Thạc Sĩ Nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy ngô hạt năng suất 3.0 tấn/mẻ sử dụng năng lượng khí hóa gas từ lò đ

Luận văn thạc sĩ năm 2011
Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY NGÔ HẠT NĂNG SUẤT 3.0 TẤN/MẺ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG KHÍ HÓA GAS TỪ LÒ ĐỐT NHIÊN LIỆU THAN ĐÁ CHẤT LƯỢNG THẤP

MỤC LỤC
LỜI NÓI ðẦU . vii
Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ðỀ TÀI 3
1.1. ðẶC ðIỂM CẤU TẠO, THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ CÔNG DỤNG
CỦA HẠT NGÔ 3
1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC SẤY NGÔ HẠT 6
1.3. ðẶC ðIỂM VÀ YÊU CẦU CÔNG NGHỆ SẤY NGÔ HẠT 7
1.3.1. Một số ñặc ñiểm của ngô hạt 7
1.3.2. Yêu cầu công nghệ của việc sấy ngô hạt 9
1.4. THIẾT BỊ SẤY NGÔ HẠT TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC . 10
1.4.1. Thiết bị sấy tĩnh . 10
1.4.2. Thiết bị sấy ñộng . 12
1.5. CÔNG NGHỆ KHÍ HOÁ THAN VÀ ỨNG DỤNG ðỂ SẤY NÔNG SẢN .17
1.5.1. Công nghệ khí hoá than 17
1.5.2. Ứng dụng công nghệ khí hoá ñể sấy hạt nông sản 20
1.6. MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI 22
1.6.1. Mục ñích nghiên cứu . 22
1.6.2. Nhiệm vụ nghiên cứu 23
Chương 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ðỊNH ẢNH HƯỞNG
CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ðẾN QUÁ TRÌNH SẤY 24
2.1. Vật liệu và thiết bị thí nghiệm 24
2.1.1. Vật liệu thí nghiệm 24
2.1.2. Thiết bị thí nghiệm 25
2.1.3. Dụng cụ thí nghiệm . 25
2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 26
2.3. Phương pháp xác ñịnh một số thông số của quá trình sấy . 27
2.4. Kết quả thí nghiệm . 28
2.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy T(
o
C) . 28
2.4.2. Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy v (m/s) 30
Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY .32
3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY . 32
3.1.1. ðộ ẩm cân bằng . 32
3.1.2. Các dạng liên kết ẩm với vật liệu 34
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
iv
3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sấy 35
3.1.4. Sự bay hơi ẩm từ bề mặt vật liệu sấy 36
3.1.5. Sự di chuyển ẩm ở bên trong vật liệu . 37
3.1.6. ðộng học quá trình sấy . 38
3.2. CƠ SỞ TÍNH TOÁN LÒ ðỐT KHÍ HOÁ GAS . 42
3.2.1. Cơ sở tính toán công nghệ . 42
3.2.2. Thành phần gas . 43
3.2.3. Hiệu suất khí gas . 43
3.2.4. Nhiên liệu khí gas 44
Chương 4: LỰA CHỌN SƠ ðỒ NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ TÍNH
TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY . 48
4.1. LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY NGÔ . 48
4.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY . 51
4.2.1. Tính toán thiết kế buồng sấy . 51
4.2.1.1. Lựa chọn ñiều kiện sấy 51
4.2.1.2. Tính các thông số cơ bản của quá trình sấy . 52
4.2.1.3. Quá trình sấy lý thuyết . 53
4.2.1.4. Xác ñịnh các kích thước cơ bản của buồng sấy . 61
4.2.1.5. Quá trình sấy thực 63
4.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ KHÍ HOÁ THAN . 69
4.3.1. Lựa chọn nguyên lý thiết kế lò ñốt tạo khí gas . 69
4.3.2. Quá trình hình thành khí gas . 70
4.3.3. Xác ñịnh các thông số của lò ñốt khí hoá tạogas . 73
4.4. TÍNH VÀ CHỌN QUẠT . 75
4.4.1. Năng suất quạt gió . 75
4.4.2. Áp suất toàn phần của quạt gió . 75
4.4.3. Công suất cần thiết của quạt gió . 77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78
KẾT LUẬN . 78
KIẾN NGHỊ 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của những bộ phận chính của hạt ngô (%) 4
Bảng 1.2. ðộ ẩm bảo quản của ngô và một số loại hạtnông sản . 10
Bảng 1.3. Các thông số kỹ thuật của khí than, gas, dầu ñốt . 19
Bảng 1.4. So sánh hiệu quả kinh tế giữa ñốt khí than với ñốt gas, dầu FO và
dầu DO 20
Bảng 2.1. Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng củanhiệt ñộ tác nhân sấy x
1
. 29
Bảng 2.2. Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy x2tới hàm Y
j
. 30
Bảng 4.1. Thành phần hoá học của than . 73
Bảng 4.2. Thành phần hoá học của gas than ñá 73
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
vi
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu tạo của hạt ngô . 3
Hình 1.2. Máy sấy tĩnh vỉ ngang . 11
Hình 1.3. Thiết bị sấy kiểu tuynel . 12
Hình 1.4. Thiết bị sấy tháp 13
Hình 1.5. Thiết bị sấy kiểu thùng quay . 14
Hình 1.6. Thiết bị sấy tầng sôi 15
Hình 1.7. Thiết bị sấy băng tải . 16
Hình 1.8. Sơ ñồ hệ thống thiết bị sấy hạt theo chukỳ . 17
Hình 1.9. Lò sinh khí than . 18
Hình 1.10. Quá trình hình thành khí gas trong lò sinh khí . 18
Hình 2.1. Ngô hạt nguyên liệu 24
Hình 2.2. Tủ sấy vạn năng ED-240 . 25
Hình 2.3. Thiết bị ño tốc ñộ gió 407112 . 26
Hình 2.4. Máy ño ñộ ẩm Kett 26
Hình 2.5. Sơ ñồ các yếu tố vào và ra của thiết bị sấy . 26
Hình 2.6. Sơ ñồ vị trí lấy mẫu trên khay sấy . 27
Hình 2.7. ðồ thị ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy x
1ñến các hàm Y
j
. 29
Hình 2.8. ðồ thị ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy x
2ñến các hàm Y
j
31
Hình 3.1. ðường cong ñộ ẩm cân bằng của các vật liệu . 33
Hình 3.2. Các ñường ñẳng nhiệt tiêu biểu 33
Hình 3.3. ðường cong sấy 38
Hình 3.4. ðường cong tốc ñộ sấy 40
Hình 3.5: ðường cong nhiệt ñộ của vật liệu sấy . 41
Hình 4.1. Hệ thống thiết bị sấy ngô hạt SNH-3.0. 48
Hình 4.2. Sơ ñồ hệ thống sấy sử dụng khói lò làm tác nhân sấy 52
Hình 4.3. Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên ñồ thị I – d 54
Hình 4.4. Các kích thước cơ bản của buồng sấy . 62
Hình 4.5. ðồ thị I – d biểu diễn quá trình sấy thực . 63
Hình 4.6. Sơ ñồ nguyên lý lò khí sinh khối 70
Hình 4.7. Sơ ñồ nguyên lý làm việc lò ñốt khí hóa . 71
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TB: Trung Bình
TL: Trọng lượng
TV: Thành viên
TH: Tổng hợp
HTS: Hệ thống sấy
TNS: Tác nhân sấy
VLS: Vật liệu sấy
TN: Thí nghiệm
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
1
LỜI NÓI ðẦU
Một ñất nước muốn phát triển thì không thể thiếu nguồn năng lượng ñể
phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt. Nguồn năng lượngnày có sẵn trong thiên
nhiên hoặc do con người tạo ra như: than ñá, dầu mỏ, thủy ñiện nhưng làm
thế nào ñể khai thác, sử dụng hợp lý và tận dụng nguồn tài nguyên, khoáng
sản nhằm phát triền ñất nước ñồng thời không gây ô nhiễm môi trường, không
lãng phí là vấn ñề cần ñược chú ý quan tâm.
Các nguồn năng lượng như: ðiện, khí hoá lỏng (gas), dầu ñốt (FO và DO) và
than ñá là những nguồn năng lượng truyền thống ñượcsử dụng phổ biến trong
sản xuất nói chung và sản xuất nông nghiệp nói riêng. Gas và dầu có ưu ñiểm
cấp năng lượng sạch, dễ ñiều chỉnh và ñiều khiển tựñộng hoá cao. Nhược
ñiểm lớn nhất của gas và dầu là giá thành quá cao, làm cho sản phẩm khó
cạnh tranh về giá cả .Do ñó ta cần tìm một loại nhiên liệu khác có giá trị sử
dụng tương ứng với gas và dầu, nhưng giá thành phảihạ hơn, hạ giá thành sản
phẩm và tăng sức cạnh tranh về giá cả thị trường .ðó chính là công nghệ khí
hoá than.
Khí hoá than là quả trình chưng cất than tại mứcñộ cao nhất trong
buồng kín ñể chuyển hoá thành nhiệt hoá học ở thể khí - gas (khí than) với
thành phần cháy chủ yếu là: CO, H
2 ,CH
4
.dùng làm nhiên liệu trong công
nghiệp và dân dụng có giá trị cao. ðó là một quả trình hoá học nhiệt lượng, nó
hoàn toàn không giống với việc sử dụng lò ñốt trực tiếp bằng than, không có
bộ phận lọc bụi than nên ảnh hưởng ñến sức khoẻ người công nhân, gây ô
nhiễm môi trường, khó ñiều chỉnh nhiệt ñộ sấy, trong một số trường hợp gây
rủi ro cho sản phẩm sấy. Dùng khí hoá gas từ than sử dụng trong quá trình sấy
có một số ưu ñiểm sau:
Chủ ñộng nguồn nguyên liệu trong nước, tiết kiệm chi phí nhiên liệu ñến
50 – 70% so với dùng gas và 40 – 50% so với dùng dầu, ñầu tư tiết kiệm hơn
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
2
nhiều so với công nghệ nhiệt năng khác, dễ sử dụng,không gây bụi, không
gây ô nhiễm cho ngưòi sản xuất và môi trường, ñiều khiển tự ñộng hoá dễ
dàng, khống chế, ñiều chỉnh nhiệt ñộ trong lò sấy tự ñộng, .
Từ những ưu ñiểm trên, xuất phát từ tình hình sản xuất thực tế, nếu dùng
khí hoá gas từ nhiên liệu than ñá chất lượng thấp ñể ứng dụng trong quá trình
sấy sẽ nâng cao hiệu suất sử dụng nhiệt, tiết kiệm nhiên liệu và không gây ô
nhiễm môi trường. Dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Như Khuyên
Trưởng Bộ môn Thiết bị Bảo quản và Chế biến Nông sản Khoa Cơ ðiện
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, chúng tôi thực hiện ñề tài: “Nghiên
cứu thiết kế hệ thống sấy ngô hạt năng suất 3.0 tấn/mẻ sử dụng năng lượng
khí hóa gas từ lò ñốt nhiên liệu than ñá chất lượngthấp”.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
3
Chương 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ðỀ TÀI
1.1. ðẶC ðIỂM CẤU TẠO, THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ CÔNG
DỤNG CỦA HẠT NGÔ
a. Cấu tạo hạt ngô
Hạt ngô ñược cấu tạo bởi 5 thành phần chính là: màyhạt, vỏ hạt, lớp aloron,
nội nhũ và phôi hạt. Sơ ñồ cấu tạo của hạt ngô ñượcthể hiện trên hình 1.1.
Mày hạt: là phần lồi ra ngoài ở cuối hạt, mày hạt là bộ phận dính hạt vào
lõi ngô.
Hình 1.1. Cấu tạo của hạt ngô
1- vỏ hạt; 2- lớp aloron; 3- nội nhũ (miền nhiều sừng);
4- nội nhũ (miền tinh bột); 5,6 – phôi, mầm; 7- màyhạt.
Vỏ hạt: là lớp màng mỏng bao bọc quanh hạt ñể bảo vệ hạt, nó ñược cấu
tạo từ 3 lớp tế bào khác nhau và chứa các chất màu như vàng, tím, tím hồng.
Lớp aloron: nằm dưới lớp vỏ hạt, cấu tạo từ các tế bào hình tứ giác có
thành dày. thông thường lớp aloron không có màu nhưng cũng có thể có màu
xanh do bị nhiễm sắc thể từ vỏ ngoài. Khối lượng vỏvà lớp aloron chiếm 5 -11% khối lượng toàn hạt.
Nội nhũ: chiếm 75 – 83% khối lượng hạt và chứa ñầy tinh bột, ñược phân
biệt thành hai miền khác nhau về hình dáng, cấu trúc tế bào và thành phần hoá
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
4
học của tinh bột. Miền ngoài màu vàng nhạt, ñặc và cứng như sừng (gọi là miền
sừng), miền trong màu trắng, xốp, nhiều gluxit, ít protein (gọi là miền bột).
Phôi hạt: nằm ở phần ñầu nhỏ của hạt, dưới lớp aloron, chứa tất cả các tế
bào phát triển của các quá trình sống. Phôi hạt cấutạo từ các tế bào mềm,
chứa các chất giàu dinh dưỡng như protein, lipit, vitamin và phần lớn các
enzym. Phôi hạt có kích thước và khối lượng lớn hơnso với phôi của các loại
hạt cốc khác, thường chiếm 10 – 14% khối lượng hạt.
b. Thành phần hoá học của hạt ngô
Thành phần hoá học của hạt ngô phụ thuộc vào cấu trúc lý học của hạt,
yếu tố di truyền và môi trường, quá trình chế biến và những mối liên kết khác
trong chuỗi thực phẩm. Thành phần hoá học của nhữngbộ phận chính của hạt
ngô ñược ghi trong bảng 1.1.
Trong bảng 1.1 ta thấy, những bộ phận chính của hạtngô có thành phần
hoá học khác nhau. Vỏ hạt có lượng chất xơ thô cao,vào khoảng 87 %, chúng
ñược cấu thành bởi hemixelluloza 67 %, xenllulôza 23 % và lignin 0,1 %.
Nội nhũ chứa hàm lượng tinh bột cao 87,6% và hàm lượng protein khoảng
8,6%, hàm lượng chất béo tương ñối thấp (0,8%). Phôi có lượng dầu thô cao,
trung bình khoảng 33%. Phôi có chứa nhiều hàm lượngprotein và chất [5]
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của những bộ phận chính của hạt ngô (%)
Thành phần hoá học Vỏ hạt Nội nhũ Phôi hạt
Protein
Chất béo
Chất xơ thô
Tro
Tinh bột
ðường
2,7
1,0
86,7
0,4
6,8
2,4
8,0
0,8
2,7
0,3
87,6
0,60
18,4
33,2
8,8
10,5
8,3
10,8
Sự phân bố thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡngtrong hạt ngô có liên
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
5
quan nhiều ñến việc bảo quản và chế biến ngô.
c. Công dụng của hạt ngô
Ngô ñược sử dụng với ba mục ñích chính: làm lương thực cho người, thức
ăn gia súc và nguyên liệu cho nhiều sản phẩm công nghiệp.
Ngô là thực phẩm cho người, nó ñược coi là loại lương thực có giá trị dinh
dưỡng cao: giàu chất ñạm, tinh bột, chất béo và nhiều vitamin. Trong các loại
lương thực chính là gạo, ngô, khoai, sắn thì ngô cócác thành phần protein,
lipit và chất khoáng cao hơn hẳn.
Phần lớn các nước Trung Mỹ ñều dùng ngô làm thức ănchính trong bữa
ăn hàng ngày. ở nhiều nước châu Âu và châu Mỹ rất nhiều ñồ ăn làm bằng
tinh bột ñược sản xuất từ hạt ngô như bánh kẹo, ñồ hộp , ở nước ta, ngô
cũng là thực phẩm quen thuộc và ñược dùng thay một phần gạo ñối với vùng
ñồng bằng và làm lương thực chính cho người dân miền núi.
Ngô làm thức ăn gia súc: trong hạt ngô có nhiều tinh bột, chất ñạm, chất
béo nên nó chính là thức ăn lý tưởng cho nhiều loạigia súc và là nguồn thức
ăn chủ yếu ñể chăn nuôi.
Ngô ñược dùng rộng rãi trong ngành công nghiệp thựcphẩm, y dược, hoá
học, luyện kim, Tinh bột ñược dùng trong công nghiệp chế biến rượu, bia,
ñồ giải khát, . Ngô còn ñược chế biến thành ñường gluco destrin dùng cho
sản xuất bánh kẹo, keo dán. ðường ngô sản xuất trênquy mô lớn ngày càng
nhiều, giá thành có sức cạnh tranh với ñường mía vàñường củ cải,
Trong những năm gần ñây, xu hướng sử dụng ngô làm lương thực giảm
dần và việc sử dụng ngô làm thức ăn gia súc tăng nhanh. Ở châu Á và cận
ðông, lượng ngô làm thức ăn gia súc tăng gấp ba lầnsử dụng làm lương thực.
ở châu Phi giá trị ấy gấp hai lần. Mỹ là nước sử dụng ngô làm thức ăn gia súc
lớn nhất với tốc ñộ tăng hàng năm 1,7%.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1- Hoàng Văn Chước (1997), Kỹ thuật sấy, NXB Khoa học Kỹ thuật,.
2- Phạm Lê Dần, Nguyễn Công Hân (1999), Công nghệ lò hơi và mạng nhiệt,
NXB Khoa học Kỹ thuật.
3- Bùi Hải, Dương ðức Hồng, Hà Mạnh Thư (2001), Thiết bị trao ñổi nhiệt,
NXB khoa học và Kỹ thuật.
4- Nguyễn Văn May (2002), Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm, NXB Khoa
học Kỹ thuật.
5- Trần Như Khuyên và cộng sự (2010), Giáo trình kỹ thuật chế biến nông
sản, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội.
6- Nguyễn Văn Phú (2001), Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo
dục
7- Trần Văn Phú (2000), Hệ thống sấy công nghiệp và dân dụng, NXB Khoa
học Kỹ thuật.
8- Phạm Văn Trí, Dương ðức Hồng, Nguyễn Công Cần (1999), Lò công
nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật
9- Nguyễn Tường Tấn, Nguyễn Công Bằng (1982), Thiết bị lò hơi, NXB
Công nhân kỹ thuật.
10. Trương Thị Toàn (2009), Sử dụng năng lượng tái tạo, Trường ðH Nông
Nghiệp Hà Nội.
11- Phạm Xuân Vượng, Trần Như Khuyên (2006), Kỹ thuật sấy nông sản,
NXB Nông Nghiệp
TIẾNG ANH
12- C.M.Van’t Land. Industrial Drying Equipment( Selection & Application).
Akzo chemical B.V. Deventer, Netherlands.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
80
13- Dennis R. Heldman, R. Paul Singh (1980), Food process engineering, An
avi Book Published by Vannostrand Reinhold NewYork.
14- P. Fellows (1990), Food Processing Technology Principles & Practice,
Department Catering Management. Oxford Polytechnic.
15- Holmal J (1992), Heat Transfer. Mc Craw-Hill. NewYork.
16- Nevekin L.C.(1985) Drying & Technique in drying. Science and
Technologycal Publising.
17- www.gso.gov.vn (tổng cục thống kê)
18-www.tanphatjsc.vn/home.aspx