Sấy bắp thùng quay năng suất 1000kgh

Để sấy bắp hạt, người ta có thể dùng thiết bị sấy tháp, sấy thùng quay. Ở đây, ta dùng thiết bị sấy thùng quay, là thiết bị chuyên dùng để sấy hạt. Loại thiết bị này được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các loại ngũ cốc. Trong hệ thống này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy, do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, và độ đồng đều của sản phẩm cao. Ngoài ra, thiết bị còn có thể làm việc với năng suất lớn. Tác nhân sấy sử dụng là không khí, được gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà ở áp suất là 2 atm. Do vấn đề về môi trường nên sau khí sấy không khí trước khi ra khỏi buồng sấy được đi qua cyclon để tách bớt bụi, sau đó mới được thải ra ngoài. Nguyên liệu bắp là một nguyên liệu chứa rất nhiều tinh bột. Chế độ công nghệ sấy tinh bột lại phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ hồ hóa sản phẩm. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoảng 65C, do đó ta cần chọn nhiệt độ tác nhân sấy phù hợp, không cao nhưng cũng không quá thấp, mục đích là đẩy nhanh quá trình sấy, và không làm cho nhiệt độ của nguyên liệu vượt quá nhiệt độ hồ hóa.

Phần I:

MỞ ĐẦU

Nguyên liệu (các loại hạt) có thể được bảo quản hay được dùng để chế biến cácsản phẩm có chất lượng cao, các loại hạt cần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quảnhoặc độ ẩm chế biến Để thực hiện quá trình sấy, có thể sử dụng nhiều hệ thống sấykhác nhau: hầm sấy, tháp sấy, … Mỗi chế độ công nghệ sấy khác nhau sẽ có nhữngảnh hưởng khác nhau đến chất lượng của sản phẩm

Để sấy bắp hạt, người ta có thể dùng thiết bị sấy tháp, sấy thùng quay Ở đây, tadùng thiết bị sấy thùng quay, là thiết bị chuyên dùng để sấy hạt Loại thiết bị này đượcdùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các loại ngũ cốc Trong hệ thốngnày, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy, do đó trao đổinhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, và độ đồng đều của sản phẩm cao Ngoài ra, thiết bị còn

có thể làm việc với năng suất lớn

Tác nhân sấy sử dụng là không khí, được gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà ở ápsuất là 2 atm Do vấn đề về môi trường nên sau khí sấy không khí trước khi ra khỏibuồng sấy được đi qua cyclon để tách bớt bụi, sau đó mới được thải ra ngoài

Nguyên liệu bắp là một nguyên liệu chứa rất nhiều tinh bột Chế độ công nghệsấy tinh bột lại phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ hồ hóa sản phẩm Nhiệt độ hồ hóa củatinh bột khoảng 65C, do đó ta cần chọn nhiệt độ tác nhân sấy phù hợp, không caonhưng cũng không quá thấp, mục đích là đẩy nhanh quá trình sấy, và không làm chonhiệt độ của nguyên liệu vượt quá nhiệt độ hồ hóa

Phần II:

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

BắpThu hoạchRửa

Phân loạiSấyLàm nguộiKiểm tra cỡ hạtĐóng gói

Thành phẩmH2O

THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:

Vật liệu sấy là bắp hạt sau khi được rửa sạch, tuốt ra khỏi cùi, được cho vàobuồng chứa, sau đó được nhập liệu vào thùng sấy bằng hệ thống gầu tải Bắp hạt khivào thùng sấy có độ ẩm 22%, chuyển động cùng chiều với tác nhân sấy

Tác nhân sấy sử dụng là không khí được gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà có ápsuất là 2 atm trong calorife Dòng tác nhân sấy được gia tốc bằng quạt đẩy đặt ở trướcthiết bị, và quạt hút đặt cuối thiết bị

Trên đường ống dẫn không khí và đường ống dẫn không khí từ môi trường vàocalorifer đều có các van, dùng để điều chỉnh lưu lượng các dòng Đặt nhiệt kế ở saucalorifer để xác định nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào thùng sấy, nếu nhiệt độquá cao ta sẽ mở van để tháo bớt hơi nước bão hoà ra ngoài, giảm lượng hơi vàocalorifer để giảm bớt nhiệt độ, ngược lại nếu nhiệt độ chưa đủ, ta khóa mở van dẫnhơi để vào calorifer

Thùng sấy có dạng hình trụ đặt nằm nghiêng một góc 1.5 so với mặt phẳngngang, được đặt trên một hệ thống các con lăn đỡ và chặn Chuyển động quay củathùng được thực hiện nhờ bộ truyền động từ động cơ sang hộp giảm tốc đến bánh rănggắn trên thùng Bên trong thùng có gắn các cánh nâng, dùng để nâng và đảo trộn vậtliệu sấy, mục đích là tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, do đótăng bề mặt truyền nhiệt, tăng cường trao đổi nhiệt để quá trình sấy diễn ra triệt để

Trong thùng sấy, bắp hạt được nâng lên đến độ cao nhất định, sau đó rơi xuống.Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình truyềnnhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ đượcvận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng Thời gian lưu của vật liệu trong thùng là40.089 phút Khi đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiếtcho quá trình bảo quản là 13%

Sản phẩm bắp hạt sau khi sấy được đưa vào buồng tháo liệu, sau khi qua cửatháo liệu sẽ được bao gói, để bảo quản hay dùng vào các mục đích chế 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

sử dụng hệ thống lọc bụi cyclon đơn, sau khi lọc bụi sẽ được thải vào môi trường.Phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua cửa thu bụi của cyclon và được xử lý riêng

Phần III:

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

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

 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (theo vật liệu ướt):

 Kích thước hạt bắp: (Phụ lục 7/351–[1])

- Dài : l = 4.2 – 8.6 mm

- Rộng : b = 1.6 – 4.0 mm

- Dày :  = 1.5 – 3.8 mm

- Đường kính tương đương: dtđ = 7.5 mm

 Năng suất nhập liệu: G1 = 1000 kg/h

 Cường độ bốc hơi ẩm: A = 25 kg/m3.h (Bảng 10.1/207–[1])

I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT:

Ta kí hiệu các đại lượng như sau:

G1, G2 (kg/h) : khối lượng vật liệu sấy đi vào, ra thiết bị sấy

1, 2 : độ ẩm tương đối của vật liệu sấy ở đầu vào, ra củathiết bị sấy

W (kg/h) : lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ

Gk (kg/h) : khối lượng vật liệu khô tuyệt đối

13.022.01000

2 1

w

w w G W

1

1

h kg G

w G w G

II. TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG:

- Áp suất hơi bão hòa:

5.235

42.402612

( )0.621

1

a b

a b

P P

d P

ik, ia (kJ/kg) :enthalpy của 1kg không khí khô và 1kg hơi nước.

Cpk = 1.004 (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của không khí khô

Cpa = 1.842 (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của hơi nước

r = 2500 (kJ/kg) : ẩn nhiệt hóa hơi của nước

Trong đó, Pa, Pb lấy đơn vị là N/m2

thuyết:

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

Không khí ngoài trời có:

035.077.0621

.027004

10)27327(

b Thông số trạng thái của không khí sau khi ra khỏi calorife (B):

- Chọn tác nhân sấy sau khi ra khỏi calorife (t1 = 90oC)

42.402612

981.001757.0

.090004.1

10)27390(

c Thông số trạng thái của tác nhân sấy sau buồng sấy (C):

Trong thiết bị sấy dùng không khí làm chất vừa cung cấp nhiệt lượngcho vật liệu sấy vừa thải ẩm ra môi trường, quá trình sấy lý thuyết là quá trìnhkhông có tổn thất do vật liệu sấy, do thiết bị chuyền tải mang đi, không có tổnthất do tỏa ra môi trường qua các kết cấu bao che, … mà chỉ có tổn thất do tácnhân sấy mang đi Do đó, bao nhiêu nhiệt lượng không khí cung cấp cho vậtliệu sấy hoàn toàn dùng để tách ẩm khỏi vật liệu Khi ẩm tách khỏi vật liệu, lạibay vào trong không khí, do đó ẩm đã mang toàn bộ nhiệt lượng mà không khí

đã mất trả lại dưới dạng ẩn nhiệt hóa hơi r và nhiệt vật lý của hơi nước Cpat Vìvậy, quá trình sấy lý thuyết bằng không khí được xem là quá trình đẳngenthalpy

Ta có các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết được xácđịnh như sau:

- Nhiệt độ tác nhân: t2 = q2 + (5 - 10oC)

q2: nhiệt độ vật sau khi ra buồng sấy

q2 = 20 10lg

)100(

Trong đó 17.5

2

13222

-Chọn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy là t20 = t2 = 52 C

-Áp suất hơi bão hòa:

)(135.0525.235

42.402612

033.052842.12500

52004.1198.137

621.01135.0

981.0

28810

Tác nhân ra calorifer (B)

Tác nhân sấy

ra khỏi thiết bị sấy (C)

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

Lodo + G1w1 = Lod2 + G2w2 (CT 7.14/131–[1])

o o

d d

W L







2 (kgkk/h)Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm:

)/(81.6401757.0033.0

11

2

h kgkkk d

d W

.10381.64

.103

Trong thiết bị sấy thực, ngoài tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi, trong thiết

bị sấy thùng quay, còn có tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt, và tổn thất nhiệt do vật liệusấy mang đi QV

Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không cóthiết bị chuyển tải, do đó QBS = 0, QCT = 0

 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy:

-Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: G W C1  V1 W C t a V1

 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy:

-Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi : LI2  I o

-Nhiệt vật lý của vật liệu sấy mang ra : G C2 V2t V2

-Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường : Qmt

 Cân bằng nhiệt lượng vào ra thiết bị sấy, ta có :

I I o  G WC v W C a t v LI I o G C v t v Q mt

L 1   1 1    1  2   2 2  2 

CV (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm 2.

Ck = 1.7 (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của vật liệu khô

Ca = 4.1868(kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của ẩm

1 0.13 4.1868 0.13 2.023( / )7

2747023.255.896

.350044.11354



49.83146.278303

.003

 Độ chứa ẩm của tác nhân sấy:

i

i d t t C

(CT 7.31/138–[1])Trong đó:

)/(79.253552

842.12500

)/(78.266590

842.125002

1

kg kJ i

kg kJ i

096.32178.266501757

.05290004.1

.052004.1

621.01135.0

981.0

Bảng 2: Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực

Đại lượng Không khí

ngoài trời (A)

Tác nhân sấy sau ra khỏi calorifer (B)

Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm trong quá trình sấy thực:

3.6901757.0032.0

11

1 2

Lượng không khí khô cần thiết:

)/(989.1)/(715945

.1033

W l

6 Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực:

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái trước khi vào calorifer

)/(800.1989.1905

L v

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái trước khi vào buồng sấy:

)/(178.2989.1095

999.1178.22

3 2

V

Lượng hơi đốt cần thiết

Ghđ

)/(99.2112208

45.10367.4524

h kg r

W q r

%10067.4524

146.2783

III. TÍNH THỜI GIAN SẤY:

Trong thiết bị, chọn cánh đảo trộn có dạng cánh nâng, có các thông số sau:

-Hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng: đối với cánh nâng, m = 0.5.

Thời gian sấy được xác định theo:

 

2 12

120

w w A

w w

13.022.085018.0120

5.67.05.0

 (phút) (thỏa điều kiện 1  )

IV. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH:

- Thể tích của thùng quay:

)(138.425

45

m A

138.444

2

m D

V L

L

D V

T

T T

Chọn đường kính thùng theo tiêu chuẩn DT = 1.0 m

Ta có tỷ số L/DT nằm trong khoảng (3.5 – 7), vậy chọn chiều dài thùng là 6.0 m

- Tiết diện của thùng sấy:

0.785( )

4

14

3

2

m L

D

T      

- Tiết diện tự do của thùng sấy:

1  F 1 0.18 0.785 0.644(m2)

Thùng được chế tạo bằng thép không rỉ, mác thép X18H10T, có các thông sốsau:

-Khối lượng riêng :  = 7,900 kg/m3 (Bảng XII.7/313–[7])-Hệ số dẫn nhiệt :  = 16.3 W/m.K (Bảng XII.7/313–[7])-Ứng suất cho phép tiêu chuẩn :[]* = 140 N/mm2 (Hình 1–2/22–[9])-Giới hạn bền kéo : k = 540 x 106 N/mm2 (Bảng XII.7/313–[7])-Giới hạn bền chảy : ch = 220 x 106 N/mm2 (Bảng XII.7/313–[7])Thùng sấy có dạng hình trụ nằm ngang, chế tạo bằng phương pháp hàn, thùnglàm việc ở áp suất khí quyển

o Hệ số bền mối hàn h : chọn hàn tự động dưới lớp thuốc, hàn giáp mối, 2phía

0.466( ) 0.5( )

T h

o 0.008 0.1

1000

081

2

2

mm N

P C

S D

C S P

a T

a h

Vậy bề dày của thùng sấy: S = 8 mm

3 Tính tốc độ của tác nhân sấy trong thiết bị:

Tốc độ trung bình của tác nhân sấy trong buồng sấy:

)/(24.3644.0

089.2

s m F

V v

1    , theo Phụ lục6/350–[1], các thông số của không khí như sau:

-Độ nhớt động : k = 20.127 x 10–6 m2/s

-Khối lượng riêng : k = 1.0261 kg/m3

33.120710

127.20

510.724.3



 Hệ số thủy động a:

059.933.1207

10033

.1207

40085

.5

Re

100Re

40085.5

  12.079( / )

71.4275.0

18.055.896100025

m kg

079.12850

986.01

3.57

510.781.92

10.40.140261.124.30.6059.9

2

2

3

3 2

1 2

O mmH

d g

C v

L a

(CT 10.19/213–[1])

Một số thông số cơ bản của cánh nâng đã được chọn ở trên

Chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu:

)(5761000576.0576

)(1220001000

122.0122

- a = 80 mm

- b = 155 mm

)(2.51915580

122000

mm b

d F V

Khối lượng của cánh trong thùng:

)(6.462855.3

m z

2 2

Fcđ : tiết diện chứa đầy

Fcđ = b.Ft = 0,18 x 0.785 =0.1413 (m2)Do:

cñ

R R F

55

565,06,0

2034,02

2sin180

2

2sin.180

2

2 2

Bảng 3: Các thông số của các tác nhân qua calorifer

Tác nhân sấy Không khí Nhiệt độ vào t2đ = to 27

oCNhiệt độ ra t2c = t1 90oCHơi đốt Hơi nước bão hòa ngưng tụ Áp suất p 2 at

Nhiệt độ ngưng tụ T 119,6oC

Chọn một số kích thước của calorifer để sử dụng trong tính toán:

Bảng 4: Một số kích thước của calorifer

dòng lưu chất

ngoài ống

s2 m 0.0433

Trường hợp xếp ống so le(ở đỉnh tam giác đều)

a Tính hiệu số nhiệt độ trung bình:

- Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của calorifer:

Dtđ = T – t2đ = 119,6 – 27 = 92,6 (oC)

Dtc = T – t2c = 119,6 – 90 = 29,6 (oC)

- Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy

và hơi nước cấp nhiệt:

hdc

dct

d2s1

s1

s2

Hình : Các kích thước của cánh tròn

l c

F

l o

6.92lg3,2

6.296.922log

C

t t t

b Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài ống a 2 :

- Các thông số của không khí ngoài ống:

Tác nhân sấy là không khí ở nhiệt độ môi trường t2đ = to = 27oC sau khiqua calorifer sẽ được gia nhiệt lên t2c = t1 = 90oC để đi vào thùng sấy

Bảng 5: Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống

ST

T Thông số

Kí hiệu Đơn vị

Nguồn – Công thức Giá trị

t k o

2 Độ ẩm trung bình k đơn vị

21

: diện tích ngoài của một ống cócánh (phía không khí)

: diện tích trong của một ống có

- Bước cánh:

sc = t + dc = 0.005 + 0.0005 = 0.0055 (m)

- Số cánh trên một ống:

73.2720055.0

5.1







c c

016.04

018.0 2

.4

.4

2

2 2

2 2 2

.00696.0

273.2

0292,0.0292,0016.00686.0

2 2

c

l c l c

l o E

F F

n

F F d F d

- Lưu lượng không khí vào calorifer:

Vo = vo.L = 0.905 x 1.989 = 2.3677 (m3/s)trong đó: vo : thể tích riêng của không khí tại 27oC, m3/kg, (Bảng 1)

L : lưu lượng tác nhân khô, kg/h, (II)

- Chọn đường kính của ống dẫn khí trong hệ thống là 0.35m

Vận tốc dòng khí đi trong đường ống:

718.184

35.0

800.14

D

V o

(m/s)

 thỏa điều kiện chọn đường kính ống sao cho vận tốc khí đi trong ống là 15  20 m/s

- Chọn đường kính cửa vào của calorifer là 0.25m Khi đó sẽ có sự tăng vận tốccủa dòng khí tại cửa vào calorifer do đột mở, và giá trị của vận tốc đó là:

(m)(m2)

35.0.718,18

2 2

.005.0

0005.0.001.0205.0

016.01

687.36

21

1 1 2 max

h s

10.82.18

0134,0.242.54

1005.0

016.005.0016

.0

16.005.0.)10.8620.3.(

251.0

1

Re.251.0

2 , 0 2

, 0 67

, 0 4

2 , 0 2 1 2 , 0 2

2 1 67 , 0

d s Nu

- Hệ số cấp nhiệt của cánh:

231.3650134

.0

889510

2.375.169

2 2

trong đó:

 F2l : diện tích ngoài của một ống có cánh

0978.00292.00686.0

c

l o

l F F

0292.0

0686.0





).(





(m/s)

với: 1.125

016.0

018.02

231.36522

0.99 2.3529 3519.697

0686.0

0292.0.231.365

2 2

F F

- Hệ số làm cánh:

483.15

.10128.02

)016.0018.0.(

27312

).(

1

2 2

1

2 2

d d

n c c

c



c Tính hệ số cấp nhiệt phía trong ống a 1 :

Sự cấp nhiệt phía trong ống là cấp nhiệt do hơi nước bão hòa ngưng tụ trongống đứng

Bảng 6: Các thông số của hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống:

STT Thông số Ký

hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú

1 Áp suất của hơi nước ngưng

2 Nhiệt độ nước ngưng T oC 119.6 Bảng Phụ lục

57[15]

3 Nhiệt độ thành ống phía tiếp

xúc hơi nước ngưng tụ tw

6 Độ nhớt n Ns/m2 0,2473.10-3

7 Khối lượng riêng n kg/m3 946,813

8 Độ nhớt động n m2/s 2,614.10-7

(W/m2K)

9 Ẩn nhiệt ngưng tụ r J/kg 2208.103

- Lấy ở T

- Bảng Phụlục 57, [15]

- Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi nước bão hòa trên ống đứng, khi màng chấtngưng tụ chảy tầng:

25 , 0 1 1

13

1   



t L

r A

trong đó:

10.2473.0

813.946.6851.0

3

2 3

25 , 0 2 3

.85.1

10.2208.7587,184.13.1

13.1

25 , 0 3

25 , 0 1 1

r A



d Hệ số truyền nhiệt K: [6]

- Tỷ số giữa đường kính ngoài và đường kính trong của ống:

25.10128.0

016.01

d d

- Với d2/d1 < 1,4 thì hệ số truyền nhiệt K được tính như với vách phẳng:

591.6404834.1.697.519

157

0016,05453.42461

1

11

1

2 1

- Kiểm tra lại việc chọn tw:

 Theo phương trình truyền nhiệt, ta có mật độ dòng nhiệt truyền qua tườngphẳng:

k

t K

q = K.Dtlog = 640.591 x 8,6 = 35424.6823 (W/m2)

q1 = a1.Dt1 = 4246,5453.8,6 = 36520.2893 (W/m2)

 Sai số:

%0.3

%100.2896

.36520

6823.354242893

.36520

%100.1



q

q q



 sai số Q < 5%  việc chọn tw = 111oC là chấp nhận được

e Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước calorifer:

- Nhiệt lượng cần cung cấp cho calorifer:

(J/s)129838.408(KJ/h)

467418.269

907.71198.13771591

408.129838

Q

- Tổng số ống trong calorifer:

79.605.10128.0

665.3

 chọn theo tiêu chuẩn, lấy n = 61ống (Bảng V.II, [1])

- Với kiểu bố trí ống trên mạng ống theo hình sáu cạnh đều, ta có các thông số

 Tổng số ống của thiết bị: n = 61 ống

 Số hình sáu cạnh: 4

 Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh: b = 9 ống

- Đường kính trong của calorifer:

D = s1.(b – 1) + 4.d2 = 0.05.(9 – 1) + 4.0,0128 = 0.464 (m)

 chọn theo tiêu chuẩn, lấy D = 0,4m

f Trở lực qua calorifer:

- Hệ số trở lực: