TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TIÊU THÙNG QUAY

Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH....................................................................................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................... 5
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 6
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................ 7
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU HẠT TIÊU ...................................................... 7
1.1.1. Tên gọi và phân loại khoa học ............................................................................. 7
1.1.2. Thành phần hóa học............................................................................................. 9
1.1.3. Phân bố ................................................................................................................ 9
1.2. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP SẤY.............................................................. 10
1.2.1. Bản chất của quá trình sấy ................................................................................. 10
1.2.2. Phân loại quá trình sấy....................................................................................... 10
1.2.3. Thiết bị sấy thùng quay...................................................................................... 12
1.2.4. Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay .................................................. 14
1.3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY TIÊU ................................................................ 16
1.3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ ................................................................................. 16
1.3.2. Giải thích quy trình ............................................................................................ 16
CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH .............................................. 21
2.1. CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY ............................................................ 21
2.2. CÁC CÔNG THỨC SỬ DỤNG .............................................................................. 21
2.3. TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY .................................................. 22
2.4. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ............................................................................. 27
2.5. TÍNH THỜI GIAN SẤY.......................................................................................... 28
GVHD: Đào Thanh Khê

[1]

Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
2.5.1. Tính cƣờng độ sấy ............................................................................................. 28
2.5.2. Tính thời gian sấy .............................................................................................. 30
2.6. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH ......................................................................................... 30
2.6.1. Tính kích thƣớc thùng quay ............................................................................... 30
2.6.2. Thời gian lƣu...................................................................................................... 31
2.6.3. Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy ............................................................................ 31
2.7. TÍNH BỀ DÀY CÁCH NHIỆT CỦA THÙNG ....................................................... 32
2.7.1. Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng

1 ................. 32

2.7.2. Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trƣờng xung quanh

2 . 34

2.8. TÍNH TRỞ LỰC QUA THÙNG SẤY .................................................................... 38
2.9. CHỌN KÍCH THƢỚC CÁNH ĐẢO TRONG THÙNG SẤY ................................ 39
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ ..................................................................... 42
3.1. TÍNH CALORIFER CẤP NHIỆT ........................................................................... 41
3.1.1. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình ........................................................................ 43
3.1.2. Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài ống

2 ............................................ 44

3.1.2.1. Các thông số của không khí ngoài ống ........................................................... 44
3.1.2.2. Tính hệ số cấp nhiệt

2 ................................................................................... 45

3.1.2.3. Tính hệ số cấp nhiệt phía trong ống

1 ........................................................... 47

3.1.2.4. Hệ số truyền nhiệt K ....................................................................................... 48
3.1.2.5. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thƣớc calorifer ............................ 48
3.1.2.6. Trở lực qua calorifer ....................................................................................... 49
3.2. TÍNH VÀ CHỌN XYCLON ................................................................................... 49
3.3. TÍNH TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT ....................................................................... 52
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN .................................................................................................. 55
GVHD: Đào Thanh Khê

[2]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 56

GVHD: Đào Thanh Khê

[3]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1: Cây tiêu………………………………………………………………………...7
Hình 2: Hạt tiêu…………………………………………………………………………8
Hình 3: Biểu đồ dự báo sản lƣợng hạt tiêu thế giới năm 2011………………………..10
Hình 4: Máy sấy thùng quay…………………………………………………………..12

Hình 5: Sơ đồ thiết bị sấy thùng quay…………………………………………………14
Hình 6: Sơ đồ sấy nguyên liệu………………………………………………………...18
Hình 7: Hạt tiêu sấy thành phẩm………………………………………………………20
Hình 8: Đồ thị H- d của không khí ẩm………………………………………………...23
Hình 9: Đồ thị biểu diễn ba điểm A, B, C của quá trình sấy…………………………..27
Hình 10: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng…………………………………………..35
Hình 11: Hình dạng một số cánh đảo trong thùng…………………………………….39
Hình 12: Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng……………………………………40
Hình 13: Các kích thƣớc của cánh tròn………………………………………………..43
Hình 14: Sơ đồ truyền nhiệt…………………………………………………………...44
Hình 15: Các diện tích bề mặt của ống có cánh……………………………………….45
Hình 16: Xyclon đơn…………………………………………………………………..51

GVHD: Đào Thanh Khê

[4]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực……………………………26
Bảng 2: Các thông số chọn để tính cƣờng độ sấy……………………………………..29
Bảng 3: Bảng M theo d………………………………………………………………..30
Bảng 4: Lƣu lƣợng và khối lƣợng riêng của không khí sấy trong quá trình sấy thực…31
Bảng 5: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy………………………………32
Bảng 6: L/D theo chuẩn số Reynolds………………………………………………….33
Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy…………………………….34
Bảng 8: Các bề dày thùng và vật liệu………………………………………………….35
Bảng 9: Các thông số của các tác nhân qua calorifer……………………………….....42

Bảng 10: Một số kích thƣớc của calorifer……………………………………………..42
Bảng 11: Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống…………………………..44
Bảng 12: Các thông số của hơi nƣớc bão hòa ngƣng tụ trong ống……………………47
Bảng 13: Kích thƣớc cơ bản của xyclon đơn………………………………………….50

GVHD: Đào Thanh Khê

[5]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ

LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam là một trong các nƣớc có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời trên thế giới.
Hiện nay, nông nghiệp vẫn còn chiếm tỉ trọng khá cao trong cơ cấu kinh tế nƣớc ta.Mặc
dù vậy, ngành nông nghiệp vẫn chƣa đem lại hiệu quả tƣơng xứng với vị trí của nó trong
nền kinh tế. Nguyên nhân chủ yếu hiện nay là do các khâu thu hoạch, bảo quản và chế
biến nông sản tại Việt Nam thực hiện chƣa khoa học. Điều đó làm giảm giá trị các sản
phẩm khi đƣa ra thị trƣờng tiêu thụ.
Để cải thiện vấn đề này có rất nhiều phƣơng pháp đƣợc đƣa ra, trong đó sấy là một
trong những phƣơng pháp thông dụng nhất hiện nay. Sản phẩm sau quá trình sấy có độ
ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao
chất lƣợng sản phẩm, tăng cảm quan cũng nhƣ giá trị kinh tế.
Trong công nghiệp thực phẩm, sấy bằng thùng quay là một trong các phƣơng pháp khá
phổ biến do mang lại hiệu quả kinh tế cao, thuận tiện khi vận hành và tiết kiệm thời gian.
Do đó, ngƣời ta thƣờng chọn thiết bị sấy thùng quay trong việc sấy các sản phẩm lƣơng
thực, hạt, quả,…
Trong phạm vi đồ án môn học này, chúng em sẽ trình bày về quy trình công nghệ và
thiết bị sấy thùng quay để sấy hạt tiêu, năng suất 120 kg hạt tiêu khô/mẻ.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song vẫn còn rất nhiều thiếu sót vì đây là lần đầu tiên làm

đồ án nên chƣa có kinh nghiệm. Bên cạnh đó trình độ tự nghiên cứu và khả năng tƣ duy
còn giới hạn nên đồ án của nhóm không thể tránh nhiều thiếu sót. Qua đồ án này, chúng
em kính mong quý thầy cô chỉ bảo để có thể hoàn thiện tốt hơn đồ án cũng nhƣ bài tập
lớn mà thầy cô giáo cho chúng em vào những lần sau.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hƣớng dẫn, các
thầy cô giáo và bạn bè đã giúp đỡ chúng em hoàn thiện đồ án đúng thời hạn.

GVHD: Đào Thanh Khê

[6]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU HẠT TIÊU
1.1.1. Tên gọi và phân loại khoa học
 Tên khoa học: Piper nigrum
 Giới: Plantae
 Ngành: Angiospermae
 Lớp: Magnoliidae
 Phân lớp: Rosidae
 Bộ: Piperales
 Họ: Piperaceae
 Chi: Piper
 Loài: P.nigrum
Hồ tiêu còn gọi là cổ nguyệt, hắc cổ nguyệt, bạch cổ nguyệt (danh pháp hóa học: Piper
nigrum) là một loài cây leo có hoa thuộc họ Hồ tiêu (Piperaceae), trồng chủ yếu để lấy
quả và hạt, thƣờng dùng làm gia vị dƣới dạng khô hoặc tƣơi.

Hình 1: Cây tiêu
GVHD: Đào Thanh Khê

[7]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
Hồ tiêu là một loại dây leo, thân dài, nhẵn không mang lông, bám vào các cây khác
bằng rễ. Thân mọc cuốn, mang lá mọc cách. Lá nhƣ lá trầu không, nhƣng dài và thuôn
hơn. Có hai loại nhánh: một loại nhánh mang quả, và một loại nhánh dinh dƣỡng, cả hai
loại nhánh đều xuất phát từ kẽ lá. Đối chiếu với lá là một cụm hoa hình đuôi sóc. Khi
chín, rụng cả chùm.
Quả hình cầu nhỏ, chừng 20- 30 quả trên một chùm, lúc đầu màu xanh lục, sau có màu
vàng, khi chín có màu đỏ. Từ quả này có thể thu hoạch đƣợc hồ tiêu trắng, hồ tiêu đỏ, hồ
tiêu xanh và hồ tiêu đen.
Đốt cây rất dòn, khi vận chuyển nếu không cận thận thì cây có thể chết. Quả có một hạt
duy nhất.
Hồ tiêu đƣợc thu hoạch mỗi năm hai lần. Muốn có hồ tiêu đen, ngƣời ta hái quả vào
lúc xuất hiện một số quả đỏ hay vàng trên chùm, nghĩa là lúc quả còn xanh; những quả
còn non quá chƣa có sọ rất giòn, khi phơi dễ vỡ vụn, các quả khác khi phơi vỏ quả sẽ săn
lại, ngả màu đen. Muốn có hồ tiêu trắng (hay hồ tiêu sọ), ngƣời ta hái quả lúc chúng đã
thật chín, sau đó bỏ vỏ. Loại này có màu trắng ngà hay xám, ít nhăn nheo và ít thơm hơn
(vì lớp vỏ chứa tinh dầu đã mất) nhƣng cay hơn (vì quả đã chín).

Hình 2: Hạt tiêu
GVHD: Đào Thanh Khê

[8]

Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
1.1.2. Thành phần hóa học
Hồ tiêu cũng rất giàu vitamin C, thậm chí còn nhiều hơn cả cà chua. Một nửa cốc hồ
tiêu xanh, vàng hay đỏ sẽ cung cấp tới hơn 230% nhu cầu canxi 1 ngày/1 ngƣời.
Trong tiêu có 1,2- 2% tinh dầu, 5- 9% piperin và 2,2- 6% chanvixin. Piperin và
chanvixin là 2 loại ankaloit có vị cay hắc làm cho tiêu có vị cay. Trong tiêu còn có 8%
chất béo, 36% tinh bột và 4% tro.
Thƣờng dùng hạt tiêu đã rang chín, thơm cay làm gia vị. Tiêu thơm, cay nồng và kích
thích tiêu hoá, có tác dụng chữa một số bệnh.
Hạt tiêu cũng rất giàu chất chống oxy hóa, chẳng hạn nhƣ beta carotene, giúp tăng
cƣờng hệ miễn dịch và ngăn ngừa sự hủy hoại các tế bào, gây ra các căn bệnh ung thƣ và
tim mạch.
1.1.3. Phân bố
Ở nƣớc ta hồ tiêu đƣợc phân bố thành các vùng sản xuất chính ở Bắc Trung Bộ, Duyên
hải Trung Bộ, Tây Nguyên, vùng Đông Nam Bộ và đồng bằng sông Cửu Long, trong đó
Tây Nguyên và Đông Nam Bộ là 2 vùng sản xuất chính. Sản xuất hồ tiêu thƣờng hình
thành các vùng nổi tiếng nhƣ: Tân Lâm (Quảng Trị), Lộc Ninh (Bình Phƣớc), Bà Rịa (Bà
Rịa– Vũng Tàu), Phú Quốc (Kiên Giang), Dak R’Lắp (Đăk Nông), Chƣ Sê (Gia Lai), điều
này tạo điều kiện thuận lợi cho việc quy hoạch thành các vùng sản xuất hàng hóa tập
trung, đạt chất lƣợng xuất khẩu cao.
Việt Nam hiện là một nƣớc xuất khẩu tiêu đứng hàng đầu thế giới thế nhƣng chủ yếu
xuất khẩu ở dạng thô. Vì thế vấn đề bảo quản tiêu hạt để xuất khẩu hết sức quan trọng và
cần thiết trong nền kinh tế quốc dân.

GVHD: Đào Thanh Khê

[9]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ

Hình 3: Biểu đồ dự báo sản lượng hạt tiêu thế giới năm 2011
Vấn đề bảo quản tiêu nhìn chung là khó, vì tiêu là môi trƣờng thuận lợi rất thích hợp
cho sâu mọt phá hoại. Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lƣợng ban đầu tốt, có độ
ẩm an toàn. Vì vậy, quá trình sấy hạt sau thu hoạch có vai trò quan trọng trong bảo quản,
chế biến cũng nhƣ nâng cao chất lƣợng hạt. Với phƣơng pháp này sẽ bảo quản hạt tiêu
đƣợc lâu hơn, dễ dàng trong quá trình vận chuyển, ứng dụng nhiều trong quá trình chế
biến các sản phẩm ăn liền.
1.2. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP
1.2.1. Bản chất của quá trình sấy
Sấy là sự bốc hơi nƣớc của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình
khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh
lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trƣờng xung quanh.
1.2.2. Phân loại quá trình sấy
- Ngƣời ta phân biệt ra 2 loại:
+ Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió,... Phƣơng pháp này thời gian sấy dài,
tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn, phụ
thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu.

GVHD: Đào Thanh Khê

[10]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
+ Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy nhƣ
khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt,… và nó đƣợc hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong.
Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên.
- Nếu phân loại phƣơng pháp sấy nhân tạo, ta có:
* Phân loại theo phƣơng thức truyền nhiệt:

+ Phƣơng pháp sấy đối lƣu: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ
môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lƣu. Đây là phƣơng pháp đƣợc
dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt.
+ Phƣơng pháp sấy bức xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là thực hiện bằng
bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thƣờng, bức xạ hồng ngoại.
+ Phƣơng pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc
trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt.
+ Phƣơng pháp sấy bằng điện trƣờng dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy
nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trƣờng cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên.
+ Phƣơng pháp sấy thăng hoa: đƣợc thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời hút
chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nƣớc, nƣớc thoát ra khỏi vật
sấy nhờ quá trình thăng hoa.
+ Phƣơng pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng
sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định, hạt khô và đƣợc tháo ra
ngoài.
+ Phƣơng pháp sấy phun: đƣợc dùng để sấy các sản phẩm dạng lỏng.
+ Bức xạ: sự dẫn truyền nhiệt bức xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm.
* Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy:
+ Sấy mẻ: vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn
tất sẽ đƣợc tháo ra.

GVHD: Đào Thanh Khê

[11]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
+ Sấy liên tục: vật liệu đƣợc cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua
buồng sấy cũng xảy ra liên tục.
* Phân loại theo sự chuyển động tƣơng đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm:

+ Loại thổi qua bề mặt.
+ Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu.
1.2.3. Thiết bị sấy thùng quay

Hình 4: Máy sấy thùng quay
Hệ thống sấy thùng quay là một hệ thống sấy làm việc liên tục chuyên dùng để sấy vật
liệu hạt, cục nhỏ nhƣ lúa, ngô (bắp), hạt đậu xanh, hạt tiêu,...
Máy sấy thùng quay là 1 thùng hình trụ đặt nghiêng 1– 6o, có 2 vành đai đỡ, vành đai
này tỳ vào con lăn đỡ khi thùng quay. Vật liệu vào sấy qua phễu nạp vật liệu. Vật liệu
GVHD: Đào Thanh Khê

[12]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
trong thùng không quá 20- 25% thể tích thùng. Sau khi sấy xong, thành phẩm qua bộ
phận tháo sản phẩm ra ngoài.
Bên trong thùng có lắp các cánh đảo để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất sấy đạt
đƣợc cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm còn đầu thùng cấm vào lò đốt hoặc
nối với ống tạo tác nhân sấy. Giữa thùng quay, hộp tháo và lò có cơ cấu bịt kín để không
khí và khói lò không thoát ra ngoài. Ngoài ra còn có xyclone để thu hồi sản phẩm bay
theo khí và thải khí sạch ra môi trƣờng.
Khí nóng và vật liệu có thể đi cùng chiều hay ngƣợc chiều ở bên trong thùng. Phía đầu
chỗ nạp liệu bên trong thùng sấy có lắp cánh xoắn 1 đoạn khoảng 700- 1000mm, chiều
dài của đoạn này phụ thuộc vào đƣờng kính của thùng.
Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không quá 3 m/s để tránh vật liệu bị
cuốn nhanh ra khỏi thiết thùng. Vận tốc quay của thùng là 5– 8 vòng/phút.
Các đệm ngăn trong thùng chứa có tác dụng phân phối vừa có tác dụng phân phối đều
cho vật liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật
liệu sấy và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm ngăn (cánh trộn) phụ thuộc vào kích thƣớc vật

liệu sấy và độ ẩm của nó.
Các loại đệm ngăn dùng phổ biến là:
- Đệm ngăn mái chèo nâng và loại phối hợp: dùng khi sấy những vật liệu cực to, ẩm,...
Loại này có hệ số chất đầy vật liệu không quá 0,1– 0,2.
- Đệm ngăn hình quạt có những khoảng thông với nhau.
- Đệm ngăn phân phối hình chữ nhật và kiểu vạt áo đƣợc xếp trên toàn bộ tiết diện của
thùng đƣợc dùng để sấy các vật liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng quay vật liệu đảo trộn
nhiều lần, bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy lớn.
- Đệm ngăn kiểu phân khu: để sấy các vật liệu đã đƣợc đạp nhỏ, bụi. Loại này chỉ cho
phép hệ số điền đầy khoảng 0,15– 0,25.

GVHD: Đào Thanh Khê

[13]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
- Nếu nhiệt độ sấy cần lớn hơn 2000C thì dùng khói lò nhƣng không dùng cho nhiệt độ
> 8000C.
 Ƣu điểm:
+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ sự tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác
nhân sấy. Cƣờng độ sấy lớn, có thể đạt 100 kg ẩm bay hơi/m3.h.
+ Thiết bị gọn có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.
 Nhƣợc điểm: vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị tạo bụi, vỡ vụn. Do đó nhiều
trƣờng hợp sẽ làm giảm chất lƣợng sản phẩm sấy.
1.2.4. Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay

Hình 5: Sơ đồ thiết bị sấy thùng quay
 Chú thích:
1. Thùng quay

5. Phễu hứng sản phẩm

9. Con lăn chặn

2. Vành đi đỡ

6. Quạt hút

10. Mô tơ quạt

3. Con lăn đỡ

7. Thiết bị lọc bụi

11. Bê tông

4. Bánh răng

8. Lò đốt

12. Băng tải

Máy sấy thùng quay gồm 1 thùng hình trụ (1) đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang 160C. Toàn bộ trọng lƣợng của thùng đƣợc đặt trên 2 bánh đai đỡ (2).
GVHD: Đào Thanh Khê

[14]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ

Bánh đai đƣợc đặt trên bồn con lăn đỡ (3), khoảng cách giữa 2 con lăn cùng 1 bệ đỡ
(11) có thể thay đổi để điều chỉnh các góc nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnh thời
gian lƣu vật liệu trong thùng. Thùng quay đƣợc là nhờ có bánh răng (4). Bánh răng (4) ăn
khớp với bánh răng dẫn động (12) nhận truyền động của động cơ (10) qua bộ giảm tốc.
Vật liệu ƣớt đƣợc nạp liên tục vào đầu cao của thùng phễu chứa (14) và đƣợc chuyển
dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn. Các đệm ngăn vừa có tác dụng phân bố đều vật liệu
theo tiết diện của thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy
và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thƣớc của vật liệu sấy, tính
chất và độ ẩm của nó. Vận tốc của không khí nóng đi trong máy sấy khoảng 2– 3 m/s,
thùng quay 5– 8 vòng/phút. Vật liệu khô ở cuối máy sấy đƣợc tháo qua cơ cấu tháo sản
phẩm (5) rồi nhờ băng tải xích (13) vận chuyển vào kho.
Không khí thải đƣợc quạt (7) hút vào hệ thống tách bụi,... để tách những hạt bụi cuốn
theo khí thải. Các hạt bụi nhỏ đƣợc tách ra, hồi lƣu trở lại bằng tải xích (13). Khí sạch thải
ra ngoài.

GVHD: Đào Thanh Khê

[15]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
1.3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY TIÊU
1.3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ
Nguyên liệu
Sàng tạp chất
Sàng đá
Phân loại tỉ trọng xoắn ốc

Xử lý vi sinh
Sấy

Làm nguội

Tiêu

Cân

Đóng bao

Bảo quản
1.3.2. Giải thích quy trình
 Công đoạn 1: Làm sạch
Để chế biến tiêu đen, tiêu đƣợc hái cả chum quả khi thấy chùm có lác đác quả chín
hoặc quả đã chuyển sang vàng. Dùng máy tách hạt để tách hạt ra khỏi chum ngay hay có
GVHD: Đào Thanh Khê

[16]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
thể để dồn 2– 3 ngày mới tách hạt tùy theo khối lƣợng tiêu thu hái đƣợc. Để việc tách hạt
đƣợc dễ dàng ngƣời ta thƣờng ủ quả trong bao hay dồn đống lại rồi lấy bạt phủ lên trong
vòng 12– 24 giờ, sau đó mới đem tách hạt.
Hạt tiêu nguyên liệu đƣợc đƣa vào một hộp nạp liệu xây chìm dƣới đất sau đó đƣợc
chuyển vào sang tạp chất thông qua một gầu tải. Sàng tạp chất hoạt động dựa trên nguyên
lý khí động học, nguyên lý phân cách về trọng lƣợng và nguyên lý phân cách về thể tích.
Do vậy, sàng tạp chất có thể tách đƣợc khoảng 90% lƣợng tạp chất lẫn trong hạt tiêu gồm:
tạp chất nhỏ hơn hạt tiêu, tạp chất lớn hơn hạt tiêu và tạp chất nhẹ hơn hạt tiêu (bao gồm
cả bụi).
Ngoài ra do có gắn một bộ phận từ tính nên sàng tạp chất còn có tác dụng tách sắt thép
lẫn trong nguyên liệu.

Hạt tiêu nguyên liệu sau khi rời khỏi sàng tạp chất có kích thƣớc trong khoảng từ 2,5
mm đến 6,5 mm.
 Công đoạn 2: Tách đá sạn
Hạt tiêu trƣớc khi vào máy tách đá sạn vẫn còn lẫn những hạt sạn kích cỡ với hạt tiêu.
Máy tách đá sạn hoạt động dựa trên nguyên lý khác biệt về tỷ trọng của hạt tiêu cùng kích
cỡ. Hạt tiêu nhẹ hơn sẽ đƣợc một luồng khí nâng lên tạo thành một dòng chảy song song
với lƣới sàng để chảy ra ngoài. Trong khi đó hạt sạn nặng hơn sẽ rơi xuống va đập với các
hạt của rãnh lƣới và chảy ngƣợc về sau để thoát ra ngoài.
 Công đoạn 3: Phân loại tỷ trọng xoắn ốc
Hạt tiêu sau quá trình làm sạch, phân loại kích cỡ, tách đá sạn và phân loại bằng khí
động học vẫn còn khác nhau về hình dạng: móp méo hoặc tròn hay còn lẫn những cọng
tiêu.
Máy phân loại hình dạng kiểu oắn ốc đƣợc cấu tạo bởi những vách ngăn xoắn ốc quanh
trục thẳng đứng. Hỗn hợp hạt tiêu gồm hạt tiêu biến dạng và hạt tròn đƣợc nạp vào miệng
GVHD: Đào Thanh Khê

[17]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
trên của máy phân loại. Bởi vì hạt tiêu chảy xuống theo chiều xoắn ốc dƣới tác động của
trọng lực. Các hạt tròn xoay tròn trên gia tốc tăng dần đến một điểm mà chúng xoay tròn
theo độ nghiêng vách ngăn nằm rìa ngoài và đƣợc tách ra, còn những hạt biến dạng khi
rơi tự do trên máng xoắn ốc bị lực ma xát cao hơn tốc độ dòng chảy không bằng hạt tròn.
Do đó các hạt biến dạng chảy gần hơn trục của máy xoắn ốc và đƣợc đƣa ra ngoài.
 Công đoạn 4: Rửa và xử lí vi sinh bằng hơi nƣớc
Để khử các vi sinh vật có hại nhất là khuẩn Salmonella, ngƣời ta sử dụng hơi nƣớc với
áp suất từ 2– 3 kg/cm2 có nhiệt độ từ 120– 1400C để phun vào hạt tiêu trong thời gian
ngắn nhất (khoảng 20– 40 giây). Trong quá trình hấp thụ hơi nƣớc nóng hạt tiêu đƣợc
chuyển qua trống trích ly nƣớc trƣớc khi qua hệ thống sấy.



Công đoạn 5: Sấy

Đối với các nguyên liệu hạt, ngƣời ta thƣờng áp dụng phƣơng pháp sấy đối lƣu. Không
khí nóng đƣợc dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động
chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy ra ngoài.
Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngƣợc chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển
động của sản phẩm. Sấy đối lƣu có thể thực hiện theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục.

Hình 6: Sơ đồ sấy nguyên liệu
GVHD: Đào Thanh Khê

[18]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy:
- Nhiệt độ sấy:
Rau quả, hạt là sản phẩm chịu nhiệt kém: trên 900C thì đƣờng fructose bắt đầu bị
caramel hoá, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hoá các hợp chất cao phân tử xảy ra
mạnh. Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, nó có thể bị cháy. Do vậy, để sấy hạt nông sản thƣờng
dùng chế độ sấy ôn hoà. Tuỳ theo loại nguyên liệu, nhiệt độ sấy không quá 80- 900C.
Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt của vật liệu sấy. Nếu tốc độ tăng
nhiệt quá nhanh thì bề mặt mặt quả bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm. Ngƣợc lại, nếu
tốc độ tăng chậm thì cƣờng độ thoát ẩm yếu.
- Độ ẩm không khí:
Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tƣơng đối của nó
xuống. Sấy chính là biện pháp tăng khả năng hút ẩm của không khí bằng cách tăng nhiệt
độ.

Thông thƣờng khi vào buồng sấy, không khí có độ ẩm 10- 13%. Nếu độ ẩm của không
khí quá thấp sẽ làm hạt nông sản nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hƣởng
xấu đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo. Nhƣng nếu độ ẩm quá cao sẽ làm tốc độ sấy
giảm.
Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩm của rau quả tƣơi nên độ ẩm tăng lên
(thông thƣờng khoảng 40- 60%). Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp thì sẽ tốn năng
lƣợng. Ngƣợc lại, nếu quá cao sẽ dễ bị đọng sƣơng, làm hƣ hỏng sản phẩm sấy. Ngƣời ta
điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lƣu thông của nó và lƣợng
rau quả tƣơi chứa trong lò sấy.
- Lƣu thông của không khí:
Trong quá trình sấy, không khí có thể lƣu thông tự nhiên hoặc cƣỡng bức. Trong các lò
sấy, không khí lƣu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4 m/s), do vậy thời gian sấy
thƣờng kéo dài, làm chất lƣợng sản phẩm sấy không cao. Để khắc phục nhƣợc điểm này,
GVHD: Đào Thanh Khê

[19]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
ngƣời ta phải dùng quạt để thông gió cƣỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4- 4,0 m/s
trong các thiết bị sấy. Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4,0 m/s) sẽ gây tổn thất nhiệt lƣợng.
- Độ dày của lớp sấy:
Độ dày của lớp hạt nông sản sấy cũng ảnh hƣởng đến quá trình sấy.Lớp nguyên liệu
càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhƣng nếu quá mỏng sẽ làm giảm
năng suất của lò sấy. Ngƣợc lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lƣu thông của không khí,
dẩn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại.
Thông thƣờng nên xếp lớp rau quả trên các thiết bị sấy với khối lƣợng 5– 8 kg/m2 là
phù hợp. Đối với nguyên liệu hạt tiêu, ta chọn chế độ sấy ở 50– 600C trong thời gian 2 giờ
cho thiết bị sấy thùng quay.
 Công đoạn 6: Làm nguội sau sấy và phân loại

Sau khi sấy, hạt tiêu đƣợc đƣa vào một thùng làm nguội và một lần nữa hạt tiêu đƣợc
tách tạp chất gồm bụi vỏ hạt tiêu phát sinh sau quá trình sấy. Sau đó hạt tiêu đƣợc đƣa vào
máy phân loại hình dạng kiểu xoắn ốc (lần 2).
 Công đoạn 7: Cân định lƣợng tự động
Hạt tiêu thành phẩm đƣợc đƣa vào thùng
chứa để trữ hoặc đƣợc đƣa vào hệ thống cân
tự động định lƣợng theo yêu cầu. Cân định
lƣợng đƣợc tự động hóa điều khiển bằng hệ
thống điện tử có hiển thị số với giai bậc từ
30– 60kg mà sai số cho phép là

45g/50kg

năng suất 200bao/giờ.
- Sản phẩm thu đƣợc: tiêu đen sạch đạt
tiêu chuẩn ASTA.

Hình 7: Hạt tiêu sấy thành phẩm

- Công suất: 4000 tấn/ năm.
GVHD: Đào Thanh Khê

[20]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ

CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
2.1. CÁC THÔNG SỐ TÁC NHÂN SẤY
Các ký hiệu:

- G1, G2: lƣợng vật liệu trƣớc và sau khi sấy (kg/h).
- Gk: lƣợng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h).
- W1, W2: độ ẩm của vật liệu trƣớc và sau khi sấy, tính trên căn bản ƣớt (%).
- W: lƣợng ẩm đƣợc tách ra khỏi vật liệu (kg/h).
- L: lƣợng không khí khô (kkk) tuyệt đối qua máy sấy (kg/h).
- do: hàm ẩm của không khí ngoài trời (kg ẩm/kg kkk).
- d1: hàm ẩm của không khí trƣớc khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk).
- d2: hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk).
2.2. CÁC CÔNG THỨC SỬ DỤNG
Dùng tác nhân sấy là không khí.
- Phân áp suất bảo hòa của hơi nƣớc trong không khí ẩm theo nhiệt độ:
4026,42 

pb  exp12 

235,5  t oC 


[bar]

(CT 2.11/14),[6]

[kg/kgkkk]

(CT 2.15/15),[6]

[kj/kgkkk]

(CT 2.17/15),[6]

- Độ chứa ẩm:
d  0,621

 . pb
B   . pb

Với: B: áp suất khí trời, B = 1 at = 0,981 bar.
- Enthapy của không khí ẩm:
H  C pk .t  d .( r  C pa .t )  1,004 .t  d .( 2500  1,842 .t )

GVHD: Đào Thanh Khê

[21]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
Với: * Cpk: nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk= 1,004 kJ/kg0K.
* Cpa: nhiệt dung riêng của hơi nƣớc, Cpa= 1,842 kJ/kg0K.
* r: ẩn nhiệt hóa hơi của nƣớc, r = 2500 kJ/kg.
- Thể tích riêng của không khí ẩm:
v

[m3/kgkkk]

RT
288 .T

M ( B   . pb ) B   . pb

6,[8]

Với: * R: hằng số khí, R = 8314 J/kmol.độ.
* M: khối lƣợng không khí, M = 29 kg/kmol.
* B, pb: áp suất khí trời và phần áp suất bão hòa của hơi nƣớc trong không khí,
N/m2.
- Lƣu lƣợng không khí ẩm:
V = v.L

[m3/kg]

6,[8]

Với: * L: lƣu lƣợng không khí khô, kg/h.
* v: thể tích riêng của không khí ẩm, m3/h.
- Khối lƣợng riêng của không khí ẩm:
k 

 oTo 

1 
T 

0,378.. pb 

B


[kg/m3]

6,[8]

Trong đó: * o = 1,293 kg/m3: khối lƣợng riêng của không khí khô ở điều kiện chuẩn.
* T0 = 2730K: nhiệt độ không khí ở điều kiện chuẩn.
2.3. TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY
- Trạng thái không khí ngoài trời: đƣợc biễu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặp
thông số (t0,

o).

GVHD: Đào Thanh Khê

[22]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ

Hình 8: Đồ thị H- d của không khí ẩm
GVHD: Đào Thanh Khê

[23]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
- Do vật liệu sấy là tiêu hạt có thể đƣợc trồng và thu hoạch nhiều vụ trong một năm,
tuy nhiên tính theo mùa mƣa, ít nắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanh năm. Vì vậy, ta
chọn trạng thái A theo giá trị nhiệt độ và độ ẩm trung bình của Thành phố Hồ Chí Minh:
A:

to= 27oC
o

= 84%


4026,42 
4026,42 

  exp12 
pbo  exp12 
  0,035482
235,5  t o 
235,5  27 



d o  0,621.

[bar]

(CT 2.11/14),[6]

o . pb o
0,84.0,035482
 0,621.
 0,019459
B  o . pb o
0,981 0,84.0,035482
[kg/kgkk] (CT 2.15/15),[6]

H o  1,004.to  d 0 .(2500  1,842.to )

 1,004.27  0,019459.(2500  1,842.27)  76,723
vo 

288.To
288(27  273)

 0,90833
B  o . pbo 0,981.105  0,84.0,035482.105

[kJ/kgkk]

(CT 2.17/15),[6]

[m3/kgkk]

6,[8]

- Không khí đƣợc đƣa vào caloriphe và đƣợc đốt nóng đẳng ẩm (d1 = do) đến trạng thái
B (d1, t1). Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy.
Không khí đƣợc quạt đƣa vào caloriphe và đƣợc đốt nóng đẳng ẩm (d1 = do) đến trạng
thái B (d1, t1). Điểm B là điểm nhiệt độ sấy sao cho nguyên liệu sấy không bị cháy. Trạng
thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy.
Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chất của vật liệu
sấy và chế độ công nghệ quy định. Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B đƣợc chọn phải thấp
hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột. Do hạt tiêu chứa khoảng 36% tinh bột, ban đầu độ ẩm
của vật liệu sấy cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp bề mặt của
hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong
lòng vật liệu ra ngoài.

GVHD: Đào Thanh Khê

[24]


Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
Theo kinh nghiệm sấy tiêu thủ công thì nhiệt độ không khí sấy từ 50- 60oC.
Do đó chọn điểm B:

t1 = 55oC
d1 = do = 0,019459 (kg/kgkkk)


4026,42 
4026,42 

  exp12 
pb1  exp12 
  0,15562
235,5  t1 
235,5  55 


d1  0,621

[bar]

(CT 2.11/14),[6]

[kJ/kgkkk]

(CT 2.17/15),[6]

[m3/kgkkk]

6,[8]

1 . pb1
 d1.B = 0,621. 1 . pb1 + d1. 1 . pb1
B  1 . pb1

 d1.B = 1 . pb1 (0,621 + d1)
 1 

d1.B
0,019459.0,981

 0,19153
pb1 (0,621  d1 ) 0,15562.(0,621  0,019459)

H1  1,004.t1  d1.(2500  1,842.t1 )
 1,004.55  0,019459.(2500  1,842.55)  105,839

v1 

288.T1
288(55  273)

 0,99311
5
B  1. pb1 0,981.10  0,19153.0,15562.105

- Không khí ở trạng thái B đƣợc đẩy vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy lý
thuyết (H1 = H2). Trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C (t2, 2).
Nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt độ do
tác nhân sấy mang đi là bé nhất, nhƣng phải tránh hiện tƣợng đọng sƣơng, nghĩa là tránh
trạng thái C nằm trên đƣờng bão hòa. Đồng thời độ chứa ẩm của tác nhân sấy tại C phải
nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.
Với: H1= H2= 105,839 (kJ/kgkk)

 = 100%

 tđs ≈ 31oC

Chọn t2= 35oC

GVHD: Đào Thanh Khê

[25]