TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ NHIỆT ẨM HẠT ĐIỀU THÔ 3 TẤNGIỜ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ
NHIỆT - ẨM HẠT ĐIỀU THÔ 3 TẤN/GIỜ

Họ và tên sinh viên: VÕ NGỌC QUÂN
TRẦN MINH TÙNG
Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
Niên khóa: 2007– 2011

Tháng 6/2011


TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ
XỬ LÝ NHIỆT ẨM HẠT ĐIỀU THÔ
3 TẤN/GIỜ

Tác giả

VÕ NGỌC QUÂN
TRẦN MINH TÙNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giáo viên hướng dẫn:
TS. Lê Anh Đức

Tháng 6/2011

i


LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi chân thành cảm ơn:
 Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh.
 Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí - Công nghệ cùng các thầy cô trong khoa đã
trang bị kiến thức cho chúng tôi trong thời gian chúng tôi học tập tại trường.
 TS Lê Anh Đức và các anh ở Trung Tâm Công Nghệ & Thiết Bị Nhiệt Lạnh
đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian làm đề tài.
 Các chú, các anh trong Công ty TNHH Nam Long đã tạo điều kiện để
chúng em khảo nghiệm, nghiên cứu, tham quan các mô hình – tạo tiền đề
cho chúng em hoàn thành tốt đề tài trong khả năng của mình.
 Các bạn lớp DH07NL đã chia sẻ kiến thức và đóng góp ý kiến cho đề tài
của chúng tôi.
 Bố, mẹ và người thân đã động viên, giúp đỡ chúng tôi trong quá trình học
tập tại trường cũng như trong suốt quá trình làm đề tài.
Chân thành cảm ơn!
Hồ Chí Minh, năm học 2010-2011
Sinh Viên
Võ Ngọc Quân
Trần Minh Tùng

ii


TÓM TẮT

Ngành chế biến hạt điều hiện nay mang lại hiệu quả kinh tế rất to lớn cho đất
nước. Đặc biệt trong những năm gần đây, ngành chế biến hạt điều đã phát triển mạnh.
Trong qui trình chế biến hạt điều từ khâu đầu cho tới khi thành phẩm thì khâu xử lý
hạt điều thô rất quan trọng. Giai đoạn đó quyết định đến hiệu suất sản xuất của dây
truyền cũng như ảnh hưởng đến chất lượng của nhân điều, phí lao động khi tách vỏ và
độ vỡ nhân.
Có nhiều phương pháp xử lý hạt điều thô như: hấp bằng hơi nước, rang trong dầu
vỏ, rang trực tiếp (đốt), sấy nóng… Hiện nay chỉ tồn tại hai phương pháp chính là chao
dầu và hấp. Qua quá trình nghiên cứu, tổng hợp ưu nhược điểm của các phương pháp
trên, phương pháp xử lý nhiệt ẩm hạt điều thô trong thiết bị sấy thùng quay là một
phương pháp mới, kế thừa được những ưu điểm và khắc phục được các nhược điểm
của các phương pháp trước. Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài: “TÍNH TOÁN, THIẾT
KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ XỬ LÝ NHIỆT - ẨM HẠT ĐIỀU THÔ 3 TẤN/GIỜ ” .
1. Tên đề tài
“Tính toán thiết kế thiết bị xử lý nhiệt - ẩm hạt điều thô năng suất 3 tấn/giờ ”
2. Thời gian và địa điểm thực hiện
Thời gian: Từ tháng 03/2011 đến tháng 07/2011
Địa điểm : Công ty TNHH kinh doanh chế biến hạt điều và nông sản Nam Long,
QL51 ấp Song Vĩnh, xã Tân Phước, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu.
3. Mục đích
Tính toán, thiết kế thiết bị xử lý nhiệt - ẩm hạt điều thô năng suất 3 tấn/giờ.
4. Nội dung chính
a. Tìm hiểu lý thuyết về hạt điều thô.
b. Khảo nghiệm thiết bị xử lý nhiệt - ẩm hạt điều thô năng suất 1 tấn/giờ tại
công ty TNHH Nam Long.
c. Tính toán, thiết kế thiết bị xử lý nhiệt - ẩm hạt điều thô năng suất 3
tấn/giờ.
5. Kết quả
Thiết kế thiết bị xử lý nhiệt - ẩm hạt điều thô năng suất 3 tấn/giờ.
iii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................ii
MỤC LỤC ...................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC BẢNG. .........................................................................................vii
Chương 1 ......................................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
Chương 2. ........................................................................................................................ 3
TỔNG QUAN.................................................................................................................. 3
2.1. Tra cứu tài liệu. ......................................................................................................... 3
2.1.1. Tìm hiểu về cây điều ở Việt Nam.......................................................................... 3
2.1.2. Sản lượng hạt điều mỗi năm. ................................................................................. 3
2.1.3. Cấu tạo thành phần hạt điều. ................................................................................. 3
2.1.4. Giá trị sử dụng hạt điều thành phẩm. .................................................................... 4
2.1.5. Dầu vỏ điều............................................................................................................ 5
2.2. Sơ lược về lý thuyết sấy. .......................................................................................... 9
2.2.1. Các khái niệm cơ bản. ........................................................................................... 9
2.2.2 Cơ sở lý thuyết sấy. .............................................................................................. 10
2.3. Cơ sở tính toán, thiết kế thiết bị xử lý nhiệt - ẩm hạt điều thô. .............................. 16
2.3.1. Máy sấy thùng quay............................................................................................. 16
2.3.2. Nguyên lý hoạt động. .......................................................................................... 17
2.3.3. Cơ sở tính toán, thiết kế thiết bị xử lý nhiệt - ẩm hạt điều thô. ........................... 17
2.3.4. Tính toán lò đốt. .................................................................................................. 20
2.4. Tính thiết bị phụ trợ. ............................................................................................... 23
2.4.1. Quạt. .................................................................................................................... 23
2.4.2. Xyclon: ................................................................................................................ 24
2.4.3. Tính toán bộ phận cấp và thoát liệu: ................................................................... 26
Chương 3. ...................................................................................................................... 29
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ........................................................................ 29

3.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: ........................................................................ 29
3.2. Phương pháp thiết kế máy. ..................................................................................... 29
3.3. Dụng cụ và thiết bị đo: ........................................................................................... 29
iv


Chương 4. ...................................................................................................................... 32
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. ...................................................................................... 32
4.1. Giới thiệu thiết bị khảo nghiệm: ............................................................................. 32
4.2. Nguyên lý làm việc:................................................................................................ 33
4.3. Khảo nghiệm thiết bị xử lý nhiệt- ẩm hạt điều thô năng suất 1 tấn/giờ tại Công ty
TNHH Nam Long: ......................................................................................................... 34
4.3.1 Mục đích: .............................................................................................................. 34
4.3.2 Cách thức tiến hành: ............................................................................................. 34
4.3.3 Kết quả khảo nghiệm: ........................................................................................... 34
4.4. Tính toán thiết kế thiết bị xử lý nhiệt- ẩm hạt điều thô năng suất 3 tấn/h. ............. 37
4.4.1. Các dữ kiện thiết kế: ............................................................................................ 37
4.4.2. Chọn mô hình máy thiết kế: ................................................................................ 37
4.4.3. Tính toán lựa chọn kích thước thùng quay: ......................................................... 39
4.4.4. Thiết kế cánh đảo bên trong thùng sấy: ............................................................... 42
4.4.5. Tính toán bộ phận đỡ cho thùng sấy: .................................................................. 43
4.4.6. Tính công suất của máy sấy thùng quay: ............................................................ 44
4.4.7 Tính nhiệt cần thiết cho quá trình sấy: ................................................................. 44
4.5. Tính toán lò đốt: ..................................................................................................... 51
4.6. Tính toán chọn quạt: ............................................................................................... 53
4.7. Lựa chọn xyclon: .................................................................................................... 55
4.8. Tính toán bộ phận cấp và thoát liệu: ...................................................................... 56
Chương 5. ...................................................................................................................... 61
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. .......................................................................................... 61
5.1. Kết luận................................................................................................................... 61

5.2. Đề nghị. .................................................................................................................. 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................
PHỤ LỤC ..........................................................................................................................

v


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Quả điều và nhân điều.
Hình 2.2: Sơ đồ chế biến hạt điều.
Hình 2.3: Phương pháp chao dầu.
Hình 2.4: Máy hấp điều.
Hình 3.1: Dụng cụ đo nhiệt độ bằng tia hồng ngoại.
Hình 3.2: Dụng cụ đo ẩm độ.
Hình 3.3: Dụng cụ đo tốc độ gió và ẩm độ môi trường.
Hình 4.1: Thiết bị xử lý nhiệt ẩm hạt điều thô 1 tấn/giờ.
Hình 4.2: Biểu đồ khảo nghiệm.
Hình 4.3: Thiết bị xử lý nhiệt ẩm dạng thùng quay.
Hình 4.4: Bảng vẽ chi tiết thùng quay.
Hình 4.5: Bố trí cánh nâng đổ.
Hình 4.6: Khung đỡ.
Hình 4.7: Lò đốt.
Hình 4.8: Xyclon.
Hình 4.9: Bộ phận cấp liệu.
Hình 4.11 – Tiết diện thùng quay
Hình 4.10 – Bảng vẽ lắp.

vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG.
Bảng 2.1: Hệ số ảnh hưởng đến dòng khí.
Bảng 2.2: Bảng lựa chọn thông số cho lò đốt.
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của xyclon liot
Bảng 4.1: Kết quả khảo nghiệm.

vii


Chương 1
MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp nói chung, trong thời gian qua
xuất khẩu những sản phẩm từ các cây công nghiệp như: cà phê, cao su….và đặc biệt là
sản phẩm từ cây điều cũng rất quan trọng. Ở nước ta, cây điều được xếp thứ tư trong
số các cây công nghiệp có sản phẩm xuất khẩu cao vùng đất khô cằn nên rất phù hợp
với nhiều vùng đất có thời tiết khắc nghiệt của nước ta. Cây điều dễ sống hơn so với
nhiều loại cây trồng khác, có thể tồn tại và phát triển được ở những vùng đất khô cằn
nên rất phù hợp với nhiều vùng đất có thời tiết khắc nghiệt của nước ta.
Để đáp ứng các yêu cầu về xử lý hạt điều thô, hiện nay trên thị trường tồn tại hai
phương pháp chính là: phương pháp rang trong dầu vỏ và hấp bằng hơi bão hòa.
Phương pháp rang trong dầu vỏ với nhiệt độ cao 180 ÷ 2200C, thời gian xử lý nhiệt ẩm
hạt điều nhanh 2 ÷ 3 phút, chất lượng nhân điều do phương pháp rang tạo ra rất tốt và
đẹp. Nhưng có một yếu điểm đã làm cho phương pháp rang bị phản ảnh rất nhiều, đó
là gây ô nhiễm đến môi trường do khói thải ra trong quá trình rang. Phương pháp hấp
bằng hơi nước có tốt hơn, không ô nhiễm môi trường. Sử dụng hơi nước ở nhiệt độ
120 ÷ 1350C để xử lý nhiệt ẩm hạt điều, thời gian lưu hạt điều lâu hơn 20 ÷ 30 phút. Vì
vậy chất lượng nhân do phương pháp này tạo ra kém hơn phương pháp rang, chất
lượng nhân điều xuất khẩu không đạt được loại tốt nhất. Để khắc phục những nhược
điểm đó, đã có đề tài nghiên cứu một phương pháp mới là dùng nhiệt của khói lò để xử

lý nhiệt ẩm hạt điều thô trong thiết bị thùng quay. Phương pháp này kế thừa từ hai
phương pháp trước đó là: dùng nhiệt độ cao 180 ÷ 3000C, thời gian xử lý hạt điều
khoảng 3 ÷ 10 phút từ phương pháp rang và cách trao đổi nhiệt từ phương pháp hấp.
Với những nghiên cứu ở trên và được sự đồng ý của BCN khoa Cơ Khí – Công
Nghệ trường ĐH Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của TS Lê
Anh Đức và dựa vào kết quả khảo nghiệm thiết bị xử lý nhiệt - ẩm hạt điều thô năng
suất 1 tấn/giờ tại công ty TNHH Nam Long chúng tôi thực hiện đề tài: “TÍNH TOÁN,
THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ NHIỆT - ẨM HẠT ĐIỀU THÔ NĂNG SUẤT 3

1


TẤN/GIỜ” nhằm nâng cao năng suất, cải tiến công nghệ, đáp ứng các yêu cầu thực
thực tiễn trong sản suất hướng đến giảm giá thành sản phẩm.
Do thời gian thực hiện đề tài ngắn, cùng với khả năng còn hạn chế nên đề tài khó
tránh khỏi sai sót mặc dù đã cố gắng tìm tòi, học hỏi từ thầy cô và bạn bè. Kính mong
quí thầy cô và các bạn sinh viên nhiệt tình đóng góp ý kiến cho đề tài được hoàn thiện
hơn.

 

2


Chương 2.
TỔNG QUAN.
2.1. Tra cứu tài liệu.
2.1.1. Tìm hiểu về cây điều ở Việt Nam.
Điều là cây ăn quả lâu năm, tên khoa học là anacardium occidentale, thuộc họ
anacardiceae, tên tiếng Anh là cashew-nut, ngoài ra còn có tên là “đào lộn hột”.

Ở Việt Nam cây điều đã được trồng từ rất lâu, từ trước năm 1959 cây điều đã
được trồng ở Bình Phước và tới năm 1970 – 1974 ở Bình Phước đã có vài cơ sở công
nghiệp chế biến hạt điều. Từ năm 1990 cây điều đã thật sự phát triển và được trồng
rộng rãi trên khắp cả nước. Hiện nay Việt Nam có trên 319.400 ha điều và có trên 200
nhà máy chế biến và xuất khẩu nhân điều với hơn 200.000 công nhân và 800.000
người dân tham gia trồng điều. Trong đó tỉnh Bình Phước được mệnh danh là “thủ phủ
của điều“ với diện tích khoảng 200.000 ha, chiếm 45% diện tích cả nước và hàng trăm
nhà máy chế biến điều.
2.1.2. Sản lượng hạt điều mỗi năm.
Trong 32 nước xuất khẩu hạt điều đứng đầu thế giới, Việt Nam luôn đứng trong
tốp 3 nước đứng đầu. Từ năm 2006 tới nay, Việt Nam đã vượt qua Ấn Độ để trở thành
nước xuất khẩu điều nhân số 1 thế giới. Kim ngạch xuất khẩu không ngừng tăng
trưởng, năm 2006 đạt 504 triệu USD, năm 2007 đạt 651 triệu USD, năm 2008 đạt 920
triệu USD, năm 2009 đạt 850 triệu USD, năm 2010 đạt 1 tỷ USD. Theo dự báo năm
2011 kim ngạch xuất khẩu điều ở nước ta sẽ đạt 1,5 tỷ USD.
Năng suất trung bình đạt 1 – 2 tấn/ha. Năm 2011 đạt năng suất 190.000 tấn.
2.1.3. Cấu tạo thành phần hạt điều.
Hạt điều thô có hình quả thận, cấu tạo gồm lớp vỏ dày, cứng bao bọc nhân bên
trong. Phần vỏ hạt điều cấu tạo gồm 3 lớp: lớp ngoài cùng là lớp vỏ dai, lớp giữa là lớp
vỏ xốp, lớp trong cùng là lớp vỏ mịn và nhân.

3


Thông thường hạt điều có kích thước: dài 2,5 – 3,5 cm, rộng 1,8 – 2,0 cm, dày 1
– 1,5 cm, nặng 5 – 6 g, khi tươi có màu xanh nhạt.
- Trọng lượng thể tích trung bình của hạt điều thô từ 590 đến 650 kg/cm3.
- Góc ma sát với thép trung bình bằng 350C (với ẩm độ trung bình của hạt là
20%).
- Độ cầu của hạt từ 68 ÷ 70%.

- Độ rỗng trung bình của khối hạt điều 0,42.
Thành phần cấu tạo của hạt điều thô:
- Nhân: 20 – 25 %.
- Dầu vỏ: 18 – 23%.
- Vỏ lụa: 2 – 5%.
- Vỏ cứng: 45 – 50%.

Hình 2.1: Quả điều và nhân điều.
2.1.4. Giá trị sử dụng hạt điều thành phẩm.
Ngày nay nhân hạt điều thành phẩm được sử dụng rộng rãi trong chế biến nhiều
loại thức ăn vì hạt điều thơm ngon bổ dưỡng và có giá trị sử dụng cao. Hạt điều có giá
trị dinh dưỡng cao và rất tốt cho những người bị bênh tim mạch, tiểu đường và những
người ăn kiêng.

4


Nhân điều là sản phẩm được giao dịch chủ yếu trên thị trường quốc tế. Nhân điều
có giá trị dinh dưỡng cao, thành phần chủ yếu: 45÷46% chất béo, 15÷20% chất đạm và
20÷25% chất đường bột. Tuy tỉ lệ chất béo, đạm và đường bột của nhân điều gần
giống với nhân đậu phộng nhưng chất lượng của chúng khác nhau, nhân điều chứa
nhiều chất béo không no và giàu axit amin hơn nhân đậu phộng.
Nhân điều giàu đạm, Ca, P hữu cơ, các axit béo không no, các vitamin B1, B2, D,
E, PP vì vậy nhân điều giàu dinh dưỡng nhưng dễ tiêu, thích hợp ngay với cả chế độ
ăn kiêng.
Trong thành phần chất đạm của nhân điều hầu như có đầy đủ các axit amin không
thể thay thế được với con người tương tự như trứng, thịt, sữa. Về mặt cung cấp năng
lượng, nhân điều vượt xa so với ngũ cốc, thịt và hoa quả; nhân điều: 6000 kcal/kg, ngũ
cốc: 3600 kcal/kg, thịt: 1800 kcal/kg, quả: 650 kcal/kg.
2.1.5. Dầu vỏ điều.

Dầu vỏ điều có màu nâu hơi đỏ có tính độc hại với da người, rất đặc, dính, mùi
rất hăng. Dầu vỏ điều không khô trong không khí ngay cả khi để trong thời gian dài
vài năm vận không có dấu hiệu khô nào. Thành phần hóa học của dầu vỏ thay đổi theo
phương pháp chiết xuất và nhiệt độ sử dụng. Hai thành phần chính là axit anacardic
(khoảng 90%) và cardol, là một dẫn xuất của phenol. Công dụng của dầu vỏ điều rất
nhiều và có giá trị cao như.
Polime hóa có hoặc thêm phenol để chế vecni, sơn chống thấm, làm thuốc
nhuộm, cách điện, nhựa ép, má phanh ôtô và bộ ly hợp trong các động cơ.
Polime với furfurol để làm sơn chống ăn mòn hóa học, sơn chịu nhiệt.
Thêm este để chế các chất cố định mùi, làm hương liệu, mỹ phẩm, làm dung môi
đặc biệt, thuốc trừ sâu.
Thêm phenolic chế xi măng đặc biệt, làm ruy băng, sơn cách điện.

5


Nhiều nhà nghiêng cứu cho rằng cho đến nay chưa có dầu thực vật nào so được
với dầu vỏ điều về phương diện nhiều công dụng và những ứng dụng có tầm quan
trọng đặc biệt là trong công nghiệp.
2.1.6. Tìm hiểu các phương pháp xử lý hạt điều thô.
Quy trình chế biến hạt điều gồm các khâu chính.

                

Hình 2.2: Sơ đồ chế biến hạt điều thô.

Trong qui trình chế biến hạt điều thô thì khâu xử lý nhiệt cho vỏ hạt điều trước
khi đem tách vỏ cứng là quan trọng nhất, ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm.
Vì vậy, người ta thường căn cứ trên khâu xử lý nhiệt để phân loại phương pháp chế
biến. Hiện nay, có hai phương pháp chủ yếu được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam là:

chao dầu và hấp.
Phương pháp chao dầu (rang trong dầu vỏ): hạt điều đã được ẩm hóa được đưa
vào thùng có chứa dầu vỏ CNSL (Cashew nut shell liquid) đã được gia nhiệt tới 180 ÷
2000C. Thời gian hạt điều nằm trong dầu kéo dài từ 1 ÷ 3 phút tùy thuộc kích cỡ hạt.

6


Trong quá trình chao dầu vỏ hạt phồng lên, nứt, dầu trong hạt chảy ra. Sau khi chao
dầu, hạt được đưa qua máy ly tâm vẩy để làm hết dầu vỏ dính trên bề mặt vỏ hạt, để
hạt điều chao ra có chất lượng tốt cần đảm bảo các thông số kỹ thuật sau:
Độ ẩm của hạt khi đưa vào chao 15 ÷ 18 %.
Dầu CNSL dùng để chao phải có chất lượng tốt, không lẫn tạp chất cơ học.
Nhiệt độ chao giữ ở 180 ÷ 2000C, thời gian chao 1 ÷ 3 phút tùy theo kích cỡ và
độ Ẩm của hạt đưa vào chao.
Tuy vậy các thông số này tác động qua lại với nhau nên cần điều chỉnh và phối
hợp một cách hợp lý trong khi chao dầu thì mới thu được sản phẩm tốt.
Ưu điểm:
- Thu hồi được dầu vỏ (ít nhất 50 % lượng dầu trong vỏ), chất lượng sản phẩm
nhân thu được cao.
- Chao dầu có thể dùng thủ công (nhúng từng mẻ) hoặc cơ giới hóa.
Nhược điểm:
- Năng suất không cao.
- Ô nhiễm môi trường do lượng khí thải trong khi chao thải ra và lượng nước
thải ra môi trường khi xử lý nhiệt ẩm trước khi đem vào chao. Chính vì vậy năm 2000
các công ty chế biến hạt điều bất đầu chuyển sang công nghệ hấp.

Hình 2.3: Phương pháp chao dầu.
7

Phương pháp hấp: là phương pháp dùng hơi nước ở 1000C (áp suất thường) hoặc
hơi nước ở nhiệt cao 1700C (áp suất > 8kg/cm2) làm cho vỏ điều phồng lên tạo ra một
khoảng hở giữa vỏ và nhân để cắt bóc vỏ lấy nhân được dễ dàng. Thời gian hấp tùy
thuộc vào độ ẩm và kích cỡ của hạt có thể kéo dài từ 30 – 45 phút.
Ưu điểm:
- Tỷ lệ sản phẩm nhân trắng cao hơn phương pháp chao dầu.
- Môi trường không bị ô nhiễm do không có hơi dầu CNSL bốc ra.
- Thiết bị đơn giản, chi phí thấp phù hợp với các cơ sở sản xuất nhỏ.
Nhược điểm:
- Năng suất lớn thì đầu tư tốn kém. Chỉ phù hợp với sản xuất nhỏ.

Hình 2.4: Máy hấp điều.
2.1.7. Ứng dụng phương pháp xử lý nhiệt ẩm hạt điều thô.
Trên cơ sở nguyên cứu lý thuyết về các phương pháp xử lý hạt điều thô hiện nay,
đã có đề tài nghiên cứu một phương pháp mới là dùng nhiệt của khói lò để xử lý nhiệt
ẩm hạt điều thô. Khi thùng quay, hạt điều được cấp liên tục vào đầu cao của thùng và
ra từ đầu thấp, thời gian hạt điều ở trong thùng khoảng từ 3 ÷ 10 phút, phương pháp
này không ảnh hưởng đến môi trường cho năng suất cao và cũng đơn giản hơn phương
8


pháp hấp. Đây là một phương pháp mới khắc phục được các yếu điểm của các phương
pháp trước đó và tạo cho dây chuyền sản xuất có được năng suất cao nhờ vào khả năng
sấy liên tục của thiết bị.

2.2. Sơ lược về lý thuyết sấy.
2.2.1. Các khái niệm cơ bản.
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy nhờ tác nhân sấy. Tác nhân sấy có
thể là không khí, khói lò, hơi quá nhiệt hoặc một số dịch thể lỏng như dầu mỏ hoặc

thực vật.
Vật liệu ẩm: những vật đem đi sấy phải có chứa một lượng ẩm nhất định. Trong
quá trình sấy, chất lỏng bay hơi, độ ẩm của nó giảm đi. Trạng thái của vật liệu ẩm
được xác định bởi độ ẩm của nó.
Ẩm độ của vật liệu là yếu tố quan trọng quyết định thời gian sấy và bảo quản vật
liệu.
Ẩm độ của vật liệu được định nghĩa.

                                         Khối lượg nước trong hạt
Ẩm độ (%) =

(2-1)

Khối lượng hạt điều khô + nước

Ẩm độ cân bằng của vật liệu là mức ẩm độ mà tại đó vật liệu không hút và không
nhả ẩm. Ẩm độ cân bằng của mỗi loại vật liệu sẽ khác nhau và thay đổi tùy thuộc vào
nhiệt độ và ẩm độ tương đối của không khí xung quanh nó.
Tác nhân sấy: là chất tách ẩm từ vật liệu sấy và mang ẩm ra môi trường. Tác
nhân sấy phổ biến là không khí ẩm và khói lò.
Không khí ẩm là một hỗn hợp của không khí khô và hơi nước.
Khói lò được tạo ra khi đốt các loại nhiên liệu như than đá, củi, dầu nặng… khói
lò có thể là nguồn cung cấp nhiệt gián tiếp để đốt nóng tác nhân sấy hoặc dùng làm tác
9


nhân sấy trực tiếp. Thành phần của khói lò bao gồm khói khô và hơi nước. Vì vậy, với
tư cách là một tác nhân sấy, ta có thể xem khói lò như một dạng nào đó của không khí
ẩm.
Phương pháp sấy có nhiều phương pháp sấy: sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bức

xạ…
Sấy đối lưu: không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt
độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động bao quanh vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy
bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy.
Tác nhân sấy có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng
chuyển động của vật liệu sấy. Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ hoặc liên tục.
Chế độ sấy: được hiểu đơn giản là tổ chức quá trình truyền nhiệt, truyền chất giữa
tác nhân sấy với vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất hệ thống sấy
theo yêu cầu, chất lượng sản phẩm tốt, chi phí vận hành, chi phí năng lượng hợp lý.
Chế độ sấy trong hệ thống sấy bao gồm các yếu tố: nhiệt độ tác nhân sấy khi đi
vào thiết bị sấy và khi ra khỏi thiết bị sấy, tốc độ tác nhân sấy.
Chọn chế độ sấy phụ thuộc vào sự làm việc của thiết bị và các tính chất của vật
liệu sấy.
Thời gian sấy phụ thuộc vào loại vật liệu sấy, hình dáng kích thước hình học của
vật liệu, ẩm độ đầu và cuối của vật liệu, loại thiết bị sấy, phương pháp cấp nhiệt, chế
độ sấy.
2.2.2 Cơ sở lý thuyết sấy.
Tra cứu tài liệu từ Hội nghị chuyên đề quốc tế khu vực Châu Á Thái Bình Dương
lần thứ bảy về sử dụng chất đốt và năng lượng, từ ngày 15-17/12/2004 tại Hồng Kông,
trong bài “lò đốt sinh khối dùng trong công nghiệp hạt điều” của tác giả H.S.Couto1,
J.B.F.Duarte and D..Bastos-Netto, thành phần sử dụng của vỏ hạt điều:
1- carbon (C):

46,08 %

2- hydrogen (H):

3,88 %
10

3- nitrogen (N):

0,21 %

4- sulphur (S):

0%

5- humidity (W):

8,85 %

6- ashes (A):

2,00 %

7- oxygen (O):

38,98 %

Nhiệt trị cao của nhiên liệu:
Qc = 19800.(1-a), kJ/kg nhiên liệu.

(2-2)

Trong đó: a – là thành phần ẩm của vỏ điều %.
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu:
Qt = Qc – 2500.(9.H + A ), kJ/kg nhiên liệu.

(2-3)

Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1kg vỏ điều:
L0 = 5,96.(1 - a), kg kk/kg nhiên liệu.

(2-4)

Hệ số không khí thừa:


19800.(1  a ). bđ  C nl .t nl  1  0,451.(1  a )i1  0,431.(1  a ).C pk .t1
5,96.(1  a ).d 0 .(i1  i01 )  C pk .(t1  t 0 )

Với: ηbđ - hiệu suất buồng đốt %.
Cnl - (kJ/kg.K) là nhiệt dung riêng của điều.
tnl - nhiệt độ nhiên liệu 0C.
i1 - entanpy của hơi nước ứng với nhiệt độ t1 0C.
i01 - entanpy của hơi nước ứng với nhiệt độ t0 0C.
Cpk - nhiệt dung riêng của khói khô (kJ/kg.K).
Lượng khói khô sau buồng hòa trộn:
11



. (2-5)


Lk  (0,431  5,96. ).(1  a) , kg kk/kg nhiên liệu.

(2-6)

Lượng chứa ẩm d1 của khói trước khi đi vào thùng sấy.

d1 

 .d 0 

0,0921  0,075.a
1 a
, kg ẩm/ kg kk.
0,072  

(2-7)

Entanpy I1 của khói trước khi vào thùng sấy:
Qc . bđ  Cnl .t nl   .L0 .I 0
, kJ/kg kk.
Lk

I1 

(2-8)

Lượng chứa ẩm d2 của khói sau quá trình sấy lý thuyết:
d2 

I1  1,004.t 2
, kg ẩm/ kg kk.
2500  1,842.t 2

Entanpy I2 của khói sau khi ra khỏi thùng sấy: I2 = I1

(2-9)
(2-10)

Lượng ẩm bốc hơi từ sản phẩm sấy trong 1 giờ:
W  m1 .

W1  W2
W  W2
, kg ẩm/h.
 m2 . 1
100  W2
100  W1

(2-13)

Trong đó: m1 - khối lượng vật liệu đưa vào sấy (kg/h).
m2 - khối lượng vật liệu sau khi sấy (kg/h).
W1, W2 - ẩm độ vật liệu trước và sau khi sấy (%).
Lượng tác nhân sấy lý thuyết:
l

1
, kg kk/kg ẩm.
d2  d0

(2-14)

Với: d0 – hàm lượng ẩm ban đầu của không khí trước khi được nung nóng (kg

H2O/ kg kkk).

12


d2 – hàm lượng ẩm của không khí sau khi sấy (kg H2O/ kg kkk).
Lượng không khí cần thiết tiêu tốn trong 1giờ:
L = ΔW.l , kg kk/h.

(2-15)

Tính toán nhiệt thùng sấy.
Nhiệt dung riêng của điều ra khỏi thùng sấy Cnl2:
C nl 2  C nl .(1  W2 )  C a .W2 , kJ/kg.K.

(2-16)

Trong đó: Cnl, (kJ/kg.K) - là nhiệt dung riêng của điều.
Ca, (kJ/kg.k) - là nhiệt dung riêng của ẩm.
W2 - ẩm độ vật liệu sau khi sấy (%).
Khi đó, tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:
QV  G2Cnl 2 (t 2  t 0 ) , kJ/h.

(2-17)

Với: G2 – khối lượng vật liệu sau khi sấy (kg).
qv 

Qv
, kJ/kg ẩm.

W

(2-18)

Trong đó: ΔW – lượng ẩm bốc hơi từ sản phẩm trong 1h (kg ẩm/h).
Tổn thất ra môi trường:
Tốc độ tác nhân sấy lý thuyết w0:
w0 

Vtb
, m/s.
Ftd

(2-19)

Với: Vtb – lưu lượng thể tích trung bình của quá trình sấy (m/s).
Ftd – tiết diện tự do của thùng sấy, tiết diện tự do của thùng sấy có thể tính
gần đúng bằng:

13


Ftd  (1   ).Fts 

(1   ). .D 2
, m2.
4

(2-20)

Trong đó: β – là hệ số điền đầy (%).
D – đường kính thùng sấy (m).
Tính mật độ dòng nhiệt:
Nhiệt độ dịch thể nóng trong trường hợp này là nhiệt độ trung bình của tác nhân
sấy vào và ra khỏi thùng sấy:
t f 1  0,5.(t1  t 2 ) .

(2-21)

Trong đó: t1 – nhiệt độ tác nhân sấy đi vào thùng sấy (0C).
t2 – nhiệt độ tác nhân sấy đi ra khỏi thùng sấy (0C).
Nhiệt độ dịch thể lỏng:
t f 2  t0 .

(2-22)

Với t0 – là nhiệt độ môi trường (0C).
Khi thùng sấy thỏa mãn quan hệ D2/D1 < 2 nên có thể xem trao đổi nhiệt đối lưu
giữa tác nhân sấy và môi trường qua vách phẳng.
Phía trong thùng sấy là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức với tốc độ tác nhân giả
w. Khi đó hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa tác nhân sấy với bề mặt trong
của thùng sấy tính theo công thức:
Khi w > 5m/s: 1  7,5.w0,78 W / m 2 .K .h .
w < 5m/s: 1  6,15  4,17.w

W / m 2 .K .h

Như vậy mật độ dòng nhiệt sẽ phải thỏa mãn các đẳng thức: q1  q 2  q3 trong
đó:

14


q1   1 .(t f 1  t w1 )


.(t w1  t w 2 )

q3   2 .(t w 2  t f 2 )

q2 

(2-23)

Trao đổi nhiệt từ mặt ngoài thùng đến không khí bên ngoài là đối lưu tự nhiên
chảy rối với hệ số trao đổi nhiệt α2.
 2  1,715.(t w 2  t f 2 ) 0,333 .

(2-24)

Trong đó: tw2 – là nhiệt độ mặt ngoài của thùng sấy (0C).
tw1 – là nhiệt độ mặt trong của thùng sấy (0C).
tf2 – là nhiệt độ dịch thể lỏng (0C).
tf2 – là nhiệt độ dịch thể nóng (0C).
α1 – hệ số trao đổi nhiệt mặt trong thùng sấy W/m.K.
α2 – hệ số trao đổi nhiệt mặt ngoài thùng sấy W/m.K.
δ – chiều dày thùng sấy, mm. Có hệ số dẫn nhiệt λ = 71,58 W/mK.
Tổn thất ra môi trường:
Qmt = 3,6.q.F, kJ/kg.

(2-25)

Trong đó: q – mật độ dòng nhiệt W/m2.
F – diện tích bao quanh thùng sấy (m2). Vì chúng ta tính truyền nhiệt
qua thành thùng sấy như là truyền nhiệt qua vách phẳng, do đó diện tích bao quanh
thùng sấy bằng diện tích phần hình trụ tính theo đường kính trung bình.
F   .Dtb .L  2.

Trong đó: D

tb



 .Dtb
4

D1  D
2

2

, m2.

(2-26)

– đường kính trung bình của thùng sấy (m). (2-27)

L – chiều dài thùng sấy (m).
15

qmt 

Qmt
, kJ/kg ẩm.
W

(2-28)

Tổng tổn thất nhiệt.
Qt = Qv + Qmt , kJ/kg.
qv + qmt =

(2-29)

Qmt  Qv
, kJ/kg ẩm.
W

(2-30)

Nhiệt lượng có ích:
q1 = i2 – Ca. t1v , kJ/kg ẩm.

(2-31)

Với: i2 – entanpy của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy (kJ/kg kk).
t1v – nhiệt độ vật liệu sấy (0C). tnl = t0.
Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi.

q2 = l.Cdx(d0).(t2 – t0) , kJ/kg ẩm.
Trong đó: Cdx(d0) = Cpk + Cpa.do.

(2-32)
(2-33)

l – lượng tác nhân sấy lý thuyết, kg kk/kg ẩm.
Tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất:
q, = q1 + q2 + qv + qmt , kJ/kg ẩm.

(2-34)

2.3. Cơ sở tính toán, thiết kế thiết bị xử lý nhiệt - ẩm hạt điều thô.
2.3.1. Máy sấy thùng quay.
Máy sấy thùng quay thường được sử dụng để sấy hạt, cục nhỏ.
Cấu tạo chính của hệ thống máy sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn
được đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc nhỏ α (20 ÷ 60), thùng sấy
quay với tốc độ (3 ÷ 15) vòng/phút thông qua cơ cấu truyền động. Thùng sấy được đỡ
trên các con lăn.

16


Để tăng cường quá trình đảo trộn và quá trình trao đổi nhiệt và ẩm giữa vật liệu
sấy với tác nhân sấy, người ta bố trí trong thùng sấy các cánh đảo trộn hoặc nâng đổ.
2.3.2. Nguyên lý hoạt động.
Vật liệu sấy theo máng cấp liệu vào thùng sấy cùng với tác nhân sấy là hỗn hợp
khói lò và không khí. Thùng sấy quay nhờ bộ truyền động. Khi thùng sấy quay tròn,
vật liệu sấy vừa bị xáo trộn nhờ các cánh trộn bên trong thùng sấy, vừa chuyển động từ
đầu nạp đến đầu xả của thùng sấy (sấy liên tục). Trong quá trình này vật liệu sấy và tác

nhân sấy trao đổi nhiệt và ẩm cho nhau. Vật liệu sấy đi hết chiều dài thùng sấy được
sấy khô xuống độ ẩm yêu cầu và được đưa ra ngoài nhờ cơ cấu tháo liệu. Tác nhân sấy
đi qua xyclon để thu hồi bụi, một phần tác nhân sấy được hồi lưu lại để hòa trộn và
một phần thải ra môi trường.
2.3.3. Cơ sở tính toán, thiết kế thiết bị xử lý nhiệt - ẩm hạt điều thô.
Thời gian lưu vật liệu trong thùng.


30.L.K .m
, (s).
 .R.n.tg

(2-35)

Với: L - chiều dài thùng, m.
n - số vòng quay của thùng, vòng/phút.
β - góc nghiêng thùng, độ.
R - bán kính thùng, m.
K - hệ số ảnh hưởng đến dòng khí.
m - hệ số ảnh hưởng đến dạng cánh.

17