôsản phẩm, các tính chất sinh học, lý hoá, cấu trúc cơ học và các tính chất khác của sảnphẩm cần phải được giữ nguyên hoặc thay đổi rất ít, bởi vì những tính chất này có ýnghĩa quan trọng, xác định chỉ tiêu phẩm chất của nó Để đạt được những yêu cầu trêncần phải thực hiện đúng chế độ sấy, nghĩa là phải đảm bảo được giá trị thích hợp về nhiệt

độ, thời gian và tốc độ giảm ẩm đối với mỗi loại vật liệu và không được quá giới hạn chophép Vì vậy trong quá trình sấy cần chú ý một số đặc điểm sau: Nhiệt độ sấy cho phép lànhiệt độ tối đa chưa làm ảnh hưởng tới chất lượng của nó Nếu nhiệt độ cao các thànhphần dinh dưỡng có trong hạt bị biến đổi Protein trong hạt bị ngưng tụ, các chất bột bị

hồ hoá, dầu bị oxy hoá …, dẫn đến giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm, giảm sức nảymầm đối với hạt giống,… Yêu cầu kỹ thuật khi sấy là nhiệt độ hạt khi sấy không quá

6000C đối với hạt lương thực và 500C đối với hạt giống Khi độ ẩm đạt tới 25%, nhiệt độchất mang nhiệt cho phép có thể tới 700C khi độ ẩm hạt cao hơn 25%, nhiệt độ chất mangnhiệt không được quá 800C Tốc độ giảm ẩm cho phép là giới hạn tối đa của tốc độ giảm

ẩm trung bình chưa gây ra hư hỏng chất lượng của sản phẩm trong quá trình sấy Quátrình giảm ẩm khi sấy kèm theo những biến đổi tính chất vật lý, hoá học và cấu trúc sản

phẩm Ví dụ như: trọng lượng riêng, độ bền cơ học tăng, kích thước và hình dáng cũngbiến đổi gây ra sự co kéo, dịch chuyển giữa các bộ phận cấu trúc bên trong, biến dạngcấu trúc tế bào, phá vỡ các mô,… Nếu sấy với tốc độ quá nhanh, những biến đổi nói trênxảy ra mãnh liệt sẽ gây rạn nứt đối với những sản phẩm dạng hạt Từ đó làm giảm chấtlượng của sản phẩm, giảm độ an toàn khi bảo quản và giảm giá trị cảm quan,… Thời giansấy cho phép là thời gian được phép thực hiện quá trình sấy nằm trong giới hạn không dàitới mức làm giảm chất lượng hạt do nhiệt và không ngắn quá mức làm giảm chất lượnghạt do tốc độ giảm ẩm quá nhanh.

1.1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY

Để tách ẩm ra khỏi sản phẩm, người ta có thể dùng nhiều phương pháp khác nhaunhư: phương pháp cơ học (ép trên các máy ép hay máy ly tâm, hút ẩm bằng các máybơm), phương pháp hoá lý (dùng các chất hút ẩm canxi clorua, axit sunfuric, silicagen, )

và phương pháp nhiệt (tách ẩm trong vật liệu sang dạng hơi nhờ có tác dụng của nhiệt).Phương pháp tách ẩm bằng cơ học đơn giản và rẻ tiền nhất khó có thể tách hết đượclượng ẩm đạt yêu cầu bảo quản và thường làm biến dạng sản phẩm Sấy bằng hoá lý làphương pháp rất phức tạp, tốn kém và phải dùng các chất hấp thụ tương đối đắt tiền Vìvậy trong thực tế sản xuất phương pháp sấy bằng nhiệt được áp dụng có hiệu quả nhất Sấy bằng nhiệt được chia làm 2 phương pháp chủ yếu là : Sấy tự nhiên và Sấy nhântạo

1.1.2.1 Sấy tự nhiên

Sấy tự nhiên là phương pháp làm khô đơn giản nhất, được sử dụng rộng rãi trongnước ta Sấy tự nhiên được chia làm 2 loại bao gồm hong gió tự nhiên và phơi nắng

a Hong gió tự nhiên

Thường áp dụng cho trường hợp sản phẩm mới thu hoạch có độ ẩm cao với khốilượng không lớn Do có độ ẩm cao nên áp suất hơi nước trên bề mặt sản phẩm lớn hơn sovới áp suất hơi nước riêng phần trong không khí làm cho nước trong sản phẩm bốc hơi rabên ngoài Thời tiết càng khô ráo (áp suất hơi nước trong không khí càng thấp) thì tốc độbay hơi nước càng mạnh và ngược lại

 Kết luận : Khi độ ẩm tương đối của không khí quá lớn đặc biệt khi sương mù

thì việc hong gió sẽ không có hiệu quả

Đánh giá.

Ưu điểm là đơn giản, dễ dàng thực hiện, không tốn nhiều chi phí.

Nhược điểm là tốc độ bay hơi chậm, thời gian kéo dài và khó giảm được độ ẩm tớimức cần thiết để bảo quản

 Kết luận : Phương pháp này chỉ được áp dụng để làm giảm ẩm sơ bộ cho sản

phẩm mới thu hoạch khi chưa kịp phơi sấy để tránh sẩy ra thối mốc hay mọc mầm

Ưu điểm là đơn giản, tận dụng được nguồn năng lượng mặt trời có sẵn

Nhược điểm là luôn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, sản phẩm không được đồngđều, tốn nhiều công sức và không cơ khí hoá được

1.1.2.2 Sấy nhân tạo

Sấy nhân tạo được thực hiện nhờ có tác nhân sấy đốt nóng (khói lò hoặc khí…),chúng tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với vật liệu, đốt nóng và hút nước của nó Quátrình này tốn nhiều năng lượng Tuy vậy phương pháp này là phương pháp duy nhất cóthể làm khô một khối lượng sản phẩm lớn trong một thời gian ngắn với bất kỳ điều kiệnthời tiết nào hoặc có thể tách hết độ ẩm liên kết bền vững ra khỏi sản phẩm khi cần thiết

1.1.3 HỆ THỐNG SẤY NÔNG SẢN DẠNG HẠT

1.1.3.1 Tiêu chuẩn sấy các loại hạt

Khi mới thu hoạch, hạt thường có độ ẩm cao, trung bình 20-22% Một số loại hạtthu hoạch vào mùa mưa ở nước ta, độ ẩm lúc đầu của chúng có thể tới 34-40% Nhữnghạt ẩm nếu không sấy kịp thời có thể bị thâm, chua, thối thậm chí có thể hư hỏng hoàntoàn Một số loại hạt như đậu tương, vừng phải sấy tới độ khô nhất định mới tách, lấyhạt ra khỏi vỏ thuận lợi Tất cả các loại hạt trước khi đưa vào kho bảo quản, nhất thiếtphải qua sấy tới độ ẩm an toàn

a Lúa mì

Yêu cầu: phải đảm bảo số lượng và chất lượng của gluten

Đặc điểm: bắt đầu ở nhiệt độ từ 50ºC đã có sự thay đổi nhỏ về số lượng và chất lượng của gluten Vì vậy nhiệt độ sấy chỉ cho phép đến 50ºC

b Lúa, ngô

Nước thoát ra 200kg/tấn, lúa 33% ẩm độ xuống 16% ẩm độ Lúa khô ráo vỏ khoảng20-22% ẩm độ, có màu vừa chuyển từ màu nâu đen qua màu vàng sáng, hạt lúa cắn bêntrong còn mềm Lúa khô có thể xay chà và tồn trử được khoảng 14-16%ẩmđộ,hạt cắnkêu, giòn Lúa ướt từ 33% ẩm độ giảm xuống 20-22% ẩm độ có thể giảm nhanh trongvòng 5 đến 8 phút nên có thể dùng nhiệt độ đến 80ºC để sấy Lúa ướt từ 20-22% ẩm độgiảm xuống 14-16% ẩm độ phải có thời gian nhất định, thường giảm không quá 1,5% ẩmđộ/1giờ, nếu giảm nhanh hơn hạt gạo bên trong bị nứt Nên trong thời gian này nhiệt độsấy không quá 42ºC cho lúa giống, từ 45ºC trở xuống cho lúa ăn Vận tốc gió xuyên qualớp lúa sấy trung bình 10m/1 phút.Nếu ta biết được đặc tính của quạt, lò đốt, sinh lý củahạt lúa, ta có thể yên tâm sấy ra được chất lượng cao, không bị tro, khói và nứt hạt lúa

c Các hạt họ đậu

Các hạt học đậu thường chứa một lượng khá lớn protein, phần lớn là tinh bột từ 52% và lipit từ 2-3% Các hạt họ đậu rất nhạy cảm với sự tăng nhiệt độ nên thường phảithực hiện nhiều giai đoạn sấy để giữ chất cho sản phẩm và nâng cao năng suất máy sấy

46-1.1.3.2 Yếu tố tác động đến quá trình sấy

Để qúa trình sấy đạt hiệu quả cao, không làm giảm chất lượng của nông sản sau khisấy ta cần tìm hiểu các tác động gây ảnh hưởng đến quá trình sấy của hạt

a Sự hô hấp của nông sản dạng hạt

Nông sản dạng hạt có tính chất như một cơ thể sống, ở trạng thái độ ẩm cao, nhiệt

độ môi trường lớn, hạt sẽ hô hấp mạnh Quá trình này diễn ra làm ôxi hoá các chất hữu

cơ trong hạt và sinh ra nhiệt, làm hạt bị nóng lên, phôi sẽ phát triển thành hạt mầm Kếtquả của quá trình hô hấp hạt là giảm khối lượng, chất lượng của hạt, thậm chí hạt có thểhỏng hoàn toàn Vì vậy không những sau khi thu hoạch về cần sấy khô ngay hạt mà trongquá trình bảo quản cũng cần thường xuyên theo dõi nhiệt độ nơi bảo quản và tiến hành

sấy khô kịp thời để làm ngừng sự hô hấp của hạt Đại lượng đặ trưng cho sự hô hấp củahạt là cường độ hô hấp

b Độ ẩm của hạt

Khi hạt có độ ẩm dưới độ ẩm bảo quản thì cường độ hô hấp không đáng kể

Khi độ ẩm tăng thì cường độ hô hấp cũng tăng dần Độ ẩm hạt tăng đến một giớihạn nhất định thì cường độ hô hấp đột nhiên tăng lên Sự tăng đột biến cường độ hô hấp

do quá trình sinh học trong sản phẩm biểu hiện là đã xuất hiện lượng nước tự do trongcác tế bào của hạt Độ ẩm ứng với tế bào hạt xuất hiện lượng nước tự do được gọi là độ

ẩm giới hạn Với những hạt như ngô, thóc thì độ ẩm giới hạn để bảo quản là 13 - 13,5%,với những hạt có dầu như vừng, lạc thì độ ẩm giới hạn là 7 - 9%

c Nhiệt độ hạt.

Khi nhiệt độ tăng thì cường độ hô hấp của hạt cũng tăng lên, nhưng ảnh hưởng củanhiệt độ thường kém hiệu lực hơn so với ảnh hưởng của độ ẩm Khi nhiệt độ tăng quánhiệt độ giới hạn thì cường độ hô hấp yếu đi và chức năng sống khác bị chậm lại Nếutiếp tục tăng nhiệt độ thì hạt ngừng hô hấp (mất hoạt động sống) Cho nên, nhiệt độ sấyquá lớn sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm và phát triển của hạt sau này do đó quátrình sấy nhiệt độ hạt luôn phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép Ví dụ nhiệt độ cho phép đốivới ngô giống là 500C và đối với ngô thịt là 50 – 55

Bảng nhiệt độ sấy cho phép và độ ẩm giới hạn

1.1.4 KẾT LUẬN VÀ GIẢI PHÁP

Qua những phân tích trên cơ sở lý thuyết trên ta thấy nông sản dạng hạt sau khi thuhoạch cần được sấy khô kịp thời trong mọi tình hình thời tiết Tuy nhiên để đảm bảokhông bị thay đổi dinh dưỡng trong quá trình sấy thì mỗi loại nông sản cần một nhiệt độsấy nhất định Đặc biệt với những hạt dùng làm hạt giống thì cần có nhiệt độ sấy rất ổnđịnh trong suốt quá trình sấy Mặt khác dựa vào tình hình hiện nay của nước ta, thiết bịsấy chưa nhiều hoặc chưa đảm bảo về mặt chất lượng sản phẩm sau khi sấy, thiết bị trênthế giới thì giá thành rất cao không phù hợp với sản suất nông nghiệp của nước ta Thực

tế hiện nay nước ta sử dụng phương pháp phơi khô tự nhiên là chủ yếu và như vậy phụthuộc rất nhiều vào tình hình thời tiết Vì vậy chúng tôi tiến hành phát triển mô hình sấytrong phòng thí nghiệm với mong muốn có thể tạo ra một thiết bị sấy phù hợp với yêucầu bảo quản hạt sau thu hoạch của người nông dân ở nước ta

PHẦN 2 DỰ KIẾN & THIẾT KẾ SƠ BỘ VỀ HỆ THỐNG SẤY

1.2.1 DỰ KIẾN CÁC THIẾT BỊ CẦN THIẾT CHO HỆ THỐNG

Đối tượng : Với yêu cầu của đề tài, chúng tôi đã nghiên cứu và lựa chọn đối tượng

cụ thể sấy ở đây là lúa

Hệ thống bao gồm thiết bị chính như :

 Bộ gia nhiệt

 Hệ thống thông gió và động cơ quạt

 Bộ điều khiển và báo hiệu

1.2.1.1 Buồng sấy

- Nhà che : Rộng, thoáng mát và có mái che

- Kích thước buồng sấy :

- Thiết bị gia nhiệt là hệ thống điện trở sấy, cung cấp nhiệt cho buồng sấy

- Ngoài ra, còn có hệ thống cảm biến và vi mạch điều khiển nhiệt độ ở trongbuồng sấy

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG THỰC HIỆN

2.1.1 YÊU CẦU CHUNG CỦA ĐỀ TÀI

- Tìm hiểu phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấynông sản dạng hạt

- Lựa chọn các cảm biến cần sử dụng cho hệ thống

- Cách lựa chọn và bố trí các thiết bị khác

- Sơ đồ khối của hệ thống

- Lựa chọn phương án điều khiển

- Đánh giá về sai số của hệ thống

- Hạn chế của bản thiết kế và cách khắc phục

- Giới hạn điều kiện:

- Thể tích lò 10m3– 20m3

- Dải nhiệt độ làm việc từ 10ºC đến 80ºC

- Sai số của phép đo nhiệt độ là 2ºC

2.1.2 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

Để thiết kế một hệ thống lò sấy nông sản dạng ta có rất nhiều phươngpháp nhưng phải làm như thế nào để giúp đỡ người nông dân đạt được năng suất caotrong khi chi phí đầu tư lại thấp

Sau đây là một số phương pháp mà chúng tôi cho là tối ưu nhất có thể giải quyếtđược một phần nào đó vấn đề trên :

2.1.2.1 Phương pháp sấy kiểu tháp

2.1.2.1.1 Giới thiệu hệ thống :

Hình 2.1-Hệ thống sấy kiểu tháp

- Hệ thống sấy nông sản dạng tháp chủ yếu sấy các loại nông sản dạng hạt trơn như lúa, bắp (ngô) Với nhiều ưu điểm nổi trội, máy sấy nông sản dạng tháp kiểu tuần hoàn cho phép tiết kiệm diện tích lắp đặt, tốc độ sấy nhanh, đảm bảo chất lượng và độ đồng đều sản phẩm đầu ra Thiết bị sấy tháp chế tạo với nhiều công suất khác nhau từ 5, 10, 20, 30,

50, 100 tấn/máy, sử dụng nhiên liệu than, trấu, lõi ngô,

Quy trình công nghệ của hệ thống sấy nông sản dạng tháp:

Hố nạp nguyên liệu -> Gầu tải -> Hệ thống sàng -> Hệ thống sấy -> Si lô chứa nông sản thành phẩm -> Hệ thống cân và đóng bao

Mô tả quy trình hoạt động của hệ thống sấy nông sản dạng tháp (Mô tả quy

trình sấy lúa):

- Lúa được đưa vào hố nạp nguyên liệu để bắt đầu quá trình sấy

- Trước khi đưa vào máy sấy, lúa được đưa qua máy sàng tạp chấp nhằm loại bỏ các tạp chất lớn, hoặc nhỏ như cành cây, rác, rơm, rạ, cỏ, các loại đá, sỏi, đất, cát

- Sau đó, lúa được nạp vào từng máy qua hệ thống gầu tải đi kèm theo máy sấy

- Quá trình sấy được thực hiện trong các máy sấy dạng tháp kiểu tuần hoàn Độ ẩm và nhiệt độ hạt lúa được giám sát một cách chặt chẽ trong suốt quá trình sấy thông qua hệ thống máy đo độ ẩm tự động và hệ thống điều chỉnh nhiệt độ tự động Bộ phận cung cấp nhiệt bằng lò đốt trấu được quạt cao áp đưa hơi nóng vào trong buồng sấy đi xuyên qua các lớp hạt lúa mang hơi nước ra ngoài Thời gian sấy phụ thuộc độ ẩm của lúa đầu vào Tốc độ sấy thông thường là 1,2 – 1,5 % độ ẩm/giờ Tuy nhiên tốc độ sấy có thể điều chỉnh lên 2% độ ẩm/giờ khi chính vụ nhằm tăng tốc độ thu mua lúa tươi của bà con nông dân Trong quá trình sấy, một quạt thổi bụi làm việc liên tục giúp loại bỏ trấu, hạt cỏ và các tạp chấp nhẹ vẫn còn lẫn trong lúa được đưa vào sấy

- Khi độ ẩm đạt yêu cầu, quá trình sấy được hoàn tất Lúa được sả ra bằng ống xả ở trên đỉnh máy và được chuyển tới Si lô để bảo quản Lúa cũng có thể được xả thẳng vào xe tảihoặc ghe để xuất bán

- Lúa có thể được xuất rời hay đóng bao bằng hệ thống cân và đóng bao tự động

1.1.1.1.1 Ưu & Nhược điểm :

a Ưu điểm.

- Thiết kế vững chắc ,gọn gàng ,tiết kiệm diện tích mặt bằng kho xưởng, độ bền vật liệu cao, dễ vận hành

- Có thể sấy một trữ lượng nông sản lớn phù hợp với quy mô công nghiệp

- Tiết kiệm nhân công

- Tỷ lệ hao hụt thấp, tỷ lệ hạt gãy thấp, độ đồng đều cao, sản phẩm đầu ra đạt chất lượng tốt

- Hệ thống gầu tải, trục tải thiết kế tối ưu, đảm bảo hiệu quả hoạt động cao

- Các động cơ điện vận hành hợp lý, giảm tối đa chi phí điện năng

- Lò đốt thiết kế hiện đại, được điều khiển tự động đảm bảo hiệu suất cao,

tiết kiệm tối đa chất đốt

b Nhược điểm

- Khó chuyển dịch đi nơi khác do nó khá cao

- Vì sử dụng điện nên chi phí cao hơn nhưng hiệu quả năng suất cao hơn so với dùng chấtđốt

2.1.2.2 Phương pháp sấy vỉ ngang

2.1.2.2.1 Giới thiệu hệ thống

Hình 2.2-Hệ thống sấy vỉ ngang

Hệ thống thiết kết được trang bị cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm kết hợp với vi xử lý(hay PLC) để điều khiển nhiệt độ và tốc độ quạt gió trong lò (biến tần) , cũng thông quabảng điều khiển tự động toàn bộ hoạt động của lò được giám sát trực quan bằng hệ thống

- Có hệ thống còi cảnh báo khi quá thời gian sấy

- Chi phí lắp đặt thấp,dễ vận hành và bảo trì.

- Dễ thao tác phù hợp với trình độ lao động của các địa phương

- Tỉ lệ hao hụt thấp, sản phầm đầu ra chất lượng tốt

- Thân thiện với môi trường

b Nhược điểm

- Độ đồng đều về độ ẩm không cao nếu trong quá trình sấy không đảo

- Thời gian sấy lâu

2.1.2.3 Kết luận

Với chỉ tiêu “ Dễ lắp đặt - Năng suất cao – Giá thành rẻ - Thân thiện với môi trường ” để phù hợp với người nông dân chúng tôi quyết định chọn thiết kế bằng phương

pháp sấy kiểu vỉ ngang

Thiết kế có ưu điểm là cấu tạo đơn giản với mức đầu tư thấp so với

các loại lò sấy có cùng công suất, có thể sấy được nhiều loại nông sản

dạng hạt hoặc các loại vật liệu khác

Ngoài việc chi phí lắp đặt thấp thiết kế cũng có một số ưu điểm vượt

Và hệ thức của định luật: Q = I²Rt

Như vậy chúng ta có thể dễ dàng điều khiển được nhiệt độ của tủ sấy thông việcđiều chỉnh dòng điên hoặc điên áp.

Với mức độ công nghệ hiện nay chúng ta có thể dung các mạch điều khiển nhiệt độđơn giản sử dụng loại IC, PLC…

a Ưu điểm

- Có khả nhiệt độ cao

- Đảm bảo tốc độ nung lớn và hiệu suất cao

- Đảm bảo nung đều và chính xác (do dễ điều chỉnh nhiệt độ)

- Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa

- Bảo đảm điều kiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọnnhẹ

b Nhược điểm

- Năng lượng điện đắt

- Yêu cầu có trình độ cao khi sử dụng

2.1.3.1.2 Gia nhiệt bằng chất đốt

- Sử dụng các chất đốt làm nguồn cung cấp nhiệt cho buồng sấy

- Ưu điểm của phương pháp này là giá thành rẻ, vận hành đơn giản

- Ngoài ra phương pháp này còn một số nhược điểm như: Điều khiển nhiệt độkhó, nhiệt cung cấp không đều, không thân thiện với môi trường

2.1.3.2 Hệ thống thông gió và động cơ quạt

2.1.3.2.1 Hệ thống thông gió

Nhiệt độ của không khí trong buồng không đồng đều nhau do đó cần sử dụng quạtđối lưu nhiệt Trên thị trường chủ yếu có 2 loại là : quạt hướng trục và quạt ly tâm Dogiá thành của quạt ly tâm khá cao vì vậy sẽ không phù hợp để lắp đặt cho những ngườinông dân có nhu cầu sử dụng

Cho nên ta sử dụng loại quạt hướng trục tròn gián tiếp là loại đặc biệt với sức épcao để gió xuyên qua lớp lúa dầy 30-40cm Thường dùng quạt QTG 500 – 4P1.5 có lưulượng 7305 – 8400 m3/giờ, đường kính cánh 480mm, kích thước 50*50 cm, cột áp 240 –

200 Pa, tốc độ quay 1500v/p

Hình 2.3.2.1 Quạt hướng trục tròn gián tiếp QTG 500 – 4P1.5

Đặc tính nổi trội của loai quạt này là: Lưu lượng lớn, cột áp cao, rất phù hợp cho húthoặc thổi không khí trong đường ống, có thể tăng hoặc giảm lưu lượng gió, tiện bảodưỡng motor Cánh quạt của quạt hướng trục được thiết kế góc nghiêng, số cánh phù hợp

và được cân bằng động 2 mặt nên chạy rất êm, không rung hay kêu to

2.1.3.2.2 Động cơ

Động cơ kéo quạt công suất và điện áp là 1.5HP – 380 V, có thể dùng động cơ 2 phahoặc 3 pha quay với tốc độ cao nhằm đẩy nhiệt đi khắp buống sấy và xuyên qua lớp lúadày và được gắn trên quạt hướng trục

Hình 2.3.2.2 Động cơ công suất 1.5HP

2.1.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BÁO HIỆU

2.1.4.1 Lựa chọn cảm biến

2.1.4.1.1 Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến là thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận,… các đại lượng vật lý không điệnthành các tín hiệu điện Ví dụ nhiệt độ là 1 tín hiệu không điện, qua cảm biến nó sẽ trởthành 1 dạng tín hiệu khác (điện áp, điện trở…) Sau đó các bộ phận xử lí trung tâm sẽthu nhận dạng tín hiệu điện trở hay điện áp đó để xử lí

Đối với các loại cảm biến nhiệt thì có 2 yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác

đó là “Nhiệt độ môi trường cần đo” và “Nhiệt độ cảm nhận của cảm biến” Điều đó nghĩa

là việc truyền nhiệt từ môi trường vào đầu đo của cảm biến nhiệt tổn thất càng ít thì cảmbiến đo càng chính xác Điều này phụ thuộc lớn vào chất liệu cấu tạo nên phần tử cảmbiến (cảm biến nhiệt đắt hay rẻ cũng do nguyên nhân này quyết định) Đồng thời ta cũngrút ra 1 nguyên tắc khi sử dụng cảm biến nhiệt đó là: Phải luôn đảm bảo sự trao đổi nhiệtgiữa môi trường cần đo với phần tử cảm biến

Xét về cấu tạo chung thì Cảm biến nhiệt có nhiều dạng Tuy nhiên, chiếc cảm biếnđược ưa chuộng nhất trong các ứng dụng thương mại và công nghiệp thường được đặttrong khung làm bằng thép không gỉ, được nối với một bộ phận định vị, có các đầu nốicảm biến với các thiết bị đo lường Trong các trường hợp khác, đặc biệt là trong các ứngdụng thực tiễn như trong cặp nhiệt độ, người ta lại hay sử dụng loại cảm biến không có

khung Lợi thế của những chiếc cảm biến này là cho kết quả nhanh với kích thước nhỏgọn và chi phí sản xuất thấp.

Sau đây ta sẽ tìm hiểu 1 số loại cảm biến nhiệt khá thông dụng :

a Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

- Cấu tạo:

Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng ( hay đầu đo),hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu chuẩn ) Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữađầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh Dựa trên nguyên lýnày, người ta chế tạo ra các loại cảm biến nhiệt độ thermocouple để đo nhiệt độ Bằngviệc đo giá trị hiệu điện thế từ các đầu lạnh của cặp nhiệt điện, người ta có thể tính toán