Tính toán thiết kế máy sấy lúa kiểu sấy tháp tam giác năng suất 6 tấn mẻ

Đồ án chuy ên ngành Kỹ Thuật NhiệtLỜI MỞ ĐẦU Sấy là một quá trình trao đổi nhiệt và ẩm dẫn đến việc loại bỏ một phần nước và độ ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp sấy nóng hoặc phư

Đồ án chuy ên ngành Kỹ Thuật Nhiệt

LỜI MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình trao đổi nhiệt và ẩm dẫn đến việc loại bỏ một phần nước

và độ ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp sấy nóng hoặc phương pháp sấy

thể rắn, chấtđậm đặc hoặc tinh dầu trong hơi nước được tách ra

Kỹ thuật sấy được sử dụng rộng rãi để làm khô hầu hết các loại dược phẩm,

ngũ cốc, các loại hạt và nhiều thực phẩm khác, làm tăng hiệu quả kinh tế trong sản

xuất Quá trình sấy không chỉ đơn thuần là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu mà là một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu sấy phải đảm bảo

chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp Trong sấy lúa phải

đảm bảo lúa sau khi sấy có tỉ lệ nứt gãy khi xay xát là thấp nhất

Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy khác nhau, đối với lúa người ta có thể

dùng các phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy thùng quay, sấy buồng, sấy

tháp Đồ án môn học này nhằm thiết kế hệ thống sấy lúa bằng phương pháp sấy tháp,

năng suất 6 tấn/mẻ, địa điểm tại tỉnh Đồng Tháp, hoạt động vào vụ Đông Xuân, cung

cấp nhiệt bằng phương pháp đốt trấu trực tiếp

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng đồ án chắc chắn không tránh khỏi các

thiếu sót Nhóm mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của Thầy Cô và các bạn

3

BỘ MÔN KỸ THUẬT NHIỆT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Tên đồ án:

Tính toán thiết kế máy sấy lúa kiểu sấy tháp tam giác năng suất 6 tấn/mẻ (có đảo trộn)

· Địa điểm tại tỉnh Đồng Tháp

· Hoạt động vào mùa thu hoạch Đông Xuân

· Cung cấp nhiệt là đốt trấu cấp trực tiếp

Nội dung thực hiện

1 Tìm hiểu công nghệ chế biến hoặc tạo ra vật liệu sấy

2 Công nghệ làm khô vật liệu sấy được giao và máy sấy vật liệu này trong nước và trên thế giới

3 Tổng quát các loại máy sấy được loại vật liệu được giao cho sinh viên và sinh viên tự lựa chọn loại máy sấy thích hợp nhất để sấy theo yêu cầu

4 Mô tả và trình bày tổng quát, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc điểm riêng biệt về loại máy sấy mà sinh viên đã lựa chọn

5 Thực hiện bài toán sấy lý thuyết và sấy thực, bao gồm :

· Sinh viện tự tìm hiểu bằng tài liệu tra cứu về độ ẩm đầu vào, độ ẩm thành phẩm,

từ đó làm cơ sở tính toán bài toán sấy

· Thực hiện bài toán sấy

· Tính toán thiết kế không gian sấy và hệ thống sấy

· Chọn cung cấp nhiệt sấy gián tiếp hay trực tiếp tùy theo loại vật liệu sấy và sản phẩm sấy

6 Tính toán thiết kế buồng đốt cấp nhiệt

7 Tính toán thiết kế các thiết bị phụ tùy theo hệ thống lựa chọn (Cyclon thu bụi, quạt, thiết bị vận chuyển…)

8 Tính toán sơ bộ hiệu quả đầu tư máy sấy và giá thành sấy 1kg thành phẩm

9 Sinh viên lập quy trình thao tác vận hành sấy và bảo trì

10 Các bản vẽ

· 01 bản tổng thể hệ thống máy sấy (khổ giấy A3)

· 01 bản vẽ buồng sấy (khổ giấy A3, yêu cầu vẽ 3 hình chiếu)

· Bản vẽ thiết kế các thiết bị phụ của máy sấy (buồng đốt cấp nhiệt, bộ trao đổi nhiệt, cyclon thu bụi ) tùy theo từng hệ thống sấy mà sinh viên thiết kế

Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 23/12/2009

Mục lục 5

Thứ tự thiết kế một hệ thống sấy 7

Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật sấy 1.Phương pháp sấy cổ truyền – phơi nắng 9

2.Sấy hạt ở Việt Nam và trên thế giới 10

3.Khái niệm về sấy 11

4.Bản chất đặc trưng của quá trình sấy 12

Chương 2: Các loại máy sấy 1.Các phương pháp sấy bằng nhiệt 14

1.1 Sấy bằng không khí tự nhiên – phơi nắng 14

1.2 Sấy nhân tạo 14

2.Các dạng máy sấy có thể sấy hạt lúa 17

2.1 Máy sấy thùng quay 17

2.2 Máy sấy tháp 19

Chương 3: Vật liệu sấy và Tác nhân sấy 1.Vật liệu sấy – hạt lúa 24

1.1 Cây lúa 24

1.2 Cấu tạo hạt lúa 26

1.3 Các đặc tính chung của khối lúa 27

1.4 Các yêu cầu đặc trưng của hạt lúa sau sấy 29

1.5 Công nghệ sấy lúa 30

2.Tác nhân sấy 30

Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống sấy tháp 1.Tính toán tổng quát 32

1.1 Chọn chế độ sấy 33

1.2 Cân bằng ẩm cho từng vùng 34

1.3 Nhiệt độ sấy 36

2.Tính toán quá trình sấy lí thuyết 37

2.1 Xác định các thông số ngoài trời 37

2.2 Tính toán khói lò 38

2.3 Thông số của không khí sau hòa trộn 40

2.4 Trạng thái không khí ra khỏi tháp sấy 44

2.5 Tính thời gian sấy 45

5 Đồ án chuy ên ngành Kỹ Thuật Nhiệt 2.6 Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy lí thuyết 47

2.7 Tính kiểm tra lại nhiệt độ sấy 48

2.8 Cân bằng nhiệt của quá trình sấy lí thuyết 49

3 Xác định kích thước cơ bản của tháp sấy 51

3.1 Máng dẫn khí thải 51

3.2 Máng dẫn tác nhân sấy 53

4 Tính toán quá trình sấy thực tế 54

4.1 Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh 54

4.2 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi 58

4.3 Các thông số sau quá trình sấy thực 60

4.4 Tính toán cân bằng nhiệt của quá trình sấy thực 62

5 Tính toán vùng làm mát 65

6 Tính tiêu hao nhiên liệu 66

7 Bố trí kênh dẫn và kênh thải 66

Chương 5: Các thiết bị phụ của tháp sấy 1 Buồng đốt 69

2 Thiết bị lọc và khử bụi từ tháp sấy 71

3 Tính chọn quạt 73

4 Máy vận chuyển kiểu gàu tải 82

5 Máy vận chuyển kiểu băng tải 83

Chương 6: Tính toán giá thành sản phẩm 86

Chương 7: Vận hành và bảo trì hệ thống sấy 88

Chương 8: Bản vẽ 90

Tổng kết 91

Phụ lục 92

Tài liệu tham khảo 94

6

THỨ TỰ THIẾT KẾ MỘT HỆ THỐNG SẤY

1 Chọn phương pháp sấy

Chọn phương pháp sấy nóng hay sấy lạnh là tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ mà

chủ yếu là nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy trước khi vào thiết bị sấy hay nhiệt độ mà

vật liệu sấy có thể chịu được Thông thường, nếu không có yêu cầu gì đặc biệt thì ta

chọn hệ thống sấy nóng, do độ chênh lệch phân áp suất Pab – Pam có thể đạt được rất

lớn nên cường độ sấy lớn Hơn nữa hệ thống sấy nóng không phải dùng máy lạnh và

máy hút ẩm nên chi phí đầu tư rẻ hơn và vận hành đơn giản hơn

2 Chọn dạng hệ thống sấy

Sau khi đã quyết định phương pháp sấy, ta chọn hệ thống sấy Khi đó cần căn cứ

vào hình dáng vật liệu sấy và năng suất sấy cũng như kinh phí đầu tư cho phép để chọn

dạng hệ thống sấy thích hợp Trong trường hợp sấy các loại nông sản dạng hạt thì ta cũng

có thể nghĩ đến hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy tháp, hệ thống sấy

thùng quay cũng như hệ thống sấy khí động hoặc hệ thống sấy tầng sôi Căn cứ vào đặc

điểm của các hệ thống sấy này, năng suất sấy yêu cầu và những nhân tố khác ta có thể

chọn được hệ thống sấy thích hợp Để sấy lúa sơ bộ khi mới thu hoạch, vì thời gian sấy

chỉ vài chục ngày một vụ lại phân bố rải rác ở từng hộ gia đình nên hiện nay người ta sử

dụng hệ thống sấy buồng đối lưu tự nhiên, hệ thống sấy tĩnh Ngược lại, ở các kho bảo

quản hoặc các nhà máy xay xát, người ta thường dùng hệ thống sấy tháp hoặc sấy khí

động Chọn dạng hệ thống sấy cũng là bài toán kinh tế kĩ thuật

3 Chọn chế độ sấy

Sau khi đã chọn được hệ thống sấy thích hợp, ta căn cứ vào yêu cầu mà chủ yếu

là nhiệt độ và độ ẩm mà vật liệu sấy có thể chịu được để chọn chế độ sấy thích hợp.Đối với lúa giống thì nhiệt độ sấy khoảng 40 ÷ 420C và lúa thương phẩm 50 ÷ 900C

Ngoài ra, nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy cũng cần chọn đủ bé để

giảm tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi nhưng cũng phải đủ lớn để xa trạng thái

bão hòa để tránh hiện tượng đọng sương lên bề mặt vật liệu đã được sấy khô

4 Chọn nguồn năng lượng và tác nhân sấy

Ngoài hệ thống sấy lạnh, nguồn năng lượng chỉ có thể là điện thì trong các hệ

thống sấy nóng, nguồn năng lượng ngoài điện năng còn có thể là hơi nước, khí đốt dầu mỏ,than đá, củi và các phế liệu công nông nghiệp khác như trấu, bã mía… Ta chọn dạng năng lượng trên cơ sở điều kiện cụ thể nơi xây dựng hệ thống sấy và tính toán kinh tế Ở Đồng

Tháp, trấu là nguồn năng lượng dồi dào và nó dồi dào đến mức người ta không biết phải

làm gì để sử dụng hết nó ngoài việc đổ bỏ nó với lại chi phí cho 1kg trấu rất rẻ Do đó, hệ

thống sấy này dùng trấu làm nguồn năng lượng đốt trực tiếp để lấy khói từ buồng

7

đốt gia nhiệt cho không khí cấp vào không gian sấy Vì vậy, ta cần thiết kế thêm

buồng đốt cho hệ thống sấy

5 Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm của thiết bị sấy (thực hiện bài toán sấy lí thuyết và sấy thực tế)

Khi đã chọn được dạng hệ thống sấy và chế độ sấy, ta tiến hành tính toán cân bằng nhiệt ẩm của thiết bị sấy Đây là nội dunng cơ bản của việc thiết kế một hệ thống sấy

Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt ẩm là tìm được lượng tác nhân sấy và nhiệt

lượng cần thiết trong một giờ Khối lượng tác nhân sấy trong một giờ là một trong hai

cơ sở để chọn quạt (cùng với cột áp) Tính toán các tổn thất nhiệt

6 Tính thể tích buồng đốt và các thiết bị phụ khác

Tính thể tích buồng đốt, tính cyclonee và các thiết bị khác

7 Bố trí hệ thống sấy, tính trở lực và chọn quạt

Để chọn được quạt chúng ta cần bố trí cụ thể hệ thống sấy và căn cứ vào việc bố

trí này để tiến hành tính trở lực hệ thống Khi đã có tổng trở lực và lưu lượng tác nhân

sấy cần thiết trong tính toán cân bằng nhiệt - ẩm của thiết bị sấy ta sẽ chọn được quạt

8 Tính hiệu quả kinh tế của hệ thống sấy

Nội dung tính toán hiệu quả kinh tế của một hệ thống sấy đã được thiết kế

gồm các phần:

· Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng

· Xác định chi phí đầu tư, chi phí vận hành và chi phí bảo dưỡng

1 Phương pháp sấy cổ truyền – phơi nắng

Từ xưa, con người biết đến kỹ thuật sấy như là cách chế biến và bảo quản thực

phẩm thông dụng và tạo mùi vị đặc trưng cho món ăn khi chế biến Phơi nắng là một

phương pháp cổ điển và sử dụng rộng rãi nhất khi mà con người chưa biết đến kỹ thuật

sấy hiện đại.

Ở Việt nam, những người ngư dân dùng ánh nắng mặt trời để làm khô cá, mực và các loạihải sản khác để bảo quản sử dụng lâu ngày, tạo nên nhưng món ăn đặc trưng về hương vị Nhữngngười nông dân cũng vậy, họ dùng cách tương tự để làm khô các loại cá

ở sông, hồ, ruộng vào thời điểm dồi dào để sử dụng vào những thời điểm khan hiếm Ngoài

ra người ta còn dùng cách phơi nắng để chế biến nhiều loại bánh, hoa quả và đồ dùng khác

Hình 1-1:Phơi cá dưới ánh nắng mặt trời

Ở châu Âu, người ta dùng khói nóng để sấy khô thịt, cá và thực phẩm khác, tạo thành các loại thực phẩm hung khói để dự trữ trong mùa đông Ở nhiều dân tộc khác cũng vậy, người ta sử dụng khói hoặc hơi nóng để làm khô và bảo quản nhiều loại thực phẩm và ngũ cốc

Ở Trung quốc, người ta dùng ánh sáng mặt trời và một số kỹ thuật chế biến khác để sấy khô các loại cỏ, cây, hoa, quả và hạt dùng để làm thuốc Ở Việt Nam và một số nước khác ở châu Á cũng vậy

9

Hình 1-2:Dùng ánh nắng mặt trời để làm khô sản phẩm

Ngày nay, kỹ thuật sấy hiện đại phát triển đã giúp con người cải thiện nhiều về

chất lượng, thời gian sấy, thời gian bảo quản, năng suất và hiệu quả kinh tế được nâng

cao Nhưng ở một phương diện nào đó, kỹ thuật sấy cổ truyền và phương pháp thủ

công còn mang đậm tính nghệ thuật và bí truyền nên vẫn giữ được vị trí của nó mà kỹ

thuật hiện đại vẫn không thể thay thế được

Nước ta là một nước nông nghiệp do đó các nông sản được sản xuất ra ngày mộtnhiều, nhất là các sản phẩm đặc sản của vùng nhiệt đới có giá trị xuất khẩu cao, ngày

càng chiếm tỉ trọng lớn trong toàn bộ thu nhập của ngành nông nghiệp Các sản phẩm

này muốn bảo quản được tốt thì phải có độ ẩm nhỏ nhưng độ ẩm này ít có được sau khi thu hoạch Vì vậy hầu hết các sản phẩm nông nghiệp cần phải thông qua quá trình phơi sấy để làm khô tới thủy phần yêu cầu của bảo quản Sấy là phương pháp tương đối hiệuquả, tạo nên tiền đề để bảo quản tốt sản phẩm Mặt khác có nhiều sản phẩm chỉ có

thông qua khâu phơi sấy mới đảm bảo phẩm chất tốt, nâng cao được giá trị thương

phẩm như chè, cà phê, thuốc lá, lúa, gỗ, giấy, sữa bột …

2 Sấy hạt ở Việt Nam và trên thế giới

Trên thế giới, hàng trăm triệu tấn lúa mì, bắp, đậu nành, gạo và các loại hạt khác

như lúa miến, hạt hướng dương, hạt bo bo, đại mạch, yến mạch và một số loại khác được

sấy khô bằng máy sấy hạt Trong nông nghiệp ở các các quốc gia, sấy là việc giảm ẩm từ

khoảng 17-30% đến khoảng từ 8 đến 15%, tùy theo từng loại hạt Độ ẩm đầu ra của hạt

cuối quá trình sấy phải đủ cho việc bảo quản Hạt càng có nhiều dầu thì độ ẩm lưu trữ càng phải thấp Ngũ cốc thường được sấy khô cho tới 14% , trong khi các loại hạt dầu, đến

12,5% (đậu nành), 8% (hướng dương) và 9% (đậu phộng) Sấy được sử dụng như là một

phương pháp để lưu trữ an toàn, để ngăn cản vi khuẩn phát triển Tuy nhiên, nhiệt độ thấp trong lưu trữ cũng được khuyến khích để chống các phản ứng và các quá trình sinh hóa đặcbiệt là sự phát triển của côn trùng và mọt Nhiệt độ bảo quản tối đa khoảng 18°C

10

Các máy sấy lớn nhất thường được áp dụng để cơ khí hóa nông nghiệp ở ngoài đồngruộng đang phát triển và đang được mở rộng các loại máy sấy hỗn lưu được ưa thích

ở Châu Âu, trong khi người Mỹ chỉ thích đưa lúa của họ một lần qua máy sấy Ở Argentina,

cả hai loại này đều được tìm thấy Máy sấy dòng liên tục đạt được năng suất 100 tấn hạt khô/giờ Độ dày của lớp hạt để không khí đi qua máy sấy liên tục trong khoảng từ 0,15 m trong một số dòng máy sấy hỗn hợp có thể 0,3 m trong một vòng lưu Loại máy sấy được sử dụng chủ yếu là loại trong đồng ruộng, đặc biệt là ở Mỹ và Âu Châu Nó thường bao gồm một thùng, với không khí ẩm nóng thổi theo chiều ngang theo một ống trụ ở bên trong thông qua một tấm kim loại, sau đó thông qua một thùng xoay,

dày 0,50 m xuyên giữa lớp hạt và cuối cùng bên ngoài là tấm lưới kim loại, trước khi

được thải ra bên ngoài Thường thì làm khô hạt nhiều lần từ 1 giờ đến 4 giờ tùy thuộc

vào bao nhiêu nước phải được tách ra, loại hạt gì, nhiệt độ không khí và bề dày lớp hạt Tại Hoa Kỳ, máy sấy đối lưu ngược liên tục có thể được thấy trong trang trại, chỉ sử

dụng một thùng để sấy, hạt được đưa vào ở đỉnh của thùng để hạt thích nghi dần dần và làm khô hạt sơ bộ ở trên và lấy ra dần dần ở dưới cùng của thùng khi hạt đã khô hoàn

toàn Sấy hạt là một hoạt động mang tính sản xuất và nghiên cứu

Ngày nay, có thể để mô phỏng hiệu suất của máy sấy với một chương trình máytính dựa trên các công thức (các mô hình toán học) là đại diện cho các thông số tham

gia vào việc làm khô: tính chất vật lý, tính chất hóa học, nhiệt động lực học và nhiệt và khối lượng liên kết Gần đây, sự đòi hỏi của xã hội được dự đoán chắc chắn để điều

chỉnh các tham số để thiết lập một tỷ lệ sấy hợp lý để nhanh chóng làm khô hạt, hạn

chế tiêu thụ năng lượng, và đạt được chất lượng hạt Một điển hình trong tham số chất

lượng sấy lúa mì là chất lượng tạo bột và tỷ lệ phần trăm nẩy mầm Còn đối với lúa

nước là giảm tối đa độ nứt gãy của hạt khi xay xát

3 Khái niệm về sấy

Hạt và các sản phẩm nông nghiệp trước khi nhập kho bảo quản đều phải có độ ẩm

ở mức độ an toàn Điều kiện thích hợp của độ ẩm để bảo quản hạt là ở giới hạn từ 12 đến 14% Phần lớn hạt thu hoạch về có độ ẩm cao hơn, trong điều kiện những mùa mưa độ ẩm của khí quyển cao nên sự thoát hơi nước tự nhiên của hạt chậm lại cho nên có nhiều trường hợp hạt ngô, lúa nhập kho có độ ẩm lên đến 20 ÷ 30% Với độ ẩm của hạt lớn hơn 14% thì hoạt động sống tăng, hô hấp mạnh, lô hạt bị ẩm và nóng thêm Đó là những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật và côn trùng, lô hạt tự bốc nóng và làm cho hạt bị hỏng

Để tránh hiện tượng trên ta phải đảm bảo độ ẩm của hạt xuống khoảng 14% Do đó, đối với một nước nông nghiệp nhiệt đới khí hậu nóng ẩm mưa nhiều như nước ta thì sấy là một phương pháp rất quan trọng

11

Những hạt và những sản phẩm chưa được sấy, bao giờ cũng chứa một lượng nước

thừa trong bản thân chúng Ví dụ hạt thu hoạch có độ ẩm 37% thì có tới 23% trọng lượng

là nước thừa Hạt ẩm ảnh hưởng không tốt đến kỹ thuật xay xát Sản lượng bột giảm, chi

phí năng lượng tăng lên, bột dính vào máy chế biến và làm máy nhanh bị hư hỏng; hạt thu được và sản phẩm chế biến từ hạt sẽ bảo quản khó và chỉ tiêu phẩm chất sẽ thấp Ở những hạt đã sấy hay phơi khô thì quá trình thủy phân chất béo thực hiện chậm, hiện tượng đắng

của hạt và sản phẩm chế biến giảm, côn trùng sâu mọt sẽ bị tiêu diệt

Những hạt bị bốc nóng ở thời kì đầu, nhờ quá trình phơi sấy, hạt trở lại bình

thường, quá trình tự bốc nóng dừng lại và những tính chất kỹ thuật của hạt được phục

hồi Hạt còn tươi chưa hoàn thành quá trình chín sinh lí thì nhờ quá trình sấy quá trình

chín sinh lí được rút ngắn, hạt có được đặc tính kỹ thuật thích hợp của nó Sấy khô

sản phẩm là một quá trình rất phức tạp: khi sấy cần đảm bảo giữ được tính chất của

sản phẩm, đảm bảo chất lượng và giữ nó ở trạng thái tốt

Quá trình sấy thực chất là quá trình dùng nhiệt năng để làm bốc hơi một phần

lượng nước có trong sản phẩm Quá trình này phụ thuộc vào cấu tạo, kích thước,

dạng liên kết của vật liệu sấy và tính chất hóa học của sản phẩm và trạng thái bề mặt

của sản phẩm hút ẩm.

4 Bản chất đặc trưng của quá trình sấy

Sấy là một quá trình tách ẩm ra khỏi sản phẩm (hoặc chuyển nước trong sản phẩm

sang thể hơi) Quá trình này được thực hiện do sự chênh lệch áp suất của hơi nước ở môi

mặt sản phẩm bay hơi cần có điều kiện Psp > Pxq hay Psp - Pxq = DP Trị số DP càng lớn thì

ban đầu của vật liệu sấy và phụ thuộc vào tính chất liên kết của nước với sản phẩm

Sự thoát ẩm trên bề mặt tăng lên khi nhiệt độ và tốc độ của luồng không khí

tăng, khi độ ẩm tương đối giảm và áp suất không khí giảm Do vậy sự thoát ẩm trên bề mặt dẫn đến sự khuếch tán bên trong Đó là kết quả của sự phá vỡ mối cân bằng tương đối trong sản phẩm cũng là do sự thay đổi nhiệt độ và sự phân chia nước không đồng

đều trong sản phẩm Trong sản phẩm (và nhất là hạt) sự vận chuyển nước bắt đầu từ nơi

có độ ẩm cao đến nơi có độ ẩm thấp Sự chênh lệch độ ẩm ở những phần khác nhau củahạt là nguyên nhân của sự khuếch tán bên trong khi sấy Sự thay đổi về mặt phân bố

nhiệt độ ở những điểm khác nhau của hạt làm cho sự vận chuyển độ ẩm tăng từ chỗ có nhiệt độ cao đến chỗ có nhiệt độ thấp

Quá trình sấy có thể được xúc tiến nhanh hơn nhờ sự tăng nhiệt độ không khí hoặc nhiệt độ của hỗn hợp không khí và khói lò (t), giảm độ ẩm tương đối của không khí (j),

12

tăng vận tốc không khí (v) và nhờ sự giảm áp suất không khí trong môi trường (B)

Trong quá trình sấy, càng về sau hơi nước của môi trường xung quanh càng nhiều, tức

độ ẩm cân bằng thì DP = 0, quá trình sấy ngừng lại

Đối với hạt lúa, ẩm hiện diện ở hai nơi: ở bề mặt của hạt (ẩm bề mặt) và ở nhân

hạt (ẩm bên trong) Ẩm bề mặt sẽ nhanh chóng bay hơi khi hạt được tiếp xúc với không

khí nóng thổi qua nó, còn ẩm bên trong nhân hạt sẽ bay hơi chậm hơn bởi vì đầu tiên nó

phải di chuyển từ nhân hạt ra bề mặt hạt và kết quả là ẩm bề mặt và ẩm bên trong sẽ bay

hơi với tốc độ khác nhau Kết quả của sự chênh lệch này là tốc độ sấy và hàm lượng ẩm

được lấy đi sẽ giảm trong quá trình sấy Đối với hầu hết các loại máy sấy hạt, tốc độ sấy

thường nằm trong khoảng 0.5 %/h ¸ 1 %/h Hàm lượng ẩm của hạt sau mỗi lần qua

máy sấy có thể giảm từ 2 ¸ 4% phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu của hạt, nhiệt độ sấy và

tốc độ tác nhân sấy

13

CHƯƠNG 2 CÁC LOẠI MÁY SẤY

1 Các phương pháp sấy bằng nhiệt (sấy nóng)

Quá trình dùng nhiệt để tách lượng nước trong sản phẩm chuyển thành hơi thoát

ra môi trường gọi là phương pháp sấy bằng nhiệt

1.1 Sấy bằng không khí tự nhiên (phơi nắng): đó là phương pháp lợi dụng ánh

Phơi nắng là phương pháp không tốn kém về nhiên liệu Nó thúc đẩy quá trình chín sinh lí của hạt, có khả năng diệt trừ nấm Aspergillus, Penicilium, côn trùng, sâu, mọt… bởitác dụng của ánh nắng mặt trời Nhưng phơi nắng có nhược điểm là không chủ động và phụthuộc vào điều kiện thời tiết rất lớn, nhất là các vùng canh tác 2 vụ: mùa khô

rất ngắn ngũi không cho phép phơi nắng tự nhiên một cách nhanh chóng Phơi nắng

còn tốn nhiều công lao động và không cơ giới hóa được Thời gian để đạt được độ ẩm

an toàn thường dài, nhất là đối với các hạt giống có yêu cầu ẩm độ gần bằng 12% Tuy vậy, trong thực tế sản xuất hiện nay, người ta vẫn áp dụng phương pháp phơi nắng đối với các loại ngũ cốc và một số nông sản khác Những sản phẩm cần phơi trải thành

những lớp mỏng nên mặt đất hay chiếu, phên…nên gặp rất nhiều bất tiện: dễ bị lẫn đất cát, dễ bị ẩm khi gặp mưa Hiện nay có rất nhiều phương pháp để cải tiến kỹ thuật này Sấy nhân tạo là một trong những phương pháp đó

Hình 2-1: Phơi lúa tự nhiên

1.2 Sấy nhân tạo

Khi cần làm khô một khối lượng lớn sản phẩm trong thời gian ngắn bất kể điều

kiện thời tiết thế nào thì phải sử dụng phương pháp sấy nhân tạo Phương pháp này đắt tiềnhơn và phức tạp hơn phương pháp sấy tự nhiên nhưng nó là điều cần thiết để có được sản

phẩm đồng nhất đem ra thị trường Sấy khô nhân tạo là phương pháp sấy nhờ có tác

14

nhân sấy đốt nóng (khói lò hoặc không khí nóng) tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy,

làm nóng vật liệu sấy và lấy nước của nó đi Quá trình này tốn nhiều nhiệt năng

1.2.1 Các phương pháp sấy nóng nhân tạo:

Người ta phân biệt nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau, tuy nhiên khi

phân loại phương pháp sấy khi xét riêng về vật liệu sấy trong buồng sấy thì người ta

chia: sấy vật liệu ẩm tĩnh tại và sấy vật liệu ẩm có chuyển động như sau:

a Sấy tĩnh học (Stationary drying): áp dụng để sấy hạt là chủ yếu.

Hạt được giữ yên cố định trong một quá trình sấy, hạt được trải thành lớp nằm

ngang và được không khí lưu thông từ dưới lên trên Độ dày lớp này rất quan trọng

(tới 60 cm hạt) Phương pháp này muốn tốt phải tạo điều kiện lưu lượng không khí

nóng phù hợp cho sấy hạt đồng đều

cm Nếu lớp này quá dày hạt sẽ bị ẩm ở phía trên, còn phía dưới lại quá khô Để đồng

đều khi sấy người ta làm động tác xáo trộn hạt khi tháo hạt ra khỏi máy sấy hoặc quạt

đồng đều hạt khi đã qua khỏi máy sấy

Hình 2-2: Máy sấy tĩnh

b Vật liệu sấy được đảo trộn (motive grain drying):

Lớp hạt được chuyển động trong lò sấy, bề dày nhỏ hơn trong trường hợp sấy

tĩnh vào khoảng 20 ÷ 30 cm và có những bộ phận răng trộn hạt trong quá trình hạt đi

qua buồng sấy, do đó khắc phục được hiện tượng lớp hạt khô không đồng đều

Lượng không khí có thể tùy theo loại máy sấy Có loại dùng lượng không khí lớn

15

phẩm Lượng không khí nóng lớn làm tăng công suất lò sấy nhưng có thể làm cho sản

phẩm sấy bị dòn, gãy khi chế biến Ví dụ: đối với ngô hay xảy ra hiện tượng nung hạt Nhiều công trình nghiên cứu của Mĩ đã chứng minh ảnh hưởng xấu của việc sấy khô

nhanh đối với ngô làm cho nhiều hạt bị rạn nứt, nếu sau khi sấy mà hạt bị làm lạnh

nhanh thì hạt sẽ dễ vỡ (do sức căng bề mặt)

1.2.2 Sấy vật liệu ẩm bằng phương pháp trao đổi nhiệt đối lưu không khí

Phương pháp này dùng khí nóng hoặc hỗn hợp không khí nóng với khói lò để làm

khô sản phẩm Không khí sau khi được đốt nóng được đưa vào buồng sấy đốt nóng sản

phẩm và đến lúc nào đó nước trong sản phẩm sẽ bốc hơi Khi vào buồng sấy, không khí

nóng có độ ẩm thấp, nhiệt độ cao, khi đó hơi nước trong sản phẩm bốc ra có độ ẩm j lớn,

nhiệt độ thấp nên không khí nóng hút độ ẩm của sản phẩm bốc ra để đưa ra ngoài làm cho

độ ẩm của không khí nóng tăng lên, nhiệt độ giảm xuống, do đó khả năng hút ẩm giảm

dần Muốn quá trình sấy tiếp tục mạnh ta phải cho luồng không khí nóng chứa ẩm cao

thoát ra ngoài và cho luồng không khí nóng khác có độ ẩm thấp và nhiệt độ cao tiếp tục

đi vào buồng sấy.

1 Buồng đốt

2 Buồng hòa trộn

3 Quạt

4 Buồng sấy

Hình 2-3: Sấy vật liệu ẩm bằng phương pháp trao đổi nhiệt đối lưu không khí

1.2.3 Sấy vật liệu ẩm bằng phương pháp sấy tiếp xúc (Contacted drying)

Vật liệu sấy được đốt nóng thông qua chất tải nhiệt hoặc qua thành dẫn nhiệt bằng

cách cho khói lò hoặc hơi nước đi qua phần dưới của buồng sấy, ngăn cách phần trên chứavật liệu ẩm nhờ tiếp xúc với thành thiết bị đã đốt nóng mà làm cho sản phẩm nóng lên và

được sấy khô Hơi nước từ vật liệu được thoát ra ngoài thông qua một quạt hút ẩm

1.2.4 Sấy vật liệu ẩm bằng phương pháp sấy bức xạ (Radiation drying)

Sấy bức xạ là quá trình sử dụng năng lượng của các tia bức xạ phát ra từ vật

bức xạ để làm nóng vật sấy đến nhiệt độ bay hơi ẩm trong vật sấy, làm giảm độ ẩm

của nó đến mức yêu cầu

1.2.5 Sấy vật liệu ẩm bằng phương pháp sấy thăng hoa (Sublimation drying)

Sấy thăng hoa là quá trình làm giảm độ ẩm của vật sấy bằng thăng hoa (từ thể

rắn thành thể hơi)

Sấy thăng hoa có ưu điểm rất lớn mà các phương pháp sấy khác không có:

16

hóa…)

Trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, sấy thăng hoa được

áp dụng để sấy thịt, cá, rau quả đóng hộp…và trong cả ngành sản suất dược phẩm

Muốn bảo quản lâu dài thì sản phẩm sấy thăng hoa phải được đóng hộp có độ kín cao

2 Các dạng máy sấy có thể sấy hạt lúa

Trong các thiết bị sấy đối lưu, năng lượng vật liệu sấy nhận được bằng phương

pháp truyền nhiệt đối lưu, do đó tác nhân sấy đồng thời là chất mang nhiệt để cung cấpnăng lượng cho vật liệu sấy và mang ẩm thoát ra từ vật liệu sấy thải vào môi trường

Tác nhân sấy trong thiết bị sấy đối lưu thường là không khí nóng hoặc khói lò Thiết bịsấy đối lưu có thể sấy lúa có thể có các dạng sau:

2.1 Máy sấy thùng quay (Rotary dryer – Drum dryer)

Thiết bị sấy thùng quay cũng là một thiết bị sấy chuyên dùng để sấy các vật liệu dạng hạt rời, các loại muối kim loại trong sản xuất hóa chất, các loại ngũ cốc: lúa,

ngô, đậu … hoặc bột nhão, cục (bột nhẹ, CaCO3) có độ nhão ban đầu lớn khó tự

dịch chuyển nếu dùng thiết bị sấy tháp Tác nhân sấy là khí nóng hoặc khói lò

Kết cấu máy sấy thùng quay:

Hệ thống sấy thùng quay gồm thùng sấy hình trụ tròn, calorifer và hạt hút ẩm

Trong thùng sấy đặt các cánh xáo trộn và đôi khi còn tạo thành các vùng riêng biệt Nhờ

các cánh xáo trộn mà vật liệu sấy được đưa lên và rơi xuống để tăng cường quá trình trao

đổi nhiệt ẩm Phần chính của thiết bị sấy thùng quay là ống trụ tròn đặt nghiêng với mặt

phẳng ngang một góc nghiêng độ dốc 1/15 ÷ 1/50 Tốc độ quay của thùng có thể điều

chỉnh từ 1 ÷ 8 vòng/phút Trong thùng quay tùy theo tính chất của vật liệu sấy, người ta có thể đặt các cánh xáo trộn, vách ngăn để tăng cường quá trình sấy

17

Hình 2-4: Máy sấy thùng quay cấp nhiệt trực tiếp

Hình 2-5: Máy sấy thùng quay cấp nhiệt gián tiếp

Đặc điểm của hệ thống máy:

Vật liệu sấy từ phễu nạp liệu đi vào thùng sấy cùng chiều với tác nhân Sau khi

thực hiện quá trình sấy, tác nhân được đưa qua cyclone để thu hồi một phần sản phẩm

bay theo và thải vào môi trường Tốc độ chuyển động của tác nhân trong thùng sấy

thường vào khoảng 1 ÷ 3 m/s

Khi sấy cơ chế trao đổi nhiệt giữa tác nhân với vật liệu gồm:

rơi từ trên xuống

18

thùng sấy

Tỉ số giữa chiều dài thùng quay L(m) và đường kính thùng sấy D(m) thường lấy

trong khoảng L/D = 3.5 ¸ 7

Nhận xét:

2.2 Máy sấy tháp (Tower Dryer – Shaft Grain Dryer)

a Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và đặc điểm:

Hệ thống máy sấy gồm calorifer hoặc cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộn

với không khí tươi, hệ thống quạt và các thiết bị phụ trợ khác

Tháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều

rộng và chiều dài Trong tháp sấy người ta bố trí hệ thống kênh dẫn và thải tác nhân xen kẽnhau ngay trong lớp vật liệu sấy (đặc điểm này khác với các thiết bị sấy buồng và hầm)

Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóng luồng lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình

trao đổi nhiệt sấy và nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài Vật liệu sấy chuyển

động từ trên xuống dưới từ tính tự chảy do trọng lượng bản thân của chúng Tháp sấy

nhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa dòng tác nhân chuyển động vừa ngược chiều

vừa cắt ngang và do dẫn nhiệt từ bề mặt kênh dẫn và kênh thải qua lớp vật liệu nằm trên

các bề mặt đó Vì vậy trong thiết bị sấy tháp, nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được gồm 2

thành phần: thành phần đối lưu giữa tác nhân sấy với khối lượng hạt và thành phần dẫn

nhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệu nằm trên đó

Khi sấy hạt di chuyển từ trên cao (do gàu tải hoặc vít tải đưa lên) xuống mặt đất

theo chuyển động thẳng đứng hoặc dzích dzắc trong tháp sấy Để tăng năng suất thiết bị

ngoài phương pháp mở rộng dung lượng của tháp thì ở một mức độ đáng kể người ta còn

tìm cách tăng tốc độ tác nhân chuyển động qua lớp hạt Tốc độ này có thể từ 0.2 ÷

0.3m/s đến 0.6 ÷ 0.7 m/s hoặc lớn hơn Tuy nhiên, tốc độ tác nhân khi ra khỏi ống

góp kênh thải theo kinh nghiệm không nên vượt quá 6m/s để tránh hạt bị cuốn theo

tác nhân đi vào hệ thống thải ẩm (đọng lại trong các đoạn ống, dẫn đến quạt thải…)

Các loại máy sấy tháp phổ biến:

19

Hình 2-6: Máy sấy tháp tam giác

Hình 2-7: Máy sấy tháp

20

Hình 2-8: Máy sấy tháp tròn

Hình 2-9: Máy sấy tháp

21

Hình 2-10 : Máy sấy tháp kiểu hình thoi

b Tháp sấy liên tục.

Hạt qua tháp sấy một lượt rồi bin ủ và “nghỉ” ở đó một thời gian (từ 2 đến 24 giờtùy chế độ sấy và loại hạt), sau đó hạt lại qua tháp sấy lượt thứ hai và cứ tiếp tục như thếlượt thứ 3, 4 … Mục đích của bin ủ là cho ẩm độ ở trung tâm hạt có thời gian ra ngoài bề

mặt để dễ bốc hơi Chênh lệch ẩm độ quá nhiều giữa bề mặt hạt và tâm hạt sẽ gây ứng

suất làm gãy, vỡ hạt Điều này là tối kị khi sấy lúa, khi xay ra gạo sẽ bị bể thành tấm

Kết cấu và cách bố trí các kênh dẫn và kênh thải ẩm có một ý nghĩa đặc biệt đến sự dịch chuyển của lớp hạt và độ sấy đồng đều của sản phẩm Nói cách khác nó góp phần tăngnăng suất thiết bị và nâng cao chất lượng sản phẩm Khoảng cách tối thiểu giữa kênh dẫn

và kênh thải phụ thuộc vào kích thước hạt cần sấy Khoảng cách này có thể lấy từ 70

÷ 100 mm Hạt có kích thước bé ta lấy giới hạn dưới và ngược lại Các kích thước kháckhông đóng vai trò quan trọng Theo kinh nghiệm, khoảng cách tối thiểu giữa hai kênh chovật liệu sấy chuyển động phụ thuộc vào từng loại vật liệu và có thể từ 70 ÷ 100 mm hoặc lớnhơn

Do các hạt ngũ cốc chỉ chịu được một giới hạn nhất định về nhiệt độ và độ ẩm

nên hệ thống sấy tháp thường được tổ chức sấy phân vùng Sau vùng sấy cuối cùng vật liệu sấy thường được làm mát đến gần nhiệt độ môi trường để đưa vào kho bảo quản

22

c Tháp sấy tuần hoàn – sấy theo mẻ.

Hạt đi qua tháp sấy được gàu tải đưa trở lại tháp Thời gian ủ thực chất là thời

gian hạt ở trong gàu tải và ở trong thùng chứa trên buồng sấy nên tương đối ngắn,

khoảng 0.5 giờ Vì thế cùng với một máy sấy tháp, nhiệt độ dùng trong chế độ sấy tuần hoàn phải thấp hơn so với sấy liên tục

Thực sự, chọn chế độ nhiệt cho máy sấy là một bài toán cân đối kinh tế Tăng

nhiệt độ sấy thì giảm chi phí vì thời gian sấy nhanh hơn nhưng hao hụt giá trị hạt vì

giảm chất lượng

Máy sấy tháp có các ưu điểm sau:

d Ứng dụng: Thiết bị sấy tháp là thiết bị sấy chuyên dụng để sấy các loại hạt

cứng như thóc, ngô, đậu… có độ ẩm ban đầu không lớn lắm (w = 20 ÷ 30%) và có thể dịch chuyển dễ dàng từ trên đỉnh tháp xuống dưới nhờ chính trọng lượng của nó Đôi

khi trong thiết bị sấy tháp người ta còn đặt các kết cấu cơ khí để làm chậm hoặc tăng

cường tốc độ dịch chuyển của khối hạt Sản phẩm trong máy sấy tháp có thể lấy ra liên tục hoặc định kì

Tóm lại: Trong các loại máy sấy có thể sấy được hạt lúa như trên, ta chọn máy

sấy tháp với các ưu điểm có thể áp dụng thực tế tại địa phương

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU SẤY VÀ TÁC NHÂN SẤY

1 Vật liệu sấy – hạt lúa

1.1 Cây lúa

Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cùng với ngô

(Zea Mays L.), lúa mì (Triticum sp tên khác: tiểu mạch), sắn (Manihot esculenta

Crantz, tên khác khoai mì) và khoai tây (Solanum tuberosum L.).

Hình 3-1: Cây lúa

Lúa có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực đông nam châu Á và

châu Phi Nó cung cấp hơn 1/5 toàn bộ lượng calo tiêu thụ bởi con người Lúa là các loài

thực vật sống một năm, có thể cao tới 1-1,8 m, đôi khi cao hơn, với các lá mỏng, hẹp bản

(2-2,5 cm) và dài 50-100 cm Các hoa nhỏ thụ phấn nhờ gió mọc thành các cụm hoa phân

nhánh cong hay rủ xuống, dài 30-50 cm Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại

cây ngũ cốc) dài 5-12 mm và dày 2-3 mm Cây lúa non được gọi là mạ Sau khi ngâm ủ,

người ta có thể gieo thẳng các hạt thóc đã nảy mầm vào ruộng lúa đã được cày, bừa kỹ

24

hoặc qua giai đoạn gieo mạ trên ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt, sau

một khoảng thời gian thì nhổ mạ để cấy trong ruộng lúa chính Sản phẩm thu được từ

cây lúa là thóc khoảng 85 ngày sau khi gieo xuống ruộng Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài

thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu Gạo là nguồn lương

thực chủ yếu của hơn một nửa dân số thế giới (chủ yếu ở châu Á và châu Mỹ La tinh), điều này làm cho nó trở thành loại lương thực được con người tiêu thụ nhiều nhất

e thu hoạch lúa f đưa lúa vào tháp sấy

25

Hình 3-2: các giai đoạn phát triển của cây lúa – hạt gạo

1.2 Cấu tạo hạt lúa

Hạt lúa nhìn bên ngoài có các thành phần chính là: mày lúa, vỏ nộinhũ và phôi

Aleurone: hạt alơron Tegmen: vỏ

Pericap: vỏ hạt Sterile: vỏ bao nhỏ Embryo: mầm, phôi Scutellum: vảy nhỏ

Epiblast: lá mặt

Hình 3-3: Cấu tạo hạt lúa

NướcGluxit

26Protit

Lipit

Tro

· Mày lúa: trong quá trình sấy và bảo quản, mày lúa rụng ra làm tăng lượng tạp chất và VitaminB1

· Vỏ trấu: bảo vệ hạt gạo, chống các ảnh hưởng64.03%của môi trường và sự phá hoại của sinh

· Phôi: nằm ở góc dưới nội nhũ, có nhiệm vụ5.36%biến các chất dinh dưỡng trong nội nhũ

để nuôi mầm khi hạt hạt lúa nảy mầm

Các thành phần hóa học của hạt lúa:

1.3 Các đặc tính chung của khối lúa

a Tính tan rời: là đặc tính khi đổ lúa từ độ cao h xuống mặt phẳng nằm ngang,

lúa tự dịch chuyển để tạo thành khối có dạng chóp nón Góc tạo thành bởi đường sinh

với mặt phẳng đáy nằm ngang của hình chóp gọi là góc nghỉ hay góc nghiêng tự nhiên của khối hạt Về trị số thì góc nghỉ tự nhiên bằng góc ma sát giữa hạt với hạt nên còn

bộ chất lượng và sự thay đổi chất lượng của lúa trong quá trình sấy và bảo quản Đối

Nếu ta để hạt trên một mặt phẳng và bắt đầu nghiêng mặt phẳng này cho tới

khi hạt bắt đầu trượt thì góc giới hạn giữa mặt phẳng ngang và mặt phẳng trượt gọi

một khối hạt thì góc trượt có liên quan và phụ thuộc vào góc nghiêng tự nhiên

Hình 3-4 : các góc trong khối hạt

Góc nghỉ và góc trượt càng lớn thì độ rời càng nhỏ, ngược lại góc nhỏ thì

khả năng dịch chuyển lớn, nghĩa là độ rời lớn

27

Độ rời của khối hạt dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào các yếu tố

như kích thước, hình dạng hạt và trạng thái bề mặt hạt, độ ẩm của hạt, số lượng và loại tạp chất trong khối hạt Đối với góc trượt còn thêm một yếu tố quan trọng nữa là loại

vật liệu và trạng thái bề mặt vật liệu trượt

Loại hạt có dạng hình cầu, bề mặt hạt nhẵn như đậu, loại hạt không có hình cầu

và bề mặt hạt xù xì như lúa thì góc nghỉ và góc trượt lớn

Độ tạp chất của khối hạt càng cao đặc biệt là nhiều tạp chất rác thì độ rời

càng nhỏ Độ ẩm của khối hạt càng cao thì độ rời càng giảm

Trong bảo quản, độ rời của khối hạt có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện

bảo quản Nếu bảo quản quá lâu hay đã xảy ra quá trình tự bốc nóng làm cho khối hạt

bị nén chặt, độ rời giảm hay thậm chí có khi mất hẳn độ rời

b Tính tự phân loại: khối hạt có cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau (lúa

chắc, lúa lép, tạp chất…), không đồng chất (khác nhau về hình dạng, kích thước, tỉ trọng…),

do đó trong quá trình di chuyển chúng tự tạo nên những vùng khác nhau về chất

lượng gọi là tính tự phân loại của khối hạt Hiện tượng tự phân loại ảnh hưởng xấu đến e -=

1

dễ bị cuốn theo tác nhân sấy trong quá trình sấy

c Độ xốp của khối hạt: Độ xốp của vật liệu e là phần thể tích bị chiếm chỗ do

khoảng không gian giữa các hạt Giá trị của độ xốp phụ thuộc vào hình dạng hạt, cách

mà chúng sắp xếp trong khối hạt (những hạt nhỏ có thể lấp đầy các khoảng trống giữa

các hạt lớn) Trong quá trình sấy, khối hạt cần có độ xốp (lỗ hổng) cần thiết cho quá

trình truyền nhiệt và truyền ẩm với tác nhân sấy được dễ dàng

r

rh

Trong đó:

d Tính dẫn nhiệt và tính truyền nhiệt: quá trình dẫn nhiệt và truyền nhiệt trong

khối hạt luôn tiến hành theo hai phương pháp song song đó là dẫn nhiệt và đối lưu Đại lượng đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của lúa là hệ số dẫn nhiệt l = 0.12 ¸ 0.2

kCal/m.h.độ và sự trao đổi nhiệt đối lưu giữa lớp hạt nóng và lớp hạt nguội mới vào Cả

hai đặc tính này của lúa đều rất nhỏ nhưng chúng cũng có ảnh hưởng đến quá trình sấy

e Tính hấp thụ và nhả các chất khí, hơi ẩm trong quá trình sấy thường là hiện

tượng ở bề mặt Vì vậy, trong quá trình sấy luôn xảy ra nhiều giai đoạn: sấy Þ ủ Þ sấy

Þ ủ….để giúp độ ẩm trong nhân hạt có thời gian di chuyển ra bề mặt hạt, làm cho lúa được khô đều và ít bị nứt gãy khi xay xát

28

1.4 Các yêu cầu đặc trưng của hạt lúa sau sấy

Lúa sau khi sấy có thể được dùng làm lương thực hoặc để làm giống, dự trữ

Vì vậy, lúa sau khi sấy cần đảm bảo được các yêu cầu sau:

· Hạt lúa còn nguyên vẹn vỏ trấu bao bọc hạt gạo

· Hạt lúa còn giữ nguyên hình dạng, kích thước và màu sắc

· Có mùi vị đặc trưng của lúa và không có mùi khác (mùi tác nhân sấy )

· Hạt lúa không bị rạn nứt, gãy vụn và đặc biệt là lúa giống phải đảm bảo khả năng nảy mầmcủa hạt sau khi sấy

· Sau khi sấy, lúa phải đạt độ ẩm bảo quản, nếu không sẽ là môi trường tốt cho mối, mọt phá hoại

Tóm tắt qui trình công nghệ

Hình 3-5: Tóm tắt qui trình công nghệ

Ở Đồng Bằng Sông Cửu Long, vụ đông xuân là mùa vụ mà bà con nông dân trông chờ nhiều nhất Đối với những vùng có lũ lụt thì sau mùa lũ lụt thì lượng phù sa bồi đắp cho đất trồng rất lớn nên vụ lúa đông xuân có năng suất lúa rất cao Mặt khác, vụ đông xuân có thời tiết khá thuận lợi cho việc canh tác lúa Ở mùa vụ này trời rất ít mưa nên bà con nông dân có thể để lúa chín trên cây đến độ ẩm hạt còn khoảng 20 ¸ 25% thì thu hoạch nhưng nếu để lúa chín trên cây như thế thì sau khi thu hoạch tỉ lệ rơi rụng rất nhiều, làm thất thoát hạt lúa Để giải quyết tìnhtrạng này thì ngay khi cây lúa được khoảng 85 ngày, độ chín của hạt khoảng 80%, độ ẩm hạt khoảng 27% thì bà con nông

dân hạ cây lúa xuống và bắt đầu để phơi nắng tự nhiên khoảng 1 ngày nắng thì gom lại và suốt lấy hạt Đối với những số lúa đã tương đối khô, bà con có thể bán ngay tại ruộng Còn đối với các trung tâm nông sản, nhà máy xay xát hay các kho chứa lúa lớn thì người

29

ta dùng phương pháp sấy lúa để nhanh chóng đạt độ ẩm yêu cầu cho quá trình xay xát

và bảo quản

Hình 3-6: thu hoạch lúa trên đồng ruộng

1.5 Công nghệ sấy lúa

Lúa là vật liệu dạng hạt, có thể được sấy với nhiều loại máy sấy khác nhau Ở đây,

ta dùng thiết bị sấy tháp để sấy lúa Tác nhân sấy là hỗn hợp khói và không khí tươi đượchòa trộn với nhau rồi được dẫn qua các kênh dẫn để trao đổi nhiệt, ẩm với khối lúa được

chảy tự nhiên từ trên xuống nhờ chính trọng lượng của chúng rồi sau đó khí thải vào các

kênh thải để thải ra môi trường Đây là thiết bị chuyên dùng để sấy hạt, với tác nhân sấy

là không khí nóng sẽ đảm bảo yêu cầu vệ sinh cho hạt lúa, chế độ sấy không quá cao do

Độ ẩm cân bằng trong quá trình sấy » 13%

đó đáp ứng được yêu cầu sử dụng lúa làm giống, làm thực phẩm hay bảo quản chúng.

0

2 Tác nhân sấy

Trong kĩ thuật sấy các loại vật liệu ẩm bằng phương pháp đối lưu, người ta thường dùng các môi chất như không khí, khói lò hoặc các loại khí trơ và hơi nước quá nhiệt để làm tác nhân sấy

Không khí là loại tác nhân sấy rẻ tiền thường có sẵn trong tự nhiên, không độc hại, không làm bẩn sản phẩm Thành phần không khí gồm hỗn hợp nhiều chất khí khác nhau

30

như: N2, O2, CO2 và một số khí khác Khi nghiên cứu về không khí ẩm, ta xem nó là

một thành phần đồng nhất và khi sấy không khí thường ở áp suất khí quyển, nhiệt độ

trong phạm vi từ vài chục độ đến vài trăm độ C Khi tính toán, ta xem không khí là khí

lí tưởng

Khả năng sấy của không khí thể hiện bởi sự chênh lệch giữa nhiệt độ bầu khô

và nhiệt độ bầu ướt (Dt = tk – tư) hoặc sự chênh lệch giữa áp suất bão hòa và áp suất

hơi riêng phần (DP = Pb – Ph) cũng như chênh lệch hàm ẩm (Dd = db – dh) Bằng sự

thay đổi trạng thái của không khí, người ta có thể tạo ra các chế độ sấy khác nhau phù

hợp với từng loại vật liệu sấy khác nhau

Như chúng ta đã biết, ngoài không khí ẩm, khói lò cũng là tác nhân sấy phổ

biến Khói lò có thể được tạo ra nhờ đốt nhiều loại nhiên liệu khác nhau trong đó chủ

yếu là nhiên liệu hóa thạch (than đá) và các nhiên liệu gốc sinh khối khác như củi,

trấu, bã mía… Khói lò thường được sử dụng trong các thiết bị sấy với tư cách là

nguồn cung cấp gián tiếp để đốt nóng tác nhân sấy (trong calorifer không khí – khói

lò) hoặc với tư cách là tác nhân sấy trực tiếp, vừa cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy vừa

mang ẩm thải vào môi trường

Trong khói lò chỉ có hai thành phần là khói khô và hơi nước Nếu sử dụng khói lò

với tư cách là một tác nhân sấy thì trong tính toán ta sẽ xem khói lò như là một dạng nào

đó của không khí ẩm, và vì thế ta có thể dùng đồ thị I – d của không khí ẩm để biểu diễn

các trạng thái hay quá trình nhiệt động của khói lò Hay nói cách khác, khói lò cũng có cácthông số như entanpy I, độ chứa ẩm d, độ ẩm tương đối giống như không khí ẩm

Khói lò được sinh ra do đốt trấu, nguồn nhiên liệu rất dồi dào ở vùng Đồng

Bằng Sông Cửu Long Trong bài đồ án, dùng khói lò làm tác nhân sấy trực tiếp bằng

cách đốttrấu cấp nhiệt

Hình 3-7: Trấu nhiều đến mức người ta phải đổ bỏ

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY SẤY THÁP

Tính toán thiết kế máy sấy lúa kiểu tháp tam giác năng suất 6 tấn/mẻ (có đảo trộn), địa điểm tại tỉnh Đồng Tháp, hoạt động vào mùa thu hoạch Đông Xuân Cung cấp nhiệt là đốt trấu cấp trực tiếp.

1 Tính toán tổng quát

Theo Trung Tâm Khí Tượng Thủy Văn Quốc Gia [7], nhiệt độ trung bình của

Theo tài liệu nghiên cứu của Viện Cơ Điện Nông Nghiệp và Công Nghệ Sau ThuHoạch [8], lúa thường được sấy ở nhiệt độ 500 đến 900C, vì ở nhiệt độ này đường và chấtbéo khôngThôngbịphânsố hủy và không bị biến dạng và lúaSố khôngliệu bị nứt vỏ

Độ ẩm sau thu hoạch

wvào »20¸27% chọn wvào »27%

Theo giả thiết:

0

Theo giả thiết ban đầu và đặc tính của vật liệu sấy ta chọn hệ thống sấy lúa là hệ thống sấy tháp tam giác

1.1 Chọn chế độ sấy

Trong máy sấy tháp, người ta thường phân thành hai vùng chính: vùng sấy

và vùng làm mát Ở đây, ta chọn 3 vùng sấy và 1 vùng làm mát Vùng sấy để gia

nhiệt và tách ẩm trong hạt lúa; Vùng làm mát để làm mát hạt lúa sau khi sấy có

nhiệt độ cao, nhằm nâng cao chất lượng hạt lúa

Mục đích của việc phân thành nhiều vùng sấy, có vùng làm mát và có đảo trộn: lúa là loại hạt có cả ẩm bề mặt và ẩm bên trong nhân hạt, phân thành nhiều vùng sấy

với các nhiệt độ sấy khác nhau để khi lúa từ trên cao rơi xuống qua vùng sấy 1 có nhiệt

độ cao sẽ lấy đi ẩm bề mặt của hạt lúa, sau đó lúa qua vùng sấy 2, 3 để ẩm bên trong

nhân hạt có thời gian di chuyển ra bề mặt hạt do chênh lệch nhiệt độ và phân áp suất

hơi nước Với việc đảo trộn nhiều lần sẽ đảm bảo hạt lúa không bị ứng suất nhiệt gây

gãy vỡ khi xay xát (mỗi lần đảo trộn sẽ giảm được lượng ẩm khoảng 2¸4%)

Lúa có độ ẩm đầu vào là 27%, độ ẩm đầu ra là 14% nên độ ẩm cần tách ra khỏi lúa là 13% Đối với các loại hạt, để cho chất lượng hạt ổn định sau mỗi lần sấy thì độ

giảm ẩm mỗi lần đảo trộn khoảng 2 ¸ 4% Ta chọn sơ bộ giảm ẩm mỗi lần là 3.25%

nên sẽ phải đảo trộn 13/3.25 = 4 lần hay (1 + 1 + 1 + 0.25) ´ 4 = 13

Ta chọn phân bố giảm ẩm trong 3 vùng sấy và vùng làm mát như sau:

Đồ án chuy ên ngành Kỹ Thuật Nhiệt

1.2 Cân bằng ẩm cho từng vùng - Tính lượng ẩm bốc hơi trong

1 giờ Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ theo công thức:

· Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ trong vùng sấy 2

W2 = G12 w

21 - w 22 = 5919 ´ 26-25 = 79 kg

· Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ trong vùng sấy 3

· Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ trong vùng làm mát

Tổng lượng ẩm đã lấy ra trong quá trình sấy và quá trình làm mát lần I:

· Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ trong vùng sấy 2

100 - 20.75

· Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ trong vùng làm mát

4 32 w 41 - w 42 = 5527 ´ 20 75-20 5 = 17 kg

W = G

100

34

Đồ án chuy ên ngành Kỹ Thuật Nhiệt

Tổng lượng ẩm đã lấy ra trong quá trình sấy và quá trình làm mát lần I:

· Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ trong vùng sấy 2

2 12 w 21 - w 22 = 5442 ´ 19 5- 18 5 = 67 kg W= G

100

· Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ trong vùng sấy 3

· Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ trong vùng làm mát

Tổng lượng ẩm đã lấy ra trong quá trình sấy và quá trình làm mát lần I:

· Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ trong vùng sấy 2

· Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ trong vùng làm mát

4 32 w 41 - w 42 = 5109 ´ 14 25-14 = 15 kg W= G

100

Tổng lượng ẩm đã lấy ra trong quá trình sấy và quá trình làm mát lần I:

35

Đồ án chuy ên ngành Kỹ Thuật Nhiệt

Từ đó:

Lần đảo trộn thứ I tách được lượng nước: WI = 256 kg

Lần đảo trộn thứ II tách được lượng nước: WII = 234 kg

Lần đảo trộn thứ III tách được lượng nước: WIII = 216 kg

Lần đảo trộn thứ IV tách được lượng nước: WIV = 200 kg

Tổng lượng nước đã tách được:

lại sau sấy:

1.3 Nhiệt độ sấy

¨ Nhiệt độ tác nhân sấy là khói lò hòa trộn với không khí tươi để sấy lúa thường từ

500 ¸ 900C nên ta chọn nhiệt độ tác nhân vào và ra ở các vùng sấy và vùng làm mát

như sau: Nếu lấy nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy ở từng vùng bé hơn nhiệt độ tới hạn

· Vùng sấy 1: t11 = 850C, t12 = 480C

· Vùng sấy 2: t21 = 700C, t22 = 400C

· Vùng sấy 3: t31 = 600C, t32 = 350C

¨ Nhiệt độ vật liệu sấy vào và ra khỏi các vùng, ta chọn nhiệt độ vật liệu sấy vào và ra khỏi các

vùng theo nguyên tắc: nhiệt độ vào vùng sau bằng nhiệt độ ra của vùng trước:

Đồ án chuy ên ngành Kỹ Thuật Nhiệt

2 Tính toán quá trình sấy lí thuyết

Hình 4-1: Sơ đồ nguyên lí hệ thống máy sấy tháp

Hình 4-2: Đồ thị I – d: Quá trình sấy bằng khói lò

2.1 Xác định các thông số không khí ngoài trời (điểm A):