Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sấy mùn cưa năng suất 1 tấn/h trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu phục vụ xuất khẩu

Viện Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp







Báo cáo tổng kết đề tài:

Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sấy mùn ca
năng suất 1 tấn/h trong dây chuyền sản xuất
viên nhiên liệu phục vụ xuất khẩu


Cnđt: Đoàn Văn Cao











8495

Hà nội 2010

1
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
2
CHƯƠNG I TỔNG QUAN
4
1.1. Sơ lược về công nghệ sản xuất viên nhiên liệu 5
1.2. công nghệ sấy mùn cưa và các giải pháp kỹ thuật 7
1.3 Đối tượng nghiên cứu 15
1.4 Phương pháp nghiên cứu. 15
Nghiên cứu lý thuyết. 15
Nghiên cứu thực nghiệm 16
CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIIẾT BỊ SẤY 17
2.1. Lượng nước cần bay hơi: 17
2.2. Kích thước cơ bản của trống sấy 17
2.3. Chọn nhiệt
độ tác nhân sấy 18
2.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết. 18
2.5. lựa trọn quạt sấy 21
CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MÁY SẤY 23
Vật liệu và dụng cụ thí nghiệm 23
Kết quả khảo nghiệm 26
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 32
Kết luận 32
Kiến nghị 32
TÀI LIỆU THAM KHẢO
33

2
Mở đầu
Trong những năm gần đây sự chú ý tới các công nghệ năng
lượng sinh khối hiện đại nói riêng và năng lượng tái tạo nói chung
đã tăng mạnh trên toàn cầu để thay thế các loại năng lượng hóa
thạch vì hai lý do. Một là do nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng
cạn kiệt dần (theo thống kê ở Việt Nam đến khoảng năm 2015 thì
phải nhập khẩu than để phục vụ cho các nhà máy nhiệt điện), và hai
là nguồn này gây ô nhiễm trầm trọng.
Sinh khối ở nước ta có nhiều dưới dạng phế thải nông nghiệp,
sản xuất các sản phẩm từ gỗ… Việt Nam là nước có 3/4 diện tích là
đồi núi và có trên 38% diện tích rừng che phủ. Nước ta là nước có
ngành chế biến gỗ phát triển trên thế giới do vậy các phế phẩm
trong sản xuất gỗ là vô cùng lớn như: mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn,
cành que,… Tuy nhiên việc sử
dụng các phế thải này vẫn theo cách
truyền thống không mang lại hiệu quả cao.
Hiện nay trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng phát triển
công nghệ sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa và đã tìm được thị
trường thương mại rộng lớn. Theo tìm hiểu trong nước hiện nay đã
xuất hiện một vài nhà máy sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa tuy
nhiên vẫn chưa đem lại hi

ệu quả cao. Một phần là do áp dụng các
máy của nước ngoài vào môi trường làm việc của nước ta không
được thuận lợi, hai là do một số đơn vị lại chỉ chú trọng đến khâu
thành phẩm (chỉ nhập khẩu máy chính là ép viên) còn máy sấy thì
đặt mua ở các đơn vị trong nước, do không đầu tư nghiên cứu vào

3
nguyên liệu là mùn cưa mà đưa các máy sấy các nguyên liệu khác
vào sử dụng do vậy hiệu quả đem lại còn hạn chế.
Nguyên liệu mùn cưa trong ngành chế biến gỗ ở nước ta
thường có độ ẩm không đều, khoảng từ 30 – 50%. Mà trong dây
truyền sản xuất viên nhiên liệu thì yêu cầu nguyên liệu đầu vào phải
đạt độ ẩm từ 10 -14%. Do đó trước khi được tạo viên thì mùn cưa
phải qua công đoạn sấ
y để giảm ẩm, đạt được yêu cầu đầu vào của
ép viên, thuận lợi cho việc bảo quản đồng thời làm tăng nhiệt trị của
sản phẩm.
Được sự đồng ý của vụ khoa học – bộ công thương theo quyết
định về việc đặt hàng về việc đặt hàng thực hiện các nhiệm vụ khoa
học và công nghệ năm 2010 số 6228/QĐ-BTC ngày 10/12/2009 của
bộ tr
ưởng bộ công thương, viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy
nông nghiệp đã xây dựng và tổ chức thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sấy mùn cưa năng suất 1
tấn/h trong dây truyền sản xuất viên nhiên liệu phục vụ xuất khẩu
”.
Nhằm hoàn thiện và mang lại hiệu quả cao hơn trong dây truyền sản
xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa.

4
Chương I
TỔNG QUAN

Việt Nam là quốc gia có ngành công nghiệp chế biến gỗ phát
triển trên thế giới và có nguồn gỗ tự nhiên, rừng trồng rất lớn vì
vậy mà các phế phẩm trong sản xuất, chế biến gỗ là vô cùng lớn
như: mùn cưa, dăm bào, đầu mẩu gỗ vụn, cành cây nhỏ
Tuy vậy việc tận dụng các phế phẩm chưa được quan tâm đúng
mức, chủ yế
u các phụ phế phẩm như mùn cưa, đầu mẩu gỗ vụn
thường được sử dụng một cách lạc hậu hoặc bỏ phí. Vì vậy việc tận
dụng chúng để đem vào sản xuất công nghiệp, sản xuất viên nhiên
liệu phục vụ xuất khẩu là cần thiết và có tính khả thi cao.
Việc sử dụng viên nhiên liệu chủ yếu phổ biến ở các nước phát
triể
n như: Mỹ, Đức, Nhật Bản,… Theo nghiên cứu thì sử dụng viên
nhiên liệu làm từ mùn cưa có thể dùng cho được nhiều loại lò, đem
lại nhiều lợi nhuận như:
- Giá trị năng lượng nhiệt khi đốt bằng lò điện: từ 4,7 –
4,9kwh/kg

- Khoảng 2kg viên gỗ thay thế được 1l dầu Diezen (TS PHẠM
VĂN LANG)
- Giảm được chi phí vận chuyển và lưu trữ
(mùn cưa để tự do
có tỷ khối khoảng 650kg/m
3
, còn khi ép thành viên gỗ thì tỷ
khối khoảng 1300kg/m
3
)
- Hàm lượng tro <0,5%
- Thân thiện với môi trường

5
Các phụ phế phẩm trong ngành chế biến gỗ gồm có khác nhau.
Các cành que, đầu mẩu thừa có kích thước lớn được đưa qua công
đoạn làm nhỏ thành các hạt mùn cưa có kích thước đồng đều để
thuận lợi cho việc ép viên. Các phụ phế phẩm được làm nhỏ thành
mùn cưa có kích thước dày 0,1 – 0,8mm, rộng 2 – 5 mm, dài<5mm,
độ ẩm khoảng 30 – 50%. Trong dây truyền sản xuất viên nhiên liệu
từ mùn cưa thì nguyên liệu đầu vào phải có kích thước nhỏ
và độ ẩm
khoảng 10 – 14% để thuận lợi cho việc ép viên và bảo quản đồng
thời giảm ẩm sẽ làm tăng nhiệt trị của sản phẩm. Vậy nên việc sấy
mùn cưa trong dây truyền sản xuất viên nhiên liệu là cần thiết.

1.1. Sơ lược về công nghệ sản xuất viên nhiên liệu
Công nghệ sản xuất viên nhiên liệu được giới thiệu trên hình 1.

Hình 1: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất viên nhiên liệu phụ phế
phẩm lâm nghiệp
Đối với nguyên liệu sản xuất viên nén có yêu cầu về kích
thước nhở hơn hoặc bằng 5 mm ví dụ như mùn cưa trong tinh chế,
cưa xẻ gỗ, mùn cưa từ tre lứa… và dăm bào có kích thước không
quá lớn. Đối với đầu mẩu gỗ, gỗ vụn, cành cây, thân cây thì chúng
ta có thể dùng máy nghiền gỗ để nghi
ền tất cả các nguyên liệu kích
Mảnh vụn
gỗ
Làm nhỏ Sấy Ép viên Làm mát
Đóng bao Mùn cưa

6
thước lớn trên thành mùn cưa có kích thườc nhỏ hơn hoặc bằng 5mm
để đạt kích thước đồng đều sẽ tạo ra viên nén đẹp và tỷ trọng cao.
Độ ẩm của nguyên liệu có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng
thành phẩm. Độ ẩm nguyên liệu tốt nhất cho sản xuất viên nén là
10~14 %. Đa số các loại mùn cưa trong cưa xẻ gỗ thường được xẻ từ
cây còn t
ươi, mùn cưa trong khi sử dụng máy nghiền gỗ vụn, cành
cây tạo ra đều thường có độ ẩm cao độ ẩm thường từ 30 ~ 50 %. Chỉ
có mùn cưa trong tinh chế, chế biến gỗ có độ ẩm phù hợp vì các loại
gỗ trong tính chế đều đã được sấy khô do đó để tất cả nguyên liệu

đều có độ ẩm phù hợp, đồng đều thì ta phải phơi hoặc sấy nguyên
liệu như
ng với điều kiện khí hậu nước ta là nóng ẩm, mưa nhiều nếu
chúng ta phơi nguyên liệu thì phụ thuộc vào thời tiết rất nhiều
không thể ổn định sản xuất vì vậy phương pháp tốt nhất là sử dụng
máy sấy để đảm bảo cho sản xuất liên tục không phụ thuộc vào trời
mưa hay nắng.
Sau khi chúng ta đã có nguồn nguyên liệu có kích thước và độ
ẩm thích hợ
p thì chúng ta bắt đầu thực hiện công đoạn ép viên.
Nguyên liệu được đưa vào miệng nạp nguyên liệu của máy ép viên
bằng các hệ thống băng tải, vít tải, nhờ hệ thống này để cung cấp
nguyên liệu một cách đều đặn vào miệng nạp nguyên liệu của máy
nén viên. Nguyên liệu sau khi được đưa vào sẽ được nén lại thành
dạng viên nén và được đưa ra ngoài
Viên nén sau khi được tạo ra có nhiệt độ khá cao và được đưa
vào hệ thống làm mát bằng các băng tải, Cyclone và máy làm mát sẽ

7
làm giảm nhiệt độ của viên nén rồi mang đi đóng gói đem đi tiêu
thụ.
1.2. công nghệ sấy mùn cưa và các giải pháp kỹ thuật
Hiện tại và trong những năm trước đây, ở một số nước phát
triển, công nghệ sấy mùn cưa đã được nghiên cứu và chế tạo đưa
vào sử dụng rất phổ biến. ở đây ta phân tích tìm hiểu một vài mô
hình đã được
ứng dụng ở trong và ngoài nước rồi đưa ra phương
pháp tối ưu, để thuận lợi trong môi trường làm việc ở Việt Nam.
Trên hình 2 thể hiện thiết bị sấy khí động kiểu đơn giản đã có
mặt ở Việt Nam. Nguyên liệu được trộn lẫn với luồng khí nóng qua

một đoạn ống trơn để vào vùng sấy, không khí được hâm nóng bởi
bộ trao đổi nhiệt và được
đưa vào bằng một hệ thống quạt ly tâm,
Cùng đưa vào với vật liệu với nhiệt độ cao qua hệ thống ống có các
đoạn ống phình ra để giảm tốc độ và tăng thời gian thoát ẩm cho
mùn cưa rồi đưa qua Ciclon lắng và được chuyển đến công đoạn sau
nó. Hệ thống sấy này có ưu điểm là chế tạo đơn giản, năng suất sấy
có thể
lên được rất cao. Tuy nhiên với nguyên liệu là mùn cưa việc
sấy với một dòng tác nhân sấy và dòng nguyên liệu chạy một cách
đồng đều, không có sự xáo trộn mạng trong quá trình sấy gây nên
sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm không đều. Nhất là với điều kiện
cung cấp nguyên liệu như ở nước ta hiện nay mùn cưa có thể được
thu mua từ việc xẻ gỗ tươi, nghiền các phụ phế phẩm trong ch
ế biến
gỗ có thể là tươi, cũng có thể là khô,đồng thời kích thước các hạt
mùn cưa chênh lệch nhiều do vậy độ ẩm của nguyên liệu đầu vào là
không đồng đều, trong khi đó ở hệ thống sấy này, thời gian sấy của

8
các hạt là như nhau do đó sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm không đều
là điều dễ hiểu.

Hình 2: Thiết bị sấy mùn cưa kiểu khí động đơn giản

Phổ biến nhất ở các nước phát triển hiện nay là dùng
phương pháp sấy kiểu trống quay nhưng dùng tác nhân là dòng khí
nóng có vận tốc cao để đồng thời truyền nhiệt cho các hạt mùn cưa
đồng thời làm công việc vận chuyển chúng.
Trên hình 3 thể hiện hai kiểu sấy trống thường gặp để sấy mùn

cưa ở một số
nước phát triển. Khi tiết liệu trực tiếp vào dòng khí lấy
ra từ lò trong khi sấy, dòng khí lấy tiếp tuyến với vỏ bao của trống
sấy (hình 3), khi đó sinh ra hiện tượng vật liệu chạy theo đường
xoắn được tạo ra trên trục 4. Vật liệu khô cùng với luồng khí thoát
khỏi trống sấy vào ciclon 5 và được tách khí bởi quạt 6, một phẩn
đẩy qua ống 7 ra môi trường, phần còn lại của khí theo ống 8 quay
về
lò 9 ở đây hòa trộn với khói lò và được điểu chỉnh khí, tiếp tục
chuyển đến trống sấy 1.


9



Hình 3: Thiết bị sấy trống


Trên hình 4 là sơ đồ công nghệ thiết bị sấy nông sản chung
được dùng phổ biến tại Đức. Nguyên liệu sấy được đưa vào nhờ vít
cấp liệu 1 tác nhân sấy là khói lò được lấy từ buồng đốt 2, khói lò
cùng với nguyên liệu sấy được quạt 4 vận chuyển qua trống sấy 3.
Trong trống sấy 3 có các cánh xoắn và các vách ngăn được phân bố
so le làm nhiệm v
ụ vận chuyển, xáo trộng tăng thời gian sấy và tăng
khả năng trao đổi nhiệt ẩm của vật liệu. Sau khi sấy sản phẩm được
đưa qua hệ thống ciclon nóng và làm mát.
Công nghệ sấy này có ưu điểm là có thể sấy được rất nhiều
nguyên liệu khác nhau như củ cải, ngũ cốc, mùn cưa,… Tuy nhiên

kết cấu trống sấy là tương đối phức tạp.


10


Hình 4: thiết bị sấy nông sản

1 – Vít cấp liệu 2 – Lò đốt 3- Trống sấy
4 – Quạt 5- Khung đỡ 6 – Ciclon chính
7- ciclon nguội 8- Ciclon vi bụi 9- Thùng chứa sản phẩm

Để sấy khô mùn cưa trong sản xuất viên nhiên liệu, ở Nga có
đơn vị sản xuất hệ thống sấy mùn cưa (gọi là hệ thống sấy tiến bộ)
người ta sử dung trống trụ (quay 5 – 9 vòng/phút), đường kính 2,2m,
chi
ều dài trống sấy 10m, thể tích làm việc 38m
3
. phía trong trống
sấy người ta làm các cánh để có thể dịch chuyển dòng liệu khi trống
quay đồng thời tăng độ tiếp xúc với tác nhân sấy là không khí nóng
(hình 5).
Trên hình 5 thể hiện thiết bị sấy trống tiến bộ sản xuất ở điều
kiện mùa đông, đạt năng suất gần 3 tấn sản phẩm trên 1 giờ.

11


Hình 5: Thiết bị sấy trống “tiến bộ”

Đặc tính của quá trình sấy:
Thời gian lưu lại của mùn cưa trong trống sấy từ 10 – 20 phút,
phía phải (đầu ra của mùn cưa) trong quá trình sấy được làm chậm
lại để cho nó có nhiều thời gian thoát ẩm, hiện tượng này của quá
trình tiếp tục được diễn ra trong thùng chứa sản phẩm khô (trao đổi
ẩm giữ các hạt lớn và hạt bé).
Khí đốt đi qua dọc chiều dài trong trống sấy khoảng 3 giây,
dòng không khí đó đượ
c đưa vào ở phía trái (hình 5) của trống sấy
với vận tốc khoảng 5 – 6m/s. Tùy thuộc vào hình dạng trong thiết bị
làm việc độ ẩm bắt đầu của mùn cưa đưa vào trống có thể từ 2 - 4
tấn ẩm trong một giờ.
Quá trình trao đổi nhiệt xảy ra nhanh hơn khi tăng vận tốc khí
nóng cho vật liệu ẩm, vì vậy bắt đầu quá trình sấy hiệu quả nhất là
làm cho dòng khí nóng bị rối. T
ạo ra dòng rối bằng cách thay đổi độ
nghiêng của hướng dòng khí với việc dùng các cánh kiểu hình xoắn.
Người ta sử dụng thiết bị có bước 1m theo chiều dài trống sau đó 4
lần bước đó thì có một đĩa để khuấy mỗi lần lớn hơn một nửa tiết

12
diện của trống, trong điều kiện này đường cong nhiệt cũng như
đường cong sấy vật liệu theo chiều dầy trống thể hiện quá trình sấy
nhanh (tăng tốc quá trình).
Trong thiết bị sấy trống “tiến bộ”, trống nghiêng theo chiều
chuyển động của vật liệu. Khi đó có lợi cho dòng vật liệu sấy nhưng
có hại cho thiết bị vì nó sảy ra mài mòn không đều và giảm hệ s
ố
điền đầy trong trống của dòng liệu. Khi đó vật liệu được giữ lại

trong trống quay thời gian dài hơn (khoảng 10 lần) đối với sấy khí
động đơn giản, có thể xảy ra hiện tượng cháy dòng vật liệu, xuất
hiện áp suất dọc của trống trong hướng nghiêng và bị bào mòn con
lăn và tiêu tốn năng lượng cho việc quay trống đồng thời làm hư hại
đến kích th
ước của vành lăn và trống.
Theo thí nghiệm thực tế ta có đồ thị đường cong sấy của
mùn cưa (được thể hiện trong hình 6)
1,28
2,69
5.11
9.49
15.54
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
22.45
31.88
40.29
50
40.29
W(%)
T(phút)
B
C
A

Hình 6: Đồ thị đường cong tốc độ sấy của mùn cưa

13
Qua đồ thị đường cong tốc độ sấy của mùn cưa ta thấy ban đầu
tốc độ bốc hơi nước của mùn cưa là tương đối nhanh, đó là sự bốc

hơi của các phần tử nước tự do. Đến một ngưỡng nhất định thì tốc
độ bốc hơi nước giảm và tốc độ bốc đều, do vậy cần hướng nghiên
cứu thiết bị
sấy sao cho ban đầu tốc độ của dòng liệu nhanh sau đó
cần giảm tốc độ và tăng sự xáo trộn để nguyên liệu có nhiều thời
gian tiếp xúc với tác nhân sấy để cho ẩm được bốc hơi nhanh và liên
tục.
Để bốc hơi 1kg ẩm thì tiêu tốn khoảng 4200 kJ (1000 Kcal), nhiệt
lượng chứa ẩm của 1kg gỗ ẩm khoảng 18400 – 210w kJ/kg (w – độ
ẩm). Hay Q = 4400 – 50w Kcal/h
Khi độ ẩm tương đối của nguyên liệu gỗ w = 45% thì tương
ứng với nhiệt trị thấp khi cháy 9000kJ/lg (2150kcal/kg), khi cháy
1kg nguyên liệu nó bay hơi gần 2kg ẩm. Còn 1m
3
khí tự nhiên cháy
bay hơi 6 – 8kg ẩm. Như vậy mùa đông để nhận được 1 tấn sản
phẩm khô trong một giờ cần đầu tư đốt gần 0,5 tấn/h gỗ ẩm (phụ
phế phẩm), diện tích ghi cần trong trường hợp này cần 500/350 =
1,4m
2
mặt ghi, còn thể tích của nó khoảng 3m
3
(ở đây 500kg là độ
cháy trung bình của nhiên liệu trên 1 giờ, 350kg/m
2
h).
Qua phân tích nghiên cứa ứng dụng việc sấy mùn cưa của các
nước phát triển, áp dụng một cách chọn lọc vào việc phát triển công
nghệ sấy mùn cưa ở việt Nam, nhóm đề tài đưa ra phương pháp sấy
mùn cưa kết hợp giữa trống quay và phân ly, có sử dụng trống quay

có các vách ngăn để phân loại những vật liệu trong khi sấy để đạt
được độ ẩm sản phẩm sau khi sấy là đồng
đều, do nguyên liệu sấy là

14
mùn cưa để phục vụ làm viên nhiên liệu nên dùng tác nhân sấy là
khói lò (hình 7).



1
2
3
4
6
5


Hình 7: Sấy mùn cưa kết hợp giữa trống quay và phân ly


Trong sơ đồ trên, khói lò được lấy từ buồng đốt 1 được hệ
thống quạt đưa vào, nguyên liệu được cấp vào từ cửa cấp liệu 2.
Dòng khí nóng hòa trộn với dòng liệu được hút vào buồng sấy 3,
trong buồng sấy 3 nguyên liệu ban đầu được đưa qua một ống nhỏ,
mục đích làm tăng vận tốc củ
a dòng liệu tới một vách chặn hình
nón, dòng nguyên liệu va đập vào nó và quay ngược trởi lại rồi đi
vào phần tiết diện lớn của trống sấy có các vách ngăn để tạo được
dòng rối giữa mùn cưa và dòng không khí nóng. Dòng vật liệu sấy

va đạp vào vách ngăn, những hạt mùn cưa nào khô, nhẹ thì sẽ di
chuyển xa tâm hoen và ra ngoài trước những hạt mà to hay có độ ẩm
cao hơn, nó nặng nên sẽ ra sau, Khi đó sản phẩm sau khi s
ấy sẽ đạt
được sự đồng đều. Sau khi qua buồng sấy đạt độ ẩm nhất định nó

15
được vận chuyển qua Ciclon 4, xuống van chặn khí 5 và được
chuyển đi.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Để phù hợp với quy mô sản xuất và vốn đầu tư của các cơ sở
sản xuất viên nhiên liệu ở Việt Nam nhóm đề tài chọn máy sấy mùn
cưa kết hợp giữa trống quay và phân ly để nghiên cứu. Bước đầu
tính toán thiết kế và chế tạo 01 máy sấy và các thiết bị phụ trợ
Ø
Ø
Ø790


Hình 8 Sơ đồ cấu tạo hệ thống máy sấy mùn cưa kiểu kết hợp giữa trống quay
và phân ly

Các phụ phế phẩm trong chế biến gỗ là các đầu mẩu gỗ vụn và
một lượng mùn cưa sau khi đưa về và đem nghiền nhỏ thành mùn
cưa có độ ẩm ban đầu là 42% được đưa vào máy sấy để giảm độ ẩm
của nguyên liệu xuống còn 13%. Nhiệ
t độ tác nhân sấy đưa vào từ
300- 500
o
C trong khi đó yêu cầu sản phẩm sau khi sấy phải giữ

được mầu đặc trưng của mùn cưa, không bị cháy sém.
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu lý thuyết.

16
Tính toán các thông số chính của quá trình sấy từ đó làm cơ
sở cho việc thiết kế mẫu máy sấy dùng cho sấy mùn cưa phục vụ cho
việc làm viên nhiên liệu xuất khẩu.
Nghiên cứu thực nghiệm.
Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh
hưởng của các thông số đầu vào đến năng suất và chi phí năng lượng
riêng, qua đó xác định được các giá trị tối ưu của các thông số
để
làm cơ sở thiết kế, tính toán và lựa chọn kết cấu máy và chế độ làm
việc của thiết bị.
Phương pháp nghiên cứu đơn yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh
hưởng của từng yếu tố vào tới các thông số ra, qua đó tìm được mức
biến thiên, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu thích hợp của
từng yếu tố, làm cơ sở cho phương pháp nghiên cứu thự
c nghiệm đa
yếu tố.
Nguyên tắc của phương pháp này là cố định các yếu tố khác,
chỉ thay đổi một yếu tố xác định, theo dõi ảnh hưởng của yếu tố đó
với thông số ra đó là năng suất và chi phí năng lượng riêng.
Có rất nhiều yếu tố làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
sấy như nhiệt độ tác nhân sấy, bề d
ầy lớp vật liệu sấy, áp suất trong
buồng sấy, lưu lượng tác nhân sấy, độ ẩm vật liệu sấy… Khi nghiên
cứu không thể lấy tất cả các yếu tố kể trên mà chỉ lựa chọn các yếu
tố chính. Để lựa chọn các yếu tố chính, bằng phương pháp thu thập

thông tin từ các tài liệu có liên quan, đặc biệt là việc tìm hiểu các
mẫu máy trên thực tế sản xuất và kinh nghi
ệm của các chuyên gia
trong ngành.

17
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN THIIẾT BỊ SẤY

Bài toán được đặt ra cho đề tài là chế tạo một thiết bị sấy, đảm
bảo có năng suất 1000 kg/h.
- Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu w
1
= 42%
- Độ ẩm trung bình của sản phẩm w
2
= 13 ±0.5
- Thông số ngoài trời t
0
= 25
0
C; ϕ
0
= 85%.
2.1. Lượng nước cần bay hơi:
Ta tính cho năng suất 1000kg SP/h
hkgGW /500
42100
1342
1000

W-100
W-W
1
21
2
=
−
−
==
(3-1)
Khi đó khối lượng nguyên liệu cấp vào hệ thống sấy G
1
= 1000 +
500 = 1500kg/h
2.2. Kích thước cơ bản của trống sấy
- Xác định thể tích trống sấy
Ta có cường độ bốc hơi ẩm
V
W
A =
kg ẩm/m
3
h
⇒

3
m
V
W
A =

Đối với mùn cưa hoặc gỗ dăm có w
1
= 40%, w
2
= 13%, t
0
= 300 -
350
0
C, thì ta có A = 30 – 40 kg/m
3
h. (Bảng 10. –Tính toán hệ thống
sấy TRẦN VĂN PHÚ), chọn A = 31.5 kg/m
3
h
Vậy ta có thể tích trống sấy V =
5,31
500
= 15,87 m
3

- Xác định đường kính và chiều dài trống sấy
Ta chọn đường kính và chiều dài trống sấy L/D = 6 hay L = 6D

18
V =
4
2
LDΠ

=
4
6
3
DΠ
= 15,87
⇒
D =
3
6
87,15.4
Π

≈
1,5m
Do đó chiều dài thùng sấy L bằng:
L = 6.D = 6.1,5 = 9m
2.3. Chọn nhiệt độ tác nhân sấy
Đối với công nghệ thiết bị sấy mùn cưa kiểu kết hợp sấy mùn
cưa phục vụ làm viên nhiên liệu xuất, theo kinh nghiệm và thực tế ta
chọn tác nhân sấy 300
o
C. Nhiệt độ khi thải ra khoảng 60
0
C và độ
ẩm khí thải ϕ
2
(60± 5)%.
Nhiên liệu sấy là than đá, có các thành phần: C = 36,7%; H =
2,7%; O=11,1%; S = 3,2%; A = 2,5%; và Tr = 2,06%.

2.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết.
- Thông số ngoài trời ϕ
0
= 85%; t
0
= 25
0
C
- Nhiệt trị cao của nhiên liệu
Ta có công thức Q
c
= 33858C + 125400H – 10868(O – S) (ct
3.2 Tính toán và thiết kế HTS – Trần Văn Phú)
Q
c
= 33858x0,367 + 125400x0,027 – 10868(0,111 – 0,032)
≈

14953kJ/kg
- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên
liệu L
0
(theo ct 3.11 Tính toán và thiết kế HTS – Trần Văn Phú)
Có L
0
= 11,6C + 34,8H + 4,3(S – O) = 11,6.0,367 + 34,8.0,027
+ 4,3(0,032 – 0,111) = 4,857 kgkk/kg nl

19
Trong các lò đốt lấy khói lò của hệ thống sấy có thể lấy hệ số

không khí thứa của buồng đốt
bd
α
= 1,2
÷
1,3 với
bd
α
=
L
L
0
. Chọn
bd
α
=1,2 thì ta có không khí khô thực tế để cháy hết một kg nhiên
liệu L
L = 1,2.L
0
= 1,2.4,8571 = 5,828 kgkk/kg nl
- khối lượng hơi nước sau buồng đốt G
a’

G
a’
= (9H + A) +
bd
α
L
0

d
0
( với
0
ϕ
= 85%; t
0
= 25
0
C thì d
0
=
0,017kg/kgkk)
G
a’
= (9.0,027 + 0,025) + 1,2x4,857x0,017 = 0,592 kg ẩm/kg nl
- khối lượng khô sau buồng đốt L
k’

L
k’
= (
α
.L
0
+ 1) -
{
Tr + (9.H + A
}
= 1,2x4,857 +1 -

{
0,026
+ (9x0,025 + 0,111
}
= 6,129 kgkk/kg nl
- Lượng chứa ẩm d
’
của khói lò sau buồng đốt


L
G
k
a
d
'
'
'' =

kgkkkgam/0966,0
129,6
952,0
==

- áp suất bão hòa ứng với t = t
0
= 25
0
C ;
0

ϕ
= 85%
P
b0
= exp(12
t+5,235
42,4026
) = exp(12
255,235
42,4026
+
) = 0,0135 bar
- Entanpy I
0
bằng
I
0
= 1,004t
0
+ d(2500 + 1,842t
0
) = 1,004x25 + 0,017(2500
+1,842x25) = 68,383 kJ/kg kk
- Entanpy của hơi nước ứng với nhiệt độ t
0
= 25
0
C i
a0
và t

1
=
300
0
C i
a
được tính theo công thức i = 2500 + 1,842t kJ/kg
i
a0
= 2500 + 1,842x25 = 2546,05 kJ/kg
i
a
= 2500 + 1,842x300 = 3052,6 kJ/kg

20
xác định hệ số không khí thừa
α
tính theo công thức
α
=
[
]
}
{
)()()1(96,5
)1(43,0)1(45,01)1(19800
000
ttCiidA
tCAiAtCA
pkaa

pkanlnlbd
−+−−
−
−
−
−
−
+
−
η

Với
bd
η
là hiệu suất buồng đốt, chọn bằng 0,75
C
nl
và C
pk
tương ứng là nhiệt dung riêng của nhiên liệu và khói
khô C
nl
= 0,12; C
pk
= 1,004
α
=
[
]
[]

)25300(004,1)05,25466,3052(017,0)25,01(96,5
300.004,1)25,01(431,06,3052)25,01(451,0125.12,075,0)25,01(19800
−+−−
−
−
−
−
−
+
−
≈
21
- ta có lượng khói khô trong buồng trộn
L
k
= (0,431+5,96
α
)(1 – A) = (0,431+5,86x21)(1 - 0,25)
L
k
= 92,62 kgkk/kg nl
- lượng chứa ẩm d
1
của khói trước khi vào buồng đốt
α
α
+
+
−
+

=
072,0
.
1
075,00921,0
0
1
d
A
A
d

21072,0
017,021
25,01
25,0075,00921,0
+
+
−
+
=
x
x

d
1
= 0,024 kg ẩm/kg kk
- Entanpy I
1
của khói trước khi vào buồng sấy

k
oonlnlbdc
L
ILtCQ
I
α
η
++
=
1

62,92
383,68768,4212512,075,014953
xxxx
+
+
=

I
1
= 195,04 kJ/kgkk
- Lượng chứa ẩm d
20
của khói sau quá trình sấy lý thuyết
am/kgkk kg 0,0516
60842,12500
60004,104,195
842,12500
004,1
2

21
20
=
+
−
=
+
−
=
x
x
t
tI
d

lượng không khí lý thuyết dùng cho bốc hơi một kg hơi nước
020
0
1
dd
l
−
=

kgkk 28,9
017,00526,0
1
=
−
=

21
- Lượng không khí lý thuyết dùng cho bốc hơi nguyên liệu
sấy trong một giờ
L
0
= l
0
.W = 28,9x500 = 14450 kgkk
2.5. lựa trọn quạt sấy
Để tính toán được quạt sấy trước hết ta phẩi tính toán được trở
lực của toàn bộ hệ thống sấy
Tổn thất áp suất của toàn bộ hệ thống sấy được tính theo công
thức sau:
∆P = ∆P
đ
= ∆P
đ
+ ∆P
tc
+ ∆P
nâng
+ ∆P
clklon

Ở đây ∆P
đ
- áp suất động của dòng khí
∆P

d
- Tổn áp theo chiều dài của ống.
∆P
tc
- Tổn áp tại chỗ do ngoặt hoặc thay đổi tích diện.
∆P
nâng
- áp suất để nâng tác nhân và vật liệu sống lên cao.
∆P
clkl
- Tổn áp tại c
1klon

Tuy nhiên trong thực tế tính toán khó có thể tính được tổn áp
chính xác do vậy để phục vụ cho việc chọn quạt nhóm đề tài đã
tìm hiểu trên diều kiện thực tế áp dụng vào hệ thống sấy trống
quay kiểu kết hợp với khí động và phân ly.
Chọn L = 250mmH
2
O.
Công suất của quạt sẽ là
88,17
55,0.3600.102
25014450
5.0.3600.102
.
N ===
xPL

Chọn quạt có công suất động cơ là N= 22Kw

22
Bảng một số thông số lý thuyết của máy sấy mùn cưa
TT CÁC CHI TIẾT CHÍNH THÔNG SỐ
1 Đường kính trống sấy D = 1500 mm
2 Chiều dài thùng sấy 900 mm
3 Động cơ điện 3 pha 1450 v/ph 3kW
4 Số vòng quay trống sấy 5 v/ph
5 Kích thước con lăn 250 x 75 x 100
6 Kích thước các vách ngăn 1100 x 500 x 6 mm
7 Kích thước các cánh đảo liệu 750 x 30 x 100
8 Kích thước máy 9700 x 2345 x 2230 mm















23
CHƯƠNG III

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MÁY SẤY


Quá trình làm việc của máy sấy kết hợp trống quay và phân
ly là một quá trình ngẫu nhiên phức tạp, ngoài yếu tố cấu tạo, động
học, nó còn phụ thuộc vào tính chất của đối tượng làm việc và điều
kiện môi trường.v.v…Để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số
tới năng suất, chất lượng sản ph
ẩm, chi phí năng lượng riêng không
thể hoàn toàn bằng con đường lý thuyết mà cần kết hợp giữa lý
thuyết với thực nghiệm.
Các thông số cần nghiên cứu là các thông số đặc trưng của
quá trình sấy. Các chỉ tiêu cần xem xét: năng suất máy N (kg/giờ),
tiêu hao năng lượng g (Kcal/ kgH2O) thông qua độ ẩm của sản phẩm
sau khi sấy w (%) và một số tính chất khác như mùi vị mầu sắc.
Để loại trừ ảnh h
ưởng của yếu tố nhiễu, các thí nghiệm
được tiến hành lặp lại 3 lần,Các kết quả thí nghiệm được kiểm tra
đánh giá theo các tiêu chuẩn thống kê đã trình bày trong nội dung
báo cáo
Vật liệu và dụng cụ thí nghiệm
Để xác định các thông số của máy sấy ta tiến hành quá trình
thí nghiệm như sau: Trước khi tiến hành thí nghiệm kiểm tra ảnh
hưởng của một thông số nào đó ta cố định các thông số còn lại và
cho thông s
ố cần khảo sát chạy để khảo sát thông qua bộ điều khiển
nhiệt độ Honyeo và biến tần điều khiển tốc độ động cơ máy cấp liệu

24
và quạt gió. Việc lấy mẫu thí nghiệm được lấy sau khi máy sấy hoạt

động ổn định.
- Máy đem khảo nghiệm có các thông số kỹ thuật sau:
+ Đường kính ngoài trống sấy 1500mm
+Chiều dài 9m
+ Khoảng cách của cánh đảo liệu 150mm
- Cân ẩm Startorius MA45 thời gian đo loại dụng cụ đo độ ẩm
này mất khoảng 10 phút cho một mẫu, cách đo trước hết ta nghiền
nhỏ mẫu cần đ
o sau đó cân lấy khoảng 5 gam cho nên cân ẩm chờ
khoảng 10 phút sau sẽ cho ta kết quả.
-Máy đo ẩm kiểu điện trở dùng đo ẩm nhanh với sản phẩm
dạng sợi loại thiết bị này có thang đo trong dải từ 9%÷40%.
-Đồng hồ đo nhiệt HI 9043 với thang đo (0÷900)
0
C. Để đo
nhiệt độ khí thải
-Đồng hồ đo tốc độ gió Testol 435, dùng xác định lưu lượng
của thiết bị cấp gió đạt được bao nhiêu bằng cách ta đo vận tốc gió
ở cửa vào của máy sấy và đo vận tốc trung bình của của cửa ra. Sau
đó dùng phép tính giải tích để tính toán lưu lượng gió qua máy sấy.
-Đồng hồ đo áp suất Testol 510. Dùng xác định trở lực tại các
v
ị trí và toàn bộ hệ thống sấy, đơn vị đo hiển thị là mmH
2
0.
- Phương pháp lấy mẫu: Đối với phép đo độ ẩm của sản phẩm
ta lấy mẫu một cách ngẫu nhiên ở những thời điểm bất kỳ khi mẫu
đã được đóng bao. Mẫu sau khi lấy để để đo độ ẩm phẩi được bọc
kín tránh hiện tượng trao đổi ẩm với bên ngoài.