Đồ án thiết kế hệ thống tháp sấy lúa

....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................


MỤC LỤC

CHƢƠNG 1: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY LÚA ............................................................1
1.1. Tóm tắt qui trình công nghệ ...........................................................................................1
1.2. Máy sấy tháp (Tower Dryer – Shaft Grain Dryer) .........................................................1
1.2.1. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và đặc điểm: .............................................................1
1.2.2. Tháp sấy liên tục. .....................................................................................................3
1.2.3. Tháp sấy tuần hoàn – sấy theo mẻ. ..........................................................................3
1.2.4. Ứng dụng: ................................................................................................................3
1.3. Các yêu cầu đặc trƣng của hạt lúa sau sấy .....................................................................3
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ THÁP SẤY ......................................................................................5
2.1. Yêu cầu ...........................................................................................................................5
2.2. Lựa chọn tác nhân sấy ....................................................................................................5
2.3. Lựa chọn chế độ sấy. ......................................................................................................6
2.4. Cân bằng vật chất ...........................................................................................................7
2.5. Quá trình sấy lý thuyết ...................................................................................................7
2.5.1. Tính toán khói lò .....................................................................................................7
2.5.2. Thông số không khí sau khi hòa trộn ......................................................................8
2.5.3. Tính toán vùng làm mát .........................................................................................11
2.5.4. Trạng thái không khí ra khỏi tháp sấy ...................................................................12
2.5.5. Lƣợng không khí cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết .........................................13
2.6. Tính toán thời gian sấy theo phƣơng pháp Luikov.......................................................14
2.7. Tính toán thiết bị sấy ....................................................................................................15
2.7.1. Kích thƣớc chính của thiết bị ................................................................................15
2.7.2. Thiết kế phần đáy của tháp sấy..............................................................................18
2.7.3. Tính bền thiết bị.....................................................................................................18
2.7.4. Cân bằng năng lƣợng .............................................................................................20
2.7.5. Tính các tổn thất nhiệt: ..........................................................................................21
2.8. Tính vận tốc tác nhân sấy đi trong tháp và trong máng: ..............................................25
2.8.1. Vận tốc tác nhân đi trong tháp:..............................................................................25
2.8.2. Vận tốc TNS đi trong máng : ................................................................................25
CHƢƠNG 3: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ.......................................................................................26

3.1. Buồng đốt: ....................................................................................................................26
3.2. Buồng hòa khí :.............................................................................................................26
3.3. Tính quạt: ......................................................................................................................26
3.3.1. Cho buồng sấy: ......................................................................................................26
3.3.2. Cho buồng làm mát: ..............................................................................................30
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN .......................................................................................................32
CHƢƠNG 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC HÌNH
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

1: Qui trình công nghệ sau thu hoạch của lúa .................................................................1
2 Các dạng tháp sấy thƣờng đƣợc sử dụng để sấy lúa.....................................................2
3 :Mô tả quá trình sấy ....................................................................................................12
4 : Đƣờng cong sấy của lúa ...........................................................................................15
5: Kích thƣớc & bố trí máng dẫn ...................................................................................15
6 Góc nghỉ của khối lúa .................................................................................................18
7 Biểu đồ lực..................................................................................................................18
8 Biểu đồ nội lực ...........................................................................................................19

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 :Tóm tắt các thông số cơ bản của quá trình sấy ...........................................................6

Bảng 2: Thông số của trấu .........................................................................................................7
Bảng 3 :Không khí vào các khu vực.......................................................................................13
Bảng 4 :Thông số quá trình sấy ..............................................................................................13


TRƢỜNG ĐH BK - ĐHQG TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa: Kỹ thuật Hóa học

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ - MSMH: 605040
Họ và tên sinh viên: VÕ MINH THƢ

MSSV: 61203758

Ngành: Công nghệ Thực phẩm

Lớp: HC12TP2

Họ và tên ngƣời hƣớng dẫn: Thầy LẠI QUỐC ĐẠT
1. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống tháp sấy lúa
2. Số liệu ban đầu
Năng suất: 3000 kg/h

Nhiệt độ không khí :30 oC

Độ ẩm đầu: 27%

Độ ẩm không khí: 80%

Độ ẩm cuối: 13%
3. Nội dung cần thực hiện:
3.1.
Mở đầu
3.2.
Chọn và thuyết minh qui trình công nghệ
3.3.
Tính cân bằng vật chất và năng lƣợng
3.4.
Tính toán công nghệ thiết bị chính
3.5.
Tính toán kết cấu thiết bị chính
3.6.
Tính và chọn thiết bị phụ
3.7.
Kết luận
3.8.
Tài liệu tham khảo
4. Bản vẽ:
1 bản vẽ Qui trình công nghệ, khổ A1
1 bản vẽ lắp thiết bị chính, khổ A1
5. Ngày giao nhiệm vụ: 17/09/2015
6. Ngày nộp đồ án:
28/12/2015
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20
Trƣởng Bộ môn QT & TBCN

PGS.TS TRỊNH VĂN DŨNG

Ngƣời hƣớng dẫn

TS. LẠI QUỐC ĐẠT


CHƢƠNG 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 tƣơi, 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 ngƣời 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 dƣới từ tính tự chảy do trọng lƣợng bản thân của chúng.
Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lƣu giữa dòng tác nhân chuyển động vừa
ngƣợc 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 lƣợng vật liệu sấy
nhận đƣợc gồm 2 thành phần: thành phần đối lƣu giữa tác nhân sấy với khối lƣợng 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 đƣa lên) xuống mặt đất
theo chuyển động thẳng đứng hoặc dzích dzắc trong tháp sấy. Để tăng năng suất thiết

bị ngoài phƣơng pháp mở rộng dung lƣợng của tháp thì ở một mức độ đáng kể ngƣời
ta còn tìm cách tăng tốc độ tác nhân chuyển động qua lớp hạt. Tốc độ này có thể từ
0.2-

1


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 vƣợt quá 6m/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…) [5]. Các loại máy sấy tháp phổ biến:

Hình 2 Các dạng tháp sấy thường được sử dụng để sấy lúa
2


1.2.2. Tháp sấy liên tục.
Hạt qua tháp sấy một lƣợt rồi đƣợc 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 lƣợt thứ hai và cứ tiếp tục nhƣ
thế lƣợt 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 lƣợng sản phẩm. Khoảng cách tối
thiểu giữa kênh dẫn và kênh thải phụ thuộc vào kích thƣớc hạt cần sấy. Khoảng cách
này có thể lấy từ 70 † 100 mm. Hạt có kích thƣớc bé ta lấy giới hạn dƣới và ngƣợc lại.
Các kích thƣớc 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 đƣợc một giới hạn nhất định về nhiệt độ và độ ẩm nên
hệ thống sấy tháp thƣờng đƣợc tổ chức sấy phân vùng. Sau vùng sấy cuối cùng vật liệu
sấy thƣờng đƣợc làm mát đến gần nhiệt độ môi trƣờng để đƣa vào kho bảo quản.
1.2.3. Tháp sấy tuần hoàn – sấy theo mẻ.
Hạt đi qua tháp sấy đƣợc gàu tải đƣa 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 tƣơng 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 nhƣng hao hụt giá trị hạt vì giảm
chất lƣợng.
Máy sấy tháp có các ƣu 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 lƣợng tốt và ổn định
Tiêu thụ năng lƣợng 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 nhƣ 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 dƣới nhờ chính trọng lƣợng của nó. Đôi khi trong thiết bị sấy

tháp ngƣời ta còn đặt các kết cấu cơ khí để làm chậm hoặc tăng cƣờng 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 đƣợc hạt lúa nhƣ trên, ta chọn máy sấy
tháp với các ƣu điểm có thể áp dụng thực tế tại địa phƣơng.
1.3. Các yêu cầu đặc trƣng của hạt lúa sau sấy
Lúa sau khi sấy có thể đƣợc dùng làm lƣơng thực hoặc để làm giống, dự trữ. Vì vậy,
lúa sau khi sấy cần đảm bảo đƣợc các yêu cầu sau:
3







Hạt lúa còn nguyên vẹn vỏ trấu bao bọc hạt gạo.
Hạt lúa còn giữ nguyên hình dạng, kích thƣớc và màu sắc.
Có mùi vị đặc trƣng 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 trƣờng tốt cho mối, mọt
phá hoại.

4


CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ THÁP SẤY
2.1. Yêu cầu
Thiết kế hệ thống sấy tháp để sấy lúa với các thông số:
Năng suất L1= 3000 kg nguyên liệu/h

Nhiệt độ không khí t=30 oC, 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 phƣơng pháp đối lƣu, ngƣời ta thƣờng
dùng các môi chất nhƣ không khí, khói lò hoặc các loại khí trơ và hơi nƣớc quá nhiệt
để làm tác nhân sấy.
Không khí là loại tác nhân sấy rẻ tiền thƣờng 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 nhƣ: N2, O2, CO2 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 thƣờng 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 tƣởng.
Khả năng sấy của không khí thể hiện bởi sự chênh lệch giữa nhiệt độ bầu khô và
nhiệt độ bầu ƣớt (Dt = tk – tƣ) hoặc sự chênh lệch giữa áp suất bão hòa và áp suất hơi
riêng phần (DP = Pb – Ph) cũng nhƣ chênh lệch hàm ẩm (Dd = db – dh). Bằng sự thay
đổi trạng thái của không khí, ngƣời ta có thể tạo ra các chế độ sấy khác nhau phù hợp
với từng loại vật liệu sấy khác nhau.
Nhƣ chúng ta đã biết, ngoài không khí ẩm, khói lò cũng là tác nhân sấy phổ biến.
Khói lò có thể đƣợc 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 nhƣ củi, trấu, bã
mía… Khói lò thƣờng đƣợc sử dụng trong các thiết bị sấy với tƣ cách là nguồn cung
cấp gián tiếp để đốt nóng tác nhân sấy (trong calorifer không khí – khói lò) hoặc với tƣ
cách là tác nhân sấy trực tiếp, vừa cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy vừa mang ẩm thải
vào môi trƣờng.
Trong khói lò chỉ có hai thành phần là khói khô và hơi nƣớc. Nếu sử dụng khói lò
với tƣ cách là một tác nhân sấy thì trong tính toán ta sẽ xem khói lò nhƣ 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 nhƣ entanpy I, độ chứa ẩm d, độ ẩm tƣơng đối giống nhƣ
không khí ẩm. Khói lò đƣợc 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.

5


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:
Vùng sấy 1: x11=27%, x12=21%, xtb=24%
Vùng sấy 2: x21=21%, x22= 14%, xtb2=17.5%
Vùng làm mát: x31= 14%, x32=13%
Nhiệt độ (t) tác nhân sấy (lúa thƣơng phẩm):
Vùng sấy 1: t11=75 oC
Vùng sấy 2: t21= 85 oC
Nhiệt độ tác nhân lạnh t31= 30 oC
Xem thời gian sấy ở 2 vùng sấy là nhƣ nhau. Giả sử τ1= τ2= 2h
Nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt ở 2 vùng sấy là:
( )
( )
Nhiệt độ ra của tác nhân sấy t2
Theo điều kiện nhiệt độ tác nhân sấy ra phải thỏa mãn bất đẳng thức t2 ≤ (5 †10) + th,
[5], do đó, ta chọn nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi tháp là:
Vùng sấy 1: t12= 45 oC
Vùng sấy 2: t22= 55 oC
Vùng làm lạnh: t32=38 oC
Nhiệt độ vật liệu sấy vào ra các vùng nhỏ hơn nhiệt độ tác nhân sấy 5-10 oC [5], ta lấy
Vùng sấy 1: : tvl11= 30 oC; tvl21= 40 oC
Vùng sấy 2: : tvl12= 40 oC; tvl22= 53 oC
Vùng làm lạnh: tvl13= 53 oC; tvl23=33 o
Bảng 1 :Tóm tắt các thông số cơ bản của quá trình sấy

Nhiệt độ tác nhân
(oC)

Nhiệt độ vật liệu sấy(oC) Độ ẩm vật liệu (%)

Vào

Ra

Vào

Ra

Vào

Ra

Vùng sấy 1

75

45

30

40

27

21

Vùng sấy 2

85

55

40

53

21

14

Vùng làm
mát

30

38

53

33

14

13

6


2.4. Cân bằng vật chất
Lƣợng ẩm bốc hơi trong 1 giờ:
Toàn bộ quá trình sấy
W

L1 ( x1  x2 ) 3000(27  13)

 482.8 (kg ẩm/h)
100  x2
100  13

Vùng sấy 1: W1 

L1 ( x11  x12 ) 3000(27  21)

 227.8 (kg ẩm/h)
100  x12
100  21

Vùng sấy 2: W2 

( L1  W1 ).( x 21  x 22 ) (3000  227.8) (21  14)

 225.6 (kg ẩm/h)
100  x 22
100  14

Khối lƣợng lúa sau khi khỏi khu vực 1
L21= L1-W1= 3000- 227.8= 2772.2 kg/h
Khối lƣợng lúa sau khi khỏi khu vực 2
L22= L1-W1 – W2= 2772.2 – 225.6= 2546.6 kg/h
Lƣợng sản phẩm tạo thành sau khi ra khỏi khu vực làm lạnh:
L23=L1-W= 3000 – 482.8= 2517.2 (kg/h)
Lƣợng vật liệu khô tuyệt đối:
Lk=L1.(1-x2)=3000(1-0,27)= 2190 kg/h
2.5. Quá trình sấy lý thuyết
Lƣợng không khí khô cần thiết:
Chọn không khí vào có nhiệt độ 30 oC, φ0=0.8.
d0= 0.022 kg ẩm/kkk Entanpi: I0= 85.01 Kj/kg kkk
2.5.1. Tính toán khói lò
Bảng 2: Thông số của trấu
C

H

N

O

S

37.13%

4.12%

0.36%

31.60%

0.04%

A (nƣớc)
17.75%

W(Tro)
9.00%

Chọn không khí vào có nhiệt độ 30 oC, φ0=0.8
d0= 0.022 kg ẩm/kkk
Entanpi: I0= 85.01 Kj/kg kkk
Năng lƣợng của 1 kg trấu khi bị đốt cháy
Qc=4.19*[81*C+300*H-26*(O-S)]
=4.19*[81*37.13+300*4.12-26*(31.6-0.04)] =14342.24 kJ/kg
Lƣợng không khí dùng để đốt cháy hoàn toàn 1 kg trấu:
7


Lo= 0.115*C+.0.345*H-0.043*(O-S)
=0.115*37.13 +0.345*4.12-0.043*(31.60 -0.04)= 4.33 kg kkk/kg trấu
Lƣợng không khí khô thực cần cung cấp: Lkt=1.2x4.33=5.196 kkk/kg trấu
Chọn hệ số không khí thừa của buồng đốt αbd=1.2, hiệu suất buồng đốt η=0.7 nhiệt
dung riêng của trấu là 2.2 kJ/kg.K.
Lƣợng ẩm chứa trong khói lò:
(

)

(

)

=103.48 g/kg kkk
Lƣợng hơi nƣớc trong khói lò: Gn= (9H+A) +αbd.L0.d0
= (9x0.0412+0.1775) + 1.2x4.33x0.022
=0.66kg/kgnl
Khối lƣợng khói lò khô trƣớc khi hòa trộn khi đốt cháy 1kg nhiên liệu:
Gkk =

kg/kg

Gk= Gkk+Gn= 5.56+0.66=6.22 kg/kg
Entanpy của khói lò:
(

)

,

(

(

))

,

(

)-

Nhiệt độ khói lò sau buồng đốt:
Ik= 1.0048tk + dk(2500+1.842tk)
→ tk=

=

= 1371.14ºC

2.5.2. Thông số không khí sau khi hòa trộn
Vùng 1: t11=75ºC
Ta có: I11= 1.0048t11+d11(2500+1.842t11)= 75.36 + 2638.15d11

(1)

Phƣơng trình cân bằng vật chất: G11= G10+Gk
Phƣơng trình cân bằng năng lƣợng:
G11I11= G10I0+GkIk
→( G10+Gk) I11= G10I0+GkIk

→( G10+6.22) I11= 85.01G10+11804

(2)

Phƣơng trình cân bằng ẩm:
8

G11d11= G10d0+Gkdk
→ (G10+Gk)d11= G10d0+Gkdk
→(G10+6.22)d11= 0.022G10+0.6436

(3)

Giải hệ (1),(2) và (3) ta đƣợc:{
Lƣợng không khí thực vào buồng sấy 1: G11=G10+Gk=199+6.22 = 205.22 kgkk/kgnl
Tỷ lệ hòa trộn : n1=
Pbh11=

↔ 1 : 32

(

)

(

)

Độ ẩm :
(

)

(

)

Hệ số không khí thừa sau buồng hòa trộn tính theo công thức :
(
[

)

(

,
)

(
(

)-

( )

)]

ia0= 2500+1.842*t0=2500+1.842*30=2555.26 (kJ/kg)
ia1=2500+1.842*t1=2500+1.842*75=2638.15 (kJ/kg)
Thay các đại lƣợng vào công thức (1) với Cpk=1.005 kJ/kg.K
Ta đƣợc:
α1= 42.37
Vùng 2: t2=85ºC
Ta có: I21= 1.0048t21+d21(2500+1.842t21)= 85.408 + 2656.57d21

(4)

Phƣơng trình cân bằng vật chất: G21= G20+Gk
Phƣơng trình cân bằng năng lƣợng:
G21I21= G20I0+GkIk
→( G20+Gk) I21= G20I0+GkIk
→( G20+6.22) I21= 85.01G20+11804

(5)

Phƣơng trình cân bằng ẩm:
G21d21= G20d0+Gkdk
→ (G20+Gk)d21= G20d0+Gkdk
→(G20+6.22)d21= 0.022G20+0.6436

(6)

9


Giải hệ (4),(5) và (6) ta đƣợc:{
Lƣợng không khí thực vào buồng sấy 2 : G21=G20+Gk=162.5+6.22 = 168.72 kgkk/kgnl
Tỷ lệ hòa trộn : n2=
Pbh21=

↔ 1 : 26

(

)

(

)

Độ ẩm :
(

)

(

)

Hệ số không khí thừa sau buồng hòa trộn tính theo công thức :
(
[

(

)

,
)

(
(

))]

( )

ia0= 2500+1.842*t0=2500+1.842*30=2555.26 (kJ/kg)
ia2=2500+1.842*t1=2500+1.842*85=2656.57 (kJ/kg)
Thay các đại lƣợng vào công thức (1) với Cpk=1.005 kJ/kg.K
Ta đƣợc:
α2= 34.61

10


2.5.3. Tính toán vùng làm mát
Nhiệt lƣợng vật liệu sấy tỏa ra cho không khí trong buồng làm mát q3 (kJ/kg ẩm). Để
tính nhiệt lƣợng này trƣớc hết cần tính nhiệt dung riêng trung bình của vật liệu sấy:
C3=CA*xtb3+(1-xtb3)*Ck==4.18*0.135+(1-0.135)*1.55=1.905 (kJ/kg.K)
CA: nhiệt dung riêng của ẩm 4.18
Ck: nhiệt dung riêng của vật liệu khô 1.55
Nhiệt lƣợng do lúa nhả ra cho vùng làm mát:
Q3=G23*C3*(tvl13-tvl23)=(3000- 227.8- 225.6)*1.905*(53-33)= 97025.46 kJ/h
q3=Q3/W3=97025.46/29.27=3314.84 kJ/kg ẩm
Bỏ qua nhiệt lƣợng tỏa ra môi trƣờng, ta có:
∆3=q3 =3314.84 kJ/kg ẩm
Thông số không khí sau buồng mát
Nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi buồng làm mát là 33 OC, do đó chọn nhiệt độ trung bình
của tác nhân sấy ra khỏi buồng làm mát là 38 OC
(

)

(

)

(

(
(

)
)

(
(

kg/kgkkk

)

)
)

Lƣợng không khí cần thiết để đƣa vào khu vực làm mát:

L03=l03*W3= 142.86 * 29.27 = 4181.43 kgkkk/h
V03= L03/ρk3=4181.43/1.175= 3558.66 m3/h

11


Hình 3 :Mô tả quá trình sấy
2.5.4. Trạng thái không khí ra khỏi tháp sấy
Vùng 1 : Nhiệt độ t12 = 45ºC

Pbh12=

.

/

.

/= 0.095bar

.

/= 0.156bar

Ta có I12=I11=139.9 kJ/kg
I12= 1.0048t12+d12(2500+1.842t12)
→d12= 0.035 kg/kgkkk

Vùng 2 : Nhiệt độ t22 = 55ºC
Pbh22=

.

/

Ta có I22=I21= 151.83 kJ/kg
I22= 1.0048t22+d22(2500+1.842t22)
→d22= 0.037 kg/kgkkk

12

2.5.5. Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết
Vùng 1:
l01=
L01= l01*W1=90.9*227.8=20707.02 kg/h
V01= L01/ρk1= 20707.02/1.06= 19534.92m3/h
với ρk1 = 1.06 kg/m3: tra bảng thông số vật lí của không khí khô ở nhiệt độ
trung bình ttb1 = 0.5*(75 + 45) = 60ºC
Nhiệt lƣợng tiêu hao :Q01= L01(I11-I0) = 20707.02 (139.9-85.01) = 1136608kJ/h
Vùng 2:
l02=
L02= l02*W2=83.3*225.6=18792.48 kg/h
V02= L02/ρk2=18792.48/1.029= 18262.86 m3/h
với ρk2 = 1.029 kg/m3: tra bảng thông số vật lí của không khí khô ở nhiệt độ
trung bình ttb2 = 0.5*(85 + 55) = 70ºC
Nhiệt lƣợng tiêu hao :Q02= L02(I22-I0) =18792.48 (151.83-85.01) = 1255713 kJ/h
Bảng 3 :Không khí vào các khu vực
d(kg ẩm/kg
kkk)

L (kg/h)

V(m3/h)

Khu vực sấy 1

0.024

20707.02

19534.92

Khu vực sấy 2

0.025

18792.48

18262.86

Khu vực làm mát

0.022

4181.43

3558.66

Bảng 4 :Thông số quá trình sấy
I1

d1

φ1

d2

φ2

Vùng sấy 1

0.024

0.035

9.8%

55.8%

Vùng sấy 2

0.025

0.037

6.8%

35.9%

-

-

Vùng làm nguội

85.01

0.022

13


2.6. Tính toán thời gian sấy theo phƣơng pháp Luikov
Độ chênh lệch nhiệt độ giữa tác nhân sấy và bề mặt vật liệu là 5 0C [5]
Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt J1b
Theo [5], ta chọn vận tốc tác nhân sấy đi qua hạt v = 5 m/s nên hệ số trao đổi
nhiệt đối lƣu của tác nhân sấy là:
α = 6.15 +4.17v = 6.15 + 4.17*5 = 27 W/m2.độ =97.2 kg/m2.h
J1b=α1*(tm-tb)= 97.2*5=486 kJ/m2h
Cƣờng độ bay hơi ẩm J2b:
Tốc độ sấy N:
Góc nghiêng của đƣờng 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= τ1+ τ2= 0.1626+3.2674=3.43 h
Kiểm tra lại điều kiện τ1= τ2= 2h thay bằng τ1= τ2= 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.

14


Hình 4 : 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%
Khối lƣợng riêng: 750kg/m3
Thể tích lúa chứa trong tháp sấy
Vth=(L1* τ)/ρ=(3000*3.43)/750= 13.72 m3
Do khối thóc có độ rỗng 40% nên ta chọn thể tích lúa chứa trong tháp là:
Vl=Vth/0.6= 22.87 m3
Ở trên đỉnh tháp có khoảng không cao 0.5m để điền đầy nguyên liệu vào
Chọn tháp có chiều rộng 1.8m và chiều dài là 2m
Chọn tốc độ khí thải đi trong máng là v2= 5 m/s

Hình 5: Kích thƣớc & bố trí máng dẫn
15


Lƣu lƣợng thể tích khí thải:
Vt= V01+V02+V03=19534.92+ 18262.86+3558.66=41356.44 m3/h

Diện tích tiết diện máng dẫn
ft= 60*100 + 0.5*65*100= 0.00925 m2
Số máng dẫn khí thải:

Chọn số lƣợng máng dẫn trong mỗi dãy là:
K= 2000/200= 10 máng
Thể tích của một máng dẫn
Vmd=0.00925*1.8=0.01665 m3
Căn cứ vào kích thƣớc trên, chon 1 hàng máng dẫn khí thải gồm 10 máng
→Số dãy máng dẫn 248/10 = 24.8dãy chọn 25 dãy
Vậy số máng chính xác là: 25*10=250 máng
Máng dẫn tác nhân
Chọn số lƣợng và cách bố trí giống máng khí thải
n= 250 máng
z= 25 dãy
Tốc độ thực tế của tác nhân:
vt= 41356.44/(3600*250*0.00925)=4.968 m/s
Vùng 1: 12 dãy
Vùng 2: 11 dãy
Vùng làm mát: 2 dãy
Chiều cao của tháp:
Chiều cao mà tháp chƣa lƣợng lúa vừa đủ

Hlt = 0.2 ( 25+25)= 10m
Chiều cao từng khu vực sấy:
H1=0.2(12+12)= 4.8m
H2= 0.2(11+11) =4.4m
Hlm=0.2 (2+2)= 0.8 m
Tốc độ thực của hạt di chuyển trong tháp:

16


Điều kiện để đảm bảo lúa sẽ đi xuống suốt quá trình
Trong đó vl là tốc độ lắng lý thuyết của hạt lúa trong tháp
vcb là tốc độ cân bằng của hạt lúa trong tháp
Độ nhớt động lực học của không khí
.

/

⁄

Ns/m2

Trong đó:
µ 0 - Độ nhớt động lực học của không khí ở 00C; µ 0 = 17,5.10-6N.s/m2 C
C: Hằng số, đối với không khí: C = 124
tK - 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 phƣơng trình Stock cho lắng trọng lực ta đƣợc
√

(

)

√

(

)

Vân tốc cân bằng của quá trình lắng

vl>vcb do đó xảy ra quá trình lắng trong tháp sấy.

17


2.7.2. Thiết kế phần đáy của tháp sấy
Chọn thép có bề dày 5mm.
Theo kinh nghiệm, góc nghỉ của hạt lúa =32-40o
Do đó chọn độ nghiêng của đáy là 45o
Chi tiết đƣợc trình bày trong bản vẽ đính kèm.

Tƣơng tự cho phần nắp thiết bị, sử dụng góc nghỉ để đảm
bảo các hạt lúa đƣợc phân bố đều trong tháp sấy ( chi
Hình 6 Góc nghỉ của khối lúa
tiết đƣợc trình bày trong bản vẽ đính kèm)
2.7.3. Tính bền thiết bị
Vì áp suất khói lò trƣớc khi vào tháp sấy rất nhỏ ta có thể coi nhƣ 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 lƣợng m. Ta xét
bài toán cơ :

Fms

N

Q
P
Hình 7 Biểu đồ lực
Xét lực tác dụng lên thanh dầm nhƣ hình:

Cân bằng lực theo phƣơng thẳng đứng ta có:
Fms = P

(1)

Cân bằng lực theo phƣơng nằm ngang:
Q=N
Mà : Fms =  N
Với  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 CT3 ta tra đƣợc trong tài liệu [5] bảng 60 đƣợc
 = 0.6

 Q = Fms/  . Do (1)  Q = P/  = mg/ 

Khối lƣợng toàn bộ vật liệu chứa trong tháp :
18


m1= Ls=L1* =3000*3.43= 10290 kg
Khi lng ca mỏng:
Tng s mỏng trong thỏp: 500 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=Vm*500=0.525 m3
Vy khi lng thộp s dng lm mỏng l: m2 = 7.84*103*0.525 = 4116 kg
Suy ra khi lng tng cng m thỏp phi chu l m = m1 + m2 = 10290 +4116 =
14406 kg
Q =141178.8 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

Bieồu ủo noọi lửùc

-

+

Q

-

+

Hỡnh 8 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 = 2 z

4 2 zy

m z = 0. Vỡ mt ct l hỡnh ch nht nờn
Vi F : din tớch mt ct hỡnh ch nht

zy =

3 Qy

2 F

F = S b

Vi S: b dy thỏp
Nh trờn ta chn vt liu lm thỏp l CT3 lm vic nhit 900C. Tra trong
th 1.1 trang 18 ti liu [6] ta c : [ ] = 135 106N
td =2 zy =3

Qy
F

[ ]

19


F 

3Q 3 113095
=
= 2.513*10-3 m2
6
[ ] 135 10

S 

2.513 *10 -3
= 1.396*10-3 m = 1.396 mm
b

Theo thuyết bền VonMisses:
 td   2 z  3 2 zy

 [ ]

 F  1.722  10 m
-3

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‟ + C0 + Ca + C1
Với C0 : hệ số bổ sung chiều dày do ăn mòn
Ca : hệ số bổ sung chiều dày do qui tròn
C1 : hệ số bổ sung chiều dày do hao mòn
 S = 3.1 + 0.9 + 1 = 5 mm

Tổng khối lƣợng tháp
0.005*1.8*2*6.93*7.84*103+0.005*2*2*6.93*7.84*103+2077.2 =4142 kg
2.7.4. Cân bằng năng lượng
Nhiệt lƣợng mang vào bao gồm
Dòng không khí: GHo
Do vật liệu sấy: L2Cvl+ WCtvld
Do thùng sấy: mCvctcvd
Do khí vào từ calorifer: Qc
Nhiệt lƣợng mang ra bao gồm
Do không khí: GH2
Do vật liệu sấy: L2Cvltvlc
Do thùng sấy mCvctvcc

Do tổn thất: Qm=5% Q
Tổng nhiệt lƣợng cung cấp cho thiết bị sấy
C=4,18 kJ/Kg.K
Cvlk = 0,37 kJ/kg.K
Thiết bị nặng 4142 kg, tvcd=30 oC, t vcc=45 oC
Cvl= Cvld=Cvlk(1-x2)+W.x2= 0,37 (1-0,125)+4,18. 0,125=0,85 (kJ/gk.K)
20