Chọn phương án sấy, thiết bị sấy, tác nhân sấy, thông số chế độ sấy, nhiên liệu sử dụng

Chương 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY, THIẾT BỊ SẤY, TÁC NHÂN SẤY, THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ SẤY, NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG I. Chọn phương án sấy: Hệ thống sấy đối lưu gồm các dạng: 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, VLS được đặt cố định trên quá trình sấy hoặc xe goòng nên cố định trong suốt quá trình sấy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 chộn được trong quá trình sấy, đó là những VLS: Tấm gỗ, gạch, ngói … Trong khi đó thóc rất dễ xáo chộnKhông dùng thiết bị này. - 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Không dùng để sấy thóc. - HTS phun: Chỉ dùng để sấy các dung dịch huyền phùKhông dùng 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 chộn đều cùng TNSSản phẩm sấy đồng đều. Hơn nữa việc phân vùng TNS nóng – lạnh cũng dễ dàngáp dụng được hiệu ứng A.V.Luikov. - HTS thùng quay: Cũng như HTS tháp, HTS này cũng rất phù hợp để sấy hạt. VLS được xáo chộn nhờ cánh xáo chộn 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 chộn đồng hơn nhiều so với THS tháp do có cánh xáo chộn được dẫn động nhờ một động cơ quay. Nhưng cũng điều này mà nó chỉ hiệu quả khi sấy với năng suất trung bình còn khi sấy với năng suất lớn thì việc dẫn động cho thùng quay cũng đòi hỏi tốn kém và phức tạp. - HTS tầng sôi: Ngay tên gọi của HTS ta đã hình dung được VLS luôn xáo chộn trong quá trình sấy. VLS phù hợp vẫn là dạng hạt, dưới tác dụng của TNS với thông số thích hợpVLS luôn bồng bềnh. Quá trình sấy liên tục do hạt khô nhẹ sẽ ở phần trên của lớp sôi lấy ra khỏi TBS. Trong HTS tầng sôi, truyền nhiệt và ẩm giữa TNS và VLS là rất tốt nên trong các HTS hạt hiện có thì sấy tầng sôi có năng suất lớn, thời gian sấy nhanh và VLS được rất đều. Như vậy 3 HTS tháp – thùng quay – tầng sôi đều phù hợp cho sấy thóc. Nhưng xét về chi phí đầu tư và chất lượng sản phẩm thì sấy tháp phù hợp hơn cả cho sấy thóc khu vực Hà Nam. HTS này có chi phí đầu tư thấp hơn cả, việc xáo chộn VLS là do chính trọng lực của nó gây ra, không cần phải tác động bên ngoài như : Quay: HTS thùng quay cần có động cơ để làm quay thùng tốn công suất cho động cơ. Bồng bềnh: HTS tấng sôi, TNS phải có áp lực nhất định thì mới thổi lớp VLS thành màng bồng bềnh. Và hơn cả là VLS vẫn đảm bảo yêu cầu. Thóc sấy đạt độ ẩm từ 20% xuống 15%, có độ ẩm tương đối đồng đều. Còn nếu sản phẩm sấy đòi hỏi có yêu cầu cao hơn thì việc chọn HTS thùng quay và tầng sôi là rất phù hợp. II. Chọn thiết bị sấy, tác nhân sấy, nhiên liệu: II.1. Chọn thiết bị sấy: Trong HTS (sấy đối lưu) tác nhân sấy có nhiều dạng: Không khí – khói – hơi. Mỗi loại lại có những tính chất khác nhau phù hợp cho từng HTS và đặc biệt là vật liệu sấy. VLS của ta ở đây là thóc do đó ta chọn TNS là khói là rất phù hợp bởi vì: +Thóc có lớp vỏ trấu bên ngoài khi sấy bằng khói sẽ không làm ảnh hưởng tới chất lượng của hạt gạo. +Khói là TNS rẻ tiền nhất vì không cần tới caloriphe mà chỉ cần buồng hoà trộn, chi phí nhỏ hơn rất nhiều. Như vậy khói vừa đảm bảo được là TNS lại tạo ra kinh tế hơnKhói là TNS phù hợp nhất. +Bên cạnh đó khói cũng có nhược điểm: Trong khói có nhiều bụi cản trở dòng TNS, tốn năng suất cho quạt. Bụi cũng bám vào VLS làm bẩn sản phẩm II.2. Nhiên liệu sử dụng: Nhiên liệu cũng là yêu cầu cần đảm bảo cả kỹ thuật và kinh tế. Những nhiên liệu thường được chọn dùng trong HTS dùng phương pháp đối lưu như: Than, củi gỗ, trấu, ga… Như chúng ta biết Hà Nam nằm ở khu vực đồng bằng bắc bộ. Không như vùng Đồng Bằng sông cửu long vùng Đồng Bằng bắc bộ chấu chưa được sử dụng nhiều làm nhiên liệu. Tuy nhiên với đề tài này em sử dụng nhiên liệu là chấu với hy vọng trong tương lai không xa khu vực Đồng Bằng bắc bộ cũng có những nhà thu hồi và sản xuất chấu thành nhiên liệu đốt. Vì đa phần chấu không được sử dụng nhiều. Hệ thống máy ép củi trấu có chi phí 20 triệu đồng, công suất 70-80kg củi/giờ, tiêu thụ điện 6-7kWh; 1,05 kg trấu nguyên liệu sẽ cho ra 1kg củi trấu. Củi trấu duy trì sự cháy lâu hơn nấu trực tiếp bằng trấu hoặc than đá và có thể dùng rộng rãi trong sinh hoạt, sấy nông sản hàng hoá ở vùng nông thôn. Chúng có rất nhiều, nhưng việc chọn nhiên liệu nào thì còn phụ thuộc vào yếu tố nêu trên. Nhìn chung thì yêu cầu về kỹ thuật luôn được đáp ứngxét về mặt kinh tế, tức là việc chi phí thấp. III. Tính toán hệ thống sấy tháp: Tháp sấy với năng suất 12 tấn/mẻ, với thời gian 4,5 đến 6 giờ. Thời gian này là thời gian tính cho thóc được sấy nóng, do đó thời gian sấy thực tế sẽ lớn hơn do: VLS là thóc có độ ẩm lớn 28%, khi sấy cần đạt được 14% nên độ chênh ẩm là tương đối cao. Để độ ẩm được đồng đều trong VLS ta cần bố trí thêm một vùng làm mát. Điều này rất quan trọng, một là không gây ra ứng suất ẩm làm gãy hạt khi xay xát, hai là ta ứng dụng được thế sấy của A.V.LuiKov. Độ ẩm của VLS không được giảm quá nhanh, vì nếu nhanh thì TNS phải có thế sấy caonhiệt độ cũng sẽ caokhi cao quá nhiệt độ cho phép sẽ làm thay đổi thành phần dinh dưỡng trong thóc. Điều này hoàn toàn không có lợi, do đó ta tính toán để VLS dịch chuyển 2 lần qua tháp, đảm bảo ẩm giảm từ từ. III.1. Chọn sơ bộ kết cấu: Với những phân tích nêu trên thì tháp sấy được chia làm 3 vùng sấy, thêm 1 hệ thống băng tải để chuyển thóc lên sấy lần 2. Thóc được băng tải chuyển lên, trước khi vào các vùng sấy được đưa vào vùng chứa nằm ở đỉnh tháp. Vùng này có tác dụng phân phối thóc đi trong tháp đồng đều. Ba vùng sấy, đi từ trên xuống lần lượt là: Vùng sấy nóng 1, vùng làm mát 2 và cuối cùng vùng sấy nóng 3. Vùng làm mát là điểm đặc biệt của hệ thống sấy: Vùng 2 làm thay đổi chiều gardt, gardt cùng chiều với gardu ứng dụng thế sấy của A.V.LuiKovẩm dịch chuyển ở dạng lỏng từ trong VLS ra ngoài bề mặt, rồi ra khỏi VLS. Tuy nhiên cũng có trường hợp do tác nhân làm lạnh có độ ẩm cao, khi này ẩm lại có xu hướng chuyển ngược lại VLS, nhưng khi vào tới bề mặt VLS thì ẩm này bị ngăn lại do dòng ẩm lỏng từ trong VLS đi ra. Trường hợp này vùng làm mát chỉ có tác dụng làm đồng đều ẩm trong VLS, để qua các vùng sấy tiếp theo ẩm thoát ra được dễ dàng (ẩm trong VLS đã chuyển ra bề mặt VLS ). Các vùng trên đều là hình hộp chữ nhật. Phần cuối của tháp thu nhỏ dần sao cho lưu lượng thóc ra đúng như thiết kế. III.2. Chọn chế độ sấy: III.2.1. Phân giáng độ ẩm: VLS được sấy làm hai vòng qua tháp. Theo yêu cầu và kinh nhiệm ta lấy phân bố giáng ẩm trong các vùng sấy và vùng làm mát như sau: -Vòng sấy 1: Vùng sấy nóng thứ 1:  11= 28%;  21= 26%;  tb= 27% Vùng làm mát thứ 2 :  12=  21= 26%;  22= 24%;  tb= 25% Vùng sấy nóng thứ 3:  13=  22= 24%;  23= 20%;  tb= 22% -Qua băng tải: Ta xem như 1 quá trình làm mát và độ ẩm của VLS giảm đi 1%,  1bt= 21%;  2bt= 20%;  tb= 20,5% -Vòng sấy thứ 2: Vùng sấy nóng 1:  11=  2bt= 20%;  21= 17%;  tb= 18,5% Vùng làm mát 2:  12=  21= 17%;  22= 16%;  tb= 16,5% Vùng sấy nóng 3:  13=  22= 16%;  23= 14%;  tb= 15% III.2.2. Nhiệt độ TNS vào các vùng t1i: Theo kinh nhiệm nhiệt độ TNS vào các vùng trong HTS tháp đối với thóc là (600C70C0), nếu cao hơn thì sẽ làm thay đổi các thành phần dinh dưỡng trong hạt thóc. Trừ trường hợp là sấy lại thóc trong kho bảo quản, khi này ẩm thâm nhập vào thóc bảo quản nên ta phải sấy lại để khử lượng ẩm đó đi. Do hạt thóc có độ ẩm thấp rồi (từ 15% đến 16% so với thóc mới thu hoạch về đem sấy độ ẩm trên 20%) nên ta sấy với thời gian rất ngắn và TNS có nhiệt độ cao 100C0140C0. Khi sấy thóc ta xem không có thành phần ẩm tự do, mà chỉ có ẩm liên kết. Thành phần ẩm tự do trong quá trình chuẩn bị vào sấy đã bị sử lí qua. Như vậy VLS coi như sấy trong giai đoạn tốc độ giảm. Lúc đầu ẩm ở ngay bề mặt hạt thóc nhận nhiệt bốc hơi sau đó mới tới ẩm trong hạt thócnhiệt độ TNS vùng sấy nóng 3 sẽ cao hơn vùng sấy nóng 1, có vậy mới làm bay hơi ẩm ở trong hạt thóc ra. Ta chọn độ chênh này là 50C. Vùng làm mát 2 lấy ngay không khí ngoài trời thổi vào. Chọn nhiệt độ không khí ngoài trời làm mát khắc nhiệt, tức là nhiệt độ trung bình nóng nhất vào mùa hè ttbmax= 31,30C,  13-15 = 62%[12]. Cả hai vòng đều chọn nhiệt độ tác nhân sấy đầu vào như nhau. Trên cơ sở phân tích trên ta chọn phân bố nhiệt độ TNS vào các vùng như sau: Vùng sấy nóng 1: t11= 650C. Vùng làm mát 2 : t12= 33 0C. Vùng sấy nóng 3: t13= 700C. III.2.3. Thời gian sấy mỗi vùng: Khi sấy thóc trong các HTS tháp, thời gian sấy tùy thuộc độ ẩm của VLS và nhiệt độ TNS thường nằm trong khoảng (0,751,5h). Như vậy thời gian trong các vùng sấy nóng phải thoả mãn điều kiện trên. Thời gian làm mát cũng được chọn theo kinh nhiệm và bằng 1/2 thời gian sấy nóng. Thời gian sấy nóng ở mỗi vùng bằng nhau, gọi là  . Giả sử không có vùng làm mát thì theo cách phân tích trên và kết hợp với bài thì ta có: Thời gian  2 3 4 Vùng sấy 1 *1 *2 *3 *4 Vùng sấy 2 *2 *1 *2 *3 Sản phẩm *i: Chỉ lượng sản phẩm sấy của một vùng vào tháp lần thứ i Từ bảng trên thì sau 6. (h) thì mới xong một mẻ. Như vậy thời gian sấy thóc qua một vùng là:  = 4,5 4 = 1,125 (h) (Thoả mãn điều kiện kinh nhiệm) Do có vùng làm mát nằm giữa 2 vùng sấy nóng nên thời gian qua vùng làm mát của 1 vòng sẽ bằng  m=  = 1,125 2 = 0,562 (h). Thời gian qua vùng làm mát của cả mẻ là: 2. m=1,125 (h) III.2.4. Nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt: Theo công thức (10.11)[1] ta được nhiệt độ cho phép của hạt trong các vùng tương ứng là: (Do 2 vòng sấy đều giống nhau nên ta chỉ xét một vòng) th= 2,218 – 4,343.ln + tb 23,5 0,37 0,63.  ; Thay các giá trị vào ta được kết quả -Vùng sấy nóng 1: th1= 470C -Vùng sấy nóng 2: th2= 480C III.2.5. Nhiệt độ TNS ra khỏi các vùng: Theo điều kiện (11.1)[1] nhiệt TNS lớn hơn nhiệt độ hạt (50C10C0) thì nhiệt độ ra TNS t2 phải chọn theo điều kiện: t2i  (50C10C0) + thi Như vậy kết hợp với nhiệt độ cho phép trên đây ta có: -Vùng sấy nóng 1: t21 = th1 + 3 = 47 + 3 = 500C -Vùng làm mát 2: t22 = t12 + 5 = 33 + 5 = 38 0C -Vùng sấy nóng 3: t23 = th2 + 8 = 48 + 5 = 530C III.2.6. Nhiệt độ vào và ra khỏi các vùng của VLS: Chúng ta chọn nhiệt độ vào và ra khỏi các vùng theo nguyên tắc. Nhiệt độ vào vùng sau bằng nhiệt ra vùng trước. Trong đó nhiệt độ ra của các vùng sấy theo nhiệt độ TNS bằng quan hệ: tv2i = t2i – (5 0C10C0) Khi này ta có: *Vòng đầu: -Vùng sấy thứ 1: tv11= t0 = 330C; tv21 = 50 – 8 =420C -Vùng làm mát 2: tv12 = tv21 = 42 0C; tv22 = 39 0C -Vùng sấy thứ 3: tv13 = tv22 = 390C; tv23 = 53 – 8 = 45 0C *Vòng cuối: -Trong băng tải: tv1bt = 450C; tv2bt = t0 + 9 = 33 + 9 = 420C -Vùng sấy thứ 1: tv11= 420C; tv21 = 450C -Vùng làm mát 2: tv12 = tv21 = 45 0C; tv22 = 43 0C -Vùng sấy thứ 3: tv13 = tv22 = 430C; tv23 = 460C Sau khi VLS sấy xong, được một hệ thống băng tải đưa đến khu ủ thóc, nó có tác dụng làm hạ nhiệt độ tới nhiệt độ môi trường, đồng đều ẩm trong VLS => khi xay xát giảm tỷ lệ hạt bị gãy vỡ.