Đồ án: Thiết kế hệ thống tháp sấy thóc năng suất 1800 kg/h

Trọn bộ đồ án thiết kế tháp sấy thóc năng suất 1800 kg/h. Tài liệu bao gồm file thuyết minh chi tiết và full bản vẽ CAD để sinh viên tham khảo.

• Tác giả: Lê Thanh Huy
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Đình Khôi
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Quá trình thiết bị
• Đề tài: Thiết kế hệ thống tháp sấy thóc năng suất 1800kg khô/h
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Về Đồ Án Thiết Kế Tháp Sấy Thóc Full CAD

Đồ án thiết kế tháp sấy thóc full CAD là một dự án kỹ thuật quan trọng trong lĩnh vực xử lý nông sản. Tháp sấy thóc được thiết kế nhằm loại bỏ độ ẩm từ thóc, giữ nguyên chất lượng và tăng thời gian bảo quản. Bài viết này trình bày chi tiết quy trình thiết kế, mô hình 3D CAD và thuyết minh kỹ thuật của toàn bộ hệ thống. Đây là một công cụ hữu ích cho sinh viên ngành Nông nghiệp, Cơ khí và Kỹ thuật Công trình.

1.1. Định Nghĩa và Vai Trò của Tháp Sấy Thóc

Tháp sấy thóc là thiết bị chuyên dụng sử dụng không khí nóng để giảm độ ẩm của thóc từ 20-25% xuống còn 12-14%. Vai trò chính bao gồm: bảo vệ chất lượng hạt, phòng chống mốc và nấm bệnh, giảm tổn thất trong bảo quản, và tăng giá trị kinh tế sản phẩm. Tháp sấy được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy chế biến lúa hiện đại.

1.2. Ý Nghĩa Của Dự Án CAD Full

Thiết kế CAD full giúp tối ưu hóa từng chi tiết kỹ thuật, đảm bảo độ chính xác cao và hiệu suất hoạt động tối ưu. Mô hình 3D cho phép kiểm tra các khe hở, độ bền kết cấu, và khả năng lắp ráp. Thuyết minh chi tiết cung cấp thông tin toàn diện về vật liệu, kích thước, và nguyên lý hoạt động.

II. Cấu Trúc Chính và Thành Phần của Tháp Sấy Thóc

Tháp sấy thóc full CAD bao gồm các thành phần chính: phần thân tháp (body), hệ thống sưởi (heating system), hệ thống thông gió (ventilation), hệ thống nâng và trộn hạt (conveying system), hệ thống điều khiển nhiệt độ và độ ẩm (control system). Mỗi thành phần được thiết kế với độ chính xác cao để đảm bảo tính tương thích và hiệu suất tổng thể. Bản vẽ CAD chi tiết từng chi tiết giúp dễ dàng sản xuất và lắp ráp.

2.1. Phần Thân Tháp Tower Body

Phần thân được thiết kế dạng hình trụ có đường kính từ 2-4 mét, chiều cao từ 8-12 mét. Chất liệu sử dụng là thép không gỉ hoặc bê tông cốt thép để chống ăn mòn và đảm bảo độ bền. Thiết kế có các buồng tách từng tầng, cho phép thóc di chuyển từ trên xuống dưới bằng trọng lực.

2.2. Hệ Thống Sưởi và Thông Gió

Hệ thống sưởi sử dụng lò đốt nhiên liệu hoặc điện để nóng không khí lên 60-80°C. Quạt thông gió có công suất 30-50 kW, thổi không khí nóng vào buồng sấy. Hệ thống được trang bị cảm biến nhiệt độ và độ ẩm để điều chỉnh tự động, đảm bảo sấy đều và an toàn.

2.3. Hệ Thống Điều Khiển Tự Động

Bộ điều khiển PLC theo dõi nhiệt độ, độ ẩm, và thời gian sấy. Người vận hành có thể cài đặt chương trình sấy từng loại thóc khác nhau. Hệ thống tự động dừng máy khi thóc đạt độ ẩm mục tiêu, tiết kiệm năng lượng và đảm bảo chất lượng.

III. Quy Trình Thiết Kế CAD Chi Tiết

Quy trình thiết kế CAD bao gồm các bước: khảo sát yêu cầu kỹ thuật, vẽ bản phác thảo ban đầu, xây dựng mô hình 3D chi tiết, tính toán kết cấu và mô phỏng (simulation), kiểm tra xung đột (collision detection), và tạo bản vẽ thi công. Sử dụng phần mềm AutoCAD, SolidWorks hoặc CATIA để tạo mô hình chính xác. Mỗi chi tiết được ghi chú kích thước, công sai, và vật liệu theo tiêu chuẩn ISO.

3.1. Bước 1 Khảo Sát và Lập Thông Số Kỹ Thuật

Xác định công suất sấy (tấn thóc/ngày), loại thóc, điều kiện sấy (nhiệt độ, độ ẩm ban đầu, độ ẩm cuối). Tính toán kích thước tháp, lưu lượng không khí, công suất sưởi, thời gian sấy. Lập bảng thông số chi tiết làm cơ sở cho thiết kế CAD.

3.2. Bước 2 Mô Hình Hóa 3D và Mô Phỏng

Vẽ các thành phần riêng lẻ: thân tháp, buồng sấy, ống dẫn không khí, các kết nối. Lắp ráp các bộ phận thành mô hình toàn diện. Chạy mô phỏng dòng chảy không khí (CFD) để kiểm tra sự phân bố nhiệt đều. Kiểm tra độ bền cấu trúc bằng phân tích FEA.

3.3. Bước 3 Tạo Bản Vẽ Thi Công và Thuyết Minh

Xuất các bản vẽ 2D chi tiết từ mô hình 3D cho từng bộ phận và lắp ráp chung. Ghi chú đầy đủ kích thước, công sai, tiêu chuẩn vật liệu. Viết thuyết minh kỹ thuật bao gồm nguyên lý hoạt động, danh sách vật tư, hướng dẫn lắp ráp và vận hành.

IV. Lợi Ích và Ứng Dụng Thực Tiễn

Đồ án thiết kế tháp sấy thóc full CAD mang lại nhiều lợi ích: giảm thời gian thiết kế từ 6 tháng xuống còn 2-3 tháng, giảm lỗi sản xuất 30-40%, tối ưu hóa chi phí vật liệu, dễ dàng cải tiến và nâng cấp. Dự án có thể ứng dụng ngay vào sản xuất thương mại tại các nhà máy chế biếp lúa, công ty nông sản, hợp tác xã nông nghiệp. Ngoài ra, các sinh viên có thể sử dụng làm đồ án tốt nghiệp, bài tập lớn, hoặc cơ sở để phát triển các dự án khác.

4.1. Lợi Ích Kinh Tế và Kỹ Thuật

Tăng hiệu suất sấy lên 20-30% so với thiết kế cũ, giảm tiêu thụ năng lượng nhờ hệ thống điều khiển tối ưu. Giảm tổn hao thóc xuống dưới 1% nhờ sấy đều, bảo vệ chất lượng hạt. Chi phí đầu tư ban đầu cao nhưng tiết kiệm vận hành dài hạn.

4.2. Ứng Dụng Trong Giáo Dục và Nghiên Cứu

Đồ án phục vụ đào tạo sinh viên các ngành Cơ Khí, Nông Nghiệp, Kỹ Thuật Công Trình. Cung cấp mô hình thực tế để nghiên cứu, cải tiến công nghệ sấy. Có thể mở rộng thiết kế cho các loại nông sản khác như cà phê, cacao, lúa mạch.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về thóc (lúa) 1.1 Giới thiệu về cây lúa Cây lúa trồng có tên khoa học là Oryza sativa L., là cây trồng xuất hiện sớm, thuộc một trong những loài cây trồng cổ xưa nhất. là loài thân thảo sống hàng năm, thời gian sinh trưởng tùy theo các giống dài ngắn khác nhau, nằm trong phạm vi từ 60 đến 250 ngày. [1] Theo hệ thống phân loại thực vật, cây lúa được sắp xếp như sau: - Ngành (Divisio): Angiospermae - Thực vật có hoa - Lớp (Classis): Monocotyledones - Lớp một lá mầm - Bộ (Ordines): Poales (Graminales) - Hòa thảo có hoa - Họ (Familia): Poaceae/Gramineae - Hòa thảo - Phân họ (Subfamilia): Poidae - Hòa thảo ưa nước - Chi (Genus): Oryza - Lúa - Loài (Species): Oryza sativar - Lúa trồng Lúa là loài thực vật thuộc một nhóm các loài cỏ đã thuần dưỡng, được trồng nhiều nhất ở Trung Quốc, Việt Nam, Thái Lan, Campuchia, Myanmar, Ấn Độ,. Lúa sống một năm, có thể cao tới 1-1,8 m, đôi khi cao hơn, với các lá mỏng, hẹp khoảng (2-2,5 cm) và dài 50-100 cm.

Rễ chùm, có thể dài tới 2-3 m/cây trong thời kỳ trổ bông. Tuỳ thời kì sinh trưởng, phát triển mà lá lúa có màu khác nhau. Khi lúa chín ngả sang màu vàng. Các hoa nhỏ, màu trắng sữa, tự thụ phấn mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 35-50 cm.

Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại cây ngũ cốc) dài 5-12 mm và dày 1-2 mm. Cây lúa non được gọi là mạ. Sau khi ngâm ủ, người ta có thể gieo thẳng các hạt lúa đã nảy mầm vào ruộng lúa đã được cày, bừa kỹ hoặc qua giai đoạn gieo mạ trên ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt, sau một khoảng thời gian thì nhổ mạ để cấy trong ruộng lúa chính. Sản phẩm thu được từ cây lúa là hạt lúa, hay còn gọi 2 là thóc.

Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu. Gạo là nguồn lương thực chủ yếu của hơn một nửa dân số thế giới (chủ yếu ở châu Á và châu Mỹ Latinh), điều này làm cho nó trở thành loại lương thực được con người tiêu thụ nhiều nhất.2 Cấu tạo hạt lúa Hình 1.1 Cấu tạo hạt lúa Hạt lúa là cơ quan sinh sản, duy trì sự phát triển nòi giống của cây lúa. Hạt lúa về bản chất là một quả, bao gồm: - Mày thóc: Trong quá trình sấy, bảo quản, do sự cọ xát giữa các hạt thóc với nhau làm mày thóc rụng ra làm tăng lượng tạp chất trong thóc. - Vỏ trấu: Có hai mảnh, một mảnh to và một mảnh nhỏ ôm lấy nhau và có màu sắc khác nhau tùy giống.

Độ dày vỏ trấu từ 0,12-0,15 mm, chiếm tỷ lệ khoảng 10-18% khối lượng toàn hạt. Vỏ trấu có tác dụng bảo vệ hạt thóc, chống các ảnh hướng của môi trường và sự phá hoại của sinh vật, nấm mốc. 3 - Vỏ hạt gạo lật (hạt chưa xát): Thường chiếm một tỷ lệ khoảng 5,5-6,2% khối lượng hạt, tùy theo từng giống lúa và độ chín khi thu hoạch. Vỏ hạt gạo lật có thành phần chủ yếu là lipit và protit, cấu tạo gồm 4 lớp: vỏ bì, vỏ lụa, lớp cutin, lớp aleurone.

- Hạt gạo: Gồm 2 phần là nội nhũ và phôi + Nội nhũ được bao bọc bởi lớp vỏ cám. Màu sắc vỏ cám cũng khác nhau tùy theo giống. Nội nhũ là bộ phận dự trữ chất dinh dưỡng để nuôi phôi và khi hạt nảy mầm, nó cung cấp chất dinh dưỡng cho phôi phát triển thành cây lúa non. + Phôi nằm ở phía cuống hạt lúa.

Khi đủ điền kiện nảy mầm thì phát triển thành rễ và mầm giúp cây lúa bắt đầu một chu kì sinh trưởng phát triển mới. Cấu trúc thực vật của quả lúa quyết định tính chất cơ lý của quả và hạt gạo, ảnh hưởng đến sự lựa chọn giải pháp kỹ thuật, thiết bị, chất lượng trong quá trình bảo quản, sơ chế chúng.3 Thành phần hóa học có trong thóc (lúa) [2] Tinh bột gạo là nguồn cung cấp năng lượng calo chủ yếu để duy trì sự sống cho con người. Ở Việt Nam, thóc (lúa) giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn lương thực, thực phẩm. Ngoài ra nó còn là cây trồng đóng góp tỷ suất lớn trong ngành nông nghiệp nước ta, tiêu biểu là khu vực đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long.

Thành phần hóa học của hạt thóc gồm chủ yếu là tinh bột, protein, cellulose. Ngoài ra trong hạt thóc còn chứa một số chất khác với hàm lượng ít hơn so với 3 chất kể trên như đường, vitamin, muối khoáng, chất béo, … 4 Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong hạt thóc (lúa) Thành phần Hàm lượng các chất (%) hóa học Nhỏ nhất Lớn nhất Trung bình Protein 6,66 10,43 8,74 Tinh bột 47,70 68,00 56,20 Cellulose 8,74 12,22 9,41 Tro 4,68 6,90 5,80 Đường 0,10 4,50 3,20 Chất béo 1,60 2,50 1,90 Dextrin 0,80 3,20 1,30 1.1 Các gluxit Các gluxit của thóc ngoài tinh bột là thành phần chủ yếu còn có đường, cellulose, hemicellulose, dextrin. Thành phần cấu tạo tinh bột lúa tẻ khoảng 17% amylose và 83% amylopectin, còn trong tinh bột lúa nếp hầu như không có amylose mà gần như 100% là amylopectin. Amylopectin là thành phần quyết định tính dẻo của loại thóc.

Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột thóc khoảng 65-70ºC.2 Protein Protein của thóc gồm chủ yếu là globulin và glutelin (orizein) Bảng 1.2 Thành phần của các acid amin trong protein của gạo xay Axit amin Hàm lượng (%) Axit amin Hàm lượng (%) Tryptophan 1,08 Valin 06,99 Threonine 3,92 Acginin 05,76 Izolơxin 4,69 Histidin 01,68 Lizin 3,95 A. Glutamic 13,69 Xictin 1,36 Glyxin 06,84 Penylalanin 5,03 Prolin 04,84 Tirozin 4,57 Xerin 05,08 Lơxin 8,61 Alanin 03,56 1.3 Chất béo Chất béo có trong hạt thóc chủ yếu tập trung ở phôi và lớp aloron. Trong thành phần chất béo của thóc có 3 acid chính, đó là acid oleic, linolic và palmitic. Các acid béo khác như acid stearic, miristic, arakhic, linosteric có với hàm lượng rất nhỏ.

Ngoài ra trong chất béo của thóc còn có một lượng lizolixitin và phosphorus.3 Thành phần hóa học của chất béo của thóc Hàm lượng (%) Acid béo Trong khoảng Trung bình Oleic 41,0 - 45,6 42,3 No Linolic 27,6 - 36,7 30,6 Miristic 0,1 - 0,3 0,2 Palmitic 12,3 - 17,3 15,5 Chưa no Stearic 1,8 - 2,6 2,1 Arakhic 0,5 - 0,7 0,6 Linosteric 0,4 - 0,9 0,7 1.4 Chất khoáng Chất khoáng phân bố không đồng đều trong các phần của hạt thóc, chủ yếu tập trung ở các lớp vỏ. Chất khoáng nhiều nhất trong hạt thóc là phosphorus. Phosphorus phân bố nhiều ở các lớp vỏ hạt, do đó sau khi xát kĩ thì lượng phosphorus của gạo bị mất đi khá nhiều. Chất khoáng nhiều nhất trong vỏ trấu là silicon.

Chất khoáng nhiều nhất trong phôi lúa là Phosphorus, kalium và magnesium và có 83% Phosphorus của phôi hạt ở dạng phitin, 13% ở dạng acid nucleic.4 Tính chất vật lý của thóc (lúa) Theo thống kê, thóc mới thu hoạch thường có độ ẩm cao nên một số giống có thể nảy mầm, men mốc và nấm dễ phát triển làm cho thóc bị hư hoặc kém chất lượng. Thông thường, độ ẩm của thóc khi mới thu hoạch là từ 20-27%. Để thóc không bị hư hỏng hoặc giảm chất lượng thì trong vòng 48 giờ sau khi thu hoạch phải làm khô thóc để độ ẩm chỉ còn dưới 20%, sau đó cần tiếp tục xử lý. Tuỳ theo nhu cầu làm khô thóc để xay xát ngay hoặc để tồn trữ lâu dài hoặc để làm giống mà yêu cầu làm khô và công nghệ sấy khác nhau.

Quá trình sấy phải làm sao để độ ẩm thoát ra từ từ nhằm đạt được độ ẩm mong muốn đồng thời đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ trong hạt thóc so với bên ngoài là nhỏ 7 nhất. Độ ẩm an toàn của thóc cho bảo quản phụ thuộc vào tình trạng thóc, khí hậu cũng như điều kiện bảo quản. Khi thóc có độ ẩm từ 13-14% (cắn thử hạt thóc thấy giòn), có thể bảo quản được từ 2-3 tháng, nếu muốn bảo quản dài hơn 3 tháng thì độ ẩm của thóc tốt nhất từ 12-12,5%. Độ ẩm thóc, công nghệ sấy cũng ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi gạo và tỷ lệ gạo gãy trong quá trình xay xát, độ ẩm thích hợp cho quá trình xay xát từ 13-14%.5 Các đặc tính chung của khối lúa 1.1 Tính tan rời a.

Khái niệm Nhiều cá thể tập trung lại thành một khối hạt, vị trí giữa các hạt hầu như không thay đổi nhưng có khả năng biến động ở một mức độ nhất định. Khả năng này gọi là tính tan rời hay tính lưu động. Đối với khối thóc, tính tan rời là đặc tính khi đổ thóc từ độ cao h xuống mặt phẳng nằm ngang, thóc tự dịch chuyển để tạo thành khối có dạng chóp nón, không có hạt nào dính liền với hạt nào. Góc tạo thành bởi đường sinh với mặt phẳng đáy nằm ngang của hình chóp gọi là góc nghỉ hay góc nghiêng tự nhiên của khối hạt.

Đặc điểm Độ rời của khối hạt được đặc trưng bằng 2 hệ số: - Góc nghỉ tự nhiên: về trị số thì góc nghỉ tự nhiên bằng góc ma sát giữa hạt với hạt nên còn gọi là góc ma sát trong, kí hiệu φ. Dựa vào độ tan rời này để xác định sơ bộ chất 1 lượng và sự thay đổi chất lượng của thóc trong quá trình sấy và bảo quản. Đối với thóc, góc nghỉ khoảng từ 32 ÷ 40o - Góc trượt: nếu ta để hạt trên một mặt phẳng và bắt đầu nghiêng mặt phẳng này cho tới khi hạt bắt đầu trượt thì góc giới hạn giữa mặt phẳng ngang và mặt phẳng trượt gọi là góc trượt (góc ma sát ngoài), kí hiệu φ. 2 Góc nghỉ và góc trượt càng lớn thì độ rời càng nhỏ, ngược lại góc nhỏ thì khả năng dịch chuyển lớn, nghĩa là độ rời lớn.

8 Cách xác định góc nghỉ của khối hạt Cách xác định góc trượt của hạt Hình 1.2 Các góc của khối hạt c. Các yếu tố ảnh hưởng Độ rời của khối hạt dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào các yếu tố: - Kích thước, hình dáng và trạng thái bên ngoài của hạt: Hạt có kích thước dài có độ rời nhỏ hơn so với hạt có kích thước ngắn. Hạt tròn có độ rời lớn hơn hạt dẹt. Hạt có bề mặt nhẵn thì có độ rời lớn hơn hạt có bề mặt xù xì.

- Lượng và loại tạp chất trong khối hạt: Tạp chất trong khối hạt càng cao, đặc biệt là nhiều tạp chất rác thì độ rời càng nhỏ. - Độ ẩm của khối hạt càng cao thì độ rời càng giảm.2 Tính tự phân loại a.