TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Độc lập - Tự do -Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC
(Quá trình thiết bị trong công nghệ hóa học và thực phẩm)
GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Nhóm SV thực hiện: MSSV:
Trần Thanh Anh 14031160
Mai Trung Băng 14030334
Chu Quang Huy 14030785
Nguyễn Hữu Công Danh 14030411
Khoa : Công nghệ kỹ thuật hóa học - Chuyên ngành hóa dầu
Lớp : DL14HD
Đề tài : Thiết kế hệ thống sấy lúa bằng phương pháp sấy tháp năng suất
sản phẩm 1 tấn/h.
Dữ kiện ban đầu: Năng suất sản phẩm 1 tấn/h, độ ẩm đầu 22% và độ ẩm
cuối 14,5%.
Nhiệm vụ đồ án:
- Quy trình công nghệ
- Cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và tính toán.
- Tính toán thiết kế tháp sấy:
+ Chiều cao tháp
+ Bố trí kênh dẫn, kênh thải
+ Tính toán cơ khí
- Tính toán và chọn thiết bị phụ:
+ Buồng đốt
+ Calorife
+ Quạt
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ
1.1. Vật liệu sấy 1
1.1.1. Giới thệu sơ lược về vật liệu cần sấy – thóc 1
1.1.1.1. Cấu tạo của hạt thóc 1
1.1.1.2. Các thành phần hoá học của thóc 2
1.1.1.3. Tính chất vật lý 2
1.1.1.4. Các đặc tính chung của khối thóc 3
1.1.2. Đặc trưng của hạt thóc sau khi sấy 5
1.1.3. Giới thiệu quy trình thu hoạch và bảo quản thóc 6
1.1.4. Công nghệ sấy lúa 6
1.2. Sơ lược về quá trình sấy – sấy tháp 7
1.2.1. Khái niệm sấy 7
1.2.2. Chọn phương pháp sấy, hệ thống sấy 8
1.2.2.1. Giới thiệu phương pháp sấy nóng 8
1.2.2.2. Chọn dạng hệ thống sấy 8
1.2.2.3. Chọn tác nhân sấy, nhiên liệu 10
1.3. Lựa chọn hệ thống sấy lúa, sơ đồ công nghệ và thuyết minh 12
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY 15
2.1. Chọn thông số không khí ngoài trời 15
2.2. Tính cân bằng ẩm cho từng vùng 15
2.3. Tính toán quá trình cháy và quá trình trao đổi nhiệt 16
2.4. Tính thời gian sấy 20
2.5. Xác định kích thước sơ bộ của buồng sấy 23
2.6. Bố trí kênh dẫn và kênh thải 24
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY THÁP 25
3.1. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 25
3.2. Tính các tổn thất nhiệt 25
3.3. Tính toán quá trình sấy thực tế 28
3.4. Tính toán cân bằng nhiệt 29
3.5. Tính nhiên liệu tiêu hao 30
3.6. Tính toán vùng làm mát 30
1.1. Vật liệu sấy
1.1.1. Giới thệu sơ lược về vật liệu cần sấy – thóc
1.1.1.1. Cấu tạo của hạt thóc
Hạt thóc nhìn từ ngoài vào có các bộ phận chính: mày thóc, vỏ trấu, vỏ
hạt, nội nhủ, phôi.
Hình 1.1 Cấu tạo hạt thóc
Awn: râu lúa
Lemma: vỏ
Starchy endosperm: nội nhũ tinh bột
Aleurone: hạt alơron
Tegmen: vỏ
Palea: mày
Pericap: vỏ hạt
Sterile: vỏ bao nhỏ
Embryo: mầm, phôi
Scutellum: vảy nhỏ
13,0%
64,03%
6,69%
2,1%
8,78%
5,36%
5,36%
1.1.1.3. Tính chất vật lý
Theo thống kê thóc mới thu hoạch thường có độ ẩm cao nên một số giống
có thể nảy mầm, men mốc và nấm dễ phát triển làm cho thóc bị hư hoặc kém
phẩm chất. Thông thường độ ẩm của thóc khi mới thu hoạch là từ 20-27%. Để
thóc không bị hư hỏng hoặc giảm phẩm chất thì trong vòng 48 giờ sau khi thu
hoạch phải làm khô thóc để độ ẩm chỉ còn 20%, sau đó cần tiếp tục xử lý. Tuỳ
theo nhu cầu làm khô thóc để xay xát ngay hoặc để tồn trữ lâu dài hoặc để làm
giống mà yêu cầu làm khô và công nghệ sấy khác nhau. Quá trình sấy phải làm
sao để độ ẩm thoát ra từ từ nhằm đạt được độ ẩm mong muốn đồng thời đảm bảo
sự chênh lệch nhiệt độ trong hạt thóc so với bên ngoài là nhỏ nhất. Độ ẩm an toàn
của thóc cho bảo quản phụ thuộc vào tình trạng thóc, khí hậu cũng như điều kiện
bảo quản. Khi thóc có độ ẩm từ 13-14% (cắn thử hạt thóc thấy giòn), có thể bảo
quản được từ 2-3 tháng, nếu muốn bảo quản dài hơn 3 tháng thì độ ẩm của thóc
tốt nhất từ 12-12,5%. Độ ẩm thóc, công nghệ sấy cũng ảnh hưởng tới hiệu suất
thu hồi gạo và tỷ lệ gạo gãy trong quá trình xay xát, độ ẩm thích hợp cho quá trình
xay xát từ 13-14%. [1]
Thông số của vật liệu
Khối lượng riêng: Thóc khô = 500 kg/m
3
, Thóc ướt = 750 kg/m
3
Nhiệt dung riêng: C = 1,5 kJ/kgK
góc nghỉ hay góc nghiêng tự nhiên của khối hạt. Về trị số thì góc nghỉ tự
nhiên bằng góc ma sát giữa hạt với hạt nên còn gọi là góc ma sát trong, kí
hiệu φ
1
. Dựa vào độ tan rời này để xác định để xác định sơ bộ chất lượng
và sự thay đổi chất lượng của thóc trong quá trình sấy và bảo quản. Đối với
thóc, góc nghỉ khoảng từ 32 ÷ 40
0
.
Nếu ta để hạt trên một mặt phẳng và bắt đầu nghiêng mặt phẳng này cho
tới khi hạt bắt đầu trượt thì góc giới hạn giữa mặt phẳng ngang và mặt
phẳng trượt gọi là góc trượt (góc ma sát ngoài), kí hiệu φ
2
. Trường hợp
không phải là một hạt mà là một khối hạt thì góc trượt có liên quan và phụ
thuộc vào góc nghiêng tự nhiên.
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 4
o Hình 1.2 Các góc trong khối hạt
Góc nghỉ và góc trượt càng lớn thì độ rời càng nhỏ, ngược lại góc nhỏ thì
khả năng dịch chuyển lớn, nghĩa là độ rời lớn.
Độ rời của khối hạt dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào các yếu
tố như kích thước, hình dạng hạt và trạng thái bề mặt hạt, độ ẩm của hạt, số
lượng và loại tạp chất trong khối hạt. Đối với góc trượt còn thêm một yếu
tố quan trọng nữa là loại vật liệu và trạng thái bề mặt vật liệu trượt.
Loại hạt có dạng hình cầu, bề mặt hạt nhẵn như đậu, loại hạt không có hình
cầu vàbề mặt hạt xù xì như thóc thì góc nghỉ và góc trượt lớn.
các chất khí, hơi ẩm của thóc trong quá trình sấy, thường là hiện tượng hấp
thụ bề mặt. Vì vậy trong quá trình sấy xảy ra nhiều giai đoạn: Sấy ủ
sấy ủ Để giúp vận chuyển ẩm ra bề mặt thóc để thóc được sấy khô đều.
1.1.2. Đặc trưng của hạt thóc sau khi sấy
Thóc sau khi sấy được dùng để làm lương thực hoặc để làm thóc giống -
dự trữ.
Vì vậy thóc sau khi sấy phải bảo đảm được các yêu cầu:
Hạt thóc còn nguyên vẹn vỏ trấu bao bọc hạt gạo.
Hạt thóc còn giữ nguyên kích thước và màu sắc.
Có mùi vị đặc trưng của thóc, không có mùi lạ khác (của TNS, )
Thóc không bị rạn nứt, gãy vụn, đặc biệt là thóc giống phải đảm bảo được
khả năng ẩm bảo quản, không là môi trường cho mối mọt sống của hạt sau
sấy,…
Có độ ẩm thích hợp.
Độ hóa nhão và độ hồ hóa không đáng kể.
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 6
1.1.3. Giới thiệu quy trình thu hoạch và bảo quản thóc
Lúa có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực Đông Nam
châu Á và châu Phi. Nó cung cấp hơn 1/5 toàn bộ lượng calo tiêu thụ bởi con
người. Lúa là các loài thực vật sống một năm, có thể cao tới 1-1,8 m, đôi khi cao
hơn, với các lá mỏng, hẹp bản (2-2,5 cm) và dài 50-100 cm. Các hoa nhỏ thụ phấn
nhờ gió mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 30-50 cm.
Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại cây ngũ cốc) dài 5-12 mm và dày
2-3 mm. Cây lúa non được gọi là mạ. Sau khi ngâm ủ, người ta có thể gieo thẳng
các hạt thóc đã nảy mầm vào ruộng lúa đã được cày, bừa kỹ hoặc qua giai đoạn
gieo mạ trên ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt, sau một khoảng thời
1,31 m
2
/kg
Khối lượng của 1000 hạt/kg
26,5x10
-3
Số hạt trong 1kg
37700 hạt
Dung trọng
85- 120 gam/lít
Tỉ trọng
1,04 – 1,18
Khối lượng riêng của hạt lúa
500 kg/m
3
Đường kính tương đương
3.5 mm
Nhiệt độ sấy thích hợp
50 – 85
0
C cho lúa thương phẩm
40 – 42
o
C cho lúa làm giống
1.2. Sơ lược về quá trình sấy – sấy tháp
1.2.1. Khái niệm sấy
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Kết quả
của quá trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên. Điều này có ý
nghĩa quan trọng về nhiều mặt: đối với các nông sản và thực phẩm nhằm tăng khả
năng bảo quản, đối với gốm sứ làm tăng độ bền cơ học, đối với than củi làm tăng
sấy đối lưu.
Hệ thống sấy đối lưu gồm các dạng: Hệ thống sấy (HTS) buồng, HTS
hầm, HTS tháp, HTS thùng quay, HTS khí động, HTS tầng sôi, HTS phun.
Trong đó ta thấy:
HTS buồng: Năng suất thường nhỏ, vật liệu sấy (VLS) được đặt cố định
trên quá trình sấy (QTS) hoặc xe goòng nên cố định trong suốt QTS không
được đồng đều. Để khắc phục thì người ta bố trí cách đưa TNS theo đường
dích dắc tạo nên sự đồng đều cho sản phẩm sấy. Hệ thống này chỉ phù hợp
các VLS mà ta khó làm cho nó bị xáo trộn được trong quá trình sấy, đó là
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 9
những VLS: Tấm gỗ, gạch, ngói,…Trong khi đó thóc rất dễ xáo trộn, vì vậy
không dùng thiết bị này để sấy thóc.
HTS hầm: Có năng suất lớn hơn HTS buồng, QTS không theo chu kỳ như
HTS buồng mà liên tục. Nhưng HTS này vẫn có nhược điểm giống HTS
buồng là không dùng để sấy thóc.
HTS phun: Chỉ dùng để sấy các dung dịch huyền phù, không dùng HTS
này để sấy thóc.
HTS tháp: Có thể sấy liên tục với năng suất cao. Rất phù hợp cho sấy hạt,
VLS chảy liên tục từ trên xuống dưới dưới tác dụng của trọng lực bản thân.
Trong quá trình sấy VLS được xáo trộn đều cùng TNS nên sản phẩm sấy sẽ
đồng đều. Hơn nữa việc phân vùng TNS nóng - lạnh cũng dễ dàng, vì vậy
HTS này thích hợp cho việc sấy thóc.
HTS thùng quay: Cũng như HTS tháp, HTS này cũng rất phù hợp để sấy
hạt. VLS được xáo trộn nhờ cánh xáo trộn khi thùng quay. TNS vào đầu
này và ra khỏi đầu kia của thùng sấy, QTS được liên tục. HTS này có ưu
điểm xáo trộn đồng đều hơn nhiều so với THS tháp do có cánh xáo trộn
được dẫn động nhờ một động cơ quay. Nhưng cũng vì điều này mà nó chỉ
vừa phải, thường không đến 500
0
C, phù hợp với thiết bị có chi phí thấp.
Khói lò: Dùng khói lò có ưu điểm là phạm vi nhiệt độ rộng từ vài chục độ
đến trên 1000
0
C, không cần Calorife. Tuy nhiên, dùng khói lò có nhược
điểm là có thề làm ô nhiễm sản phầm sấy.
Hơi quá nhiệt: Dùng hơi quá nhiệt làm TNS trong trường hợp sản phẩm sấy
dễ cháy nổ và sản phẩm sấy chịu được nhiệt độ cao vì sấy bằng hơi quá
nhiệt có nhiệt độ thường lớn hơn 100
0
C.
VLS của ta ở đây là thóc do đó ta chọn TNS là không khí ẩm là rất phù
hợp bởi vì:
- Thóc có lớp vỏ trấu bên ngoài khi sấy bằng TNS là không khí ẩm sẽ không
làm ảnh hưởng tới chất lượng hay làm ô nhiễm hạt gạo.
- Không khí ẩm là TNS có sẵn trong tự nhiên và chỉ cần thêm thiết bị trao
đổi nhiệt để nâng nhiệt trước khi vào thiết bị sấy, chi phí thấp
Không khí ẩm làm TNS vừa giảm bớt ô nhiễm môi trường,vừa đảm bảo
được giá trị kinh tế. Vì vậy không khí là TNS phù hợp nhất.
Bên cạnh đó không khí ẩm cũng có nhược điểm: là cần lượng chất tải nhiệt
nhiều hơn.
Chọn chất tải nhiệt
Chất tải nhiệt là yêu cầu cần đảm bảo cả kỹ thuật và kinh tế. Những nhiên
liệu thường được chọn để đốt tạo khói lò làm chất tải nhiệt dùng trong HTS dùng
phương pháp sấy đối lưu như: than, củi gỗ, củi trấu, gas,…
Thực tế cho thấy dùng củi trấu làm nhiên liệu đốt là có giá trị kinh tế hơn
cả vì vừa rẻ lại tạo ra lượng nhiệt tương đối cao (khoảng 3850 kcal/kg).
8. Cửa ra sản phẩm sấy
9. Dòng không khí nóng vào tháp sấy
10. Dòng tận dụng không khí
11. Dòng khói lò sau trao đổi nhiệt
12. Dòng khói lò vào thiết bị trao đổi nhiệt
2
1
3
4
6
5
7
8
9
10
11
12
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 12
Trong buồng đốt người ta đốt cháy nhiên liệu với hệ số không khí thừa
thích hợp để quá trình cháy tốt nhất, khói lò thoát ra sẽ được đưa vào thiết bị trao
đổi nhiệt, ở đây người ta đưa không khí ẩm trao đổi nhiệt với khói lò để nâng nhiệt
độ không khí lên mức nhiệt thích hợp. Sau đó không khí khô nóng được đưa vào
tháp sấy để thực hiện quá trình sấy rồi thải ra ngoài. Khói lò sau quá trình trao đổi
nhiệt được đưa ra ngoài xử lý bụi trước khí thải vào môi trường. Tại buồng sấy
lạnh của tháp sấy, không khí ẩm được đưa vào để ủ VLS đến độ ẩm mong muốn,
không khí ẩm này sau đó được đưa đến buồng đốt cùng với dòng không khí ẩm
Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 13
Kết cấu bên trong và cách bố trí các kênh dẫn kênh thải:
Hình 1.5 Cách bố trí kênh dẫn và kênh thải
Chọn chế độ sấy
Ở đây là chế độ sấy đối lưu, do yêu cầu sử dụng vật liệu sau sấy, nhiệt độ
đốt nóng hạt cho phép thấp (khoảng 50 đến 85
0
C). Vì vậy trong thiết bị sấy tháp
ta tổ chức sấy phân vùng (một vùng sấy) và một vùng làm mát (như đã chọn kết
cấu ở trên) đến nhiệt độ gần bằng nhiệt độ môi trường để đưa vào kho bảo quản
hay chế biến.
Sơ đồ công nghệ và thuyết minh
Củi trấu được đốt cháy trong buồng đốt 1 với hệ số không khí thừa thích
hợp để quá trình cháy tốt nhất sinh ra khói lò, khói lò thoát ra sẽ được đưa vào
thiết bị trao đổi nhiệt 2 (Calorife), ở đây người ta đưa không khí ẩm trao đổi nhiệt
với khói lò để nâng nhiệt độ không khí lên mức nhiệt thích hợp, Sau đó qua ống
dẫn không khí khô nóng được đưa vào tháp sấy 3 để thực hiện quá trình sấy rồi
thải ra ngoài sau khi đã được lọc sạch bụi tại Cyclon 5. Khói lò sau quá trình trao
đổi nhiệt được đưa ra ngoài xử lý bụi tại Cyclon trước khí thải vào môi trường.
Tại buồng sấy lạnh của tháp sấy, không khí ẩm được đưa vào để ủ VLS đến độ
ẩm mong muốn, không khí ẩm này sau đó được đưa đến buồng đốt cùng với dòng
không khí ẩm cho vào buồng đốt, nhầm tận dụng để giảm đi phần nào tiếu tốn
năng lượng dùng cho quạt 7. VLS được đưa vào tháp sấy bằng thiết bị vẩn chuyển
4 và nhờ cơ cấu gàu tải băng 10.
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 14
1m
,
2m
: Nhiệt độ vật liệu sấy vào và ra khỏi vùng làm mát.
0
,
1s
,
2s
,
m
: Độ ẩm của không khí ngoài trời, trước vùng sấy, sau vùng
sấy và sau vùng làm mát.
d
0
, d
k
, d
1s
, d
2s
, d
2m
: Hàm ẩm của không khí ngoài trời, sau buồng đốt, trước
vùng sấy, sau vùng sấy và sau vùng làm mát.
I
0
, I
q: Tổng nhiệt lượng.
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 15
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY
2.1. Chọn thông số không khí ngoài trời
Thông số ngoài trời được xác định dựa vào điều kiện khí hậu ngoài trời tại
nơi lắp đặt công trình, cũng như đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt trong suốt
quá trình sản xuất.
Thông số khí hậu tại Vũng Tàu như sau:
o Nhiệt độ: t
0
= 27
0
C
o Độ ẩm: = 85%
o Độ ẩm ban đầu của thóc sấy:
1
= 22%
o Độ ẩm của thóc sau khi sấy:
2
= 14,5%
Như vậy ta có được các thông số trạng thái không khí ngoài trời:
t
0
= 27
0
C;
2.2. Tính cân bằng ẩm cho từng vùng
Công thức tính lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h cho vùng thứ i bằng:
W
i
= G
2i
i
ii
1
21
1
= G
1i
i
ii
2
21
1
+ Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h trong vùng làm mát bằng:
W
m
n
= W
1
= G
1m
n
nn
1
21
1
= 1005,8824.
22,01
0,15-0,22
= 85,2715 kgẩm/h
G
1
= G
n1
= G
2n
+ W
n
= 1005,8824 + 85,2715 = 1096,1539 kg/h
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
) = 0,0355 bar
+ Lượng ẩm của không khí:
d
0
= 0,621.
00
00
.
.
PB
P
(CT2.18, T28, [2])
= 0,621.
0355,0.85,01
0355,0.85,0
= 0,0193 kgẩm/kgkkk
Với B = 1 at = 1 Bar
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 17
+Enthapy của không khí ở trạng thái ban đầu:
I
0
=
0,0193.1
0,621 0,0193 .0,5695
= 0,0529 = 5,29%
Với
+ Áp suất bão hòa của hơi nước theo nhiệt độ của t
1
:
P
1
= exp.(12 -
)
5,235
42,4026
1
t
= exp.(12 -
)
855,235
42,4026
= 0,5695 bar
Trạng thái không khí sau buồng sấy:
Ta chọn t
=
0,035.1
0,621 0,035 .0,0949
= 0,5622 = 56,22%
Copyright: Tài liệu đại học ©