TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ SẤY THUỐC LÁ NĂNG SUẤT 3 TẤNMẺ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (775.19 KB, 79 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ SẤY THUỐC LÁ
NĂNG SUẤT 3 TẤN/MẺ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU
Họ và tên sinh viên: ĐÀO TẤN ĐẠT
HOÀNG HIỆP HÒA
Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
Niên khóa: 2008-2012
Tháng 6/2012
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ SẤY THUỐC LÁ
NĂNG SUẤT 3 TẤN/MẺ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU
Tác giả
ĐÀO TẤN ĐẠT
HOÀNG HIỆP HÒA
Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Công Nghệ Nhiệt Lạnh
Giáo viên hướng dẫn
PGS.TS. Nguyễn Hay
Th.s. Lê Quang Giảng
Tháng 6 năm 2012
i
CẢM TẠ
Chúng em xin được gửi lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Th.s. Lê Quang Giảng và
thầy PGS.TS. Nguyễn Hay đã tận tình, nhiệt tâm giúp đỡ chúng em trong suốt quá
trình thực hiện đề tài.
Chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến:
-
Ban giám hiệu Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM
-
Ban chủ nhiệm khoa cơ khí – công nghệ
-
Cùng toàn thể quý thầy cô
Đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ chúng em trong suốt khóa học.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị trong Tổ thuốc lá Phú Cần thuộc
Công ty CP Hòa Việt – Chi nhánh Gia Lai cùng với người dân ở xã Phú Cần –
KrôngPa – Gia Lai đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực tập.
Cho gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp DH08NL đã luôn bên cạnh động viên
và giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài này.
Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù chúng em đã cố gắng nhưng chắc sẽ
không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những góp ý của quý thầy cô
và các bạn.
Sinh viên thực hiện
Đào Tấn Đạt
Hoàng Hiệp Hòa
ii
TÓM TẮT
Đề tài “Tính toán thiết kế lò sấy thuốc lá năng suất 3 tấn/mẻ” được thực hiện
với 3 nội dung chính :
-
Khảo sát về số lượng lò sấy thuốc lá trên địa bàn huyện KrôngPa.
-
Thí nghiệm sấy thuốc lá trên lò sấy dùng nhiên liệu trấu và lò sấy dùng
nhiên liệu củi.
-
Tính toán thiết kế lò đốt trấu và bộ trao đổi nhiệt cho lò sấy thuốc lá.
Các phương pháp sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài: phương pháp thống
kê và phương pháp bố trí thí nghiệm ngẫu nhiên hoàn toàn.
Các thí nghiệm sấy thuốc lá được thực hiện ở xã Phú Cần – KrôngPa – Gia Lai
vào thời gian từ ngày 13/03/12 đến ngày 21/03/12.
Kết quả thu được:
-
Số lượng lò sấy thuốc lá thống kê được ở trên địa bàn huyện KrôngPa là
976 lò. Trong đó lò sấy sử dụng nhiên liệu củi chiếm số lượng lớn.
-
Chi phí kinh tế của nhiên liệu trấu dùng để sấy thuốc lá thấp hơn chi phí
nhiên liệu củi.
-
Hoàn thành việc thiết kế lò đốt trấu và bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống cho lò
sấy thuốc lá.
Sinh viên thực hiện
Đào Tấn Đạt
Hoàng Hiệp Hòa
iii
MỤC LỤC
CẢM TẠ ......................................................................................................................... ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC BẢNG ......................................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................... vii
Chương 1: MỞ ĐẦU ................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1. Đặt vấn đề ........................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2. Mục đích ...............................................................................................................2
Chương 2: TỔNG QUAN .............................................................................................3
2.1. Tình hình sản xuất thuốc lá ở nước ta...................................................................3
2.2. Các phương pháp sấy thuốc lá ..............................................................................4
2.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy thuốc lá ............................................................5
2.3.1. Các dạng liên kết nước trong lá thuốc ...........................................................5
2.3.2. Sự thoát nước ở lá thuốc ................................................................................6
2.3.3. Yêu cầu và đặc tính của sấy thuốc lá .............................................................6
2.4. Quy trình sấy thuốc lá ...........................................................................................7
2.4.1. Chọn mẻ thuốc để sấy ....................................................................................7
2.4.2. Chuẩn bị mẻ thuốc khi sấy .............................................................................7
2.4.3. Quá trình sấy thuốc lá ....................................................................................8
2.5. Các loại lò đốt trấu ................................................................................................9
2.5.1. Lò đốt trấu cháy thuận ...................................................................................9
2.5.2. Lò đốt trấu cháy nghịch ...............................................................................11
2.6. Đặc tính của nhiên liệu trấu ................................................................................12
2.7. Một số loại bộ trao đổi nhiệt trong lò sấy thuốc lá .............................................13
Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP - PHƯƠNG TIỆN ..........................15
3.1. Nội dung .............................................................................................................15
3.2. Phương pháp - Phương tiện ................................................................................16
3.2.1. Phương pháp ...............................................................................................16
3.2.2. Phương tiện ..................................................................................................17
iv
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................................18
4.1. Kết quả ................................................................................................................18
4.1.1. Kết quả khảo sát ...........................................................................................18
4.1.2. Kết quả thí nghiệm sấy thuốc lá ở huyện KrôngPa – Gia Lai .....................19
4.2. Tính toán thiết kế ................................................................................................21
4.2.1. Chọn phương án thiết kế ..............................................................................21
4.2.2. Cơ sở tính toán thiết kế ................................................................................22
4.2.3. Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu .......................................................22
4.2.4. Tính toán nhiệt cho lò sấy ............................................................................25
4.2.5. Tính toán thiết kế lò đốt ...............................................................................37
4.2.6. Tính toán bộ trao đổi nhiệt ...........................................................................40
4.2.7. Tính chiều cao ống khói ..............................................................................49
4.2.8. Sơ đồ lắp đặt thiết bị sấy cho lò sấy thuốc lá ..............................................55
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................56
5.1. Kết luận ...............................................................................................................56
5.2. Đề nghị ................................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................57
PHỤ LỤC .....................................................................................................................58
v
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Tóm tắt quá trình sấy ……………………………………………………..9
Bảng 2.2. Phân tích thành phần hóa học và nhiệt trị của trấu ………………...........12
Bảng 4.1. Số liệu khảo sát ở huyện KrôngPa – Gia Lai…………………………….18
Bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm sấy thuốc lá dùng nhiên liệu trấu …………….......... 19
Bảng 4.3. Kết quả thí nghiệm sấy thuốc lá dùng nhiên liệu củi …………………... 20
Bảng 4.4: Chi phí kinh tế của nhiên liệu sấy dùng để sấy khô 1 kg thuốc lá ……....21
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Lò đốt trấu cháy thuận …………………………………………………….9
Hình 2.2: Lò đốt trấu cháy thuận có bổ sung dòng khí thứ cấp ……………………10
Hình 2.3: Lò đốt trấu cháy nghịch ………………………………………….............11
Hình 2.4: Bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống …...……………………………………..13
Hình 2.5: Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt một bên ….…… ……….14
Hình 2.6: Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt ở giữa………………….14
Hình 4.1: Lò sấy thuốc lá dùng nhiên liệu trấu với bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống...20
Hình 4.2: Lò sấy thuốc lá dùng nhiên liệu củi với bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống….20
Hình 4.3: Lò đốt trấu …………..…………………………………………………...40
Hình 4.4: Bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống của lò sấy thuốc lá ………………………41
Hình 4.5: Các vị trí tổn thất cục bộ trên đường ống giao nhiệt …………….............53
Hình 4.6: Sơ đồ lắp đặt lò đốt và bộ trao đổi nhiệt cho lò sấy thuốc lá …….............55
vi
Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Thuốc lá là một loại cây công nghiệp ngắn ngày được trồng nhiều ở các nước
đang phát triển nằm trong khu vực nhiệt đới. Là loại cây trồng mang lại hiệu quả kinh
tế cao vì vậy nên diện tích canh tác cây thuốc lá trong những năm gần đây ngày càng
được mở rộng, bên cạnh đó vấn đề việc làm của người dân cũng được giải quyết một
phần nào.
Để có được chất lượng thuốc lá tốt thì ngoài việc lựa chọn loại đất canh tác, loại
giống trồng, đầu tư công chăm sóc, ta còn phải chú ý đến một công đoạn nữa đó là sấy.
Sấy là quá trình làm giảm lượng ẩm trong thuốc lá xuống đến mức cần thiết để đảm
bảo cho việc bảo quản chế biến trong một thời gian dài, ngoài ra nó còn làm biến đổi
một số chất trong lá thuốc góp phần nâng cao chất lượng thuốc và có lợi cho việc bảo
quản, chế biến sau này.
Phần lớn các lò sấy thuốc lá hiện nay đều sử dụng các loại nhiên liệu như than tổ
ong, dầu hỏa, củi mà giá thành của dầu hỏa, than tổ ong thì lại cao còn như sử dụng
nhiên liệu củi để sấy thì gây ra nạn phá rừng ảnh hưởng đến môi trường sinh thái.
Đứng trước vấn đề trên chúng tôi thiết nghĩ cần phải tìm ra một loại nhiên liệu sấy
khác vừa rẻ lại vừa không gây hại đến sinh thái tự nhiên và trong quá trình tìm hiểu
chúng tôi nhận thấy “trấu” là loại nhiên liệu có thể đáp ứng được yêu cầu trên, đồng
thời qua việc sử dụng nhiên liệu trấu còn có thể góp phần giải quyết được vấn đề phế
phẩm trong nông nghiệp.
Do đó chúng tôi tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu về lò sấy thuốc lá sử dụng nhiên
liệu trấu. Được sự giúp đỡ của thầy Lê Quang Giảng và thầy Nguyễn Hay chúng tôi
Đào Tấn Đạt và Hoàng Hiệp Hòa thực hiện đề tài “Tính toán thiết kế lò sấy thuốc lá
với năng suất 3 tấn/mẻ sử dụng nhiên liệu trấu”.
1
1.2. Mục đích
Tính toán thiết kế thiết bị sấy cho lò sấy thuốc lá sử dụng nhiên liệu trấu làm
chất đốt để thay thế cho lò sấy thuốc lá dùng chất đốt bằng củi nhằm góp phần vào
việc hạn chế phá rừng.
2
Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Tình hình sản xuất thuốc lá ở nước ta
Thuốc lá là một loại cây trồng có giá trị kinh tế cao được trồng ở nhiều nước trên
thế giới, với hiệu quả kinh tế mà nó mang lại cao gấp 4 – 5 lần so với những cây trồng
khác. Điều kiện để trồng được giống cây trồng này phần lớn là tùy thuộc vào khí hậu
và thổ nhưỡng của từng vùng lãnh thổ. Trong đó Việt Nam ta là một trong những nước
có điều kiện khí hậu thích hợp cho sự sinh trưởng, phát triển của cây thuốc lá. Để cây
thuốc lá phát triển và có chất lượng tốt thì ngoài yếu tố khí hậu nó còn phải tùy thuộc
vào loại đất trồng của từng vùng địa phương. Hiện nay thuốc lá ở nước ta chủ yếu
được trồng ở các tỉnh miền núi phía Bắc, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên như: Cao
Bằng, Lạng Sơn, Bắc Cạn, Bắc Giang, Thái Nguyên, Thanh Hóa, Bình Định, Phú Yên,
Ninh Thuận, Gia Lai, Đắc Lắc, Tây Ninh.
Do hiệu quả từ cây thuốc lá mang lại có giá trị cao về mặt kinh tế và xã hội nên
nó được đem trồng phổ biến ở một số vùng, địa phương trong nước. Hiện nay ở nước
ta đang trồng chủ yếu 3 loại giống thuốc đó là: thuốc lá nâu, thuốc lá Burley và thuốc
lá vàng sấy. Trong đó giống thuốc lá vàng sấy là loại giống thuốc hiện đang được
nhiều địa phương quan tâm đầu tư, chăm sóc chú ý từ khâu chọn giống cho đến các kỹ
thuật canh tác nhằm nâng cao chất lượng và năng suất cây trồng để đáp ứng nhu cầu
tiêu thụ trong nước và cho xuất khẩu. Do tính hiệu quả từ việc trồng thuốc lá mang lại
nên diện tích trồng thuốc lá ở một số địa phương ngày càng tăng lên, từ đó dần dần
hình thành nên những vùng nguyên liệu thuốc lá phục vụ cho các doanh nghiệp sản
xuất thuốc lá trong nước và một phần đem đi xuất khẩu.
Ở nước ta những vùng nguyên liệu thuốc lá chất lượng cao thuộc ở các tỉnh Cao
Bằng, Lạng Sơn, Ninh Thuận, Tây Ninh, Gia Lai, Đắc Lắc hàng năm thu hoạch với
3
sản lượng trung bình từ 20.000 – 25.000 tấn/năm, với sản lượng này về cơ bản đảm
bảo được nguồn cung ứng nguyên liệu cho các đơn vị sản xuất thuốc lá điếu và phục
vụ xuất khẩu. Diện tích trồng thuốc lá ở các vùng nguyên liệu trong nước cũng được
tăng lên qua các năm như năm 2009 diện tích trồng thuốc lá của nước ta là khoảng
16.000 ha/năm đến năm 2011 diện tích trồng đã tăng lên đạt được khoảng 30.000
ha/năm.
Theo định hướng phát triển của ngành trồng thuốc lá Việt Nam đưa ra mục tiêu
đến năm 2020 sẽ đạt được diện tích trồng thuốc lá vào khoảng 40.300 ha, năng suất
thuốc lá bình quân 2,2 tấn/năm, với sản lượng 88.660 tấn/năm. Với diện tích trồng
ngày một mở rộng cùng với năng suất thuốc lá ngày càng được nâng cao, nên có thể
trong một vài năm tới ngành trồng thuốc lá ở nước ta sẽ đảm bảo vững chắc việc cung
ứng ổn định về nguồn nguyên liệu trong nước và phục vụ cho xuất khẩu ra các nước
bên ngoài, không còn phải nhập khẩu nguyên liệu từ bên ngoài như các năm trước.
2.2. Các phương pháp sấy thuốc lá
- Phương pháp sấy đối lưu tự nhiên
Phương pháp sấy này được thực hiện nhờ vào sự truyền nhiệt theo kiểu đối lưu tự
nhiên của dòng không khí trong buồng sấy. Dòng không khí này sẽ nhận nhiệt từ bộ
trao đổi nhiệt được lắp đặt trong buống sấy và sau đó làm ẩm trong lá thuốc bay hơi
thoát ra ngoài thông qua quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất giữa không khí sấy
với lá thuốc.
Do quá trình truyền nhiệt giữa không khí sấy với lá thuốc theo kiểu đối lưu tự
nhiên cho nên thời gian sấy ở phương pháp này diễn ra dài. Vì thế nên chi phí năng
lượng cho việc sấy khô 1 kg thuốc lá cũng tăng lên. Trong quá trình sấy thuốc lá thì sự
đồng đều nhiệt độ tại các vị trí trong buồng sấy có một quai trò quan trọng, nó ảnh
hưởng nhiều đến phẩm chất thuốc lá của chúng ta sau khi sấy, và đối với phương pháp
sấy đối lưu tự nhiên này thì thuốc lá sau khi được sấy xong thường đạt chất lượng
thuốc loại 1, loại 2 khoảng từ 50 – 60 % so với tổng khối lượng thuốc lá khô.
Đối với những lò sấy thuốc lá theo kiểu đối lưu tự nhiên, chúng có những ưu
điểm như: có kết cấu lò đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu thấp, có thể xây dựng ở
những nơi vùng sâu, vùng xa, khu vực miền núi nơi mà chưa có mạng lưới điện truyền
4
đến để phục vụ công việc sấy thuốc cho bà con nông dân ở những vùng trồng thuốc lá
này. Chính vì những ưu điểm trên mà những lò sấy thuốc lá theo kiểu đối lưu tự nhiên
hiện nay vẫn còn được sử dụng nhiều ở nước ta.
- Phương pháp sấy đối lưu cưỡng bức
Là phương pháp sấy được thực hiện bằng cách dùng quạt thổi không khí nóng
chuyển động trong buồng sấy với một vận tốc được xác định trước di chuyển tới xuyên
qua các lớp lá thuốc để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt và chất giữa hai đối tượng.
Việc gia nhiệt cho dòng không khí sấy ở đây cũng được thực hiện thông qua bộ phận
trao đổi nhiệt của lò sấy. Do không khí sấy chuyển động có vận tốc nên các lá thuốc
được đưa đi sấy trong trường hợp này cần phải được xếp chặt để tránh trường hợp rơi
rụng làm ảnh hưởng đến chất lượng sấy của lá thuốc.
Những lò sấy theo kiểu này thường có những ưu điểm như: thời gian sấy trên một
mẻ nhanh hơn so với phương pháp sấy đối lưu tự nhiên, chi phí năng lượng để sấy khô
1 kg thuốc lá cũng thấp hơn, tỉ lệ thuốc lá loại 1, loại 2 sau khi sấy đạt cao hơn do
nhiệt độ tại các vị trí trong buồng sấy được đồng đều hơn. Với những ưu điểm trên,
trong một vài năm nữa những lò sấy thuốc lá theo kiểu này sẽ được sử dụng nhiều, dần
thay thế cho kiểu lò sấy đối lưu tự nhiên.
Bên cạnh đó, lò sấy thuốc lá kiểu đối lưu cưỡng bức cũng còn có một số hạn chế
sau: có kết cấu lò sấy phức tạp hơn, chi phí đầu tư ban đầu lớn, do dùng quạt nên cần
phải sử dụng điện năng vì vậy lò sấy phải được xây dựng ở những nơi có trạm phát
điện, đồng thời phải trang bị thêm một máy phát điện để đề phòng trường hợp mất
điện đột xuất.
2.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy thuốc lá
2.3.1. Các dạng liên kết nước trong lá thuốc
Lá thuốc sau khi thu hoạch vẫn còn chứa một lượng nước khá lớn trong nó, được
tồn tại dưới dạng các liên kết: liên kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý. Trong
đó các phân tử nước ở dạng liên kết hóa học thườc rất khó tách, chỉ có thể tách được
khi có phản ứng hóa học xảy ra và ở điều kiện nhiệt độ cao. Còn đối với những nhiệt
độ sấy thông thường thì chỉ có thể tách được những phân tử nước ở trong hai liên kết
còn lại. Và khi chúng ta sấy thuốc lá thì nước ở dạng liên kết hóa lý sẽ được tách ra
5
khỏi lá thuốc và thoát ra ngoài. Liên kết hóa lý gồm có hai loại: liên kết hấp thụ và liên
kết thẩm thấu.
- Liên kết hấp thụ: nước ở dạng liên kết này tương đối bền chặt, để tách chúng ra
khỏi cần tiêu tốn một năng lượng lớn để chuyển nước từ dạng lỏng sang dạng hơi, rồi
di chuyển hơi đó thoát ra ngoài.
- Liên kết thẩm thấu: là liên kết gồm có lượng nước tham gia vào quá trình vận
chuyển chất dinh dưỡng của tế bào và lượng nước tham gia vào các tổ chức của tế bào.
Nước ở dạng liên kết này dễ tách ra khỏi tế bào lá, được thực hiện thông qua kiểu
khuếch tán dòng lỏng qua các hốc tế bào rồi thoát ra ngoài.
2.3.2. Sự thoát nước ở lá thuốc
Sự thoát nước ở lá thuốc trải qua hai giai đoạn: giai đoạn bay hơi nước từ bề mặt
lá thuốc ra môi trường bên ngoài và giai đoạn dịch chuyển nước từ bên trong lá thuốc
ra mặt ngoài của lá.
Giai đoạn bay hơi nước từ bề mặt lá ra môi trường xung quanh được thực hiện
nhờ vào sự chênh lệch giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt lá với phân áp suất hơi
nước của không khí xung quanh, sự chênh lệch này càng lớn thì tốc độ bay hơi nước
của lá càng nhanh và ngược lại.
Còn quá trình dịch chuyển nước từ trong lá thuốc ra mặt ngoài của lá xảy ra là do
bởi sự chênh lệch ẩm độ trong lá thuốc, nước sẽ di chuyển từ nơi có ẩm độ cao đến nơi
có ẩm độ thấp, lượng nước dịch chuyển này nhiều hay ít là do sự tác động của gradien
ẩm độ và gradien nhiệt độ.
2.3.3. Yêu cầu và đặc tính của sấy thuốc lá
Sấy thuốc lá là một quá trình phức tạp vừa thực hiện quá trình sinh hóa trong lá
thuốc vừa tiến hành sấy khô xảy ra đồng thời. Sấy thuốc không chỉ làm thoát nước
trong lá mà còn làm thay đổi màu sắc của lá và thành phần hóa học trong nó theo chiều
hướng có lợi cho sản phẩm sấy. Do vậy những yêu cầu về nhiệt độ, ẩm độ và tốc độ
của dòng không khí sấy phải được đảm bảo theo đúng yêu cầu cho từng giai đoạn sấy
để chất lượng thuốc sau khi sấy đạt được cao. Đó cũng là yêu cầu được đặt ra về tính
hiệu quả của các lò sấy thuốc lá.
6
2.4. Quy trình sấy thuốc lá
2.4.1. Chọn mẻ thuốc để sấy
Khi chọn cần chú ý các yêu cầu sau:
- Mức độ chín của lá: khi sấy thuốc lá ta nên chọn những lá đã đạt đến độ chín
không nên đem sấy những lá còn xanh. Vì lá xanh chứa nhiều protit, ít gluxit so với lá
chín, khi sấy protit trong lá xanh sẽ bị thủy phân mạnh hơn và tích lũy nhiều amoniac
nên các mô lá bị chết sớm hơn, tiếp theo trong các mô lá đã chết các phản ứng oxy
phát triển mạnh tạo ra các sản phẩm có màu sẫm tối. Vì vậy trong một mẻ sấy phải
đảm bảo các lá phải đạt đến độ chín đồng đều như nhau.
- Vị bộ: lá thuốc ở các vị bộ khác nhau sẽ có thành phần không giống nhau. Lá ở
vị bộ gốc có ít chất dinh dưỡng hơn các lá ở vị bộ trên, do đó trong quá trình sấy lá sẽ
chuyển sang màu vàng nhanh hơn, sấy dễ khô hơn. Vì thế khi sấy ta không nên để các
lá ở những vị bộ khác nhau vào cùng một mẻ.
- Thời gian hái: thuốc lá hái ở những thời gian khác nhau khi sấy trong cùng một
mẻ cũng có những sự khác nhau, các lá được hái trước khi sấy đến giai đoạn cần phải
cố định màu, thì những lá hái sau vẫn còn đang trong giai đoạn chuyển màu. Do vậy
không còn cách nào khác đành phải hy sinh một trong hai loại trong quá trình sấy. Vì
thế khi sấy thuốc, các lá trong cùng một mẻ sấy phải hái trong cùng một thời gian,
thường qui định hái trong một ngày.
- Sự lành lặn của lá thuốc: lá thuốc đưa vào lò sấy phải được lành lặn tránh dập
nát, vì ở những chỗ dập nát của lá thuốc, nước sẽ thoát nhanh làm cho mô lá thiếu
nước dẫn đến chết nhanh. Do đó trong quá trình sấy, chất clorofin trong lá thuốc sẽ
không kịp phân hủy nên màu xanh của lá vẫn giữ nguyên.
Tóm lại trong một mẻ sấy chúng ta cần chọn những lá cùng một độ chín, cùng vị
bộ, cùng thời gian hái và tránh để lá bị dập nát.
2.4.2. Chuẩn bị mẻ thuốc khi sấy
Sau khi chon mẻ sấy xong, các lá thuốc sẽ được xếp lại với nhau và đem treo vào
trong lò để chuẩn bị cho quá trình sấy. Có 3 cách treo thuốc vào lò: xâu dây, buộc dây
và ghim. Trong đó phương pháp ghim là có ưu điểm hơn về tính tiện lợi, dùng được
lâu, sấy mau khô và phân loại thuốc cũng nhanh.
7
Khi gác thuốc lá vào lò phải theo nguyên tắc: trên gác dày dưới gác thưa, trên
xanh dưới vàng, lá to xếp ở giữa lò, lá nhỏ thì xếp xung quanh. Xếp như vậy các lá sẽ
chóng khô và khô được đều.
Tùy theo cỡ lò mà bố trí số lượng sào thuốc gác vào lò cho thích hợp, đối với lò
cỡ 4×6×5 m thì nên xếp khoảng từ 500 – 530 sào thuốc.
2.4.3. Quá trình sấy thuốc lá
Quá trình sấy thuốc lá gồm 4 giai đoạn: giai đoạn chuyển màu, giai đoạn cố định
màu, giai đoạn sấy khô cuống lá và giai đoạn hồi ẩm.
- Giai đoạn chuyển màu: mục đích của giai đoạn này nhằm làm biến đổi thành
phần hóa học trong lá thuốc và thay đổi màu sắc của lá thuốc. Những phản ứng sinh
hóa chủ yếu xảy ra trong giai đoạn này là các phản ứng thủy phân các chất như tinh
bột, diệp lục, protit, clorofin,… đây là những chất ảnh hưởng xấu đến chất lượng của
lá thuốc. Để các phản ứng này xảy ra cần phải tiến hành trong điều kiện nhiệt độ và ẩm
độ thích hợp. Do đó nhiệt độ không khí sấy trong giai đoạn này phải duy trì từ (32 – 38
o
C), ẩm độ từ (80 – 90%). Giai đoạn này không được để nhiệt độ sấy cao hơn 43 oC
nếu không các hoạt tính của men sẽ bị khử, tế bào sẽ bị chết làm cho các phản ứng
thủy phân sẽ bị ngưng lại hoàn toàn.
Giai đoạn này cần phải đóng kín các của buồng sấy để duy trì độ ẩm cao trong lá
thuốc, tạo điều kiện cho quá trình sinh hóa diễn ra thuận lợi. Nhiệt độ không khí sấy
ban đầu phải giữ từ (33 – 35 oC), sau đó tăng lên (37 – 38 oC) khi thấy phần ngọn lá
chuyển sang màu vàng, đồng thời mở hé cữa thoát ẩm.
Thời gian sấy ở giai đoạn này từ 24 – 32 giờ tùy theo loại lá và giống thuốc.
- Giai đoạn cố định màu: tiếp tục thực hiện sấy thời kỳ cuối của quá trình
chuyển màu ở các lá thuốc với nhiệt độ không khí sấy từ (40 – 43 oC). Khi các lá đã
chuyển màu xong, ta từ từ nâng nhiệt độ lên (45 – 48 oC) để cố định màu và các chất
vừa được chuyển hóa trong lá thuốc. Sau đó tiếp tục nâng nhiệt độ không khí sấy lên
đến (50 – 52 oC) để thực hiện quá trình sấy khô lá và các gân nhỏ. Giai đoạn này lượng
ẩm trong lá thuốc thoát ra nhiều, do đó cần phải mở rộng cữa thoát ra thêm để đuổi hơi
nước trong lò sấy ra ngoài.
Ở giai đoạn này độ ẩm trong lá thuốc giảm từ 85% xuống 50%, thời gian sấy mất
khoảng (30 – 40) giờ.
8
- Giai đoạn sấy khô cuống lá: Giai đoạn này nhiệt độ không khí sấy nâng dần từ
53 oC đến 65 oC để sấy khô các cuống lá và làm bay đi các mùi lạ trong lá thuốc.
Thời gian sấy ở giai đoạn này từ (50 – 70) giờ, ẩm độ lá thuốc giảm xuống đạt
khoảng 12%.
- Giai đoạn hồi ẩm: Khi thuốc lá vừa được sấy khô, cần phải dập tắt lửa trong lò
đốt, mở hết các cữa buồng sấy để lá thuốc thực hiện quá trình hút ẩm từ không khí môi
trường bên ngoài làm cho nó dịu lại sau khi sấy. Nếu sau khi sấy ta không tiến hành
giai đoạn hồi ẩm cho lá thì lá thuốc sau khi ra lò rất dễ bị rách, vỡ vụn làm ảnh hưởng
đến phẩm chất và hao hụt về khối lượng của thuốc lá.
Giai đoạn này ẩm độ của lá thuốc tăng lên từ (12 – 14 %), thời gian hồi ẩm tùy
thuộc vào không khí môi trường xung quanh khoảng từ (12 – 24) giờ.
Bảng 2.1: Tóm tắt quá trình sấy thuốc
Giai đoạn
Nhiệt độ sấy (oC)
Ẩm độ lá thuốc (%)
Thời gian sấy (giờ)
Chuyển màu
32 – 38
86 – 85
24 – 32
Cố định màu
39 – 52
85 – 50
30 – 40
Sấy khô cuống lá
53 – 65
12
50 – 70
Hồi ẩm
Môi trường
12 – 14
12 – 24
2.5. Các loại lò đốt trấu
2.5.1. Lò đốt trấu cháy thuận
Lò đốt trấu cháy thuận với dòng không khí sơ cấp
Cấu tạo:
Hình 2.1: Lò đốt trấu cháy thuận.
9
Nguyên lý hoạt động:
Khi lò hoạt động, trấu từ máng cấp liệu sẽ di chuyển xuống dưới và thực hiện
quá trình cháy trên ghi lò (1). Sau đó khí cháy ở buồng đốt (B) sẽ di chuyển qua vách
ngăn (4) rồi đi vào cữa lấy nhiệt (5), trong quá trình di chuyển đó tro sẽ được giữ lại ở
buồng chứa (C) và một phần nhỏ ở buồng lắng (D). Do được lắng tro hai lần như vậy
nên khí nóng đi vào cữa lấy nhiệt (5) sẽ tương đối được sạch hơn.
Lò đốt trấu kiểu trên tuy có kết cấu đơn giản, khí nóng lấy sử dùng tương đối
sạch nhưng hiệu suất của lò còn thấp, lượng nhiệt năng thất thoát ra ngoài lớn. Nguyên
nhân là do quá trình cháy của nhiên liệu không được triệt để, ngoài ra trở lực trên
đường dòng khói di chuyển ở lò đốt kiểu này cũng tương đối lớn.
Lò đốt trấu cháy thuận được cung cấp thêm dòng không khí thứ cấp
Cấu tạo:
Hình 2.2: Lò đốt trấu cháy thuận có bổ sung dòng khí thứ cấp.
Nguyên lý hoạt động:
Khi lò hoạt động, trấu ở máng cấp liệu sẽ di chuyển xuống dưới và thực hiện
cháy trên ghi lò ở buồng đốt dưới. Do tác động lực hút của lò, khí cháy ở buồng đốt sơ
cấp sẽ di chuyển lên trên gặp với dòng không khí thứ cấp được cung cấp vào (dưới
dạng tiếp tuyến với buồng đốt dạng trụ) ở buồng đốt thứ cấp nên tại đây khí cháy sẽ
được đốt thêm một lần nữa và chuyển động lên trên theo kiểu đường xoáy. Vì chuyển
động dưới dạng xoáy nên thời gian lưu trú của dòng khí cháy ở buồng đốt thứ cấp
được lâu, giúp cho quá trình cháy diễn ra được triệt để, còn tro thì được lắng xuống
buồng sơ cấp.
10
Ưu nhược điểm:
Trấu là loại nhiên liệu có thành phần chất bốc lớn, khi đốt nếu không cung
cấp thêm dòng không khí thứ cấp để đốt cháy lượng chất bốc đó thì sẽ gây ra sự thất
thoát lớn về nhiệt. Đối với loại lò đốt trấu kiểu trên do sử dụng được lượng nhiệt tỏa ra
từ việc đốt chất bốc nên hiệu suất nhiệt của lò cao, đồng thời cũng tiết kiệm được chi
phí nhiên liệu cho lò đốt.
Do phải đốt chất bốc nên lò đốt phải trang bị thêm buồng đốt thứ cấp (dạng
trụ), ngoài ra còn có thêm thiết bị quạt kèm theo.
2.5.2. Lò đốt trấu cháy nghịch
Cấu tạo:
Hình 2.3: Lò đốt trấu cháy nghịch.
Nguyên lý hoạt động:
Trấu từ máng cấp liệu sẽ được cấp vào gi lò, dưới tác dụng lực hút (quạt) của
lò đốt dòng không khí sơ cấp sẽ chuyển động theo hướng đi từ trên xuống xuyên qua
lớp trấu trên ghi lò. Do có đủ điều kiện nên tại ghi lò quá trình cháy diễn ra, sau đó khí
cháy sinh ra tiếp tục di chuyển xuyên qua ghi lò đi xuống phía dưới gặp dòng không
khí thứ cấp được cấp vào thông qua các ống gió thứ cấp nên được đốt cháy thêm một
lần nữa rồi mới di chuyển đến buồng lắng tro. Tại buồng lắng, tro sẽ được tách ra và
lắng xuống dưới còn dòng khí nóng thì thoát ra ngoài thông qua cữa lấy nhiệt.
Ưu nhược điểm:
Ưu điểm: có nhiệt độ dòng khí cháy và hiệu suất nhiệt của lò cao do khí cháy
đi xuyên qua lớp tro đỏ có nhiệt độ cao và được đốt cháy thêm bởi dòng khí thứ cấp.
11
Nhược điểm: do có trở lực lớn trên đường di chuyển của dòng khí nên các lò
đốt trấu kiểu này phải trang bị quạt có cột áp cao.
2.6. Đặc tính của nhiên liệu trấu
Thành phần hóa học và nhiệt trị
Trong quá trình tính toán thiết kế cho một loại lò đốt nhiên liệu thì chúng ta cần
phải biết về thành phần hóa học và nhiệt trị của nhiên liệu cháy, có nó chúng ta mới
tính được quá trình cháy, xác định được lượng nhiên liệu cháy cần thiết cần cung cấp,
rồi từ đó mới có thể thiết kế được một lò đốt có kích thước thích hợp với yêu cầu. Do
đó việc phân tích thành phần hóa học của nhiên liệu cháy trong quá trình tính toán
thiết kế lò đốt là cần thiết. Theo các tài liệu tham khảo thì thành phần hóa học của trấu
được phân tích như ở bảng 2.2.
Bảng 2.2: Phân tích thành phần hóa học và nhiệt trị của trấu (tài liệu /9/)
C
H
O
N
S
Tro
Nhiệt trị cao
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(MJ/kg)
Ghi chú
40,71 5,17 33,91 2,06
0,10 18,04
13,41
Maheshwary – 1975
42,12 5,31 31,72 0,49
0,07 20,29
18,45
Beagle – 1978
35,80 5,20 35,80 0,49
0,07 23,20
14,50
Cruz - 1983
35,86 0,40
0,02 18,34
16,14
Jenkins & Ebeling -1985
39,00 4,90 33,90 0,50
0,01 21,60
15,30
Kaupp – 1984
38,50 5,70 39,80 0,50
0,0
15,50
15,34
Tilman – 1987
51,40 5,50 42,40 0,70
0,0
19,50
15,30
Malurung – 1985
0,10 23,90
15,34
Malurung - 1985
40,96
4,0
51,10 6,20 40,40
1,5
Kích thước và khối lượng
Tùy theo từng loại lúa mà ta có các loại trấu khác nhau với những kích thước
cũng khác nhau. Theo các tài liệu ghi lại thì kích thước chiều dài của trấu đạt khoảng
từ 5–10 mm, chiều ngang thì bằng khoảng từ 1/3 – 1/4 chiều dài.
Góc tự chảy của trấu: được đo bằng cách đặt trấu lên một mặt phẳng nhẵn nằm
ngang sau đó ta tiến hành cho mặt phẳng đó nghiêng từ từ cho đến khi nào trấu bắt đầu
chảy xuống thì dừng lại và đo góc nghiêng, góc nghiêng đó được gọi là góc tự chảy
của trấu. Đối với trấu góc tự chảy thường nằm trong khoảng từ 35 – 50 o.
12
Khối lượng của trấu: thường được xác định theo khối lượng đổ đống, với trấu
khối lượng đổ đống thường vào khoảng từ 110 – 130 kg/m3.
Sự đóng bánh, tạo xỉ
Trong quá trình đốt trấu sẽ xuất hiện hiện tượng kết dính giữa các phần tử trấu
với nhau khi nhiệt độ trấu tăng lên khoảng từ 250 – 450 oC. Sự kết dính đóng thành
bánh này có ưu điểm giúp cho quá trình cháy dễ dàng hơn nhưng nó lại làm ngăn cản
quá trình hút của không khí vào.
Hiện tượng tạo xỉ cũng xuất hiện trong quá trình đốt trấu nếu để vận tốc dòng khí
trên bề mặt lớn hơn 0,2 m/s, khi đó nhiên liệu trong buồng đốt sẽ bị xáo trộn tạo ra
những hốc, rãnh dẫn đến cháy không được, cộng với nhiệt độ cao trong buồng đốt làm
cho cacbon tạo xỉ. Và đó cũng là nguyên nhân gây ra sự cháy không đồng nhất và tắc
nghẽn trong buồng đốt.
2.7. Một số loại bộ trao đổi nhiệt trong lò sấy thuốc lá
Thuốc lá sau khi sấy có chất lượng cao hay thấp là tùy thuộc vào độ đồng đều
nhiệt độ ở các vị trí trong lò sấy mà nhiệt độ trong lò sấy thì được cung cấp bởi một bộ
trao đổi nhiệt được đặt bên trong, do đó vai trò của bộ trao đổi nhiệt trong lò sấy là rất
quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của lá thuốc sau khi sấy. Vì vậy nên trong
quá trình tính toán thiết kế bộ trao đổi nhiệt của lò sấy thuốc lá, ngoài việc thiết kế
cung cấp đủ nhiệt cần thiết mà còn phải đảm bảo độ đồng đều nhiệt trong lò sấy. Dưới
đây là một số bộ trao đổi nhiệt dùng trong lò sấy thuốc lá:
Bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống
Lò sấy thuốc lá có lò đốt xây bằng gạch với bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống có ưu
điểm là tạo ra nhiệt độ tại các vị trí trong buồng sấy được đồng đều.
Hình 2.4: Bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống
1. lò đốt ; 2. bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống ; 3. ống khói.
13
Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt một bên
Lò sấy thuốc lá với bộ trao đổi nhiệt theo kiểu này sẽ giảm được lượng nhiên
liệu tiêu hao so với các loại khác do tận dụng được nhiệt ở bầu lò, nhưng độ đồng đều
nhiệt độ trong buồng sấy sẽ không cao do trở lực của hai nhánh ống không đều.
Hình 2.5: Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt một bên
1. lò đốt ; 2. ống dẫn không khí vào ; 3. ống dẫn khí nóng ngắn
4. ống dẫn khí nóng dài ; 5. bộ trao đổi nhiệt ; 6. ống khói.
Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt ở giữa
Loại lò sấy thuốc lá với bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt ở giữa
không những có ưu điểm làm giảm lượng nhiên liệu tiêu hao mà còn tạo ra sự đồng
đều nhiệt độ trong buồng sấy. Cấu tạo của vách buồng đốt gồm có 2 lớp thép, ở giữa 2
lớp thép là lớp không khí, lớp không khí này sẽ nhận nhiệt tỏa ra từ buồng đốt rồi được
đưa vào buồng sấy thông qua các ống dẫn khí. Do đó nên lò sấy có được hiệu suất
nhiệt cao.
Hình 2.6: Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt ở giữa
1. lò đốt ; 2. ống dẫn không khí vào ; 3. ống dẫn khí nóng ngắn
4. ống dẫn khí nóng dài ; 5. bộ trao đổi nhiệt ; 6. ống khói.
14
Chương 3
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP - PHƯƠNG TIỆN
3.1. Nội dung
Ở đề tài này chúng tôi đã tiến hành những nội dung sau:
-
Khảo sát số lượng lò sấy thuốc lá hiện nay ở huyện KrôngPa – Gia Lai
-
Đo nhiệt độ không khí môi trường ở huyện KrôngPa – Gia Lai vào thời gian tiến
hành sấy thuốc lá.
-
Thí nghiệm sấy thuốc lá:
+ Mục đích thí nghiệm:
Đánh giá và so sánh chi phí nhiên liệu tiêu hao cũng như chi phí kinh tế của
việc sử dụng nhiên liệu trấu và củi trong quá trình sấy một mẻ thuốc lá.
+ Đối tượng thí nghiệm:
Lò sấy thuốc lá dùng nhiên liệu trấu và lò sấy thuốc lá dùng nhiên liệu củi. Vật
đem sấy là thuốc lá vàng với các lá đem sấy thuộc lá nách trên hay còn gọi là vị bộ B.
+ Địa điểm thí nghiệm:
Chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm ở địa điểm:
Thôn Thắng lợi – Phú Cần – KrôngPa – Gia Lai
+ Thời gian thí nghiệm:
Các thí nghiệm đã được tiến hành vào thời gian từ ngày 13/03/12 đến ngày
21/03/12.
- Tính toán thiết kế lò sấy thuốc lá năng suất 3 tấn/mẻ:
+ Tính toán thiết kế lò đốt trấu dùng cho lò sấy thuốc lá có kích thước 5x6 m.
+ Tính toán bộ trao đổi nhiệt cho lò sấy thuốc lá có kích thước 5x6 m (5 tầng gác).
15
3.2. Phương pháp - Phương tiện
3.2.1. Phương pháp
3.2.1.1.
Phương pháp khảo sát về số lượng lò sấy thuốc lá ở huyện KrôngPa
Tiến hành khảo sát thực tế ở các nhà dân.
Sử dụng phương pháp thống kê trong quá trình thực hiện.
3.2.1.2
Phương pháp thí nghiệm sấy thuốc lá
Thực hiện theo phương pháp bố trí ngẫu nhiên hoàn toàn.
Chúng tôi đã tiến hành thực hiện 6 thí ngiệm sấy thuốc lá gồm: 3 lần lặp lại thí
nghiệm dùng lò sấy sử dụng nhiên liệu trấu và 3 lần lặp lại thí nghiệm dùng lò sấy sử
dụng nhiên liệu củi.
Kích thước buồng sấy và bộ trao đổi nhiệt trong buồng sấy của thí nghiệm sấy
dùng nhiên liệu trấu cũng như củi đều giống nhau. Vật sấy cũng giống nhau, các lá
thuốc đem sấy ở 2 loại thí nghiệm đều là lá nách trên (gọi là vị bộ B).
Việc chọn cân các ghim, sào, sào thuốc khô, sào thuốc tươi, bao trấu được tiến
hành theo phương pháp bố trí thí nghiệm.
Khối lượng trấu tiêu hao cho một mẻ sấy được tính như sau: lấy số bao trấu
chuẩn bị ban đầu trừ đi số bao trấu còn lại sau khi sấy.
Lượng củi tiêu hao cho một mẻ sấy được xác định bằng cách: lấy lượng ster củi
chuẩn bị ban đầu trừ đi lượng ster củi còn lại sau khi sấy.
3.2.1.3. Phương pháp tính toán thiết kế lò sấy thuốc lá năng suất 3 tấn/mẻ
-
Sử dụng các công thức tính toán thiết kế trong các tài liệu liên quan được liệt
kê ở phần tài liệu tham khảo.
-
Tiến hành thiết kế dựa trên các kết quả đã tính.
16
3.2.2. Phương tiện
3.2.2.1. Dụng cụ đo
-
Cân bàn 30 kg (khoảng chia nhỏ 0,1 kg) và cân treo 5 kg (khoảng chia nhỏ 0,05
kg).
-
Thước cuộn 3m (khoảng chia nhỏ 1mm).
-
Đồng hồ đeo tay.
-
Nhiệt kế bầu khô, bầu ướt.
-
Nhiệt kế đo nhiệt độ ống khói.
3.2.2.2. Tài liệu, phần mềm hỗ trợ
-
Sách, báo, giáo trình, luận văn, internet .
-
Phần mềm Word, Excel, Autocad, Paint.
17
Chương 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Kết quả
4.1.1. Kết quả khảo sát
4.1.1.1. Kết quả khảo sát số lượng lò sấy ở huyện KrôngPa – Gia Lai
Do điều kiện thực tế không thể đi vào từng nhà dân để khảo sát nên chúng tôi
chỉ tiến hành khảo sát 5 xã trồng thuốc lá ở trong huyện và trong mỗi xã chúng tôi vào
ngẫu nhiên 15 nhà dân để tìm hiểu về diện tích trồng thuốc lá trong vụ 2011 – 2012 và
loại nhiên liệu đốt dùng cho lò sấy của mỗi nhà dân đó.
Sau khi khảo sát về nội dung số lượng lò sấy thuốc lá ở huyện KrôngPa – Gia
Lai chúng tôi có được những số liệu ở Bảng 4.1.
Bảng 4.1: Số liệu khảo sát ở huyện KrôngPa – Gia Lai
STT
Khảo sát
Số lò sấy
Số lượng lò
Số lượng lò
Diện tích trồng
khảo sát
sấy dùng củi
sấy dùng trấu
trung bình của
(lò)
(lò)
(lò)
mỗi nhà dân (ha)
1
Xã Phú Cần
15
4
11
2,01
2
Xã Chư Đrăng
15
15
0
2,13
3
Xã Chư Đông
15
11
4
2,08
4
Xã Chư Căm
15
8
7
2,13
5
Xã Uar
15
10
5
2,03
Tính
Huyện KrôngPa
Tổng
75
48
Trung bình
27
2,08
Qua những số liệu khảo sát và tính toán được từ quá trình khảo sát ở huyện
KrôngPa – Gia Lai, chúng tôi nhận thấy ứng với 2,08 ha thuốc lá trong vụ 2011 – 2012
thì có 1 lò sấy thuốc lá. Do đó với diện tích trồng thuốc lá của cả huyện trong vụ
18
