Đồ án thiết kế hệ thống sấy sắn thái lát

MỤC LỤC


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, nền nông nghiệp nước ta đã có nhiều bước tiến mới và đang
phát triển rất tích cực. Khi sản lượng nông nghiệp ngày càng lớn thì nhu cầu về
việc bảo quản dài ngày để xuất khẩu càng cao. Theo đó, công nghệ sấy cũng
ngày càng phát triển, đặc biệt trong các sản phẩm rau, củ, quả như: khoai, sắn, cà
rốt, củ cải đường, mít, vải,…
Cũng như các loại khác, sắn là một trong những loại nông sản thực
phẩm phổ biến và có mặt không ít trong nhu cầu ăn uống hằng ngày của
chúng ta. Không những đem lại năng suất cao mà sắn còn là loài rất dễ
trồng. Vì thế việc bảo quản lâu dài sau khi thu hoạch là rất cần thiết. Cho
nên chúng ta cần phải nghiên cứu các kỹ thuật và mô hình sấy hợp lý để
vừa hiệu quả mà vẫn đạt năng suất, chất lượng theo yêu cầu.
Với đề tài: Thiết kế hệ thống sấy sắn thái lát với năng suất 20
tấn/ngày. Em sẽ trình bày và đưa ra phương án tối ưu, cùng với tính toán
thiết kế và lắp đặt các thiết bị trong hệ thống sấy.
Do kiến thức còn rất hạn chế nên bản đồ án này sẽ không thể tránh khỏi
những sai sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và của tất
cả các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS. LẠI NGỌC ANH
cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ Thuật nhiệt đã giúp đỡ em hoàn
thành bản đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 2 năm 2015
Sinh viên

Vũ Hữu Quý
Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
2


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

CHƯƠNG 1
TÌM HIỂU VẬT LIỆU SẤY
1.1

Đặc trưng về sắn

Sắn (hay còn gọi là khoai mì) là loại cây lương thực ăn củ, có thể sống lâu
năm. Cây sắn cao tầm 1,5 - 2,5m, lá khía thành nhiều thùy, rễ ngang phát triển
thành củ và tích lũy tinh bột, thời gian sinh trưởng từ 6 - 18 tháng.

Hình 1.1: Hình ảnh cây sắn
1.1.1

Xuất xứ

Cây sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ Latinh và được trồng
cách đây khoảng 5000 năm. Trung tâm phát sinh cây sắn được coi là vùng đông
bắc của nước Brazil thuộc lưu vực sông Amazon, nơi có nhiều chủng loại sắn
trồng và hoang dại.
Cây sắn được người Bồ Đào Nha đưa đến Congo của châu Phi vào thế kỷ
16. Ở châu Á, sắn được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17 (và Sri Lanka

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
3


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

đầu thế kỷ 18). Sau đó, sắn được trồng ở Trung Quốc, Myanma và các nước
châu Á khác ở cuối thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19. Cây sắn được du nhập vào Việt
Nam giữa thế kỷ 18, (Phạm Văn Biên, Hoàng Kim, 1991).
1.1.2

Phân bố và sinh trưởng

“Hiện tại, sắn được trồng trên 100 nước ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và
là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người. Năm 2006 và 2007, sản lượng sắn
thế giới đạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với năm 2005 là 211,26 triệu tấn và năm
1961 là 71,26 triệu tấn. Nước có sản lượng sắn nhiều nhất là Nigeria (45,72 triệu
tấn), kế đến là Thái Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn). Nước có
năng suất sắn cao nhất là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,1 tấn /ha)
, so với năng suất sắn bình quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008). Việt
Nam đứng thứ 10 về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn) trên thế giới. Tại Việt Nam,
sắn được canh tác phổ biến ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên.” Tổng sản lượng
kim ngạch xuất khẩu sắn và sản phẩm từ sắn đạt 2,68 triệu tấn đạt doanh thu
960,2 triệu USD (năm 2011) và 4,23 triệu tấn đạt doanh thu 1,35 tỷ USD (năm
2012).
1.1.3

Mùa vụ

Ở nước ta, sắn được trồng hầu hết ở tất cả các vùng với điều kiện tự nhiện
rất khác biệt. Sự khác biệt này cũng dẫn đến sự thay đổi về thời vụ trồng sắn
thích hợp cho từng vùng.

 Ở các tỉnh phía Bắc (đồng bằng và Trung du Bắc bộ), sắn được trồng vào

tháng 2 đến tháng 3 và thu hoạch từ tháng 12 đến tháng 1 năm sau.
 Vùng Nam Trung Bộ, sắn được trồng trong khoảng tháng 1 đến tháng 3,

tuy trồng sớm hơn 1-2 tháng nhưng cùng thu hoạch vào tháng 9, tháng 10
trước mùa mưa lũ.
Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
4


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

 Vùng Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và một số vùng cao ở Đồng Bằng Sông

Cửu Long, sắn trồng chủ yếu vào đầu mùa mưa, cuối mùa khô (tầm tháng
4 – tháng 5) trong điều kiện nhiệt độ cao ổn định và có mưa đều.
 Thời vụ trồng sắn thay đổi tuỳ theo điều kiện của từng vùng nhưng thời

gian thu hoạch có thể bắt đầu sau khi trồng được 8-10 tháng. Sắn trồng để
sản xuất bột thường được thu hoạch muộn hơn (sau 10-12 tháng). Các
giống sắn ngọt trồng để ăn tươi thì có thể thu hoạch rải rác từ 6-9 tháng.

1.1.4

Phân loại

Sắn có nhiều loại khác nhau về màu sắc, thân cây, lá, vỏ củ, thịt củ. Tuy
nhiên, để cho đơn giản ta phân sắn thành hai loại sau:
 Sắn đắng: Loại củ to, cho năng suất, hàm lượng tinh bột trong củ cao, có
nhiều nhựa củ, hàm lượng cyanhydric cao, ăn tươi dễ bị ngộ độc.
 Sắn ngọt: gồm tất cả các loại sắn có hàm lượng cyanhydric thấp, loại sắn
này có hàm lượng tinh bột thấp hơn, nhưng ăn tươi không bị ngộ độc.
1.1.5 Cấu tạo
Củ sắn thường thuôn nhọn về 2 đầu, dài khoảng 10-50cm, đường kính củ
từ 2-9 cm. Thường có 4 phần chính gồm: vỏ gỗ, vỏ củ, thịt củ và lõi

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
5


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

Hình 1.2: Mặt cắt ngang của củ sắn
1.2 Ý
1.2.1

nghĩa kinh tế - xã hội
Giá trị dinh dưỡng
Thành phần hóa học của sắn được thể hiện trong bảng 1.1, [3]:
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của sắn

Thành phần
Tỷ lệ chất khô (%)
Hàm lượng tinh bột (%)
Protein (g/100g)
Chất béo (g/100g)
Chất xơ (g/100g)
Tro (g/100g)
Ca(mg/100g)
P(mg/100g)
B1(mg/100g)
B2(mg/100g)
PP(mg/100g)
Độc tố HCN(mg/kg)



1.2.2




1.2.3


Sắn chứa nhiều tinh bột nên được dùng để chế biến nhiều loại lương thực,
thực phẩm như: Làm mì tôm, làm bánh kẹo, nấu canh, làm chè,…..
Tinh bột sắn được chế biến làm thức ăn chăn nuôi, lá sắn tươi làm rau
xanh giàu chất đạm, dùng để nuôi cá, nuôi tằm
Giá trị trong y học
Dân gian dùng lá sắn giã để đắp trị mụn nhọt

Vỏ lụa của thân cây sắn để đắp bó gãy xương
Rễ có tác dụng chống thối rữa
Sắn lát dùng để chế biến cồn sinh học
Giá trị kinh tế
Sắn thái lát có giá trị kinh tế rất lớn trong việc sản xuất cồn, so với các loại
nông sản khác, sắn vừa dễ trồng, vừa đem lại năng suất cao.

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
6

Sắn
38 - 40
16 - 32
0,8 - 2,5
0,2 - 0,3
1,1 - 1,7
0,6 - 0,9
18,8 - 22,5
22,5 - 25,4
0,02
0,02
0,5
20 - 30


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

Với năng suất có thể lên tới 70-80 tấn/ha, thì việc xuất khẩu sắn tươi cũng

đem lại lợi nhuận không hề nhỏ.
1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sắn
1.3.1 Yếu tố cây trồng
 Các giống cây khác nhau thì đem lại hiệu quả, năng suất khác nhau. Hiện
nay người ta đã lai được nhiều loại giống cho năng suất cao như KM419,
KM140, KM98-1,…


1.3.2 Yếu tố ngoại cảnh


1.3.3

Các yếu tố ngoại cảnh như dinh dưỡng khoáng, nhiệt độ, độ ẩm không khí
và đất, ánh sáng, gió… côn trùng, vi sinh vật,… đều có ảnh hưởng đến
chất lượng của sắn. Tuy là dễ trồng, sống được trong điều kiện đất kém
nhưng để đảm bảo đạt năng suất cao thì vẫn cần phải chú ý tới các yếu tố
này.
Các yếu tố sau thu hoạch

a, Các quá trình sinh lý, sinh hóa



Sự thay đổi thành phần hóa học diễn ra trong củ sắn khi quá trình bảo
quản diễn ra trong thời gian dài, hoặc độ ẩm, nhiệt độ tác động.
Sự thay đổi về khối lượng do quá trình hô hấp của sắn.

b, Các quá trình vật lý



1.4

Sự giảm khối lượng do quá trình bay hơi nước trong củ sắn.
Nhiệt độ, độ ẩm, sự thông gió trong quá trình bảo quản cũng ảnh hưởng
không ít đến chất lượng của sắn.
Tính chất nhiệt vật lý của sắn

Thông số

Giá trị

Khối
lượng
riêng
(kg/m3)
1500

Hệ số dẫn Nhiệt dung
nhiệt ở 30 riêng ở 36
(W/m.)
(kJ/kg.K)
0,16 –
0,57

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
7

1,636

Độ ẩm
mới thu
hoạch
(%)

Độ ẩm
yêu cầu
(%)

60

13


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

CHƯƠNG 2
TÌM HIỂU THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ SẤY
2.1 Các loại thiết bị sấy
2.1.1 Thiết bị sấy đối lưu
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy đối lưu, cấp nhiệt cho vật bằng ẩm
bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu (tự nhiên hoặc cưỡng bức), môi chất sấy làm
nhiệm vụ cấp nhiệt. Đây là phương pháp sấy thông dụng nhất hiện nay. Thiết bị
này bao gồm nhiều loại như: thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy tầng
Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
8

Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

sôi, thiết bị sấy khí động, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy phun, thiết bị sấy thùng
quay,…
2.1.2 Thiết bị sấy bức xạ
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bức xạ, gia nhiệt cho vật ẩm bằng
trao đổi nhiệt bức xạ. Người ta thường dùng đèn hồng ngoại hay các bề mặt rắn
có nhiệt độ cao hơn để bức xạ nhiệt tới vật ẩm, trường hợp này môi chất sấy
không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật ẩm.
2.1.3 Thiết bị sấy tiếp xúc
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy tiếp xúc, cấp nhiệt cho vật liệu
bằng dẫn nhiệt do vật sấ tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn. Thiết bị này
thường gồm 2 kiểu: thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lô
quay và thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng.
2.1.4 Thiết bị sấy thăng hoa
Thiết bị này sử dụng phương pháp hóa hơi ẩm thành chất rắn, sau đó làm
chất rắn thăng hoa ở nhiệt độ thấp, phương pháp này giữ được toàn bộ đặc tính
tự nhiên của vật liệu sấy cũng như chất lượng tự nhiên của sản phẩm.
2.1.5 Thiết bị sấy chân không thông thường
Thiết bị này sử dụng cách thải ẩm bằng máy hút chân không. Do buồng
sấy có chân không nên không thể dùng cấp nhiệt bằng đối lưu, việc cấp nhiệt cho
vật ẩm bằng bức xạ hay dẫn nhiệt.
2.1.6 Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bằng điện trường cao tần. Dùng
điện áp có tần số cao, hay còn gọi là vi sóng (1Mhz-100Mhz hoặc 300Mhz –
300Ghz) đặt vào 2 bản tụ điện, vật liệu sấy ở giữa sẽ được gia nhiệt, làm ẩm
trong đó bay hơi và thoát ra ngoài.

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
9


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

2.2 Công nghệ sấy
2.2.1 Phân tích các hệ thống sấy thông dụng
a, Hệ thống sấy buồng
Hệ thống sấy buồng là hệ thống sấy cố định, chia theo từng mẻ sấy. Dùng
buồng sấy đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức.




Ưu điểm
 Phù hợp với yêu cầu sấy không liên tục, năng suất nhỏ.
 Kết cấu gọn nhẹ, dễ chế tạo, thiết kế và vận hành đơn giản nên được
dùng khá phổ biến ở nước ta.
 Hoạt động ổn định, có tuổi thọ và độ bền cao vì ít có các thiết bị rung,
lắc trong hệ thống.
 Có thể tận dụng quá trình truyền nhiệt – truyền chất đối lưu tự nhiên,
cưỡng bức.
Nhược điểm
 Hiệu suất sử dụng năng lượng thấp.
 Chất lượng sản phẩm sấy không cao.
 Năng suất thấp, không sử dụng được cho những hệ thống với năng suất
lớn.

 Mức độ hiện đại hóa và tự động hóa không cao, phụ thuộc nhiều vào
tác động của con người.

b, Hệ thống sấy hầm
Hệ thống sấy hầm là hệ thống sấy đối lưu thông dụng, có thiết bị sấy là
hầm sấy, thường có chiều chiều dài lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và chiều
cao. Có rất nhiều kiểu sấy hầm như: sấy thẳng, sấy có hồi lưu, hệ thống sấy dùng
băng tải,…..


Ưu điểm
 Phù hợp với yêu cầu sấy năng suất lớn, sấy liên tục hoặc bán liên tục.
 Hoạt động khá ổn định, có bộ phận chuyển động nhưng đơn giản nên
hệ thống vẫn có độ beefnn và tuổi thọ tương đối cao.
 Cấu tạo đơn giản, dễ thiết kế và được sử dụng khá rộng rãi, phổ biến.

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
10


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

Có thể ứng dụng quá trình truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức cùng chiều
hay ngược chiều.
 Trong hầm sấy có thể bố trí các vị trí sấy có nhiệt độ khác nhau (vì có
chiều dài khá lớn)
Nhược điểm
 Chất lượng sản phẩm sấy không cao.

 Hiệu suất sử dụng năng lượng thấp.
 Khối lượng, kích thước thiết bị lớn nên chiều nhiều diện tích mặt bằng.
 Bắt buộc phải dùng đối lưu cưỡng bức trong quá trình sấy.
 Mức độ hiện đại hóa, tự động hóa chưa cao
 Việc vận hành chủ yếu vẫn là thủ công.




c, Hệ thống sấy lạnh
Hệ thống sấy lạnh là hệ thống có quá trình sấy sử dụng tác nhân sấy có
nhiệt độ thấp hơn hoặc bằng nhiệt độ môi trường. Phương pháp này làm cho ẩm
trong vật liệu thải ra môi trường bằng cách làm giảm độ chứa hơi d, dẫn đến
phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy giảm theo và ẩm tự thoát ra ngoài môi
trường hoặc nhờ máy hút ẩm.




Ưu điểm
 Có tính hiện đại cao, dễ tự động hóa điều khiển.
 Chất lượng sản phẩm cao, không bị mất đi tính tự nhiên ban đầu.
 Không cần tốn nhiều năng lượng để thoát ẩm.
Nhược điểm
 Thiết bị cồng kềnh, phức tạp.
 Chi phí vận hành cao, người vận hành cần phải có khả năng về chuyên
môn.
 Giá thành thiết bị đắt, giá sản phẩm cao.
 Phạm vi ứng dụng còn tương đối hẹp.

2.2.2 Lựa chọn hệ thống sấy phù hợp
Với vật liệu sấy là sắn thái lát dày 6mm, với năng suất 20 tấn/ngày, em chọn
hệ thống sấy là hệ thống sấy hầm dùng băng tải. Đây là sản phẩm không yêu cầu
về độ cong, vênh, nên ta sử dụng quá trình sấy không có hồi lưu.
+/

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
11


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

+/ Dựạ vào sơ đồ thực nghiệm của vật liệu dày 5mm và 10mm (trong đồ án tốt
nghiệp của anh Nguyễn Văn Thuần – K54), ta có thể chọn các thông số của vật
liệu dày 6mm (thông qua phép nội suy) như sau:
Dày 5mm
∆τ
80 độ
(phút)
C
G7i
180
0.0852
Điện năng
tiêu thụ
16.4
(kWh)
Kết luận:

Dày 10mm
∆τ
80 độ
(phút)
C
G7i
120
0.1052
Điện năng
tiêu thụ
21.2
(kWh)

Dày 6mm
∆τ
80 độ C
(phút)
G7i
168
0.0892
Điện năng
tiêu thụ 17.3600
(kWh)

Từ các phân tích trên, ta có được các thông số cơ bản sau:
-

Nhiệt độ tác nhân sấy vào hầm sấy: 80 oC
Nhiệt độ tác nhân sấy ra hầm sấy: 40 oC

Thời gian sấy là 168 phút (2 giờ 48 phút)
Độ ẩm vật liệu trước khi sấy: 23%
Độ ẩm vật liệu sau khi sấy: 13%
Nhiệt độ vật liệu sấy vào hầm sấy: 23,5 oC
Nhiệt độ vật liệu sấy ra hầm sấy: 60 oC

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
12


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
3.1 Tính năng suất sấy trong 1h
Theo đề bài: G1 = 20 tấn/ngày =

[kg/h]

3.2 Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1h
Ta có: Độ ẩm của VLS khi vào và ra khỏi thiết bị sấy lần lượt là 25% và 13%
=> Lượng ẩm bốc hơi trong 1h tính theo công thức trang 43 theo [2] như sau:
W = G1.

ω1 − ω2
2500 25 − 13
=
.

≈ 115
100 − ω2
3 100 − 13

[kg/h]

Trong đó: G1 – Lượng vật liệu vào trong 1h, kg/h

ω1 ω2
,

- Độ ẩm toàn phần của vật liệu vào, vật liệu ra, %

3.3 Tính toán quá trình sấy lý thuyết
3.3.1 Trạng thái không khí ngoài trời
Thiết bị được đặt ở Nam Định, nên có thông số nhiệt độ và độ ẩm như sau:
t0 = 23,5 oC; 0 = 84%
+/ Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t0 tính theo [3]

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
13


Đồ án kỹ thuật sấy

ps 0 = exp(12 −

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

4026, 42

4026,42
) = exp(12 −
) = 0,0288 [bar]
235,5 + t0
235,5 + 23,5

+/ Độ chứa hơi d0 được tính theo [3]
d 0 = 0,621.

ϕ 0 . ps 0
0,84.0,0288
= 0,621.
= 0,01542
1 − ϕ 0 . ps 0
1 − 0,84.0,0288

+/ Entanpy của không khí tính theo [2], trang 45

I 0 = C pk .t 0 + d0 (r + C ph .t0 )
= 1.23,5 + 0,01542(2500 + 1,9.23,5)
= 62,73 [kJ/kkkhô]
Trong đó: 1 kJ/kgK là nhiệt dung riêng của không khí khô;
1,9 kJ/kgK là nhiệt dung riêng của hơi;
r 2500 kJ/kg là nhiệt ẩn hóa hơi của nước.

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
14

[kgẩm/kgkkkhô]

Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn quá trình sấy lý thuyết
3.3.2 Trạng thái không khí sau Calorife
Trạng thái này được xác định bởi và .
+/ Với = 80 oC và = 0,01542 [kgẩm/kgkkkhô] (quá trình đốt nóng)
+/ Entanpy của không khí ở trạng thái này là :

I1 = C pk .t1 + d1 ( r + C ph .t1 )
= 1.80 + 0,01542(2500 + 1,9.80) = 118,54 [kgẩm/kgkkkhô]
+/ Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t1 tính theo [3]
ps1 = exp(12 −

4026, 42
4026, 42
) = exp(12 −
) = 0, 4667 [bar]
235,5 + t1
235,5 + 80

+/ Độ ẩm tương đối φ1 tính theo [2] – trang 46 :
Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
15


Đồ án kỹ thuật sấy

ϕ1 =

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

d1. p
0,01542.1
.100% =
.100%
(622 + d1 ). ps1
(622 + 0,01542).0, 4667

= 5,18 %

Trong đó: p – Áp suất không khí ẩm (lấy 1 bar)
3.3.3 Trạng thái không khí cuối quá trình sấy
Trạng thái này được xác định bởi và .
+/ Với = 80 oC và = 118,54 [kJ/kkkhô] (quá trình đốt nóng)
+/ Ta có độ chứa hơi được tính theo công thức trang 46 – [2]:

d2 =

I 2 − C pk .t2
r + C ph .t2

=

118,54 − 1.40
2500 + 1,9.40

= 0,03 [kgẩm/kgkkkhô]

+/ Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t2:
ps 2 = exp(12 −

4026,42
4026, 42
) = exp(12 −
)
235,5 + t2
235,5 + 40

= 0,0732 [bar]

+/ Độ ẩm tương đối φ2 :
ϕ2 =

d2. p
0,03.1
.100% =
.100%
(622 + d 2 ). ps 2
(622 + 0,03).0,0732

3.3.4 Tiêu hao không khí lý thuyết
+/ Lượng không khí khô cần để bay hơi 1kg ẩm:
l01 =

1000
1000
=

= 66,34
d 2 − d 0 (0,03 − 0,01542).103

+/ Khối lượng không khí khô cần cấp trong 1h:

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
16

[kg/kgẩm]

= 63,86 %


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

L0 = l0 .W = 66,34.115 = 7625,59

[kg/h]

+/ Khối lượng riêng không khí khô tính cho 1m3 không khí ẩm là:
p
105
pk 1 =
=
d1 

( 287 + 462.0,01542 ) (273 + 80)
 Rkh + Rh .

÷(273 + t1 )
1000 

= 0,963 [kg/m3]
pk 2 =

p
105
=
d2 

( 287 + 462.0,03) (273 + 40)
 Rkh + Rh .
÷(273 + t2 )
1000 

= 1,061 [kg/m3]

+/ Khối lượng riêng không khí khô trung bình là:

pk =

pk 1 + pk 2 0,963 + 1,061
=
2
2

= 1,012 [kg/m3]

+/ Lưu lượng thể tích của không khí :

V0 =

L0 7625,59
=
pk
1,012

= 7534,14 [m3/h]

3.3.5 Tiêu hao nhiệt lý thuyết
+/ Lượng nhiệt tiêu hao trên 1kg ẩm

q0 = l0 .( I1 − I 0 ) = 66,34.(118,54 − 62,73)
+/ Tổng lượng nhiệt tiêu hao

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
17

= 3702,72 [kJ/kgẩm]


Đồ án kỹ thuật sấy

Q0 = q0 .W = 3702,72.115 = 425599,8

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

[kJ]

CHƯƠNG 4

TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT VÀ QUÁ TRÌNH SẤY THỰC

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
18


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

4.1 Xác định các kích thước cơ bản của thiết bị sấy hầm
4.1.1 Xác định chiều rộng B và chiều cao H
+/ Theo công thức tính tiết diện thông khí của hầm trang 149 – [2], ta có:
Fk =

Trong đó:

V0
vk

V0
vk

, [m2]

– Lưu lượng môi chất trong hầm, m3/s
– tốc độ môi chất sấy trong hầm, m/s

+/ Chọn tốc độ khí trong hầm là
Fkh =

V0
=
vk

vk

= 2 m/s

= 1,05 [m2]

+/ Chọn hệ số điền đầy tiết diện phần sấy của hầm là
Fh =

(Trong đó,
+/ Với tiết diện

Fh

Fkh
1 − βF

Fh

βF

= 0,5, ta có:

= = 2,1 [m2]

là tiết diện thông khí thực của hầm)

= 2,1 m2 ta chọn chiều rộng B = 2 m & chiều cao H = 1,05 m.

+/ Kích thước phủ bì của tiết diện hầm tính theo trang 57 – [2] là :
BN = B + 2 ( là chiều dày tường bao, chọn = 0,2 m)

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
19


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

(Ta xây tường bao là gạch đỏ, có chiều dày 1 = 0,1 m, hệ số dẫn nhiệt λ1 = 0,77
W/mK; 1 lớp cách nhiệt có chiều dày 2 = 0,1 m, hệ số dẫn nhiệt λ2 = 0,053
W/mK)
HN = H + tr (tr là chiều dày trần, chọn tr = 0,2 m)
(Ta đổ trần bằng bê tông có chiều dày 3 = 0,1 m, hệ số dẫn nhiệt λ3 = 0,7 W/mK;
1 lớp cách nhiệt có chiều dày 4 = 0,1 m, hệ số dẫn nhiệt λ4 = 0,053 W/mK)
=> BN = 2 + 2 = 2 + 2.0,2 = 2,4 [m]
HN = 1,05 + tr = 1,05 + 0,2 = 1,25 [m]
4.1.2 Xác định chiều dài L của hầm
+/ Chọn vận tốc băng tải là vt = 0,01 m/s, với thời gian sấy là = 2h48’ = 10080s ,
ta có thể tính chiều dài của hầm như sau:
L = vt. = 0,01.10080 = 100,8 [m]
+/ Chiều dài phủ bì của hầm là: (tính theo trang 153 – [2])
LN = L + 2.L (L là chiều dài phụ thêm để bố trí các đường gió vào và ra,
chọn L = 0,6 m )



LN = 100,8 + 2.0,6 = 102 [m]

4.2 Tính toán quá trình sấy thực tế
4.2.1 Xác định các tổn thất nhiệt
a, Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra theo 1h (tính theo trang 155 – [2])
Qm = G1.Cm.(tr – t0)
+/ Trong đó: G1 là lưu lượng của vật liệu sấy
Cm là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy (Cm = 1,636 kJ.kgK)
t0, tr là nhiệt độ vật liệu vào và ra khỏi hầm (tr = 60 oC)
Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
20


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

Qm = 833,33.1,636.(60– 23,5) = 49761,67 [kJ/h]
=> Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra khi bay hơi 1kg ẩm là:
m

= = = 433 [kJ/kgẩm]

b, Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải mang ra khỏi hầm
+/ Chọn vật liệu làm băng tải là thép không gỉ, có các thông số:
ρt = 7,9.103 kg/m3 và Ct = 0,502 kJ/kgK, và có chiều dày δt = 1 mm
+/ Khối lượng thiết bị truyền tải ra khỏi hầm sấy mỗi giây (Gtt) tính theo trang 28
– [5] là:

Gtt = ρt.δt.B.vt = 7,9.103.1.10-3.2.0,01 = 0,158 [kg/s]
+/ Nhiệt do thiết bị truyền tải mang đi trong 1h (Qtt) tính theo trang 28 – [5] là:
Qtr = Gtt.Ct.(t1 – t0).3600
Trong đó: t1 - là nhiệt độ băng tải ra khỏi hầm sấy (chọn bằng nhiệt độ ra của
tác nhân sấy)
t0 – là nhiệt độ băng tải vào hầm sấy (chọn bằng nhiệt độ môi
trường)
=> Qtr = 0,158.0,502.(80 – 23,5).3600 = 16133 [kJ/h]
+/ Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải mang đi khi bay hơi 1kg ẩm là
tr

= = = 140 [kJ/kgẩm]

c, Tổn thất do tỏa nhiệt ra môi trường
 Tổn thất nhiệt qua tường bao tính theo trang 156 – [2]
Qxq1 = kt.Fxq1.(tk1 – to)
 Fxq1 là diện tích xung quanh của hầm sấy
Fxq1 = LN.H = 102.1,05 = 107,1 [m2]
 tk1 là nhiệt độ của không khí trong hầm sấy.
tk1 ta lấy giá trị trung bình: tk1 = 0,5.(t1 + t2) =0,5.(80 + 40) = 60 oC
 kt là hệ số truyền nhiệt, tính theo công thức:
Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
21


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

k=

•

•

1
1 δ1 δ 2 1
+ + +
α1 λ1 λ2 α 2

, W/m2K

α1: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí trong buồng tới
tường, được tính theo trang 125 – [2] như sau:
Với vk = 2 m/s < 5 m/s nên
α1 = 6,15 + 4,18.vk = 6,15 + 4,18.2 = 14,51 [W/m2K]
α2: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên từ tường tới không khí.
Nhiệt độ không khí ngoài môi trường là 23,5 oC, ta tra được các
thông số vật lý như sau:
υ = 15,295.10-6 m2/s ; Pr = 0,702
giả thiết nhiệt độ mặt ngoài của tường bao là tw = 29 oC
=> t = tw – t0 = 29 – 23,5 = 5,5 oC.
1
9,81.1,253.
.5,5
273 + 23,5
g .H N 3 .β .∆t
.0,702
Gr.Pr =
.Pr

−6 2
2
(15,295.10
)
υ
=>
=
= 106513863.62 10,7.107 > 2.107
Tính α2 theo trang 156,157 – [2] khi Gr.Pr > 2.107, ta có:
α2 = α0. = 1,66. . = 1,66. . 0,975 = 2,86 [W/m2K]
Vậy hệ số truyền nhiệt là:
kt =

1
1 δ1 δ 2 1
+ + +
α1 λ1 λ2 α 2

=

1
1
0,1
0,1
1
+
+
+
14,51 0, 77 0, 053 2,86

= 0, 411

[W/m2K]

Ta có: Mật độ dòng nhiệt qua tường tính theo trang 157 – [2] là:
q1 = kt.(tk1 – to) = 0,411.(60 – 23,5) = 14,99 [W/m2]
Kiểm tra lại giả thiết tw = 29 oC:
Độ chênh nhiệt độ giữa mặt ngoài của tường bao và môi trường là:
t’ = = = 5,25 oC
=> Sai số tương đối là:

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
22


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

∆t − ∆t '
∆t
















5,5 − 5, 25
5,5

%=
=
= 0,0463 = 4,63%
=> Giả thiết tw = 29 oC là chấp nhận được.
Vậy tổn thất nhiệt qua tường bao là:
Qxq1 = kt.Fxq1.(tk1 – to) = 0,411.107,1.(60 – 23,5) = 1605 [W]
Tính tổn thất nhiệt qua trần hầm
Hệ số trao đổi nhiệt từ trần tới không khí bên ngoài là (tính theo trang 158
– [2]:
α2t = 1,3α2 = 1,3.2,86 = 3,71 [W/m2K]
Hệ số truyền nhiệt qua trần hầm là:
1
1
ktr =
=
= 0, 422
1
0,1
0,1
1
1 δt δ 4 1

+
+
+
+ + +
α1 2 λ4 α 2t 14,51 0,7 0, 053 3,71
[W/m2K]
Nhiệt độ trung bình của không khí trong kênh gió tính theo trang 158 – [2]
là:
δt
δt
2
o
tk2 = t1 = 80 - = 79 C ( = 2 oC, là tổn thất nhiệt của không khí trong
kênh dẫn khí)
Mật độ dòng nhiệt qua trần là:
q2 = ktr.(tk2 – to) = 0,422.(79 – 23,5) = 23,44 [W/m2]
Tổn thất nhiệt qua trần là:
Qtr = q2.Ftr = q2.LN.BN = 23,44.102.2,2 = 5260 [W]
Tính tổn thất nhiệt qua nền hầm
Tổn thất nhiệt qua nền theo trang 158 – [2], với nhiệt độ khí tk1 = 60 oC,
giả thiết khoảng cách từ hầm tới tường phân xưởng là 2m, tổn thất riêng
trên 1 m2 là qn = 36 [W/m2]
Vậy tổn thất qua nền là:
Qn = Fn.qn = Ftr. qn = 224,4.36 = 8078 [W]

=> Tổng tổn thất nhiệt ra môi trường là:
Qtt = Qxq1 + Qtr + Qn = 1605 + 5260 + 8078 = 14943 [W]
=> Nhiệt tổn thất qua trần khi bay hơi 1kg ẩm tính theo trang 159 – [2]:
Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
23

Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

qtt = = = 130 [kJ/kgẩm]
+/ Ta có: Tổng tổn thất (theo trang 159 – [2]) là:
= Cn.t0 – (qm + qtr + qtt)
= 4,185.23,5 – (433 + 140 + 130) = -605 [kJ/kgẩm]
4.2.2 Trạng thái không khí thực tế khi ra khỏi hầm
+/ Tính theo các công thức trang 159 – [2], ta có:
i2 = r + Cpht2 = 2500 + 1,9.40 = 2652 [kJ/kg]
i1 = r + Cpht1 = 2500 + 1,9.80 = 2576 [kJ/kg]

d 2' =

C pk (t1 − t2 ) + d1 (i1 − ∆ )

=>
[kgẩm/kgkkkhô]
l=

i2 − ∆

=

1.(80 − 40) + 0, 02.(2576 − 605)
= 0,344
2652 − 605

1
1
=
= 53
d 2' − d 0 0, 0344 − 0, 020

[kg/kgẩm]

=> Lượng không khí thực cần cấp trong 1h:
L = W.l = 115.53 = 6060

[kgkkkhô/h]

=> Entanpy thực của không khí khi ra khỏi hầm là:
I 2' = I1 −

ϕ2' =
=>

∆
605
= 118 −
= 107,1
l
53

d2 '. p
0,0344.1
.100% =

.100% =
(0,622 + d 2 ' ). ps 2
(0,622 + 0,0344).0,07

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
24

[kJ/kgkkkhô]

75,5 %


Đồ án kỹ thuật sấy

GVHD: PGS.TS Lại Ngọc Anh

Hình 4.1. Đồ thị I_d biểu diễn quá trình sấy thực
+/ Lượng nhiệt cần để bốc hơi 1kg ẩm trong quá trình sấy thực (lượng nhiệt tiêu
hao) tính theo trang 62 – [2] là:
qth = l(I1 – I0) = 53.(118,54 – 62,73) = 2942 [kJ/kgẩm]
+/ Lượng nhiệt có ích lúc này sẽ là: (tính theo trang 163 – [2])

qci = i2 − Cn .tv1 = 2652 − 4,18.23,5 = 2554

[kJ/kgẩm]

+/ Tổng lượng nhiệt có ích và các tổn thất tính theo trang 163 – [2], ta có:
qt = qtt + qci + qm + qtr = 130 + 2554 + 433 + 140 = 3257 [kJ/kgẩm]
4.3 Tính toán cân bằng nhiệt cho hệ thống
+/ Từ các tính toán trên ta có bảng cân bằng nhiệt quá trình sấy thực như bảng

4.1
Bảng 4.1. Bảng cân bằng nhiệt trong quá trình sấy thực
STT

Đại lượng

Ký hiệu

kJ/kga

%

1

Nhiệt lượng có ích

qci

2,554

78.42

Vũ Hữu Quý – Máy & TB lạnh K56
25