Đồ án quá trình thiết bị Tháp sấy lúa năng suất 2500 kgh

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG

LỜI CẢM ƠN
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
PHẦN 1. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY LÚA
1.1. Tóm tắt qui trình công nghệ
Hình 1 Qui trình công nghệ sau thu hoạch của lúa
1.2. Máy sấy tháp (Tower Dryer – Shaft Grain Dryer)
1.2.1. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và đặc điểm:
Hệ thống máy sấy gồm calorifer hoặc cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộn
với không khí tươi, hệ thống quạt và các thiết bị phụ trợ khác.
Tháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với
chiều rộng và chiều dài. Trong tháp sấy người ta bố trí hệ thống kênh dẫn và thải
tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy (đặc điểm này khác với các thiết
bị sấy buồng và hầm). Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóng luồng lách qua lớp vật
liệu thực hiện quá trình trao đổi nhiệt sấy và nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra
ngoài. Vật liệu sấy chuyển động từ trên xuống dưới từ tính tự chảy do trọng lượng
bản thân của chúng. Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa dòng tác
nhân chuyển động vừa ngược chiều vừa cắt ngang và do dẫn nhiệt từ bề mặt kênh
dẫn và kênh thải qua lớp vật liệu nằm trên các bề mặt đó. Vì vậy trong thiết bị sấy
tháp, nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được gồm 2 thành phần: thành phần đối lưu
giữa tác nhân sấy với khối lượng hạt và thành phần dẫn nhiệt giữa bề mặt các kênh
gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệu nằm trên đó.
Khi sấy hạt di chuyển từ trên cao (do gàu tải hoặc vít tải đưa lên) xuống mặt đất
theo chuyển động thẳng đứng hoặc dzích dzắc trong tháp sấy. Để tăng năng suất
thiết bị ngoài phương pháp mở rộng dung lượng của tháp thì ở một mức độ đáng
kể người ta còn tìm cách tăng tốc độ tác nhân chuyển động qua lớp hạt. Tốc độ
này có thể từ 0.2-
0.3m/s đến 0.6 ÷ 0.7 m/s hoặc lớn hơn [5]. Tuy nhiên, tốc độ tác nhân khi ra
khỏi ống góp kênh thải theo kinh nghiệm không nên vượt quá 6m/s để tránh hạt bị
5
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt

cuốn theo tác nhân đi vào hệ thống thải ẩm (đọng lại trong các đoạn ống, dẫn đến
quạt thải…) [5]. Các loại máy sấy tháp phổ biến:
Hình 2 Các dạng tháp sấy thường được sử dụng để sấy lúa
6
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
1.2.2. Tháp sấy liên tục.
Hạt qua tháp sấy một lượt rồi được ủ và “nghỉ” ở đó một thời gian (từ 2 đến 24
giờ tùy chế độ sấy và loại hạt), sau đó hạt lại qua tháp sấy lượt thứ hai và cứ tiếp
tục như thế lượt thứ 3, 4 … Mục đích của bin ủ là cho ẩm độ ở trung tâm hạt có
thời gian ra ngoài bề mặt để dễ bốc hơi. Chênh lệch ẩm độ quá nhiều giữa bề mặt
hạt và tâm hạt sẽ gây ứng suất làm gãy, vỡ hạt. Điều này là tối kị khi sấy lúa, khi
xay ra gạo sẽ bị bể thành tấm. Kết cấu và cách bố trí các kênh dẫn và kênh thải
ẩm có một ý nghĩa đặc biệt đến sự dịch chuyển của lớp hạt và độ sấy đồng đều
của sản phẩm. Nói cách khác nó góp phần tăng năng suất thiết bị và nâng cao chất
lượng sản phẩm. Khoảng cách tối thiểu giữa kênh dẫn và kênh thải phụ thuộc vào
kích thước hạt cần sấy. Khoảng cách này có thể lấy từ 70 ÷ 100 mm. Hạt có kích
thước bé ta lấy giới hạn dưới và ngược lại. Các kích thước khác không đóng vai
trò quan trọng. Theo kinh nghiệm, khoảng cách tối thiểu giữa hai kênh cho vật
liệu sấy chuyển động phụ thuộc vào từng loại vật liệu và có thể từ 70 ÷ 100 mm
hoặc lớn hơn.
Do các hạt ngũ cốc chỉ chịu được một giới hạn nhất định về nhiệt độ và độ ẩm
nên hệ thống sấy tháp thường được tổ chức sấy phân vùng. Sau vùng sấy cuối
cùng vật liệu sấy thường được làm mát đến gần nhiệt độ môi trường để đưa vào
kho bảo quản.
1.2.3. Tháp sấy tuần hoàn – sấy theo mẻ.
Hạt đi qua tháp sấy được gàu tải đưa trở lại tháp. Thời gian ủ thực chất là thời
gian hạt ở trong gàu tải và ở trong thùng chứa trên buồng sấy nên tương đối ngắn,
khoảng 0.5 giờ. Vì thế cùng với một máy sấy tháp, nhiệt độ dùng trong chế độ sấy
tuần hoàn phải thấp hơn so với sấy liên tục.
Thực sự, chọn chế độ nhiệt cho máy sấy là một bài toán cân đối kinh tế. Tăng

nhiệt độ sấy thì giảm chi phí vì thời gian sấy nhanh hơn nhưng hao hụt giá trị hạt
vì giảm chất lượng.
Máy sấy tháp có các ưu điểm sau:
• Sản phẩm trong máy sấy tháp có thể lấy ra liên tục hoặc định kì
• Chi phí sấy thấp
• Năng suất lớn và rất lớn
• Chất lượng tốt và ổn định
• Tiêu thụ năng lượng thấp
• Máy sấy tháp cho độ đồng nhất ẩm độ rất tốt
1.2.4. Ứng dụng:
Thiết bị sấy tháp là thiết bị sấy chuyên dụng để sấy các loại hạt cứng như thóc,
ngô, đậu… có độ ẩm ban đầu không lớn lắm (w = 20 ÷ 30%) và có thể dịch
chuyển dễ dàng từ trên đỉnh tháp xuống dưới nhờ chính trọng lượng của nó. Đôi
khi trong thiết bị sấy tháp người ta còn đặt các kết cấu cơ khí để làm chậm hoặc
tăng cường tốc độ dịch chuyển của khối hạt. Sản phẩm trong máy sấy tháp có
thể lấy ra liên tục hoặc định kì.
Tóm lại: Trong các loại máy sấy có thể sấy được hạt lúa như trên, ta chọn
máy sấy tháp với các ưu điểm có thể áp dụng thực tế tại địa phương.
7
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
1.3. Các yêu cầu đặc trưng của hạt lúa sau sấy
Lúa sau khi sấy có thể được dùng làm lương thực hoặc để làm giống, dự trữ. Vì
vậy, lúa sau khi sấy cần đảm bảo được các yêu cầu sau:
• Hạt lúa còn nguyên vẹn vỏ trấu bao bọc hạt gạo.
• Hạt lúa còn giữ nguyên hình dạng, kích thước và màu sắc.
• Có mùi vị đặc trưng của lúa và không có mùi khác (mùi tác nhân sấy )
• Hạt lúa không bị rạn nứt, gãy vụn và đặc biệt là lúa giống phải đảm bảo khả
năng nảy mầm của hạt sau khi sấy hoặc hạt không bị gãy, vỡ trong quá trình
xay xát.
• Sau khi sấy, lúa phải đạt độ ẩm bảo quản, nếu không sẽ là môi trường tốt cho

mối, mọt phá hoại.
8
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
PHẦN 2. THIẾT KẾ THÁP SẤY
2.1. Yêu cầu
Thiết kế hệ thống sấy tháp để sấy lúa ở tỉnh An Giang với các thông số:
Năng suất L
2
=2500 kg nguyên liệu/h
Nhiệt độ không khí t=30
o
C, độ ẩm 80%
Sử dụng vỏ trấu để cung cấp nhiệt cho quá trình sấy.
2.2. Lựa chọn tác nhân sấy
Trong kĩ thuật sấy các loại vật liệu ẩm bằng phương pháp đối lưu, người ta
thường dùng các môi chất như không khí, khói lò hoặc các loại khí trơ và hơi nước
quá nhiệt để làm tác nhân sấy.
Không khí là loại tác nhân sấy rẻ tiền thường có sẵn trong tự nhiên, không độc
hại, không làm bẩn sản phẩm. Thành phần không khí gồm hỗn hợp nhiều chất khí
khác nhau như: N
2
, O
2
, CO
2
và một số khí khác. Khi nghiên cứu về không khí ẩm,
ta xem nó là một thành phần đồng nhất và khi sấy không khí thường ở áp suất khí
quyển, nhiệt độ trong phạm vi từ vài chục độ đến vài trăm độ C. Khi tính toán, ta
xem không khí là khí lí tưởng.
Khả năng sấy của không khí thể hiện bởi sự chênh lệch giữa nhiệt độ bầu khô và

nhiệt độ bầu ướt (Dt = t
k
– t
ư
) hoặc sự chênh lệch giữa áp suất bão hòa và áp suất
hơi riêng phần (DP = P
b
– P
h
) cũng như chênh lệch hàm ẩm (Dd = d
b
– d
h
). Bằng sự
thay đổi trạng thái của không khí, người ta có thể tạo ra các chế độ sấy khác nhau
phù hợp với từng loại vật liệu sấy khác nhau.
Như chúng ta đã biết, ngoài không khí ẩm, khói lò cũng là tác nhân sấy phổ biến.
Khói lò có thể được tạo ra nhờ đốt nhiều loại nhiên liệu khác nhau trong đó chủ yếu
là nhiên liệu hóa thạch (than đá) và các nhiên liệu gốc sinh khối khác như củi, trấu,
bã mía… Khói lò thường được sử dụng trong các thiết bị sấy với tư cách là nguồn
cung cấp gián tiếp để đốt nóng tác nhân sấy (trong calorifer không khí – khói lò)
hoặc với tư cách là tác nhân sấy trực tiếp, vừa cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy vừa
mang ẩm thải vào môi trường.
Trong khói lò chỉ có hai thành phần là khói khô và hơi nước. Nếu sử dụng khói
lò với tư cách là một tác nhân sấy thì trong tính toán ta sẽ xem khói lò như là một
dạng nào đó của không khí ẩm, và vì thế ta có thể dùng đồ thị I – d của không khí
ẩm để biểu diễn các trạng thái hay quá trình nhiệt động của khói lò. Hay nói cách
khác, khói lò cũng có các thông số như entanpy I, độ chứa ẩm d, độ ẩm tương đối
giống như không khí ẩm. Khói lò được sinh ra do đốt trấu, nguồn nhiên liệu rất dồi
dào ở vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long. Trong bài đồ án, dùng khói lò làm tác

nhân sấy trực tiếp bằng cách đốt trấu cấp nhiệt.
9
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Hình 3 Quy trình công nghệ sấy tháp
2.3. Lựa chọn chế độ sấy.
Chọn chế độ sấy giáng ẩm cho hai vùng sấy và một vùng làm mát theo thông số
sau:
10
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Vùng sấy 1: x
11
=27%, x
21
=21%, x
tb
=24%
Vùng sấy 2: x
12
=21%, x
22
= 14%, x
tb2
=17.5%
Vùng làm mát: x
13
= 14%, x
23
=13%
Nhiệt độ (t) tác nhân sấy (lúa thương phẩm):
Vùng sấy 1: t

11
=75
o
C
Vùng sấy 2: t
12
= 85
o
C
Nhiệt độ tác nhân lạnh t
13
= 30
o
C
Xem thời gian sấy ở 2 vùng sấy là như nhau. Giả sử τ
1
= τ
2
= 2h
Nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt ở 2 vùng sấy là:
Nhiệt độ ra của tác nhân sấy t
2
Theo điều kiện nhiệt độ tác nhân sấy ra phải thỏa mãn bất đẳng thức t
2
≤ (5 ÷10) +
t
h
, [5], do đó, ta chọn nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi tháp là:
Vùng sấy 1: t
21

= 45
o
C
Vùng sấy 2: t
22
= 55
o
C
Vùng làm lạnh: t
23
=38
o
C
Nhiệt độ vật liệu sấy vào ra các vùng nhỏ hơn nhiệt độ tác nhân sấy 5-10
o
C [5], ta
lấy
Vùng sấy 1: : t
vl11
= 30
o
C; t
vl21
= 40
o
C
Vùng sấy 2: : t
vl12
= 40
o

C; t
vl22
= 53
o
C
Vùng làm lạnh: t
vl13
= 53
o
C; t
vl23
=33
o
C
Bảng 1 Tóm tắt các thông số cơ bản của quá trình sấy
Nhiệt độ tác nhân
(
o
C)
Nhiệt độ vật liệu
sấy(
o
C)
Độ ẩm vật liệu
(%)
Vào Ra Vào ra Vào Ra
Vùng
sấy 1
75 45 30 40 27 21
Vùng 85 55 40 53 21 14

11
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
sấy 2
Vùng
làm
mát
30 38 53 33 14 13
2.4. Cân bằng vật chất
Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ:
Toàn bộ quá trình sấy
402.30
13100
)1327(2500
100
)(
1
212
=
−
−
=
−
−
=
x
xxL
W
(kg ẩm/h)
Vùng sấy 1:
189.87

21100
)2127(2500
100
)(
11
2111
1
=
−
−
=
−
−
=
x
xxL
W
(kg ẩm/h)
Vùng sấy 2:
188.03
14100
)1421()189.872500(
100
)).((
12
221211
2
=
−
−−

=
−
−−
=
x
xxWL
W
(kg ẩm/h)
Khối lượng lúa sau khi khỏi khu vực 1
L
21
= L
11
-W
1
= 2500- 189.87= 2310.13 kg/h
Khối lượng lúa sau khi khỏi khu vực 2
L
22
= L
11
-W
1
– W
2
= 2310.13- 188.03= 2122.09 kg/h
Lượng sản phẩm tạo thành sau khi ra khỏi khu vực làm lạnh:
L
23
=L

1
-W= 2122.09- 24.39= 2097.70 (kg/h)
Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
L
k
=L
2
.(1-x
2
)=2500(1-0,27)= 1825 kg/h
Với W là lượng nước tron
2.5. Quá trình sấy lý thuyết
Lượng không khí khô cần thiết:
Chọn không khí vào có nhiệt độ 30
o
C, φ
0
=0.8.
d
0
= 0.022 kg ẩm/kkk Entanpi: I
0
= 85.01 Kj/kg kkk
Tính toán khói lò
Bảng 2 Thông số của trấu
C H N O S A (nước) W(Tro)
37.13% 4.12% 0.36% 31.60% 0.04% 17.75% 9.00%
12
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Chọn không khí vào có nhiệt độ 30

o
C, φ
0
=0.8
d
0
= 0.022 kg ẩm/kkk
Entanpi: I
0
= 85.01 Kj/kg kkk
Năng lượng của 1 kg trấu khi bị đốt cháy
Q
c
= 33858*C +125400*H-10868*(O-S)= 33858*37.13% +125400*4.12%
-10868*(31.60% -0.04%)=14308.01 kJ/kg
Lượng không khí dùng để đốt cháy hoàn toàn 1 kg trấu:
L
o
= 11.6*C +34.8*H+4.3*(O-S)=
=11.6*37.13% +34.8*4.12%+4.3*(31.60% -0.04%)= 6.50 kg kkk/kg trấu
Chọn hệ số không khí thừa của buồng đốt α
bd
=1.2, hiệu suất buồng đốt ℶ=0.9
nhiệt dung riêng của trấu là 2.2 kJ/kg.K.
Lượng ẩm chứa trong khói lò:
(kg ẩm/kg kkk)
Entanpy của khói lò:
Tính toán quá trình hòa trộn
Gọi α
i

là hệ số hòa trộn không khí và khói ở các khu vực sấy
Hệ số không khí thừa sau buồng hòa trộn của giai đoạn thứ I tính theo công thức
i
a1
=2500+1.842*t
1
=2500+1.842*75=2638.15 (kJ/kg)
i
a2
=2500+1.842*t
2
=2500+1.842*85= 2656.57 (kJ/kg)
Thay các đại lượng vào công thức (1) với C
pk
=1.005 kJ/kg.K
Ta được:
α
1
= 40.41 α
2
= 32.57
Vậy hòa trộn khói lò và không khí ở khu vực sấy 1 và khu vực sấy 2 lần lượt với
tỷ lệ 1:33.75 và 1:24.05
Lượng chứa ẩm của khói lò sau khi hòa trộn theo từng giai đoạn:
Thay số vào công thức (2), ta được:
13
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
d
11
=d

1
’= 0.0236 kg ẩm/kkk
d
21
=d
2
’=0.0240 kg ẩm/kkk
Entranpy của khói lò sau khi hòa trộn trong từng giai đoạn sấy:
Thay số vào phương trình 3 ta được
i
1
'
=119.5348 kj/kg hhk
i
2
'
=127.8298 kj/kg hhk
Không khí vào 2 vùng sấy là không khí hòa trộn với khói lò, ta có:
Phân áp bão hòa của hơi nước
Độ ẩm tương đối
Quá trình sấy lý thuyết được đặc trưng bở entapy trước và sau quá trình sấy bằng
nhau. Do đó, để xác định trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết ta phải
chọn được nhiệt độ t
2
. Như vậy, trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết
được xác định thông qua cặp thông số (I
2
,d
2
) dó đó I

2
=I
1
. Lượng ẩm chứa của tác
nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết được tra trên giản đồ I-d. Tuy nhiên, d
2i
cũng
có thể được xác định như sau:
Trong đó i
21
=2500+1.842t
21
=2500+1.842*45=2582.89 kJ/kg
i
22
=2500+1.842t
22
=2500+1.842*55= 2601.31 kJ/kg
ta có:
kg ẩm/kg kkk
kg ẩm/kg kkk
14
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi ẩm:
Khu vực sấy 1:
kg kkk/kg ẩm
Khu vực sấy 2: :
g kkk/kg ẩm
Tính toán vùng làm mát
Nhiệt lượng vật liệu sấy tỏa ra cho không khí trong buồng làm mát q

3
(kJ/kg ẩm).
Để tính nhiệt lượng này trước hết cần tính nhiệt dung riêng trung bình của vật liệu
sấy:
C=C
A
*x
23
+(1-x
23
)*C
k
==4.18*0.135+(1-0.135)*1.55=1.905 (kJ/kg.K)
Nhiệt lượng do lúa nhả ra cho vùng làm mát:
Q
3
=G
23
*C
3
*(t
vl13
-t
vl23
)=(2500- 189.87- 188.03)*(1-0.135)*1.932*(53-33)= 51166.8
kJ/h
q
3
=Q
3

/W
3
=51166.8054/24.39= 2907.86 kJ/kg ẩm
Bỏ qua nhiệt lượng tỏa ra môi trường, ta có:
∆
3
=q
3
=2907.86 kJ/kg ẩm
Thông số không khí sau buồng mát
Nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi buồng làm mát là 33
O
C, do đó chọn nhiệt độ trung
bình của tác nhân sấy ra khỏi buồng làm mát là 38
O
C
kg ẩm/kg kkk
Khi đó
Lượng không khí cần thiết để đưa vào khu vực làm mát:
kg kkk/kg ẩm
G
3
=g
3
*W
3
=90.91* 24.39= 2217.44 kgkkk/h
15
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Hình 4 Mô tả quá trình sấy

Bảng 3 Không khí vào các khu vực
d(kg ẩm/kg kkk) G (kg/h) d (kg/m3) m3/h
Khu vực sấy 1 0.0236 15630.14 1.334595143 11711.52
Khu vực sấy 2 0.0240 15580.88 1.335201008 11669.31
Khu vực làm mát 0.02 2217.44 1.324169454 1674.59
Bảng 4 Thông số quá trình sấy
I
1
d
1
d
2
φ
1
φ
2
Vùng sấy 1 137.44 0.0236
0.0357038
6
9.54%
56.79
%
Vùng sấy 2
149.19
0.0240
0.0361037
6
6.49%
35.02
%

Vùng làm
nguội
85.01 0.022 0.03775 - -
2.6. Tính toán thời gian sấy theo phương pháp Luikov
Độ chênh lệch nhiệt độ giữa tác nhân sấy và bề mặt vật liệu là 5
0
C [5]
Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt J
1b
Theo [5], ta chọn vận tốc tác nhân sấy đi qua hạt v = 5 m/s nên hệ số trao
đổi nhiệt đối lưu của tác nhân sấy là:
α = 6.15 +4.17v = 6.15 + 4.17*5 = 27 W/m
2
.độ =97.2 kg/m
2
.h
J
1b
=α
1
*(t
m
-t
b
)= 97.2*5=486 kJ/m
2
h
16
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Cường độ bay hơi ẩm J

2b
:

Tốc độ sấy N:
Góc nghiêng của đường cong sấy:
Thời gian sấy đẳng tốc:
Thời gian sấy giai đoạn sấy giảm tốc
Hệ số χ:
Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc:
Tổng thời gian sấy
τ= τ
1
+ τ
2
= 0.1626+3.2674=3.43 h
Kiểm tra lại điều kiện τ
1
= τ
2
= 2h thay bằng τ
1
= τ
2
= 1.715h
Nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt ở 2 vùng sấy là:
Vẫn thỏa mãn điều kiện nhiệt độ đầu ra của lúa ở các khu vực sấy.
17
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Hình 5 Đường cong sấy của lúa
2.7. Tính toán thiết bị sấy

2.7.1. Kích thước chính của thiết bị
Cho độ rỗng của khối hạt là 30%
 Tỷ trọng của khối hạt là
Ở trên đỉnh tháp có khoảng không cao 0.5m để điền đầy nguyên liệu vào
Lượng lúa chứa trong tháp sấy
L
s
=L
1
* τ=2500*3.43= 8573 kg
Thể tích lúa chiếm trong thiết bị
V
l
= L
s
/(d
kh
*1000)= 14.86 m
3
Chọn tháp có chiều rộng và chiều dài là 1.8m
Chọn tốc độ tác nhân sấy đi trong máng dẫn là 5 m/s
18
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Z`
Hình 6 Kích thước và cách bố trí các máng dẫn, máng thải
Diện tích tiết diện máng dẫn
S
md
= 0.06*10+0.5*0.1*0.07= 0.0095 m
2

Thể tích của một máng dẫn
V
md
=0.0095*1.8=0.0171 m
3
Căn cứ vào kích thước trên, chon 1 hàng máng dẫn tác nhân gồm 10 máng.
Số máng tính toán
N
m
=V
tn
/ S
md
Bảng 5 Tính toán máng dẫn, máng thải
V
tn
:thể tích
tác nhân
(m
3
/h)
Lượng
máng dẫn
tác nhân sấy
Lượng
máng chọn
thiết kế
Số hàng
máng dẫn
Số hàng

máng thải
Khu vực
sấy 1
11711.52
68.49
70 7 6
Khu vực
sấy 2
11669.31
68.24
70 7 6
Khu vực
làm mát
1674.59
9.79
10 1 1
Số máng dẫn khí ra trên 1 hàng là 10 máng
Tổng số máng là (70+70+10)+9*(6+6+1)=267 máng.
Thể tích máng dẫn chiếm: V
m
= 4.3434 m
3
Thể tích phần điền đầy V
dd
=0.5*1.8*1.8=1.62 m
3
Thể tích của tháp sấy V
t
=V
l

+V
m
+V
dd
= 20.8234 m
3
Chiều cao các khu vực sấy:
19
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Chiều cao của khu vực sấy 1: h
1
= 3.00 m
Chiều cao của khu vực sấy 2: h
2
=2.99m~3m
Chiều cao của khu vực làm nguội h
3
= 0.43
Số hàng của máng dẫn tác nhân sấy vào
Khoảng cách giữa các hàng máng dẫn vào:
h
kc
= h
1
/(70/10)=0.44 m
Tốc độ thực của hạt di chuyển trong tháp:
Điều kiện để đảm bảo lúa sẽ đi xuống suốt quá trình
Trong đó v
l
là tốc độ lắng lý thuyết của hạt lúa trong tháp

v
cb
là tốc độ cân bằng của hạt lúa trong tháp
Độ nhớt động lực học của không khí
Ns/m
2
Trong đó:
µ
0
- Độ nhớt động lực học của không khí ở 0
0
C; µ
0
= 17,5.10
-6
N.s/m
2
C
C: Hằng số, đối với không khí: C = 124
t
K
- nhiệt độ của dòng khí vào thiết bị.
Chọn tk bằn nhiệt độ trung bình của 2 vùng sấy => tk =90 oC

Vùng chảy Alen
Áp dụng phương trình Stock cho lắng trọng lực ta được
Vân tốc cân bằng của quá trình lắng
v
l
>v

cb
do đó xảy ra quá trình lắng trong tháp sấy.
2.7.2. Thiết kế phần đáy của tháp sấy .
Chọn thép có bề dày 5mm.
Theo kinh nghiệm, góc nghỉ của hạt lúa =32-40
o

20
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Do đó chọn độ nghiêng của đáy là 45
o
Chi tiết được trình bày trong bản vẽ đính kèm.
Tương tự cho phần nắp thiết bị, sử dụng góc nghỉ để
đảm bảo các hạt lúa được phân bố đều trong tháp sấy ( chi tiết được trình bày trong
bản vẽ đính kèm)
2.7.3. Tính bền thiết bị
Vì áp suất khói lò trước khi vào tháp sấy rất nhỏ ta có thể coi như tháp không
chịu áp lực mà chỉ chịu lực do khối vật liệu sấy tác động lên.
Coi thành tháp là một thanh dầm. Coi toàn bộ vật liệu có khối lượng m. Ta
xét bài toán cơ :

F
ms
P
Q
N
Hình 8 Biểu đồ lực
Xét lực tác dụng lên thanh dầm như hình:
Cân bằng lực theo phương thẳng đứng ta có:
F

ms
= P (1)
Cân bằng lực theo phương nằm ngang:
Q = N
Mà : F
ms
=
µ
N
Với
µ
là hệ số ma sát giữa bề mặt khối vật liệu và bề mặt thanh dầm ở trạng thái
tĩnh. Chọn vật liệu làm tháp là thép CT
3
ta tra được trong tài liệu [5] bảng 60
được
µ
= 0.6
⇒
Q = F
ms
/
µ
. Do (1)
⇒
Q = P/
µ
= mg/
µ
21

Hình 7 Góc nghỉ của khối lúa
AMH Quỏ trỡnh & Thit b: Thit k thỏp sy lỳa GVHD: TS Li Quc t
Khi lng ton b vt liu cha trong thỏp :
m
1=
L
s
=L
1
* =2500*3.43= 8573 kg
Khi lng ca mỏng:
Tng s mỏng trong thỏp: 267 mỏng
Chn thộp lm mỏng cú b dy 2 mm
Lng vt liu to thnh 1 mỏng
Th tớch ton b mỏng trong thỏp: V=V
m
*252=0.265 m
3

Vy khi lng thộp s dng lm mỏng l: m
2
= 7.84*10
3
*0.265 = 2077.17 kg
Suy ra khi lng tng cng m thỏp phi chu l m = m
1
+ m
2
= 8573 + 2077.2=
10653.2 kg

Q =104401 N
õy l bi toỏn c hc thun tuý khi thanh dm chu tỏc dng ca ti trng Q.
Trờn thanh dm ú im yu nht l gia hai thanh vỡ 2 u ó c gi c
nh. Ta chuyn sang bi toỏn sc bn vt liu.
V biu ni lc :
+
Bieồu ủo noọi lửùc
Q
Bieồu ủo
+
-
-
Hỡnh 9 Biu ni lc
Ta phi cú :
td

][


. Vi l ng sut cho phộp ca vt liu ch to thit b
nhit lm vic
Theo thuyt bn Tresca:
td

=
zyz
22
4

+
m
z

= 0. Vỡ mt ct l hỡnh ch nht nờn
zy

=
F
Q
y

2
3
22
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Với F : diện tích mặt cắt hình chữ nhật F = S
∗
b
Với S: bề dày tháp
Như ở trên ta chọn vật liệu làm tháp là CT
3
làm việc ở nhiệt độ 90
0
C. Tra trong
đồ thị 1.1 trang 18 tài liệu [6] ta được :
][
σ
= 135

∗
10
6
N
⇒

td
σ
=2
zy
τ
=3
F
Q
y
≤

][
σ
⇔
F
≥
][
3
σ
Q
=
6
10135
1130953

∗
∗
= 2.513*10
-3
m
2

⇒
S
≥
b
10*2.513
-3
= 1.396*10
-3
m = 1.396 mm
Theo thuyết bền VonMisses:
zyz
td
22
3
τσσ
+=
][
σ
≤
⇔
F
≥
1.722

∗
10
-3
m
2

⇒
S
≥
3.1 mm
Chiều dày tối thiểu chọn S’
max
= { 1, 3.1 }
Vậy chiều dày tối thiểu của tháp : S’= 3.1 mm
Chiều dày thực : S = S’ + C
0
+ C
a
+ C
1

Với C
0
: hệ số bổ sung chiều dày do ăn mòn
C
a
: hệ số bổ sung chiều dày do qui tròn
C
1
: hệ số bổ sung chiều dày do hao mòn

⇒
S = 3.1 + 0.9 + 1 = 5 mm
Tổng khối lượng tháp
0.005*1.8*2*6.93*7.84*10
3
+0.005*2*2*6.93*7.84*10
3
+2077.2 =4142 kg
1 Cân bằng năng lượng
23
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
Nhiệt lượng mang vào bao gồm
Dòng không khí: GH
o
Do vật liệu sấy: L
2
C
vl
+ WCt
vld
Do thùng sấy: mCv
c
t
cvd
Do khí vào từ calorifer: Q
c
Nhiệt lượng mang ra bao gồm
Do không khí: GH
2
Do vật liệu sấy: L

2
C
vl
t
vlc
Do thùng sấy mC
vc
t
vcc
Do tổn thất: Q
m
=5% Q
Tổng nhiệt lượng cung cấp cho thiết bị sấy
C=4,18 kJ/Kg.K
C
vlk
= 0,37 kJ/kg.K
Thiết bị nặng 4142 kg, t
vcd
=30
o
C, t
vcc
=45
o
C
C
vl
= C
vld

=C
vlk
(1-x
2
)+W.x
2
= 0,37 (1-0,125)+4,18. 0,125=0,85 (kJ/gk.K)
Nhiệt lượng cần cung cấp
Q
1
=Q
c
=G*(H
2
-H
0
)+L
2
C
vl
(t
vlc
-t
vld
)+m.C
vc
(t
vcc
-t
vcd

)-W.C.t
vld
= 1812702.98 (kJ/h)
Cho quá trình thất thoát nhiệt trong thùng sấy bằng 5% lượng nhiệt Q
1
Q
m
=0,05Q
1
= 90635.15 (kJ/h)
Tổng nhiệt lượng cần cung cấp là:
Q=Q
1
+ Q
m
=1812702.98 +90635.15=1903338.12 (kJ/h)
2.7.4. Tính các tổn thất nhiệt:
2.7.4.1. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:
Q
v
=G
VL
C
VL
(t
VL2
-t
0
)
Với :

C
VL
= C
K
+ (C
a
–C
K
)u
2
Trong đó: C
K
: nhiệt dung riêng của lúa
C
K
= 1.55 kJ/kg.độ
C
a
:nhiệt dung riêng của nước
24
ĐAMH Quá trình & Thiết bị: Thiết kế tháp sấy lúa GVHD: TS Lại Quốc Đạt
C
a
= 4.4868 kJ/kg.độ
⇒
C
VL
= 1.8927 kJ/kg.độ
⇒
Q

V
= 1379.3*1.8927(33-30)= 7831.80 kJ/h
Chọn t
VL2
=33
o
C
Hay q
V
= Q
V
/ W = 19.47 kJ/kg ẩm
2.7.4.2. Tổn thất nhiệt ra môi trường:
• Tính sơ bộ hệ số cấp nhiệt từ khói lò đến thành thiết bị :
Hệ số cấp nhiệt từ khói lò đến thành trong thiết bị:
1
α
=
1
''
1
'
αα
+
Với
1
'
α
: hệ số cấp nhiệt đối lưu cưỡng bức
''

1
α
: hệ số cấp nhiệt đối lưu tự nhiên
Hệ số cấp nhiệt đối lưu cưỡng bức :
Chọn vận tốc dòng khí đi trong tháp :v = 0.5 m/ s
Re =
µ
ρ
td
vD
Với :
v: vận tốc dòng khí đi trong tháp
D
td
: đường kính tương đương của tháp sấy:
D
td
=
P
F4
=1.8 m. Với P : chu vi của mặt cắt ngang
F : diện tích mặt cắt ngang
µ
: độ nhớt của khói lò ở nhiệt độ 90
0
C tra ở tài liệu [7] bảng 1.114 trang 118 ta
được
µ
= 0.02
∗

10
-3
Pas
⇒
Re = 48802.5
25