TỔNG QUAN
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
1.1.1 Nguồn gốc và phân loại cây ngô
Cây ngô, có tên khoa học là Zea mays L., thuộc chi Maydeae và họ hòa thảo Gramineae, có nguồn gốc từ Trung Mỹ Ngô có bộ nhiễm sắc thể 2n và được phân loại dựa trên cấu trúc nội nhũ của hạt cùng hình thái bên ngoài Các loài phụ của ngô bao gồm ngô đá rắn, ngô răng ngựa, ngô nếp, ngô đường, ngô nổ, ngô bột và ngô nửa răng ngựa Từ các loài phụ này, ngô còn được phân chia theo màu hạt và màu lõi, cũng như phân loại theo sinh thái học, nông học, thời gian sinh trưởng và mục đích thương phẩm.
Ngô, một trong những loại ngũ cốc quan trọng nhất, có nguồn gốc từ cỏ ngô (Zea mays ssp parviglumis) ở Trung Mỹ, đặc biệt là khu vực thung lũng sông Balsas tại miền nam Mexico Có giả thuyết cho rằng ngô phát triển từ quá trình lai ghép giữa ngô thuần hóa và cỏ ngô thuộc đoạn Luxuriantes Sự phát triển này đã dẫn đến sự hình thành nhiều loài phụ và nguồn dị hợp thể của cây ngô, tạo ra những biến thể đa dạng, góp phần làm cho ngô trở thành một loại ngũ cốc có giá trị ngang hàng với lúa mì và lúa nước.
1.1.2 Đặc điểm nông sinh học của cây ngô
Cơ quan sinh dưỡng của ngô bao gồm rễ, thân và lá, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự sống của cây Hạt ngô được xem là cơ quan khởi đầu, là nền tảng cho sự phát triển của cây.
Hạt ngô là loại quả dĩnh gồm bốn bộ phận chính: vỏ hạt, lớp alơron, phôi và nội nhũ Gốc hạt nằm ở phía dưới, gắn liền với lõi ngô Vỏ hạt bao bọc xung quanh và có màu sắc khác nhau tùy thuộc vào giống Lớp alơron nằm sau vỏ hạt, bảo vệ nội nhũ và phôi Nội nhũ chiếm 70-78% trọng lượng hạt, chủ yếu là tinh bột, cùng với protein, lipid, vitamin, khoáng chất và enzyme giúp nuôi phôi phát triển Phôi ngô lớn, chiếm 8-15%, nên cần được bảo quản cẩn thận.
Hạt ngô có giá trị dinh dưỡng cao nhờ vào khả năng đồng hóa tốt của các chất dinh dưỡng Chúng chứa tinh bột chiếm 60-70%, lipid từ 3,5-7%, và protein dao động từ 4,8 đến 16,6% tùy theo giống Ngoài ra, hạt ngô còn cung cấp đường (khoảng 3,5%), chất khoáng (1-2,4%) và các vitamin như A, B1, B2, B6, C cùng một lượng nhỏ xenlulo (2,2%).
Bảng 1.1 Thành phần hoá học của hạt ngô và gạo (Phân tích trên 100g)
Ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng nhất trên thế giới, đứng thứ ba về diện tích trồng, chỉ sau lúa mì và lúa nước Nó có sản lượng đứng thứ hai và năng suất cao nhất trong các loại cây ngũ cốc Các quốc gia như Trung Quốc, Mỹ và Brazil là những nước sản xuất ngô chủ yếu.
Thành phần hóa học Gạo trắng Ngô vàng
Nhiệt lượng (Kalo) từ 340 đến 350 là yếu tố quan trọng trong việc gieo trồng ngô lai, đặc biệt ở những quốc gia có diện tích trồng ngô lớn Tình hình sản xuất ngô trên thế giới được thể hiện qua bảng 1.2.
Bảng 1.2 Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 2007
(Nguồn: Số liệu thống kê của FAO, 2008)
Mỹ dẫn đầu thế giới về diện tích và sản lượng ngô với 30,08 triệu ha và tổng sản lượng 280,22 triệu tấn, năng suất bình quân đạt 100,64 tạ/ha Tại Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa, được trồng rộng rãi ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, với đa dạng mùa vụ và hệ thống canh tác Ngô chủ yếu được trồng ở các địa phương có đất cao, thoát nước tốt, với những vùng sản xuất lớn như Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, miền núi phía Bắc, Trung du đồng bằng Sông Hồng và Duyên hải Miền Trung.
Bảng 1.3 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 2004 đến năm 2006
Bảo quản ngô là một thách thức lớn do môi trường thuận lợi cho sâu mọt phát triển Để bảo quản lâu dài, hạt ngô cần có chất lượng tốt và độ ẩm an toàn Quá trình sấy hạt sau thu hoạch đóng vai trò quan trọng trong việc bảo quản, chế biến và nâng cao chất lượng hạt ngô Phương pháp này không chỉ giúp bảo quản lâu hơn mà còn dễ dàng vận chuyển và ứng dụng cho nhiều quy trình chế biến sản phẩm khác.
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP
1.2.1 Bản chất của quá trình sấy
Sấy là quá trình loại bỏ độ ẩm khỏi vật liệu thông qua nhiệt, dựa trên sự khuếch tán do sự chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu Quá trình này diễn ra nhờ vào sự khác biệt áp suất hơi giữa bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
1.2.2 Phân loại quá trình sấy
Người ta phân biệt ra 2 loại:
Sấy tự nhiên sử dụng ánh nắng và gió làm tác nhân chính, nhưng phương pháp này gặp khó khăn do cần diện tích phơi lớn và phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt là trong mùa mưa.
Sấy nhân tạo là quá trình sử dụng nguồn nhiệt như khói lò, không khí nóng hoặc hơi quá nhiệt để làm khô sản phẩm Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt hơn và hiệu quả hơn so với sấy tự nhiên.
Và cũng có nhiều cách phân loại:
Dựa vào tác nhân sấy:
- Sấy bằng không khí hay khói lò.
- Sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tầng.
Dựa vào áp suất làm việc:
Dựa vào phương pháp làm việc:
Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho qúa trình sấy:
- Máy sấy tiếp xúc hoặc máy sấy đối lưu.
- Máy sấy bức xạ hoặc máy sấy bằng dòng điện cao tầng
Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun…
Dựa vào chuyển động tương hỗ của tác nhân sấy và vật liệu sấy: sấy xuôi chiều, ngược chiều, chéo dòng…
1.2.2.1 Phương pháp thực hiện Để nâng cao giá trị sử dụng niều mặt của ngô thì các công đoạn sau thu hoạch như làm khô, bảo quản và chế biến nhằm làm giảm tổn thất cũng như duy trì chất lượng ngô là việc làm vô cùng quan trọng và cần thiết Khi bảo quản ngô hạt phải đặc biệt quan tâm tới tình trạng phôi ngô vì phôi ngô dễ hút ẩm, có sức hấp dẫn mọt cao, dễ hư hỏng Đặc biệt sẽ xảy ra quá trình hô hấp trong quá trình bảo quản.
Mục tiêu của việc bảo quản ngô hạt là duy trì tối đa số lượng và chất lượng của sản phẩm trong suốt quá trình lưu trữ Ngô hạt không có vỏ bảo vệ như vỏ trấu, do đó, nếu điều kiện bảo quản không đảm bảo (ngô chưa chín kỹ, phơi chưa khô hoàn toàn, dụng cụ chứa không kín), nguy cơ bị hư hỏng do chim, chuột, mốc, mọt là rất cao, có thể dẫn đến mất mát hoàn toàn trong vài tháng Để bảo quản an toàn, cần làm khô ngô đến độ ẩm 12-13%, nhằm giảm thiểu mức độ hư hỏng.
Có hai phương pháp chính để làm khô ngô: phơi nắng và sấy Tuy nhiên, trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào phương pháp sấy, nhằm bảo quản lương thực và chế biến sản phẩm chất lượng cao Để đạt được điều này, các loại hạt cần được sấy xuống độ ẩm phù hợp Có nhiều hệ thống sấy như buồng sấy, hầm sấy, tháp sấy và thùng sấy, mỗi loại có ưu, nhược điểm và ứng dụng khác nhau Chế độ sấy ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, vì đây là quá trình trao đổi nhiệt và chất phức tạp, làm thay đổi cả cấu trúc vật lý và thành phần hóa học của nguyên liệu Đối với ngô, thường sử dụng thiết bị sấy tháp hoặc thùng quay Trong dự án này, tôi chọn thiết bị sấy thùng quay, vì nó chuyên dụng cho vật liệu dạng hạt và được sử dụng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch Trong thiết bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy trong trạng thái xáo trộn và trao đổi nhiệt đối lưu với tác nhân sấy.
Trong quá trình sấy, việc đảo trộn mạnh hạt giúp tăng cường tiếp xúc với tác nhân sấy, từ đó rút ngắn thời gian sấy và đảm bảo hạt được sấy đều Hệ thống sấy thùng quay còn cho phép hoạt động liên tục với năng suất cao.
Tác nhân sấy cho quá trình sấy bắp có thể là không khí nóng hoặc khói lò, nhưng để đảm bảo tính vệ sinh an toàn thực phẩm, không khí được đun nóng bởi caloriphe là sự lựa chọn tối ưu Nhiệt độ của tác nhân sấy phụ thuộc vào bản của hạt bắp, một nguyên liệu giàu tinh bột Nhiệt độ hồ hóa tinh bột khoảng 60°C, do đó cần chọn nhiệt độ tác nhân sấy phù hợp, không quá cao cũng không quá thấp, nhằm đẩy nhanh quá trình sấy mà không làm nguyên liệu vượt quá nhiệt độ hồ hóa Vì vậy, nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào thùng sấy được chọn là 55°C.
Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng trong thùng không nên vượt quá 3 m/s để tránh cuốn trôi vật liệu Vận tốc quay của thùng khoảng 5-8 vòng/phút Để rút ngắn thời gian sấy, cần tăng cường tốc độ tác nhân sấy bằng hệ thống quạt ly tâm hoặc hướng trục Đối với nguyên liệu ngô, chế độ sấy cùng chiều được ưu tiên do cường độ cao, thời gian sấy ngắn, sản phẩm sau khi ra khỏi hầm đã nguội và tiết kiệm hơn Phương pháp này thích hợp cho các sản phẩm không yêu cầu độ hoàn hảo về hình thức Ngược lại, sấy ngược chiều đảm bảo chất lượng cao cho thành phẩm, tránh cong vênh và nứt nẻ.
Cánh trộn trong thùng chứa giúp phân phối đồng đều vật liệu, đồng thời đảo trộn để tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Cấu tạo của cánh trộn phụ thuộc vào kích thước và độ ẩm của vật liệu sấy.
Các loại cánh đảo phổ biến như :
Cánh đảo nâng và đổ là thiết bị lý tưởng để sấy các vật liệu có kích thước lớn, giúp ngăn ngừa hiện tượng bám dính vào thùng Chức năng của cánh nâng là nâng vật liệu lên cao và sau đó đổ xuống, tạo ra hiệu ứng mưa hạt, từ đó tăng cường hiệu quả sấy khô.
- Cánh đảo phân chia (phân phối): dùng với vật sấy có kích thước nhỏ hơn, dễ chảy.
- Cánh đảo hình quạt: được dùng cho trường hợp vật sấy có kích thước lớn và có trọng lượng riêng lớn.
Cánh đảo trộn là thiết bị lý tưởng cho việc sấy các vật liệu có kích thước nhỏ như bột Các dạng cánh đảo trộn bao gồm: cánh nâng, đổ; cánh phân chia; cánh hình quạt; và cánh đảo trộn Những thiết kế này mang lại nhiều ưu điểm trong quá trình sấy, giúp tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy.
+ Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100kg ẩm bay hơi/m 3 h.
+ Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.
+ Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn Do đó trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Vật liệu sấy là bắp hạt đã được rửa sạch và ráo nước, sau đó được đưa vào buồng chứa và nhập liệu vào thùng sấy qua hệ thống gầu tải Bắp hạt có độ ẩm ban đầu 22% và chuyển động cùng chiều với tác nhân sấy, là không khí được gia nhiệt qua khói lò Để đảm bảo nhiệt độ phù hợp, khói lò cần được hòa trộn trước khi vào caloriphe Dòng tác nhân sấy được gia tốc bằng quạt đẩy và quạt hút Thùng sấy có hình trụ, nghiêng 3-5 độ so với mặt phẳng ngang, và được hỗ trợ bởi hệ thống con lăn Quá trình quay của thùng được thực hiện nhờ động cơ và hộp giảm tốc Bên trong thùng, các cánh nâng giúp nâng và đảo trộn vật liệu, tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy, từ đó cải thiện quá trình truyền nhiệt và bay hơi ẩm Nhờ độ nghiêng của thùng, vật liệu được vận chuyển dọc theo chiều dài thùng.
Sau khi đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sẽ đạt độ ẩm cần thiết từ 12% đến 13% để bảo quản Sản phẩm bắp (ngô) sau khi sấy sẽ được chuyển vào buồng tháo liệu và sau đó được băng tải đưa ra ngoài để đóng gói, phục vụ cho việc bảo quản hoặc chế biến Dòng tác nhân sấy sau khi qua buồng sấy chứa nhiều bụi, nên cần được xử lý qua hệ thống lọc bụi để tránh ô nhiễm không khí Hệ thống này sử dụng cyclon đơn với hai cyclon ghép song song, giúp lọc bụi hiệu quả Không khí đã lọc sẽ được thải ra môi trường, trong khi bụi lắng sẽ được thu hồi và xử lý riêng.
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
2.1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
2.1.1 Các thông số tác nhân sấy
- G1, G2: lượng vật liệu trước và sau khi sấy (kg/h)
- ω1, ω2: độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy (%)
- W: lượng ẩm được tách ra khỏi vật liệu (kg/h)
- L: lượng không khí khô (kkk) tuyệt đối qua máy sấy (kg/h)
- do: hàm ẩm của không khí ngoài trời (kg ẩm/kg kkk)
- d1: hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk)
- d2: hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk).
- Ho enthapy của không khí ngoài trời (kcal/kgkkk).
- H1 enthapy của không khí trước khi vào buồng sấy (kcal/kgkkk).
- H2 enthapy của không khí sau khi sấy (kcal/kgkkk).
Tra theo bảng đồ thị H – d của không khí ẩm
Độ ẩm nguyên liệu trước khi sấy w1 = 25% = 0,25
Độ ẩm nguyên liệu sau khi sấy: w2 = 12% = 0,12
Nhiệt độ môi trường sấy: to = 30 o C
Hình 2 1 Đồ thị H-d của không khí ẩm
Tác nhân sấy: không khí
Trạng thái A: Trước khi vào Caloripher
Không khí tại Tp HCM có t o = 30 o C có độ ẩm tương đối φ%
Trạng thái B: Trước khi vào thùng: chọn nhiệt độ sấy t U 0 C.
Trạng thái C: Sau khi ra khỏi thùng
Sấy lý thuyết: tra đồ thị ramdzim ta được bảng sau
Thông số A ( điểm ban đầu) Điểm B Điểm C
Nhiệt độ( 0 C) 30 55 35 Độ ẩm tương đối (%) 80 25
Hàm lượng hơi ẩm d(g/kgkkk) 22 22 30
Tính cân bằng vật chất
Phương trình cân bằng vật chất
G1 = 1200(kg /h) Năng suất sản phẩm
2 = 1200 100−25 100−12 = 1022,72 (kg/h) Lượng hơi ẩm bốc trong 1 giờ
Lượng không khí khô cần thiết để bốc 1 kg ẩm l = d 1
(30−22) 10 −3 = 125 (kgkkk/kg ẩm) Tổng lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy
Tính cân bằng năng lượng
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết: q = H d 2 − H o
Bảng 2.1 Thông số của quá trình sấy
Với quá trình sấy thực tế tổn thất nhiệt là 10%:
Lượng hơi nước đưa vào calorifer m = Q 3 r = 171,2271 2202 = 0,078 (kg/s) Trong đó : r = 2202 (kJ/kg) là ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước ở 120 o C (Trang 135-[5]).
Hình 2.1: Thông số vật lý của hơi nước trên đường bão hòa
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Vật liệu sấy là ngô(bắp) hạt, có các thông số vật lý cơ bản như sau:
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy : 1 %%
Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: 2 %
Khối lượng riêng của hạt vật liệu: r = 1000-1300 kg/m 3 (phụ lục 4/330-[3])
Khối lượng riêng khối hạt: r = 600-850 kg/m3 (phụ lục 4/230-[3])
Kích thước bắp hạt (phụ lục 3/220-[3])
Dường kính tương đương:dtđ =7,5mm
Năng suất nhập liệu: G1 = 1200 kg/h.
Nhiệt dung riêng của vật kiêu khô: Ck = 1.2 – 1.7 kJ/kg.K (Trang 20- [1])
3.1.1 Tính toán đường kính và chiều dài thùng sấy
Khối lượng riêng của vật liệu: ρvl = 650 (kg/m 3 )
Nhập liệu ban đầu: m = 1200 (kg/h)
Thể tích vật liệu trong thùng:
Mà Vvl chiếm 25 – 30% Vthùng Ta chọn 30%
Thể tích thùng đã chọn:
Vậy ta chọn Dt = 1,2 (m); Lt = 7,2 (m).
3.1.2 Tính toán bề dày cách nhiệt của thùng
Máy sấy cần lớp cách nhiệt để giữ nhiệt hiệu quả và đảm bảo an toàn cho công nhân làm việc gần đó Thông thường, bọc lớp bông thủy tinh được sử dụng để cách nhiệt cho máy sấy, giúp giảm thiểu mất mát nhiệt.
3.1.2.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy α 1
Bảng 3 1 Các hệ số của không khí bên trong thùng sấy
- Chế độ chảy của tác nhân trong thiết bị:
Quá trình truyền nhiệt trong thùng sấy được xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy rối, nơi mà sự trộn lẫn của các lớp lưu chất diễn ra cả trong và ngoài trục dòng chảy Trong trường hợp này, có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên, và tập trung vào truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức giữa tác nhân sấy và thành thiết bị.
Hệ số cấp nhiệt α1 α1 = Nu λ D k t = 366,08 1,2 0,0279 = 8,5 (W/m 2 K)
3.1.2.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh α 2
Bảng 3 2 Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy
4 Áp suất hơi p b bar Tran g 135-
Nhiệt độ thành ngoài của thùng, tiếp xúc với không khí, được chọn là t4 = 35 o C Đây là nhiệt độ lý tưởng để đảm bảo rằng nhiệt từ tác nhân sấy, sau khi truyền qua vách thùng và lớp cách nhiệt, không còn nóng, giúp đảm bảo an toàn cho người làm việc.
Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên nhiệt độ xem như không đổi khi truyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ.
Hình 3 1 Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng
Trong đó: δ1: bề dày thân thùng δ2:bề dày lớp cách nhiệt δ3:bề dày lớp bảo vệ
Bảng 3 3 Các bề dày thùng và vật liệu
Giá trị chọn(m) Vật liệu
Bề dày lớp cách nhiệt
Bề dày lớp bảo vệ
3 0,001 Inox 22 Đường kính ngoài của thùng sấy:
= 9,81.1,228 3 ( 35−30 ) ¿ ¿ = 1,170.10 9 Chuẩn số Nussel từ thành thùng sấy ra môi trường là đối lưu nhiệt tự nhiên:
Pr -Chuẩn số Prandtl theo giá trị tra (bảng V.3 Trang 16-[9]), tại 30 o C
Hệ số cấp nhiệt α2: α2 = Nu λ D o ng = 91,38 2,67.10 −2
Hệ số truyền nhiệt tổng quát K:
Bề mặt truyền nhiệt gồm diện tích xung quanh và diện tích 2 mặt cầu của thùng:
3.1.3 Kiểm tra bề dày thùng
Vật liệu chế tạo thùng chọn là Inox, có các tính chất sau:
Bảng 3 4 Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng
Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
2 Giới hạn an toàn đơn vị
Hệ số bền mối hàn
Thùng sấy có hình dạng nằm ngang, chế tạo bằng phương pháp hàn, thùng làm việc ở áp suất khí quyển.
Hệ số hiệu chỉnh đối với thiết bị có bọc cách nhiệt, chọn n = 0,95. Ứng suất cho phép:
Trong đó [σ*] tra (Hình 1.1 Trang 15-[6]).
Nên bề dày thùng tối thiểu thùng được xác định theo công thức:
- Hệ số bổ sung kích thước:
Bảng 3 5 Các hệ số bồ sung kích thước cho bề dày thùng
Hệ số bổ sung kích thước
Hệ số bồ sung do ăn mòn hóa học
Ca 0 Đối với vật liệu bền trong môi trường có độ ăn mòn hóa học không lớn hơn 0,01mm/năm
Hệ số bổ sung Cb 0
Do nguyên liệu là các hạt rắn bào mòn cơ học động, va đập trong thiết bị Giá trị Cb chọn theo thực nghiệm.
Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo
Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép làm thùng
Hệ số quy tròn kích thước
C = Ca + Cb + Cc + Co = 0 + 0 + 0 + 2,87 = 2,87 (mm)
1200 = 0,0025 < 0,1 Nên ta có công thức áp suất cho phép trong thân thiết bị:
Vậy thùng sấy có bề dày là 3 mm, thỏa điều kiện làm việc p < [p].
3.1.4 Tính chọn cánh đảo trộn
Sử dụng cánh nâng bằng Inox có các thông số đặc trưng sau:
Góc gấp của cánh nâng: ∆ φ0 °
Thông số đặc trưng cho cấu trúc cánh: D h
D T 2 =0,122 (Bảng 6.1/177 [13]) h: Chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu
Dt: Đường kính thùng quay
Fc: Bề mặt chưa vật liệu của cánh
Chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu: h
Diện tích bề mặt chứa vật liệu của cánh:
Theo các kí hiệu kích thước trên hình của cánh đảo trộn ta có:
Hình 3 2 Kích thước cánh đảo
Chọn các thông số cho cánh:
Chiều cao cánh đảo: a = 80 (mm)
Số cánh trên một mặt cắt: 12 cánh
0,765 3,53 (cánh) ta chọn 104 (cánh) Khối lượng một cánh nâng: m=ρ V c =ρ F c dy00.0,176 4 10 −3 =5,561 (kg)
Khối lượng của cánh trong thùng: m cánh = z m = 104.5,561 = 578,34 (kg).
3.1.5 Chọn kích thước của các chi tiết trong thiết bị thùng quay
Thân thùng trước và sau của thùng quay:
- Chiều dài thùng trước d = 1500 (mm)
- Chiều rộng thùng trước r = 880 (mm)
- Chiều cao thùng trước h = 1560 (mm)
- Kích thước thùng sau tương tự như thùng trước.
- Miệng phễu lớn hình vuông cạnh dài: a = 890 (mm)
- Miệng phễu lớn hình vuông cao: h = 100 (mm)
- Miệng phễu nhỏ hình vuông cạnh dài: b = 180 (mm)
Con quay phân phối nguyên liệu:
Cửa tác nhân sấy vào và ra
- Cửa tác nhân sấy vào dv = 210 (mm)
- Cửa tác nhân sấy ra dr = 210 (mm).
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
4.1.1 Chọn kích thước cho ống truyền nhệt
- Chọn ống bằng Inox λ = 22 W/m.K (Trang 125-[10]).
- Chọn đường kính ngoài của ống: d2 = 0,05 (m)
- Chọn đường kính trong của ống: d1 = 0,048 (m)
Tác nhân sấy (không khí)
Nhiệt độ vào to 30 o C Nhiệt độ ra t1 55 o C
Hơi đốt (hơi nước bão hòa) Áp suất p 1,954at
Nhiệt độ ngưng tụ tc 120 0 C
Tính hệ số nhiệt độ trung bình
Ta có: Δtmax = tc – to = 120 – 30 = 90 o C Δtmin = tc – t1 = 120 – 55 = 65 o C
Δtlog Δ max − Δ min ln Δ max Δ min
4.1.2 Tính hệ số cấp nhiệt hơi nước đến thành ống α1 Ở tc = 120 o C tra bảng ta được (Trang 135-[5]) λn = 0,02593 W/m.độ v = 11,46.10 -6
Ta chọn vận tốc trong ống w1 = 30 (m/s)
Re > 10 4 và L/d < 50 tra bảng ta được ɛl = 0,042 (Bảng 1.4 Trang 20-[5])
Chuẩn số Nusselt: Nu = 0,018.ɛl.Re 0,8 = 0,018.1,042.125654,45 0.8 = 225,15
Hệ số cấp nhiệt α1 α1 = Nu λ d 1
4.1.3 Tính hệ số cấp nhiệt không khí trong calorifer α2 Ở t1 = 55 o C tra bảng ta được (Trang 135-[5]) λn = 0,0283 W/m.độ v = 17,95.10 -6
Ta chọn vận tốc trong calorifer w2 = 5 (m/s)
Ta sử dụng ống thẳng
Chuẩn số Nusselt: Nu = 0,21 ɛφ.Re 0,65 ɛφ tra theo góc tới φ (góc giữa chiều chuyển động của dòng và đường trục của ống) φ = 90 o ɛφ = 1
Hệ số cấp nhiệt α2: α 2= Nu λ d 2
Hệ số truyền nhiệt tổng quát K:
Xác định mặt truyền nhiệt
- Lượng nhiệt do caloriphe cung cấp qs = 3699,11 Qs = qs w = 3699,11 177,27 = 655741,2297 ( kj/h)
- Lượng nhiệt cung cấp trong 6h:
- Lượng nhiệt thực tế do caloriphe cung cấp:
- Vậy số ống trong Caloriphe : n = F ng ố F = 0,30772 37,9 = 130 ống
- Ta chọn số ống xếp hàng là i = 13
- Khoàng cách từ ống này đến ống kia : 0,03 m
- Khoàng cách ống ngoài cùng đến caloriphe: 0,03 m
- Số ống xếp theo hàng ngang: m = n i = 130 13 = 10 ống
Chọn kích thước lớp bảo vệ cho calorifer là 0,04 (m)
Chọn ống hơi vào và ống hơi ra có d = 0,06 (m)
Chọn ống khí vào và ống khí ra có d = 0,21 (m)
Chọn côn lắp ống khí vào và ống khí ra có h = 0,5 (m).
Bề dày cánh δc = 0,0005 (m) Đường kính cánh dc = d2 = 2.l + δc = 0,05 + 0,0005 = 0,0505 (m)
Tính bước cánh: sc = tc + δc =0,01 + 0,0005 = 0,0105 (m)
Số cánh trên 1 ống: nc = S l c = 0,0105 1,5 = 142,85 (cánh)
CHỌN THIẾT BỊ PHỤ
Caloriher là thiết bị quan trọng trong quá trình sấy, giúp đốt nóng không khí trước khi đưa vào hầm sấy Trong kỹ thuật sấy, có hai loại caloripher phổ biến: caloripher khí-hơi và caloripher khí khói Đối với việc sấy bắp bằng phương pháp sấy thùng quay, với nhiệt độ tác nhân sấy không quá cao, loại caloripher khí-hơi là sự lựa chọn tối ưu.
Caloripher khí-hơi là thiết bị trao đổi nhiệt với vách ngăn, trong đó chứa hơi bão hòa ngưng tụ và không khí chuyển động bên ngoài Hệ số trao đổi nhiệt khi ngưng tụ của hơi nước rất lớn so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa bề mặt ống và không khí Do đó, để tăng cường hiệu quả truyền nhiệt, phía không khí thường được thiết kế với cánh Hơi nước trong ống có áp suất thấp, với nhiệt độ bão hòa đạt 80 o C.
Quạt là thiết bị vận chuyển tác nhân sấy trong hệ thống sấy Để chọn loại quạt có số hiệu bao nhiêu cần phải xác định được:
Trở lực mà quạt phải khắc phục…
3.3 Chọn động cơ kéo tời
Cyclon là một thiết bị hình trụ tròn với miệng dẫn khí vào ở phía trên Khi không khí vào cyclon, nó sẽ chuyển động xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ Đến phần phễu, dòng khí sẽ đảo chiều và di chuyển ngược lên trên theo đường xoắn ốc, sau đó thoát ra ngoài qua ống tâm.
Nguyên lý hoạt động của cyclon dựa trên việc hạt bụi trong không khí chảy xoáy bị cuốn theo dòng khí, khiến chúng di chuyển ra xa tâm quay nhờ lực ly tâm Trong quá trình này, hạt bụi cũng chịu tác động của sức cản không khí, dẫn đến việc chúng dần dần di chuyển về phía vỏ ngoài của cyclon Khi va chạm với vỏ cyclon, hạt bụi mất động năng và rơi xuống phễu thu, từ đó được xả ra ngoài qua thiết bị xả.
Hình 3.4: thiết bị lọc bụi cyclon
