Thiết kế thiết bị sấy thóc bằng phương pháp tầng sôi với năng suất 5 tấn giờ

Luận Văn Tốt Nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU
Trong công nghiệp và đời sống, kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng.
Trong quá trình công nghệ của rất nhiều sản phẩm đều có giai đoạn sấy khô để bảo
quản sản phẩm dài ngày, đó là các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như thóc, ngô,
đậu…
Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển mãi từ những năm 50 đến 60 ở
các viện và các trường đại học trên thế giới, chủ yếu giải quyết những vấn đề kỹ thuật
sấy các vật liệu cho công nghiệp và nông nghiệp.
Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ thuật sấy các nông sản
thành những sản phẩm khô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm
phong phú thêm các mặt hàng sản phẩm như : trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt
khô. Đối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các
nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp
với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất.
Trong luận văn này em có nhiệm vụ thiết kế thiết bị sấy thóc bằng phương pháp
tầng sôi với năng suất 5 tấn /giờ.
Đây là lần đầu tiên em tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy. Do kiến thức
còn hạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình thiết kế.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy Bùi Trọng Hiếu
trong suốt quá trình làm luận văn để em có thể hoàn thành tốt luận văn này.

TPHCM, Ngày 20 Tháng 12 Năm 2012
Sinh Viên Thực Hiện

Nguyễn Trọng Đức

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu

Luận Văn Tốt Nghiệp

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY THÓC ........................................ 1
1.1.Sơ lược về thóc lúa, tính chất .................................................................................... 1
1.2.Sơ lược về quá trình sấy thóc .................................................................................... 2
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY THÓC .............................................. 7
2.1.Các phương án sấy thóc ............................................................................................ 7
2.1.1. Phương án 1 : Sử dụng máy sấy tháp ..................................................................... 7
2.1.2. Phương án 2 : Sử dụng máy sấy thùng quay .......................................................... 8
2.1.3. phương án 3 : Sử dụng máy sấy tĩnh vỉ ngang .................................................... 10
2.1.4. phương án 4 : Sử dụng máy sấy tầng sôi ............................................................ 12
2.2.Lựa chọn phương án sấy thóc.................................................................................. 13
CHƯƠNG 3. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG................................... 15
3.1. Cân bằng vật chất.................................................................................................. 15
3.1.1. Đối với không khí ............................................................................................... 15
3.1.2. Đối với vật liệu sấy ............................................................................................. 17
3.1.3. Năng suất tách ẩm ............................................................................................... 18
3.2. Cân bằng năng lượng ............................................................................................. 19
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH CỦA MÁY SẤY TẦNG SÔI ....... 22
4.1. Xác định tốc độ tới hạn dưới .................................................................................. 22
4.2. Tốc độ của tác nhân trong tầng sôi ......................................................................... 23
4.3. Xác định tốc độ tới hạn trên ................................................................................... 24
4.4 Thời gian sấy .......................................................................................................... 24
4.5. Kích thước thiết bị ................................................................................................. 27
4.5.1. Lưới phân phối.................................................................................................... 27
4.5.2. Chiều cao buồng sấy ........................................................................................... 28
4.6. Bề dày thiết bị ........................................................................................................ 29

4.6.1. Lưới .................................................................................................................... 29
4.6.2. Buồng sấy ........................................................................................................... 30
4.7. Bộ phận nhập liệu .................................................................................................. 31
4.7.1. Tính chọn động cơ vít tải .................................................................................... 31
4.7.2.Tính chọn hộp giảm tốc........................................................................................ 33
4.7.3. Tính toán trục vít của vít tải ................................................................................ 35
4.7.4. Triển khai bánh vít .............................................................................................. 40
4.7.5. Tính toán chọn khớp nối ..................................................................................... 42
4.7.6. Tính toán chọn ổ ................................................................................................. 45
4.8. Bộ phận tháo liệu ................................................................................................... 47
CHƯƠNG 5. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ CỦA MÁY SẤY TẦNG SÔI ............. 48
5.1. Tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt ( Calorife) ............................................................ 48
5.2. Tính chọn cyclon ................................................................................................... 53
5.3. Tính chọn quạt ....................................................................................................... 55
5.3.1. Tính toán trở lực ................................................................................................. 55
5.3.2. Chọn quạt............................................................................................................ 61
5.4. Tính đáy và nắp thiết bị sấy.................................................................................... 63
5.4.1. Nắp thiết bị ......................................................................................................... 63
SVTH: Nguyễn Trọng Đức

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

5.4.2. Đáy thiết bị ......................................................................................................... 64
5.4.3. Chọn bích............................................................................................................ 64
5.4.4. Tính chọn tai đỡ .................................................................................................. 65
CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN............................................ 67
6.1.Điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ ............................................. 67

6.1.1.Chọn mạch mở máy động cơ ................................................................................ 67
6.1.2.Chọn mạch điều chỉnh tốc độ động cơ.................................................................. 69
6.2.Điều khiển nhiệt độ trong buồng sấy ....................................................................... 72
6.2.1.Phân tích công nghệ lò sấy công nghiệp ............................................................... 72
6.2.2.Khối cảm biến nhiệt độ ........................................................................................ 72
6.2.3.Khối xử lý dữ liệu ................................................................................................ 75
6.2.4.Khối hiển thị số .................................................................................................... 75
CHƯƠNG 7. BẢO TRÌ, BẢO DƯỠNG..................................................................... 78
CHƯƠNG 8. KẾT LUẬN .......................................................................................... 80
Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 81

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY
1.1 . SƠ LƯỢC VỀ THÓC LÚA ,TÍNH CHẤT
Lúa là nguồn lương thực chính của ½ số dân trên thế giới. Lúa là loại cây ưa
nóng và ẩm, do đó lúa thường được trồng nhiều ở các vùng có khí hậu ôn đới và cận
nhiệt đới. Năng suất của lúa nước là cao nhất, nên lúa thường được trồng ở các châu
thổ sông lớn. Nước ta có khí hậu và hệ thống sông ngòi rất phù hợp cho việc phát triển
cây lúa.
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.
Thành phần hóa học của hạt thóc :

Thành phần

Hàm lượng các chất ( % )

Hóa học

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

Hình 1.1 : Thành phần hóa học của hạt thóc.
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
nghành công nghiệp thực phẩm. Lúa cũng được dùng làm thức ăn chăn nuôi gia súc,
gia cầm.
Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ hai trên 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.
SVTH: Nguyễn Trọng Đức

1

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Đây là một trong những nguồn thu ngoại tệ chính của đất nước.
1.2 . SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH SẤY THÓC
Sản phẩm nông sản của ta ngày một nhiều,nhất là các sản phẩm đặc sản của
vùng nhiệt đới có giá trị xuất khẩu cao,ngày càng chiếm tỷ trọng lớn trong toàn bộ thu
nhập của ngành nông nghiệp.Các sản phẩm này muốn bảo quản được tốt thì phải có độ
ẩm nhỏ,nhưng ở độ ẩm này ít khi có được sau khi thu hoạch.Vì vậy hầu hết các sản

phẩm nông nghiệp cần phải thông qua quá trình phơi sấy để làm khô để đảm bảo yêu
cầu của bảo quản.Sấy là phương pháp tương đối hiệu quả,tạo nên tiền đề để bảo quản
tốt sản phẩm.Mặt khác có nhiều sản phẩm chỉ có thông qua khâu phơi,sấy mới đảm
bảo phẩm chất tốt nâng cao được giá trị thương phẩm như chè,cà phê,thuốc lá,gỗ…
Hạt và các sản phẩm nông nghiệp trước khi nhập kho bảo quản đều phải có độ
ẩm ở mức độ an toàn.
Điều kiện thích hợp của độ ẩm để bảo quản hạt là ở giới hạn từ 12-14%.Phần
lớn hạt thu hoạch về có độ ẩm cao hơn,trong điều kiện những mùa mưa độ ẩm của khí
quyển cao nên sự thoát hơi nước tự nhiên của hạt chậm lại,cho nên có nhiều trường
hợp hạt ngô,lúa…nhập kho có độ ẩm lên tới 20-30%.Với độ ẩm của hạt lớn hơn 14%
thì hoạt động sống tăng,hô hấp mạnh,lô hạt bị nóng và ẩm thêm.Đó là những điều kiện
thuận lợi để cho sự phát triển của vi sinh vật và côn trùng.Để tránh hiện tượng trên ta
phải đảm bảo độ ẩm của hạt ở 14%.Do đó đối với một nước nông nghiệp nhiệt đới như
nước ta,khí hậu nóng ẩm mưa nhiều thì sấy là một việc làm rất quan trọng.
Tùy theo mục đích và thời hạn sử dụng mà yêu cầu về độ ẩm của thóc sau khi
sấy cũng khác nhau (Hình 1.2)

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

2

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Độ ẩm (%)

Mục đích/thời gian bảo quản

<9

Bảo quản hơn 1 năm

9 - 13

Bảo quản 8-12 tháng

14

Độ thu hồi gạo trong xay xát cao nhất

14 - 18

Bảo quản tạm thời 2-3 tuần

> 18

Hư hỏng hạt rất nhanh

Hình 1.2 : Độ ẩm yêu cầu của lúa đối với các mục đích và thời hạn sử dụng khác nhau
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 bốc cháy…
Các vật liệu sau khi sấy đều giảm khối lượng hoặc cả thể tích nên giảm được giá
thành vận chuyển.
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng
thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi. Cơ chế của quá trình sấy trong thiết bị được
diễn tả bởi 4 quá trình cơ bản sau :

1.Dòng nhiệt q m cấp nhiệt cho bề mặt vật liệu.
2. dòng nhiệt q dẫn từ bề mặt vào vật liệu.
3. khi nhận được nhiệt lượng q, dòng ẩm J di chuyển từ vật liệu ra bề
mặt.
4.dòng ẩm J m 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 vào môi trường xung quanh.

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

3

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Hình 1.3: Cơ chế quá trình sấy

Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bị sấy ra 3
nhóm chính:
+ Sấy đối lưu
+ Sấy tiếp xúc
+ Sấy bức xạ,chân không hoặc thăng hoa
Trong các thiết bị sấy đối lưu, tác nhân sấy đồng thời là chất mang năng
lượng, nhiệt độ để cung cấp cho vật liệu sấy và mang ẩm thoát ra từ vật liệu sấy vào
môi trường. Tác nhân sấy trong thiết bị đối lưu thường là không khí nóng hoặc khói lò.
Theo kết cấu nhóm thiết bị sấy đối lưu có thể gặp các dạng thiết bị sấy sau:
+ TBS buồng
+ TBS hầm

+ TBS thùng quay
+ TBS tháp
+ TBS phun
+ TBS tầng sôi
+ TBS khí động

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

4

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

BẢNG TÓM TẮT ĐẶC TÍNH CHỦ YẾU CỦA CÁC MÁY ĐỐI LƯU THÔNG
DỤNG

Kiểu thiết

Cách

bị sấy

làm việc

1

2

Sản phẩm sấy

Chế độ sấy và tiêu hao nhiệt riêng

3

4

TBS

Theo

Các mảng gỗ nhỏ,rau

-Nhiệt độ tác nhân sấy 60 ÷250oC

buồng

chu kỳ

quả,gạch,chất cách nhiệt

-Tiêu hao nhiệt riêng q=6000÷10000
[kJ/kg ẩm]

TBS hầm

Liên tục

Nhiều loại sản phẩm

-Nhiệt độ tác nhân sấy 50÷130 oC

cũng như kiểu buồng sấy -Tiêu hao nhiệt riêng q=5000÷8000
[kJ/kg ẩm]
TBS thùng Liên tục

Vật liệu dạng

Nhiệt độ tác nhân sấy:

quay

hạt,than,quặng,cát công

-Khi sấy than,quặng 650÷850 oC

hay chu

kỳ,thùng nghệ,ngũ cốc…

-Khi sấy ngũ cốc 60÷120 oC

quay với

-Năng suất bốc hơi ẩm A=50÷150

số vòng

[kg ẩm/m3]

quay

-Tiêu hao nhiệt riêng q=3500÷5000

n=0,5÷8

[kJ/kg ẩm]

v/p
TBS tháp

Liên

Muối,quặng,ngũ cốc

Nhiệt độ tác nhân sấy:

tục,vật

-Khi sấy than quặng 60÷180 oC

liệu rơi

-Tiêu hao nhiệt riêng q=5000÷6500

trong

[kJ/kg ẩm]

tháp
TBS phun

Liên tục

Sữa và các loại dung

Khi t=130÷150 oC

dịch khác

-A=2÷4 [kg ẩm/ m3h]
Khi t=300÷400[kg ẩm/ m3h]
-A=8÷12 [kg ẩm/ m 3h]
Khi t=500÷700 oC

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

5

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

-A=15÷25 [kg ẩm/ m3h]

TBS tầng

Liên tục

Vật liệu có độ ẩm

Cường độ bay hơi ẩm

sôi

hay chu

cao,bột nhão,hạt kết

-A=100÷300 [kg ẩm/m 3h]

kỳ

tinh,các loại hạt khác.

Tiêu hao nhiệt riêng q=3000÷12000
[ kJ/kg ẩm]

TBS khí
động

Liên tục

Vật liệu dạng hạt ( ẩm tự -Vận tốc dòng khí 10÷40 m/s
do),than cám,các chất

-Tiêu hao nhiệt riêng q=4200÷6700

kết tinh…

[kJ/kg ẩm]

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

6

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 2 : LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY THÓC
2.1.CÁC PHƯƠNG ÁN SẤY THÓC
2.1.1.Phương án 1: Sử dụng máy sấy tháp để sấy thóc
 Ứng dụng của máy sấy tháp:
Thiết bị sấy tháp là thiết bị sấy chuyên dùng để sấy các loại hạt cứng như
thóc,ngô đậu…có độ ẩm ban đầu không lớn lắm   20  30% và có thể tự dịch chuyển
dễ dàng từ 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 thiết bị sấy tháp có thể lấy ra liên tục hay định kỳ.
 Cấu tạo,nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

Hình 2.1: Máy sấy tháp
SVTH: Nguyễn Trọng Đức

7

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu

Luận Văn Tốt Nghiệp

1. Lò đốt

3.Phếu cấp nhiên liệu sấy

2. Quạt đẩy

4. Gàu tải

5. Tháp sấy

Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của thiết bị sấy tháp có thể có dạng như hình 2.1.
Hệ thống sấy tháp gồm calorifer,hệ thống quạt và các thiết bị phụ 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 một hệ thống kênh dẫn và thải
tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy.
Khi sấy, hạt di chuyển từ trên cao xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng
hoặc zic-zắc trong tháp sấy.
 Ưu nhược điểm của hệ thống sấy tháp :
 Ưu điểm :
-

Chất lượng sấy cao hơn như tăng độ đồng đều độ ẩm của lúa sau khi
sấy.

-

Tiết kiệm được nhiều lao động thủ công.

-

Có thể tiến hành sấy liên tục
 Nhược điểm :

-

Nhiều máy sấy tháp không thể sấy lúa có độ ẩm cao.

-

Sản phẩm sau khi sấy còn lẫn nhiều tạp chất.

-

Thiết bị phức tạp

2.1.2.Phương án 2 : Sử dụng máy sấy thùng quay để sấy thóc
 Ứng dụng của máy sấy thùng quay :
Thiết bị sấy thùng quay cũng là một thiết bị sấy chuyên dùng để sấy các hạt
dạng rời, các loại muối kim loại vô cơ trong sản xuất hóa chất, bột nhão, bã bia, phân
bón, vật liệu sản xuất xi măng, than cám, cát… Tác nhân sấy là không khí nóng hoặc
khói lò.
 Cấu tao, nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

8

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Hình 2.2 : Cấu tạo,nguyên lý máy sấy thùng quay

1. Quạt đẩy
4. Ổ đỡ thùng sấy
7. Quạt hút

2. Vít tải cấp liệu
5. Bánh răng lớn
8. Cyclon

3. Đường dẫn liệu
6. Thùng sấy
9. Cửa tháo liệu

Thiết bị sấy thùng quay gồm thùng sấy hình trụ tròn,calorifer và quạt hút ẩm.
Trong thùng sấy đặt các cánh xáo trộn và đôi khi còn tạo thành các vùng riêng biệt.
Nhờ các cánh xáo trộn mà vật liệu sấy được đưa lên và rơi xuống để tăng cường quá
trình trao đồi nhiệt ẩm. Trong thùng quay tùy theo tính chất của vật liệu sấy, người ta
có thể đặt các cánh xáo trộn, vách ngăn để tăng cường quá trình sấy.
Thường vật liệu sấy từ phễu nạp liệu đi vào thùng sấy cùng chiều với tác nhân.
Sau khi thực hiện quá trình sấy tác nhân được đưa qua cyclon để thu hồi một phần sản
phẩm bay theo và thải vào môi trường.
 Ưu nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay :
 Ưu điểm :

-

Tạo ra sản phẩm sấy đồng đều.

-

Tốc độ sấy nhanh do sự tiếp xúc trực tiếp và tối đa giữa vật liệu sấy
và tác nhân sấy nhờ có sự đảo trộn khi thùng quay.

-

Cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được.

-

Thiết bị gọn.

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

9

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

 Nhược điểm :
-

Do quá trình đảo trộn, vật liệu bị gãy vụn tạo ra bụi. Nên trong một

số trường hợp làm giảm phẩm chất của sản phẩm, làm giảm giá trị
kinh tế.

2.1.3. Phương án 3 : Sử dụng máy sấy tĩnh vỉ ngang để sấy thóc
 Ứng dụng của máy sấy tĩnh vỉ ngang :
Máy sấy tĩnh vỉ ngang sử dụng lò đốt trấu là loại máy sấy đang được sử dụng
phổ biến nhất ở ĐBSCL. Các máy sấy này thường có năng suất từ 6-50 tấn/mẻ, với
thời gian sấy dao động từ 12 đến 48h tùy theo độ ẩm ban đầu và cuối cùng của lúa
được sấy.

Hình 2.3:Máy sấy tĩnh vỉ ngang, 6 tấn/mẻ

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

10

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

 Cấu tao, nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

Hình 2.4 :Sơ đồ máy sấy SV-500

1. Quạt sấy
4. Cửa lấy xỉ
7. Cửa tháo sản phẩm

2. Cửa hoà khí

5. Sàn sấy
8. Buồng sấy

3. Cửa cho nhiên liệu đốt
6. Buồng phân phối nhiệt
9. Đồng hồ chỉ thị nhiệt độ

Máy sấy tĩnh vỉ ngang là loại máy sấy có cấu tạo đơn giản, với mức đầu tư thấp
trong các loại máy sấy có cùng một công suất. Máy sấy tĩnh vỉ ngang có thể sấy được
các loại nông sản dạng hạt , lá, quả…và các loại vật liệu khác
 Ưu nhược điểm của máy sấy tĩnh vỉ ngang :
 Ưu điểm :
-

Lắp đặt đơn giản.

-

Vận hành dễ dàng.

-

Chi phí đầu tư thấp.

-

Công nghệ sấy đơn giản, phù hợp với nông dân.

-

Máy sấy vỉ ngang chủ yếu hoạt động dựa vào một motor quạt, nên
chi phí điện thấp.
 Nhược điểm :

-

Cần diên tích mặt bằng lớn để lắp đặt.

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

11

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

-

Máy sấy vỉ ngang là loại máy sấy tĩnh, sấy theo mẻ nên mỗi mẻ cần
đạt được ít nhất 50% công suất thì mới có thể bắt đầu một mẻ sấy

-

Đối với nhu cầu sấy lớn, vài chục tấn đến hàng trăm tấn trở lên trong
một ngày và cần áp dụng quá trình tự động hóa cùng với các công
đoạn xử lý khác hay cần sấy liên tục thì máy sấy vỉ ngang còn nhiều
hạn chế.

-

Thời gian sấy kéo dài.

-

Độ ẩm không đồng đều.

2.1.4.Phương án 4 : sử dụng máy sấy tầng sôi để sấy thóc
 Ứng dụng của máy sấy tầng sôi :
Thiết bị sấy tầng sôi là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt.Cũng giống như
các hệ thống sấy khác,hệ thống sấy tầng sôi được dùng rất phổ biến trong công nghệ
sau thu hoạch.
Kỹ thuật sấy tầng sôi được ứng dụng để sấy hạt có kích thước trong phạm vi từ
50-2000 µm.Do đó thiết bị sấy tầng sôi đang có sức cạnh tranh với những kiểu sấy
truyền thống khác như:sấy thùng quay,băng tải,khí động…
 Cấu tao,nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

Hình 2.5 :Cấu tạo,nguyên lý máy sấy tầng sôi

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

12

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

1: Quạt

4: Thiết bị sấy

7: Cyclon

2: Calorife

5: Bộ phận nhập liệu

3: Lưới phân phối khí

6: Cửa tháo liệu

Bộ phận chính của TBS tầng sôi là một buồng sấy, phía dưới buồng sấy đặt ghi
lò. Ghi buồng sấy là một tấm thép có đặt nhiều lỗ thích hợp hoặc lưỡi thép để tác nhân
sấy đi qua nhưng hạt không lọt xuống được. Tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp
được thổi từ dưới lên để đi qua lớp vật liệu. Với tốc độ đủ lớn, tác nhân sấy nâng các
hạt vật liệu lên và làm cho lớp hạt xáo trộn. Quá trình sôi này là quá trình trao đổi
nhiệt ẩm mãnh liệt nhất giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy. Các vật liệu khô hơn nên nhẹ
hơn nên nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi và ở một độ cao nào đóù hạt sẽ được đưa
ra ngoài theo đường tháo liệu.
 Ưu nhược điểm của máy sấy tầng sôi :
 Ưu điểm :
-

Năng suất sấy cao

-

Vật liệu sấy khô đều

-

Có thể tiến hành sấy liên tục

-

Hệ thống thiết bị sấy tương đối đơn giản

-

Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy

-

Có thể điều chỉnh thời gian sấy
 Nhược điểm :

-

Trở lực lớp sôi lớn

-

Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi

-

Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều

2.2.LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY THÓC

Dựa vào đặc điểm cấu tạo và ưu nhược điểm của từng phương án, em chọn máy
sấy tầng sôi để sấy thóc.

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

13

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

* Yêu cầu của bài toán thiết kế:
Thiết kế hệ thống tầng sôi để sấy thóc với năng suất 5000 kg/h (thành phẩm).
Với hệ thống thiết bị sấy tầng sôi,chủ yếu dùng để sấy thóc đã qua phơi nắng sau khi
thu hoạch,giúp cho việc bảo quản tốt hơn, phục vụ cho việc xuất khẩu. Do đó ta chọn
độ ẩm của thóc trước khi sấy không cao lắm, và độ ẩm sau khi sấy thích hợp cho sự
bảo quản.

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

14

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 3 :CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
3.1.CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Các ký hiệu sử dụng:
G1: năng suất nhập liệu của vật liệu sấy
G2: năng suất sản phẩm sau khi sấy
1: độ ẩm của VLS trước quá trình sấy
2: độ ẩm của VLS sau quá trình sấy
d1 : hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô trước khi vào sấy
d2 : hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô sau khi vào sấy
W : năng suất tách ẩm
L: lượng không khí khô lý thuyết đi qua HTS trong 1 giờ
l : lượng không khí khô cần thiết để tách 1kg ẩm ra khỏi vật liệu

3.1.1.Đối với không khí :
Chọn trạng thái ban đầu của không khí:
t0 = 320C
0 = 80%
Áp suất bão hòa tương ứng với nhiệt độ 320C: ( Theo công thức (2.11),[1]).
4026,42
]
235,5  t Co

P0  exp[12 

= exp[12 

(3.1)

4026,42
]  0,0475 bar
235,5  32

Độ chứa hơi của không khí ngoài trời d 0 : ( Theo công thức (2.15),[1])
d 0  0,621.

= 0,621.

 .P0
p   .P0

(3.2)

0,8.0,0473
 0,0249 kgẩm/kgkk
745
 0,8.0,0473
760

Entanpy của không khí ngoài trời I 0 : ( Theo công thức (2.17),[1])
I 0  C pk .t 0  d 0 .(r  C ph .t 0 )

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

15

(3.3)

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

=1,004.32  0,0249.2500  1,842.32  95,8457 Kj/kgkk
Ở đây, C pk và C ph tương ứng là nhiệt dung riêng của không khí khô và của hơi
nước quá nhiệt ;r là ẩn nhiệt hóa hơi.
 Không khí vào thiết bị sấy:
Theo tài liệu nghiên cứu của Viện Cơ Điện & Công Nghệ thì lúa nước sau thu
hoạch thường sấy ở nhiệt độ 600C.Vì ở nhiệt độ này đường và chất béo không bị biến
dạng và không nứt vỏ.
Chọn nhiệt độ vào buồng sấy của không khí : t1 = 600C
Không khí vào Calorifer nhận nhiệt từ khói lò và tăng lên nhiệt độ t1 =
600C.Quá trình đốt nóng trong calorifer là quá trình có d=const nên d 10  d 0  0,0249
kg ẩm/kgkk
Thông số của không khí trước khi vào TBS, có thể xác định entanpy I1 và độ ẩm
tương đối 1 trên đồ thị I-d nhờ cặp thông số ( t1 ; d 0 )= ( 60 0 ;0,0249 ).Cũng có thể tính
theo công thức:
I 10  1,004t1  d 0 .( 2500  1,842.t1 )  1,004.60  0,0249.(2500  1,842.60)  125,2419

KJ/kgkk
Áp suất bão hòa tương ứng với nhiệt độ 600C :

4026,42 

4026,42 
Pb1  exp12 
 exp 12 
 0,1968 bar

0
235,5  60 
235,5  t C 




Độ ẩm tương đối 10 :
10 

P.d 10
0,98.0,0249

 19,2%
p b1 .(0,621  d 10 ) 0,1968.(0,621  0,0249)

 Không khí ra khỏi thiết bị sấy:
Xác định nhiệt độ bầu ướt tư :
Trạng thái ban đầu của không khí ẩm là điểm 1 (0,0249;60 ).Từ 1 theo đường
I=const kéo thẳng đên đường   100 %,giao điểm của đường I và   100 % tại 2.Giá
trị của đường đẳng nhiệt đi qua giao điểm 2 này được gọi là nhiệt độ bầu ướt.Theo đồ
thị I-d ta có tư =32oC.
Thường ta lấy giá trị t2 = 1,15.tư =1,15.32 ≈370C
SVTH: Nguyễn Trọng Đức

16

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Lượng chứa ẩm d 20 : ( Theo công thức (5.5),[1])
d 20  d10 

C dx .( d10 ).(t1  t 2 )
i2

= 0,0249 

(3.4)

1,0499.(60  37)
 0,0343 kgẩm/kgkk
2500  1,842.37

Trong đó :
C dx ( d10 )  C pk  d 0 .C ph  1,004  0,0249 .1,842  1,0499 :Gọi là nhiệt dung riêng dẫn xuất

ứng với độ chứa hơi d 10 .
Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ 370C :

4026,42 

4026,42 
Pb 2  exp 12 
 exp 12 
 0,0623 bar

0
235,5  37 
235,5  t C 



Độ ẩm tương đối  20 : ( Theo công thức (5.6),[1])
 20 

=

P.d 20
Pb 2 .(0,621  d 20 )

( 3.5)

0,98.0,0343
 82,33 %
0,0623.(0,621  0,0343)

Như vậy,chọn t2 = 370C thì độ ẩm tương đối sau quá trình sấy lý thuyết  20 thỏa mãn
điều kiện  20  (80  5)% .
Entanpy của không khí sau quá trình sấy lý thuyết:
I 20  C pk .t 2  d 20 .( r  C ph .t 2 )  1,004.37  0,0343 .( 2500  1,842.37)  125, 2357 kJ/kgkk

Nhận xét:Trong quá trình sấy lý thuyết thì I10  I 20  const
3.1.2. Đối với vậy liệu sấy (thóc):
Theo tài liệu kỹ thuật sấy nông sản của Trần Văn Phú-Lê Nguyên Đương ta có
được các thông số kích thước sau:
Các kích thước của thóc:
Dài:

l = 5÷12 mm.Ta chọn l= 8,5 mm

Rộng:

a= 2,5÷4,3 mm.Ta chọn 3,4 mm

Dày:

b = 1,2÷2,8 mm.Ta chọn b=2 mm

Đường kính tương đương : d td = 2,76 mm

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

17

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Hệ số hình dạng : hd = 1,68
Các thông số khác:
Nhiệt dung riêng:

C = 1,5 KJ/KgK

Hệ số dẫn nhiệt:

 = 0,09 W/mK

Khối lương riêng rắn: r = 1150 Kg/m 3
Độ xốp:  0 = 0,56
Diện tích bề mặt riêng khối lượng: f = 1,31 m2/kg

Khối lượng riêng xốp: v = 500 Kg/m3
Vật liệu trước khi vào thiết bị sấy: ta chọn
 1 = 320C
1 = 20 %
Vật liệu sau khi ra khỏi thiết bị sấy: ta chọn
 2= 400C
2 = 13% , đây là độ ẩm thích hợp để bảo quản thóc.
3.1.3. Năng suất tách ẩm :
Lượng ẩm cần hay hơi trong 1 giờ : ( Theo công thức (5.3),[1])
W  G2 .

1   2
1  1

= 5000.

(3.6)

0,2  0,13
 437,5 kg/h
1  0,2

Khối lượng hạt đưa vào HTS G1 :
G1 = G2 + W = 5000 + 437,5 = 5437,5 Kg/h

(3.7)

Lượng không khí khô cần thiết để bay hơi 1 Kg ẩm: Theo công thức (5.8),[1])
l

=

1
d 20  d 0

( 3.8)

1
 106,3830 kgkk/kgh
0,0343  0,0249

Lượng không khí khô cần thiết cho cả quá trình: ( Theo công thức (5.17),[1]).
L  W .l  437,5.106,3830  46542,5625 Kgkk / h

(3.9)

3.2.CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
SVTH: Nguyễn Trọng Đức

18

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

* Nhiệt lượng vào:
- nhiệt lượng do không khí mang vào: LI0
- nhiệt lượng do VLS mang vào: G2Cvl 1+CnW1
- nhiệt lượng do calorife cung cấp: Qc

Tổng nhiệt lượng vào: LI0+ G2Cvl1+ CnW1+ Qc
* Nhiệt lượng ra:
- Nhiệt lượng do không khí ra: LI2
- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2Cvl 2
- Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy: Qm
Tổng nhiệt lượng ra:
LI2+ G2Cvl2 +Qm
Từ phương trình cân bằng năng lượng, ta có:
Qc=L(I2-I0)+G2Cvl(2-1)+Qm-CnW1
Viết cho 1kg ẩm bốc hơi:
q c  l.(I 2 - I 0 )  q vl  q m - C n 1  l.( I 1  I 0 )

Đặt :
=Cn1- qvl-qm
Từ đó rút ra:
l.( I 2  I 0 )    l.( I 1  I 0 )

I 2  I1 


l

Đối với quá trình sấy lý thuyết: =0
qc=l.(I20-I0)=106,3830.(125,2357-95,8457)= 3126,60 kj/kg ẩm
Đối với quá trình sấy thực tế: lúc này giá trị  sẽ khác 0
Nhiệt dung riêng của nước:
Cn = 4,18 KJ/Kg oK
Nhiệt dung riêng của vật liệu:
C vl  1,5(1  0,13)  4,18  0,13  1,85 KJ / Kg 0 K

Với 1,5 là nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối
Qvl=G2Cvl( 2- 1)=5000  1,85  (40-27)=120250 KJ/h
SVTH: Nguyễn Trọng Đức

19

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

q vl 

Q vl 120250

 274,8571 KJ / Kg am
W
437,5

Nhiệt lương hữu ích cần bốc hơi 1 kg ẩm:
q 0 = i2  C n . 1  2500 + 1,842t2 - Cn1
= 2500 + 1,842.37 - 4,18.27 = 2455,294 Kj/Kg aåm
Tổn thất của tác nhân sấy :
qtn=l  Ck  (t2-t0)=106,3830  1,004  (37-32)=534 Kj/Kg ẩm
Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh : giả sử nhiệt tổn thất ra môi trường xung
quanh bằng 10% của tổng nhiệt lượng.
Do đó ta có:
q m=10%(q0 + q vl+ qtn + qm)=362,6835 Kj/Kg ẩm
 = Cn1 - qvl - qm = -524,68 Kj/Kg ẩm
Ta thấy  < 0, quá trình sấy thực tế sẽ nằm dưới đường sấy lý thuyết. Để xây dựng quá

trình sấy thực tế,ta dựa vào phương trình sau (Theo công thức (5.22),[1]) :
(3.10)

I 2  I 1  .(d 2  d1 )

* Cách xác định đường sấy thực tế:
Ta cũng chọn nhiệt độ ra khỏi TBS t 2  37 0C
Khi đó thông số TNS sau quá trình sấy thực tại điểm 2 như sau:
Lượng chứa ẩm d 2 : ( Theo công thức (5.19),[1]).
d 2  d10 

C dx (d 10 ).(t1  t 2 )
(r  C ph .t 2 )  

 0,0249 

(3.11)

1,0499.(60  37)
 0,0327 Kg aåm/Kgkk
(2500  1,842.37)  524,68

Entanpy I 2 : ( Theo công thức (5.20),[1])
(3.12)

I 2  C pk .t 2  d 2 .( r  C ph. .t 2 )

 1,004.37  0,0327.( 2500  1,842.37)  121,1266 kJ/kgkk

Độ ẩm tương đối  2 sau quá trình sấy thực: ( Theo công thức (5.21),[1])

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

20

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

2 


p.d 2
pb 2 .(0,621  d 2 )

(3.13)

0,98.0,0327
 78,69%
0,0623.(0,621  0,0327)

Ta có thể biểu diễn chu trình sấy lý thuyết và thực tế trên giản đồ I-d, hình biểu diễn
có dạng như sau:

Hình 3.1 : Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết và quá trình sấy thực
 Lượng tác nhân cần thực tế: ( Theo công thức (5.17),[1])
L W

1

d2  d0

 437,5.

3.14

1
 56089,74 Kg / h
0,0327  0,0249

 Nhiệt lượng cần thiết:
Q=L(I2-I0)=56089,74  (121,1266 – 95,8457)=1,4180.106 KJ/h
q

SVTH: Nguyễn Trọng Đức

Q 2,57.10 6

 3241,14 Kj / Kg am
W
437,5

21

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu


Luận Văn Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH CỦA MÁY SẤY

TẦNG SÔI THÓC
Các thông số của tác nhân không khí trong thiết bị sấy tầng sôi:
Nhiệt độ tác nhân vào:

t1 = 60oC

Nhiệt độ tác nhân ra:

t2 = 37oC

Nhiệt độ tính toán trung bình:

t = 48.5oC

Ở điều kiện t = 48.5 oC theo phụ lục 6,[1] thông số nhiệt vật lý của không khí khô ta
được :
Khối lượng riêng:

k= 1,1227 Kg/m3

Độ nhớt động học:

k= 17,8015.10 -6 m 2/s

Độ nhớt động lực học:

k= 19,525.10-6 Ns/m 2

Hệ số dẫn nhiệt:

k= 2,8195.10-2 W/m0K
= 10,15.10-2 Kj/mh0K

4.1.XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ TỚI HẠN DƯỚI
Chuẩn số Archimedes: ( Theo công thức (10.10),[1])
Ar 



d td3 .(  r   k ).g
v k2 . k

( 4.1)

( 2,76.10 3 ) 3 (1150  1,1227 )9,81
 6,66.10 5
(17,8015 .10 6 ) 2 1,1227

Chuẩn số Reynolds tới hạn:
Do tiêu chuẩn Archimedes tính theo d td nên độ xốp  0 lấy bằng 0,4
Nên: ( Theo công thức (10.9),[1])
Re th1 

Ar

0



( 4.2)

1 
1,75. Ar
150.( 3 0 
)
3

0

Ar
1406,25  5,229. Ar

 117,3895

Tốc độ tới hạn :
SVTH: Nguyễn Trọng Đức

22

GVHD: TS. Bùi Trọng Hiếu