Nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy ngô hạt năng suất 3 0 tấn sử dụng năng lượng khí hóa gas từ lò đốt nhiên liệu than đá chất lượng thấp

Luận văn

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

= = = =


= = = =

THÂN VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY NGÔ HẠT NĂNG SUẤT 3.0 TẤN/MẺ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG KHÍ HÓA GAS TỪ LÒ ðỐT NHIÊN LIỆU

THAN ðÁ CHẤT LƯỢNG THẤP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

nông, lâm nghiệp

HÀ NỘI - 2011

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2011

Học viên

Thân Văn Hùng

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện ñề tài này, tôi ñã nhận ñược sự hướng dẫn, chỉ bảo và giúp ñỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản - Khoa Cơ ðiện, Viện ñào tạo sau ñại học, Viện rau quả và các thầy cô trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội Nhân dịp này, cho phép tôi ñược bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc ñến quý thầy cô Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Trần Như Khuyên ñã chỉ bảo hướng dẫn từ việc ñịnh hướng ban ñầu, giải quyết từng nội dung ñề tài, ñến sửa ñổi những sai sót ñể hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh ñạo Trường Cao ñẳng Kỹ thuật Công nghiệp- Bộ Công Thương, các ñồng nghiệp, bạn bè, gia ñình và người thân ñã tạo mọi ñiều kiện giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn này

Một lần nữa tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất của mình tới tất cả những tập thể và cá nhân ñã dành cho tôi mọi sự giúp ñỡ quý báu trong quá trình hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2011

Tác giả

Thân Văn Hùng

MỤC LỤC

LỜI NÓI ðẦU vii

Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ðỀ TÀI 3

1.1 ðẶC ðIỂM CẤU TẠO, THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ CÔNG DỤNG CỦA HẠT NGÔ 3

1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC SẤY NGÔ HẠT 6

1.3 ðẶC ðIỂM VÀ YÊU CẦU CÔNG NGHỆ SẤY NGÔ HẠT 7

1.3.1 Một số ñặc ñiểm của ngô hạt 7

1.3.2 Yêu cầu công nghệ của việc sấy ngô hạt 9

1.4 THIẾT BỊ SẤY NGÔ HẠT TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 10

1.4.1 Thiết bị sấy tĩnh 10

1.4.2 Thiết bị sấy ñộng 12

1.5 CÔNG NGHỆ KHÍ HOÁ THAN VÀ ỨNG DỤNG ðỂ SẤY NÔNG SẢN 17

1.5.1 Công nghệ khí hoá than 17

1.5.2 Ứng dụng công nghệ khí hoá ñể sấy hạt nông sản 20

1.6 MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI 22

1.6.1 Mục ñích nghiên cứu 22

1.6.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 23

Chương 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ðỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ðẾN QUÁ TRÌNH SẤY 24

2.1 Vật liệu và thiết bị thí nghiệm 24

2.1.1 Vật liệu thí nghiệm 24

2.1.2 Thiết bị thí nghiệm 25

2.1.3 Dụng cụ thí nghiệm 25

2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 26

2.3 Phương pháp xác ñịnh một số thông số của quá trình sấy 27

2.4 Kết quả thí nghiệm 28

2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy T(oC) 28

2.4.2 Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy v (m/s) 30

Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY 32

3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY 32

3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sấy 35

3.1.4 Sự bay hơi ẩm từ bề mặt vật liệu sấy 36

3.1.5 Sự di chuyển ẩm ở bên trong vật liệu 37

3.1.6 ðộng học quá trình sấy 38

3.2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN LÒ ðỐT KHÍ HOÁ GAS 42

3.2.1 Cơ sở tính toán công nghệ 42

3.2.2 Thành phần gas 43

3.2.3 Hiệu suất khí gas 43

3.2.4 Nhiên liệu khí gas 44

Chương 4: LỰA CHỌN SƠ ðỒ NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY 48

4.1 LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY NGÔ 48

4.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY 51

4.2.1 Tính toán thiết kế buồng sấy 51

4.2.1.1 Lựa chọn ñiều kiện sấy 51

4.2.1.2 Tính các thông số cơ bản của quá trình sấy 52

4.2.1.3 Quá trình sấy lý thuyết 53

4.2.1.4 Xác ñịnh các kích thước cơ bản của buồng sấy 61

4.2.1.5 Quá trình sấy thực 63

4.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ KHÍ HOÁ THAN 69

4.3.1 Lựa chọn nguyên lý thiết kế lò ñốt tạo khí gas 69

4.3.2 Quá trình hình thành khí gas 70

4.3.3 Xác ñịnh các thông số của lò ñốt khí hoá tạo gas 73

4.4 TÍNH VÀ CHỌN QUẠT 75

4.4.1 Năng suất quạt gió 75

4.4.2 Áp suất toàn phần của quạt gió 75

4.4.3 Công suất cần thiết của quạt gió 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

KẾT LUẬN 78

KIẾN NGHỊ 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hoá học của những bộ phận chính của hạt ngô (%) 4 Bảng 1.2 ðộ ẩm bảo quản của ngô và một số loại hạt nông sản 10 Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật của khí than, gas, dầu ñốt 19 Bảng 1.4 So sánh hiệu quả kinh tế giữa ñốt khí than với ñốt gas, dầu FO và dầu DO 20 Bảng 2.1 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy x1 29 Bảng 2.2 Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy x2 tới hàm Yj 30 Bảng 4.1 Thành phần hoá học của than 73 Bảng 4.2 Thành phần hoá học của gas than ñá 73

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo của hạt ngô 3

Hình 1.2 Máy sấy tĩnh vỉ ngang 11

Hình 1.3 Thiết bị sấy kiểu tuynel 12

Hình 1.4 Thiết bị sấy tháp 13

Hình 1.5 Thiết bị sấy kiểu thùng quay 14

Hình 1.6 Thiết bị sấy tầng sôi 15

Hình 1.7 Thiết bị sấy băng tải 16

Hình 1.8 Sơ ñồ hệ thống thiết bị sấy hạt theo chu kỳ 17

Hình 1.9 Lò sinh khí than 18

Hình 1.10 Quá trình hình thành khí gas trong lò sinh khí 18

Hình 2.1 Ngô hạt nguyên liệu 24

Hình 2.2 Tủ sấy vạn năng ED-240 25

Hình 2.3 Thiết bị ño tốc ñộ gió 407112 26

Hình 2.4 Máy ño ñộ ẩm Kett 26

Hình 2.5 Sơ ñồ các yếu tố vào và ra của thiết bị sấy 26

Hình 2.6 Sơ ñồ vị trí lấy mẫu trên khay sấy 27

Hình 2.7 ðồ thị ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy x1 ñến các hàm Yj 29

Hình 2.8 ðồ thị ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy x2 ñến các hàm Yj 31

Hình 3.1 ðường cong ñộ ẩm cân bằng của các vật liệu 33

Hình 3.2 Các ñường ñẳng nhiệt tiêu biểu 33

Hình 3.3 ðường cong sấy 38

Hình 3.4 ðường cong tốc ñộ sấy 40

Hình 3.5: ðường cong nhiệt ñộ của vật liệu sấy 41

Hình 4.1 Hệ thống thiết bị sấy ngô hạt SNH-3.0 48

Hình 4.2 Sơ ñồ hệ thống sấy sử dụng khói lò làm tác nhân sấy 52

Hình 4.3 Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên ñồ thị I – d 54

Hình 4.4 Các kích thước cơ bản của buồng sấy 62

Hình 4.5 ðồ thị I – d biểu diễn quá trình sấy thực 63

Hình 4.6 Sơ ñồ nguyên lý lò khí sinh khối 70

Hình 4.7 Sơ ñồ nguyên lý làm việc lò ñốt khí hóa 71

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TB: Trung Bình TL: Trọng lượng TV: Thành viên TH: Tổng hợp HTS: Hệ thống sấy TNS: Tác nhân sấy VLS: Vật liệu sấy TN: Thí nghiệm

LỜI NÓI đẦU

Một ựất nước muốn phát triển thì không thể thiếu nguồn năng lượng ựể phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt Nguồn năng lượng này có sẵn trong thiên nhiên hoặc do con người tạo ra như: than ựá, dầu mỏ, thủy ựiện Ầ nhưng làm thế nào ựể khai thác, sử dụng hợp lý và tận dụng nguồn tài nguyên, khoáng sản nhằm phát triền ựất nước ựồng thời không gây ô nhiễm môi trường, không lãng phắ là vấn ựề cần ựược chú ý quan tâm

Các nguồn năng lượng như: điện, khắ hoá lỏng (gas), dầu ựốt (FO và DO) và than ựá là những nguồn năng lượng truyền thống ựược sử dụng phổ biến trong sản xuất nói chung và sản xuất nông nghiệp nói riêng Gas và dầu có ưu ựiểm cấp năng lượng sạch, dễ ựiều chỉnh và ựiều khiển tự ựộng hoá cao Nhược ựiểm lớn nhất của gas và dầu là giá thành quá cao, làm cho sản phẩm khó cạnh tranh về giá cả Do ựó ta cần tìm một loại nhiên liệu khác có giá trị sử dụng tương ứng với gas và dầu, nhưng giá thành phải hạ hơn, hạ giá thành sản phẩm và tăng sức cạnh tranh về giá cả thị trường đó chắnh là công nghệ khắ hoá than

Khắ hoá than là quả trình chưng cất than tại mức ựộ cao nhất trong buồng kắn ựể chuyển hoá thành nhiệt hoá học ở thể khắ - gas (khắ than) với thành phần cháy chủ yếu là: CO, H2 ,CH4 dùng làm nhiên liệu trong công nghiệp và dân dụng có giá trị cao đó là một quả trình hoá học nhiệt lượng, nó hoàn toàn không giống với việc sử dụng lò ựốt trực tiếp bằng than, không có

bộ phận lọc bụi than nên ảnh hưởng ựến sức khoẻ người công nhân, gây ô nhiễm môi trường, khó ựiều chỉnh nhiệt ựộ sấy, trong một số trường hợp gây rủi ro cho sản phẩm sấy Dùng khắ hoá gas từ than sử dụng trong quá trình sấy

có một số ưu ựiểm sau:

Chủ ựộng nguồn nguyên liệu trong nước, tiết kiệm chi phắ nhiên liệu ựến

50 Ờ 70% so với dùng gas và 40 Ờ 50% so với dùng dầu, ựầu tư tiết kiệm hơn

nhiều so với công nghệ nhiệt năng khác, dễ sử dụng, không gây bụi, không gây ô nhiễm cho ngưòi sản xuất và môi trường, ñiều khiển tự ñộng hoá dễ dàng, khống chế, ñiều chỉnh nhiệt ñộ trong lò sấy tự ñộng,

Từ những ưu ñiểm trên, xuất phát từ tình hình sản xuất thực tế, nếu dùng khí hoá gas từ nhiên liệu than ñá chất lượng thấp ñể ứng dụng trong quá trình sấy sẽ nâng cao hiệu suất sử dụng nhiệt, tiết kiệm nhiên liệu và không gây ô

nhiễm môi trường 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 thiết kế hệ thống sấy ngô hạt năng suất 3.0 tấn/mẻ sử dụng năng lượng khí hóa gas từ lò ñốt nhiên liệu than ñá chất lượng thấp”

Chương 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ðỀ TÀI

1.1 ðẶC ðIỂM CẤU TẠO, THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ CÔNG DỤNG CỦA HẠT NGÔ

a Cấu tạo hạt ngô

Hạt ngô ñược cấu tạo bởi 5 thành phần chính là: mày hạt, vỏ hạt, lớp aloron, nội nhũ và phôi hạt Sơ ñồ cấu tạo của hạt ngô ñược thể hiện trên hình 1.1

Mày hạt: là phần lồi ra ngoài ở cuối hạt, mày hạt là bộ phận dính hạt vào lõi ngô

Hình 1.1 Cấu tạo của hạt ngô

1- vỏ hạt; 2- lớp aloron; 3- nội nhũ (miền nhiều sừng);

4- nội nhũ (miền tinh bột); 5,6 – phôi, mầm; 7- mày hạt

Vỏ hạt: là lớp màng mỏng bao bọc quanh hạt ñể bảo vệ hạt, nó ñược cấu tạo từ 3 lớp tế bào khác nhau và chứa các chất màu như vàng, tím, tím hồng Lớp aloron: nằm dưới lớp vỏ hạt, cấu tạo từ các tế bào hình tứ giác có thành dày thông thường lớp aloron không có màu nhưng cũng có thể có màu xanh do bị nhiễm sắc thể từ vỏ ngoài Khối lượng vỏ và lớp aloron chiếm 5 -11% khối lượng toàn hạt

Nội nhũ: chiếm 75 – 83% khối lượng hạt và chứa ñầy tinh bột, ñược phân biệt thành hai miền khác nhau về hình dáng, cấu trúc tế bào và thành phần hoá

học của tinh bột Miền ngoài màu vàng nhạt, ñặc và cứng như sừng (gọi là miền sừng), miền trong màu trắng, xốp, nhiều gluxit, ít protein (gọi là miền bột)

Phôi hạt: nằm ở phần ñầu nhỏ của hạt, dưới lớp aloron, chứa tất cả các tế bào phát triển của các quá trình sống Phôi hạt cấu tạo từ các tế bào mềm, chứa các chất giàu dinh dưỡng như protein, lipit, vitamin và phần lớn các enzym Phôi hạt có kích thước và khối lượng lớn hơn so với phôi của các loại hạt cốc khác, thường chiếm 10 – 14% khối lượng hạt

b Thành phần hoá học của hạt ngô

Thành phần hoá học của hạt ngô phụ thuộc vào cấu trúc lý học của hạt, yếu tố di truyền và môi trường, quá trình chế biến và những mối liên kết khác trong chuỗi thực phẩm Thành phần hoá học của những bộ phận chính của hạt ngô ñược ghi trong bảng 1.1

Trong bảng 1.1 ta thấy, những bộ phận chính của hạt ngô có thành phần hoá học khác nhau Vỏ hạt có lượng chất xơ thô cao, vào khoảng 87 %, chúng ñược cấu thành bởi hemixelluloza 67 %, xenllulôza 23 % và lignin 0,1 %

Nội nhũ chứa hàm lượng tinh bột cao 87,6% và hàm lượng protein khoảng 8,6%, hàm lượng chất béo tương ñối thấp (0,8%) Phôi có lượng dầu thô cao, trung bình khoảng 33% Phôi có chứa nhiều hàm lượng protein và chất [5]

Bảng 1.1 Thành phần hoá học của những bộ phận chính của hạt ngô (%)

Thành phần hoá học Vỏ hạt Nội nhũ Phôi hạt Protein

8,0 0,8 2,7 0,3 87,6 0,60

18,4 33,2 8,8 10,5 8,3 10,8

quan nhiều ựến việc bảo quản và chế biến ngô

c Công dụng của hạt ngô

Ngô ựược sử dụng với ba mục ựắch chắnh: làm lương thực cho người, thức

ăn gia súc và nguyên liệu cho nhiều sản phẩm công nghiệp

Ngô là thực phẩm cho người, nó ựược coi là loại lương thực có giá trị dinh dưỡng cao: giàu chất ựạm, tinh bột, chất béo và nhiều vitamin Trong các loại lương thực chắnh là gạo, ngô, khoai, sắn thì ngô có các thành phần protein, lipit và chất khoáng cao hơn hẳn

Phần lớn các nước Trung Mỹ ựều dùng ngô làm thức ăn chắnh trong bữa

ăn hàng ngày ở nhiều nước châu Âu và châu Mỹ rất nhiều ựồ ăn làm bằng tinh bột ựược sản xuất từ hạt ngô như bánh kẹo, ựồ hộp ,Ầ ở nước ta, ngô cũng là thực phẩm quen thuộc và ựược dùng thay một phần gạo ựối với vùng ựồng bằng và làm lương thực chắnh cho người dân miền núi

Ngô làm thức ăn gia súc: trong hạt ngô có nhiều tinh bột, chất ựạm, chất béo nên nó chắnh là thức ăn lý tưởng cho nhiều loại gia súc và là nguồn thức

ăn chủ yếu ựể chăn nuôi

Ngô ựược dùng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm, y dược, hoá học, luyện kim, ẦTinh bột ựược dùng trong công nghiệp chế biến rượu, bia,

ựồ giải khát,Ầ Ngô còn ựược chế biến thành ựường gluco destrin dùng cho sản xuất bánh kẹo, keo dán đường ngô sản xuất trên quy mô lớn ngày càng nhiều, giá thành có sức cạnh tranh với ựường mắa và ựường củ cải,Ầ

Trong những năm gần ựây, xu hướng sử dụng ngô làm lương thực giảm dần và việc sử dụng ngô làm thức ăn gia súc tăng nhanh Ở châu Á và cận đông, lượng ngô làm thức ăn gia súc tăng gấp ba lần sử dụng làm lương thực

ở châu Phi giá trị ấy gấp hai lần Mỹ là nước sử dụng ngô làm thức ăn gia súc lớn nhất với tốc ựộ tăng hàng năm 1,7%

1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC SẤY NGÔ HẠT

Nước ta nằm trong khu vực khí hậu nhiệt ñới gió mùa, ñộ ẩm không khí cao Cơ cấu dân số sống bằng nghề nông nghiệp khoảng 80%, chính vì vậy việc bảo quản và chế biến nông sản có vai trò rất quan trọng, trong ñó có công ñoạn sấy nông sản

Sấy là một công ñoạn không thể thiếu ñược trong bảo quản và chế biến nông sản Ở nước ta phần lớn ngô ñược trồng nhiều vào ñầu mùa mưa và thu hoạch ñúng mùa mưa khoảng giữa tháng 8 nên hàm lượng nước trong ngô khi thu hoạch khá cao ðộ ẩm trung bình 20 ÷ 26%, ñặc biệt khi thu hoạch vào lúc trời mưa, ñộ ẩm có thể lên tới 30 ÷ 40% Nếu không phơi sấy kịp thời 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 hoạt ñộng của các men phân giải ñường, tinh bột 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 sản phẩm [5],[11]

Trong ñiều kiện nước ta 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

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

Hiện nay, ở nước ta 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

1.3 ðẶC ðIỂM VÀ YÊU CẦU CÔNG NGHỆ SẤY NGÔ HẠT

1.3.1 Một số ñặc ñiểm của ngô hạt

- Quá trình 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 =24 ÷ 26%) 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 hạt sẽ giảm Sự hô hấp của hạt là quá trình sản sinh ra nhiệt, nước và khí CO2 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

- Tác dụng của hạt ẩm với môi trường

Khi áp suất hơi nước trên bề mặt hạt Ph lớn hơn áp suất riêng phần của 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

ra rất chậm (chừng vài tháng) ñể tiến tới trạng thái cân bằng áp suất Ph = Pk

ðộ ẩm của hạt ở trạng thái này ñược gọi là ñộ ẩm cân bằng ωcbvà quá trình hô hấp của hạt coi như bằng 0

Áp suất 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 luôn bị phá

vỡ và ñộ ẩm cân bằng ωcb luôn phụ thuộc nhiệt ñộ ñộ ẩm của môi trường Với ngô ñộ ẩm cân bằng khi làm khô ñể bảo quản ñược quy ñịnh là 10%

Áp suất hơi Ph trên bề mặt hạt phụ thuộc vào cường ñộ bay hơi ẩm trong hạt nên nó phụ thuộc nhiệt ñộ và ñộ ẩm của hạt

ðể tăng cường ñộ nhả ẩm của hạt vào môi trường xung quanh (giảm thời gian làm khô hạt) cần phải tăng áp suất Pht và giảm Pk ñồng thời làm tăng lượng nhiệt truyền sang hạt, làm nóng hạt và bay hơi ẩm trong hạt, tăng Pht

Trong môi trường không khí ẩm bão hoà (ω =100%) ñộ hút ẩm tối ña của ngô (ñộ ẩm bão hoà) là 26% Ngô tươi thu hoạch trong mùa mưa có ñộ ẩm hơn 26÷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

ẩm thấp bằng thông gió tích cực

1.3.2 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

ðộ ẩm bảo quản và nhiệt ñộ ñốt nóng cho phép của ngô và một số loại hạt nông sản ñược ghi trong bảng 1.2

Bảng 1.2 ðộ ẩm bảo quản của ngô và một số loại hạt nông sản

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, trong ñó phương pháp sấy ñối lưu bằng dòng khí nóng thổi cưỡng bức qua vật liệu sấy là phương pháp phổ biến nhất ðối với nguyên liệu dạng hạt nói chung và ngô hạt nói riêng người ta thường phương pháp sấy ñối lưu với hai dạng thiết bị sấy chủ yếu là: thiết bị

sấy tĩnh và thiết bị sấy ñộng [1], [ 4], [11], [ 12], [13], [14]

1.4.1 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

∆T nhỏ hơn 6oC Sấy nhiệt ñộ cao, tác nhân sấy ñược gia nhiệt, nhiệt ñộ

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 dỡ ra khỏi máy sấy Máy sấy tĩnh có những ưu ñiểm: ñơn giản, dễ làm, chi phí khi 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 Dưới ñây là một số thiết bị sấy tĩnh thông dụng:

a Thiết bị sấy tĩnh vỉ ngang

Thiết bị sấy tĩnh vỉ ngang gồm 3 bộ phận chính: quạt, lò ñốt và buồng sấy (hình 1.2)

Hình 1.2 Máy sấy tĩnh vỉ ngang

Quá trình sấy ñược thực hiện như sau: Ngô hoặc các loại hạt khác ñược

ñổ trên mặt sàn lưới lỗ với lớp dày khoảng 25-40 cm Không khí nóng tạo nên bởi lò ñốt, ñược quạt sấy hút và thổi vào ống gió hông, sau khi ñã hoà trộn với không khí môi trường ñạt ñến nhiệt ñộ khí sấy cần thiết Sau ñó từ ống gió hông, khí sấy chuyển hướng qua sàng có lỗ sàng , xuyên qua lớp hạt mang ẩm thoát ra ngoài Quá trình sấy tiếp diễn cho ñến khi cả lớp hạt dưới và trên ñạt ñược ñộ ẩm cần thiết

Loại thiết bị này có thể sử dụng ñể sấy ngô bắp Quá trình sấy ñược tiến hành như sau: Ngô bắp sau khi thu hoạch có ñộ ẩm 30-35%, ñược ñưa vào

buồng sấy ñể hạ xuống ẩm ñộ 18-24% ñảm bảo thuận lợi cho quá trình tách hạt với ñộ tổn thương thấp nhất Nhiệt ñộ sấy trong giai ñoạn này khoảng

430C, thời gian sấy thường kéo dài từ 50-60 giờ, tuỳ thuộc vào ñộ ẩm và nhiệt

ñộ môi trường Hạt sau khi qua máy tẽ ñược sấy bình thường với nhiệt ñộ khoảng 38÷420C, ñể hạ ẩm ñộ còn 13-14%

b Thiết bị sấy kiểu tuynel

Thiết bị sấy kiểu tuynel có cấu tạo khác buồng sấy là chiều dài có kích thước gấp nhiều lần chiều rộng và chiều cao hình 1.3

Thiết bị sấy kiểu tuynel ñược 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 liệu 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 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 1.3 Thiết bị sấy kiểu tuynel

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

1.4.2 Thiết bị sấy ñộng

ðặc trưng cơ bản của thiết bị sấy hạt di ñộng là vật liệu chuyển ñộng trong quá trình sấy Thiết bị sấy này ñược dùng phổ biến ở các nước công nghiệp phát triển, gồm có các kiểu cơ bản như: thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy

1

1

4

b Thiết bị sấy kiểu thùng quay

Thiết bị sấy kiểu thùng quay là loại thiết bị làm việc liên tục dùng ñể sấy hạt và những phế phẩm thực phẩm dùng làm thức ăn chăn nuôi (hình 1.5)

Hình 1.5 Thiết bị sấy kiểu thùng quay

Thiết bị sấy thùng quay gồm có thùng quay 1 ñặt nghiêng một góc 6o so với ñường nằm ngang Bên trong có các cánh gắn chặt với thùng ñể phân phối vật liệu ñều ñặn theo tiết diện của thùng và làm cho sản phẩm chuyển rời ñược liên tục Nhờ ñó mà vật liệu và tác nhân sấy tiếp xúc với nhau ñược tốt hơn Tác nhân sấy là khói lò ñược tạo ra ở lò ñốt 2, trước khi vào thùng quay

1 phải qua buồng trung gian 3, ở ñó cho không khí vào ñể trộn lẫn với khói lò

và hạ thấp nhiệt ñộ của chúng Vật liệu sấy ñược chất vào thùng sấy khoảng

20 ÷ 25% dung tích Tốc ñộ quay của thùng từ 1 ÷ 8 v/ph Sản phẩm sấy ra ngoài qua cửa 5, tác nhân sấy thoát ra khỏi thiết bị sấy qua cửa 4 và ñược ñưa vào xiclon ñể lọc bụi trước khi thoát ra ngoài

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 dễ bị tróc vỏ hoặc vỡ do khối hạt ñảo trộn nhiều lần trong máy

c Thiết bị sấy tầng sôi

Thiết bị sấy "tầng sôi" ñược sử dụng chủ yếu ñể sấy hạt và các loại vật liệu rời khác (hình 1.6)

Hình 1.6 Thiết bị sấy tầng sôi

Vật liệu ẩm từ thùng chứa 2 ñược vít tải 1 ñẩy vào buồng sấy 4, trong buồng sấy có ñặt lưới sàng 6 Tác nhân sấy (không khí hoặc khói lò) từ của 8 qua sàng vào buồng sấy với tốc ñộ khoảng 2m/s, khi ñó lớp vật liệu trên sàng

ở trạng thái lơ lửng trong dòng tác nhân sấy Không khí ẩm ñược ñẩy ra khỏi buồng sấy qua cửa 3, sản phẩm sấy khô ñược vận chuyển ra ngoài qua cửa thoát 7 Do vật liệu sấy luôn ở trạng thái lơ lửng nên quá trình sấy ñược thực hiện ñồng ñều, thời gian sấy ngắn và thành phẩm có chất lượng cao

Thiết bị 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

d Thiết bị sấy băng tải

Thiết bị sấy băng tải do Mỹ sản xuất, có cấu tạo gồm 2 buồng nóng và lạnh ngăn cách bởi tường chắn 6 (hình 1.7) Hạt ẩm vào phễu 1 ñược dàn mỏng trên băng tải 2 và chuyển ñộng

Không khí ñược ñốt nóng bằng nhiên liệu lỏng ở buồng ñốt 3 Không khí nóng và khô ñược hút ñi qua lớp hạt trên băng nhờ quạt hút 7 Qua hết vùng nóng hạt ñược sấy khô tới ñộ ẩm cần thiết, sau ñó ñi vào vùng lạnh ñược làm nguội trực tiếp bằng không khí do quạt hút 5 Hạt nguội ñược rơi xuống vít tải

4 và ñi ra ngoài máy Tốc ñộ sấy, ñộ giảm ẩm của máy ñược ñiều chỉnh bằng cách thay ñổi tốc ñộ băng tải và chiều dầy lớp hạt ðiều chỉnh nhiệt ñộ bằng cách tăng giảm lượng nhiên liệu Máy này có nhược ñiểm chủ yếu là băng tải chóng bị hỏng

Hình 1.7 Thiết bị sấy băng tải

1- phễu cấp liệu ; 2- băng tải ; 3- buồng ñốt nhiên liệu; 4- vít tải ; 5,7- quạt hút ; 6- tường chắn

e Thiết bị sấy hạt theo chu kỳ

Trên hình 1.8 giới thiệu sơ ñồ công nghệ sấy hạt theo chu kỳ của hệ thống thiết bị sấy Satake, ñược dùng ñể làm khô hạt trước khi ñưa vào kho bảo quản

Theo sơ ñồ này, trước khi sấy hạt phải ñược làm sạch tạp chất, sau ñó ñược ñưa vào thiết bị sấy nhờ gầu tải Nếu hạt càng sạch tạp chất thì sự chuyển dịch của hạt trong buồng sấy càng ñều, tăng hiệu quả truyền nhiệt nên hiệu suất sấy cao Mỗi lần hạt qua buồng sấy chỉ tách 2 ÷ 2,5% ẩm với nhiệt

ñộ tác nhân sấy 65oC Hạt chuyển dịch từ trên xuống dưới, tác nhân sấy ñược quạt từ dưới lên trên

Hình 1.8 Sơ ựồ hệ thống thiết bị sấy hạt theo chu kỳ

1- vựa tiếp liệu; 2- gàu tải; 3- máy liên hoàn; tách tạp chất; 4-

thiết bị sấy; 5- vắt tải; 6- thiết bị phân phối hạt và xilô; 7-

xilô ủ thóc ; 8- xilô chứa hạt khô; 9- băng tải

Hạt ra khỏi buồng sấy ựược gầu tải chuyển vào xilô ủ Sau thời gian ủ 6 ọ

24h hạt ựược ựưa trở lại sấy vòng 2 và tiếp tục như vậy cho ựến khi ựộ ẩm ựạt yêu cầu bảo quản Nhược ựiểm của phương pháp này là thời gian sấy kéo dài

và cần nhiều xilô ựể ủ

1.5 CÔNG NGHỆ KHÍ HOÁ THAN VÀ ỨNG DỤNG đỂ SẤY NÔNG SẢN

1.5.1 Công nghệ khắ hoá than

Khắ hoá than cũng nằm trong công nghệ khắ hoá nhiên liệu rắn nhưng sử dụng nguyên liệu là than ựá nên ựược gọi là khắ hoá than

Khắ hoá than thực chất là quá trình dùng chất khắ hoá (hơi nước và không khắ) phản ứng với than ở nhiệt ựộ cao, chuyển nhiên liệu từ dạng rắn sang dạng khắ Sản phẩm thu ựược gọi là khắ than với thành phần cháy chủ yếu là:

CO, H2, CH4Ầ dùng làm nhiên liệu ựể cung cấp năng lượng cho nhiều ngành công nông nghiệp và dân dụng [2], [ 3], [ 6], [10], [9], [18]

Lò sinh khắ than là nơi biến nhiên liệu than thành nhiên liệu khắ đó là một lò trụ ựứng, phắa trên có bộ phận nạp than vào lò, phắa dưới có bể loại tro xỉ (hình 1.9)

Hình 1.9 Lò sinh khí than

Quá trình hình thành khí gas như sau: Than ñược ñưa từ trên xuống dưới, tác nhân khí hoá là hơi nước và không khí ñược ñưa từ dưới lên trên tạo thành chuyển ñộng luồng ngược chiều (hình 1.10) [18]

Hình 1.10 Quá trình hình thành khí gas trong lò sinh khí

Giữa chúng sinh ra các phản ứng hoá học và quá trình trao ñổi nhiệt lượng Theo chiều chuyển ñộng của tác nhân khí hoá, trong lò hình thành sáu tầng sinh khí: tầng tro xỉ, tầng ô xy hoá (còn gọi là tầng lửa), tầng hoàn nguyên chính và phụ, tầng chưng cất khô, tầng không (tầng trống rỗng) Khí than thu ñược sau khi các tầng sinh khí theo ñường ống ñược ñưa ñến mỏ ñốt ñể ñốt cấp nhiệt cho lò nung Hiệu suất cháy cao và ñiều chỉnh nhiệt dễ dàng với dung sai ñạt không quá ± 5oC Khi cháy toả nhiệt sạch nên khí than trở thành một loại nhiên liệu quan trọng và ñược ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện nay

Trong bảng 1.3 giới thiệu các thông số kỹ thuật của khí than, gas và dầu ñốt

và bảng 1.4 là số liệu so sánh hiệu quả kinh tế giữa ñốt khí than với ñốt gas, dầu FO và dầu DO

Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật của khí than, gas, dầu ñốt

Chú ý, Hiệu suất sinh khí: 1 kg than sinh ñược 3 m3 khí

Trong bảng 1.3 cho thấy, khi sử dụng khí than và khí gas thì ñộ sạch của khí thải cao hơn dễ ñiều chỉnh nhiệt ñộ hơn so với dùng dầu ñốt FO và DO

Bảng 1.4 So sánh hiệu quả kinh tế giữa ñốt khí than với ñốt gas, dầu FO

và dầu DO Thông

(VNð/h) 2.052.000 5.700.000 3.600.000 4.674.000 Khả năng tiết kiệm

(VNð/h)

3.648.000 (64%)

1.548.000 (43%)

2.622.000 (56,1%)

Như vậy, dùng nhiên liệu ñốt là khí than giảm chi phí so với dùng gas từ 60% - 70%, so với dùng dầu FO giảm từ 35% - 40% và so với dùng dầu DO giảm từ 50% - 60%

1.5.2 Ứng dụng công nghệ khí hoá ñể sấy hạt nông sản

Ở nước ta hiện nay, ñể sấy hạt nông sản nói chung và ngô hạt nói riêng người ta sử dụng năng lượng hoá thạch (than ñá, dầu, khí gas ), năng lượng tái tạo (năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối, năng lượng khí sinh học, ) [10]

a Năng lượng hoá thạch

với dầu và khắ gas Tuy nhiên nguồn năng lượng này ựang ngày càng cạn kiệt, hơn nữa năng lượng than ựá ựược sử dụng ở trong hàng nghìn lò sấy thủ công với lượng khắ thải ra không ựược xử lý nên làm ảnh hưởng xấu ựến môi trường

và sức khoẻ người dân trong vùng sản xuất và lân cận

b Năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng ựang ựược khuyến khắch ứng dụng

ựể thay thế dần cho năng lượng hoá thạch, bao gồm năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối (biomass) và năng lượng khắ sinh học (biogas)

- Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng sạch, ựã ựược nghiên cứu ựể sấy ngô hạt trong những năm gần ựây nhằm góp phần ựáng kể vào việc tiết kiệm năng lượng hoá thạch và bảo vệ môi trường Việt Nam là một trong những nước có nguồn năng lượng mặt trời rất lớn, với số giờ nắng trung bình 2200 giờ và cường ựộ bức xạ cao nhất có thể ựến 980W/m2 đã có nhiều công trình nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị sấy sử dụng NLMT nhưng chủ yếu dưới hình thức nghiên cứu lý thuyết và thử nghiệm, chưa ựược triển khai nhân rộng trong sản xuất do giá thành thiết bị cao, quá trình sấy thường gián ựoạn và kéo dài vì luôn phụ thuộc vào thời tiết

- Năng lượng sinh khối

Năng lượng sinh khối (biomass) là năng lượng ựược sản sinh từ phụ phẩm trong sản xuất nông, lâm nghiệp như lõi ngô, trấu, rơm rạ, cành cây, mùn cưa, Nguồn năng lượng này chiếm một khối lượng rất lớn nhưng hiện nay việc nghiên cứu ứng dụng ựể sấy nông sản còn gặp rất nhiều khó khăn do thiết bị chuyển ựổi năng lượng thành nhiệt năng có cấu tạo rất phức tạp và việc vận hành thiết bị không thuận lợi nên việc ứng dụng trong sản xuất còn

có nhiều hạn chế

-Năng lượng khí sinh học

Năng lượng khí sinh học (biogas) là một trong những dạng năng lượng tái tạo ñược sản sinh ra từ sự phân huỷ các chất hữu cơ (chủ yếu từ các chất thải trong chăn nuôi) dưới tác ñộng của vi khuẩn trong môi trường yếm khí Hiện nay nguồn năng lượng này ñang ñược quan tâm nghiên cứu và sử dụng trong nông nghiệp ñể sơ chế và chế biến các loại nông sản thực phẩm

Thực tế ở nước ta hiện nay, ñể sấy hạt nông sản nói chung và ngô hạt nói riêng, người ta vẫn thường sử dụng nguồn năng lượng hoá thạch chủ yếu

là than ñá ñược ñốt cháy trong các lò ñốt truyền thống Vì vậy lượng than tiêu thụ nhiều và khí thải lẫn nhiều bụi than và chất ñộc hai gây ô nhiễm môi trường

ðể khắc phục nhược ñiểm trên, chúng tôi ñề xuất phương án thiết kế lò khí hoá than thay thế cho lò ñốt than truyền thống Loại lò than khí hoá có ưu ñiểm nổi trội như sau:

- Tận dụng ñược nguồn nhiên liệu than ñá chất lượng thấp như than cám hoặc than qua lửa,

- Tiết kiệm chi phí ñến gần 50% - 70% so với phương pháp dùng gas và ñến gần 40% - 50% so với dùng dầu

- Tiết kiệm, không gây bụi và ô nhiễm

- Dễ tự ñộng hoá quá trình cháy và cấp nhiệt cho hệ thống thiết bị sấy 1.6 MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI

1.6.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan tình hình áp dụng công nghệ và hệ thống thiết bị sấy trong và ngoài nước

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình sấy và quá trình hình thành khí gas trong lò ñốt

- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm ñể xác ñịnh một số thông số công nghệ làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế

- Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị sấy ngô hạt năng suất 3.0 tấn/mẻ và

lò khí hoá than

Chương 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ðỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA

MỘT SỐ THÔNG SỐ ðẾN QUÁ TRÌNH SẤY

Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm ñể xác ñịnh ảnh hưởng của một số thông số công nghệ trong quá trình sấy làm cơ

sở cho việc tính toán thiết kế hệ thống thiết bị sấy

2.1 Vật liệu và thiết bị thí nghiệm

2.1.2 Thiết bị thí nghiệm

ðể thực hiện quá trình sấy chúng tôi sử dụng tủ sấy vạn năng ED-240

do hãng Binder Hoa Kỳ sản xuất hình 2.2 ðây là loại máy sấy tĩnh, vỉ ngang, nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là ñiện năng, tự ñộng ñiều khiển nhiệt ñộ với ñộ chính xác 0,5oC Lưu thông không khí trong buồng sấy nhờ quạt hút

Hình 2.2 Tủ sấy vạn năng ED-240

2.1.3 Dụng cụ thí nghiệm

ðể theo dõi quá trình giảm ẩm trong vật liệu trong quá trình sấy chúng tôi sử dụng dụng cụ thí nghiệm như sau:

- Nhiệt kế: 2 cái

- Công tơ ñiện

- Voltage kế ñể kiểm tra ñiện áp

Hình 2.3 Thiết bị ño tốc ñộ gió

407112

Hình 2.4 Máy ño ñộ ẩm Kett

2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Áp dụng phương pháp thực nghiệm ñơn yếu tố ñể xác ñịnh mức ñộ ảnh hưởng riêng của từng yếu tố ñến ñộ khô không ñồng ñều của sản phẩm sấy

Trong quá trình sấy ngô hạt có rất nhiều yếu tố làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm Các yếu tố bao gồm: nhiệt ñộ sấy, thời gian sấy, tốc ñộ tác nhân sấy, ñộ ẩm ban ñầu của vật liệu sấy,…

Các yếu tố vào và ra của thiết bị sấy ñược mô tả theo sơ ñồ hình 2.5:

Hình 2.5 Sơ ñồ các yếu tố vào và ra của thiết bị sấy

ðối tượng nghiên cứu

Các yếu tố vào ñược ký hiệu như sau:

- Nhiệt ñộ tác nhân sấy T (o C)

- Tốc ñộ tác nhân sấy v (m/s);

Các thông số ra ñược ký hiệu như sau:

- ðộ khô không ñồng ñều của sản phẩm sấy δ (%)

- Thời gian sấy τ (h)

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

a Phương pháp xác ñịnh ñộ khô không ñồng ñều

ðộ khô không ñều là một ñại lượng ngẫu nhiên ñược xác ñịnh bằng tỷ

số giữa ñộ sai lệch bình phương trung bình ñộ ẩm của mẫu ño với ñộ ẩm qui ñịnh ñối với sản phẩm sấy Vị trí lấy mẫu ñể xác ñịnh ñộ khô không ñồng ñều ñược thể hiện trên hình 2.6

ðộ khô không ñều (kí hiệu là K, (%) của sản phẩm sấy ñược xác ñịnh theo công thức sau:

100 %

o w

1 2

o i

n - số lần ño

wi - ñộ ẩm của mẫu phân tích, %

wo - ñộ ẩm qui ñịnh ñối với sản phẩm sấy, %

b Phương pháp xác ñịnh thời gian sấy

Thời gian sấy ñược ño bằng ñồng hồ từ khi cho vật liệu sấy ở ñộ ẩm ban ñầu 22 % cho ñến khi ñạt ñộ ẩm 10%

2.4 Kết quả thí nghiệm

Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm ñể xác ñịnh ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy X1 (0C), tốc ñộ tác nhân sấy X2 (m/s) ñến ñộ khô không ñều của sản phẩm sấy Y1 δ (%), thời gian sấy Y2 τ (h) Trong quá trình tiến hành thí nghiệm nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố chúng tôi ñều lấy số mức biến thiên

k = 5 với khoảng biến thiên là như nhau giữa các yếu tố Kết quả thí nghiệm ñã xác ñịnh ñược ảnh hưởng của các yếu tố vào ñến thông số ra như sau:

2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy T( o C)

ðiều kiện thí nghiêm: Cố ñịnh giá trị yếu tố x2 = 1,6 m/s, cho x1 biến thiên từ 45 ÷ 650C

Kết quả thực nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy T

Bảng 2.1 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy x 1

Nhiệt ñộ tác nhân sấy

Trên ñồ thị hình 2.7 ta thấy khi tăng nhiệt ñộ tác nhân sấy sẽ làm tăng quá trình trao ñổi nhiệt ẩm giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy nên thời gian sấy giảm xuống Tuy nhiên khi nhiệt ñộ tác nhân sấy tăng quá cao do tốc ñộ giảm

ẩm của vật liệu sấy quá nhanh nên lượng ẩm trong tâm vật liệu chưa kịp khuếch tán ra ngoài bề mặt ñể bốc hơi, thậm trí lớp vỏ ngoài của ngô hạt bị biến cứng ngăn cản không cho nước ở bên trong thoát ra ngoài, do ñó thời gian sấy giảm chậm còn ñộ khô không ñều của vật liệu sấy tăng lên Ứng với nhiệt ñộ sấy là 60oC thì ñộ khô không ñều của vật liệu sấy ñạt giá trị cực tiểu

δ = 1.87%

2.4.2 Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy v (m/s)

ðiều kiện thí nghiêm: Cố ñịnh giá trị x1 = 600C, cho x2 biến thiên từ 1,2 ÷

Ảnh hưởng của x2 ñến các thông số ra ñược thể hiện như trên ñồ thị hình 2.8

τδ

v (m/s)

2.01.8

1.61.4

65

43

Hình 2.8 ðồ thị ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy x 2 ñến các hàm Y j

Qua ñồ thị hình 2.8 cho thấy, khi tăng tốc ñộ tác nhân sấy thì quá trình thoát ẩm từ vật liệu sấy vào trong buồng sấy và từ trong buồng sấy ra ngoài nhanh hơn, ñộ khô không ñồng ñều của vật liệu sấy và thời gian sấy ñều giảm xuống

Dựa vào kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm trên

ñồ thị hình 2.7-2.8 và kết quả, chúng tôi có thể lựa chọn sơ bộ chế ñộ sấy ngô hạt ñể phục vụ cho việc tính toán thiết kế: nhiệt ñộ tác nhân sấy T = 60oC, tốc

ñộ tác nhân sấy v = 1,8 m/s và thời gian sấy τ = 5h

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY

3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY

Quá trình sấy là quá trình vật liệu nhận năng lượng mà chủ yếu là nhiệt năng từ một nguồn nhiệt nào ñó ñể ẩm từ trong lòng vật dịch chuyển ra bề mặt ñi vào tác nhân sấy Như vậy quá trình sấy là quá trình truyền nhiệt và truyền chất xảy ra ñồng thời Trong lòng vật quá trình ñó là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn hợp Trao ñổi nhiệt ẩm giữa bề mặt vật với tác nhân sấy là quá trình trao ñổi nhiệt và trao ñổi ẩm ñối lưu liên hợp Như vậy khi nghiên cứu cơ sở lý thuyết cho quá trình sấy ta nghiên cứu các vấn ñề sau:[6], [7], [ 4]; [11]

3.1.1 ðộ ẩm cân bằng

ðộ ẩm của một vật rắn ướt ở trạng thái cân bằng với không khí có ñộ ẩm

và nhiệt ñộ nhất ñịnh ñược gọi là ñộ ẩm cân bằng ðộ ẩm cân bằng của vật sấy là một thông số quan trọng, nó quyết ñịnh thời gian sấy, chế ñộ bảo quản sản phẩm sau khi sấy cũng như nhiệt ñộ cuối của quá trình sấy Khi ñộ ẩm của môi trường lớn hơn ñộ ẩm cân bằng thì có hiện tượng hút ẩm và ngược lại thì

có hiện tượng nhả ẩm

Dạng ñường cong ñộ ẩm cân bằng của các vật liệu tương ứng ñược thể hiện qua hình 3.1