đồ án Thiết Bị Sấy Tầng Sôi - 123doc

thiết kế hệ thống sấy tầng sôi đậu xanh thiết bị máy thực phẩm nghiên cứu quy trình sấy đậu xanh thiết kế các thông số máy sấy cải tiến một số thông số không phù hợp nguyên liệu sấy thiết kế hệ thống sấy tầng sôi đậu xanh thiết bị máy thực phẩm nghiên cứu quy trình sấy đậu xanh thiết kế các thông số máy sấy cải tiến một số thông số không phù hợp nguyên liệu sấy

MSSV: 2005170553 LỚP: 08DHTP3 NHÓM 15

Nhiệm vụ đồ án

Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi dùng để sấy đậu xanh với năng suất 6 tấn/h

Nhiệt độ của vật liệu trước khi sấy: 270C

MỤC LỤC

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 6

PHẦN 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT 7

2.1 Định nghĩa về sấy và mục đích sấy 7

2.2 Các phương pháp sấy 7

2.3 Các thiết bị sấy 9

2.3.1 Thiết bị sấy đối lưu: 9

2.3.2 Thiết bị tiếp xúc 9

2.3.4 Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần 9

2.3.5 Thiết bị sấy thăng hoa 9

2.3.6 Thiết bị sấy chân không thông thường 9

2.3.7 Giới thiệu về kỹ thuật sấy tầng sôi và thiết bị sấy tầng sôi 10

2.3.8 Đặc tính của vật liệu sấy đậu xanh 13

PHẦN 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 15

3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 15

3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ: 16

PHẦN 4 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 17

4.1 Cân bằng vật liệu 17

4.2 Quá trình sấy lý thuyết 17

4.3.Lượng không khí lý thuyết 19

4.4.Quá trình sấy thực 20

4.4.1.Các thông số của quá trình sấy thực 20

4.4.2.Tính các đại lượng cần thiết 21

4.3.3.Xác định thông số của quá trình sấy thực 25

4.5.Các số liệu tính toán được 27

4.6 Tính toán lại kích thước 28

PHẦN 5 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 29

5.1 Thông số cần thiết cho tính toán 29

5.2.Xác định tốc độ giới hạn 30

5.3.Tốc độ của tác nhân sấy trong tầng sôi 30

5.4.Tốc độ cân bằng 31

5.5 Lưới phân phối 31

5.6 Chiều cao buồng sấy 32

5.7 Bề dày của thiết bị 33

5.7.1 Lưới 33

5.7.2.Buồng sấy 33

5.7.3 Bộ phận nạp liệu 34

5.7.4.Bộ phận tháo liệu 36

PHẦN 6 TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 36

6.1 Cyclon 36

6.2 Calorife 37

6.3.Tính quạt 39

6.3.1 Trở lực 39

6.3.2 Trở lực qua calorife 41

6.3.3 Trở lực đột mở vào calorife 42

6.3.4 Trở lực đột thu ra khỏi calorife 42

6.3.5 Trở lực do áp lực động quạt thổi 42

6.3.6 Trở lực đoạn uốn cong vào buồng sấy 43

6.3.7 Trở lực đường ống từ calorife đến buồng sấy 43

6.3.8 Trở lực của lưới phân phối 44

6.3.9 Trở lực qua lớp sôi 44

6.3.10 Trở lực đột mở vào buồng sấy 44

6.3.11 Trở lực đột thu ra khỏi buồng sấy 45

6.3.12 Trở lực đoạn uốn cong vào Cyclon 45

6.3.13 Trở lực đường ống từ buồng sấy đến Cyclon 45

6.3.14.Trở lực Cyclon 46

6.3.15 Trở lực do áp lực động quạt hút 47

6.4.Chọn quạt 47

6.3.1 Chọn quạt hút 47

6.3.2 Chọn quạt đẩy 47

Phần 7 TÍNH ĐÁY, NẮP THIẾT BỊ SẤY 48

7.1 Nắp thiết bị 48

7.2 Đáy thiết bị 49

7.3 Chọn bích 49

7.4 Tai đỡ 50

PHẦN 8 KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp sản xuất và chế biến nguyên liệu, luôn đòi hỏi phải sấy vật liệu

ẩm Do vật thiết bị sấy đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ sấy và cả những quy trình công nghệ liên quan

Trong công nghệ sau thu hoạch và chế biến nông sản, sấy là một trong những phương pháp có lịch sử lâu đời nhất và được sử dụng phổ biến nhất Mục đích công nghệ của quá trình sấy trong công nghệ sau thu hoạch và chế biến nông sản giảm hàm lượng ẩm có trong nguyên liệu; từ đó, làm giảm hoạt độ của nước, ức chế các biến đổi do có sự hiện diện của nước như: sự phát triển của vi sinh vật, sự xúc tác của enzyme Bên cạnh đó, mục đích công nghệ của quá trình sấy còn góp phần đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Nói cách khác người ta dùng quá trình sấy để kéo dài thời gian bảo quản nông sản góp phần chế biến chúng thàn những sản phẩm có giá trị tăng cao

Trên thế giới, thì kỹ thuật sấy trở thành một ngành khoa hoc và phát triển từ những năm 50 của thế kỉ XX Nhờ vào những thành tựu khoa học nói chung, kỹ thuật sấy nói riêng, chúng ta đã giải quyết được những vấn đề về nông sản và tăng giá trị nông sản cũng như giảm thất thoát trong quá trình bảo quản, đặc biệt là kỹ thuật sấy các nông sản với quy

mô công nghiệp làm phong phú các mặt hàng nông sản góp phần tăng GDP ngành nông nghiệp nước ta

Vốn là một quốc gia nằm trong vùng nhiệt đới nóng ẩm, Việt Nam có những sản phẩm từ nông nghiệp vô cùng phong phú như lúa gạo, khoai, sắn, đậu, lạc…vv Để bảo quản nông sản khỏi bị hỏng thì cần sử dụng các thiết bị sấy khác nhau tùy thuộc vào loại vật liệu và chế độ sấy Tuy nhiên, hiện nay ở nước ta, các thiết bị sấy có hiệu quả cao chủ yếu được nhập khẩu vói giá thành cao nên chi phí sản xuất lớn dẫn đến việc sản xuất các mặt hàng nông sản có nhiều thách thức

Chính vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế các thiết bị sấy có ý nghĩa vô cùng quan trọng, nó quyết định đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm, việc sử dụng hợp lí nhiên liệu, góp phần làm giảm chi phí và tăng thời gian bảo quản dẫn tới làm giảm giá thành sản phẩm, tăng lợi nhuận

Mục đích của quá trình sấy:

- Nhằm tăng thời gian bảo quản sản phẩm, tránh bị phân hủy

- Giảm độ kết dính, đóng cục ở các vật liệu dạng bột

- Tăng khả năng dẫn nhiệt ( đối với than củi, than quặng, khoáng sản )

- Tăng độ bền

- Chống ăn mòn …

Nguyên tắc của quá trình sấy:

Cung cấp năng lượng nhiệt nhằm biến đổi trạng thái pha của chất lỏng trong vật liệu thành hơi Cơ chế được mô tả bằng 4 quá trình sau:

− Cấp nhiệt vào bề mặt vật liệu

− Dòng nhiệt từ bề mặt dẫn vào trong vật liệu

− Khi nhận được nhiệt lượng, dòng ẩm di chuyển ra ngoài bề mặt

− Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu đi vào môi trường xung quanh

công nghiệp cho năng suất cao.Tùy theo cách thức truyền nhiệt, trong kỹ thuật sấy chia ra như sau:

Sấy đối lưu: trong phương pháp này, người ta sử dụng không khí nóng để làm tác nhân sấy Mẫu nguyên liệu sẽ được tiếp xúc trực tiếp với không khí nóng trong buồng sấy, một phân ẩm trong nguyên liệu sẽ được bốc hơi Như vậy, mẫu nguyên liệu cần sấy sẽ được cấp nhiệt theo nguyên tắc đối lưu Khi đó, động lực của quá trình sấy là do:

Sự chênh lệch áp suất hơi tại bề mặt nguyên liệu và trong tác nhân sấy, nhờ đó mà các phân tử nước tại bề mặt nguyên liệu sẽ bốc hơi

Sự chênh lệch ẩm tại bề mặt và tâm của nguyên liệu, nhờ đó mà ẩm tại nguyên liệu

sẽ khuếch tán ra vùng bề mặt

Sấy tiếp xúc: mẫu nguyên liệu cần sấy được đặt lên một bề mặt đã được gia nhiệt, nhờ đó mà nhiệt độ của nguyên liệu sẽ bốc hơi và thoát ra môi trường bên ngoài Trong phương pháp này, mẫu nguyên liệu cần sấy sẽ được cấp nhiệt theo nguyên tắc dẫn nhiệt

Sấy bức xạ: trong phương pháp này, người ta sử dụng nguồn nhiệt bức xạ để cung cấp cho mẫu nguyên liệu cần sấy Nguồn bức xạ được sử dụng phổ biến hiện nay là tia hồng ngoại Nguyên liệu sẽ hấp thu năng lượng từ tia hồng ngoại và nhiệt độ của nó sẽ tăng lên Trong phương pháp sấy bức xạ, mẫu nguyên liêu được cấp nhiệt nhờ hiện tượng bức xạ, còn sự thải ẩm từ mẫu nguyên liệu ra môi trường bên ngoài sẽ xảy ra theo nguyên tắc đối lưu Thực tế cho thấy trong quá trình sấy bức xạ sẽ xuất hiện một gradient nhiệt rất lớn bên trong mãu nguyên liệu Nhiệt độ tại vùng bề mặt có thể cao hơn nhiệt độ tâm mẫu nguyên liệu từ 20 đến 500C Gradient nhiệt lại ngược chiều với gradient ẩm Điều này gây khó khăn cho sự khuếch tán ẩm từ tâm nguyên liệu ra vùng bề mặt, đồng thời còn ảnh hưởng đến tính chất cấu trúc của sản phẩm sau quá trình sấy Để khắc phục những nhược điểm trên, người

ta sẽ điều khiển quá trình sấy bức xạ theo chế độ luân phiên

Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng cảu tia hồng ngoại mang năng lượng nhiệt truyền cho vật liệu sấy

Sấy bằng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của khối vật liệu sấy

Sấy thăng hoa:là phương pháp sấy trong môi trường có áp suất dư âm ( độ chân không cao) và nhiệt độ thấp, ẩm sẽ đóng băng sau đó thăng hoa thành dạng đi ra khỏi vật liệu nhờ chênh lệch áp suất

Trong công nghiệp, chủ yếu dùng hai phương pháp đầu, những phương pháp sau ít được sử dụng vì cần đầu tư thiết bị đắc tiền

2.3 Các thiết bị sấy

Dựa vào các phương pháp sấy, trong kỹ thuật sấy có các thiết bị sấy như sau:

2.3.1 Thiết bị sấy đối lưu

Thiết bị sử dụng phương pháp sấy đối lưu Đây là phương pháp sấy thông dụng nhất Thiết bị sấy đối lưu bao gồm: thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí động, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy phun…

2.3.2 Thiết bị tiếp xúc

Hệ thống sấy tiếp xúc là một hệ thống chuyên dùng, trong đó vật liệu sấy nhận nhiệt trực tiếp bằng dẫn nhiệt hoặc từ một bề mặt nóng hoặc từ môi chất nóng Có thể chia hệ thống sấy tiếp xúc làm hai loại: loại tiếp xúc trong chất lỏng nóng và loại tiếp xúc bề mặt Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bức xạ Thiết bị sấy này dùng thích hợp với một số loại sản phẩm

2.3.4 Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần

Thiết bị này dùng phương pháp sấy bằng điện cao tần

2.3.5 Thiết bị sấy thăng hoa

Thiết bị này sử dụng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa Việc thải ẩm sử dụng chân không kết hợp với bình ngưng tụ ẩm Quá trình sấy này có 3 giai đoạn: giai đoạn làm lạnh, giai đoạn thăng hoa, giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại

2.3.6 Thiết bị sấy chân không thông thường

Thiết bị này sử dụng các thải ẩm bằng máy hút chân không Do buồng sấy có chân không nên không thể dùng cấp nhiệt bằng đối lưu, việc cấp nhiệt cho vật ẩm bằng bức xạ hay dẫn nhiệt…

Các thiết bị sấy dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như công nghiệp chế biến gỗ, chế biến lâm sản, lương thực thực phẩm, hải thủy sản, lượng thực, y tế, công nghiệp khai thác mỏ, chế biến khoáng sản,…

Các thiết bị phổ biến như

✓ Thiết bị sấy tầng sôi

✓ Thiết bị sấy thùng quay

✓ Thiết bị sấy phun

✓ Thiết bị sấy thăng hoa

✓ Lò điện

✓ Thiết bị sấy ống khí động

Trong đồ án sau đây, nhóm em sẽ trình bày những nội dung đến phương pháp sấy phổ biến đó là thiết bị sấy tầng sôi để sấy nguyên liệu khá quen thuộc đó là đậu xanh

2.3.7 Giới thiệu về kỹ thuật sấy tầng sôi và thiết bị sấy tầng sôi

Hiện nay tầng sôi (hay còn gọi là lỏng giả) đã được người ta nhắc đến trong sách báo từ năm 1878 Nhưng mãi đến những năm đầu thế kỉ 20 kỹ thuật này ứng dụng trong sản xuất Ứng dụng thành công đầu tiên của nó là trong lĩnh vực chế biến dầu mỏ (1942) Ngày nay kỹ thuật tầng sôi đã được ứng dụng khá rộng rãi để tiến hành các phản ứng hóa học có xúc tác pha rắn,để khí hóa nhiệt liệu rắn, chế tạo than hoạt tính, đốt quặng pyrit

Thực chất quá trình lỏng giả là sự tác dụng tương hỗ giữa chất khí ( hay chất lỏng giọt) với lớp hạt rắn ở trạng thái lơ lửng Lúc đó hệ khí rắn có đầy đủ các tính chất như một chất lỏng: tính linh động, tính điền đầy, tính chảy

❖ Ưu, nhược điểm của kỹ thuật sấy tầng sôi

So với quá trình ở trạng thái tĩnh thì quá trình ở trạng thái lỏng giả có rất nhiều ưu điểm, cụ thể là:

Pha rắn được đảo trộn rất mãnh liệt, dẫn đến sự san bằng nhiệt độ và nồng độ trong toàn lóp hạt, nhờ đó tránh được nguy cơ quá trình nhiệt cục bộ, tạo điều kiện thuận lợi cho nhiều quá trình trao đổi nhiệt và xúc tác dị thể được tiến hành đến mức tối ưu

Hệ số dẫn nhiệt cấp nhiệt từ bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị đến lớp sôi (hay ngược lại) rất lớn Có thể so sánh với trường hợp của chất lỏng giọt Điều này rất quan trọng vì cho phép không những giảm bề mặt truyền nhiệt, giảm thể tích thiết bị mà còn thực hiện nhiều quá trình hóa học và chuyển khối với hiệu suất cao

Tạo khả năng dùng hạt rắn có kích thước nhỏ, tức là bề mặt riêng lớn để giảm trở lực khuếch tán, tăng diện tích tiếp xúc pha, tăng năng suất thiết bị trong quá trình truyền nhiệt, chuyển khối, hóa học trên xúc tác pha rắn bởi vậy nếu dùng các hạt có kích thước nhỏ ở trạng thái bất động thì nhiệt độ cũng như nồng độ có nguy cơ phân bố không đều theo cả chiều dọc cũng như tiết diện ngang của thiết bị, trở lực lớp hạt lớn, hệ số trao đổi nhiệt và hệ số trao đổi chất nhỏ, diện tích tiếp xúc pha thực tế nhỏ hơn tổng diện tích của hạt nhiều Tất cả điều này dẫn đến quá trình xảy ra không mãnh liệt, chất lượng không đồng đều, hiệu quả sử dụng nguyên liệu và thiết bị thấp

Do tính linh động của lớp sôi nên dễ dàng nạp liệu và tháo sản phẩm, dễ thực hiện quá trình liên tục, cơ giới hóa và tự động hóa, dễ điều chỉnh các thông số công nghệ như lưu lượng và áp suất

Trở lực tương đối nhỏ và ổn định, không phụ thuộc và tốc độ pha khí trong giới hạn tồn tại trạng thái lỏng giả Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản, gọn nhẹ và dễ chế tạo Do tất cả những ưu điểm trên mà kỹ thuật tầng sôi được sử dụng ngày càng phổ biến trong công nghiệp

Tuy nhiên phương pháp này cũng nó những nhược điểm như sau:

Trong phạm vi một lớp vật liệu thì không có khả năng thực hiện quá trình theo nguyên tắc ngược chiều với pha (vì bị khuấy trộn mãnh liệt)

Do đó động lực của quá trình truyền nhiệt, chuyển khối, không đạt được cực đại Điều này có thể khắc phục bằng cách bố trí thiết bị theo mô hình dãy hộp, chuyển từ khuấy trộn lý tưởng sang đẩy lý tưởng

Thời gian lưu của các hạt trong lớp sôi không đều, dẫn đến hiện tượng có hạt lưu lại quá ngắn, có hạt lưu lại quá lâu so với thời gian trung bình cần thiết

Các hạt rắn bị va đập, bào mòn, vở vụn do đó cần thiết bị thu hồi bụi Thiết bị tầng sôi phải chịu được mài mòn nhất là đối với những nguyên liệu có cạnh sắc

Có hiện tượng tích điện và và tĩnh điện dẫn đến khả năng dễ gây cháy nổ

Vận tốc của pha khí bị giới hạn trong phạm vi cần thiết để duy trì hệ thống tầng sôi

mà lại không thích hợp với quá trình công nghệ

Thiết bị sấy tầng sôi là một trong các phương thức sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, thích hợp cho việc sử dụng sấy các loại nông sản Bộ phận chính của thiết bị sấy tầng sôi là một buồng sấy , phía dưới buồng sấy đặt ghi lò Ghi buồng sấy là một tấm thép có đục nhiều lỗ thích hợp hoặc lưới thép để tác nhân sấy đi qua nhưng vật liệu sấy sẽ không bị lọt xuống được Tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp được thổi từ dưới lên đi qua lớp vật liệu Với vận tốc đủ lớn, tác nhân sấy sẽ nâng các hạt vật liệu lên và làm cho lớp hạt bị xáo trộn Quá trình sôi này là quá trình trao đổi nhiệt mãnh liệt nhất giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy trong quá trình Các hạt vật liệu sau khi kết thúc quá trình trao đổi nhiệt sẽ trở nên khô hơn

và nhẹ hơn sẽ nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi, khi ở một mật độ cao nhất định chúng

sẽ được tháo ra theo đường tháo liệu của thiết bị

Hình 2.1 Thiết bị sấy tầng sôi

2.3.8 Đặc tính của vật liệu sấy: đậu xanh

Bảng 2.1.Thành phần dinh dưỡng trong 100g phần ăn được

Một số thông tin về đậu xanh:

Đậu xanh (Vigna Radiata (L) Wilezek) trên thế giới được phân bố ở vùng Nhiệt đới

và Á nhiệt đới, chủ yếu tập trung ở châu Á (Suresh Chandrababu và ctv, 1988) trong đó Bangladesh, Ấn Độ, Pakistan, Philippine, Srilanca, Trung quốc, Đài loan và Thái lan được coi là các nước sản xuất chủ yếu Trong những năm trước đây, tại Thái Lan và Philippine đậu xanh là cây đậu đỗ quan trọng hàng đầu (Trần Đình Long và Lê Khả Tường, 1998) Tuy nhiên, diện tích cây trồng này gần đây đang có khuynh hướng bị giảm sút do hiệu quả sản xuất và điều kiện canh tác Trên thị trường, cây đậu xanh được sản xuất để khai thác protein, dạng bột trong nguyên liệu thực phẩm, nước giải khát và làm giá sống cung cấp vitamin cho con người Bột cũng như protein của đậu xanh là dạng rất dễ tiêu, có thể phối trộn với nhiều dạng nguyên liệu khác để tạo sản phẩm do đó có nhu cầu tiêu thụ rất lớn trên thị trường, đặc biệt là các nước châu Á Trung bình trong 100g bột đậu xanh cho ta 24,2g Prôtêin; 1,3g dầu; 3,5g khoáng; 59,9g hyđratcacbon; 75mg Ca; 405mg P; 8,5mg Fe; 49,0mg Caroten; 0,72 mg B1; 0,25mg B2 và 348 Kcal Với những giá trị về dinh dư ng như trên,

từ lâu đậu xanh đã được coi là cây thực phẩm, sử dụng rộng rãi và chế biến thành nhiều sản phẩm rất phong phú phục vụ cho cuộc sống con người Trong dân gian đậu xanh được xem như một loại thuốc nam để giải nhiệt hạ khí, giải độc tiêu phù

Do đậu xanh có giá trị cao về mặt kinh tế và dinh dưỡng nên việc bảo quản loại thực phẩm này rất được chú trọng Phương pháp thường dùng là sấy, giảm hàm ẩm nguyên liệu xuống tầm 13% sẽ bảo quản được lâu Đồ án này sẽ giải quyết yêu cầu đó với phương pháp sấy khá phổ biến với thiết bị sấy tầng sôi quen thuộc

PHẦN 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:

3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ:

Hình 3.1: Sơ đồ khối quy trình công nghệ

Vỏ

Tạp chất

Đóng gói

3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

Đậu được thu hoạch từ đồng ruộng, người ta chặt cây và nhặt đậu ra Khi mới thu hoạch từ ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình 20 – 25% Đối với đậu xanh thu hoạch cả vỏ thì phải phơi (sấy sơ bộ) đến độ khô nhất định mới tách, lấy hạt khỏi vỏ thuận lợi Việc đập và tách hạt đậu ra khỏi quả có thể làm bằng máy hoặc bằng tay Sau đó tiến hành làm sạch, tách những tạp chất trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi lá, mảnh kim loại lẫn vào hạt khi thu hoạch, tách hạt… Có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ (cỏ, rác, cành, lá…) lớn hơn hạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớp dưới cùng là đất, cát, rác vụn nhỏ hơn hạt Sau khi khối đậu sạch thì tiến hành lấy mẫu đo độ ẩm bằng máy

đo độ ẩm để xác định độ ẩm ban đầu Tiếp theo, người ta phân loại đậu theo loại 1, 2, 3…theo kích cỡ, có thể dùng sàng với các lớp dưới có đường kính lỗ khác nhau Sau khi phân loại, tiến hành sấy theo từng loại đậu Sau thời gian sấy phải kiểm tra lại độ ẩm, độ

ẩm thành phẩm đạt 14% thì quá trình sấy kết thúc Sau khi sấy đậu được làm nguội tự nhiên hoặc có quạt thổi để giảm nóng tránh dùng không khí có độ ẩm cao để thông gió sẽ làm tăng độ ẩm hạt Tiếp theo khối đậu được kiểm tra lại cỡ hạt để loại bỏ những hạt lép, hỏng sau khi sấy Có thể dùng sàng để phân loại hạt Cuối cùng đậu được đóng gói theo yêu cầu thị trường: 50 kg, 25 kg, 10 kg, 5 kg, 1 kg Cuối cùng ta được sản phẩm đậu xanh nguyên hạt Nhưng trong phạm vi đồ án này chỉ thiết kế hệ thống sấy để thực hiện công đoạn sấy trong quy trình trên, sau đây lầ phần miêu tả sâu hơn về quá trình vật liệu vào thiết bị sấy tầng sôi

Hệ thống sấy tầng sôi có thể hoạt động một hay nhiều tầng Trong đồ án này là thiết

kế hệ thống sấy tầng sôi một tầng, sau đây là phần trình bày sơ lược về hoạt động:

Hệ thống một tầng sôi hoạt động như sau: Tác nhân sấy được quạt hút từ calorifer, thổi vào dưới gi buồng sấy Gi buồng sấy là một tấm thép có đục nhiều lỗ thích hợp để tác nhân sấy đi qua nhưng hạt không lọt xuống được Vật liệu sấy được cơ cấu nạp liệu đổ xuống trên gi Với tốc độ đủ lớn thích hợp Tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm tương đối

bé đi qua lớp vật liệu trong buồng sấy, nâng các hạt lên và làm cho lớp hạt xáo trộn bập bùng trong dòng tác nhân như hình ảnh một dịch thể đang sôi Rõ ràng, khi đó hệ khí-hạt

có đây đủ tính chất như một chất lỏng (tính linh động, tính điền đầy và tính chảy…) Quá

trình sôi cũng là quá trình trao đổi nhiệt-ẩm mãnh liệt giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy Các hạt khô hơn nên nhẹ hơn sẽ nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi Ở một độ cao nhất định hạt khô sẽ rơi vào buồng chứa sản phẩm để lấy ra ngoài Có thể có nhiều hạt nhỏ, nhẹ bay theo tác nhân sấy Vì vậy hệ thống cần bố trí Cyclon trên đường thải tác nhân sấy để thu hồi sản phẩm bay theo

Như vậy, hệ thống sấy tầng sôi là một hệ thống sấy đối lưu mà đặc trưng của nó là vật liệu sấy ở thể sôi trao đổi nhiệt-ẩm với dòng tác nhân nhưng không bay theo tác nhân Khi tốc độ tác nhân sấy bé, lớp hạt nằm yên

G2 là năng suất của thiết bị sấy: G2 = 6 tấn/h=6000 kg/h

W1 là độ ẩm đầu của vật liệu sấy: W1= 26%

W2 là độ ẩm của vật liệu sấy sau quá trình sấy: W2= 14%

4.2 Quá trình sấy lý thuyết

Các thông số của quá trình sấy:

✓ I: Ethanpy, kJ/kgkkk

✓ t: Nhiệt độ,0C

✓ x: Hàm ẩm, kg/kgkkk

✓ 𝜑: Độ ẩm tương đối, % khối lượng

Thông số của tác nhân sấy (I0, x0, t0 và 𝜑0)

từ thông số ban đầu : t0 = 27oC, 0= 85%

Áp suất hơi nước bão hòa tại 𝑡0 = 27oC được tính bằng:

Trong đó : Ckkk là Nhiệt dung của không khí khô, lấy bằng 1,004 kJ/ kgoc

Ch là Nhiệt dung riêng của hơi nước, lấy bằng 1,842 J/kgoc

• Thông số của không khí ở calorife (I 1 , 𝒙𝟏, t 1 và  1 )

Quá trình gia nhiệt trong calorife là quá trình có x= const nên 𝑥0= 𝑥1= 0,019 kgẩm /kgkkk

- Ethanpy : I1 = 1,004×t1 +𝑥1× ( 2500 + 1,842×t1 )

• Thông số của tác nhân sấy sau buồng sấy (I 2 , 𝒙𝟐, t 2 và  2 )

- Đối với máy sấy lý thuyết thì I1 = I2 = 130,62 kJ/kgkkk

- Độ chứa ẩm x2 có thể tính theo công thức :

x 2 = 𝐼2−1,004×𝑡2

2500+1,842×𝑡2 (2.19 – TL2/ T.15)

= 130,62−1,004×42

2500+1,842×42 = 0,034 kgẩm / kgkkk

- Tính độ ẩm tương đối của tác nhân sấy sau quá trình sấy 𝜑2:

ở t2 = 42oc, áp suất hơi nước bão hòa là :

4.3.Lượng không khí lý thuyết

Theo công thức 7.14 – trang 131 – tài liệu 1 ta có:

Trên trục tung, vẽ các đường đẳng nhiệt t0, t1 và t2 Các đường này tạo với trục một góc nhất định và chúng có đọ dốc tăng dần khi nhiệt độ tăng

• Biểu diễn các trạng thái:

− Trạng thái đầu tiên của không khí được xác định bởi điểm A( x0 , t0 )

− Không khí bắt đầu đi vào calorife, đốt nóng không khí thì nhiệt độ tăng từ t0 lên t1

và hàm ẩm x = const (x0 = x1)

− Sau khi không khí ra khỏi calorife, trạng thái được xác định bởi điểm B(x1 , t1)

− Đoạn thẳng AB biểu diễn giai đoạn đốt nóng không khí trong calorife

− Điểm C( x2 , t2) biểu diễn trạng thái cuối của không khí trong quá trình sấy lí thuyết,

C nằm trên đường I1 ( vì I1 = I2)

− Như vậy, đường gấp khúc ABC biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên đồ thi I – x

4.4.Quá trình sấy thực

4.4.1.Các thông số của quá trình sấy thực

❖ Thông số của không khí:

Như đã tính ở phần lí thuyết, không khí là tác nhân sấy đi vào :

✓ Áp suất hơi nước bão hòa ở 27oC : 𝑃𝑏= 0,035 bar

❖ Thông số của vật liệu sấy:

✓ Các kích thước của đậu xanh : tra phụ lục 7,trang 260, tài liệu 2

✓ Dài: l = 4,8 mm

✓ Rộng: a= 3,7÷ 8,0 mm

✓ Dày: b= 3,5÷ 8,0 mm

✓ Nhiệt dung riêng: C = 1,17 (KJ/Kg.K )

✓ Khối lượng riêng rắn: v = 1300 Kg/m3

✓ Hệ số hình dạng : dtd= 0,0062 (m)

4.4.2.Tính các đại lượng cần thiết

❖ Tốc độ làm việc tối ưu:

Trước tiên, cần tính chuẩn số Fe: Fe = 𝑑𝑡đ × √4𝑔×(𝑣 − 𝑘)

3𝑘 2×𝑘

3

(10 – TL2/T.153) Trong đó :

dtđ : đường kính tương đươn của hạt vật liệu (m)

g: là gia tốc trọng trường ( m/s2)

Fe : hệ số tiêu chuẩn Phedorov đặc trưng cho tốc độ làm việc tối ưu

Ở điều kiện t = 0,5× (t1 + t2) = 0,5 × (80+ 42)= 61oC, tra phụ lục tài liệu ta được các thông

Ret : là trị số Reynol tối ưu

Vk : là độ nhớt của tác nhân sấy

dtđ : đường kính tương đương của hạt vật liệu sấy

❖ Xác định sơ bộ diện tích ghi và chiều cao:

Diện tích FG và chiều cao vật liệu sấy sẽ được tính chính xác khi tính được lương tác nhân sấy thực tế Tính đến diện tích chiếm chỗ của lưới thép, lấy sơ bộ diện tích ghi bằng 1,2 – 1,5 Diện tích ghi tính theo lượng tác nhân sấy lý thuyết Vậy ta có:

3600×𝑤𝑡 × 𝑘=

1,2 × 64899,1

3600 × 3,1 ×1,057 = 6,4 m2 (10.34 – TL2/T.156) Trong đó :

FG : diện tích lưới (m)

Lo : lượng không khí khô lý thuyết cần thiết ( kg kkk/ h)

Wt : tốc độ làm việc tối ưu

Pk : khối lượng riêng của tác nhân sấy ( kg/m3 )

Vậy đường kính ghi sơ bộ :

D = √4×𝐹𝐺

𝜋 = √4 8,25

𝜋 = 3,24 (m) Chiều cao lớp hạt nằm trên ghi, chọn sơ bộ H = 0,25m Để bố trí phểu đưa vật liệu sấy vào

và ra buồng sấy, chọn chiều cao buồng sấy Hb = 4.H = 4.0,25 = 1 m Cũng như diện tích ghi lò chiều cao H sẽ được tính toán khi tính xong quá trình sấy thực

Như vậy diện tích bao quanh buồng sấy bằng:

F = FG + 𝜋 × D× Hb = 6,4+ 𝜋 × 3,24×1 = 16,6 m2

❖ Tổn thất nhiệt ra môi trường:

TBS là một hình trụ tròn bằng thép có δ = 0,01, hệ số dẫn nhiệt  = 71,58(w/m.K)

Và nhiệt độ ngoài môi trường t0 = 270C tốc độ trao đổi nhiệt wt = 3,1 (m/s)

Nhiệt độ trung bình của TNS ttb = (80+42) × 0,5 = 61 oC

Ta chọn khảo sát nhiệt độ buồng đốt trong ( tw1 ) và nhiệt độ buồng đốt ngoài (tw1) như sau :

tw1= 53,901 0C : Nhiệt độ mặt trong của buồng sấy

tw2 = 53,89 0C : Nhiệt độ măt ngoài của buồng sấy

𝛼1: Hệ số cấp nhiệt ở mặt trong của buồng sấy (W/m2h.K)

tf1 :Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy , tf1 = ttb = 61oC

tw1 : Nhiệt độ buồng đốt trong thiết bị sấy (oC)

 : Độ dẫn nhiệt của thép

𝛿 : Độ dày của lớp vật liệu thép của thiết bị

tw1 :Nhiệt độ buồng đốt trong thiết bị sấy ( oC)

tw2 : Nhiệt độ buồng đốt ngoài thiết bị sấy (oC)

Mật độ dòng nhiệt cấp ra môi trường nhiệt độ tf2 = t0

q3 = 1,715× (tw2 – tf2)1,333 (6.10 – TL2/T.74)

= 1,715× (53,89 - 27)1,333 = 138 W/m2

Trong đó :

tw2 : Nhiệt độ buồng đốt ngoài thiết bị sấy ( oC)

tf2 : nhiệt độ của tác nhân sấy khi ra khỏi buồng sấy (oC)

 Để kiểm tra điều kiện ta có sai số tương đối :

Lấy mật độ nhiệt trung bình : qtb = (q1+ q3) ×0,5 = (135,43 + 138) × 0,5 =136,72 (W/m2 Như vậy, tổn thất nhiệt ra môi trường bằng :

Qmt = qtb× F =136,72 ×18,42 = 2518,29 W/m2

Trong đó :

qtb : Mật độ nhiệt trung bình ( W/m2 )

F : diện tích bao quanh buồng sấy bằng ( m2)

Nhiệt tổn thất tính cho 1 giờ:

𝑊 : lượng ẩm cần bốc hơi (kg/h)

❖ Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi

Nhiệt độ VLS sau quá trình sấy tv2 thường lấy theo điều kiện tv2 khoảng (5÷10) 0C

Ở đây: tv2 = 42 – 5 = 370C

Nhiệt dung riêng Cv = 1,17 kJ/kgK

Khi đó nhiệt lượng do VLS mang đi là :

4.3.3.Xác định thông số của quá trình sấy thực

Sau khi đã có giá trị tổng tổn thất nhiệt chúng ta có thể xây dựng quá trình sấy

thực trên đồ thị I-x Trạng thái TNS sau quá trình sấy thực bằng điểm C Từ điểm C chúng

ta tìm được entanpy I2, lượng ẩm x2 và độ ẩm tương đối 2 Đương nhiên các thông số này cũng có thể tính toán bằng:

Độ chứa ẩm của không khí sau buồng sấy x2 :

x2 = x0 + 𝐶𝑑𝑥(𝑥0)×(𝑡1−𝑡2)

𝑖2− q = 0,019+ 1,0389 ×( 80 − 42 )

(2500+1,842.42)−31,57 = 0,0345 kg/kgkkk Trong đó :

𝑥0: lượng chứa ẩm ( kg ẩm / kg KK )

𝐶𝑑𝑥(𝑥0) : nhiệt dung riêng dẫn xuất không khí ứng với độ chứa ẩm d1 ( kJ/kg KK)

4.5.Các số liệu tính toán được

• Số liệu ban đầu:

• Khối lượng vật sấy trên ghi G:

- Trước hết ta tính tiêu chuẩn Nu, giả sử thêm nếu với Fe = 219.13 thì có thể tính theo công thức :