ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ______________________  ĐỒ ÁN Đề tài TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THÁP ĐỂ SẤY NGÔ NĂNG SUẤT 8 tấn/h Giáo viên: PGS-TS Lê Nguyên Đương Họ và tên : Nguyễn Thị Huệ Lớp : KTTP02-K57 MSSV : 20123151 Hà nội, ngày 24 tháng 5 năm 2015 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………… 3 CHƯƠNG I: Tổng quan về nguyên liệu ngô……… ………………4 I. Tình hình ngô ở Việt Nam và trên thế giới ………….……………4 II. Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt ngô….…… …………… 5 CHƯƠNG II: Tổng qua về phương pháp sấy……………………… 7 I. Công nghệ sấy…………………………………………………… 7 1. Bản chất của quá trình sấy………………………………….7 2. Phân loại quá trình sấy………………………………………7 3. Tác nhân sấy…………………………………………………9 4. Chất tải nhiệt…………………………………………………10 5. Nguồn nhiên liệu…………………………………………… 11 II. Thiết bị sấy………………………………………………………….12 CHƯƠNG III: Động lực học quá trình sấy…………………………….18 I. Những biến đổi cơ bản trong quá trình sấy……………………18 II. Đặc điểm diễn biến của quá trình sấy…………………………20 1. Giai đoạnlàm nóng vật………………………………….20 2. Giai đoạn tốc độ sấy không đổi…………………………20 3. Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần………………………… 21 III. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc đô sấy…………………………22 CHƯƠNG IV: Tính toán hệ thống tháp sấy ngô năng suất 8 tấn/h… 27 1. Chọn sơ bộ kết cấu………………….…… …….……………… 27 2. Chọn chế độ sấy…… ……………………………………………28 3. Tính toán quá trình cháy và hòa trộn…………………………… 29 SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 2 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh 4. Tính lượng cân bằng ẩm cho từng vùng………………………… 34 5. Quá trình sấy lí thuyết………………………………………… 35 6. Tính toán các tổn thất nhiệt………………………………….… 37 7. Xây dựng quá trình sấy thực………………………………….….39 8. Cân bằng nhiệt………………………………………………… 42 9. Tính toán năng lượng tiêu hao………………………………… 44 10. Tính toán vùng làm mát………………………………………….45 11. Tính toán các thông số của tháp sấy…………………………… 46 12. Tính toán thiết bị phụ trợ…………………………………………50 KẾT LUẬN LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam là một trong những nước có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời trên thế giới. Hiện nay, nông nghiệp vẫn còn chiếm tỉ trọng khá cao trong cơ cấu kinh tế nước ta. Mặc dù vậy, ngành nông nghiệp vẫn chưa đạt được hiệu quả cao tương xứng với vị trí của nó trong nền kinh tế. Nguyên nhân chủ yếu là do các khâu thu SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 3 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh hoạch, bảo quản và chế biến nông sản tại nước ta hiện nay được thực hiện chưa khoa học. Điều đó làm giảm giá trị các sản phẩm khi đưa ra thị trường tiêu thụ. Để cải thiện vấn đề này có rất nhiều phương pháp được đưa ra, trong đó sấy là một trong những phương pháp thông dụng nhất hiện nay. Sản phẩm sau khi sấy có thể bảo quản lâu dài, vận chuyển dễ dàng, tăng cảm quan cũng như giá trị kinh tế. Kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp và đời sống. Đối với các ngành công nghiệp chế biến nông – lâm – thủy hải sản, quá trình làm khô vật liệu (hay tách nước khỏi vật liệu) là rất cần thiết . Trong công nghiệp thực phẩm, sấy tháp là một trong những phương pháp phổ biến để sấy các loại nông sản như ngô, lúa, đậu… Trong phạm vi đồ án này, em xin trình bày về đề tài “Sấy ngô bằng tháp sấy với năng suất 8 tấn/h” Sinh viên Nguyễn Thị Huệ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU NGÔ 1. Tình hình ngô trên thế giới và Việt Nam SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 4 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Ngô ( bắp) vừa là cây lương thực vừa là cây thức ăn gia súc rất quan trọng, đứng hang thứ 3 trên thế giới. Diện tích trồng bắp hang năm của thế giớ hiện nay khoảng 125 triệu ha, năng suất bình quân khoảng 3.8 triệu tấn /ha, tổng sản lượng bắp trên 525 triệu tấn, hầu như 100% diện tích bắp trên cả nước của các nước tiên tiến đều được trồng bằng các giống bắp lai nên năng suất bình quân 7- 9.4 tấn/ha Diện tích bắp của Việt Nam tăng dần từ 119000 ha (1939) đến 392000 ha ( 1985) và khoảng 730000 ha (1998) Năng suất bắp của nước ta trong thời gian qua cúng tăng nhanh. Đến năm 1998 đã đạt được 26.7 tạ/ ha 2. Cấu tạo và thành phần hóa học của ngô Cơ quan sinh dưỡng của ngô: rễ, thân, lá làm nhiệm vụ duy trì đời sống của cây bắp. Phôi và hạt là khởi thủy của cây mầm SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 5 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Cơ quan sinh sản đực ( bông cờ) và cái (mầm bắp) khác biệt nhau nhưng nằm trên cùng 1 cây. Ngô giao phấn chéo nhờ gió và côn trùng. Khi thu hoạch, con người sử dụng hạt ngô làm thực phẩm. Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 4 bộ phận chính: vỏ hạt, lớp aleron, phôi và nội nhũ. Cấu tạo: • Vở hạt ( chiếm 6-9% khối lượng hạt ngô) : là 1 màng nhẵn bao bọc xung quanh hạt có màu trắng, màu tím hoặc vàng tùy thuộc vào giống • Lớp aleron ( 6-8% khối lượng hạt ngô) : nằm sau vỏ hạt bao bọc lấy nội nhũ và phôi • Nội nhũ ( 70-85% khối lượng hạt ngô): là bộ phận chính chứa đầy các chất dinh dưỡng đẻ nuôi phôi. Nội hũ chứa tinh bột. Tinh bột nội nhũ gồm 3 loại: bột, sừng và pha lê. Đặc điểm và màu sắc nội nhũ là căn cứ để phân loại ngô • Phôi (8- 15% khối lượng hạt ngô) : bao gồm lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm. Phôi ngô chiếm gần 1/3 thể tích hạt, bao quanh phôi có lớp tế bào xốp giúp cho vận chuyển nước vào phôi và ngược lại thuận lợi. Thành phần hóa học của ngô cho như bảng sau Thành phần hóa học (% khối lượng) Ngô nếp Ngô đá vàng SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 6 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Nước 14.67 13.65 Chất đạm 9.19 9.17 Chất béo 5.18 5.14 Tinh bột 65.34 67.02 Xơ 3.25 3.61 Chất khoáng 1.32 1.32 Sinh tố 0.08 0.05 Các chất khác 0.4 0.33 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY I. Công nghệ sấy 1. Bản chất của quá trình sấy Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Đối tượng của quá trình sấy và các vật chứa ẩm, là những vật có chứa một lượng chất lỏng nhất định thường là nước, một số ít là dung môi hữu cơ. SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 7 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Mục đích: tăng năng suất, giảm chi phí vận chuyển, giảm thiểu tối đa vốn đầu tư, giữ được những đặc tính tót nhất của sản phẩm: độ dẻo, giòn, dai, màu sắc, hương vị, độ bóng sáng, không sứt mẻ, cong vênh, tăng khả năng bảo quản 2. Phân loại quá trình sấy • Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng,gió… Phương pháp này thời gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ảm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn và phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu • Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt… và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong. Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên Phân loại phương pháp sấy nhân tạo: • Phân loại theo phương thức truyền nhiệt:  Phương pháp sấy đối lưu: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu. Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt,.  Phương pháp sấy bức xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là thực hiện từ 1 bè mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thường, bức xạ hồng ngoại  Phương pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc trưc tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt.  Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tần: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên.  Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng cách làm lạnh vật sấy đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa. SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 8 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh  Phương pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt sau 1 thời gian nhất định hạt khô và được tháo ra ngoài  Phương pháp sấy phun: được dùng để sấy các sản phẩm dạng lỏng  Bức xạ: sự dẫn truyền nhiệt bức xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm • Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy:  Sấy mẻ: vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn tát sẽ được tháo ra  Sấy liên tục: vật liệu được cung cấp lien tục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua buồng sây cũng xảy ra liên tục • Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm:  Loại thổi qua bề mặt  Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệụ Kết luận: Từ đề bài và điều kiện chọn phương pháp sấy đối lưu 3. Tác nhân sấy a. Định nghĩa Là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy Nhiệm vụ: - gia nhiệt cho vật sấy - Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vào môi trường - Bảo vệ vật sấy khỏi bị hoảng do quá nhiệt b. Các loại tác nhân sấy • Không khí nóng Không khí nóng là loại tác nhân sấy thông dụng nhất SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 9 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Ưu điểm: - Rẻ, có sẵn trong tự nhiên, có thể dùng hầu hét cho các loại sản phẩm - Không độc - Không làm ô nhiễm sản phẩm Nhược điểm: - Cần trang bị thêm bộ phận gia nhiệt không khí( calorife khí – hơi hoặc khí- khói) - Nhiệt độ không khí để sấy không thẻ quá cao ( thường <500C) vì nếu nhiệt độ cao hơn làm ảnh hưởng đến thiết bị nên phải sử dụng các vật liệu như thép hơp kim hay gốm sứ chi phí cao • Khói lò Ưu điểm: - Phạm vi nhiệt độ rộng từ hàng chục đến hang nghìn độ C - Không cần calorife Nhược điểm: - Có thể làm ô nhiễm sản phẩm sấy. Do đó chỉ dùng cho các vật liệu không sợ bị ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, 1 số loại hạt có vỏ • Hỗn hợp không khí hơi và hơi nước Dùng khi cần có độ ẩm tương đối φ cao • Hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm sáy là chất dễ cháy nổ Kết luận: Từ đề bài và điều kiện chọn khói lò 4. Chất tải nhiệt Mục đích: cấp nhiệt cho môi chất sấy • Nước: SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 10 [...]... lò, thường được bố trí trên nóc hầm sấy Thiết bị sấy tháp Cũng giống như hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp chuyên dùng để sấy các sản phẩm dạng hạt như: ngô, thóc, lúa mì Nếu như hệ thống sấy thùng quay năng suất bé, có thể để trên xe chuyên dụng di chuyển từ cơ sở sản xuất này đến cơ sở sản xuất khác thì hệ thống sấy tháp có năng suất lớn hơn và thường sấy bảo quản ở các kho, các nhà máy... năng lượng thấp - Máy sấy tháp cho độ đồng nhất ẩm độ rất tốt - Các loại máy sấy tháp phổ biến  Máy sấy tháp tam giác  Máy sấy tháp tròn  Máy sấy tháp hình thoi • - Thiết bị sấy thùng quay Thiết bị sấy thùng quay cũng là 1 thiết bị sấy chuyên dụng để sấy các vật liệu dạng hạt hoặc bột nhão , cục nhưng có thể có độ ẩm ban đầu hớn và khó tự dịch chuyển nếu dùng thiết bị sấy tháp - Phần chính của thiết. .. Page 24 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh dẫn ẩm trong nguyên liệu và sự trao đổi chất trong máy sấy, lúc đó hệ số bay hơi B được đặc trưng bằng hệ số K, tức là : 1 – P2) Như vậy khi sấy trong chân không có nhiệt độ không đổi, thì tốc độ sấy tỉ lệ với hiệu số áp suất trên bề mặt nguyên liệu và trong hệ thống sấy Áp suất P 2 trong máy sấy giảm thì tốc độ sẫy sẽ tăng nhưng quan hệ đó không... tram kg ẩm/m3 + dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ sấy và vật liệu sấy khá đồng đề Nhược điểm: tiêu tốn năng lượng rất lớn để tạo ra áp lực đáng kể duy trì - trạng thái “sôi” của vật liệu, cấu tạo phức tạp • Thiết bị sấy phun SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 17 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Chuyên dùng để sấy cá dịch thể Sản phẩm sấy dùng để sấy các dạng bột hòa - tan như sữa bò, sữa đậu... rẻ, thiết bị đơn giản Nhược điểm: - Cồng kềnh, bẩn - Khó điều chỉnh nhiệt độ tác nhân • Hơi nước: dùng caorife khí- hơi Kết luận: chon nguồn nhiên liệu than II Thiết bị sấy SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 12 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Thiết bị sấy đối lưu: sử dụng phương pháp truyền nhiệt đối lưu • Tác nhân sấy đồng thời là chất mang nhiệt để cung cấp năng lượng cho vật liệu sấy. .. – 8. 6 mm - Rộng : b = 1.6 – 4.0 mm - Dày : δ = 1.5 – 3 .8 mm - Đường kính tương đương : dtđ = 7.5 mm - Cường độ bốc hơi ẩm : A = 32 kg/m3.h - Năng suất nhập liệu G1 = 8 tấn/ h = 80 00 kg/h - Nhiên liệu là than có thành phần: C = 57%, H= 4.6%, S= 1.6%, O= 2.6%, N= 0.2%, Tr= 19%, A= 15% I Chọn sơ bộ kết cấu SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 27 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Chọn tháp sấy: ... thể kết luận độ ẩm tườn đối của môi trường không khí xung quanh là động lực cho quá trình sấy, đây cũng là nguyên nhân tại sao khi sấy bằng bơm nhiệt (sấy lạnh) thì thời gian sấy giảm đi rất nhiều SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 18 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy Gồm hai quá trình: • Quá trình khuếch tán nội (trong lòng vật liệu sấy) ... suất và kết cấu tạo sự dịch chuyển của dòng hạt - Hệ số truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và lớp hạt có thể xác định bằng công thức thực nghiệm của V.W: Khi Re= 20- 200 thì Nu= 0.106Re SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 15 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Khi Re > 200 thì Nu= 0.610Re0.67 Ưu điểm : · - Sản phẩm trong máy sấy tháp có thể lấy ra liên tục hoặc định Chi phí sấy thấp - Năng suất. .. Qc = 249 58, 78 kJ/kg = 24959 kJ/kg  Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu L0 SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 29 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Tính theo công thức: L0= 11.6*C + 34 .8* H + 4.3* (S –O) L0 = 11.6 * 0.57 + 34 .8 * 0.046 + 4.3* ( 0.016 – 0.026) L0 = 8, 169 kgkk/kgnl 8 kgkk/kgnl  Thông số khói sau buồng đốt ( trước buồng hòa trộn) Trên đồ thị I-... khuếch tán tăng, ẩm càng dễ thoát ra hơn Tuy nhiên, cần chú ý đến hiện tượng mất cân bằng trong quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại, gây hiện tượng tạo màng cứng Để tránh hiện tượng này người ta áp dụng phương pháp làm khii gián đoạn, tức là vừa sấy vừa ủ ẩm 3 Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí SV: Nguyễn Thị Huệ_20123151 Page 23 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh Tốc . hầm sấy • Thiết bị sấy tháp - Cũng giống như hệ thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp chuyên dùng để sấy các sản phẩm dạng hạt như: ngô, thóc, lúa mì Nếu như hệ thống sấy thùng quay năng suất. Huệ_20123151 Page 12 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh • Thiết bị sấy đối lưu: sử dụng phương pháp truyền nhiệt đối lưu Tác nhân sấy đồng thời là chất mang nhiệt để cung cấp năng lượng. Huệ_20123151 Page 14 Đồ án QTTB: Thiết kế hệ thống tháp sấy ngô 8 tấnh trong thiết bị sấy tháp, nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được gồm 2 thành phần: thành phần đối lưu giữa tác nhân sấy với khối lượng