Đồ án thiết kế hệ thống sấy lúa bắng sấy tháp 1 tấn.h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Độc lập - Tự do -Hạnh phúc


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
(Quá trình thiết bị trong công nghệ hóa học và thực phẩm)

GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải
Nhóm SV thực hiện: MSSV:
Trần Thanh Anh 14031160
Mai Trung Băng 14030334
Chu Quang Huy 14030785
Nguyễn Hữu Công Danh 14030411

Khoa : Công nghệ kỹ thuật hóa học - Chuyên ngành hóa dầu
Lớp : DL14HD
Đề tài : Thiết kế hệ thống sấy lúa bằng phương pháp sấy tháp năng suất
sản phẩm 1 tấn/h.
Dữ kiện ban đầu: Năng suất sản phẩm 1 tấn/h, độ ẩm đầu 22% và độ ẩm
cuối 14,5%.
Nhiệm vụ đồ án:
- Quy trình công nghệ
- Cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng và tính toán.
- Tính toán thiết kế tháp sấy:
+ Chiều cao tháp
+ Bố trí kênh dẫn, kênh thải
+ Tính toán cơ khí
- Tính toán và chọn thiết bị phụ:
+ Buồng đốt
+ Calorife
+ Quạt

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Ngày giao đồ án: tháng 10/2014.
Ngày hoàn thành: tháng 1/2015.

Ngày tháng năm
Nhận xét của giảng viên hướng dẫn
(Ký tên)


Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

LỜI CẢM ƠN
Đồ án quá trình thiết bị là môn học giúp sinh viên ứng dụng kiến thức môn
Quá trình thiết bị và nhiều môn nữa vào việc thiết kế công nghệ theo đề tài cho
trước. Tuy đã được trang bị đầy đủ kiến thức để trở thành kỹ sư thiết kế ứng dụng,
nhưng về kinh nghiệm và về chuyên môn thì nhóm sinh viên chúng em vẫn chưa
có đủ để trở thành những kỹ sư thực thụ. Chính vì thế, sự giúp đỡ, theo sát và tận
tình chỉ bảo của Quý Thầy (Cô) là không thể thiếu.
Trong suốt quá trình thực hiện Đồ án thì thầy Nguyễn Quốc Hải là người
quan trọng trong vai trò cao cả ấy. Nhóm chúng em xin phép được gửi đến thầy
sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc! Bên cạnh đó cũng phải phải kể đến sự giúp
đỡ nhiệt của một số Quý Thầy (Cô) khác nữa, nhóm em cũng xin chân thành cảm
ơn!

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, đối với nước ta năng suất của người lao động được nâng lên rất
cao nhờ sự giúp sức của nhiều loại máy móc hiện đại, các phương pháp nuôi trồng
tiên tiến. Sản lượng lương thực, thực phẩm hàng năm không những đủ dùng mà
còn xuất khẩu đi nhiều nước trên thế giới. Các loại lương thực, thực phẩm đều dễ
bị hư hỏng ở điều kiện khí hậu bình thường. Do đó muốn bảo quảnlương thực,
thực phẩm được lâu dài để có thể dễ dàng vận chuyển đi xa thì chúng ta cần phải
áp dụng các phương pháp như sấy khô hoặc ướp lạnh lương thực, thực phẩm sau
đó bảo quản ở môi trường thích hợp. Ngoài kỹ thuật lạnh, sấy là một quá trình
công nghệ được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công
nghiệp chế biến nông – hải sản. Trong nông nghiệp, sấy là một trong những công
đoạn quan trọng sau thu hoạch. Quá trình sấy không chỉ là tách nước và hơi nước
ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi
sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn ít năng lượng và chi phí
vận hành thấp. Chẳng hạn trong chế biến nông – hải sản, sản phẩm sấy phải đảm
bảo duy trì màu sắc, hương vị, các vi lượng v.v
Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy khác nhau, đối với thóc người ta
có thể dùng các phương pháp sấy như: phơi nắng tự nhiên, sấy thùng quay, sấy
buồng, sấy tháp,… Đồ án môn học này nhằm thiết kế hệ thống sấy thóc với năng
suất sản phẩm 1 tấn lúa/h bằng thiết bị sấy tháp, với tác nhân sấy chính là không
khí khói lò và khói lò làm tác nhân phụ.

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. VẬT LIỆU SẤY VÀ QUÁ TRÌNH SẤY 1

1.1. Vật liệu sấy 1
1.1.1. Giới thệu sơ lược về vật liệu cần sấy – thóc 1
1.1.1.1. Cấu tạo của hạt thóc 1
1.1.1.2. Các thành phần hoá học của thóc 2
1.1.1.3. Tính chất vật lý 2
1.1.1.4. Các đặc tính chung của khối thóc 3
1.1.2. Đặc trưng của hạt thóc sau khi sấy 5
1.1.3. Giới thiệu quy trình thu hoạch và bảo quản thóc 6
1.1.4. Công nghệ sấy lúa 6
1.2. Sơ lược về quá trình sấy – sấy tháp 7
1.2.1. Khái niệm sấy 7
1.2.2. Chọn phương pháp sấy, hệ thống sấy 8
1.2.2.1. Giới thiệu phương pháp sấy nóng 8
1.2.2.2. Chọn dạng hệ thống sấy 8
1.2.2.3. Chọn tác nhân sấy, nhiên liệu 10
1.3. Lựa chọn hệ thống sấy lúa, sơ đồ công nghệ và thuyết minh 12
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY 15
2.1. Chọn thông số không khí ngoài trời 15
2.2. Tính cân bằng ẩm cho từng vùng 15
2.3. Tính toán quá trình cháy và quá trình trao đổi nhiệt 16
2.4. Tính thời gian sấy 20
2.5. Xác định kích thước sơ bộ của buồng sấy 23
2.6. Bố trí kênh dẫn và kênh thải 24
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY THÁP 25
3.1. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 25
3.2. Tính các tổn thất nhiệt 25
3.3. Tính toán quá trình sấy thực tế 28
3.4. Tính toán cân bằng nhiệt 29
3.5. Tính nhiên liệu tiêu hao 30
3.6. Tính toán vùng làm mát 30

CHƯƠNG 4. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 33
4.1. Buồng đốt 33
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải



4.1.1. Đặc điểm và mục đích của buồng đốt 33
4.1.2. Thiết kế buồng đốt 34
4.2. Thiết bị trao đổi nhiệt (Calorife khí – khói) 35
4.2.1. Công suất nhiệt của Calorife 35
4.2.2. Calorife khí – khói 35
4.3. Tính quạt 37
4.3.1. Cho buồng sấy 37
4.3.1.1 Trở lực 37
4.3.1.2. Trở lực qua ống dẫn 38
4.3.1.3. Trở lực trong kênh dẫn và kênh thải 38
4.3.1.4. Trở lực qua lớp hạt 39
4.3.1.5. Trở lực cục bộ 39
4.3.1.6. Tổng trở lực 39
4.3.2. Cho buồng làm mát 40
4.4. Trọng lượng của tháp 41
4.5. Gàu tải 42
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 1

CHƯƠNG 1. VẬT LIỆU SẤY VÀ QUÁ TRÌNH SẤY

1.1. Vật liệu sấy
1.1.1. Giới thệu sơ lược về vật liệu cần sấy – thóc
1.1.1.1. Cấu tạo của hạt thóc
Hạt thóc nhìn từ ngoài vào có các bộ phận chính: mày thóc, vỏ trấu, vỏ
hạt, nội nhủ, phôi.













Hình 1.1 Cấu tạo hạt thóc

Awn: râu lúa
Lemma: vỏ
Starchy endosperm: nội nhũ tinh bột
Aleurone: hạt alơron
Tegmen: vỏ
Palea: mày
Pericap: vỏ hạt
Sterile: vỏ bao nhỏ
Embryo: mầm, phôi
Scutellum: vảy nhỏ

Epiblast: lá mặt
Coleoptile: lá bao mầm
Plumule: chồi mầm
Radicle: rễ mầm
Coleorhize: thân mầm
Rachilla: cuống hạt
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 2

 Mày thóc: trong quá trình sấy, bảo quan, mày thóc rụng ra làm tăng lượng
tạp chất trong thóc.
 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,
 Vỏ hạt: bao bọc nội nhủ, thành phần cấu tạo chủ yếu là lipit va protit.
 Nội nhũ: là thành phần chính và chủ yếu nhất của hạt thóc, 85% là gluxit.
 Phôi: nằm ở góc dưới nội nhũ, làm nhiệm vụ biến các chất dinh dưỡng trong
nội nhũ đẻ nuôi mộng khi hạt thóc nảy mầm.
1.1.1.2. Các thành phần hoá học của thóc
Bảng 1.1 Các thành phần hóa học của thóc
Nước
Gluxit
Protit
Lipit
Xenlulo
Tro
Vitamin
B
1

13,0%
64,03%
6,69%
2,1%
8,78%
5,36%
5,36%
1.1.1.3. Tính chất vật lý
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
phẩm chất. Thông thường độ ẩm của thóc khi mới thu hoạch là từ 20-27%. Để
thóc không bị hư hỏng hoặc giảm phẩm chất thì trong vòng 48 giờ sau khi thu
hoạch phải làm khô thóc để độ ẩm chỉ còn 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 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%. [1]
Thông số của vật liệu
 Khối lượng riêng: Thóc khô  = 500 kg/m
3
, Thóc ướt  = 750 kg/m
3

 Nhiệt dung riêng: C = 1,5 kJ/kgK

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 3

 Hệ số dẫn nhiệt:  = 0,09 W/mK
 Hệ số hình dạng: 
hd
= 1,86
 Kích thước hạt thóc:
o Dày 1,2  2,8 mm
o Rộng 2,5  4,3 mm
o Dài 5  12 mm
 Đường kính tương đương của hạt: d
tđ
= 2,72 mm
 Khối lượng 1000 hạt: (24  30) g
 Độ ẩm đầu:
1
= 22%
 Độ ẩm cuối:
2
= 14,5%
 Nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép:  (50 85)
0
C (theo tài liệu nghiên cứu của
viện cơ điện và nông nghiệp sau thu hoạch).
1.1.1.4. Các đặc tính chung của 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. 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. 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
1
. Dựa vào độ tan rời này để xác định để xác định sơ bộ chất lượng
và sự thay đổi chất lượng của thóc trong quá trình sấy và bảo quản. Đối với
thóc, góc nghỉ khoảng từ 32 ÷ 40
0
.
 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
. Trường hợp
không phải là một hạt mà là một khối hạt thì góc trượt có liên quan và phụ
thuộc vào góc nghiêng tự nhiên.

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 4

o Hình 1.2 Các góc trong khối hạt
 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.
 Độ rời của khối hạt dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào các yếu
tố như kích thước, hình dạng hạt và trạng thái bề mặt hạt, độ ẩm của hạt, số
lượng và loại tạp chất trong khối hạt. Đối với góc trượt còn thêm một yếu
tố quan trọng nữa là loại vật liệu và trạng thái bề mặt vật liệu trượt.
 Loại hạt có dạng hình cầu, bề mặt hạt nhẵn như đậu, loại hạt không có hình
cầu vàbề mặt hạt xù xì như thóc thì góc nghỉ và góc trượt lớn.

 Độ tạp chất của 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.
 Trong bảo quản, độ rời của khối hạt có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện
bảo quản. Nếu bảo quản quá lâu hay đã xảy ra quá trình tự bốc nóng làm
cho khối hạt bị nén chặt, độ rời giảm hay thậm chí có khi mất hẳn độ rời.
Tính tự chia loại: Khối hạt có cấu tạo từ nhiều thành phần (thóc sạch, thóc
lép, tạp chất) không đồng nhất (khác nhau về hình dạng, kích thước, tỷ
trọng) do đó trong quá trình di chuyển tạo nên những vùng khác nhau về
chất lượng, gọi là tính tự chia loại của khối hạt. Hiện tượng tự chia loại ảnh
hưởng xấu cho việc làm khô, bảo quản. Những vùng nhiều hạt lép, tạp chất
dễ hút ẩm, dễ bị cuốn lẫn theo TNS trong quá trình sấy.
Độ hổng của khối thóc: là khoảng không nằm trong khe hở giữa các hạt,
có chứa đầy không khí. Được tính bằng phần trăm thể tích khoảng không
gian của khe hở giữa các hạt với thể tích toàn bộ khối hạt chiếm chỗ. Trong
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 5

quá trình sấy, khối thóc cần có lỗ hổng cần thiết để tạo điều kiện cho quá
trình truyền và trao đổi nhiệt, ẩm với TNS được dễ dàng.
Tính dẫn, truyền nhiệt: Quá trình dẫn và truyền nhiệt trong khối thóc thực
hiện theo hai phương thức luôn tiến hành song song và có quan hệ chặt chẽ
với nhau đó là dẫn nhiệt và đối lưu. Đại lượng đặc trưng cho khả năng dẫn
nhiệt của thóc là hệ số dẫn nhiệt   0,12  0,2 Kcal/mh
0
C. Và sự trao đổi
nhiệt đối lưu giữa lớp hạt nóng và lớp hạt nguội mới vào. Cả hai đặc tính
này của thóc đều rất nhỏ nhưng cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy.
Tính hấp thụ và nhả các chất khí, hơi ẩm: Là khả năng hấp thụ và nhả

các chất khí, hơi ẩm của thóc trong quá trình sấy, thường là hiện tượng hấp
thụ bề mặt. Vì vậy trong quá trình sấy xảy ra nhiều giai đoạn: Sấy  ủ 
sấy  ủ Để giúp vận chuyển ẩm ra bề mặt thóc để thóc được sấy khô đều.
1.1.2. Đặc trưng của hạt thóc sau khi sấy
Thóc sau khi sấy được dùng để làm lương thực hoặc để làm thóc giống -
dự trữ.
Vì vậy thóc sau khi sấy phải bảo đảm được các yêu cầu:
 Hạt thóc còn nguyên vẹn vỏ trấu bao bọc hạt gạo.
 Hạt thóc còn giữ nguyên kích thước và màu sắc.
 Có mùi vị đặc trưng của thóc, không có mùi lạ khác (của TNS, )
 Thóc không bị rạn nứt, gãy vụn, đặc biệt là thóc giống phải đảm bảo được
khả năng ẩm bảo quản, không là môi trường cho mối mọt sống của hạt sau
sấy,…
 Có độ ẩm thích hợp.
 Độ hóa nhão và độ hồ hóa không đáng kể.

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 6

1.1.3. Giới thiệu quy trình thu hoạch và bảo quản thóc
Lúa có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực Đông Nam
châu Á và châu Phi. Nó cung cấp hơn 1/5 toàn bộ lượng calo tiêu thụ bởi con
người. Lúa là các loài thực vật sống một năm, có thể cao tới 1-1,8 m, đôi khi cao
hơn, với các lá mỏng, hẹp bản (2-2,5 cm) và dài 50-100 cm. Các hoa nhỏ thụ phấn
nhờ gió mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 30-50 cm.
Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại cây ngũ cốc) dài 5-12 mm và dày
2-3 mm. Cây lúa non được gọi là mạ. Sau khi ngâm ủ, người ta có thể gieo thẳng
các hạt thóc 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
thóc khoảng 85 ngày sau khi gieo xuống ruộng. Sau khi loại tạp chất,phân loại thì
lúa được đem đi sấy và cuối cùng 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, điều này làm cho nó trở thành loại lương thực được con
người tiêu thụ nhiều nhất.
Hình 1.3 Sơ đồ quy trình thu hoạch và bảo quản lúa
1.1.4. Công nghệ sấy lúa
Lúa là vật liệu dạng hạt, có thể được sấy với nhiều loại máy sấy khác nhau.
Ở đây, ta dùng thiết bị sấy tháp để sấy lúa với TNS là không khí ẩm được năng
nhiệt lên tới mực đã định rồi được dẫn vào tháp qua các kênh dẫn để trao đổi nhiệt,
ẩm với khối lúa được chảy tự nhiên từ trên xuống nhờ chính trọng lượng của
chúng rồi sau đó khí thải vào các kênh thải để thải ra môi trường. Đây là thiết bị
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 7

chuyên dùng để sấy hạt, với TNSlà không khí nóng sẽ đảm bảo yêu cầu vệ sinh
cho hạt lúa, chế độ sấy không quá cao do đó đáp ứng được yêu cầu sử dụng lúa
làm giống, làm thực phẩm hay bảo quản chúng.
Bảng 1.1 Các thông số của hạt lúa
Thông số
Số liệu
Độ ẩm sau thu hoạch
20 – 27%
Độ ẩm cần đạt được để bảo quản
14%
Độ ẩm cân bằng trong quá trình sấy
13%
Diện tích bề mặt

1,31 m
2
/kg
Khối lượng của 1000 hạt/kg
26,5x10
-3
Số hạt trong 1kg
37700 hạt
Dung trọng
85- 120 gam/lít
Tỉ trọng
1,04 – 1,18
Khối lượng riêng của hạt lúa
500 kg/m
3
Đường kính tương đương
3.5 mm
Nhiệt độ sấy thích hợp
50 – 85
0
C cho lúa thương phẩm
40 – 42
o
C cho lúa làm giống
1.2. Sơ lược về quá trình sấy – sấy tháp
1.2.1. Khái niệm sấy
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Kết quả
của quá trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên. Điều này có ý
nghĩa quan trọng về nhiều mặt: đối với các nông sản và thực phẩm nhằm tăng khả
năng bảo quản, đối với gốm sứ làm tăng độ bền cơ học, đối với than củi làm tăng

khả năng đốt cháy,… các vật liệu sau khi sấy đều giảm khối lượng hoặc cả thể
tích nên giảm được giá thành vận chuyển.
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 8

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi
trạng thái pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Cơ chế của quá trình được diễn tả bởi
4 quá trình cơ bản sau:
 Cấp nhiệt cho bề mặt vật liệu
 Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vật liệu
 Khi nhận được lượng nhiệt, dòng ẩm di chuyển từ vật liệu ra bề mặt
 Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu tách vào môi trường xung quanh
Bốn quá trình này được thể hiện bằng sự truyền vận bên trong vật liệu và
sự trao đổi nhiệt ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
1.2.2. Chọn phương pháp sấy, hệ thống sấy
1.2.2.1. Giới thiệu phương pháp sấy nóng
Để sấy thóc, ta dùng phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy (TNS) được đốt
nóng nên độ ẩm tương đối  giảm dẫn đến phân áp suất hơi nước trong TNS giảm.
Mặt khác, do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật độ hơi trong các mao quản
tăng lên do đó phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy cũng tăng theo.
Nghĩa là ở đây có sự chênh lệch phân áp suất giữa bề mặt vật liệu sấy và môi
trường, nhờ đó mà có sự dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và
đi vào môi trường.
Có 2 cách để tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và
môi trường:
 Giảm phân áp suất của TNS bằng cách đốt nóng nó.
 Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy.
1.2.2.2. Chọn dạng hệ thống sấy
Trong phương pháp sấy nóng, với thóc người ta thường sử dụng hệ thống

sấy đối lưu.
Hệ thống sấy đối lưu gồm các dạng: Hệ thống sấy (HTS) buồng, HTS
hầm, HTS tháp, HTS thùng quay, HTS khí động, HTS tầng sôi, HTS phun.
Trong đó ta thấy:
 HTS buồng: Năng suất thường nhỏ, vật liệu sấy (VLS) được đặt cố định
trên quá trình sấy (QTS) hoặc xe goòng nên cố định trong suốt QTS không
được đồng đều. Để khắc phục thì người ta bố trí cách đưa TNS theo đường
dích dắc tạo nên sự đồng đều cho sản phẩm sấy. Hệ thống này chỉ phù hợp
các VLS mà ta khó làm cho nó bị xáo trộn được trong quá trình sấy, đó là
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 9

những VLS: Tấm gỗ, gạch, ngói,…Trong khi đó thóc rất dễ xáo trộn, vì vậy
không dùng thiết bị này để sấy thóc.
 HTS hầm: Có năng suất lớn hơn HTS buồng, QTS không theo chu kỳ như
HTS buồng mà liên tục. Nhưng HTS này vẫn có nhược điểm giống HTS
buồng là không dùng để sấy thóc.
 HTS phun: Chỉ dùng để sấy các dung dịch huyền phù, không dùng HTS
này để sấy thóc.
 HTS tháp: Có thể sấy liên tục với năng suất cao. Rất phù hợp cho sấy hạt,
VLS chảy liên tục từ trên xuống dưới dưới tác dụng của trọng lực bản thân.
Trong quá trình sấy VLS được xáo trộn đều cùng TNS nên sản phẩm sấy sẽ
đồng đều. Hơn nữa việc phân vùng TNS nóng - lạnh cũng dễ dàng, vì vậy
HTS này thích hợp cho việc sấy thóc.
 HTS thùng quay: Cũng như HTS tháp, HTS này cũng rất phù hợp để sấy
hạt. VLS được xáo trộn nhờ cánh xáo trộn khi thùng quay. TNS vào đầu
này và ra khỏi đầu kia của thùng sấy, QTS được liên tục. HTS này có ưu
điểm xáo trộn đồng đều hơn nhiều so với THS tháp do có cánh xáo trộn
được dẫn động nhờ một động cơ quay. Nhưng cũng vì điều này mà nó chỉ

hiệu quả khi sấy với năng suất trung bình còn khi sấy với năng suất lớn thì
việc dẫn động cho thùng quay cũng đòi hỏi tốn kém và phức tạp.
 HTS tầng sôi: Ngay tên gọi của HTS ta đã hình dung được VLS luôn xáo
trộn trong quá trình sấy. VLS phù hợp vẫn là dạng hạt, dưới tác dụng của
TNS với thông số thích hợp thì VLS luôn bồng bềnh. Quá trình sấy liên tục
do hạt khô nhẹ sẽ ở phần trên của lớp sôi và lấy ra khỏi thiết bị sấy (TBS).
Trong HTS tầng sôi, truyền nhiệt và ẩm giữa TNS và VLS là rất tốt nên
trong các HTS hạt hiện có thì sấy tầng sôi có năng suất lớn, thời gian sấy
nhanh và VLS được rất đều.
Như vậy 3 HTS tháp – thùng quay – tầng sôi đều phù hợp cho sấy thóc.
Nhưng xét về chi phí đầu tư và chất lượng sản phẩm thì sấy tháp phù hợp hơn cả
cho sấy thóc. HTS này có chi phí đầu tư thấp hơn cả, việc xáo trộn VLS là do
chính trọng lực của nó gây ra, không cần phải tác động bên ngoài.
 Quay: HTS thùng quay cần có động cơ để làm quay thùng sẽ tốn công suất
cho động cơ.
 Bồng bềnh: HTS tầng sôi, TNS phải có áp lực nhất định thì mới thổi lớp
VLS thành màng bồng bềnh.
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 10

 Đặc biệt là VLS vẫn đảm bảo yêu cầu. Thóc sấy đạt độ ẩm từ 22% xuống
14,5%, có độ ẩm tương đối đồng đều.
 Còn nếu sản phẩm sấy đòi hỏi có yêu cầu cao hơn thì việc chọn HTS thùng
quay và tầng sôi là rất phù hợp.
1.2.2.3. Chọn tác nhân sấy, nhiên liệu
Chọn tác nhân sấy
 Không khí ẩm: là loại TNS thông dụng nhất có thể dùng cho tất cả các loại
sản phẩm. Dùng không khí ẩm không sợ ô nhiễm sản phẩm sấy và nó dễ
dàng nhận nhiệt từ chất tải nhiệt qua thiết bị trao đổi nhiệt. Nhiệt độ sấy

vừa phải, thường không đến 500
0
C, phù hợp với thiết bị có chi phí thấp.
 Khói lò: Dùng khói lò có ưu điểm là phạm vi nhiệt độ rộng từ vài chục độ
đến trên 1000
0
C, không cần Calorife. Tuy nhiên, dùng khói lò có nhược
điểm là có thề làm ô nhiễm sản phầm sấy.
 Hơi quá nhiệt: Dùng hơi quá nhiệt làm TNS trong trường hợp sản phẩm sấy
dễ cháy nổ và sản phẩm sấy chịu được nhiệt độ cao vì sấy bằng hơi quá
nhiệt có nhiệt độ thường lớn hơn 100
0
C.
VLS của ta ở đây là thóc do đó ta chọn TNS là không khí ẩm là rất phù
hợp bởi vì:
- Thóc có lớp vỏ trấu bên ngoài khi sấy bằng TNS là không khí ẩm sẽ không
làm ảnh hưởng tới chất lượng hay làm ô nhiễm hạt gạo.
- Không khí ẩm là TNS có sẵn trong tự nhiên và chỉ cần thêm thiết bị trao
đổi nhiệt để nâng nhiệt trước khi vào thiết bị sấy, chi phí thấp
Không khí ẩm làm TNS vừa giảm bớt ô nhiễm môi trường,vừa đảm bảo
được giá trị kinh tế. Vì vậy không khí là TNS phù hợp nhất.
Bên cạnh đó không khí ẩm cũng có nhược điểm: là cần lượng chất tải nhiệt
nhiều hơn.
Chọn chất tải nhiệt
Chất tải nhiệt là yêu cầu cần đảm bảo cả kỹ thuật và kinh tế. Những nhiên
liệu thường được chọn để đốt tạo khói lò làm chất tải nhiệt dùng trong HTS dùng
phương pháp sấy đối lưu như: than, củi gỗ, củi trấu, gas,…
Thực tế cho thấy dùng củi trấu làm nhiên liệu đốt là có giá trị kinh tế hơn
cả vì vừa rẻ lại tạo ra lượng nhiệt tương đối cao (khoảng 3850 kcal/kg).

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 11

Bảng 1.2 Thành phần các nguyên tố hóa học (%)
Nguyên tố hóa hóc
Củi trấu
C
38.7
H
5
O
36
N
0.5
S
0.1
A
0.079
Tr
0,121
Sơ đồ nguyên lý sấy tháp bằng không khí ẩm
Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy tháp bằng không khí ẩm
Ghi chú: 1. Buồng đốt
2. Thiết bị trao đổi nhiệt
3. Tháp sấy
4. Dòng không khí cho vào để đốt củi trấu
5. Dòng không khí ẩm
6. Dòng không khí để ủ VLS
7. Cửa cho VLS vào

8. Cửa ra sản phẩm sấy
9. Dòng không khí nóng vào tháp sấy
10. Dòng tận dụng không khí
11. Dòng khói lò sau trao đổi nhiệt
12. Dòng khói lò vào thiết bị trao đổi nhiệt

2
1
3
4
6
5
7
8
9
10
11
12
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 12

Trong buồng đốt người ta đốt cháy nhiên liệu với hệ số không khí thừa
thích hợp để quá trình cháy tốt nhất, khói lò thoát ra sẽ được đưa vào thiết bị trao
đổi nhiệt, ở đây người ta đưa không khí ẩm trao đổi nhiệt với khói lò để nâng nhiệt
độ không khí lên mức nhiệt thích hợp. Sau đó không khí khô nóng được đưa vào
tháp sấy để thực hiện quá trình sấy rồi thải ra ngoài. Khói lò sau quá trình trao đổi
nhiệt được đưa ra ngoài xử lý bụi trước khí thải vào môi trường. Tại buồng sấy
lạnh của tháp sấy, không khí ẩm được đưa vào để ủ VLS đến độ ẩm mong muốn,
không khí ẩm này sau đó được đưa đến buồng đốt cùng với dòng không khí ẩm

cho vào buồng đốt, nhầm tận dụng để giảm đi phần nào tiếu tốn năng lượng dùng
cho quạt.
1.3. Lựa chọn hệ thống sấy lúa, sơ đồ công nghệ và thuyết minh
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
kênh thải tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy (đặc điểm này khác với
các thiết bị sấy buồng và hầm). TNS 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 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 TNS 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 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÷ 0,3 m/s đến 0,6 ÷ 0,7 m/s hoặc lớn hơn. Tuy nhiên, tốc độ TNS khi
ra khỏi ống góp kênh thải theo kinh nghiệm không nên vượt quá 6 m/s để tránh
hạt bị cuốn theo tác nhân đi vào hệ thống thải ẩm (đọng lại trong các đoạn ống,
dẫn đến quạt thải,…).
Kết cấu tháp sấy
Ở đây ta chọn tháp sấy gồm một vùng sấy và một vùng làm mát. Bên trong
tháp là các kênh gió nóng và kênh thải ẩm (gọi là kênh dẫn và kênh thải) được bố
trí xem kẽ nhau. Khoảng cách giữa các kênh khoảng 70 đến 100mm để đảm bảo
cho thóc chuyển động dễ dàng từ trên xuống dưới tháp.
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 13

Kết cấu bên trong và cách bố trí các kênh dẫn kênh thải:

Hình 1.5 Cách bố trí kênh dẫn và kênh thải
Chọn chế độ sấy
Ở đây là chế độ sấy đối lưu, do yêu cầu sử dụng vật liệu sau sấy, nhiệt độ
đốt nóng hạt cho phép thấp (khoảng 50 đến 85
0
C). Vì vậy trong thiết bị sấy tháp
ta tổ chức sấy phân vùng (một vùng sấy) và một vùng làm mát (như đã chọn kết
cấu ở trên) đến nhiệt độ gần bằng nhiệt độ môi trường để đưa vào kho bảo quản
hay chế biến.
Sơ đồ công nghệ và thuyết minh
Củi trấu được đốt cháy trong buồng đốt 1 với hệ số không khí thừa thích
hợp để quá trình cháy tốt nhất sinh ra khói lò, khói lò thoát ra sẽ được đưa vào
thiết bị trao đổi nhiệt 2 (Calorife), ở đây người ta đưa không khí ẩm trao đổi nhiệt
với khói lò để nâng nhiệt độ không khí lên mức nhiệt thích hợp, Sau đó qua ống
dẫn không khí khô nóng được đưa vào tháp sấy 3 để thực hiện quá trình sấy rồi
thải ra ngoài sau khi đã được lọc sạch bụi tại Cyclon 5. Khói lò sau quá trình trao
đổi nhiệt được đưa ra ngoài xử lý bụi tại Cyclon trước khí thải vào môi trường.
Tại buồng sấy lạnh của tháp sấy, không khí ẩm được đưa vào để ủ VLS đến độ
ẩm mong muốn, không khí ẩm này sau đó được đưa đến buồng đốt cùng với dòng
không khí ẩm cho vào buồng đốt, nhầm tận dụng để giảm đi phần nào tiếu tốn
năng lượng dùng cho quạt 7. VLS được đưa vào tháp sấy bằng thiết bị vẩn chuyển
4 và nhờ cơ cấu gàu tải băng 10.

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 14

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG
 G
1
, G
2
: Lượng vật liệu trước vùng sấy và vùng làm mát.
 W
1
, W
2
: Lượng ẩm tách ra trong vùng sấy và vùng làm mát.
 t
0
, t
1
, t
n
: Nhiệt độ không khí ngoài trời, nhiệt độ không khí vào vùng sấy và
ra khỏi vùng sấy.
 t
2
, t
m
: Nhiệt độ không khí vào vùng làm mát và ra khỏi vùng làm mát.
 
1s
, 
2s
: Nhiệt độ của vật liệu sấy vào và ra khỏi vùng sấy.

 
1m
, 
2m
: Nhiệt độ vật liệu sấy vào và ra khỏi vùng làm mát.
 
0
, 
1s
, 
2s
, 
m
: Độ ẩm của không khí ngoài trời, trước vùng sấy, sau vùng
sấy và sau vùng làm mát.
 d
0
, d
k
, d
1s
, d
2s
, d
2m
: Hàm ẩm của không khí ngoài trời, sau buồng đốt, trước
vùng sấy, sau vùng sấy và sau vùng làm mát.
 I
0
, I

k
, I
1
, I
s
: Hàm nhiệt của không khí ban đầu, sau buồng đốt, trước vùng
sấy và sau vùng sấy.
 L
s
, L
s
: Lượng không khí khô cần thiết bốc hơi 1kg ẩm của vùng sấy, và
vùng làm mát.
 
1
, 
2
: Lượng ẩm ban đầu và cuối của vật liệu.
 q
v1
: Tổn thất do vật liệu sấy mang đi.
 q
mt
: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường.
 q
2
: Tổn thất do TNS.
 q
1
: Nhiệt lượng có ích.

 q: Tổng nhiệt lượng.

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 15

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY
2.1. Chọn thông số không khí ngoài trời
Thông số ngoài trời được xác định dựa vào điều kiện khí hậu ngoài trời tại
nơi lắp đặt công trình, cũng như đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt trong suốt
quá trình sản xuất.
Thông số khí hậu tại Vũng Tàu như sau:
o Nhiệt độ: t
0
= 27
0
C
o Độ ẩm:  = 85%
o Độ ẩm ban đầu của thóc sấy: 
1
= 22%
o Độ ẩm của thóc sau khi sấy: 
2
= 14,5%
 Như vậy ta có được các thông số trạng thái không khí ngoài trời:
t
0
= 27
0
C;

0
= 85%
Chọn độ ẩm vật liệu sấy tương ứng cho các vùng:
 Vùng sấy thứ nhất: 
1n
= 22%; 
2n
= 15%;
 Vùng làm mát: 
1m
= 
2n
= 15%; 
2m
= 14,5%;
Nhiệt độ TNS trong thiết bị tháp sấy
Nhiệt độ TNS trong thiết bị sấy tháp dùng sấy thóc khoảng (80140)
0
C,
do đó ta chọn nhiệt độ như sau:
 Đối với vùng sấy thứ nhất: t
1
= 85
0
C
 Đối với vùng làm mát: t
2
= 27
0
C

2.2. Tính cân bằng ẩm cho từng vùng
Công thức tính lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h cho vùng thứ i bằng:
W
i
= G
2i
i
ii
1
21
1




= G
1i
i
ii
2
21
1





+ Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h trong vùng làm mát bằng:
W
m

=W
2
=G
2m
m
mm
1
21
1




= 1000
15,01
145,015,0


= 5,8824 kgẩm/h
G
1m
= G
2n
= G
2m
+W
m
= 1000 + 5,8824= 1005,8824 kg/h
+ Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h trong vùng sấy nóng:
W

n
= W
1
= G
1m
n
nn
1
21
1




= 1005,8824.
22,01
0,15-0,22

= 85,2715 kgẩm/h
G
1
= G
n1
= G
2n
+ W
n
= 1005,8824 + 85,2715 = 1096,1539 kg/h
Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 16

2.3. Tính toán quá trình cháy và quá trình trao đổi nhiệt
Trạng thái không khí trước khi vào thiết bị trao đổi nhiệt
Trạng thái không khí ban đầu được chọn theo thông số không khí ngoài
trời: t
0
= 27
0
C; 
0
= 85%. Ta có thể xác định thông số này dựa vào giản đồ Ramzin
hoặc bằng giải tích.
Hình 2.1:Đồ thị I-d quá trình sấy
+ Áp suất bão hòa của hơi nước theo nhiệt độ của t
0

P
0
= exp.(12 -
)
5,235
42,4026
0
t
(CT2.18, T28, [1])
= exp.(12 -
275,235
42,4026


) = 0,0355 bar
+ Lượng ẩm của không khí:
d
0
= 0,621.
00
00
.
.
PB
P



(CT2.18, T28, [2])
= 0,621.
0355,0.85,01
0355,0.85,0


= 0,0193 kgẩm/kgkkk
 Với B = 1 at = 1 Bar

Đồ án môn học QTTB GVHD: ThS. Nguyễn Quốc Hải

Thiết kế hệ thống sấy lúa sấy tháp năng suất sản phẩm 1 tấn/h Trang 17

+Enthapy của không khí ở trạng thái ban đầu:
I
0

= 1,004.t
0
+ d
0
.(2500 + 1,842. t
0
) (CT2.25, T29, [2])
= 1,004.27 + 0,0193.(2500 + 1,842.27)
= 76,3179 kJ/kgkk
Trạng thái không khí sau thiết bị trao đổi nhiệt:
t
1
= 85
o
C, x
1
= x
0
= 0,0193 kgẩm/kgkk
Dựa vào đồ thị Ramdin, ta suy ra được: I
1
= 136 kJ/kgkk
+ Độ ẩm tương đối của không khí sau thiết bị trao đổi nhiệt:

1
=










=
 
0,0193.1
0,621 0,0193 .0,5695
= 0,0529 = 5,29%
Với
+ Áp suất bão hòa của hơi nước theo nhiệt độ của t
1
:
P
1
= exp.(12 -
)
5,235
42,4026
1
t
= exp.(12 -
)
855,235
42,4026

= 0,5695 bar
Trạng thái không khí sau buồng sấy:
Ta chọn t

2
= 45
o
C, và ta có I
2
= I
1
+ Áp suất bão hòa của hơi nước theo nhiệt độ của t
2

P2= exp.(12 -
)
5,235
42,4026
2
t
=exp.(12 -
)
455,235
42,4026

= 0,0949 bar
Dựa vào đồ thị Ramdin, ta suy ra được: x
2
= 0,035
+ Độ ẩm tương đối của không khí sau thiết bị trao đổi nhiệt:

2
=










=
 
0,035.1
0,621 0,035 .0,0949
= 0,5622 = 56,22%