Study and testing of the rotary dryer

การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

การศึกษาและทดสอบเครื่องอบแหงแบบโรตารี่ Study and testing of the rotary dryer

นายธีระ ไชยโก1 ,นายอลงกรณ สุวรรณ1 และ เทวรัตน ทิพยวิมล2 Theera Chaiyago1,Alongkorn Suwan1 and Tawarat Tipyavimol2 นักศึกษาปริญญาตรี1, อาจารยที่ปรึกษา2, Undergraduate student1, Advisor2 Email address: jo_sut@hotmail.com1, al_suwan@hotmail.com1, tawarat@sut.ac.th2 สาขาวิชาวิศวกรรมเกษตร สํานักวิชาวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี 30000 โทรศัพท 044-224225 School of Agricultural engineering, Institute of Engineering, Suranaree university of technology 30000 Tel. 044-224225

g n ri

e e in

l a r

g n E

u t l uางานของเครื่องอบแหงแบบโรตารี่ตนแบบที่สรางขึ้น โครงการนี้มีวัตถุประสงคเพื่อศึกษาการและทดสอบการทํ c i rสุรนารี โดยทําการทดสอบอบแหงวัสดุเกษตร 2 ชนิดคือ มัน โดยศูนยความเปนเลิศทางดานชีวมวล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยี g สําปะหลังและกะลา+ใย มะพราว ผลการศึกษาพบวA า เครื่องอบแหงแบบโรตารี่ที่สรางขึ้นมีหนาตัดเปนรูป 8 เหลี่ยมดานเทา f ปริมาตรทั้งหมด 41.93 m ยาว 22 m ใชพลัo งงานความรอนจากการเผาไหมแกสชีวมวลที่ไดจากกระบวนการ gasification y จากการทดสอบอบแหงมันสําปะหลัtงเป นเวลา 2.35 ชั่วโมงพบวาสามารถลดความชื้นจากความชื้นเริ่มตน 55.8 %wb เหลือ e i ่อนที่ของมันสําปะหลังจากทางเขาถึงทางออกโรตารี่เทากับ 47.12 นาที อุณหภูมิเฉลี่ย 36.5 %wb เวลาที่ใชในการเคลื c ทางเขา 198.25 C อุณo หภูมิเฉลี่ยทางออก 41.5 C สําหรับผลการทดสอบกะลาและใยมะพราวดวยเครื่องอบแบบโรตารี่ S เปนเวลา 3 ชั่วiโมง ความชื้นกะลาเริ่มตน20.71 %wb ลดลงเหลือ 12.25 %wb ความชื้นใยมะพราวเริ่มตน60.37 %wb a ลดลงเหลื อ 28.68 %wb อุณหภูมิเฉลี่ยทางเขา 129.8 C อุณหภูมิเฉลี่ยทางออก 65 C h T บทคัดยอ

3

o

o

o

o

คําสําคัญ : เครื่องอบแหงแบบโรตารี่ การอบแหง

ABSTRACT The objective of this project was to study and test a prototype of rotary dryer that built the Center of Excellence in biomass, Suranaree University of Technology. Two type of agricultural products, cassava chip and coconut shell and fiber used to test drying. The result of studies found that the cross section of the dryer is octahedron, 41.93 m3 of total volume, and 22 m. of long and using thermal energy from the combustion gas from biomass gasification process.

Of cassava drying test at 2.35 hours is found to reduce the moisture content from of 55.8% wb to 36.5%wb, and time to move cassava chip from inlet to outlet is 47.12 minutes. Average inlet and outlet hot air temperature are 198.25 °C and 1

การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

41.5 °C respectively. For the results of coconut shell and fiber drying with 3 hour are reduce the moisture content of coconut shell from 20.71%wb to 12.25 %wb and coconut fiber from 60.37%wb to 28.68 %wb. Average inlet and outlet hot air temperature are 129.8 °C and 65 °C respectively.

Keywords: Rotary dryer, drying

บทนํา การลดคามชื้นเปนกระบวนการหลังการเก็บเกี่ยวที่สําคัญกระบวนการหนึ่ง เนื่องจากชวยยืดอายุในการเก็บรักษา ผลผลิตทางการเกษตร และเปนการเตรียมวัสดุใหมีความเหมาะสมตอการใชประโยชนในกระบวนการผลิตอื่นๆ อยางเชน การเตรียมเชื้อเพลิงชีวมวลซึ่งไดจากไม กะลามะพราว และทางปาลมใหมีความชื้นตามที่ตองการเปนตน วิธีการลด ความชื้นสามารถทําไดหลายวิธี วิธีที่งายที่สุดคือการตากแดดเนื่องประหยัดในดานพลังงาน แตก็มีขอจํากัดคือ หาก ตองการทําแหงเปนปริมาณมากก็ทําใหตองเสียพื้นที่มาก และการลดความชื้นยังขึ้นอยูกับสภาวะอากาศอีกดวย ดังนั้นเพื่อ เป น การลดขอ เสี ย ที่ก ลา วมาของการลดความชื้ น ดวยการตากแดด เครื่อ งอบแหง จึงเข ามามีบ ทบาทสํ าคัญ ทั้ง ในภาค เกษตรกรรมและอุตสาหกรรม โดยเครื่องอบแหงแบบโรตารี่ก็เปนเครื่องอบแหงชนิดหนึ่งที่นิยมใชงานทั้งนี้เนื่องจาก เครื่องอบแหงชนิดนี้การมีลักษณะที่ไมยุงยาก สามารถใชงานไดที่อุณหภูมิสูงและอบแหงอยางตอเนื่องไดในปริมาณมาก อีกทั้งความสามารถใหผลิตภัณฑที่อบแหงมีความชื้นสม่ําเสมอ ทั้งๆที่ความชื้นของวัสดุที่ปอนเขาอาจเปลี่ยนแปลงอยางไม สม่ําเสมอ(วิวัฒน, 2522) วัสดุที่เหมาะสมกับการอบแหงดวยเครื่องอบแบบนี้จะมีลักษะเปนชิ้น หรือพวกเมล็ดพืชที่มี ความชื้นสูง (สมชาติ, 2540) ซึ่งจากการศึกษาการอบแหงขาวเปลือกดวยเครื่องอบแหงแบบหมุน ชนิดใหความรอนโดย ออม ของยงยุทธ (2529) พบวา เมื่ออบแหงขาวเปลือกแลวนําขาวเปลือกมาตากผึ่งลม 1 ชั่วโมง กอนอบเที่ยวตอไป จะให อัตราการอบแหงสูงสุดโดยคุณภาพขาวเปลือกดีกวาการตากแดด และจากการศึกษาของ ไพบูลย (2533) ในการอบแหง ขาวโพดดวยเครื่องอบแหงแบบหมุนพบวาความสิ้นเปลืองพลังงานของเครื่องอบแหงขึ้นอยูกับมวลขาวโพดที่คางอยูใน เครื่องอบแหง (hold- up) โดยเมื่อปริมาณขาวโพดเพิ่มขึ้นความสิ้นเปลืองพลังงานจะนอย โดยทั่วไปมวลที่คางอยูในถังควร มีคาประมาณ 10-15 % ของปริมาตรถัง นอกจากนี้ยังขึ้นอยูกับความชื้นของขาวโพดดวยโดยมีความสิ้นเปลืองเพิ่มขึ้นเมื่อ ความชื้นลดลง จากการที่ทางศูนยความเปนเลิศทางชีวมวล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารีไดทําการศึกษาตนแบบโรงไฟฟาชีว มวลสุรนารีซึ่งตองการเชื้อเพลิงชีวมวลจํานวนมากในการผลิตกระแสไฟฟาดวยเทคโนโลยีแกสซิฟเคชั่นซึ่งเชื้อเพลิงชีวมวล ที่ใชตองมีความชื้นอยูประมาณ 15% แมวาปกติจะใชวิธีลดความชื้นดวยการตากแดด ซึ่งมีตนทุนต่ําแตในกรณีฤดูฝนจะไม สามารถลดความชื้นดวยวิธีดังกลาวไดทําใหเกิดปญหาเตรียมเชื้อเพลิงไมทันแกการเดินระบบตอเนื่องได ทางศูนยความ เปนเลิศทางชีวมวล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารีจึงไดพัฒนากระบวนการเตรียมเชื้อเพลิงชีวมวล โดยไดทําการสราง เครื่องอบแหงแบบโรตารี่เพื่อใชอบแหงเชื้อเพลิงชีวมวลโดยมีเปาหมายตองการเชื้อเพลิงชีวมวลอยางนอยวันละ 3 ตัน ดังนั้นโครงงานนี้จึงมีวัตถุประสงคเพื่อศึกษาและทดสอบการทํางานของเครื่องอบแหงเชื้อเพลิงชีวมวลแบบโรตารี่ที่สราง ขึ้น

g n ri

e e in

t e ci

g A f

u t l ir cu

l a r

g n E

o y

o S i a h

T

อุปกรณและวิธีการ เครื่องอบแหงโรตารี่ตนแบบที่ทําการศึกษา เปนเครื่องอบอบแหงหนาตัด 8 เหลี่ยมดานเทา มีจํานวนถังอบ 3 ตัว ตอกันปริมาตรทั้งหมด 41.93 m3 ยาว 22 m มอเตอรขับเคลื่อนถังอบแหงขนาด 7.5 hp จํานวน 3 ตัว สวนอัตราการหมุน ควบคุมดวยชุดทดรอบ ความเร็วรอบถังอบเทากับ 1 rpm มีลอและลูกกลิ้งเปนชิ้นสวนที่รองรับการหมุนของถังอบแหง 2

การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

มอเตอรที่ใชขับพัดลมเปาอากาศขนาด 1 hp เพื่อเปาลมรอนทางดานปอนวัสดุอบของเครื่องอบ เครื่องอบแบบโรตารี่แบบ โรตารี่เปนแบบใหความรอนแบบผสม มีการใหความรอนโดยตรงชนิดไหลตาม(ลมรอนสัมผัสกับวัสดุอบแหงโดยตรง) และใหความรอนโดยออม(ความรอนถายเทผานทอลมรอนโดยการนําความรอน) เพื่อปองกันการติดไฟจากการอบวัสดุชีว มวล มีใบพาที่ติดอยูที่ผนังถังอบตามแนวเสนรอบวงเปนตัวชวยในการเคลื่อนที่ไปขางหนาของวัสดุอบและชวยใหเกิดการ ตักวัสดุอบเพื่อใหเกิดตกลงมาดวยแรงโนมถวงของโลกและปะทะกับกระแสลมรอน ความรอนที่ใชในการอุนอากาศมาจาก แกสชีวมวลที่ไดจากกระบวนการ gasification ในขณะที่โรงไฟฟาชีวมวลทํางาน ลักษณะของเครื่องอบแหงตนแบบ แสดง ในภาพที่ 1 ไซโคลนใชในการดักฝุนและระบายไอน้ํา

g n ri

e e in

มอเตอรขนาด 7.5 HP และชุดทดรอบใช ขับเคลื่อนโรตารี่ตัวที่ 1 มีทั้งหมด 3 โรตารี่

t e ci

g A f

u t l ir cu

l a r

g n E

ชองทางออกวัสดุอบแหง

ทอที่ขอตอที่ 2 สําหรับระบายไอน้ําและฝุน

o y

ทอนําลมรอนกลับมาใชใหม

o S i a h

ทอลมรอน

T

ทอนําแกสจากโรงไฟฟาชีวมวลไปใชกับ เครื่องอบโรตารี่

Blower เปาลม

ชองสําหรับปอนวัสดุ

ภาพที่ 1 ลักษณะสวนประกอบของเครื่องอบแหงโรตารี่

3

การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

การทดสอบอบแหงวัสดุชีวมวลดวยเครื่องอบแหงโรตารี่จะแบงออกเปน การทดสอบอบแหงมันสําปะหลัง และ การอบแหงกะลา+ใยมะพราว ในการอบแหงมันสําปะหลัง ใชมันสําปะหลังซึ่งผานการทําความสะอาดและหั่นเปนชิ้นดวย เครื่องสับปริมาณ 2000 กิโลกรัม ปอนเขาเครื่องอบแหงดวยสายพานลําเลียงดังแสดงในภาพที่ 2 ทําการจับเวลาเพื่อหา ระยะเวลาในการเคลื่อนที่ของชิ้นมันภายในหองอบ และทําการสุมตัวอยางชิ้นมันที่ทางออกมาหาความชื้นโดยทําการวัด จํานวน 3 รอบ ในระหวางการอบแหงทําการวัดวัดอุณหภูมิของอากาศอบแหงตามแนวยาวของเครื่องอบแหงโดยใชสาย เทอรโมคัพเปล Type K ตอกับเครื่องบันขอมูล

g n ri

e e in

u t l ir cu

l a r

g n E

g A f อนมันเขาสูหองอบแหงดวยสายพานลําเลียง ภาพที่ 2 ลักษณะการป o y t e สําหรับการอบแหงiกะลาและใยมะพร าวทําการทดสอบเชนเดียวกับการทดสอบอบแหงมันสําปะหลังแตไดมีการ c พัฒนาเครื่องอบแหงโดยการติ o ดตั้งทอลมเพื่อเพิ่มอัตราการไหลของอากาศรอนในหองอบแหง S i a ผลการทดลองและอภิปรายผล h T จากการทดสอบเครื่องอบโรตารี่โดยทดสอบกับมันสําปะหลังและกะลามะพราวไดผลดังนี้ ผลการทดสอบอบแหงมันสําปะหลัง ความชื้นของมันสําปะหลังที่ลดลงหลังจากการอบดวยเครื่องอบแหงแบบโรตารี่จํานวน 3 รอบ (2.35 ชั่วโมง) น้ําหนักกอนอบ 2000 kg bulk density กอนอบ 519.54 kg/m3 อัตราการไหลของแกส 250 m3/ hr ความเร็วรอบถังอบ เทากับ 1 rpm ความชื้นเริ่มตนมันสําปะหลัง 55.8%wb ลดลงเหลือ 36.5 %wb แสดงวาแตละรอบของการอบความชื้น ลดลง 6.4 %wb หรือ 8.2%wb /ชั่วโมง ซึ่งแสดงโดยภาพที่ 3

4

การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน 60

ความชื้น (%wb)

50 40 30 20 10 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

เวลา (นาที)

ภาพที่ 3 แสดงความสัมพันธระหวางความชื้นกับเวลาในการอบแหงมันสําปะหลัง

g n ri

เนื่องจากความชื้นสุดทายของมันสําปะหลังลดลงเหลือ 36.5 %wb ซึ่งเปาหมายของการอบอยูที่ความชื้น สุดทาย 15 %wb ทําใหในการอบครั้งตองไปตองทําใหวัสดุที่ใชอบเคลื่อนที่ในโรตารี่ชาลงกวานี้ เวลาในการเคลื่อนที่ตอ 1 รอบของการทดสอบครั้งนี้แสดงดังภาพที่ 4 และผลจากการวัดอุณหภูมิของหองอบพบวาอุณหภูมิลมรอนที่ใชในการ อบแหงลดลงตามความยาวของหองอบแหงทั้งนี้เนื่องจากมีการสูญเสียความรอนออกจากผนังหองอบ ซึ่งเปนอุณหภูมิที่ต่ํา อาจเปนสาเหตุหนึ่งที่ทําใหความชื้นสุดทายของมันสําปะหลังไมได 15 %wb โดยภาพที่ 5 แสดงอุณหภูมิภายในหอง อบแหงที่วัดไดในตําแหนงตางๆ

e e in

u t l ir cu

l a r

g n E

ความยาว

g A f

ทางเขา

t e ci

o y

ทางออก

เวลาที่ใช 47.12 นาที

o S iภาพที่ 4 แสดงระยะเวลาที่ใชในการเคลื่อนที่ของมันสําปะหลังจากทางเขาถึงทางออกโรตารี่ a h

T

ทางออก

ทางเข

198.25

50.25

61.25

41.5 oC

ภาพที่ 5 แสดงอุณหภูมิเฉลี่ยที่ตําแหนงตางๆ ของโรตารี่

5

การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

ผลการทดสอบอบกะลา+ใยมะพราว ความชื้นใยมะพราวจากการสุมวัดความชื้น ใชเวลาอบ 3 ชั่วโมงความชื้นการอบดวยเครื่องอบแหงแบบโรตารี่ อัตราการไหลของแกส 250 m3/ hr ความเร็วรอบถังอบเทากับ 1 rpm ความชื้นใยมะพราวเริ่มตน 60.37 %wb ลดลงเหลือ 28.68 %wb แสดงวาความชื้นลดลง 10.56%wb / ชั่วโมงซึ่งแสดงโดยภาพที่ 6 80 70

ความชื้น (%wb)

60 50 40

g n ri

30

e e in

20 10 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

g n E 3

3.5

3

3.5

l a r ภาพที่ 6 แสดงความสัมพันธระหวางความชื้นกับเวลาในการอบแห งใยมะพราว u t l u ความชื้นกะลามะพราวจากการสุมวัดความชื้น ใชเวลาอบ i3cชั่วโมงไดผลดังนี้ ความชื้นกะลาเริ่มตน 20.71 %wb r g/ ชั่วโมงซึ่งแสดงโดยภาพที่ 7 ลดลงเหลือ 12.25 %wb แสดงวาความชื้นลดลง 2.82 %wb A f o y t ie c o S i a Th เวลา (ชั่วโมง)

25

ความชื้น (%wb)

20

15

10

5

0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

เวลา (ชั่วโมง)

ภาพที่ 7 แสดงความสัมพันธระหวางความชื้นกับเวลาในการอบแหงกะลามะพราว

6

การประชุมวิชาการโครงงานวิศวกรรมเกษตรแหงชาติ ครั้งที่ 16 29 มกราคม 2553 มหาวิทยาลัยขอนแกน

ผลจากการวัดอุณหภูมิของหองอบพบวาอุณหภูมิลมรอนที่ใชในการอบแหงลดลงตามความยาวของหองอบแหง ทั้งนี้เนื่องจากมีการสูญเสียความรอนออกจากผนังหองอบ แตเนื่องจากมีการนําตอลมรอนกลับมาใชใหมจึงทําใหอุณหภูมิ ภายในหองอบแหงไมลดลงมากเทากับการอบแหงมันสําปะหลังโดยภาพที่ 8 แสดงอุณหภูมิภายในหองอบแหงที่วัดไดใน ตําแหนงตางๆ

ทางออก

ทางเขา

129.8

106.6

83.4

o

65 C

g n ri

e e n ภาพที่ 8 แสดงอุณหภูมิเฉลี่ยที่ตําแหนงตางๆ ของโรตารี่สําหรับการอบแหงกะลาและใยมะพร าว i g n E สรุปและขอเสนอแนะ l จากการศึกษาการทํางานของเครื่องอบแบบโรตารี่ที่สรางขึ้นมีหนาตัด r8 a เหลี่ยมดานเทา ปริมาตรทั้งหมด 41.93 m uความรอนโดยตรงและโดยออมเนื่องจากวัสดุ ยาว 22 mโดยเครื่องอบแบบโรตารี่เปนแบบใหความรอนแบบผสมคือมีกlารให t ที่ใชในการอบนั้นเปนชีวมวลซึ่งมักจะเกิดการติดไฟไดงายจึงตc องมีu การใหความรอนผานการนําความรอนของทอลมรอน i เพื่อไมใหวัสดุชีวมวลถูกลมรอนโดยตรงแตก็มีการนําลมร อrนมาใชซ้ําตรงบริเวณทางปอนวัสดุเนื่องจากลมรอน ณ จุดนี้มี g Aจากการทดสอบการทํางานของเครื่องอบแบบโรตารี่โดยใชกับมัน อุณหภูมิไมสูงมากจึงสามารถใชลมรอนไดโดยตรง f สําปะหลังและกะลามะพราวเปนวัสดุทดสอบได ผลดังนี้ผลการทดสอบเครื่องอบความชื้นสุดทายของวัสดุทดสอบที่ไดยัง o ไมสามารถใชเปนเชื้อเพลิงชีวมวลไดtเy พราะเชื้อเพลิงชีวมวลที่ใชไดตองมีความชื้นอยูประมาณ 15% และตองการอบเพียง 1 e i ฒนาเครื่องอบตอไป รอบเทานั้นดังนั้นจึงตองทําc การพั o S กิตติกรรมประกาศ i a ผูจัดทําโครงงานวิศวกรรมเกษตร เรื่อง การศึกษาและทดสอบเครื่องอบแหงแบบโรตารี่ ขอขอบพระคุณ h T 3

• ผศ.ดร.วีรชัย อาจหาญ หัวหนาศูนยความเปนเลิศทางดานชีวมวล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี • นายพินิจ จิรัคคกุล วิศวกร/นักศึกษาระดับปริญญาเอก สาขาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี

เอกสารอางอิง พิพัฒน อมตฉายา. 2548. การอบแหงพริกดวยเครื่องอบแหงแบบหมุน .รายงานการวิจัยภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิชาเครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน วิทยาเขตภาคตะวันออกเฉียงเหนือ นครราชสีมา ไพบูลย โรจนวิบูลย. 2533. การอบแหงขาวโพดดวยเครือ่ งอบแหงแบบหมุน. วิทยานิพนธวิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต ภาควิชาวิศวกรรมเคมี สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาธนบุรี, กรุงเทพ. วิวัฒน ตัณฑะพานิชกุล. 2522. อุปกรณอบแหงในอุตสาหกรรม. สมาคมสงเสริมเทคโนโลยีไทย- ญี่ปุน, กรุงเทพฯ , สมชาติ โสภณรณฤทธิ์. 2540. การอบแหงเมล็ดพืชและอาหารบางประเภท. สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาธนบุรี.

7