Luận văn nghiên cứu một số thông số của máy sấy ngô hạt sử dụng khí hóa gas từ lò đốt nhiên lựu phế thải nông lâm nghiệp

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

SOUKANH VONGPHACHANH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MÁY SẤY NGÔ HẠT SỬ DỤNG KHÍ HOÁ GAS TỪ LÒ ðỐT NHIÊN LIỆU PHẾ THẢI NÔNG LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ

CƠ GIỚI HOÁ NÔNG LÂM NGHIỆP

Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN NHƯ KHUYÊN

HÀ NỘI – 2008

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược công

bố trong bất cứ công trình nào khác Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn ñã ñược trích dẫn cụ thể

Hà nội, ngày 14 tháng 10 năm 2008

Tác giả

Soukanh VONGPHACHANH

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo PGS-TS Trần Như Khuyên ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành ñề tài nghiên cứu

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô Khoa Cơ ðiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, cùng với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp ñỡ của bản bè ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn Tuy nhiên do thời gian ngắn và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn hạn chế do ñó có tránh khỏi nhưng sai sót, tôi rất mong ñược sự giúp ñỡ của các thầy, cô giáo và bạn bè và mọi người ñể ñề tài ñược hoàn thành hơn

Hà nội, ngày 14 tháng 10 năm 2008

Tác giả

Soukanh VONGPHACHANH

Chương 2 ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẤY

NGÔ HẠT BẰNG NĂNG LƯỢNG KHÍ HOÁ GAS 24

Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ

SẤY 42

Chương 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 69

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

∆T - Chênh lệch nhiệt ñộ giữa nhiệt ñộ gas ở cửa buồng ñốt và nhiên liệu vào thiết bị khí hoá; (0K)

S - ðộ dày của lớp vật liệu sấy, (cm)

v - Tốc ñộ khí sấy ở cửa ra quạt gió; (m/s)

K - ðộ không ñồng ñều của hạt, (%)

q - khối lượng sản phẩm khô sau mỗi mẻ sấy; (tấn)

G - khối lượng vật liệu ẩm ; (%)

t- nhiệt ñộ của không khí; ( oC)

tk - nhiệt ñộ của không khí; ( oC)

th - nhiệt ñộ của không khí; (oC)

P - áp suất không khí , (bar)

Ph -áp suất không khí , (bar)

f - ðộ ẩm tuyệt ñối; (g/m3)

d - lượng hơi nước chứa trong 1 kg không khí khô; (g/kgKK)

I - là entanpi của 1 kg không khí khô của d gram ẩm; (kJ/kg kk )

∆T - Chênh lệch nhiệt ñộ giữa nhiệt ñộ giữa gas ở cửa buồng ñốt

và nhiên liệu vào thiết bị khí hoá; (0K)

G1- khối lượng ngô hạt trước khi sấy; (kg)

ω - ñộ ẩm tương ñối ; (%)

τ- thời gian sấy; (giờ)

φ0 - nhiệt ñộ ngoài trời ; (%)

I0 - Entanpy; (kJ/kg)

Qt- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu; (kJ/m3)

bd

bd

η - hiệu suất buồng ñốt; ηbd =0,75÷0,9; chọn ηbd =0,75

Cnl, Cpk- tương ứng là nhiệt dung riêng của nhiên liệu và khói khô

Qtnv- Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận ñược

Qvlv -Nhiệt do vật liệu sấy mang ra

H - chiều cao thùng sấy m

B,L - hai cạnh thùng sấy m

Cv- nhiệt dung riêng của vật liệu sấy (ứng với ω2)

tv1, tv2 – tương ứng là nhiệt ñộ vào, ra của vật liệu sấy

A,n- hệ số phụ thuộc tính chất của khối vật liệu rời S- chiều dày lớp vật liệu, mm

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 ðộ ẩm bảo quản và nhiệt ñộ ñốt nóng cho phép của một số

3.1 Sự tạo xỉ của các phế phụ phẩm nông nghiệp trong thiết bị

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ðẦU

Sản xuất lương thực luôn là vấn ñề ñược ñặt lên hàng ñầu của tất cả các quốc gia trên thế giới Nó ñảm bảo an ninh lương thực - thực phẩm cho mỗi quốc gia, qua ñó ñảm bảo cho sự phát triển bền vững, ổn ñịnh và lâu dài của

xã hội, ñồng thời là cơ sở cho quá trình công nghiệp hoá, hiện ñại hoá ñất nước

Do sức ép của sự gia tăng dân số, cùng với quá trình ñô thị hoá và việc

mở rộng các khu công nghiệp không có quy hoạch hợp lý, dẫn ñến diện tích ñất nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp, trong khi ñó nhu cầu về lương thực cho con người và thức ăn cho gia súc ngày một tăng Vì vậy cần phải tăng sản lượng thu hoạch trên cùng một ñơn vị diện tích Một trong những hướng quan trọng ñể giải quyết vấn ñề trên là việc nghiên cứu phát triển sản xuất ngô

Cây ngô (Zea Mays L.) là một trong ba cây lương thực quan trọng trên

thế giới So với lúa nước và lúa mì thì cây ngô chiếm thứ 3 về diện tích, thứ 2

về sản lượng và thứ nhất về năng suất (FAOSTAT, 2000) Với vai trò làm lương thực cho người (chiếm 17% tổng sản lượng), thức ăn chăn nuôi (66%), nguyên liệu công nghiệp (5%) và xuất khẩu (hơn 10%), ngô ñã trở thành cây trồng góp phần ñảm bảo an ninh lương thực, góp phần chuyển ñổi cơ cấu nông nghiệp theo hướng từ trồng trọt sang chăn nuôi, cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp và sản phẩm hàng hoá xuất khẩu ở nhiều nước trên thế giới (Ngô Hữu Tình, 2005)

Cây ngô ở nước CHDCND Lào ñược coi là cây lương thực rất quan trọng chiếm vị trí thứ hai sau cây lúa với diện tích 113 815 ha, tổng số sản xuất 499.945 tấn, trong ñó có ngô ngọt (ngô nếp) dịa phương 17.740 ha với

tổng số sản xuất 46.360 tấn (Thống kê năm 2006, Source: Report of

Provincial Agriculrural Foreststry Office PAFO, 2006)[1] hiện nay nhiều vùng ở bên nước Lào, ngô vẫn ñược coi là cây lương thực chính Trong

những năm gần ñây việc gia tăng diện tích và sản lượng ngô có ý nghĩa quan trọng trong chiến lược ñể giải quyết vấn ñề an ninh lương thực và ổn ñịnh tình hình xã hội

Ngô không chỉ là cây lương thực quan trọng, hiện nay ngô còn ñược dùng làm nguyên liệu chế biến thức ăn gia súc và thực phẩm ðây là một trong các ñộng lực thúc ñẩy công tác nghiên cứu sản xuất và chế biến ngô của nước CHDCND Lào

Ở nước CHDCND Lào, cây ngô ñược trồng gần hầu hết cả nước, nhưng tập trung nhiều vào tỉnh Viêng Chăn (Miền Trung), Xayabouly và Udomxay(Miền Bắc) Cây ngô hiện ñược coi là loại cây trồng có nhiều thế mạnh, nhu cầu sản xuất lớn, ñiều kiện trồng trọt phù hợp với tình hình sản xuất và chế biến

Ngô mới thu hoạch về hàm lượng nước khoảng 20 ÷ 25%, hạt thu hoạch có ñộ ẩm khá cao, nhất là lúc vào mùa mưa ñộ ẩm có thể lên tới 26 ÷ 30%, nếu không phơi sấy kịp ñể thành ñống lớn, nhiệt toả ra do hô hấp của hạt không thoát kịp sẽ gây nóng Nhiệt ñộ cao lại kích thích các hoạt ñộng sinh lý bên trong như: tăng cường ñộ hô hấp, kích thích của các men phân giải ñường, tinh bột Các hoạt ñộng kể trên ñều gây hại cho chất lượng của sản phẩm ngô hạt như: chuyển màu, gây mùi, hôi, thối,…

Trong quá trình sản xuất ngô giống thì khâu làm khô là quan trọng nhất, có ý nghĩa quyết ñịnh sản phẩm Hiện nay ở nước CHDCND Lào, ngô ñược làm khô chủ yếu là phơi nắng, một phần ñược làm khô nhân tạo trong các lò sấy thủ công năng suất và chất lượng sản phẩm thấp, ñộ khô không ñồng ñều dẫn ñến làm giảm giá trị dinh dưỡng và thời hạn bảo quản Vì vậy việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo ra thiết bị sấy phù hợp với ñặc ñiểm vật liệu ngô cho các cơ sở sản xuất ngô ở nước CHDCND Lào là vấn ñề cấp thiết

Xuất phát từ tình hình thực tiễn trên, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS

Trần Như Khuyên Trưởng Bộ môn Thiết bị Bảo quản và Chế biến Nông

sản Khoa Cơ ðiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, chúng tôi thực hiện ñề tài:

“Nghiên cứu một số thông số của máy sấy ngô hạt sử dụng khí hoá gas

từ lò ñốt nhiên liệu phế thải nông lâm nghiệp”

chế ñộ làm việc của máy sấy ngô hạt làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng, tạo ñiều kiện ñể triển khai ứng dụng rộng rãi cho các cơ sở sản xuất ngô của nước CHDCND Lào

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC SẤY NGÔ HẠT Ở NƯỚC

CHDCND LÀO

Sấy là một công ñoạn không thể thiếu ñược trong bảo quản và chế biến nông sản Ở nước Lào phần lớn ngô ñược trồng nhiều vào ñầu mùa mưa và thu hoạch ñúng mùa mưa khoảng giữa tháng 8 nên hàm lượng nướểntong ngô khi thu hoạch khá cao ðộ ẩm trung bình 20 ÷ 28%, ñặc biệt khi thu hoạc vào lúc trời mưa, ñộ ẩm có thể lên tới 30 ÷ 32% Nếu không phơi sấy kịp thời sẽ gây nóng nhiệt ñộ cao lại kích thích các hoạt ñộng sinh lý bên trong như : tăng cường ñộ hô hấp, kích thích hoạt ñộng của các men phân giải ñường, tinh bột Một hoạt ñộng kể trên gây hại cho phẩm như: chuyển màu, gây mùi hôi thối,… Vì vậy, người ta ñã sử dụng phương pháp phơi hoặc sấy ñể xử lý nhanh các sự cố nhằm ñảm bảo an toàn và lâu dài cho khối sản phẩm

Trong ñiều kiện nước CHDCND Lào hiện nay, việc làm khô phần lớn chủ yếu dựa vào ánh nắng mặt trời phơi nắng tự nhiên Tuy nhiên việc làm khô này lại phụ thuộc rất nhiều vào ñiều kiện thời tiết, không thể phơi ñược trong những ngày trời mưa hoặc những ngày ñộ ẩm môi tường lớn Những ngày nắng gắt cũng không thể phơi ngô hạt ñược Hơn nữa, nhiệt ñộ trong quá trình phơi không thể chống thế ñược, thời gian phơi kéo dài, hạt bị hao hụt, bị lẫn chất khác… Do ñó hạt khi phơi chất lượng không ñược ñảm bảo

Chính vì vậy, ngô hạt cần phải ñược sấy khô trên những thiết bị chuyên dùng phù hợp với ñặc ñiểm và yêu cầu công nghệ ñể ñạt ñược tiêu chuẩn ñảm bảo cho bảo quản lâu dài, trước khi ñưa vào khâu chế biến ở những công ñoạn tiếp theo trong quá trình chế biến

Các sản phẩm ngô sau khi mới thu hoạch cần ñược mang vào sấy ngay

ñể ñảm bảo số lượng và chất lượng Nếu hạt ngô không ñược sấy ngay thì

hàm lượng ẩm có trong ngô hạt bị biến chất, sẽ ảnh hưởng ñến chất lượng của sản phẩm

Hiện nay, ở nước CHDCND Lào các thiết bị sấy sản phẩm ngô hạt chưa ñược sử dụng phổ biến trong sản xuất chế biến, người ta thường lợi dụng ánh nắng mặt trời ñể phơi sấy, mà việc phơi sấy tự nhiên này lại phụ thuộc rất nhiều vào ñiều kiện thời tiết, tỷ lệ thất thoát ngô và vệ sinh không ñược ñảm bảo, diện tích sân phơi lớn mà ñộ khô ngô lại không ñồng ñều Như vậy, có thể thấy việc phơi sấy dựa vào ñiều kiện tự nhiên không còn phù hợp với sản xuất hiện nay nữa, nên việc thiết kế chế tạo các loại máy sấy phù hợp với ñiều kiện sản xuất nông hộ trong thực tế cần ñược quan tâm ñúng mức

1.2 ðẶC ðIỂM VÀ YÊU CẦU CÔNG NGHỆ SẤY NGÔ HẠT

1.2.1 Một số ñặc ñiểm của ngô hạt

1.2.1.1 S ự hô hấp của hạt

Ngô hạt là một cơ thể sống nên nó có sự hô hấp và ngủ nghỉ Cường ñộ

hô hấp ñặc trưng cho sự hô hấp của hạt nó phụ thuộc vào ñộ ẩm, nhiệt ñộ Khi

ñộ ẩm càng cao, nhiệt ñộ môi trường càng lớn thì hạt hô hấp càng mạnh Cường ñộ thở của hạt tăng ñến ñỉnh cùng với sự tăng ẩm ở trong thời ñiểm tới hạn (ω =14 ÷ 14, 5%) Khi xuất hiện nước tự do, quá trình sinh hoá tăng mạnh trong hạt

Khi nhiệt ñộ tăng, nó sẽ làm tăng cường ñộ hô hấp của hạt nhưng chỉ ñến ñiểm giới hạn (45 ÷ 50°C), sau ñó sự sống cũng như cường ñộ hô hấp của

Chất khô của hạt bị mất ñi dưới hình thức thoát khí CO2, quá trình diễn ra theo phản ứng sau:

C6H12O6 + 6O2 ⇔ 6 CO2+ 6 H2O + 677, 2 cal Như vậy quá trình hô hấp oxy hoá các chất hữu cơ trong hạt và sinh nhiệt làm hạt bị tăng nóng lên, phơi hạt bị phát triển thành mầm hạt, kết quả của quá trình hô hấp mạnh làm giảm chất lượng, khối lượng hạt, thậm chí làm hạt hỏng hoàn toàn

1.2.1.2 Tác dụng tương hỗ giữa hạt ẩm và môi trường

hơi nước trong môi trường khí xung quanh hạt Pk thì hạt nhả ẩm vào môi trường Ngược lại Ph < Pk thì hạt hút ẩm từ môi trường áp suất phụ thuộc nhiệt ñộ, ñộ ẩm Do vậy sự hút hay nhả ẩm của hạt phụ thuộc áp suất nhiệt ñộ,

ñộ ẩm của môi trường và của hạt

Quá trình hút ẩm tự nhiên giữa hạt ẩm và môi trường xung quanh xảy

hấp của hạt coi như bằng 0

Áp suất Phn phụ thuộc nhiệt ñộ, ñộ ẩm của không khí trong môi trường Do ñó trạng thái cân bằng áp suất hơi ẩm giữa hạt ẩm và môi trường

trường Với ngô ñộ ẩm cân bằng khi làm khô ñể bảo quản ñược quy ñịnh là

Trong môi trường không khí ẩm bão hoà (ω =100%) ñộ hút ẩm tối ña của ngô (ñộ ẩm bão hoà) là 30% Ngô tươi thu hoạch trong mùa mưa có ñộ

ẩm hơn 25÷30% Phần ẩm vượt trị số bão hòa trong ngô là nước tự do dính bám trên bề mặt và trong khe giữa vỏ và ngô hạt

1.2.1.3 Sự rạn nứt hạt

Ngô hạt trước khi thu hoạch ñã có những vết rạn nứt tự nhiên do tác

ñộng nhiệt của môi trường Trên ñồng ruộng, sự làm khô và thêm ướt xen kẽ

do nắng ban ngày và sương ñêm ñã khích thích tạo nên các kẽ nứt trong hạt khi chín

Tỷ lệ rạn nứt ngầm tự nhiên của ngô hạt sản xuất có ở bên Lào hiện nay thông thường 2 ÷ 3% Trong quá trình thu hoạch, tẽ thủ công và tẽ cơ khí nên

tỷ lệ rạn nứt tăng khá lớn từ 3 ÷ 10% Trong quá trình phơi sấy do tiếp xúc giữa hạt và tác nhân sấy nên có sự chênh lệch ñộ ẩm giữa lớp bên trong và lớp bên ngoài của hạt gây ra ứng suất thể tích giữa các vùng trong hạt làm hạt bị rạn nứt Nếu nhiệt ñộ của khí sấy cao, tốc ñộ thoát ẩm ở vùng bề mặt sẽ lớn, trong khi tốc ñộ khuếch tán ẩm ở vùng tâm hạt ra bề mặt nhỏ, ñiều này dẫn ñến bề mặt hạt bị khô nhanh hơn nhiều so với phần phía trong hạt tạo nên ứng suất căng bề mặt dẫn ñến rạn nứt ngầm ðể khắc phục hiện tượng trên, trong quá trình làm khô cần thiết phải có giai ñoạn ủ nhiệt hoặc làm khô hạt với ñộ

ẩm thấp bằng thông gió tích cực

1.2.2 Yêu cầu công nghệ của việc sấy ngô hạt

Sấy ngô hạt không chỉ là công việc ñơn thuần làm khô hạt mà là một quá trình công nghệ liên quan ñến chất lượng hạt sau khi sấy ðối với hạt giống, sấy không chỉ làm giảm ñộ ẩm tới mức theo yêu cầu ñể bảo quản lâu dài mà còn cần phải ñảm bảo các thành phần hoá học của nó như protein, chất béo, vitamin enzim… và ñặc biệt là tỷ lệ nảy mầm và sức sống của hạt sau khi nảy mầm

- ðộ ẩm của hạt sau khi sấy phải nhỏ hơn hoặc bằng ñộ ẩm bảo quản cho phép của hạt ðộ ẩm bảo quản cho phép thuộc vào loại hạt, tiểu khí hậu bảo quản, mục ñích sử dụng

- Nhiệt ñộ sấy cho phép là nhiệt ñộ tối ña chưa làm ảnh hưởng tới chất lượng của sản phẩm Nếu nhiệt ñộ cao, các thành phần dinh dưỡng có trong sản phẩm bị biến ñổi, khi ñó protein bị ngưng tụ, các chất bột bị hồ hóa, vitamin bị phân hủy, dẫn ñến giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm Những biến ñổi này càng lớn khi nhiệt ñộ sấy càng cao và thời gian kéo dài

- Tốc ñộ giảm ẩm cho phép là giới hạn tối ña của tốc ñộ giảm ẩm trung bình chưa gây ra hư hỏng sản phẩm trong quá trình sấy Quá trình giảm ẩm khi sấy, kèm theo những biến ñổi tính chất vật lý, hóa học và cấu trúc của sản phẩm Ví dụ như : ñộ dẫn ñiện và nhiệt dung giảm, trọng lượng riêng, ñộ bền

cơ học tăng, kích thước và hình dáng cũng biến ñổi gây ra sự co kéo, dịch chuyển giữa các bộ phận cấu trúc bên trong, biến dạng cấu trúc tế bào, phá vỡ các mô, Nếu sấy với tốc ñộ quá nhanh, những biến ñổi nói trên xảy ra mãnh liệt sẽ gây rạn nứt vỏ ñối với hạt, dẫn ñến giảm chất lượng của sản phẩm, giảm ñộ an toàn khi bảo quản

- Thời gian sấy cho phép là thời gian ñược phép thực hiện quá trình sấy nằm trong giới hạn không dài tới mức làm giảm chất lượng sản phẩm do nhiệt và không ngắn quá mức làm giảm chất lượng sản phẩm do tốc ñộ giảm ẩm quá nhanh

ðộ ẩm bảo quản và nhiệt ñộ ñốt nóng cho phép của một số loại hạt ñược ghi trong bảng 1.1

Bảng 1.1: ðộ ẩm bảo quản và nhiệt ñộ ñốt nóng cho phép của một số loại hạt

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG THIẾT BỊ SẤY NGÔ

HẠT TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC

Sấy ñược coi là khâu ñầu tiên của công nghệ bảo quản chế biến sau thu hoạch Nó là một trong những khâu sản xuất ñòi hỏi chi phí năng lượng cao

và là khâu then chốt trong chuỗi công nghệ chế biến sau thu hoạch, có tính chất quyết ñịnh tới chất lượng sản phẩm

Hiện nay trên thế giới ñã nghiên cứu và áp dụng nhiều phương pháp sấy khác nhau với các thiết bị sấy khá ña dạng Làm khô bằng dòng khí nóng thổi cưỡng bức qua vật liệu sấy là phương pháp phổ biến với hai dạng thiết bị

là: thiết bị sấy tĩnh và thiết bị sấy ñộng

1.3.1 Thiết bị sấy tĩnh

Sấy tĩnh có ñặc ñiểm là hạt nằm yên, quá trình sấy có thể ñược phân chia làm hai loại là: sấy nhiệt ñộ thấp và sấy nhiệt ñộ cao Sấy nhiệt ñộ thấp là dùng tác nhân sấy là khí trời không gia nhiệt hoặc gia nhiệt ít, tức ñộ gia nhiệt

trong buồng sấy hoặc ở kho tồn trữ

Sấy tĩnh thực hiện theo nguyên tắc hạt nằm bất ñộng trong buồng sấy, khí sấy chuyển ñộng cưỡng bức qua khối hạt, các loại máy sấy tĩnh sấy hạt theo từng mẻ, hạt lưu vào buồng sấy ñế khi ñạt ñộ khô cần thiết thì ñược ñỡ ra khỏi máy sấy Máy sấy tĩnh có những ưu ñiểm: ñơn giản, dễ làm, chi phí khí sấy và tổn thất năng lượng thấp do với những loại thiết bị sấy khác Nhưng nhược ñiểm: chất lượng hạt không ñồng ñều, hạt dễ bị cháy, việc dỡ tải khó khăn, khó cơ khí hoá [2];[3];[4];[5]

a) Máy sấy kiểu buồng

ðể phân phối ñều tác nhân sấy ñến một khay chứa vật sấy nhằm làm tăng tốc ñộ sấy, người ta kết cấu buồng sấy như trên hình 1.5

Cấu tạo chủ yếu máy sấy kiểu buồng là buồng sấy, có hình dạng khối hộp lập phương, khối hộp chữ nhất ñứng hay nằm, hình trụ ñứng hay nằm, thành buồng sấy ñược bọc cách nhiệt và cách ẩm, có cửa ñể nạp và lấy sản

phẩm Vật sấy ñược rải ñều thành lớp trên các tầng khay ñạt dác lên khung giá trong buồng sấy Bộ phận gia nhiệt cho tác nhân sấy có thể ñạt trong hoặc ngoài buồng sấy Tác nhân sấy ñược ñối lưu tự nhiên hay cưỡng bức nhờ hệ thống quạt Quá trình sấy là gián ñoạn hoặc theo chu kỳ Nạp và thoát sản phẩm bằng thủ công hay cơ giới

Hình 1.1.Máy s ấy kiểu buồng

1-Tương; 2- ống gia nhiệt; 3- Vật sấy; 4- ống thải

Buồng sấy ñược ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp chế biến các nông - lâm - thuỷ hải sản và chế biến thực phẩm, dược phẩm và thức

ăn chăn nuôi

Do quá trình là gián ñoạn và chu kỳ nhưng lượng nhiệt tiêu tốn ñể nung nóng thành và giá ñỡ trong các buồng sấy giữa các lần sấy rất ñáng kể Tốn sức lao ñộng chân tay, phải trả lương cho người phục vụ, khó ñảm bảo vệ sinh tuyệt ñối, sản phẩm khô không ñồng ñều Muốn có ñộ ñồng ñều cao cần phải ñảo trộn sau mỗi khoảng thời gian nhất ñịnh tuỳ thuộc vào vật sấy

Theo hình 1.1 là mặt cắt ngang của buồng sấy ñược xây bằng gạch ngay trên nên phân xưởng trần ñựơc lát bằng các tấm bê tôn cốt thép Các ống gia biệt ñược phía dưới vật sấy Tác nhân sấy ñối lưu tự nhiên qua vật sấy rồi theo ống thải ra ngoài Loại buồng sấy này có năng suất thấp, sản phẩm khô không ñồng ñều

nhiều lần chiều rộng và chiều cao (hình 1.2) Máy sấy hầm dược dùng ñể sấy các vật liệu sấy kém chịu nhiệt như: hạt, rau, quả, chè…các khay ñược xếp trên băng tải của xe gòong Vật sấy cùng phương tiện vận chuyển ñi vào ñầu hầm và ñi ra ở cuối hầm Tác nhân sấy chuyển ñộng ngược chiều hoặc cùng chiều với vật sấy Bộ phận gia nhiệt ñược lắp bên ngoài hoặc ngay trên nóc hầm sấy, caloriphe cũng có thể lắp trong hầm sấy [2] Loại máy này có ưu ñiểm: Có thể sấy ñược nhiều loại vật liệu có hình dạng phức tạp, mức ñộ cơ giới hóa cao,… Nhược ñiểm: Thiết bị có cấu tạo phức tạp, giá thành cao

Hình 1.2 Máy s ấy kiểu hầm

1- xe gòong; 2; 3- cửa hút; 4- xích kéo xe gòong

1.3.2 Thiết bị sấy ñộng

ðặc trưng cơ bản của thiết bị sấy hạt di ñộng là vật liệu chuyển ñộng trong quá trình sấy Phương pháp này ñược dùng phổ biến ở các nước công nghiệp phát triển Phương pháp sấy ñộng gồm có các dạng cơ bản như: sấy tháp, sấy tầng sôi, sấy phun, sấy thùng quay, sấy khí ñộng,…

Nguyên lý làm việc của thiết bị này là hạt ñược gầu tải hoặc vít tải ñưa lên ñỉnh tháp sấy, nhờ trọng lượng bản thân hạt sẽ chảy thành dòng có thể là dòng thẳng (không ñảo trộn) hoặc dòng zizắc (có ñảo trộn) Sấy liên tục hay sấy tuần hoàn theo mẻ Trong mỗi lần sấy, hạt ñi qua buồng sấy sẽ tiếp xúc với tác nhân sấy trong một thời gian ngắn, thông thường từ 15 ñến 30 phút Sau ñó hạt ñược ñưa qua vùng làm mát ñể ủ Tuỳ theo sản phẩm sấy, người ta sẽ ñiều chỉnh thời gian ủ này ñể ẩm từ bên trong hạt có thời gian khuếch tán ra ngoài với tốc ñộ vừa phải ñể giảm tỷ lệ nứt hạt, sau khi ủ xong, hạt sẽ ñược ñưa qua buồng sấy ñể ñược tiếp xúc sấy, cứ như vậy hạt ñược luân chuyển hoàn toàn cho ñến khi hạt ñạt ñộ ẩm yêu cầu Hỗn hợp khí nóng ñược ñưa vào buồng sấy theo hệ thống ống dẫn Máy sấy kiểu tháp có ba dạng phổ biến là:

b) Máy sấy kiểu thùng quay

Máy sấy thùng quay thường ñuợc dùng phổ biến ñể sấy sấy các loại hạt nông sản như thóc, ngô, cà phê,…Ưu ñiểm chính của nó là sấy ñược hạt có ñộ

ẩm cao và sản phẩm sau khi sấy có ñộ khô ñồng ñều Nhược ñiểm là hạt dẽ bị tróc vỏ hoặc vỡ do khối hạt ñảo trộn nhiều lần trong máy

Trong máy sấy thùng quay, hạt ñược nâng lên và ñổ xuống nhiều lần tùy thuộc vào tốc ñộ quay của thùng Tác nhân sấy chuyển ñộng trong thùng

có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với chiều chuyển ñộng của hạt Theo

Sacman và Mitchell [27], hạt di chuyển trong máy sấy thùng quay là một

hàm phức tạp phụ thuộc vào nhiệt ñộ tác nhân sấy, tốc ñộ chuyển ñộng của dòng khí, tốc ñộ chuyển ñộng của dòng hạt, tốc ñộ quay của thùng sấy,…

c) Máy sấy tầng sôi

Khác với máy sấy tĩnh, ở máy sấy tầng sôi hạt luôn ở trạng thái lơ lửng

do tốc ñộ của tác nhân sấy bằng tốc ñộ cân bằng của hạt Máy sấy tầng sôi có

ưu ñiểm hơn so với các loại máy khác là: ðảo trộn hạt nhanh nên hạt ñược sấy ñồng ñều, khả năng truyền nhiệt và truyền ẩm cao giữa không khí sấy và vật liệu sấy Nhược ñiểm: tiêu tốn năng lượng lớn ñể tạo tốc ñộ không khí cao, chi phi năng lượng riêng cao vì nhiệt thoát ra theo khí thải lớn, gây nhiều

bụi xung quanh thiết bị, làm ô nhiễm môi trường

1.3.3 Tình hình áp dụng cơ khắ hoá trong việc chế biến ngô hạt ở bên

nước CHDCND Lào

Trước ựây, sản lượng ngô, lúa gạo ở nước Lào ựược sản xuất tương ựối

ắt, nông dân chỉ sản xuất một vụ mùa ngô với giống ựịa phương chủ yếu là ngô nếp, năng suất rất thấp Loại ngô này ựược thu hoạch vào mùa khô, rất thuận lợi nên vấn ựề dùng máy sấy không ựược quan tâm

Vào thập niên 90, do sự phát triển các giống ngô, lúa cải tiến cao sản, ngắn ngày, nông dân gia tăng sản xuất làm lúa, ngô tăng vụ (2 ọ 3 vụ/năm), việc gia tăng diện tắch trồng ngô cũng tăng lên, sản lượng ngô, lúa tăng nhanh ựể ựáp ứng ựược nhu cầu làm thức ăn cho người và gia súc

ở trong nước và xuất khẩu sang các nước lắng giềng trong khu vực đông

Nam Á và Trung Quốc

Nếu chỉ dựa vào phương pháp phơi nắng cổ truyền thì không thể ựáp ứng ựược về qui mô và chất lượng hạt nên việc sử dụng máy sấy trở nên rất cấp thiết

Nhà nước Lào chú ý ựến phát triển nông nghiệp, ựạt nhiều kết quả trong việc ựảm bảo lương thực, thực phẩm, ựặc biệt Trung tâm khuyến nông

ựã cho phép các Công ty nhập các loại giống có năng suất cao của Việt Nam, Thailand,Ầ về gieo trồng ở ựồng bằng Viêng chăn và một số tỉnh ở miền Bắc

và miền Trung nước Lào Kết quả ựiều tra cho thấy: trong vài năm gần ựây, việc sử dụng giống ngô lai có vai trò quan trọng, góp phần tắch cực vào việc giải quyết vấn ựề lương thực và ổn ựịnh ựời sống xã hội của ựất nước Người nông dân ựã thay thế dần các giống ngô cũ có năng suất thấp bằng giống ngô lai cho năng suất cao, chiếm khoảng 10 ọ 15% diện tắch trồng và năng suất trung bình 3,5 ọ 4,5 tấn/ha như: giống ngô lai LVN-4, LVN-5, LVN-10, LVN-12, LVN-17, LVN-20, HQ2000, K888, Bioseed

Do sản lượng ngô thu hoạch hàng năm ngày càng gia tăng nhưng công nghệ và hệ thống thiết bị sơ chế và bảo quản sản phẩm sau thu hoạch lại chưa tương xứng Theo số liệu ñiều tra, cho ñến nay phần lớn sản lượng ngô thu hoạch ñều ñược làm khô theo phương pháp tự nhiên (phơi nắng) hoặc sấy trong các lò sấy thủ công, năng suất và chất lượng rất thấp, hơn nữa ngô nước Lào thường thu hoạch vào mùa mưa không kịp phơi sấy bị thối hỏng gây lãng phí rất lớn ðể khắc phục tình trạng trên, chính phủ Lào ñã ñầu tư nhập một

số thiết bị sấy lớn và hiện ñại ñể trang bị cho một số công ty: Công ty sản xuất-xuất khẩu cà phê, công ty sản xuất thuốc lá, công ty sản xuất thức ăn chăn nuôi và một số Trung tâm như: Trung tâm sản xuất giống lúa Trung ương, Trung tâm sản xuất Giống Na Phok (Thủ ñô Viêng Chăn), Tha Sạ Nô (Tỉnh Sa Vắn Nạ Khết), Phôn Ngam (Tỉnh Chăm Pa Sắc), Nong ðeng (Tỉnh

Sa La Văn) và các Sở Nông nghiệp của các tỉnh lớn thuộc Bộ nông lâm nghiệp Lào Nhìn chung các thiết bị sấy ñều có năng suất từ 15 ÷ 30 tấn/mẻ dùng năng lượng ñiện, dầu FO,… Mặc dù năng suất và chất lượng sản phẩm cao nhưng chi phí sấy, chi phí khấu hao và bảo trì thiết bị quá lớn nên hầu hết các thiết bị sấy trên ñều sử dụng không hết công suất hoặc không sử dụng, gây lãng phí rất lớn

Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị sấy có cấu tạo ñơn giản, giá thành chế tạo máy và chi phí sản xuất hạ, phù hợp với qui mô nông

hộ là vấn ñề rất cấp thiết ñể ổn ñịnh và phát triển cây ngô ở nước Lào trong giai ñoạn hiện nay [1]

Hình 1.6 Thi ết bị sấy ngô sử dụng năng lượng ñiện

Hình 1.7: H ệ thống thiét bị sấy ngô sử dụng năng lượng dầu

1.4 MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1.4.1 Mục ñích nghiên cứu

Xác ñịnh một số thông số về cấu tạo và chế tạo của máy sấy hạt làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và giảm chi phí năng lượng riêng, tạo ñiều kiện ñể triển khai ứng dụng rộng rãi cho các cơ sở sản xuất ngô giống của nước CHDCND Lào

1.4.2 Nghiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan tình hình áp dụng cơ khí hoá trong việc sơ chế và

bảo quản ngô hạt ở nước Lào

- Nghiên cứu ñặc ñiểm, tính chất cơ lý của ngô hạt có liên quan ñến quá

trình sấy

- Nghiên cứu cở lý thuyết của quá trình sấy

- Nghiên cứu thực nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của một số thông số ñến các chỉ tiêu năng suất, chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng

- Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị sấy trong thực tiễn sản xuất

Chương 2

ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Hiện nay, ở nước CHDCND Lào có nhiều các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ dùng ngô làm nguyên liệu chính ñể sản xuất và chế biến thức ăn cho người và thức ăn chăn nuôi,… ðể ñáp ứng nhu cầu của thực tiễn sản xuất, chúng tôi chọn mẫu máy sấy kiểu vỉ ngang cỡ nhỏ năng suất 1,0 tấn/mẻ sử dụng năng lượng khí hoá gas từ lò ñốt nhiên liệu phế thải nông lâm nghiệp làm ñối tượng nghiên cứu Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo của máy sấy (ký hiệu SNH-1) ñược thể hiện trên hình 2.1

Hình 2.1: Mô hình h ệ thống máy sấy

1- Nắp và cấp liệu; 2- Cửa chỉnh khí vào; 3- Lớp chịu nhiệt và thân lò; 4- Thân lò; 5- Cửa nối lửa; 6- Ghi lò; 7- Phần chứa xỉ than; 8- Cửa thoát xỉ than; 9- Bộ phận ñốt; 10- ðầu ñốt khí gas; 11- Buồng hòa trộn khi; 12- Cửa chỉnh khí vào buồng hòa trộn ; 13- Khung lò; 14- Quạt gió;15-Cửa thổi khí nóng; 16- Tấm sàng lưới chắn; 17- Buồng chứa vật liệu sấy; 18- Vỏ thùng sấy

Trên cơ sở máy sấy hạt kiểu vỉ ngang SNH-1 do Bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản- Khoa Cơ ðiện- Trường ðHNN Hà Nội thiết kế và chế tạo, chúng tôi nghiên cứu tính toán và thiết kế cải tiến cho phù hợp với

việc sấy vật liệu ngô hạt ở nước CHDCND Lào

Cấu tạo máy bao gồm hai bộ phận chính: bộ phận sấy và bộ phận ñốt và tạo khí gas Bộ phận sấy ñược làm bằng thép tấm, chiều rộng W = 2.400 mm, chiều dài L= 2.400 mm và chiều cao H = 1.000 mm, ở giữa 1/3 theo chiều cao có ñặt lưới sàng có ñường kính lỗ nhỏ hơn kích thước hạt ngô Phía trên sàng ñược dùng ñể chưa hạt ngô ẩm, phía dưới sàng ñược thổi không khí nóng lấy từ lò ñốt nhiên liệu Dung tích chứa khoảng 1.000 – 1.500 kg ngô hạt Bộ tạo và ñốt khí gas gồm có: lò ñốt nhiên liệu (củi, lõi ngô,…) ở trạng thái yếm khí ñể tạo khí gas và bộ phận ñốt khí gas Trong lò ñốt tạo gas nhiên liệu ñược ñót cháy ở trạng thái yếm khí, không khí ñi qua các vùng có nhiệt

ñộ khác nhau và trải qua các quá trình nâng nhiệt, phân huỷ và sinh gas… Sau ñó khí gas ñược ñưa vào bộ phận ñốt ñể tạo nhiệt, khí nóng ñược quạt

14 thổi hút và thổi vào buồng sấy 16;17;18 Khí nóng ñi qua tấm sàng lưới chắn len lỏi vào khối nguyên liệu sấy, trao ñổi nhịêt với nguyên liệu sấy làm cho ñộ ẩm của nguyên liệu sấy giảm xuống ñến ñộ ẩm yêu cầu ñể bảo quản

Hệ thống tạo nhiệt khí hoá gas từ lò ñốt nhiên liệu phế thải nông lâm

thể ñiều chỉnh ñể ñảm bảo nhiệt ñộ theo yêu cầu của công nghệ sấy nhờ ñóng

mở rông hẹp van của bộ phận hòa trộn

Ưu ñiểm:

- Máy có cấu tạo ñơn giản, nhỏ gọn nên ñã giảm dược chi phí vật liệu chế tạo và tiết kiệm diện tích lắp ñặt, phù hợp với qui hộ nông dân

- Do quá trình ñốt cháy nhiên liệu ở trạng thái yếm khí, tạo ra ñược khí gas

ñể ñốt cháy trước khi ñưa vào buồng sấy nên ñã nâng cao hiệu suất nhiệt, tiết kiệm nhiên liệu và không gây ô nhiễm môi trường

- Do dùng nguồn năng lượng là nhiên liệu phế thải nông lâm nghiệp nên ñã giảm ñược giá thành sản phẩm sấy so với dùng nguồn năng lượng khác

Nhược ñiểm:

ðộ khô của vật liệu sấy kém ñồng ñều theo chiều cao của lớp vật liệu trong thùng sấy Muốn sản phẩm khô ñồng cần phải thường xuyên ñảo trộn

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố

Trong quá trình sấy ngô hạt có rất nhiều yếu tố làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm, thời gian sấy và mức tiêu thụ năng lượng riêng Các yếu tố bao gồm: nhiệt ñộ sấy, thời gian sấy, tốc ñộ khí sấy, hệ số nạp ñầy nguyên liệu trong buồng sấy, ñộ ẩm ban ñầu của vật liệu sấy,…

ðể lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất, có thể dùng phương pháp thu thập các thông tin qua các tài liệu tham khảo và tìm hiểu ý kiến của các chuyên gia có kinh nghiệm về vấn ñề ñang nghiên cứu, nhờ ñó có thể loại bớt những yếu tố không cần thiết Cuối cùng ñã chọn ñược các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất ñến ñộ khô không ñồng ñều của sản phẩm sấy và mức tiêu thụ nhiên liệu riêng, bao gồm:

Các yếu tố vào:

Các thông số ra:

Các yếu tố ñầu vào và ra của thiết bị ñược mô tả theo sơ ñồ sau:

X1 Y1

X3 Y3

Trong ñó:

Các ký hiệu của thông số vào:

ðối tượng nghiên cứu

(Thiết bị sấy)

x1-Nhiệt ñộ tác nhân sấy, oC

Các ký hiệu của thông số ra:

2.2.2 Phương pháp xác ñịnh một số thông số của quá trình sấy

a) Ph ương pháp ñịnh ñộ khô không ñều

ðộ khô không ñồng ñều là một ñại lượng ngẫu nhiên Vì vậy nó có thể ñược xác ñịnh bằng ñộ sai lệch bình phưong trung bình giữa ñộ ẩm của mẫu phân tích với ñộ ẩm qui ñịnh ñối với sản phẩm sấy

Sai lệch bình phương trung bình:

1

) (

1 1

b Phương pháp xác ñịnh chi phí ñiện năng riêng

ñiện thông dụng Dùng công tơ ñiện ñể ño ñiện năng trong mỗi lần thí nghiệm Oát kế ñể xác ñịnh công suất cần thiết, các ñồng hồ ñiện: Vôn kế, Ampe kế, Cosϕ kế ñể xác ñịnh ñiện áp U và dòng ñiện I Các chỉ số này cho

phép kiểm tra ñiện áp, tính toán công suất và ñiện năng, kiểm tra ñối chiếu với chỉ số của Oát kế và công tơ ñiện

Sau khi mỗi lần thí nghiệm sẽ ghi ñược chỉ số ñiện năng trên công tơ a (kWh), khối lượng sản phẩm khô sau mỗi mẻ sấy là q (tấn), sẽ tính ñược mức tiêu thụ ñiện năng riêng như sau:

q

a

c Phương pháp xác ñịnh chi phí nhiên liệu riêng

Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng ñược xác ñịnh bằng lượng nhiên liệu (củi khô) cần cung cấp cho một mẻ sấy m (kg) với khối lượng sản phẩm khô thu ñược sau mỗi mẻ sấy q (tấn) và tính theo công thức:

r

mMq

2.2.3 Phương pháp xử lý và gia công số liệu thực nghiệm

Trong nghiên cứu thực nghiệm ño ñạc của máy, các kết quả ño ñạc thường là các ñại lượng ngẫu nhiên Trong kỹ thuật nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm, xác suất tin cậy thường dùng trong khoảng 0,7 - 0,9, xác suất của dụng cụ ño trong khoảng 0,95 - 0,99 Vì vậy ñể ñảm bảo ñộ tin cậy, các thí nghiệm phải ñược lặp lại ít nhất 3 lần ðể xử lý và gia công các số liệu thí nghiệm, chúng tôi áp dụng qui tắc của lý thuyết xác xuất và thống kê toán học

a) Phương pháp xử lý số liệu

Giá trị trung bình của mỗi lần ño ñược tính theo công thức sau:

=

=

n 1 i

Xin

1

Sai lệch bình phương trung bình:

δ =

1n

)XX(

2 n

1 i

i i

Giá trị ñộ tin cậy ñược tính theo tiêu chuẩn Student với mức ý nghĩa

Xnghi ngờ - Xρ> 3σ thì loại bỏ

b) Ph ương pháp gia công số liệu

Sau khi thí nghiệm cần phải tiến hành gia công số liệu theo phương pháp phân tích phương sai ñể xác ñịnh ñộ tin cậy về mức ñộ ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới các thông số mục tiêu và tính ñồng nhất của phương sai Thuật toán của phân tích phương sai như sau:

- ðể xác ñịnh ñộ tin cậy về mức ñộ ảnh hưởng của các yếu tố cần phải tính phương sai yếu tố và phương sai thí nghiệm:

Phương sai yếu tố là tổng bình phương sai lệch của từng thí nghiệm, giữa các giá trị trung bình của tổng thể (Y ) với các giá trị trung bình của Y j

1K

)Y.Y(S

k 1

j j2

ño lặp lại với mỗi mức yếu tố Phương sai thí nghiệm ñược xác ñịnh theo công thức:

kN

).YY(S

n 1 i

k 1 j

2 j ij 2

F

số mục tiêu và không ảnh hưởng trong trường hợp ngược lại

- ðể ñánh giá tính ñồng nhất của phương sai ta phải tính phương sai thí

j

tố xi:

1n

).YY(S

n 1 i

2 j ij 2

Vì số thí nghiệm lặp lại lớn hơn 2 (n = 3) nên có thể áp dụng tiêu chuẩn

∑

=

= k

1 j

2 t

2 max j

G

phương sai nào vượt quá nhiều so với phương sai khác, khi ñó kết quả ño ñạc ñảm bảo ñộ tin cậy

Với các số liệu thí nghiệm ño ñược của ñề tài này chúng tôi ñều gia công theo phương pháp trên

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ THỐNG SẤY NGÔ HẠT BẰNG

NĂNG LƯỢNG KHÍ HOÁ GAS

3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY

3.1.1 Vật liệu ẩm

a) ðộ ẩm của vật liệu sấy

Theo một số tác giả [6]; [7] khi niệm ñộ ẩm của vật bao gồm: ñộ ẩm tương ñối, ñộ ẩm tuyệt ñối, ñộ chứa ẩm và nồng ñộ ẩm và ñộ ẩm cân bằng

a

k 100G

Trong kỹ thuật sấy, ñộ ẩm cân bằng có ý nghĩa rất lớn, nó xác ñịnh giới

hạn quá trình sấy và dùng ñể xác ñịnh chế ñộ bảo quản ñối với mỗi loại vật liệu trong những ñiều kiện môi trường khác nhau

với trạng thái không khí t1,ϕ1 thì vật ẩm sẽ thoát ẩm cho tới khi ñạt trị số ñộ

của nó tăng lên cho tới khi ñạt tới chỉ số cân bằng Vì vậy khi cần bảo quản một sản phẩm có ñộ ẩm nhỏ hơn ñộ ẩm cân bằng ứng với môi trường không khí trong phòng ta không thể ñể sản phẩm trong ñiều kiện không khí trong phòng Vì như vậy làm cho ñộ ẩm của nó tăng lên dẫn tới giảm ñáng kể thời gian bảo quản Trong trường hợp này ñể bảo quản sản phẩm phải dùng bao gói hoặc nhà kho mà ñộ ẩm tương ñối của không khí nhỏ hơn so với môi trường bên ngoài Tức là làm sao cho ñộ ẩm cân bằng của sản phẩm tương ứng với ñiều kiện môi trường trong kho bảo quản phải nhỏ hơn hoặc bằng ñộ

ẩm của vật cần bảo quản Có như vậy sản phẩm ñạt tới trạng thái cân bằng với môi trường trong kho thì ñộ ẩm của nó không vượt quá trị số ñộ ẩm cho phép

b) Phân loại vật ẩm

Có nhiều cách phân loại vật ẩm Cách phân loại ñược sử dụng nhiều trong kỹ thuật là cách phân loại dựa vào cách tính chất vật lý của vật thể của A.V Lưcôp [26] Theo cách phân loại này các vật ẩm ñược chia thành 3 nhóm là: vật xốp mao dẫn, vật keo và vật keo xốp mao dẫn Sự phân loại này cũng chỉ là tương ñối vì các vật sấy rất ña dạng, nhiều vẻ Tuy nhiên sự phân loại này có ý nghĩa rất lớn khi khảo sát quá trình sấy và chỉnh lý các kết quả nghiên cứu ñể áp dụng cho những vật liệu và nhóm vật liệu khác nhau

Những vật mà trong ñó ẩm liên kết với vật liệu chủ yếu bằng mối liên kết mao dẫn ñược gọi là vật xốp mao dẫn Chúng có khả năng hút mọi chất

lỏng dính ướt không phụ thuộc vào thành phần hoá học của chất lỏng Các vật liệu xây dung, than củi, cát, thạch anh… là những thí dụ về vật xốp mao dẫn

ở những vật này lực mao dẫn lớn hơn rất nhiều so với trọng lượng ẩm chứa trong vật và quyết ñịnh hoàn toàn sự lan truyền ẩm trong vật Trong trường hợp trọng lượng ẩm cân bằng với lực mao dẫn thì những vật này gọi là vật xốp ðặc ñiểm của những vật xốp mao dẫn là sau khi sấy khô nó trở nên giòn

và có thể bị vỡ vụn thành bột

- V ật keo

Vật keo là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt, trong vật keo ẩm liên kết

ở dạng hấp thụ và thẩm thấu Ví dụ: keo ñộng vật, vật liệu xenlulô, tinh bột, ñất sét… Các vật keo có ñặc ñiểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều và vẫn giữ ñược tính dẻo ðể ñơn giản công việc nghiên cứu và tính toán, trong

kỹ thuật sấy người ta khảo sát các vật keo như các vật giả xốp mao dẫn khi

ñó các vật keo ñược xe như vật xốp mao dẫn có cấu trúc mao quản nhỏ

Những vật thể mà trong ñó tồn tại ẩm liên kết có trong cả vật keo và vật xốp mao dẫn thì ñược gọi là vật xốp mao dẫn Các vật liệu này như gỗ, than bùn, các loại hạt một số thực phẩm và hạt ngô cũng thuộc loại liên kết này

Về cấu trúc của vật này thuộc loại xốp mao dẫn những về bản chất lại là các vật keo có nghĩa là thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản tương lên, khi sấy khô thì co lại Phần lớn các vật xốp mao dẫn khí sấy khô trở nên giòn như bánh mì, rau xanh…

3.1.2 Tác nhân sấy

Tác nhân sấy là những chất dùng ñể truyền nhiệt cho vật liệu sấy và mang ẩm từ vật liệu sấy ra ngoài Trong quá trình sấy môi trường xung quanh luôn ñược bổ xung lượng ẩm thoát ra từ vật sấy Nếu ñộ ẩm này không ñược mang ñi thì ñộ ẩm tương ñối của không khí bao quanh vật thể sấy sẽ tăng lên ñến khi ñạt giá trị cân bằng giữa vật sấy và môi trường bao quanh thì quá

trình thoát ẩm vật ngừng lại Như vậy cùng với việc cấp nhiệt cho vật ẩm ñể hoá hơi ẩm lỏng, ñồng thời phải tải ẩm ñã thoát ra khỏi vật vào môi trường Tác nhân sấy có thể là khói lò, không khí, hơi quá nhiệt, khí- khói,…

a) Không khí ẩm

Không khí ẩm là hỗn hợp của nhiều chất khí khác nhau và có chứa một lượng hơi nước nhất ñịnh Khi nghiên cứu người ta coi không khí ẩm gồm hai thành phần chính là không khí khô và hơi nước Không khí khô (khí lý tưởng) ñược gọi là thành phần cố ñịnh còn hơi nước là thành phần luôn thay ñổi trong không khí ẩm ðể ñơn giản trong tính toán người ta coi không khí ẩm là hỗn hợp khí lý tưởng nên nó tuân theo các ñịnh luật của khí lý tưởng [26]

áp suất của hơi nước

chứa trong ñó chưa ñạt ñến mức tối ña có nghĩa là vẫn còn khả năng chứa thêm nước

- Không khí ẩm bão hoà: là loại không khí ẩm mà lượng hơi nước ñã chứa ñến mức tối ña

- Không khí ẩm quá bão hoà là loại không khí ẩm mà lượng hơi nước ñã chứa ñến mức tối ña và còn chứa thêm cả nước ngưng tụ

- ðộ ẩm tương ñối: là tỷ số giữa lượng hơi nước chứa trong không khí

ẩm với lượng hơi nước lớn nhất có thể chứa trong không khí ẩm ở cùng nhiệt

k

h max

G100G

- ðộ chứa ẩm của không khí ẩm: là lượng hơi nước chứa trong 1 kg

1000G

Gd

k

h ⋅

- Entanpi của không khí ẩm: trong kỹ thuật sấy người ta tính entanpi của

nó ứng với 1 kg không khí khô Theo ñịnh nghĩa, lượng chứa ẩm d là số gram

hơi nước chứa trong 1 kg không khí khô nên entanpi của không khí ẩm I là

entanpi của 1 kg không khí khô của d gram ẩm Do ñó entanpi của không khí

ẩm bằng:

h

k 0 , 001 di i

ik và ih- entanpi của 1 kg không khí khô và của 1 kg hơi nước, kJ/kg d- ñộ chứa ẩm của không khí, g/kg kk

Hình 3.1 Sơ ñồ nguyên lý hệ thống sấy dùng không khí nóng

Trong buồng ñốt nhiên liệu ñược ñốt cháy, khói thoát ra sẽ qua bộ trao ñổi

ñổi nhiệt ở phía trong (nếu khói nóng ñi ở phía trong) Lúc này không khí sạch chuyển thành không khí nóng có ñộ ẩm thấp và nhiệt ñộ thích hợp ñi vào buồng sấy ñể thực hiện quá trình sấy và thải ra ngoài Sử dụng không khí nóng làm tác nhân sấy có ưu ñiểm là: không ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm và không có các phản ứng hoá học, ñộ bền của thiết bị sấy ñược nâng cao Song cũng có hạn chế là thiết bị có cấu tạo phức tạp, chi phí năng lượng riêng cao… Hiện nay tác nhân sấy là không khí nóng ñược sử dụng tương ñối nhiều ñể sấy hạt nông sản, các loại rau quả, thịt, cá…

3.1.3 ðộng học quá trình sấy

ðộng học quá trình sấy khảo sát sự thay ñổi các thông số ñặc trưng của