Đồ Án Sấy Hầm Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Kỹ Thuật Sấy

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây nền nông nghiệp nước ta đã đạt được nhiều
thành tựu to lớn. Ngoài việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa, nước ta đã bắt
đầu xuất khẩu nông sản cùng với các chế phẩm của nó. Do đó việc ứng dụng
các công nghệ mới đóng một vai trò hết sức quan trọng. Trong đó, công nghệ
sấy là khâu quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch, chế biến và bảo quản
nông sản.
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành
công nông nghiệp. Quá trình sấy không chi là quá trình tách nước và hơi nước
ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ. Nó đòi
hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và

chi phí vận hành thấp. Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng một hệ
thống gồm nhiều thiết bị như thiết bị sấy (hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy,
v.v…), thiết bị đốt nóng tác nhân (clorifer) hoặc thiết bị làm lạnh để làm khô
tác nhân, quạt, bơm và một số thiết bị phụ như hầm đốt, xyclon, v.v… Chúng
ta gọi hệ thống các thiết bị thực hiện một quá trình sấy cụ thể nào đó là một
hệ thống sấy.
Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ thiết kế một hệ thống sấy
dùng cho việc sấy khoai lang. Hệ thống này được lắp đặt tại tỉnh Nghệ An với
nhiệt độ không khí và độ ẩm trung bình trong năm là to =23,9oC; φo=85 % [1].
Đây là lần thiết kế đồ án sấy đầu tiên nên trong quá trình thiết kế còn
nhiều bất cập lý thuyết, và kiến thức còn hạn chế, kính mong quý thầy cô
thông cảm và tận tình giúp đỡ. Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Đặng

Trần Thọ đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội , ngày

tháng năm 2015

Sinh viên
Lê Văn Tiên

1
SV : Lê Văn Tiên – 20110847

Đồ Án Kỹ Thuật Sấy

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SẤY VÀ CÔNG
NGHỆ SẤY.
I.
I.1.

Nguồn gốc và phân loại khoai lang
Nguồn gốc.

Khoai lang có nguồn gốc từ Nam Mỹ. Theo lịch sử khoai lang trên thế
giới thì đây là một trong những loại lương thực lâu đời nhất được biết của con

người. Nó được con người trồng cách đây trên 5000 năm. Vào những năm
2600 đến 1000 TCN, khoai lang có mặt ở Trung Mỹ. Sau đó phổ biến sang
các nước khác ở châu Âu như Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha…, châu Á như Ấn
Độ, Trung Quốc, Philippin, Nhật Bản, Việt Nam…
Ở Việt Nam khoai lang trồng rất phổ biến, ở các vùng đất bãi ven sông,
các vùng đồi, trung du từ Bắc vào Nam. Các giống khoai đang trồng ngày nay
chủ yếu nhập từ Trung Quốc, Mỹ và Nhật Bản.
I.2.

Phân loại.

Thông thường, người ta dựa vào màu sắc của vỏ và cùi thịt để phân loại

khoai:
- Dựa vào màu sắc vỏ có: khoai lang đỏ, khoai lang tím, khoai lang
trắng, khoai lang vàng đỏ.
- Dựa vào màu sắc cùi thịt có: khoai lang ruột vàng, khoai lang ruột tím,
khoai lang ruột trắng.
Ngoài ra, còn có thể dựa vào cả hai yếu tố trên và hình dạng để phân loại
khoai như:
- Khoai lang loại to vỏ trắng, ruột trắng hoặc vàng xẫm.
- Khoai lang bí, củ dài vỏ đỏ, ruột vàng tươi.
- Khoai lang loại củ dài vỏ đỏ, ruột vàng.
- Khoai lang ngọc nữ vỏ tím, ruột tím.
Ở một số nơi, người ta còn dựa vào nguồn gốc của khoai lang để phân

loại khoai như trên hình 1.1 là những giống khoai lang nhập từ Nhật Bản :

2
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
Nhật đỏ (giống HL518) – hình 1.1.a, Nhật tím (giống HL491, Murasa
kimasari) – hình 1.1.d, Nhật vàng (giống Kokey 14) – hình 1.1.c

a.

b.

c.

d.
Hình 1.1.Một số loại khoai lang.

1.2. Cấu tạo và tính chất của khoai lang
1.2.1 Cấu tạo
Cây khoai lang là loài cây thân thảo dạng dây leo, có lá mọc so le hình
tim hay xẻ thùy chân vịt, rễ củ ăn được có hình dáng thuôn dài và thon như trên
hình 1.2.

Củ khoai lang:
Củ khoai gồm hai phần chính: vỏ và ruột.

3
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
- Vỏ khoai mỏng được cấu tạo từ các lớp tế bào dẹt xếp rất khít với nhau.
Vỏ khoai chiếm khoảng 2% khối lượng toàn củ.

Hình 1.2. Cây khoai lang.

Ruột khoai được cấu tạo từ các lớp tế bào lớn trong chứa đầy tinh bột. ở
một số giống khoai còn hình thành một lớp vỏ dày bao quanh ruột khoai, lớp
vỏ này dày khoảng 1-3 mm và có thành phần hóa học tương tự ruột khoai.
1.2.2 Thành phần hóa học của khoai lang
Thành phần hóa học của khoai lang gồm chủ yếu là nước và tinh bột.
Hàm lượng nước của khoai dao động trong khoảng 60-80%, tinh bột 15-25%.
Trong khoai có khá nhiều đường (5-10%), trong đó chủ yếu là glucoza,
còn saccaroza và fructoza thì ít hơn.
Thành phần hóa học của khoai lang bao gồm các thành phần trong củ
khoai lang như : Nước, tinh bột và đường, Protein, chất béo, …được nêu
trong bảng 1.1 của khoai lang tươi và khô như sau :

4
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
Bảng 1.1. Thành phần hóa học trung bình của khoai lang (%)
Chất thành phần

Khoai lang tươi

Khoai lang khô

Nước

68,1

13,0

Tinh bột và đường

20,9

83,5

Protein

1,6

2,0

Chất béo

0,5

0,8

Xenluloza

0,9

1,2

Tro

1,0

0,5

Polyphenol

0,2

-

Chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng khoai lang là hàm lượng
tinh bột. Khoai chưa đủ già có chứa những hạt tinh bột nhỏ và trong dịch bào
có chứa nhiều chất hòa tan gây bọt ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình sản
xuất tinh bột. Những củ khoai có mặt ngoài phẳng nhẵn thường có hàm lượng
tinh bột cao.
Nước ở khoai tồn tại ở hai dạng: nước tự do ( khoảng 78% lượng nước

chung trong củ khoai) và nước liên kết (22%). Trong nước tự do có chứa các
loại đường, muối khoáng, hợp chất azôt hòa tan, axit hữu cơ và các chất hòa
tan khác.
Ngoài ra trong khoai còn có protein và chất béo nhưng với hàm lượng
thấp. Người ta còn tìm thấy trong khoai lang có sinh tố B1, B2, C và tiền sinh
tố A. trong nhựa khoai lang còn chứa các hợp chất polyphenol và chất màu.
Hợp chất polyphenol bị oxy hóa làm cho khoai khô hoặc bột khoai có màu
xám.
1.2.3 Tính chất nhiệt vật lý của khoai lang
Một số thông số nhiệt vật lý của khoai lang như độ ẩm, khối lượng riêng,
nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt trên bảng 1.2,theo tài liệu [1]
Bảng 1.2. Một số thông số nhiệt vật lý của khoai lang.

5
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
Tính chất

Đại lượng

Đơn vị

Độ ẩm

68,1

%

Khối lượng riêng

1034

kg/m3

Nhiệt dung riêng

3860

J/kg.K

Hệ số dẫn nhiệt

0,59

W/m.K

1.3. Thu hoạch, sơ chế, bảo quản

Thu hoạch.
Khi thấy là gốc khoai ngả màu vàng, kiểm tra củ thấy vỏ nhẵn, ít mủ là
khoai đã già, có thể thu hoạch được. Cần thu hoạch vào những ngày nắng ráo.
Chú ý cuốc không làm đứt khoai, thao tác nhẹ nhàng tránh xây xát vỏ sẽ tạo
điều kiện cho sâu và nấm bệnh xâm nhập hại củ, bong vỏ sẽ làm ảnh hưởng
đến mẫu mã và làm giảm giá trị thương phẩm.
Sơ chế.
Cũng giống như các loại củ lương thực khác, sau khi thu hoạch khoai vãn
là cơ thể sống cho nên vẫn tiếp diễn một loạt quá trình hóa-lí sinh phức tạp
mà điển hình là quá trình hô hấp, sự hình thành chu bì vết thương, nảy mầm,
thối… dẫn tới sự biến đổi thành phần hóa học của củ, gây tổn thất chất khô,
thậm chí bị hư hỏng hoàn toàn. Ngoài ra, khoai lang còn bị hà phá hoại, khoai

hà không sử dụng được kể cả làm thức ăn cho gia súc.
Nếu bảo quản khoai lang tươi thì quá trình sơ chế đơn giản. Sau khi thu
hoạch chỉ cần làm sạch khoai và đem đi bảo quản. Các phương pháp bảo quản
khoai lang tươi sẽ được trình bày ở phần sau. Chú ý khi sơ chế, tránh làm
khoai bị trầy sước, ướt.
Tuy nhiên, bảo quản khoai lang tươi lại rất khó khăn, do dó phải sơ chế
thành dạng nguyên liệu để có thể giữ được lâu ngày hơn. Phổ biến hiện nay là
sơ chế củ thành dạng lát, dạng duôi, mảnh... Quy trình sơ chế gồm các công
đoạn sau: Củ tươi – ngâm – rửa – thái lát – phơi sấy – xử lý –thành phẩm.
6
SV : Lê Văn Tiên – 20110847

Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
Đối với củ tươi, ngay sau khi thái, ở bề mặt lát thường có "nhựa" chảy ra
làm cho bề mặt lát rất chóng bị sẫm màu do bị oxy hóa. Để tránh hiện tượng
này, sau khi thái, lát được ngâm ngay trong dung dịch nước vôi trong khoảng
30 phút, làm như vậy lát sau này sẽ có màu trắng đẹp. Tất cả các lát sau khi
ngâm xử lý được vớt lên rổ, rá hoặc những mặt thoáng nhằm làm cho lát thoát
bớt nước. Cần đảo trộn lát để tăng khả năng thoát nước. Sau khi xử lý đưa lát
về sấy.
Bảo quản.
Bảo quản trong hầm. :
Bảo quản bằng hầm là phương pháp phổ biến để dự trữ các loại củ.

hầm có ưu điểm giữ được nhiệt độ và độ ẩm điều hòa, ít thay đổi theo thời tiết
ngoài trời.
Trước khi cho khoai vào kho, lựa bỏ củ sây sát nhiều. Trường hợp
khoai bị ướt vỏ phải hong hoặc thông gió cho khô. Không bảo quản khoai bị
ngập nước. xếp khoai nhẹ nhàng. Trường hợp thông gió tự nhiên thì chiều cao
đống khoai không quá 1m, có quạt thông gió thì chiều cao tới 2,5 - 3m.
Trong 10 ngày đầu tiên, cần giữ nhiệt độ 29-300 oC và độ ẩm không khí
85-95% để làm liền vết thương. Sau giai đoạn này khoai ở trạng thái ngủ ổn
định nên hạ nhiệt độ xuống 12-150oC và độ ẩm 85%. Sau 2-3 tháng bảo quản,
khoai chuyển sang giai đoạn mọc mầm và dễ bị thối, vì vậy cần giữ ở nhiệt độ
thấp.
Chế độ kiểm tra khoai như sau:

- Khoảng 10 ngày đầu tiên kiểm tra 2 lần/ ngày.
- Sau đó 3-5 ngày/lần.
- Và giai đoạn mọc mầm 1 ngày/lần.
Khi phát hiện khoai có hiện tượng hà và thối cần xuất kho tiêu thụ ngay.
Bảo quản bằng đắp cát.
Bảo quản bằng đắp cát cũng nhằm ổn định nhiệt độ và độ ẩm môi
trường, do đó chất lượng khoai biến chuyển chậm.
7
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy

Xếp khoai thành từng luống. Luống 1-1,5m, cao 0,5-0,8m, chiều dài
tùy ý.Nơi đánh luống phải ráo, không có nước mạch. Xung quanh luống có
rãnh thoát nước phòng trời mưa đọng nước. Sau khi xếp khoai đắp cát lên.
Mỗi luống phải có ống cắm nhiệt kế kiểm tra nhiệt độ.
Bảo quản theo phương pháp này đơn giản nhưng khoai chóng mọc
mầm.
Bảo quản bằng phương pháp sấy
Là phương pháp bảo quản được sử dụng rộng rãi trong các ngành công
nghiệp. Giữ được chất lượng của sản phẩm có giá trị cao và bảo quản được
lâu dài. Ở đồ án này ta lựa chọn phương pháp bảo quản khoai lang là phương
pháp sấy
1.4. Tổng quan về sấy khoai lang

1.4.1. Bản chất của quá trình sấy
Sấy là sự bốc hơi nước 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
trường xung quanh.
1.4.2.Phân loại quá trình sấy
Phân biệt ra 2 loại:
• Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió... Phương 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.
• Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác
nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt…và nó được 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 phương pháp sấy nhân tạo, ta có:
8
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
Phân loại theo phương thức truyền nhiệt:
 Phương pháp sấy đối lưu:nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là
nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối
lưu. Đây là phương pháp được dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và

sấy hạt.


Phương 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 thường, bức xạ hồng ngoại.



Phương 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.



Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung
cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong
vật sấy làm vật nóng lên.



Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng làm lạnh vật sấy
đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa
của nước, nước thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa.



Phương 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 được tháo ra ngoài.



Phương pháp sấy phun: được 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 được tháo ra.
 Sấy liên tục: vật liệu được cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật
liệu ẩm qua buồng sấy cũng xảy ra liên tục.
9
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm:
 Loại thổi qua bề mặt.
 Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu.

1.4.3. Công nghệ sấy khoai lang
Vì khoai lang sấy ở dạng lát mỏng, có kích thước khá lớn nên hệ thống
sấy phù hợp là hệ thống sấy hầm
Quy trình công nghệ của sấy khoai lang :
Khoai nguyên liệu đem rửa sạch rồi được phân loại lấy các của có chất
lượng tốt , sau đó tiến hành bóc vỏ. Xử lý trong các dung dịch hóa chất.sau
khi xử lý bằng hóa chất, khoai được cho vào máy cắt lát rồi xếp vào các khay
và đưa vào hầm sấy. Sấy ở nhiệt độ 80 - 95 oC cho đến khi độ ẩm khoai giảm
xuống còn 12%.Sau khi sấy xong, cần tiến hành phân loại những cá thể không
đạt chất lượng ( do cháy hoặc chưa đạt độ ẩm yêu cầu ). Dạng vật liệu thường
dùng để bảo vệ rau quả khô là giấy cáctông và chất dẻo (PE, PVC,
xenlophan…). Bao giấy và hộp cáctông có đặc tính nhẹ, rẻ, có thể tái sinh,

nhưng thấm hơi thấm khí, không đều dưới tác dụng của nước và cơ học. Bao
túi chất dẻo có đặc tính trong suốt, đàn hồi, dể dàng kín bằng nhiệt, chi phí
thấp nhưng có một số bị thấm nước, thấm khí (PE), chịu nhiệt kém
(PVC,PET).
Bao túi chất dẻo dùng để bảo quản hoa quả khô có thể chỉ gồm một
màng chất dẻo hoặc kết hợp nhiều màng.
1.4.4. Phương pháp sấy
Do sản phẩm sấy được dùng làm thực phẩm cho con người nên phải đảm
bảo yêu cầu vệ sinh. Do đó ta sử dụng phương pháp sấy dùng không khí làm
tác nhân sấy. Với yêu cầu và đặc tính của loại vật liệu sấy là khoai nên ta lựa
chọn công nghệ sấy hầm kiểu đối lưu cưỡng bức dùng quạt thổi.
1.4.5. Chọn chế độ sấy

10
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
Ta chọn sấy hầm không hồi lưu và TNS là không khí nóng đi ngược
chiều với VLS. Thông số không khí ngoài trời to = 23,9oC; φo = 85 %[3]. Dựa
vào tài liệu [1], ta chọn nhiệt độ TNS vào hầm sấy t1 = 80oC , nhiệt độ TNS ra
khỏi hầm sấy chọn sơ bộ t2 = 35oC ( lựa chọn không được quá thấp tránh hiện
tượng đọng sương bên trong buồng sấy khi không khí bị quá bão hòa ) với độ
ẩm tương đối φ2 = ( 90 ± 5)% . Ta sẽ kiểm tra lại điều kiện này.
II.

Thiết kế sơ bộ nguyên lý hệ thống
II.1. Lượng ẩm bay hơi tính theo giờ
Nguyên liệu là khoai lang đưa vào hệ thống sấy có độ ẩm W 1 = 68 % và
yêu cầu của sản phẩm sấy đầu ra có độ ẩm là W2 = 12%.
Năng suất sản phẩm (VLK) tính theo giờ là:
G2 = G1

1 − W1
1 − 0, 68
= G1.
= 1000kgVLK / h → G1 = 2750kgVKA / h
1 − W2

1 − 0,12

Lượng ẩm cần bay hơi trong 1h là :
W = G1 − G2 = 2750( kgVLA / h) − 1000kgVLK / h = 1750kgA / h

II.2. Sơ đồ công nghệ của hệ thống sấy
 Thiết bị: Để thực hiện quá trình sấy, người ta sử dụng hệ thống gồm
nhiều thiết bị chính và thiết bị phụ. Trong đồ án này ta sử dụng các loại
thiết bị trong bảng 1.3 như sau :
Bảng 1.3. Các thiết bị chính và thiết bị phụ trong hầm sấy
Thiết bị chính
Thiết bị

Thiết bị phụ

Hầm sấy
Xe gòong
Quạt đẩy
Caloriphe
Thiết bị lọc bụi
Lò hơi

 Sơ đồ công nghệ của hệ thống sấy
11
SV : Lê Văn Tiên – 20110847

Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
Hơi nước bão hòa

Quạt thổi

không khí
ngoài trời

Vật liệu ẩm

Hầm

(t0;φ0)

(t1;φ1)

sấy

khí thải
ra ngoài (t2,φ2)

t0=23,9oC;

φ0=85%

Lọc bụi

Calorifer

Vật liệu khô

Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ của hệ thống
Thuyết minh quy trình : Không khí ngoài trời được lọc sơ bộ rồi qua Calorifer
khí – hơi. Không khí được gia nhiệt lên đến nhiệt độ thích hợp và có độ ẩm
tương đối thấp được quạt thổi vào hầm sấy. Trong không gian hầm sấy không

khí khô được thực hiện việc trao nhiệt - ẩm với vật liệu sấy là khoai lang làm
cho độ ẩm tương đối của không khí tăng lên, đồng thời làm hơi nước trong
vật liệu sấy được rút ra ngoài. Không khí này sau đó được thải ra ngoài môi
trường.

12
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT

I. Các thông số của không khí trong hệ thống sấy
Quá trình sấy lý thuyết không có hồi lưu biểu diễn trên đồ thị I – d :

Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn quá trình sấy lý thuyết
13
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
 Điểm 0 (to , o) là trạng thái không khí ngoài trời
 Điểm 1 (t1 , 1) là trạng thái của không khí sau Calorifer
 Điểm 2 (t2 , 2) là trạng thái không khí sau quá trình sấy lý thuyết

I.1. Thông số của không khí ngoài trời (điểm 0)
Với các thông số của không khí ngoài trời đã cho là t 0=23,9 oC, 0=85 %
ta xác định được các thông số còn lại của không khí như sau:
- Phân áp suất bào của hơi nước ở nhiệt độ t0=27oC là

pbh 0 = exp[12 −

4026, 42
4026, 42
] = exp[12 −
] = 0,02954[Bar]
235,5 + t0

235,5 + 23,9

- Độ chứa hơi của không khí:

d0 = 0,621.

ϕ0 . pbh 0
0,85.0,02954
= 0,621.
= 0,016[kgA/ kgkkk]
0,98 − ϕ0 . pbh 0
0,98 − 0,85.0,02954

- Entanpy của không khí:
I0 = 1,004t0 + d0(2500 + 1,842t0) = 1,004.23,9 + 0,016(2500+1,842.23,9)
= 65,54[kJ/kgkkk]
- Nhiệt dung riêng dẫn xuất Cdx(do):
Cdx(do) = Cpk + Cpa.do = 1,004 + 1,842.0,016 = 1,0335[kJ/kgK]
Như vậy không khí ngoài trời (0) có:
to=23,9oC, 0=85%, d0= 0,016kgA/kgkkk, I0 = 65,54kJ/kgkkk ,
Cdx(do) = 1,0335 kJ/kgK
I.2. Thông số của không khí sau calorifer (điểm 1)
- Entanpy I1:
I1 = 1,004t1 + d0(2500 + 1,842t1) = 1,004.80 + 0,016.(2500 + 1,842.80)

= 123,55 [kJ/kgKKK]
- Phân áp suất bão hòa của hơi nước pbh1 ở nhiệt độ t1 = 80oC

4026, 42 
4026, 42 

pbh1 = exp 12 −
= 0, 46672[Bar]
 = exp 12 −
235,5 + t1 
235,5 + 90 



- Độ ẩm tương đối 1

14
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
745
.0, 016
B.d o
760

ϕ1 =
=
= 5, 4%
pbh1.(0, 621 + d o ) 0, 46672.(0, 621 + 0, 016)

Vậy không khí sau calorifer (1) có :
t1 = 80oC, 0= 5,4 %, d0=d1 = 0,016kgA/kgkkk, I1= 123,55[kJ/kgkkk]
I.3. Thông số của không khí sau quá trình sấy lý thuyết (điểm 2)
- Lượng chứa ẩm d20
d 20 = d 0 +

Cdx (d 0 ).(t1 − t2 )

1, 0335.(80 − 35)
= 0, 016 +
= 0, 03447[kgA/ kgkkk]
2500 + 1,842t2
2500 + 1,842.35

- Phân áp suất bão hòa của hơi nước pbh2 ở nhiệt độ t2 = 35oC

4026, 42 
4026, 42 

pbh 2 = exp 12 −

= 0, 05585[Bar]
 = exp 12 −
235,5 + t2 
235,5 + 35 



- Độ ẩm tương đối 20

745
.0, 03447
B.d 20

760
ϕ2 =
=
= 92, 4%
pbh 2 .(0, 621 + d 20 ) 0, 05585.(0, 621 + 0, 03447)
Vậy độ ẩm tương đối 20= 92,4% thỏa mãn điều kiện để vừa tiết kiệm
năng lượng do TNS mang đi vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng
sương mà chúng ta nêu trên đây 2 = ( 90 ± 5 )%
Sau khi tính toán, ta có bảng tổng kết các thông số tác nhân sấy như sau :
Bảng 2.1. Các thông số tác nhân sấy.
Các thông số
Độ ẩm tương đối

Nhiệt độ t (oC)
Độ chứa ẩm d

Trạng thái không khí
Trạng thái 0 Trạng thái 1
85
5,4
23,9
80
0,016
0,016

(kgA/kgkkk)
Entanpy I (kJ/kgkkk) 65,54
Áp suất hơi nước bão 0,02954

123,55
0,46672

hòa P (Bar)
15
SV : Lê Văn Tiên – 20110847

Trạng thái 2

92,4
35
0,03447
123,55
0,05585


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
- Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm l0 :

l0 =

1
1
=
= 55,11[kgkk / kgA]
d 20 − d 0 0,03447 − 0, 016

L0 = W.lo = 1750. 55,11 = 1750.55,11 = 96443 [kgkk/h]
Tác nhân sấy trước khi vào hầm sấy ( điểm 1 ) có t 1 = 80oC và φ1 = 5,4%.
Theo phụ lục 5 [1] , với thông số này thể tích của không khí ẩm chứa một kg
không khí khô v1 = 1,047 m3/kgkk. Tương tự, TNS sau quá trình sấy lý thuyết
( điểm 2 ) có t2 = 35oC , φ20 = 92,4% ta có v2 = 0,9537 m3/kgkk.
Lưu lượng thể tích TNS khi vào hầm sấy V1 :

V1 = Lo.v1 = 96443.1,047 = 100975,8 m3/h
Lưu lượng thể tích TNS sau hầm sấy V2 :
V2 = Lo.v2 = 96443. 0,9537 = 91977,69 m3/h
Lưu lượng thể tích trung bình Vo :
Vo = 0,5. (V1 + V2 ) = 0,5. ( 100975,8 + 91977,69 ) = 96476,75 m3/h
 Vo = 26,8 m3/s

16
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY THỰC
I. Xác định kích thước của thiết bị sấy
1.1. Khay sấy
Chọn kích thước khay sấy 1 x 1 m , chiều cao khay H k = 50mm , đây là
kích thước phù hợp cho người công nhân thao tác, khay được chế tạo bằng
nhôm
Mỗi khay chứa 11 kg nguyên liệu
Yêu cầu năng suất sấy là G 1 = 2750 kgVLK/h trên tổng thời gian làm
việc là 20h trên mỗi ngày nên số khay cần được chế tạo là:
N=

8h.2750kg
= 2000khay
11kg / khay

1.2. Kích thước của xe goòng
Xe goòng được chế tạo từ khung inox không gỉ, các thanh inox được hàn
lại với nhau. Trên mỗi xe đặt 40 khay , mỗi khay chứa được 11 kg vật liệu sấy
17
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy

, các khay được xếp trên mỗi tầng khay đặt cách nhau với khoảng cách là
50mm để đảm bảo lưu thông của tác nhân sấy (không khí nóng) được dễ
dàng, dưới các chân của xe có bố trí các bánh xe để có thể trượt được trên 2
thanh ray lắp bên trong hầm sấy.
Tính toán kích thước xe gòong (LxWxH(dài x rộng x Cao)) :
- Chiều dài xe : L = 2.1 + 2.0,02 = 2,04 m
- Chiều rộng xe : W = 1 + 2.0,02 = 1,04 m
- Chiều cao xe : chọn H = 2,5 m
Vậy ta chọn kích thước xe LxWxH = 2,05 x 1,05 x 2,5 m
Trên mỗi xe goòng cho phép đặt 40 khay sấy, mỗi khay chứa được 11
kg. Do đó khối lượng VLS trên mỗi xe là:
Với thời gian để sấy là

τ = 8h

Gx = 40.11 = 440kgVLS / Xe

.Do đó để sấy hết được G1 = 2750 kgVLS

thì số xe goòng cần thiết là :

n=

G1.τ 2750.8

=
= 50 Xe
Gx
440

1.3. Kích thước hầm sấy
Hầm sấy được xây dựng theo kích thước đảm bảo thuận lợi việc di
chuyển của các xe goòng, thuận tiện cho việc đẩy xe vào cũng như kéo xe ra
khỏi hầm sấy. Hầm sấy được xây dựng theo các kích thước sơ bộ sau:
a) Chiều rộng của hầm sấy
Chiều rộng của hầm phụ thuộc vào chiều rộng của xe goòng. Ta lấy dư
ra 2 phía mép trái và mép phải của xe là 100mm để xe di chuyển dọc theo

Bh = Bx + 2.1000 = 1050 + 2.100 = 1250mm
hầm sấy được dễ dàng:
b) Chiều cao của hầm sấy
Chiều cao của hầm phụ thuộc vào chiều cao của xe goong. Ta lấy dư ra
phía mép trên của xe là 150mm để xe di chuyển dọc theo hầm sấy được dễ
dàng:

H h = H x + 150 = 2500 + 150 = 2650mm
18

SV : Lê Văn Tiên – 20110847

Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
c) Chiều dài của hầm sấy :
Chiều dài của hầm phụ thuộc vào chiều dài và số lượng của xe goòng
làm việc trong hầm. Ta lấy dư ra phía cửa vào và cửa ra mỗi phía là 1000mm
giúp cho việc đẩy xe goong cũng như kéo ra khỏi hầm được thuận lợi:

Lh = n.Lxe + 2.1000 = 50.2050 + 2.1000 = 104500mm
1.4. Xây dựng cấu trúc hầm sấy và các thông số để tính nhiệt
Vì kích thước chiều dài của hầm sấy khá là lớn nên ta xây dựng làm 3

hầm sấy nhỏ, có kích thước :

104500
= 34833,33mm
3

. Ta lấy kích thước là :

35000 mm cho mỗi hầm sấy. Vậy số xe gòong cho mỗi hầm sấy là
50
= 16, 67 xe
3

. Ta chọn số xe mỗi hầm sấy là 17 xe.

Vậy sau khi tính toán lại ta được kích thước của 1 hầm sấy nhỏ :
-

Lượng ẩm bốc hơi trong 1h là W =
Vo =

-

1750
= 583,33[kg/ h ]

3

26,8
= 9[m/ s ]
3

Lưu lượng thể tích trung bình
Chiều rộng của hầm sấy : Bh = 1250 mm
Chiều cao của hầm sấy : Hh = 2650mm
Chiều dài của hầm sấy : Lh = 35000 mm
Số xe gòong 1 hầm sấy là 17 xe

Số khay sấy mỗi hầm sấy là 40 x 17 = 680 khay
II. Tính nhiệt hầm sấy
2.1. Tổn thất do VLS mang đi qv
Để tính tổn thất do VLS mang đi hết ta phải biết nhiệt độ VLS ra khỏi
hầm tv2 và nhiệt dung riêng Cv2. Theo kinh nghiệm , trong sấy nông sản [1]
nhiệt độ VLS ra khỏi TBS lấy thấp hơn nhiệt độ TNS tương ứng 5 ÷ 10 oC.
trong HTS của chúng ta, VLS và TNS chuyển động ngược chiều nên :
19
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy

tv2 = t1 – ( 5 ÷ 10 )oC. Vì vậy , ta lấy tv2 = 80 – 10 = 70oC. Nhiệt dung riêng
của khoai Cvk = 3,86 kJ/kgK [1]. Do đó, nhiệt dung riêng của khoai ra khỏi
hầm sấy Cv2 bằng :
Cv2 = Cvk(1 – ω2) + Ca.ω2 = 3,86.( 1 – 0,12) + 4,18.0,12 = 3,898 kJ/kgk
Tổn thất nhiệt do VLS mang đi bằng :
Qv = G2Cv2(tv2 – tv1) = 1000.3,898.(70 – 23,9) = 179697,8 kJ/h
qv =

Qv 179697,8
=
= 102, 68[kJ/ KgA]
W

1750

Đây là tổn thất do VLS mang đi là tổng của 3 hầm sấy, vậy tổn thất do VLS
qv =

mang đi do 1 hầm sấy nhỏ là :

102, 68
= 34, 2267[kJ/kgA]
3

2.2. Tổn thất do TBCT

- Tổn thất do xe gòong mang đi
Xe gòong làm bằng thép CT3 có khối lượng G x = 440 kg. Nhiệt dung
riêng của thép Cx = 0,5 kJ/kgK. Vì thép nên nhiệt độ xe gòong ra khỏi hầm
sấy lấy bằng nhiệt độ tác nhân. Như vậy tx2 = t1 = 80oC. Do đó :
Qx =

nGxC x (t x 2 − t x1 ) 17.440.0,5.(90 − 23,9)
=
= 30901, 75[kJ/h]
τ
8

qx =

Qx 30901, 75
=
= 52,97 kJ / kgA
W
583, 33

- Tổn thất do khay sấy mang đi
Khay làm bằng nhôm có trọng lượng mỗi khay 11 kg. Nhiệt độ của khay
sấy ra khỏi hầm sấy cũng lấy bằng nhiệt độ tác nhân, t k2 = t1 = 80oC. Nhiệt
dung riêng của nhôm bằng Ck = 0,86 kJ/kgK. Do đó tổn thất do khay mang đi

bằng :
Qx =

n.Gk .Ck .(tk 2 − tk 1 ) 680.11.0,86.(80 − 23,9)
=
= 45110, 01kJ / h
τ
8

20
SV : Lê Văn Tiên – 20110847

Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
qk =

Qk 45110, 01
=
= 77,33kJ / kgA
W
583,33

Như vậy ,tổng tổn thất do TBCT bằng :

Qct = Qx + Qk = 30901,75 + 45110, 01 = 76011,76kJ / h
qct =

Qct 76011, 76
=
= 130,3[kJ/kgA]
W
583,33

2.3. Tổn thất ra môi trường
- Giả thiết tốc độ TNS :
Để tính tổn thất ra môi trường chúng ta giả thiết trước tốc độ TNS trong

hầm. Như trên kia đã giới thiệu , khi kết cấu đã xác định thì tiết diện tự do của
1 hầm cũng được xác định.
Ftd = Bh.Hh – 40.Lk.Hk = 1,25.2,65 – 40.1.0,05 = 1,313 m2
Do đó, tốc độ TNS của một hầm sấy tối thiểu sẽ bằng lưu lượng thể tích
trong quá trình sấy lý thuyết Vo chia cho tiết diện tự do Ftd, hay :
wo =

Vo
9
=
= 6,85[m/s]
Ftd 1,313

Vì lưu lượng TNS trong quá trình sấy thực phải lớn hơn lưu lượng TNS
trong quá trình sấy lý thuyết nên tốc độ TNS giả thiết để tính toán các tổn thất
cũng phải lớn hơn wo. Giả sử ta lấy w = 7 m/s. Chúng ta sẽ kiểm tra lại giả
thiết này sau khi tính được lưu lượng thể tích thực tế.
Tổn thất do kết cấu bao che phụ thuộc vào kết cấu xây dựng của hầm sấy và
bao gồm các thành phần sau:
•
•
•
•

Tổn thất qua 2 tường bên: QT.
Tổn thất qua trần: QTr.
Tổn thất qua nền: Qn.
Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm: Qc.
Do đó, QMT = QT + QTr + Qn + Qc

Các tổn thất này được xác định qua cùng một dạng biểu thức sau :
Q = F.k.(ttb – to ).
21
SV : Lê Văn Tiên – 20110847

Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
Trong đó :
ttb : nhiệt độ trung bình của TNS trong hầm được lấy trung bình như
sau : ttb = 0,5.(t1 + t2 ) = 0,5. ( 80 + 35 ) = 57,5oC
to : nhiệt độ môi trường to = 23,9oC
F : diện tích các bề mặt tính tổn thất tương ứng
k=

k : hệ số trao đổi nhiệt, tính qua biểu thức

1
δ

1
1
+∑ i +
α1
λi α 2

Với α1, α2 lần lươi là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của TNS với bề mặt
trong tường của hầm sấy và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của bề mặt ngoài
tường hầm với môi trường. α1, α2 có thể tính gần đúng theo tốc độ của dòng
không khí và TNS lưu chuyển qua biểu thức sau :

α = 6,15 + 4,17.ω[W / m 2 .K ]

Với TNS đi trong hầm với ω = 7 m /s nên
α1 = 6,15 + 4,17.7 = 35,34[W/m2 .K ]

Tốc độ của gió ngoài trời ngày làm lấy là ω = 1,0 m/s
α 2 = 6,15 + 4,17.1 = 10,32[W/m 2 .K ]

( khi tính tổn thất với trần ta tăng α2

lên 30% )
Ta lần lượt xác định các tổn thất nhiệt như đã kể trên như sau :
• Tổn thất qua 2 tường bên QT

Tường bên có kích thước :
H h × Lh = 2650 × 35000 ⇒ FT = 2.(2, 65 × 35) = 185, 5 m 2

Tường được xây bằng gạch dày δT = 200 mm = 0,2m , hệ số dẫn nhiệt λT

KT =

= 0,75 W / m.K. Ta xác định được

1
= 2,56[W / m 2 .K ]
1

0, 2
1
+
+
35,34 0, 75 10,5

22
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
Do đó : QT = FT.kT.(ttb – to ) = 185,5.2,56. ( 57,5 – 23,9 ) = 15955,968 W

• Tổn thất qua trần QTR
Bh × Lh = 1250 × 35000 ⇒ FTR = 1, 25 × 35 = 43, 75 m 2

Trần có kích thước

Trần được đổ bằng bê tông cốt thép dày δ 2 = 150mm = 0,15m và bọc
thêm 1 lớp bông thủy tinh cách nhiệt có bề dày δ 3 = 100mm = 0,1m. Ta có hệ
số dẫn nhiệt của bê tông cốt thép và bông thủy tinh cách nhiệt lầm lượt là:
λ2=1,55 W/m.độ và λ3=0,06 W/m. Ta xác định được :
kTR =

1

1
0,15 0,1
1
+
+
+
35,34 1,55 0, 06 1,3.10,5

= 0,54[W / m 2 .K ]

Do đó tổn thất qua trần QTr bằng
QTr= Ftr.ktr(ttb - to) =43,75.0,54.(57,5 – 23,9) = 793,8W

• Tổn thất qua nên : QN
Nền có kích thước

Bh × Lh = 1250 × 3500 ⇒ FTR = 1, 25 × 35 = 43, 75 m 2

Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy bằng 57,5 oC và giả sử phòng cấy cách
tường bao che phân xưởng 2 mét [1], ta có:
qN= 28,65W/m.
Do đó tổn thất qua nền bằng:
QN= FN.qN = 43,75.28,65 = 1253,44W
•

Tổn thất qua 2 cửa vào và ra của hầm sấy : Qc
Ở 2 phía đầu vào và ra của hầm sây có lắp cửa với kích thước:

1300×2700(mm). Nên diện tích của cửa là: Fc= 2×(1,3.2,7)=7,02 m2
Cửa được làm bằng thép dày δc = 5mm = 0,005m. [1] ta có hệ số dẫn
nhiệt của cửa là: λc= 0,5 W/m.K. Xác định được :
kC =

1
= 7, 49[W / m 2 .K ]
1
0, 005

1
+
+
35,34 0,5 10,5

23
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy
Do đó : Qc= Fc.qc=7,02.7,49.(57,5 – 23,9) = 1766,68W
Như vậy tổng các tổn thất nhiệt của các hệ thống sấy qua kết cấu bao che là:

QMT = QT+QTr+Qn+Qc= 15955,968+793,8+1253,44+1766,68
= 19769,89W =19769,89.3,6 kJ/h = 71171,597 kJ/h
⇒ qmt =

QMT 71171,597
=
= 122kJ / kgA
W
583,33

Vì vậy tổng các tổn thất của hệ thống sấy là:
∆= Ca.to – qvl – qTBTT – qmt

Với Ca.to – thành phần nhiệt vật lý do TNS đưa vào, thay vào ta có tổng
tổn thất của hệ thống sấy là:
∆= 4,18.23,9 – 34,2267 – 130,3 – 122 = - 186,63 [kJ/kgA]
Với tvl = to = 23,9oC
III. Tính toán quá trình sấy thực
3.1. Trạng thái của TNS sau quá trình sấy thực
• Lượng chứa ẩm d2

d 20 = d 0 +

Cdx (d 0 ).(t1 − t2 )
1, 0335.(80 − 35)

= 0, 016 +
= 0, 0329[kgA/ kgkkk]
i2 − ∆
2500 + 1,842.35 + 186, 63

• Entanpy I2
I2 = 1,004t2 + d2(2500 + 1,842t2) = 1,004.35 + 0,0329.(2500 + 1,842.35)
= 119,5 kJ/kgkk
Nếu tính theo công thức :
I2 = I1 + ∆.(d2 – do ) = 123,55 – 186,63. ( 0,0329 – 0,016 ) = 120 kJ/kgkk
Giá trị I2 tính theo hai công thức sai khác chút ít do trong quá trình tính
chúng ta đã làm tròn.

• Độ ẩm tương đối

24
SV : Lê Văn Tiên – 20110847


Đồ Án Kỹ Thuật Sấy

745
.0, 0329
B.d 2
760

ϕ2 =
=
= 90%
pbh 2 .(0, 621 + d 2 ) 0, 05585.(0, 621 + 0, 0329)
So với điều kiện đã chọn φ2 = ( 90 ± 5 ) % , bỏ qua sai số ,thì hoàn toàn
thỏa mãn. Như vậy , chọn t2 = 35 oC là hoàn toàn hợp lý.
3.2. Tính lượng TNS trong quá trình sấy thực
3.2.1. Khối lượng không khí khô
Chúng ta tính được lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm
trong quá trình sấy thực l bằng :
l=

1
1
=
= 59,17[kgKK/kgA]
d 2 − d o 0, 0329 − 0, 016

Và :
L = W.l = 583,33. 59,17 = 34515,63 kgkk/h
Để thiết lập bảng cân bằng nhiệt ta tính :
• Nhiệt lượng tiêu hao q
q = l.( I1 – Io ) = 59,17. ( 123,55 – 65,54 ) = 3432,45 kJ/kgA
• Nhiệt lượng có ích q

q1 = i2 – Ca.tv1 = ( 2500 + 1,842.35 ) – 4,18.23,9 = 2464,57 kJ/kgA
• Tổn thất nhiệt do TNS mang đi q2
q2 = l.Cdx(do)(t2 – to ) = 59,17.1,0335.(35 – 23,9 ) = 678,79 kJ/kgA
• Tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’ :
q’= q1 + q2 + qvl + qTBTT + qMT
q’= 2464,57 + 678,79 + 34,2267 + 130,3 + 122 = 3429,89 kJ/kgA
Có thể thấy rằng nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và các
tổn thất q’ phải bằng nhau. Tuy nhiên, do trong quá trình tính toán chúng ta đã
làm tròn hoặc do sai số trong tính toán các tổn thất mà chúng ta đã phạm phải
một sai số nào đó . Chúng ta kiểm tra sai số này. Ở đây sai số tuyệt đối :
∆q = q’ – q= 3432,45 – 3429,89 = 2,56
ε=

Hay sai số

∆q
2, 56
=
≈ 0, 07%
'
q
3498,34

25

SV : Lê Văn Tiên – 20110847