Download Thiết kế và tính toán thiết bị máy sấy tháp ngô and more Essays (university) Chemistry in PDF only on Docsity!
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Viện Công nghệ Sinh Học và Công nghệ Thực Phẩm
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY SẤY THÁP NGÔ NĂNG SUẤT
SẢN PHẨM 1500KG/H
Giảng viên hướng dẫn: T.S Phạm Ngọc Hưng
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Bích Liên
Lớp : Kỹ thuật thực phẩm 02 – K
MSSV : 20162361
- LỜI MỞ ĐẦU
- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
- 1.1 Công nghệ
- 1.1.1 Định nghĩa
- 1.1.2 Các phương pháp sấy
- 1.1.3 Tác nhân sấy
- 1.1.4. Chất tải nhiệt
- 1.1.5 Nguồn nhiên liệu
- 1.2 Thiết bị sấy
- 1.2.1 Thiết bị sấy đối lưu
- 1.2.2 Thiết bị sấy buồng
- 1.2.3 Thiết bị sấy hầm
- 1.2.4 Thiết bị sấy thùng quay
- 1.2.5 Thiết bị sấy khí động
- 1.2.6 Thiết bị sấy tầng sôi
- 1.2.7 Thiết bị sấy phun
- 1.2.8 Thiết bị sấy tháp
- 1.3 Động học quá trình sấy
- 1.3.1 Đặc điểm diễn biến quá trình sấy
- 1.3.2 Các quy luật cơ bản của quá trình sấy
- 1.4 Giới thiệu về nguyên liệu ngô
- Chương II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY THÁP
- 2.1 Chọn chế độ sấy sơ bộ.
- 2.1.1 Chọn sơ bộ kết cấu
- 2.1.2 Chọn chế độ sấy
- 2.2 Tính toán quá trình cháy và quá trình hòa trộn
- 2.2.1 Nhiệt trị cao của nhiên liệu
- 2.2.2 Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu
- 2.2.3 Thông số khói sau buồng đốt( trước buồng hòa trộn)
- 2.2.4 Thông số của khói lò sau buồng đốt (trước buồng hòa trộn)
- 2.2.5 Thông số của khói lò sau các quá trình hòa trộn
- 2.3 Tính cân bằng ẩm cho từng vùng
- 2.4 Tính các tổn thất nhiệt
- 2.5 Xây dựng quá trình sấy thực.
- 2.6 Bảng cân bằng nhiệt
- 2.7 Tính nhiên liệu tiêu hao
- 2.8 Tính toán vùng làm mát
- 2.9 Chọn dạng bố trí kênh dẫn, kênh thải.
- 2.10 Tính toán các thiết bị phụ trợ
- 2.10.1 Chọn quạt
- 2.10.2 Tính buồng đốt
- 2.10.3 Thiết bị lọc và khử bụi từ lò đốt than
- 2.11 Nguyên lý làm việc của tháp sấy
- KẾT LUẬN
- TÀI LIỆU THAM KHẢO
LỜI MỞ ĐẦU
Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển từ rất lâu trên thế giới. Có thể nói sấy ra đời gắn liền với sự phát triến của nông nghiệp. Các loại sản phẩm nông nghiệp sau khi thu hái sẽ có một độ ẩm nhất định và điều đó gây khó khăn cho việc bảo quản tuy nhiên sấy ra đời đã giải quyết được những khó khăn đó. Sản phẩm sau khi sấy sẽ có độ ẩm nhất định tùy thuộc vào mục đích sử dụng sản phẩm. Ngô là loại lương thực phổ biến trên thế giới. Hầu hết các bộ phận của ngô đều được tận dụng triệt để trong ngành công nghiệp thực phẩm. Tuy nhiên, phần quan trọng nhất vẫn là hạt ngô, hạt ngô có thể sử dụng trực tiếp hoặc đem đi chế biến thành nguyên liệu cho ngà nh chế biến khác. Sấy làm cho độ ẩm của thực phẩm thấp bề mặt ngoài hẹp, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật cũng như tiêu diệt vi sinh vật trong quá trình sấy, đảm bảo vệ sinh cho thực phẩm. Trong đồ án môn học này với đề bài “ Tính toán thiết kế hệ thông tháp sấy ngô với năng suất đầu ra 1. tấn/h” (ngô nguyên liệu sau khi sấy sẽ dùng để sản xuất thức ăn cho người,động vật) em sẽ trình bày trong phần báo cáo dưới đây. Đây là lần đầu tiên làm một đề tài về thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành vì vậy trong lúc làm bài có thể có sai sót do kiến thức và tài liệu tham khảo có hạn nên em mong các thầy có thể góp ý để em có thể rút kinh nghiệm và hoàn thiện tốt hơn cho những thiết kế sau này. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của T.S Phạm Ngọc Hưng
- Nhiều sản phẩm nếu sấy tự nhiên chất lượng sản phẩm không đạt yêu cầu( ví dụ sấy chè) ● Sấy nhân tạo : là phương pháp sấy được sử dụng các nguồn năng lượng do con người tọa ra, thường được tiến hành trong các thiết bị sấy, cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể chia ra làm các dạng : ❖ Phương pháp sấy đối lưu Việc cấp nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu ( tự nhiên hay cưỡng bức ). Trường hợp này môi chất làm nhiệm vụ cấp nhiệt. ❖ Phương pháp sấy bức xạ Trong phương pháp này, việc gia nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng trao đổi nhiệt bức xạ. Người ta dùng đèn hồng ngoại hay các bề mặt rắn có nhiệt độ cao hơn để bức xạ nhiệt tới vật ẩm. ❖ Phương pháp sấy tiếp xúc Việc cấp nhiệt cho vật liệu sấy thực hiện bằng dẫn nhiệt do vật sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn. ❖ Phương pháp sấy điện trường cao t ầ n Người ta để vật ẩm trong điện trường tần số cao. Vật ẩm sẽ được nóng lên. Trong trường hợp này mỗi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt ❖ Phương pháp sấy thăng hoa Là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi trừ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng. Kết luận: Từ đề bài và điều kiện, chọn phương pháp sấy đối lưu****.
1.1.3 Tác nhân sấy
❖ 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 hỏng do quá nhiệt ❖ Các loại tác nhân sấy ⮚ Không khí nóng Không khí ẩm là loại tác nhân sấy thông dụng nhất. Ưu điểm:
- Rẻ có sẵn trong tự nhiên, có thể dùng hầu hết 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 hay khí-khói)
- Nhiệt độ không khí để sấy không thể quá cao( thường <5000oC). Vì nếu nhiệt độ cao hơn làm ảnh hưởng lớn đến thiết bị nên phải sử dụng các vật liệu như thép hợp kim hay gốm sứ chi phí cao. ⮚ Khói lò Ưu điểm :
- Phạm vi nhiệt độ rộng từ hàng chục đến hàng nghìn độ C
- Không cần calorife Nhược điểm :
- Có thể làm ô nhiễm sản phẩm sấy → chỉ dùng cho các vật liệu không sợ bị ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ. ⮚ Hỗn hợp không khí và hơi nước
- Dùng khi cần có độ ẩm tương đối cao ⮚ Hơi quá nhiệt
- Hơi quá nhiệt dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm sấy là chất dễ cháy nổ. Kết luận: Từ đề bài và điều kiện chọn khói lò
Nhược điểm:
- Calorife khí-khói làm việc ở nhiệt độ cao cần dùng vật liệu chịu nhiệt
- Khói lò có hệ số truyền nhiệt thấp nên diện tích bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với dùng hơi nước hay chất lỏng ❖ Điện Ưu điểm:
- Thiết bị đơn giản, hiệu suất sử dụng cao
- Dễ điều chỉnh nhiệt độ
- Không gây ô nhiễm môi trường (trong khi dùng hơi hay chất lỏng đều phải dùng lò hơi hay lò chất lỏng ….. đều pahair đốt nguyên liệu gây ô nhiễm môi trường) Nhược điểm:
- Giá thành nhiên liệu cao Kết luận: Từ đề bài và điều kiện, chọn khói lò
1.1.5 Nguồn nhiên liệu
Mục đích: để gia nhiệt cho không khí ❖ Điện (calorife điện) Ưu điểm:
- Thiết bị gọn nhẹ, sạch sẽ
- Dễ điều chỉnh nhiệt độ của tác nhân Nhược điểm:
- Chi phí lớn ❖ Nhiên liệu (than, củi……)(calorife khí-khói) Ưu điểm:
- Rẻ, thiết bị đơn giản Nhược điểm:
- Cồng kềnh
- Khó điều chỉnh tác nhân
- Bẩn ❖ Hơi nước (calorife khí-hơi) Kết luận: Chọn nguồn nhiên liệu than,củi
- Phần chính của thiết bị sấy thùng quay là một trụ tròn đặt nằm nghiêng một góc với mặt phẳng. - Độ điền đầy của vật liệu sấy trong thùng tùy theo cấu tạo và vật liệu sấy. Có thể đạt trong khoảng. - Tác nhân sấy chủ yếu của thiết bị sấy thùng quay thường là không khí nóng hoặc khói lò. Nó có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều với vật liệu sấy. - Tốc đọ tác nhân sấy trong thiết bị thường không nên vượt quá 2-3mm/seek. - Thiết bị thùng quay không nên làm việc ở áp suất dương.
1.2.5 Thiết bị sấy khí động
- Thường dùng để sấy các vật liệu dạng hạt bé, nhẹ, xốp như than, cám, cỏ, hoặc rau băm nhỏ, các tinh thể,…
- Tác nhân sấy chủ yếu là không khí nóng hoặc khói lò.
- Phần chính là một ống thẳng, vật liệu sấy được không khí nóng hoặc khói lò cuốn từ dưới lên trên và dọc theo ống.
- Tốc độ tác nhân phụ thuộc vào chủng loại vật liệu sấy, kích thước, khối lượng riêng của hạt, có thể đạt tới 10-40mm/seek.
- Nhược điểm: tiêu tốn năng lượng lớn, nhất là điện dùng cho quạt, điều kiện vệ sinh công nghiệp khó thực hiện tốt và có khả năng gây nguy hiểm nếu vật liệu có thể gây cháy hoặc nổ. 1.2.6 Thiết bị sấy tầ ng sôi Thường dùng để sấy các vật liệu dạng hạt cục. Ưu điểm:
- Cường độ sấy lớn có thể đạt hàng trăm kg ẩm/m
- Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ sấy và vật liệu sấy khá đồng đều. Nhược điểm :
- Tiêu tốn năng lượng khá lớn để tạo áp lực đáng kể để duy trì trạng thái ‘sôi’ của vật liệu.
- Cấu tạo phức tạp.
1.2.7 Thiết bị sấy phun
- Chuyên dùng để sấy các dịch thể. Dùng để sấy các sản phẩm dạng bột hòa tan như sữa bò, sữa đậu nành, bột trứng, cafe tan…
- Bộ phận cơ bản của thiết bị sấy phun là buồng sấy, là một tháp hình trụ.
- Dịch thể được nén bởi một bơm cao áp đưa vào qua vòi phun cùng với tác nhân tạo thành sương mù và quá trình sấy được thực hiện.
1.2.8 Thiết bị sấy tháp
Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và đặc điểm:
- Hệ thống máy sấy gồm calorife hoặc cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộn với không khí tươi, hệ thống quạt và các thiết bị phụ trợ khác.
- Tháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và chiều dài. Trong tháp sấy người ta bố trí hệ thống kênh dẫn và thải tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy (đặc điểm này khác với các thiết bị sấy buồng và hầm). Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóng luồn lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình trao đổi nhiệt sấy và nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài. Vật liệu sấy chuyển động từ trên xuống dưới từ tính tự chảy do trọng lượng bản thân của chúng. Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa dòng tác nhân chuyển động vừa ngược chiều vừa cắt ngang và do dẫn nhiệt từ bề mặt kênh dẫn và kênh thải qua lớp vật liệu nằm trên các bề mặt đó. Vì vậy 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 hạt và thành phần dẫn nhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệu nằm trên đó.
- Khi sấy hạt di chuyển từ trên cao (do gàu tải hoặc vít tải đưa lên) xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc dzích dzắc trong tháp sấy. Để tăng năng suất thiết bị ngoài phương pháp mở rộng dung lượng của tháp thì ở một mức độ đáng kể người ta còn tìm cách tăng tốc độ tác nhân chuyển động qua lớp hạt. Tốc độ này có thể từ 0.2 ÷ 0.3m/s đến 0.6 ÷ 0.7 m/s hoặc lớn hơn. Tuy nhiên, tốc độ tác nhân khi ra khỏi ống góp kênh thải theo kinh nghiệm không nên vượt quá 6m/s để tránh hạt bị cuốn theo tác nhân đi vào hệ thống thải ẩm (đọng lại trong các đoạn ống, dẫn đến quạt thải…)
- Các loại máy sấy tháp phổ biến: ∙ Máy sấy tháp tam giác. ∙ Máy sấy tháp tròn.
1.3 Động học quá trình sấy
1.3.1 Đặc điểm diễn biến quá trình sấy
Quá trình xảy ra 3 giai đoạn:
- Giái đoạn làm nóng vật
- Giai đoạn sấy tốc độ không đổi
- Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần ❖ Giai đoạn làm nóng vật Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho đến khi nhiệt độ đạt đến bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt ( tư ). Trong quá trình này, toàn bộ vật sấy được gia nhiệt. Ẩm lỏng trong vật cũng được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí buồng sấy( tư ).. Do được làm nóng nên nhiệt độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi ẩm còn nhiệt độ của vật thì tăng dần từ nhiệt độ ban đầu cho đến khi bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt. Tuy vậy sự tăng nhiệt độ xảy ra không đồng đều ở phần ngoài và phần trong vật. Vùng trong vật đạt tới tư chậm hơn. Đối với những vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xẩy ra rất nhanh. ❖ Giai đoạn tốc độ sấy không đổi. Kết thúc giai đoạn nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt. Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt lượng cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước. Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật,ẩm lỏng bên trong vật sẽ truyền ra ngài bề mặt vật để hóa hơi. Do nhiệt độ không khí nóng không đổi, nhiệt độ vật không đổi, nên chênh lệch nhiệt độ vật và môi trường cũng không đổi. Do vậy tốc độ bay hơi ẩm của vật cũng không thay đổi. Điều này sẽ làm cho tốc độ giảm độ chứa ẩm của vật theo thời gian( ∂u ∂ τ ¿ (^) không đổi, cũng có nghĩa là tốc độ sấy không đổi: ∂u ∂ τ = const Trong giai đoạn sấy tốc độ không đổi biến thiên của độ chứa ẩm theo thời gian là tuyến tính. Ẩm được thoát ra trong giai đoạn này là ẩm tự do. Khi độ ẩm của vật đạt đến trị số giới hạn Uk=Ucbmax thì giai đoạn có tốc độ sấy không đổi kết thúc.Đồng thời cũng chấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự do chuyến sang giai đoạn tốc độ sấy giảm. ❖ Giai đoạn tốc độ sấy giảm dầ n Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vật là ẩm liên kết. Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn so với ẩm tự do và càng tăng
lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ ( liên kết càng chặt). Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy. Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật giảm đến bằng độ ẩm cân bằng ứng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy ( ucb , ωcb ) thì quá trình thoát ẩm của vật ngừng lại có nghĩa là tốc độ sấy bằng không(^ ∂ u ∂ τ = 0 ). Trong khi giai đoạn sấy tốc độ giảm nhiệt độ sấy tăng lên lớn hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt. Nhiệt độ ở các lớp bên ngoài mặt tăng nhanh hơn còn càng sâu vào bên trong vật nhiệt độ tăng chậm do đó hình thành gradient nhiệt độ trong vật sấy. Khi độ ẩm của vật đã đến độ ẩm cân bằng thì lúc này giữa vật sấy và môi trường có sự cân bằng nhiệt và ẩm. Ở cuối quá trình sấy do tốc độ sấy nhỏ nên thời gian sấy kéo dài. Người ta sấy đến độ ẩm cuối u 2 ( ω 2 ) lớn hơn độ ẩm cân bằng.
1.3.2 Các quy luật cơ bản của quá trình sấy
Đường cong sấy: Đường cong sấy biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật sấy theo thời gian sấy gọi là đường cong sấy: w= f( τ^ ¿. Đồ thị hàm f( τ^ ¿^ phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như dạng liên kết giữa nước và vật sấy,hình sáng, kích thước và dặc tính sâu, phương pháp, chế độ sấy, tuy nhiên chúng đều có dạng chung như hình minh họa ở hình
Đường cong tốc độ sấy:đường cong tốc độ sấy biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ sấy và hàm ẩm của vật sấy, thu được bằng cách đạo hàm đường cong sấy theo thời gian: dw/d τ^ = f(w). Hình 2 minh họa 1 dạng đường cong tốc độ sấy. Trong giai đoạn sấy thứ nhất, tốc độ sấy không đổi nên đồ thị hàm f(w) là đoạn thằng AB song song với trục hoành. Đoạn biểu diễn thứ 2 của quá trình sấy có hình dạng phức tạp, phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu sấy và dạng liên kết giữa ẩm với vật chất khô trong vật sấy.
tỉnh miền Bắc giảm do mưa nhiều gây ngập úng, người dân không xuống giống được. Các tỉnh có diện tích ngô giảm nhiều là Sơn La giảm 14,3 nghìn ha; Đắk Lắk giảm 12, nghìn ha; Đồng Nai giảm 5,3 nghìn ha; Gia Lai giảm 4,6 nghìn ha; Nghệ An giảm 2, nghìn ha; Thanh Hóa giảm 2,7 nghìn ha,...
Cấu tạo và thành phầ n 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
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 Nước 14.67 13. Chất đạm 9.19 9. Chất béo 5.18 5. Tinh bột 65.34 67. Xơ 3.25 3. Chất khoáng 1.32 1. Sinh tố 0.08 0. Các chất khác 0.4 0. Các đặc tính chung của khối ngô
