tính toán và thiết kế hệ thống sấy thóc

ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
MỞ ĐẦU
Việt Nam là đất nước nông nghiệp với truyền thống trồng lúa từ rất lâu đời.
Chúng ta tự hào được xem là một trong những chiếc nôi của cây lúa. Từ những
năm khó khăn phải nhập lương thực, chúng ta đã vươn lên thành nước xuất khẩu
gạo đứng thứ hai trên thế giới. Tuy nhiên giá trị xuất khẩu gạo của Việt Nam còn
chưa cao do công nghệ sau thu hoạch còn lạc hậu. Do đó, việc tìm hiểu về các tính
`chất của hạt thóc, các biện pháp hạn chế các tổn thất sau thu hoạch, các quy trình
chế biến để nâng cao giá trị sử dụng của thóc là một vấn đề cần quan tâm và giải
quyết nhanh chóng. Trước những nguy cơ có thể gây hư hỏng như điều kiện thời
tiết thất thường, vi sinh vật, nấm… thì phương pháp duy nhất nhằm giảm tối đa sự
hư hỏng của hạt lúa là phương pháp sấy. Không những vậy, sấy còn góp phần làm
giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vận chuyển và thuận lợi cho quá trình gia
công tiếp theo như làm sạch, tách vỏ… Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm
bay hơi nước ra khỏi vật liệu đến giá trị độ ẩm cần thiết để bảo quản. Khi áp dụng
biện pháp sấy đúng kỹ thuật sẽ giảm được độ ẩm hạt đến mức an toàn cho tồn trữ
và giữ được phẩm chất của hạt. Điều này cho thấy tính cần thiết của việc tính toán
và thiết kế hệ thống sấy thóc.
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Nguồn gốc, thành phần và tầm quan trọng của thóc
Lúa là nguồn lương thực chính của gần một nửa dân số trên trái đất. Lúa
được trồng nhiều ở khu vực Đông Nam Á. Gạo là ngũ cốc quan trọng nhất trên thế
giới, là nguồn chính của năng lượng và thu nhập cho người phần lớn dân số của
con người trên thế giới. Ngoài là lương thực chủ yếu, hoặc carbohydrate thành
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 1
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
phần của bữa ăn, gạo cũng được sử dụng trong rất nhiều công nghiệp. Sử dụng của
nó trong chế độ ăn uống và ngành công nghiệp phụ thuộc vào các tính chất nấu ăn
của mình. Về diện tích đất canh tác lúa hàng thứ hai sau lúa mỳ nhưng về năng

xuất của lúa là loại cao nhất.
Cấu tạo của hạt thóc gồm: Vỏ hat, lớp alơrôn, nội nhủ, phôi. Các lớp ngoài
và vỏ trong của gạo lột chiếm khoảng 4-5% khối lượng của hạt, lớp tế bào alơron
chiếm khoảng 2-3%, nội nhủ chiếm tỉ lệ 65-67%.
Thành phần hóa học của hạt lúa gồm chủ yếu là tinh bột, protein, xenlulose.
Ngoài ra trong hạt lúa còn chứa một số chất khác với hàm lượng ít hơn so với 3
thành phần kể trên như: đường, tro, chất béo, sinh tố. Thành phần hóa học của hạt
lúa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, đất đai trồng trọt, khí hậu và chế độ
chăm sóc. Cùng chung điều kiện trồng trọt và sinh trưởng.
Thành phần hóa học của hạt lúa:
Thành phần
hóa học
Hàm lượng các chất ( % )
Nhỏ nhất Lớn nhất Trung bình
Protein
6.66 10.43 8.74
Tinh bột
47.70 68.00 56.20
Xenluloze
8.74 12.22 9.41
Tro
4.68 6.90 5.80
Đường
0.10 4.50 3.20
Chất béo
1.60 2.50 1.90
Đectrin
0.80 3.20 1.30
Khi mới thu hoạch về lúa thường có độ ẩm cao nên một số giống lúa có thể
nảy mầm, men mốc và nấm dễ phát triển, làm hư kém phẩm chất của thóc gạo. Độ

ẩm trung bình của thóc khi mới thu hoạch 20- 27%. Để lúa không bị hư hại hoặc
giảm phẩm chất, thì trong vòng 48 tiếng sau khi thu hoạch phải làm khô lúa đạt độ
ẩm 20%.
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 2
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
Theo thống kê, độ ẩm an toàn của hạt thóc cho bảo quản phụ thuộc vào tình
trạng thóc, khí hậu cũng như điều kiện bảo quản. Khi thóc có độ ẩm 13- 14% có
thể bảo quản được từ 2-3 tháng, nếu muốn bảo quản 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 trong quá trình xay xát, độ ẩm thích hợp cho quá trình
xay xát từ 13- 14%.
Ngoài ra, thóc là một loại vật liệu yêu cầu sấy ở chế độ mềm vì tính bền chịu
nhiệt của thóc rất kém, không cho phép nâng nhiệt độ đốt nóng hạt lên cao.
Nguyên nhân là sự hình thành các vết nứt của nội nhủ do trong quá trình sấy độ ẩm
của lớp ngoài hạt giảm nhanh, tạo nên trạng thái căng thể tích của phần trung tâm,
khi tăng nhiệt độ làm cho sức căng đó vượt quá độ bền chắc của hạt thì tạo nên các
vết nứt. Các vết nứt xuất hiện theo các vách protein ngăn cách giữa các hạt tinh
bột.
Do đó khi thiết kế hệ thống sấy ta cần xác định rõ thông số của tác nhân sấy
phù hợp cho thóc, để thóc được bảo quản lâu, chất lượng tốt và lượng phế phẩm
khi xay xát thấp.
1.2 Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam
Ở Việt Nam, lúa gạo là nguồn lương thực chính không thể thiếu trong đời
sống con người. Lúa còn là nguyên liệu để sản xuất tinh bột, sử dụng nhiều trong
các ngành công nghiệp thực phẩm. Lúa cũng được làm thức ăn gia súc, gia cầm.
Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ hai thế giới về lượng gạo xuất khẩu trên thế
giới, và tiếp tục đẩy mạnh việc xuất khẩu gạo sang các nước trên thế giới. Đây là
một trong những nguồn thu ngoại tệ chính của đất nước. Diện tích trồng lúa chiếm
một tỷ lệ rất lớn tổng diện tích trồng trọt ở Việt Nam. Và trong tương lai, Việt Nam

GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 3
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
sẽ không tăng diện tích trồng lúa mà tập trung tăng năng suất bằng cách cải tạo
giống, phương cách trồng trọt, kỹ thuật canh tác…nhằm tăng sản lượng lúa gạo.
Lượng lúa gạo Việt Nam chủ yếu tập trung ở vùng đồng bằng sông Cửu Long và
đồng bằng sông Hồng. Với những điều kiện thuận lợi cho cây lúa nước, Việt Nam
đã trở thành một trong những nước sản xuất và xuất khẩu lúa gạo hàng đầu thế
giới. Ngoài những giống lúa cao sản, những giống lai cho năng suất cao (có thể đạt
7 tấn/ha) đáp ứng nhu cầu lúa gạo về mặt số lượng, Việt Nam còn thực hiện trồng
trọt và sản xuất những giống gạo đặc sản có giá trị dinh dưỡng và cảm quan. Các
giống lúa đặc sản này tuy không cho năng suất cao, nhưng với những đặc tính như
mùi thơm, màu sắc…các giống lúa này đã có một thị trường nhất định.Sản lượng
lúa trong cả nước: Sản lượng lúa của các địa phương không ngừng tăng qua các
năm. Trong đó, vùng đồng bằng sông Hồng chiếm hơn 50% sản lượng lúa ở miền
Bắc, đồng bằng sông Cửu Long chiếm hơn 80% sản lượng lúa miền nam. Đồng
bằng sông Hồng và sông Cửu Long có thể coi là hai nơi sản xuất lúa chủ yếu trong
vùng với diện tích trồng, năng suất, và sản lượng lúa đạt được cao hơn các địa
phương khác trong cả nước.
The rice grain (rough rice or paddy) consists of an outer protective covering, the
hull, and the rice caryopsis or fruit (brown, cargo, dehulled or dehusked rice),
(Juliano and Bechtel, 1985), (Figure 2). 1.3. Sơ lược về quá trình sấy
1.3.1 Tầm quan trọng của việc sấy lúa
Trong mùa mưa độ ẩm hạt lúa ngoài đồng lúc thu hoạch khoảng 28-30%,
nếu không phơi sấy kịp thời (để trong bao hoặc đổ đống) thì sau 24 giờ hạt sẽ nảy
mầm. Với điều kiện thời tiết bất thường ở vụ Hè Thu và Thu Đông, khi phơi lúa sẽ
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 4
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
gặp nhiều khó khăn như: không phơi được trong những ngày mưa dầm, phụ thuộc

nhiều vào sân bãi, chi phí lao động cao, khó tìm nhân công, hạt dễ bị lẫn tạp chất,
hạt khô không đều nếu phơi quá dày và ít cào đảo, chất lượng hạt bị giảm do không
đủ nắng, phơi không đúng kỹ thuật sẽ cho tỉ lệ gạo xay xát thấp.Vì vậy trong mùa
mưa cần làm khô hạt kịp thời bằng biện pháp sấy.
Khi áp dụng biện pháp sấy lúa đúng kỹ thuật sẽ giảm được độ ẩm hạt đến mức an
toàn cho tồn trữ và xay xát, giữ được phẩm chất hạt về màu sắc, mùi vị, giá trị dinh
dưỡng, tăng tỉ lệ thu hồi gạo nguyên khi xay xát, giảm hao hụt hạt trong mùa mưa;
ngoài ra việc sấy lúa sẽ hạn chế tình trạng phơi lúa trên lề đường làm ảnh hưởng
đến an toàn giao thông, mở ra dịch vụ mới thu hút lao động nông thôn. Nếu chúng
ta áp dụng sấy lúa đúng cách cũng góp phần nâng cao chất lượng gạo, gia tăng giá
trị hạt gạo Việt Nam trên thị trường thế giới.
Tuy nhiên để đạt được hiệu quả tối ưu trong khâu sấy lúa cần chú ý mấy vấn đề
sau:
- Nếu lúa đã bị lên mộng, mốc, ẩm vàng thì dù có sấy kỹ chất lượng lúa vẫn không
cao, do đó cần đem lúa đi sấy đúng lúc, kịp thời.
- Lúa đem đi sấy không được lẫn nhiều tạp chất như: rơm vụn, dây buộc bao, bùn
đất
- Chọn máy sấy đạt yêu cầu kỹ thuật.
- Chọn chủ lò sấy có uy tín, giá sấy chấp nhận được
1.3.2 Sơ lược về quá trình sấy
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 5
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Kết quả
quá trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên. Hay quá trình sấy là
quá trình không khí có độ ẩm tương đối thấp hoặc không khí nóng tiếp xúc với hạt.
Trong quá trình không khí sẽ lấy ẩm từ hạt. Kết quả là thủy phần của hạt giảm.
Thủy phần tồn tại trong hạt nông sản ở hai dạng: ẩm bề mặt và ẩm bên
trong. Ẩm bề mặt bay hơi ngay sau khi tiếp xúc với không khí nóng. Quá trình bay
hơi của ẩm bên trong chậm hơn do nó phải trải qua hai giai đoạn: giai đoạn di

chuyển từ bên trong nội nhũ ra ngoài bề mặt và giai doạn chuyển ẩm từ bề mặt ra
không khí xung quanh. Vì vậy, tốc độ thoát ẩm của ẩm bề mặt và ẩm bên trong là
khác nhau. Kết quả là tốc độ sấy (tốc độ giảm thủy phần của hạt) trong quá trình
sấy thay đổi.
Để thực hiện quá trình sấy, người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết
bị như: thiết bị sấy ( buồng sấy, hầm sấy, thiết bị sấy kiểu băng tải, máy sấy thùng
quay, sấy phun, sấy tầng sôi, máy sấy trục … ), thiết bị đốt nóng tác nhân, quạt,
bơm và một số thiết bị phụ khác, …
Trong đồ án này em tính toán và thiết kế thiết bị sấy kiểu băng tải. Máy sấy
băng tải là máy sấy đa năng nhất được sử dụng để sấy nhiều loại sản phẩm với kích
cỡ, cấu tạo và hình dạng khác nhau. Nhìn chung loại máy sấy này thích hợp để sấy
vật liệu dạng hạt có đường kính từ 1 – 50mm, không thích hợp để sấy vật liệu
màng và huyền phù đặc.
Với các yêu cầu về chất lượng sản phẩm sử dụng thiết bị sấy kiểu băng tải
với nhiều băng tải làm việc liên tục với tác nhân sấy là không khí nóng.
Vật liệu sấy được cung cấp nhiệt bằng phương pháp đối lưu. Ưu điểm của
phương thức sấy này là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, sản phẩm được sấy đều, tốc độ
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 6
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
của không khí đi qua phòng sấy lớn, năng suất khá cao, hiệu quả, có thể thực hiện
sấy cùng chiều, chéo chiều hay ngược chiều.

1.4. Sơ đồ quy trình công nghệ:
Vật liệu vào
Hơi nước
Không khí
Vật liệu ra
Hơi nước bão hòa
Chú thích: 1- quạt đẩy

GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 7
IV
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
2- calorife
3- phòng sấy
4- cyclon
5- quạt hút
Thuyết minh quy trình công nghệ.
Do thóc là loại vật liệu sấy ở dạng hạt nên thiết bị sấy thích hợp là sấy băng
tải làm việc liên tục với tác nhân sấy là không khí nóng. Vật liệu sấy được cung
cấp nhiệt theo phương pháp đối lưu.
Thiết bị sấy kiểu băng tải gồm một phòng sấy hình chữ nhật trong đó có một
hay vài băng tải chuyển động nhờ các tang quay, các băng này tựa trên các con lăn
để khỏi bị võng xuống. Băng tải làm bằng lưới kim loại, không khí được quạt 1
đưa vào đốt nóng trong Caloripher 2, ở đây không khí nhận nhiệt gián tiếp từ hơi
nước bão hoà qua thành ống trao đổi nhiệt. Hơi nước đi trong ống, không khí đi
ngoài ống, sau đó cho vào phòng sấy tại IV. Vật liệu sấy chứa trong phễu tiếp liệu,
đưa vào phòng sấy 3 tại I, giữa hai trục lăn để đi vào băng tải trên cùng. Nếu thiết
bị có một băng tải thì sấy không đều vì lớp vật liệu không được xáo trộn do đó loại
thiết bị có nhiều băng tải được sử dụng rộng rải. Vật liệu từ băng trên di chuyển
đến đầu thiết bị thì rơi xuống băng dưới chuyển động theo chiều ngược lại cuối
cùng vật liệu khô đổ vào ngăn tháo III. Không khí nóng đi chéo dòng với chiều
chuyển động của băng. Do đó lượng không khí nóng và thóc tiếp xúc với nhau rất
lớn làm cho lượng ẩm được tách ra triệt để hơn. Không khí sau khi ra khỏi phòng
sấy tại II có lẫn bụi và các tạp chất khác được thu hồi ở xyclon 5, không khí sau
khi làm sạch đươc quạt 6 đẩy ra ngoài
Chương 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 8
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG

NGHỆ
2.1. Các số liệu ban đầu
-Năng suất tính theo sản phẩm : G = 8.5 (tấn/ngày)
-Độ ẩm vật liệu vào : W
1
= 23%
-Độ ẩm vật liệu ra : W
2
=13%
-Nhiệt độ sấy cho phép : t
1
= 70
o
C suy ra p
1bh
= 0.3177(at)
( bảng I .250.STQTTB I / Trang 313)
-Nhiệt độ ra của tác nhân sấy : t
2
= 46
o
C suy ra p
2bh
=0,103 (at)
-Chất tải nhiệt : hơi nước bão hòa
-Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiệt bị sấy ở Huế nên ta chọn nhiệt độ là
+ t
0
=

25
o
C suy ra P
bh0
= 0,03166(at )
+
ϕ
= 81% suy ra p
kq
= p =1.033 at
2.2. Xử lý số liệu
- Đặt một số ký hiệu:
G
1
,G
2
: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy (Kg/h)
G
k
: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (Kg/h)
W
1
, W
2
: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo % khối lượng vật
liệu ướt
W : Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (Kg/h)
L : Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (Kg/h)
x
o

: Hàm ẩm của không khí trước khi vào caloripher sưởi (Kg/Kgkkk)
x
1
, x
2
: Hàm ẩm của không khí trước khi vào mấy sấy (sau khi đi qua
caloripher sưởi) và sau khi ra khỏi mấy sấy,(Kg/Kgkkk)
- Hàm ẩm của không khí được tính theo công thức sau:
00
00
0
*.
**622,0
bh
bh
PP
P
x
ϕ
ϕ
−
=
( Công thức 16-3/sách QTTBII-156)
Thay số vào ta có
 x
0
=
03166,0*81,0033,1
031660,0*81,0*622,0
−

=0,01588( kg/kkk )
Nhiệt lượng riêng của không khí trước khi vào calorife
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 9
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
I
0
=C
kkk
*t
0
+x
0
*i
h

= C
kkk
*t
o
+(r
0
+C
h
*t
0
)x
0
(Công thức 16-4/sách QTTBII trang 156)
C

kkk
: nhiệt dung riêng của không khí J/kg độ
C
kkk
=10
3
J/kg độ
t
o
: nhiệt độ của không khí t
o
=25
0
C
C
h
: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở r
0
t
0
J/kg
- Nhiệt lượng riêng của hơi nước ở t
0
được tính theo công thức:
I
h
=C
h
*T
0

+r
0
=(2493+1,97 t
0
)*10
3
J/kg ( sách QTTB2-156)
Trong đó r
o
:2493*10
3
:Nhiệt lượng riêng của hơi nước 0
0
c
C
h
=1.97*10
3
: nhiệt dung riêng của hơi nước J/kg độ
I
0
=(1000+1,97*10
3
x
0
)T
0
+2493*10
3
x

0
J/kg
KKK

= 65,17*10
3
J/kg
kkk
=65,17 kJ/kg
kkk
Trạng thái của không khí sau khi đi
khỏi calorife ( sổ tay QTTBT-312) T
1
=70 P
1bh
= 0.3177 at khi đi qua calorife
không khí chỉ thay đổi nhiệt độ còn hàm ẩm không thay đổi.
Do đó x
1
=

x
0
nên ta có :

ϕ
1
=
bh
kg

Px
px
11
1
*)622.0(
*
+
(VII.11-sổ tay QTTB2)
= = 0.081 = 8.1%
Nhiệt lượng riêng của không khí sau khi đi khỏi calorife
I
1
= (1000+1,97*10
3
*x
1
)T
1
+2493*10
3
*x
1
= (1000+1,97*10
3
*0,01588)*70+2493*10
3
*0,0158
= 111,80*10
3 (
J/kgkkk)

= 111,80 (kJ/kgkkk)
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 10
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
Trạng thái của không khí sau khỏi phòng sấy
T
2
=46
0
C, P
2bh
=0,103(at)
Nếu sấy lý thuyết I
1
=I
2
=111,80 (kJ/kg
kkk
)
I
2
=C
kkk
*T
2
+x
2
*i
h
Từ đó hàm ẩm của không khí:

 x
2
=
h
kkk
i
TCI
22
*−
=
ToCr
TCI
h
kkk
*
*
0
22
+
−
= = 0,0259 (kg/kgkkk)

2.3. Cân bằng vật liệu:
2.3.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy:
Trong quá trình sấy ta xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu, lượng
không khí khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong suốt quá trình sấy.
G
1
: lượng vật liệu trước khi sấy.
G

2
: lượng vật liệu sau khi sấy. Giả thiết trong một ngày nhà máy hoạt động
trong 16 giờ nên G
2
= = 531 (kg/giờ)
G
k
: lượng vật liệu khô tuyệt đối.
Lượng vật liệu khô tuyệt đối: G
k
G
k
= G
1
100
100
1
W−
= G
2
100
100
2
W−
(7.22 QTTB4 trang 289)
Trong đó: W
2
= 13%, G
2
= 566 ( kg )

=> G
k
=531 = 461,97 (kg/h )
Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy: W
W = G
2
1
21
W100
WW
−
−
( 7.27 QTTB4 trang 289)
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 11
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
= = 68,96 ( kg/h).
Lượng vật liệu trước khi vào phòng sấy:
G
1
= G
2
+ W

= 531+68,96=599,96 ( kg/h).
2.3.2 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy:
Cũng như vật liêu khô, coi như không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy
không bị mất mát trong suốt quá trình sấy. Khi qua quá trình làm việc ổn định
lượng không khí đi vào máy sấy mang theo lượng ẩm là: Lx
1

Sau khi sấy xong lượng ẩm bốc ra khỏi vật liệu là W do đó không khí có thêm
lượng ẩm là W
Nếu lượng ẩm trong không khí ra khỏi máy sấy là L.x
2
thì có phương trình
cân bằng: L.x
1
+ W = L.x
2
(728-QTTB4-290)

L =
12
x
W
x−

=
02
x
W
x−
= = 6882,24( kg/h ).
L: Là lượng không khí tối thiểu khô cần thiết để làm bốc hơi W kg ẩm trong
vật liệu. ta lại có t
0
=25
0
C,ứng với
ϕ


ρ
=1,185 kg/m
3
(phục lục 6 tính toán và thiết
kế hệ thống sấy Trần Văn Phú)
Lượng không khí cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong vật liệu là; l
l =
W
L
=
12
1
xx −
(kg/kg ẩm).
Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm vật liệu:
l ( kg/kg ẩm).
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 12
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
(VII.20 sổ tay QTTBII trang 102)

Chương 3. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG VÀ TÍNH
TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
3.1. Các thông số về thiết bị sấy
3.1.1. Thể tích không khí :
a. Thể tích riêng của không khí vào thiết bị sấy:
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 13
Các thông số Trước khi vào
caloripher

Sau khi ra khỏi
caloripher
Sau khi ra khỏi
phòng sấy
T (
0
C) 25 70 46
P
bh
( at ) 0,03166 0,3177 0,103
ϕ
( %) 81 8,1 40,72
x (kg/kgkkk) 0,01588 0,01588 0.0259
I( kJ/kgkkk) 65,17 111,80 111.80
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
v
1
=
bh
PP
TR
11
1
*
*
ϕ
−
(m
3

/kg
kkk
) (Công thức 7.2 QTTB4 trang275)
T
1
= 70+273 = 343K => ρ
0
= 1,029
R=287(J/kg
0
k)
P=1,033(at)
P
1bh
=0,3177(at) (1 at = 9,8110
4
N/m
2
)
ϕ
1
=0,081
(m
3
/kg
kkk
)
b. Thể tích không khí vào phòng sấy:
V
1

=Lv
1
=6882,240,9962 = 6856,087 (m
3
/h)
c.Thể tích của không khí ra khỏi phòng sấy là;
v
2
=
bh
PP
TR
22
2
*
*
ϕ
−
T
2
=45+273=318K

2
ϕ
= 0,4134
P
2bh
= 0,103 at
 (m
3

/kg
kkk
)
d. Thể tích ra khởi phòng sấy
V
2
= Lv
2
= 6882,24 0,938= 6455,54 (m
3
/h)
e. Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy
V
tb
=
2
21
VV +
= = 6655,8135 (m
3
/h)
3.1.2. Chọn kích thước của băng tải
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 14
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
Chọn kích thước băng tải;
Gọi :Br: Chiều rộng lớp băng tải (m)
H : Chiều dày lớp thóc (m) lấy h=0,05(m)
w : Vận tốc băng tải chọn w=0,4 m/phút= 24 m/h

ρ
: Khối lượng riêng của thóc
ρ
=500 kg/m
3
- Năng suất quá trình sấy:
Gr=Br*h*w*
ρ
(kg/m
3
)

60***
1
wh
G
B
r
ρ
=

- Chiều rộng thực tế của băng tải:

δ
Br
Btt =
(
δ
:hiệu số hiệu chỉnh)

δ
= 0,9 B
tt
= 1,19 (m)
Gọi L
b
:chiều dài băng tải (m)
L
s
:chiều dài phụ thêm;L
s
= 1 (m)
T : Thời gian sấy, chọn T= 0,5h
T+L
s
(trang 121 sổ tay QTTBII)
= = 11,8 (m)
- Ta chọn số băng tải là i = 2
 chiều dài mỗi băng tải =5,9 (m)
Đường kính băng tải d=0,3 (m)
3.1.3. Chọn vật liệu làm phòng sấy
- Chiều dài L
ph
= L
b
+2L
bs
= 5,9+2*0,5 = 6,9(m)
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 15
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG

NGHỆ
(sách tính toán và thiết kế hệ thống sâý trang 191 Trần Văn Phú)
- Chiều cao khoảng cách giữa 2 băng:
H
ph
= i*d
băng
+(i-1)d+2d
bs

= 2*0,3+0,5+2*0,5= 1,7
- Chiều rộng
:
B
ph
= B+2B
bs
=1,19+2*0,3 =1,79 (m)
Kích thước phủ bì:
- Tường xây bằng gạch, bề dày gạch
1
δ
= 0,2 m
+ Tường được phủ lớp cách nhiệt
2
δ
= 0,02 m
- Trần đổ bê tông dày
3
δ

= 0,17 m
+ Lớp cách nhiệt
δ
= 0,07 m
+ Lớp bê tông dày
δ
= 0,1 m
Vậy kích thước của phòng sấy kể cả tường là:
+ Chiều dài L= 6,9+ 2*( 0,04+0,2 ) = 7,38m
+ Chiều rộng B = 1,79 + 2*( 0,04+0,2 ) = 2,27 m
+ Chiều cao H =1,7 + 0,17 + 0,02 = 1,89 m
3.1.4.Vận tốc chuyển động của không khí và chế độ chuyển động của
không khí trong phòng sấy.
a.Vận tốc của không khí trong phòng sấy

( tính toán và thiết kế hệ thống sấy trang 198)

b.Chế độ chuyển động của không khí
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 16
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
R
e
=
γ
tđkk
lW *
(Công thức V.36 sách QTTBII trang 35)
R
e

: là hằng số Reynol đặc trưng cho chế độ chảy của dòng
l
tđ
: Đường kính tương đương

Nhiệt độ trung bình của không khí trong phòng sấy

-Từ nhiệt độ trung bình này tra bảng phụ lục 6. Trang 350 sách '' tính toán
và thiết kế hệ thông sấy ''
Với: = 18,7710
-6
m
2
/s
Vậy Re = 5,810
4
⇒
chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy là
chuyển động xoáy
3.1.5 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung
quanh

Với:
∆
t
1 :
Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào phòng sấy với không khí
bên ngoài
t
1

7025= 45
∆
t
2:
Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy đi ra khỏi phòng sấy với tác nhân sấy
bên ngoài
∆
t
2
= 46-25 = 21
0
C

3.2 Cân bằng nhiệt lượng
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 17
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
3.2.1 Lượng nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang ra :
Trong nông sản, nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt
độ tác nhân sấy tương ứng từ (5
÷
10
0
C ) trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy và tác
nhân sấy chéo dòng nên t
vl
=t
1
- ( 5
)10

0
C÷
vì vậy ta lấy t
vl
= 70-7 =63
0
C
q
vl
=
)(*
*
vlđvlc
vlvl
tt
W
CG
−
(Trang 103 sổ tay QTTBII)
t
vlđ
=25
0
C
t
vlc
=63
0
C
Nhiệt dung riêng của thóc ra khỏi hầm sấy.

C
vl
= C
vlk
*( 1 - W
2
) +C
n
*W
2
C
vlk
nhiệt dung riêng của thóc khô bằng 1,55 kJ/kg độ
C
n
= 4,19 kJ/kg độ
W
2
=13%
8932,113,0*19,4)13,01(55,1 =+−=⇒
vl
C
kJ/kg độ
ẩm
Q
vl
=38201,0816 (kJ/kg ẩm)
3.2.2. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường :
q
m1

= q
t1
+ q
c1
+ q
n
Trong đó:
q
t1
: tổn thất nhiệt qua tường .
q
c1
: tổn thất nhiệt qua cửa.
q
n
: tổn thất nhiệt qua nền.
3.2.2.1. Lượng nhiệt tổn thất qua tường:
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 18
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
W
) t- t(Fk
12t1t1
1
∗
=
t
q
( CT 1.97 sách Các quá trình, thiết bị trong công nghệ
hoá chất và thực phẩm - tập 3 Phạm Xuân Toản)

Trong đó:
t
2
= 70
0
C: nhiệt độ tác nhân sấy trong thiết bị.
t
1
= 46
0
C: nhiệt độ không khí ngoài môi trường.
W = 68,96 (kg): lượng ẩm bay hơi.
k
t1
: hệ số truyền nhiệt qua tường.
k
t1
=
22
2
1
1
1
1
2
1
1
αλ
δ
λ

δ
α
+++
( Công thức T V.5 sổ tay QTTBII)
Với:
1
δ
= 0,01 (m): chiều dày lớp vữa
2
δ
= 0,2 (m): chiều dày lớp gạch.
1
λ
= 1 (W/m
2
.
0
C): hệ số dẫn nhiệt của vữa.
2
λ
= 0,75 (W/m
2
.
0
C): hệ số dẫn nhiệt của gạch.
1
α
: hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến tường.
2
α

: hệ số cấp nhiệt từ tường đến môi trường.
Lưu thể nóng ( không khí) chuyển động trong phòng do đối lưu tự nhiên ( vì
có sự chênh lệch nhiệt độ) và cưỡng bức ( quạt) không khí chuyển động xoáy do
Re>10
4
Tính
1
α
:
1
α
= A(
,
1
α
+
,,
1
α
)
Trong đó:
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 19
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
A: hệ số phụ thuộc chế độ chuyển động của không khí. Khi chuyển
động xoáy và tường nhám thì A = 1,2 – 1,3.
Chọn A = 1,3.
,
1
α

: hệ số cấp nhiệt của không khí nóng đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng
bức. (W/m
2
.độ).
,,
1
α
: hệ số cấp nhiệt của không khí nóng đến thành máy sấy do đối lưu tụ
nhiên tự nhiên.(W/m
2
.độ).
- Tính
,
1
α
.
H
Nu
tb
,
1
,
1
λ
α
∗
=
( trang 23 sổ tay QTTBII)
Với:
t

tb
: nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị.

tb
λ
: hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình.

tb
λ
= 0,02886 (W/m.độ) ( Bảng I.255, sổ tay QTTB I)

,
1
Nu
: chuẩn số Nuselt.
Đối với không khí ta có công thức sau:
,
1
Nu
= 0,008Re
0,9
*Pr
0,4
( Công thức 1.34 sách Các quá trình, thiết bị trong
công nghệ hoá chất và thực phẩm - tập 3 Phạm Xuân Toản)
Trong đó:
Pr: chuẩn số Prandtl theo t
tb
= 58
0

C của tác nhân sấy.
Pr = 0,6976 ( Bảng I.255, sổ tay QTTBI )
Re: chuẩn số Renon.
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 20
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
Re = 5,810
4

=>
,
1
Nu
= 0,008Re
0,9
*Pr
0,4

= 0,008*(5,8.10
4
)
0,9
0,6976
0,4

= 134,16
=>
H
Nu
tb

,
1
,
1
λ
α
∗
=
= = 2,05 (W/m
2
.độ).
- Tính
,,
1
α
:
H
Nu
tb
,,
1
,,
1
λ
α
∗
=
( Trang 23 sổ tay QTTBII)
Trong đó:
H: chiều dài thiết bị. H = 1.89 m.

tb
λ
: hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình.
tb
λ
= 0,02886 (W/m
2
.
0
C). ( Bảng I.255, sổ tay QTTBI )
,
1
Nu
: chuẩn số Nuselt.
Đối với không khí ta có công thức sau:
,,
1
Nu
= 0,47Gr
0,25
( CT 1.29 sách Các quá trình, thiết bị trong công nghệ
hoá chất và thực phẩm - tập 3 Phạm Xuân Toản)
Gr: chuẩn số Grashof
2
23
g
tm
tm
tH
Gr

µ
βρ
∆∗∗∗∗
=
( Công thức V.39 sổ tay QTTBI)
Trong đó:
t
T1
: nhiệt độ tường tiếp xúc với tác nhân sấy, chọn t
T1
= 48
0
C.
t
m
: nhiệt độ màng của tường.
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 21
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
T
m
= = = 53
t∆
: hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy và nhiệt độ
của tường tiếp xúc với tác nhân sấy.
t∆
1
=
1Ttb
tt −

= 58 – 48= 10
0
C
g = 9,81(N/m
2
).
H = 1,89m: Chiều cao thiết bị.
β
: Hệ số giãn nở
= = = 0,0031
tb
µ
: Độ nhớt của tác nhân sấy tại t
m,

m
µ
= 19,6175.10
-6
(Ns/m
2

).
tb
ρ
: Khối lượng riêng của tác nhân sấy tại t
m,

m
ρ

= 1,08145(kg/m
3
) ( Bảng I.255, sổ tay QTTBI )
=>Gr = = 6,24.10
9
=>
,,
1
Nu
= 0,47(6,2410
9
)
0,25
= 132,1
=>
H
Nu
tb
,,
1
,,
1
λ
α
∗
=
= = 2,02

Vậy hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến tường.
1

α
= A(
,
1
α
+
,,
1
α
) = 1,2( 2,05 + 2,02) = 4,884 (W/m
2
.độ).
q
1
= α
1
∆t
1
= 4,88410= 48,84 (kJ/kg ẩm)
Tính
2
α
:
2
α
=
,,
2
,
2

αα
+
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 22
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
,
2
α
: hệ số cấp nhiệt do không khí đối lưu tự nhiên (W/m
2
.độ).
,,
2
α
: hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt từ mặt ngoài của tương hầm sấy ra môi
trường ngoài (W/m
2
.độ).
Trong quá trình truyền nhiệt ổn định thì:
q
1
= với i = 13
1
=
2
= 0,02 (lớp vữa)
3
= 0,2 (gạch)
1 = 2 =
1,2

3
= 0,7
Vậy
t
T1
t
T2
= 48,840,319 = 16
t
T2
= 48 16= 32
- Tính
,
2
α
:
,
2
α
= 1,98
4
2t
∆
( sổ tay QTTBII trang 24)
2t
∆
: hiệu số nhiệt độ giữa bề mặt ngoài của tường và không khí.
2t
∆
=

02
tt
t
−
= 3225 = 7
=>
,
2
α
= 1,98 = 3,1(W/m
2
.độ).
- Tính
,,
2
α
:
,,
2
α
=
K
KT
tt
TT
C
T
−















−






∗
−
2
44
210
100100
ϕ
( CT 1.95 sách Các quá trình, thiết bị trong công
nghệ hoá chất và thực phẩm - tập 3 Phạm Xuân Toản)
Trong đó:
0

ϕ
= 0,81
21−
C
= 4,5 - 4,25: hệ số bức xạ chung
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 23
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
Chọn
21
−
C
= 4,2.
T
T
: nhiệt độ tường ngoài tiếp xúc với không khí.
T
T
= t
t2
+ 273 = 32+ 273 = 305K
T
K
: nhiệt độ không khí.
T
K
= t
0
+ 273 = 25 + 273 = 298
0

K
=> α
’’
2
=
Vậy hệ số cấp nhiệt từ tường đến môi trường.
2
α
=
,,
2
,
2
αα
+
= 3,1+3,71= 6,81 (W/m
2
.độ).
⇒
q
2
= 6,817= 47,67
: chấp nhận

Hệ số truyền nhiệt k
t1
22
2
1
1

1
1
2
1
1
αλ
δ
λ
δ
α
+++
=
T
k
( CT V.5 sổ tay QTTBII)

Lượng nhiệt tổn thất qua tường:
Q
T
=3,6KF
tb
t∆
F = F
1
+ F
2
F
1
=2B
ph

H
ph
= 21,71,7 = 5,78 (m
2
)
F
2
=2L
ph
H
ph
= 26,951,7 = 23,63 (m
2
)

⇒
F = 5,78+23,63 =29,41 (m
2
)

⇒
Q
T
= 3,61,6729,4131,49 = 5567,84 (kJ)
3.2.2.2. Lượng nhiệt tổn thất qua nền.
Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy bằng 58 và giả sử tường phòng sấy
cách tường bao che của phân xưởng 2m.Theo bảng 7.1 của sách tính toán và
TKHT sấy-trang142 ta có
q
1

= 47,15 w/m
2
. Do đó tổn thất qua nền bằng
Q
n
= 3,6F
n
q = 3,6(71,7)47,15 = 2019,906 (kJ/h)

q
n
=

= = 29,291(KJ/Kg ẩm)
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 24
ĐỒ ÁN QT&TB KHOA : CƠ KHÍ CÔNG
NGHỆ
3.2.2.3. Tổn thất qua trần
Trần đúc lớp bêtông
Trần đúc lớp bê tông
2
δ
=0,1 m
2
λ
=0,922(w/m độ)
Lớp cách nhiệt dày
3
δ
=0,07 m

3
λ
=0,057(m)
δ
Để tính tổn thất qua trần ta xác định:

tr
α
=13*
α
=137,19=93,47 (w/m
2
k)
Do đó hệ số truyền nhiệt qua trần
K
tr
=
23
3
2
2
11
1
αλ
δ
λ
δ
α
+++

Vậy tổn thất qua trần
Q
tr
= 3,6K
tr
F
tr
∆
t = 3,60,653(6,951,7)(58-25) = 916,57(KJ/Kg ẩm)
Vậy nhiệt tải riêng:
q
tr
=
W
Q
TR
= 13,29 (KJ/Kg ẩm)
3.2.2.4 Tổn thất qua cửa
Hai đầu phòng sấy có cửa làm bằng thép dày
1
δ
= 0.005m và lớp cách nhiệt
dày
2
δ
=0.02m có hệ số dẩn nhiệt của nhôm
4
λ
= 0.5 w/mk,

5
λ
= 0.057w/m độ
Do đó hệ số dẫn nhiệt của K
c
bằng:
k
c
=
25
5
4
4
1
11
1
αλ
δ
λ
δ
α
+++

( w/
Cửa phía tác nhân sấy vào có độ chênh lệch nhiệt độ (t
1
-t
2
) còn đầu kia có độ
chênh lệch bằng(t

1
-t
0
)
Q
c
= 3,6K
c
F
c
(t
1
-t
2
)+(t
2
-t
0
)
=3,61,776 (1,71,7)(70-25)+(46-25)
= 852,49(KJ/h)
 q
c
= = 12,36 (KJ/Kg ẩm)
GVHD: Ts. Nguyễn Hiền Trang 25