Tổng quan về công nghệ sấy, sơ lược về quá trình sấy, hệ thống sấy đối lưu, hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tiếp xúc, hệ thống sấy bức xạ, hệ thống sấy dùng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường, yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy, phân tích lựa chọn phương án thiết kế máy sấy, chọn hệ thống sấy, lựa chọn tác nhân sấy, lụa chọn nguyên liệu cho quá trình sấy, tổng quan về phần mềm Matlab, các thành phần trong phần mềm AppDesigner, tính toán hệ thống sấy hầm, tính toán hệ thống sấy buồng, tính toán hệ thống sấy thùng quay.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ
HOÁ HỌC – SINH HỌC – THỰC PHẨM
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
SẤY ĐỐI LƯU
Tp Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2021
Trang 2Họ và tên sinh viên: MSSV:
Lớp:
Ngành:
I Đầu đề (tên khóa luận)
II Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu):
III Nội dung các phần thuyết minh báo cáo:
IV Ngày giao:
V Ngày hoàn thành:
VI Ngày nộp:
Tp.HCM, ngày…….tháng …….năm TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ : KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN KHÓA LUẬN
Trang 3Ký tên:
Cán Bộ hướng dẫn:
Tên đề tài:
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
Trang 4Tên sinh viên: MSSV:
Nhận xét:
Điểm đánh giá:
Ngày…… tháng…… năm 2021 (ký tên, ghi rõ họ và tên)
Trang 5Tên sinh viên: MSSV:
Nhận xét:
Điểm đánh giá:
Ngày…… tháng…… năm 2021 (ký tên, ghi rõ họ và tên)
Trang 6Để hoàn thành đồ án này,em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất từ đáy lòngđến quý thầy cô Khoa Công Nghệ Hóa Học trường Đại học Công Nghiệp Thực PhẩmThành phố Hồ Chí Minh đã dùng những tri thức và tâm huyết của mình để có thểtruyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tạitrường
Em cũng xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa, cán bộ ở Bộ môn Hóahọc cơ sở, Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Công nghiệp Thực Phẩm Thànhphố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trìnhnghiên cứu, thực hiện đề tài
Đặc biệt, em xin cảm ơn thầy ThS Hồ Tấn Thành đã tận tâm chỉ bảo hướng dẫn
em qua từng buổi học, từng buổi nói chuyện, thảo luận về đề tài nghiên cứu Nhờ cónhững lời hướng dẫn, dạy bảo đó, em đã hoàn thành được đồ án của mình
Em xin chân thành cảm ơn!
TP HCM, ngày tháng năm 2021
Trang 7MỤC LỤ
DANH MỤC HÌNH v
DANH MỤC BẢNG vii
LỜI MỞ ĐẦU viii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1
1.1 Tổng quan về công nghệ sấy 1
1.2 Sơ lược quá trình sấy 2
1.2.1 Hệ thống sấy đối lưu 3
1.2.1.1 Hệ thống sấy buồng 3
1.2.1.2 Hệ thống sấy hầm 3
1.2.1.3 Hệ thống sấy thùng quay 5
1.2.2 Hệ thống sấy tiếp xúc 6
1.2.3 Hệ thống sấy bức xạ 6
1.2.4 Hệ thống sấy dùng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường 6
1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 6
1.4 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế 7
1.4.1 Chọn hệ thống sấy 7
1.4.2 Lựa chọn tác nhân sấy 8
1.4.3 Lựa chọn nhiên liệu sử dụng cho quá trình sấy 8
1.5 Tổng quan về phần mềm Matlab 9
1.5.1 Giới thiệt chung 9
1.5.2 Ứng dụng 12
1.6 Tổng quan về phần mềm AppDesigner 14
1.6.1 Giới thiệu chung 14
1.6.2 Các thành phần trong phần mềm AppDesigner 17
1.6.2.1 Thư viện thành phần 17
1.6.2.2 Những tương tác thành phần 20
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ 21
2.1 Sơ đồ tính toán 21
2.2 Quá trình tính toán hệ thống sấy hầm 22
2.2.1 Nhập thông số yêu cầu công nghệ 22
Trang 82.2.2 Lựa chọn hệ thống sấy 22
2.2.3 Tính thời gian sấy 22
2.2.4 Quá trình sấy lý thuyết 24
2.2.5 Cân bằng vật chất 27
2.2.6 Kích thước hầm sấy 28
2.2.7 Tổn thất năng lượng 32
2.2.8 Quá trình sấy thực 35
2.2.9 Chọn quạt và Calorifer 37
2.3 Quá trình tính toán hệ thống sấy buồng 37
2.3.1 Nhập thông số yêu cầu công nghệ 37
2.3.2 Lựa chọn hệ thống sấy 38
2.3.3 Tính thời gian sấy 38
2.3.4 Quá trình sấy lý thuyết 39
2.3.5 Cân bằng vật chất 42
2.3.6 Kích thước buồng sấy 43
2.3.7 Tổn thất năng lượng 47
2.3.8 Quá trình sấy thực 50
2.3.9 Chọn quạt và Calorifer 52
2.4 Quá trình tính toán hệ thống sấy thùng quay 52
2.4.1 Nhập thông số yêu cầu công nghệ 52
2.4.2 Lựa chọn hệ thống sấy 52
2.4.3 Tính thời gian sấy hạt 53
2.4.4 Kích thước thùng quay 53
2.4.5 Quá trình sấy lý thuyết 54
2.4.6 Cân bằng vật chất 55
2.4.7 Tổn thất năng lượng 57
2.4.8 Quá trình sấy thực 59
2.4.9 Chọn quạt và Calorifer 61
CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG 62
3.1 Thiết kế giao diện tính toán trên App Designer 62
3.1.1 Khởi động chương trình 62
3.1.2 Giao diện của cửa sổ App Designer 64
3.1.2.1 Giao diện thiết kế 64
Trang 93.1.2.2 Giao diện viết chương trình 67
3.2 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Thông Số Dữ Liệu”: 71
3.2.1 Thiết kế giao diện 71
3.2.2 Viết Callbacks 76
3.3 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Lựa chọn hệ thống sấy” 83
3.3.1 Thiết kế giao diện 83
3.3.2 Viết Callbacks 87
3.4 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho app “Hệ thống sấy buồng” 92
3.4.1 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Sấy lý thuyết” 92
3.4.1.1 Thiết kế giao diện 92
3.4.1.2 Viết Callbacks 95
3.4.2 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “ CBVC” 96
3.4.2.1 Thiết kế giao diện 96
3.4.2.2 Viết Callbacks 99
3.4.3 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Kích thước của buồng sấy”100 3.4.3.1 Thiết kế giao diện 100
3.4.3.2 Viết Callbacks 107
3.4.4 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Các Tổn Thất Năng Lượng” .113
3.4.4.1 Thiết kế giao diện 113
3.4.4.2 Viết Callbacks 115
3.4.5 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Sấy thực ” 117
3.4.5.1 Thiết kế giao diện 117
3.4.5.2 Viết Callbacks 118
3.4.6 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Kết luận” 120
3.4.6.1 Thiết kế giao diện 120
3.4.6.2 Viết Callbacks 121
3.5 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho app “Hệ thống sấy hầm” 122
3.5.1 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Sấy lý thuyết” 122
3.5.1.1 Thiết kế giao diện 122
3.5.1.2 Viết Callbacks 123
3.5.2 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “ CBVC” 124
3.5.2.1 Thiết kế giao diện 124
Trang 103.5.2.2 Viết Callbacks 125
3.5.3 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Kích thước của hầm sấy” 126
3.5.3.1 Thiết kế giao diện 126
3.5.3.2 Viết Callbacks 129
3.5.4 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Các Tổn Thất Năng Lượng” .135
3.5.4.1 Thiết kế giao diện 135
3.5.4.2 Viết Callbacks 136
3.5.5 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Sấy thực ” 137
3.5.5.1 Thiết kế giao diện 137
3.5.5.2 Viết Callbacks 138
3.5.6 Thiết kế giao diện và viết Callbacks cho tab “Kết luận” 139
3.5.6.1 Thiết kế giao diện 139
3.5.6.2 Viết Callbacks 140
CHƯƠNG 4 CHẠY THỬ VÀ KIỂM TRA PHẦN MỀM 141
KẾT LUẬN 142
TÀI LIỆU THAM KHẢO 143
Trang 11DANH MỤC
Hình 1.1 Hệ thống sấy hầm dùng xe goong 4
Hình 1.2 Chân dung của Cleve Moler và Jack Little 10
Hình 1.3 Biểu tượng phần mềm MATLAB 11
Hình 1.4 Giao diện xây dựng app 16
Hình 1.5 Trạng thái "Design View" trong App Designer 17
YHình 2.1 Sơ đồ quy trình tính toán hệ thống 21
Hình 2.2 Đồ thị I–d của quá trính sấy lý thyết 25
YHình 3.1 Khởi động phần mềm MATLAB 62
Hình 3.2 Giao diện phần mềm MATLAB sau khi khởi động 63
Hình 3.3 Khởi động phần mềm App Designer 63
Hình 3.4 Giao diện của cửa sổ App Designer 64
Hình 3.5 Các công cụ trong tab Designer 65
Hình 3.6 Các công cự trong tab Canvas 66
Hình 3.7 Các công cụ trong tab Designer 69
Hình 3.8 Các công cụ trong tab Editor 70
Hình 3.9 Tạo Tab Group cho giao diện thông số ban đầu 74
Hình 3.10 Đổi tên tab 1 thành “Thông Số Dữ Liệu” 74
Hình 3.11 Tạo tiêu đề cho giao diện thông số dữ liệu ban đầu 75
Hình 3.12 Tạo Drop Down để lựa chọn các vị trí địa lí khác nhau 75
Hình 3.13 Hình Tạo các ô Edit Field 76
Hình 3.14 Hình Giao diện thông số dữ liệu 76
Hình 3.15 Hình Đổi tên tab 2 và tạo Panel “LỰA CHỌN HỆ THỐNG SẤY” 85
Hình 3.16 Hình Tạo các Edit Field cho tab 85
Hình 3.17 Hình Tạo Drop Down để lựa chọn “Tốc độ TNS gt” 86
Hình 3.18 Tạo radio button group và thêm các Drop Down bề dày 86
Hình 3.19 Tạo các nút Button cho tab lựa chọn hệ thống sấy 87
Hình 3.20 Giao diện lựa chọn hệ thống sấy 87
Hình 3.21 Tạo app mới 93
Hình 3.22 Đổi tên và tạo các Label 93
Hình 3.23 Tạo các Edit Field 94
Hình 3.24 Tạo nút Button “Kết Quả” 94
Hình 3.25 Giao diện của tab “Sấy lý thuyết” 95
Hình 3.26 Đổi tên tab và tạo Label cho tab “CBVC” 97
Trang 12Hình 3.27 Tạo các Edit Field để hiện thị kết quả cho tab 98
Hình 3.28 Tạo nút Button “Kết Quả” 98
Hình 3.29 Giao diện của tab “CBVC” 99
Hình 3.30 Đổi tên tab và đổi tên lab của tab “Kích thước buồng sấy” 104
Hình 3.31 Tạo các Drop Down cho tab 105
Hình 3.32 Tạo 2 khung Panel cho tab 105
Hình 3.33 Thêm các ô Edit Field 106
Hình 3.34 Thêm nút Button “Kết Quả” 106
Hình 3.35 Giao diện tab “Kích thước buồng sấy” 107
Hình 3.36 Đổi tên tab và đổi tên Label cho tab 114
Hình 3.37 Thêm các Edit Field 114
Hình 3.38 Thêm nút Button “Kết quả” 115
Hình 3.39 Đổi tên tab và tạo Label cho tab 117
Hình 3.40 Thêm các Edit Field hiển thị kết quả 118
Hình 3.41 Tạo nút Button kết quả 118
Hình 3.42 Đổi tên tab và tạo Label cho tab 120
Hình 3.43 Tạo bảng kết luận kèm với các Edit Field 121
Hình 3.44 Tạo các nút Button 121 DANH MỤC BẢN
Trang 13Bảng 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển MATLAB 10
Bảng 1.2 Bố trí thí thiết kế giao diện 14
Bảng 1.3 Thư viện thành phần chính trong App Designer 18
Bảng 4.1 Số liệu so sánh kết quả 140
Trang 14LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, các ngành kỹ thuật đang ngày càng phát triển và phức tạp hơn Nêncon người phải cần các công cụ để hỗ trợ việc tính toán trong công tác thiết kế, chế tạocác loại máy móc Các công cụ hỗ trợ để giúp con người có thể thực hiện một cáchnhanh chóng, đỡ tốn chi phí và có thể đạt đến độ chính xác cao là các phần mềm tínhtoán trên máy tính Hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ tính toán trên thị trườngnhư: C++, Java Nhưng trong đồ án này ta sử dụng phần mềm MATLAB để thựchiện tính toán
Phần mềm MATLAB đã ra đời từ lâu và có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnhvực khác nhau như: xử lý tín hiệu và ảnh, thiết kế điều khiển tự động, đo lường kiểmtra, phân tích mô hình tài chính Với khả năng tính toán mạnh mẽ của mình, phầnmềm MATLAB hỗ trợ con người có thể giải quyết các phép tính phức tạp một cáchnhanh chóng Trong khi đó việc thực hiện tính toán bằng thủ công thì khiến cho chúng
ta rất mất thời gian và độ chính xác không cao
Nội dung khoá luận: “Mô phỏng tính toán thiết kế hệ thống sấy đối lưu”.
Nhằm tìm hiểu các thao tác thực hiện mô phỏng tính toán trên MATLAB, công dụng
và cách sử dụng của hàm, tạo giao diện và hiển thị các kết quả tính toán lên giao diện
Và cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy cô KhoaCông Nghệ Hóa Học và thầy hướng dẫn đã tạo điều kiện cho em thực hiện khoá luận.Trong quá trình thực hiện đồ án này chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót.Kính mong quý thầy cô và các bạn nhiệt tình đóng góp để đề tài ngày càng hoàn thiệnhơn
Em xin chân thành cảm ơn và chúc sức khỏe
Trang 15CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về công nghệ sấy
Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt Nhiệt được cungcấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ, hoặc bằng năng lượng điện trường
có tần số cao Mục đích của quá trình sấy là giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ bền
và bảo quản được tốt
Trong quá trình sấy, nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kỳ do sự khuếchtán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu và bởi sự chênh lệch ápsuất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh Sấy là mộtquá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian
Trong tĩnh lực học, sẽ xác định được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuốicủa vật liệu sấy và của tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất – nănglượng, từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cầnthiết
Trong động lực học, sẽ khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vậtliệu với thời gian và các thông số của quá trình, ví dụ như tính chất và cấu trúc của vậtliệu, kích thước vật liệu, các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy , từ đó xácđịnh được chế độ sấy, tốc độ sấy và thời gian sấy thích hợp
– Quá trình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi Đối tượngcủa quá trình sấy là các vật chứa ẩm, là những vật có chứa một lượng chất lỏng nhấtđịnh Chất lỏng chứa trong vật ẩm thường là nước Một số ít vật ẩm chứa chất lỏngkhác là dung môi hữu cơ
Mục đích của quy trình là tăng năng suất cao, chi phí vận chuyển giảm, vốn đầu
tư thấp nhất nhưng giữ được những đặc tính tốt đặc trưng của sản phẩm: độ dẻo, giòn,dai, màu sắc hương vị, độ bóng sáng của sản phẩm, không nứt mẻ, cong vênh, tăngkhả năng bảo quản
Trang 161.2 Sơ lược quá trình sấy
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành nôngnghiệp Trong nông nghiệp, sấy là một trong những công đoạn quan trọng của côngnghệ sau thu hoạch; trong công nghiệp (như công nghiệp chế biến nông sản – hải sản,công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng…) Kỹ thuật sấy cũngđúng vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất nhằm tăng độ bền của vật liệu, tăngkhả năng bảo quản, giảm công chuyên chở, tăng giá trị cảm quan của vật liệu
Nguyên tắc của quá trình sấy thông thường là cung cấp năng lượng nhiệt biếnđổi trạng thái pha lỏng trong vật liệu thành hơi Cơ chế của quá trình được diễn tả bởi
4 quá trình cơ bản:
– Lấp nhiệt cho bề mặt vật liệu
– Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào bên trong vật liệu
– Khi nhận được lượng nhiệt, dòng ẩm di chuyển từ bên trong ra bề mặt vật liệu
– Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu tách vào môi trường xung quanh
Bốn quá trình này được thể hiện bằng sự truyền vận bên trong vật liệu và sựtrao đổi nhiệt – ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu với môi trường xung quanh
Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bị sấy ra 3nhóm chính:
– Sấy đối lưu
– Sấy tiếp xúc
– Sấy bức xạ, chân không hoặc thăng hoa
Dựa vào trạng thái tác nhân sấy hay tách tạo ra động lực quá trình dịch chuyển
ẩm ra khỏi vật liệu mà chúng ta có hai phương pháp sấy: Phương pháp sấy nóng vàphương pháp sấy lạnh
Trong phương pháp sấy nóng tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng Dotác nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dần đến phân áp suất hơinước trong tác nhân sấy giảm Mặt khác, do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật
độ hơi trong các mao quản tăng nên phân áp suất hơi nước trên bề mặt của vật liệucũng tăng theo
Trang 171.2.1 Hệ thống sấy đối lưu
Vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng mà thông thường làkhông khí nóng hoặc khói lò Hệ thống sấy đối lưu gồm: hệ thống sấy buồng, hệ thốngsấy hầm, hệ thống sấy khí động…
1.2.1.1 Hệ thống sấy buồng
Cấu tạo hệ thống sấy buồng chủ yếu là buồng sấy Hệ thống buồng sấy với năngsuất vừa và nhỏ, có thể làm việc liên tục hoặc làm việc gián đoạn Nguyên tác hoạtđộng, vật liệu sấy được xếp lên trên các khay sấy trong buồng sấy và môi chất sấyđược chuyển động tuần hoàn trong buồng sấy
a) Nguyên lý hoạt động
Hầm sấy làm việc ở áp suất khí quyển và dùng tác nhân sấy là không khí haykhói lò Vật liệu được xếp trên các khay đặt trên xe goong di chuyển dọc theo chiềudài hầm Có thể cho tác nhân sấy tuần hoàn để tăng tốc độ và độ ẩm của tác nhân sấy.Chiều dài của hầm có thể lên đến 60m nhưng không nên lớn hơn vì vậy trở lực của hệthống tăng lên nhiều Vận tốc chuyển động của không khí trong hầm thường từ (2 3)m/s
b) Ưu điểm
Hầm sấy là loại thiết bị có cấu tạo đơn giản, khi hầm bị hư hỏng hay dơ cũng
dễ dàng sửa chữa hay làm sạch Hầm sấy dễ sử dụng các phương thức sấy khác nhau,dòng khí và vật liệu sấy có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều hoặc đặt cácquạt dọc tường hầm sấy để thổi thẳng góc với dòng vật liệu
c) Nhược điểm
Sấy không đều do sự phân lớp không khí nóng và lạnh theo chiều cao của hầm;khi tốc độ dòng khí nhỏ, vật liệu không được xáo trộn đều Cường độ sấy thấp
1.2.1.2 Hệ thống sấy hầm
Trang 18Hệ thống sấy hầm làm việc liên tục Vật liệu được chất trên khay để trên xegoong hoặc để trên băng tải và được đưa vào ở một đầu hầm và lấy ra ở đầu kia.Thông số của vật liệu và môi chất sấy thay đổi theo chiều dài hầm Chế độ nhiệt là ổnđịnh Môi chất sấy có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều với vật liệu.
c) Ưu điểm
Hầm sấy là loại thiết bị có cấu tạo đơn giản, khi hầm bị hư hỏng hay dơ cũng
dễ dàng sửa chữa hay làm sạch Hầm sấy dễ sử dụng các phương thức sấy khác nhau,dòng khí và vật liệu sấy có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều hoặc đặt cácquạt dọc tường hầm sấy để thổi thẳng góc với dòng vật liệu
d) Nhược điểm
Sấy không đều do sự phân lớp không khí nóng và lạnh theo chiều cao của hầm;khi tốc độ dòng khí nhỏ, vật liệu không được xáo trộn đều Cường độ sấy thấp
Trang 191.2.1.3 Hệ thống sấy thùng quay
Hệ thống sấy thùng quay a) Cấu tạo
1.Thùng sấy hình trụ; 2.Bánh răng lớn; 3.Bánh răng nhỏ; 4.Con lăng đỡ;5.Quạt hút; 6.Cửa tháo sản phẩm; 7.Vít tải; 8.Cyclon thu hồi bụi; 9.Buồng đốt;10.Phễu nạp liệu; 11.Cánh đảo
b) Nguyên lý hoạt động
Vật liệu sấy được nhập liệu qua phiễu rồi vào thùng ở đầu cao và đượcchuyển động trong thùng nhờ các cánh đảo Cánh đảo vừa phân bố, vừa xáo trộn đềuvật liệu làm vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy tốt hơn Vật liệu chuyển động đến cuốithùng sấy thì khô và được đưa ra ngoài qua cửa tháo sản phẩm và vít tải
Thùng sấy thường quay với tốc độ 1 10 vòng/phút, làm việc trong điềukiện áp suất khí quyển
Tác nhân sấy ( không khí nóng, khói lò, ) từ ngoài vào buồng đốt được gianhiệt đến nhiệt độ sấy rồi vào thùng sấy theo chiều song song cùng chiều hoặc ngượcchiều với vật liệu ( thường là cùng chiều để tránh hiện tượng sấy quá khô) Vận tốccủa nó đi trong thùng khoảng 23 m/s Sau khi thực hiện xong quá trình sấy, tác nhânđược cho qua cyclon để giữ lại những hạt vật liệu bị kéo theo rồi được thải ra ngoài
c) Ưu điểm
Qúa trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc tốt giữa vật liệu và tácnhân sấy, cường độ sấy tính theo độ ẩm đạt được cao
d) Nhược điểm
Trang 20Vật liệu dễ bị gãy vụn, tạo ra bụi do bị đảo trộn nhiều trong quá trình sấy, nênmột số trường hợp làm giảm phẩm chất của sản phẩm Thiết bị có cấu tạo phức tạp dothiết bị sấy và vật liệu sấy đều chuyển động.
1.2.2 Hệ thống sấy tiếp xúc
Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Như vậy trong hệ thống sấy tiếp xúc,người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vậtliệu sấy Hệ thống sấy tiếp cúc gồm: hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tầng…
1.2.3 Hệ thống sấy bức xạ
Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để dẫn ẩm dịch chuyển từ lòng vậtliệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường Ở đây người ta tạo ra độ chênh lệchphân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường bằng cách đốt nóng vật liệu sấy
1.2.4 Hệ thống sấy dùng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường
Khi vật liệu sấy đặt trong môi trường điện từ thì trong vật xuất hiện các dòng điện
và chính dòng điện này sẽ đốt nóng vật
1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí: Trong các điều kiện khác nhau không đổinhư độ ẩm không khí, tốc độ gió,… việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độsấy Nhưng nhiệt độ làm khô sẽ ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, nếu nhiệt độcao quá thì nguyên liệu sẽ cháy
Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí: Tốc độ chuyển động của khôngkhí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy, tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không cólợi cho quá trình sấy Vì tốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệtlượng trên nguyên liệu để cân bằng quá trình sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quátrình sấy chậm lại Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm khô, khihướng gió song song vói bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh
Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí: Độ ẩm tương đối của không khí
là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớnthì quá trình làm khô sẽ chậm lại
Trang 21Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu: Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởngđến quá trình sấy Nguyên liệu càng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưngnếu nguyên liệu có kích thước quá bé và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dễgãy vỡ.
Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu: Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người tachọn chế độ làm khô cho phù hợp, cần phải xét đến thành phần hóa học của nguyênliệu như nước, lipit, protein, chất khoáng, vitamin,…
1.4 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế
1.4.1 Chọn hệ thống sấy
Hiện nay nhiều loại hệ thống dùng để sấy nông sản khác nhau: thiết bị sấyphun, thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy băng tải, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy phun,thiết bị sấy tháp,… các thiết bị này dùng để sấy khô nông sản, hải sản và các loại thựcphẩm khác nhau
Mỗi hệ thống sấy đều có ưu, nhược điểm, năng suất, giá thành và vận hànhkhác nhau Nhưng để sấy ngô với năng suất 5000 kg/mẻ thì thiết bị lựa chọn phù hợpnhất là thiết bị sấy hầm
Hầm sấy có những ưu điểm vượt trội hơn các thiết bị khác là cấu tạo khá đơngiản, giúp cho việc vệ sinh máy dễ dàng hơn những hệ thống sấy khác như thiết bịthùng quay, băng tải, phun,…
Thiết bị sấy hầm có thể sấy đa dạng vật liệu sấy như: hạt, lát, lá,…các loại nôngsản và hải sản Không như hệ thống sấy băng tải và thùng quay, chúng không thể sấyđược các loại vật liệu giòn dễ vỡ
Bên cạnh đó, thiết bị này còn có thể sấy liên tục với năng suất lớn, không như
hệ thống sấy buồng chỉ có thể sấy từng mẻ, với năng suất sấy ngô 5000 kg/mẻ thì thiết
bị sấy hầm là sự lựa chọn rất phù hợp
Thiết bị này sử dụng phương pháp lò nên giá thành rẻ hơn so với những hệthống sấy khác Yêu cầu công nghệ của hệ thống này cũng khá đơn giản vì sử dụngnhiên liệu là than đá Điều này làm cho quy trình sử dụng hệ thống có thể tiết kiệmđược chi phí thuê nhân công, lượng nhân công không cần trình độ cao
Trang 22Tóm lại, ta có thấy được hệ thống sấy hầm là một hệ thống có rất nhiều ưu điểmvượt trội hơn so với những hệ thống khác.
1.4.2 Lựa chọn tác nhân sấy
Tác nhân sấy có rất nhiều nhiệm vụ quan trọng trong quá trình sấy như: gianhiệt cho vật sấy, tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vào môi trường, bảo vệ vật sấy khỏi bịhỏng do quá nhiệt tuỳ theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy sẽ thực hiện một hoặchai nhiệm vụ trên Trong sấy đối lưu, tác nhân sấy đóng vai trò gia nhiệt và tải ẩm
Có 3 loại tác nhân sấy: Không khí, hơi nước, khói lò Với mỗi tác nhân sấy sẽ
có ưu nhược điểm riêng biệt, nhưng với vật liệu sấy là ngô nên yêu cầu sản phẩm sausấy phải tinh khiết và không bị ô nhiễm Với yêu cầu này thì tác nhân sấy là không khí
sẽ đáp ứng được, vì không khí là loại tác nhân sấy thông dụng nhất, có sẵn trong tựnhiên, không độc và không làm ô nhiễm sản phẩm Ngược lại với không khí, nếu chọnkhói lò làm tác nhân sấy có thể làm ô nhiễm sản phẩm do bụi và các chất có hại như
CO2, SO2 Riêng hơi nước cần phải sử dụng trong trường hợp nhiệt độ cao và sảnphẩm sấy là chất dễ cháy nổ, nên đối với vật liệu là ngô thì tác nhân sấy này cũngkhông khả thi
Vậy với những ưu nhược điểm trên, ta có thể thấy rõ không khí là một tác nhânsấy phù hợp nhất cho hệ thống sấy ngô dạng hầm
1.4.3 Lựa chọn nhiên liệu sử dụng cho quá trình sấy
Nhiên liệu sử dụng cho quá trình sấy có nhiệm vụ là cấp nhiệt cho môi chấtsấy Thông thường nhiên liệu sấy sẽ là hơi nước, nước nóng, chất lỏng hữu cơ, than đá,điện
Để tiết kiệm vốn đầu tư cho hệ thống sấy hầm, ta có thể chọn than đá vì khôngphải trang bị lò hơi Nhưng đối với hơi nước chúng ta cần phải trang bị lò hơi Điện vàchất lỏng hữu cơ giá thành khá đắt, dùng nước nóng nhiệt độ sẽ bị hạn chế nên khôngphù hợp làm nhiên liệu để sấy ngô năng suất 500 kg/mẻ
Tóm lại, than đá là nhiên liệu khá phù hợp cho hệ thống sấy hầm vì có thể tiếtkiệm được vốn đầu tư
Trang 231.5 Tổng quan về phần mềm Matlab
1.5.1 Giới thiệt chung
MATLAB hay còn gọi là matrix laboratory (ma trận thí nghiệm) là một môitrường đa mô hình tính toán số và lập trình được phát triển bởi MathWorks MATLABcho phép thao tác ma trận, vẽ đồ thị dựa theo công thức và dữ liệu, thực hiện các thuậttoán, sáng tạo giao diện và tương tác với chương trình được viết bởi các ngôn ngữ lậptrình khác
Mặc dù MATLAB ban đầu được dự định để tính toán số nhưng các tiện íchtùy chọn sử dụng phần mềm tính toán số học MUPAD cho phép tiếp cận đến nhữngkhả năng tính toán số học Ngoài ra còn có Simulink, bổ sung mô phỏng đa miền đồhọa và thiết kế dựa trên mô hình cho các hệ nhiệt động và nhúng
Tính đến năm 2020, MATLAB có hơn 4 triệu người dùng trên toàn thế giới.Người dùng MATLAB đến từ nhiều nền tảng khác nhau về kỹ thuật, khoa học và kinhtế
MATLAB là viết tắt từ “MATrix LABoratory”, được Cleve Moler phát minhvào cuối thập niền 1970, và sau đó là chủ nhiệm khoa máy tính Đại học New Mexico,được phát triển bắt đầu vào cuối những năm 1970 Ông thiết kế nó để đưa cho học sinhtruy cập vào LINPACK và EISPACK mà không học Fortran Điều này đã lan đếnnhững trường đại học khác và tìm thấy một lượng khán giả mạnh mẽ trong cộng đồngtoán học ứng dụng Jack Little, một kĩ sư, đã viết lại MATLAB bằng ngôn ngữ C và
nó được xây dựng thêm các thư viện phục vụ cho thiết kế hệ thống điều khiển, hệthống hộp công cụ (tool box), mô phỏng,… Jack xây dựng MATLAB trở thành môhình ngôn ngữ lập trình trên cơ sở ma trận Steve Bangert là người đã viết trình thôngdịch cho MATLAB Công việc này kéo dài gần 1 năm rưỡi Sau này, Jack Little kếthợp với Moler và Steve Bangert quyết định đưa MATLAB thành dự án thương mại –công ty The MathWorks ra đời thời gian này – năm 1984
Trang 24Hình 1.2 Chân dung của Cleve Moler và Jack Little Bảng 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển MATLAB
LiveScripts; những tài liệu tương tácbao gồm chữ, mã và đầu ra (theophong cách của chương trìnhLiterate); AppDesigner: Một môitrường phát triển mới cho xây dựngcác ứng dụng (với các UI hình ảnh,
đồ thị và những đối tượng mới); tạmdừng thực thi các chương trình đangchạy bằng nút tạm dừng
MATLAB 9.1 2016 15/09/2016 Định nghĩa các hàm trong scipts; tự
động mở rộng kích thước (đượccung cấp trước đây thông qua lệnhgọi rõ ràng đến bsxfun); mảng caocho dữ liệu lớn; loại chuỗi mới; cáchàm mới để mã hóa/ giải mã JSON;API công cụ MATLAB chính thức
Trang 25cho Java.
MATLAB online: máy tính để bànMATLAB dựa trên đám mây đượctruy cập trình duyệt web; chuỗi tríchdẫn kép; chức năng ghi nhớ mới choMemization; xác thực thuộc tính đốitượng mở rộng; khung mô phỏng đểthử nghiệm đơn vị; MEX nhắm mụctiêu 64 bit theo mặc định; chức năngbản đồ nhiệt mới để tạo biểu đồ bản
Hình 1.3 Biểu tượng phần mềm MATLAB
Trang 26đồ họa tương tác với các thuật toán số.
– Phân tích dữ liệu và trực quan hóa : Nó cho phép phân tích và trực quan hóa dữ liệutrong một bộ phận Dữ liệu từ những tệp tin khác nhau có thể được truy cập đồng thờikhi sử dụng phần mềm này
– Phát triển chương trình và thuật toán: Đó là chương trình máy tính cấp cao được cânnhắc tốt hơn cho việc sáng tạo ra những ngôn ngữ thế hệ thứ 3 như C,C++ và Java.Bạn có thể viết và phát triển những phần mềm nhanh hơn bằng việc sử dụng vector và
ma trận Điều này có thể cho kết quả ngay lập tức thông qua việc kết hợp tương tác.– Phát triển ứng dụng: Những ứng dụng và thành phần có thể được triển khai chonhiều nền tảng khác nhau Sử dụng các hàm MATLAB, giao diện gười dùng đồ họa cóthể được tạo rất dễ dàng Có thể tạo một ứng dụng có giao diện tích hợp
Hình 0.1 Giao diện chính
Trang 27Trong đó:
1 – Vùng mã click vào để xem các tài liệu hướng dẫn, các demo và các công cụ của MATLAB
2 – Click vào để có sự giúp đỡ sử dụng MATLAB
3 – Vùng đưa các lệnh vào cho MATLAB thực thi
4 – Vùng click vào để xem hoặc thay đổi thư mục hiện tại
5 – Vùng click vào để di chuyển Command Window ra ngoài giao diện của MATLAB
6 – Click vào để đóng giao diện Command Window
7 – Xem hoặc sử dụng các hàm đã được sử dụng ở các lần chạy chương trình trước
8 – Sử dụng các Tab để đi đến giao diện Workspace hoặc giao diện thư mục hiện tại
9 – Rê chuột vào để thay đổi kích thước giao diện MATLAB
Hình 0.2 Giao diện mô phỏng chính
Thoát khỏi MATLAB
Trang 28Khi muốn thoát khỏi MATLAB, chúng ta vào file chọn Exit Matlab hoặc clickvào dấu “x” ở góc phải màn hình.
Hình 0.3 Thoát khỏi chương trình
1.6 Tổng quan về phần mềm AppDesigner
1.6.1 Giới thiệu chung
MATLAB đề xuất đến người dùng 2 môi trường thiết kế tương tác cho việc xâydựng các ứng dụng: App Designer và GUIDE (Môi trường thiết kế GUI) AppDesigner cho ra mắt vào năm 2016 với phiên bản R2016a để cải thiện một số vấn đề từGUIDE cũng như trong tương lai gần GUIDE sẽ biến mất trong các phiên bản mới củaMATLAB App Designer cho phép sáng tạo các ứng dụng chuyên nghiệp mà khôngcần các nhà phát triển phần mềm chuyên nghiệp Kéo và thả các thành phần trực quan
để bố trí thiết kế giao diện người dùng đồ họa (GUI) và sử dụng trình chỉnh sửa tíchhợp để nhanh chóng lập trình trạng thái của nó
Bảng 1.2 Bố trí thí thiết kế giao diện
Công cụ kiểm tra thuộc
Trang 29cho mã code và giao diện
App Designer sử dụng một môi trường tích hợp để bố trí giao diện người dùng
và viết mã cho trạng thái ứng dụng
Trang 30Về xây dựng ứng dụng, App Designer tích hợp hai nhiệm vụ cơ bản của việcxây dựng ứng dụng là thiết kế giao diện các thành phần của giao diện đồ họa dành chongười dùng và lập trình các đối tượng ứng dụng.
Hình 1.4 Giao diện xây dựng app
Về thiết kế giao diện người dùng, giữ và kéo thành phần trực quan đến khung
vẽ và sử dụng gợi ý canh chỉnh để có được bố cục chính xác Trình thiết kế ứng dụng
tự động tạo mã hướng đối tượng chỉ định bố cục và thiết kế của ứng dụng
Trang 31Hình 1.5 Trạng thái " Design View" trong App Designer
Về cách định nghĩa trạng thái ứng dụng, sử dụng phiên bản tích hợp MATLABEditor để định nghĩa cho trạng thái ứng dụng của bạn App Designer có thể kiểm tra
tự động những vấn đề về mã code bằng cách sử dụng Code Analyzer Người dùng cóthể xem được cảnh báo và tin nhắn báo lỗi về mã code khi đang viết và dựa vàonhững cảnh báo lỗi đó để chỉnh sửa ứng dụng
1.6.2 Các thành phần trong phần mềm AppDesigner
1.6.2.1 Thư viện thành phần
Xây dựng ứng dụng với những thành phần chuẩn bao gồm nút, hộp kiểm, nhánh
và danh sách App Deisgner cũng cung cấp các đối tượng kiểm soát như thiết bị đo,đèn, núm vặn và công tắc cho phép sao chép giao diện và hành động của bảng điềukhiển Người dùng cũng có thể sử dụng các thành phần bộ chứa, chẳng hạn như tab,bảng và bố trí lưới để sắp xếp giao diện người dùng của bạn
Trang 32Bảng 1.3 Thư viện thành phần chính trong App Designer
chúng ra Bằng cách thay đổi những giá trịthuộc tính, người dùng có thể điều chỉnh sựxuất hiện và hành vi của nút Sử dụng dấuchấm để ám chỉ một giá trị và thuộc tính cụthể
fig = uifigure;
uibutton(fig);
b.Text = 'Plot';
có thể check nhiều ô để thực thi Sử dụngdấu chấm để ám chỉ một giá trị và thuộctính cụ thể
fig = uifigure;
cb = uicheckbox(fig);
cb.Text = 'Show value';
nhấp chuột vào Chỉ chọn được 1 mục trongdanh sách các mục Sử dụng dấu chấm để
ám chỉ một giá trị và thuộc tính cụ thểfig = uifigure;
dd = uidropdown(fig);
dd.Items = {'Red','Green','Blue'};
giá trị dạng ký tự trong một ứng dụng Sửdụng dấu chấm để ám chỉ một giá trị và
Trang 33thuộc tính cụ thể.
fig = uifigure;
ef = uieditfield(fig);
ef.Value = 'New sample';
các giá trị dạng số trong một ứng dụng Sửdụng dấu chấm để ám chỉ một giá trị vàthuộc tính cụ thể
fig = uifigure;
ef = uieditfield(fig,'numeric'); ef.Value = 20;
dụng Hàm uitable tạo ra thành phần bảng
UI và cài đạt bất kỳ những thuộc tính nàotrước khi hiển thị nó Bằng cách thay đổinhững giá trị thuộc tính của một đối tượngTable người dùng có thể điều chỉnh chắcchắn các khía
cạnh bên ngoài và hành vi Sử dụng dấu chấm
để ám chỉ một giá trị và thuộc tính cụ thể.fig = uifigure;
Giống như Check Box nhưng thường được
sử dụng để tạo sự lựa chọn duy nhất, tức là
1 lần chỉ được chọn 1 trong số các nhómnhiều nút Khi một ô được chọn thì các ôcòn lại trong nhóm bị bỏ chọn
Trang 35‒ Loại vật liệu sấy
‒ Suất lượng nhập liệu
‒ Độ ẩm nhập liệu, Độ ẩm sau khi sấy
‒ Thông số quá trình sấy lý thuyết (điểm A, điểm B, điểm C)
‒ Lượng không khí khô cần thiết
Diện tích hầm sấy
Chiều dài, chiều rộng, chiều cao buồng sấy
Diện tích buồng sấy
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ2.1 Sơ đồ tính toán
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tính toán hệ thống
Trang 362.2 Quá trình tính toán hệ thống sấy hầm
2.2.1 Nhập thông số yêu cầu công nghệ
Chọn vị trí địa lí sử dụng thiết bị: t0, φ0
Chọn vật liệu sấy: ω1, C0, ρ0, λ0
G1: Là năng suất nhập liệu sản phẩm
ω2: Là độ ẩm cuối của vật liệu sấy
t1: Là nhiệt độ sấy của quá trình sấy
v: Là tốc độ TNS
2.2.2 Lựa chọn hệ thống sấy
Dựa vào hình dạng vật liệu sấy, năng suất nhập liệu ta chọn được hệ thống sấy phù hợp:
Nếu sấy vật liệu là ngũ cốc: lựa chọn hệ thống sấy thùng quay
Nếu sấy vật liệu khác:
– Nhập liệu nhỏ hơn 500kg: lựa chọn hệ thống sấy buồng
– Nhập liệu lớn hơn 500kg: lựa chọn hệ thống sấy hầm
2.2.3 Tính thời gian sấy
τ =τ1+τ2=ω1−ω cb
1
χNN ln{χN(ω2−ω cb) }Với:
τ1 là thời gian sấy đẳng tốc
τ2 là thời gian sấy giảm tốc
Trang 37J 2 b là cường độ bay hơi ẩm
R là bề dày lớp vật liệu sấy
ρ0 là khối lượng riêng vật liệu
tm là nhiệt độ môi trường tác nhân sấy
tb là nhiệt độ bề mặt vật liệu Có thể lấy tb = tư
α1 là hệ số truyền nhiệt trong thiết bị sấy
Xác định độ ẩm cân bằng vật liệu
Khip a=p v
pa là phân áp suất hơi nước riêng phần của tác nhân sấy
pv là phân áp suất hơi nước riêng phần của vật liệu
p a=φ m p b
p b=exp{12− 4026,43
235,5+t ℃}
p ω cb p b
Trang 38Với ∆ là hệ số cấu trúc vật liệu
Chọn ∆ = 2.5
2.2.4 Quá trình sấy lý thuyết
Áp suất hơi bảo hòa:
Với B là áp suất khí trời, B = 1at = 0,981bar
B
A
C
Trang 39Hình 2.2 Đồ thị I–d của quá trính sấy lý thyết
Lưu ý: Nhiệt độ tác nhân sấy sau khi sấy phải đảm bảo điều kiện 85 ≤ φ2≤95, đểgiảm tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi
Trang 40Lưu đồ thuật toán tính nhiệt quá trình sấy lý thuyết:
Bắt đầut: = t2d0 = f(t0,, B)
I0 = f(t0, d0)I1 = f(t1, d1)
=f(B, d0, t1)d2= f(t1, t2, d0, B)
l0=
q= I1 – I2 Kết thúc
Không đạtĐạt