TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY SẤY LÚA TẦNG SÔI NĂNG SUẤT 100KGH.

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY SẤY LÚA
TẦNG SÔI NĂNG SUẤT 100KG/H.

Họ và tên sinh viên: TRẦN NGỌC PHÚC
Ngành: CƠ KHÍ CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN NSTP
Niên khóa: 2009 – 2013

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6/2013


TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY SẤY LÚA TẦNG SÔI
NĂNG SUẤT 100KG/H.

Tác giả

Trần Ngọc Phúc

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu bằng kỹ sư ngành Cơ khí Chế Biến Bảo
Quản Nông Sản Thực phẩm.

Giáo viên hướng dẫn:
TS Bùi Ngọc Hùng

Tháng 06 năm 2013

i

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu học tập tại Khoa Cơ Khí – Công Nghệ, Trường Đại Học
Nông Lâm Tp. HCM, được sự giúp đỡ quý báu của các thầy giáo, cô giáo và bạn bè
đồng nghiệp, Em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp “ Tính toán, thiết kế, chế tạo mô
hình máy sấy lúa tầng sôi năng suất 100kg/h”.
Cho phép em được bày tỏ lời cảm ơn đến thầy giáo T.S Bùi Ngọc Hùng và thầy
T.S Nguyễn Như Nam, anh Bùi Công Sơn đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em, đồng
thời cám ơn các thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng học tập nghiên cứu, song do thời gian có hạn và
phương pháp nghiên cứu còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót.
Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và những ai quan tâm đến đề tài
này, để đồ án được hoàn thiện .

ii


TÓM TẮT
Nước ta là nước nhiệt đới gió mùa thuận lợi cho việc trồng lúa nước. Mỗi năm, dân ta
thu hoạch 2 vụ mùa chính là : Hè Thu, Đông Xuân. Thời tiết mùa vụ Hè Thu mưa
nhiều, ẩm độ cao , cho nên việc lưu trữ gạo hết sức khó khăn.Và như chúng ta đã biết,
sản phẩm lúa tươi có ẩm độ rất cao ( từ 26-30%) nên không thể bảo quản , lưu trữ lâu
được.Máy sấy tầng sôi ra đời như một nhu cầu thiết yếu đáp ứng mong mỏi của những
người trồng lúa nhằm mục đích sấy khô để sản phẩm có thể được bảo quản lâu hơn,
không bị nảy mầm, chất lượng hạt vẫn được đảm bảo.Sấy là một nhu cầu cần thiết để
làm khô nông sản thực phẩm.Nhưng vấn đề được đặt ra là sấy như thế nào để sản
phẩm đạt được kết quả tốt nhất, đáp ứng được những nhu cầu về sấy. Trên cơ sở đó,
em đã tiến hành “TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY SẤY
LÚA TẦNG SÔI VỚI NĂNG SUẤT 100 KG/H”.

Mục đích:
-

Lúa sau khi đi qua máy sấy tầng sôi có ẩm độ được giảm từ 28% xuống 22%.

-

Giữ được chất lượng của hạt sau khi sấy.

Kết quả:
-

Ẩm độ sản phẩm sau khi sấy là 22%.

-

Đã lựa chọn mô hình máy sấy tầng sôi liên tục

-

Tính toán, thiết kế, lựa chọn các bộ phận chính của máy sấy ( quạt, buồng sấy,
cyclone)

-

Hoàn thành công việc chế tạo mô hình buồng sấy tầng sôi .

Thời gian thực hiện :
-

Từ tháng 04 /2013 đến tháng 06 /2013.

Địa điểm thực hiện:
-

Xưởng thực hành bộ môn máy sau thu hoạch - Khoa Cơ khí – Đại Học Nông
Lâm TP.HCM

iii


DANH SÁCH BẢNG 
BẢNG 2.1 : CÁC HỆ SỐ CỦA ỐNG THẲNG ĐỨNG.
BẢNG 2.2 : CÁC HỆ SỐ CỦA ỐNG NẰM NGANG.
BẢNG 2.3 : HỆ SỐ TỎA NHIỆT.
BẢNG 2.4 : HỆ SỐ DẪN NHIỆT.
BẢNG 4.1 : CÂN BẰNG NHIỆT VÀ HIỆU SUẤT BUỒNG SẤY.

iv


DANH SÁCH HÌNH
HÌNH 2.1 : CẤU TẠO HẠT LÚA
HÌNH 2.2 : MÁY SẤY TĨNH VĨ NGANG.
HÌNH 2.3 : SƠ ĐỒ CẤU TẠO MÁY SẤY TĨNH VĨ NGANG.
HÌNH 2.4 : SƠ ĐỒ CẤU TẠO MÁY SẤY SRR-1.
HÌNH 2.5 : MÁY SẤY THÁP VÀ SƠ ĐỒ CẤU TẠO.
HÌNH 2.6 : MÁY SẤY TRỐNG QUAY.
HÌNH 2.7 : ĐỒ THỊ I -d
HÌNH 2.8 : SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN NHIỆT.

HÌNH 4.1 : NGUYÊN LÝ MẤY SẤY TẦNG SÔI.
HÌNH 4.2 : ĐẶC TÍNH CỦA LỚP HẠT KHI THAY ĐỔI VẬN TỐC KHÍ.
HÌNH 4.3 : MÁY SẤY TẦNG SÔI MẺ.
HÌNH 4.4 : MÁY SẤY TẦNG SÔI TRỘN.
HÌNH 4.5 : MÁY SẤY TẦNG SÔI RUNG.
HÌNH 4.6 : MÁY TẠO HẠT TẦNG SÔI.
HÌNH 4.7 : MÁY SẤY TẦNG SÔI CÁNH KHUẤY.
HÌNH 4.8 : MÁY SẤY TẦNG SÔI LY TÂM
HÌNH 4.9 : ĐỘ CAO TẦNG SÔI Hf.
HÌNH 4.10 : SƠ ĐỒ SẤY TẦNG SÔI.
HÌNH 4.11 : CÁC THÔNG SỐ CỦA QUẠT LY TÂM CF 14 -46 .
HÌNH 5.1 : MÔ HÌNH BUỒNG SẤY TẦNG SÔI.
HÌNH 5.2 : MÔ HÌNH BUỒNG SẤY TẦNG SÔI.
HÌNH 5.3 : MÔ HÌNH BUỒNG SẤY TẦNG SÔI.

v


MỤC LỤC
TRANG TỰA ..................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
DANH SÁCH BẢNG.................................................................................................... iv
DANH SÁCH HÌNH .......................................................................................................v
MỤC LỤC ..................................................................................................................... vi
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU .................................................................................................1
1.1

Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................1

1.2

Mục tiêu của đề tài ................................................................................................2

1.3

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ..................................................................................2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN .........................................................................................3
2.1 Giới thiệu hạt lúa .......................................................................................................3
2.1.1 Cấu tạo và tính chất của thóc nguyên liệu trước khi sấy. ...................................3
2.1.2 Đặc tính kỹ thuật của hạt lúa khi sấy:/5/ ............................................................4
2.2 Một số dạng máy sấy hạt phổ biến ............................................................................4
2.2.1: Máy sấy tĩnh vĩ ngang ...................................................................................4
2.3 Các thông số về không khí ẩm trong quá trình sấy: .................................................8
2.4 .Lý thuyết tính toán thiết bị nhiệt. .............................................................................9
2.4.1 Lý thuyết sấy: .....................................................................................................9
2.4.2 Phương trình cân bằng ẩm và chi phí tác nhân sấy . ..........................................9
2.4.3 Lượng nhiệt cung cấp cho lúa trong quá trình sấy. ............................................9
2.4.3.1. Mô hình hóa lớp mỏng ...............................................................................9
2.4.3.2 Hệ số truyền nhiệt:.....................................................................................12
2.4.3.3 Nhiệt lượng mất mát: .................................................................................14
2.5 Lý thuyết tính toán quạt ly tâm: .............................................................................18
2.5.1 Công thức tính trở lực của hệ thống: ................................................................18
2.5.1.1 Trở lực do ma sát: ......................................................................................18
2.5.1.2 Trở lực cục bộ

...................................................................................19
vi

2.5.1.3 Trở lực qua sàn ..........................................................................................19
2.5.1.4 Trở lực qua lớp vật liệu

......................................................................19

2.5.2 Các công thức tính toán quạt ly tâm .................................................................19
2.5.2.1 Lưu lượng ..................................................................................................19
2.5.2.2 Áp suất .......................................................................................................19
.5.2.3 Công suất..................................................................................................20
2.5.2.4 Hiệu suất ....................................................................................................20
2.6 Tính toán hệ thống sấy tầng sôi ..............................................................................20
2.6.1 Tốc độ tới hạn : Wth1.........................................................................................20
2.6.2 Tốc độ làm việc tối ưu wt .................................................................................21
2.6.3 Trở lực trong tầng sôi .......................................................................................21
2.6.4 Khối lượng vật liệu sấy thường xuyên nằm trên ghi ........................................22
2.6.5 Diện tích ghi lò và chiều cao lớp hạt ...............................................................23
2.6.6 Thời gian sấy trung bình ...................................................................................23
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁPNGHIÊN CỨU ........................................................24
3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: .........................................................................24
3.2 Phương pháp chế tạo. ..............................................................................................24
3.3 Phương pháp thí nghiệm: ........................................................................................24
3.3.1 Khảo nghiệm quạt.............................................................................................24
3.3.1.1 Mục đích: ...................................................................................................24
3.3.1.2 Dụng cụ khảo nghiệm:...............................................................................24
3.3.1.3 Phương pháp khảo nghiệm. .......................................................................25
3.3.2 Khảo nghiệm sấy: .............................................................................................25
3.3.2.1 : Mục đích: .................................................................................................25
3.3.2.2 Dụng cụ khảo nghiệm:...............................................................................25
3.3.2.3 Phương pháp khảo nghiệm: .......................................................................25

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................27
4.1 Xác định nguyên lý hoạt động và dạng máy sấy tầng sôi .......................................27
4.4.1 Nguyên lý hoạt động của máy sấy tầng sôi ......................................................27
4.1.2 Đặc tính sôi của lớp hạt trong máy sấy tầng sôi ...............................................28
4.2 Các dạng máy sấy tầng sôi: .....................................................................................30
vii


4.2.1 Máy sấy tầng sôi mẻ: .......................................................................................30
4.2.2 Máy sấy tầng sôi trộn. ......................................................................................31
4.2.3 Máy sấy tầng sôi chảy nút. ...............................................................................31
4.2.4 Máy sấy tầng sôi rung: .....................................................................................31
4.2.5 Máy sấy tầng sôi có nguồn nhiệt bên trong lớp vật liệu...................................32
4.2.6 Máy sấy tạo hạt tầng sôi. ....................................................................................i
4.2.7. Máy sấy tầng sôi cánh khuấy...........................................................................32
4.2.8 Máy sấy tầng sôi ly tâm. ...................................................................................33
4.3 Sự phân bố vật liệu trong lớp sôi và độ cao tự do buồng sấy:/4/ ............................34
4.4 Ảnh hưởng của các thông số hoạt động trong máy sấy tầng sôi./5/ ........................34
4.4.1 Ảnh hưởng của chiều cao tầng sôi....................................................................34
4.4.2 Ảnh hưởng của kích thước hạt. ........................................................................35
4.4.3 Ảnh hưởng của tốc độ khí ................................................................................35
4.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ tầng sôi. .....................................................................35
4.5 Xác định dạng máy sấy và nguyên lý hoạt động máy sấy tầng sôi ........................35
4.6 Cơ sở tính toán .........................................................................................................36
4.6.1Tính toán thiết kế buồng sấy .............................................................................36
4.6.2 Cách chọn quạt .................................................................................................42
4.6.2.1 Năng suất quạt ...........................................................................................42
4.6.2.2 Xác định công suất của quạt .....................................................................43
4.6.3 Tính toán bộ phận cyclone/7/ ..........................................................................44
4.7 Quy trình chế tạo .....................................................................................................49

4.7.1 Quy trình công nghệ chế tạo buồng sấy ...........................................................49
4.7.2 Quy trình công nghệ chế tạo cyclone ...............................................................49
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................50
5.1 Kết luận....................................................................................................................50
5.2 Đề nghị. ...................................................................................................................50
PHỤ LỤC .....................................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................53

viii


CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài:
Việt Nam là nước có nền nông nghiệp phát triển mạnh mẽ và đã đạt được
những thành tựu to lớn. Ở nước ta, việc sản xuất lương thực không chỉ để phục vụ
cho nhu cầu trong nước mà còn xuất khẩu ra các nước khác và là một trong những
nước xuất khẩu gạo lớn trên thế giới.
Lúa sau khi thu hoạch thường có độ ẩm cao là điều kiện thích hợp cho sự phá
hủy, làm giảm chất lượng của lúa gạo. Từ lâu con người đã sử dụng phương pháp
sấy tự nhiên bằng cách phơi hạt dưới ánh nắng mặt trời. Tuy nhiên, phương pháp
này thường gặp khó khăn vào mùa mưa, nên cách này sẽ phụ thuộc vào thời tiết,
tốn nhiều thời gian mà lượng hao hụt nhiều do mưa gió, côn trùng. Và với sản
lượng ngày càng tăng, chất lượng gạo đòi hỏi phải tốt nên cần phải có biện pháp
sấy thích hợp để thỏa mãn các nhu cầu đã đặt ra.
Hiện nay, trong nước ta đã áp dụng nhiều dạng máy sấy với các phương pháp
sấy khác nhau, trong đó có máy sấy tầng sôi. Ưu điểm của máy sấy tầng sôi là độ
ẩm sản phẩm đồng đều, năng suất máy sấy cao và thời gian máy sấy nhanh.
Với tình hình đó, nên em đã tiến hành nghiên cứu các tài liệu liên quan để thực
hiện đề tài: “ Tính toán, thiết kế, chế tạo mô hình máy sấy lúa tầng sôi năng suất

100kg /giờ” nhằm xác định những thông số thích hợp để ứng dụng máy sấy tầng
sôi vào sấy lúa trong thực tế sản xuất.
Do thời gian giới hạn, lần đầu tiên thực hiện đề tài, điều kiện nghiên cứu còn
hạn chế nên sai sót là không thể tránh khỏi, mong thầy cô và các bạn đóng góp ý
kiến thêm.

1


1.2 Mục tiêu của đề tài:
Tiến hành nghiên cứu, tham khảo tài liệu để thực hiện : “Tính toán thiết kế chế tạo
mô hình máy sấy năng suất 100kg/h”.
- Lựa chọn dạng mô hình máy sấy tầng sôi.
- Tính toán, thiết kế, lựa chọn , chế tạo các bộ phận chính của máy sấy ( buồng
sấy, quạt, cyclone).
- Chế tạo mô hình máy sấy tầng sôi.
1.3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài :
Việc tính toán, thiết kế, chế tạo mô hình máy sấy tầng sôi nhằm thu thập, lựa
chọn những thông số kỹ thuật của máy sấy để từ đó có thể đưa vào sử dụng trong
việc tính toán, thiết kế máy sấy có năng suất phù hợp để đưa vào thực tiễn.
Góp phần giảm tổn thất sau khi thu hoạch, giảm sức lao động năng nhọc trong
những mùa mưa bão, tăng năng suất và chất lượng cho sản phẩm, góp phần tăng
giá thành cho sản phẩm.

2


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN
2.1 Giới thiệu hạt lúa

2.1.1 Cấu tạo và tính chất của thóc nguyên liệu trước khi sấy.
Hạt lúa bao gồm 3 phần chính : Vỏ, nội nhủ và phôi.
- Vỏ : Gồm có vỏ trấu, vỏ quả và vỏ hạt. Thành phần hóa học của vỏ là xenluloza
và chất khoáng.
- Nội nhủ : Là phần chứa chất dinh dưỡng. Thành phần chủ yếu của nội nhủ là
tinh bột.
- Phôi: Là phần mọc rễ và mầm khi hạt nảy mầm. Thành phần hóa học của phôi
là chất dinh dưỡng ở dạng phân tử thấp và chất béo.
Ngoài ba phần chính trên, hạt lúa còn có mày và râu.
 Tỷ lệ từng phần của hạt lúa theo phần trăm khối lượng hạt :
Vỏ : 2,2 – 3%.
Nội phôi: 70-76%.
Phôi : 4-6%.
 Thành phần hóa học của hạt lúa theo phần trăm khối lượng hạt.
Tinh bột : 68,51%.
Protit

: 9,40%.

Đường

: 1,5-2,5%.

Chất béo : 1,8 – 2,5 %.
Xenlulôza: 15,48%.
Tro

: 6%.

3

Hạt được chia thành 4 phần : Vỏ hạt, lớp alơron, nội nhủ và phôi hạt.

Hình 2.1 : Cấu tạo hạt lúa
2.1.2 Đặc tính kỹ thuật của hạt lúa khi sấy:/5/
Nhiệt độ sấy và tỷ lệ gạo nguyên:
Thực ra không phải nhiệt độ không khí sấy trực tiếp ảnh hưởng đến chất lượng hạt,
mà là nhiệt độ của hạt sau một thời gian tiếp xúc với không khí sấy. Người ta xác định
rõ: Nếu nhiệt độ hạt đạt lớn hơn 450C trong thời gian một giờ, thì độ gãy vỡ gạo tăng
lên đáng kể.( theo /5/)
Với máy sấy loại liên tục, có thể dùng nhiệt độ không khí sấy lên đến 650C, vì hạt lúa
chỉ tiếp xúc trong khoảng 15 phút, nên hạt chưa kịp nóng lắm thì đã đi vào phòng ủ và
nguội lại. Với máy sấy tầng sôi có thể dùng nhiệt độ 1200C mà hạt không quá nóng.
Trái lại, với máy sấy tĩnh, thời gian sấy hơn 4 giờ, nên chắc chắn là nhiệt độ hạt ở lớp
dưới sẽ đạt bằng nhiệt độ không khí sấy. Vì thế, để gạo xay ít bị gãy, điều cần ghi nhớ
là không bao giờ để không khí sấy vượt quá 450C với máy sấy tĩnh.
2.2 Một số dạng máy sấy hạt phổ biến
Có nhiều phương pháp sấy, căn cứ theo cách truyền nhiệt cho vật liệu sấy.Với
hạt, cách phổ biến nhất là bằng dòng không khí đối lưu. Không khí được thổi đến tiếp
xúc với hạt và mang ẩm đi. Tùy theo cách bố trí khối hạt đứng yên hay di chuyển đối
với dòng khí, người ta phân biệt 2 phương pháp là : Sấy tĩnh và sấy động.
2.2.1: Máy sấy tĩnh vĩ ngang
Máy sấy tĩnh phổ biến nhất là : Máy sấy tĩnh vĩ ngang.

4


Hình 2.2 : Máy sấy tĩnh vĩ ngang

1. Buồng sấy

5. Lò đốt

2. Sàn sấy

6. Quạt lò

3. Quạt sấy

7. Ghi lò.

4. Buồng hòa khí

8. Đồng hồ đo nhiệt độ.

Hình 2.3 : Sơ đồ cấu tạo của máy sấy tĩnh vĩ ngang
 Nguyên lý hoạt động :
Hạt được đổ trên sàn sấy , không khí từ lò đốt được quạt đẩy vào vào phía
dưới buồng sấy, rồi xuyên qua lớp hạt làm hạt nóng lên, bay hơi ẩm và khô
dần. Không khí nóng bị mất nhiệt, nhận ẩm và giành nhiệt độvà thoát lên
trên để ra ngoài. Nguồn nhiệt để sấy có được nhờ than đá hoặc phế thải
nông nghiệp được đốt cháy trong lò đốt cung cấp. Không khí nóng từ lò đốt
có nhiệt độ cao nên đi qua buồng hòa khí để hòa trộn với không khí môi

5


trường, tạo ra hỗn hợp không khí nóng có nhiệt độ phù hợp để sấy các nông
sản khác nhau.

Nhiệt độ không khí nóng được thể hiện qua đồng hồ đo nhiệt độ đặt trên
kênh dẫn khí nóng vào buồng sấy. Nhiệt độ sấy được điều chỉnh theo yêu
cầu công nghệ sấy của từng loại hạt nhờ điều chỉnh cửa ở buồng hòa khí.

2.2.2 : Máy sấy SSR-1

Hình 2.4 : Sơ đồ cấu tạo máy sấy SRR -1
 Máy gồm 3 bộ phận chính : Quạt hướng trục kéo bằng mô-tơ 0,37 kW. Điện
trở 1kW, cung cấp nhiệt phụ thêm khi trời ẩm, hoặc lò đốt than tổ ong cung
cấp nhiệt liên tục, nếu muốn tiết kiệm điện. Buồng sấy bằng bồ cót tre uốn
thành 2 vòng đồng tâm.
2.2.3 : Máy sấy tháp

6


 Máy bao gồm
1. Lò đốt than đá

4. Quạt làm mát

2. Van cánh bướm

5. Tháp chứa hạt sấy

3. Quạt sấy

6. Gàu tải
Hình 2.5 : Máy sấy tháp và sơ đồ cấu tạo

Nguyên lý hoạt động :
Hạt di chuyển từ trên cao ( do gàu tải đưa lên) xuống mặt đất theo chuyển động
thẳng đứng hoặc zích zắc .Không khí sấy được thổi vào, hoặc hút ra cùng
chiều, ngược chiều, hay vuông góc với dòng hạt. Máy có thể có thêm phần làm
nguội ở phía dưới phần sấy.
2.2.4 Máy sấy trống quay:

Hình 2.6 : Máy sấy trống quay
7


 Bộ phận chính là 1 thùng sấy hình trụ có đường kính 1-2m, dài 10-20cm,
được đặt nằm ngang hay nghiêng 1 góc nhỏ 2-40, quay với tốc độ chậm 4-8
vòng / phút. Bên trong có gắn thêm các cánh dẫn để nâng hạt theo mặt trong
chu vi trống trước khi rơi trở lại đáy trống. Khi rơi tự do, hạt tiếp xúc với
không khí sấy, dễ dàng truyền nhiệt và truyền ẩm.
Tùy theo cách bố trí của vòng di chuyển hạt qua trống, ta phân biệt 2
phương pháp sấy : Sấy trống quay làm việc liên tục, và làm việc theo chu kỳ
từng mẻ.
2.3 Các thông số về không khí ẩm trong quá trình sấy:
Không khí ẩm là hỗn hợp bao gồm không khí khô và hơi nước. Không khí ẩm
có những đại lượng đặc trưng sau:
- Độ ẩm tương đối (

là tỉ số giữa mật độ hơi nước

mật độ cực đại của nó

chứa trong không khí và

có thể chứa được trong cùng điều kiện.

(%).
- Độ ẩm tuyệt đối : là lượng hơi nước chứa trong 1 m3 không khí ẩm.
( Kg/m3).
- Hàm lượng ẩm d : Lượng hơi nước tính bằng gam chứa trong 1 Kg không khí
khô.
d=

( g / Kg KK khô).

- Entalpy của không khí ẩm:
I = G(u+ pv).
- Công thức xác định khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t
(Kg/m3)
Trong đó : P : Áp suất khí trời (mmHg).
t : Nhiệt độ không khí.(oC).
- Trọng lượng riêng

=

( KG/m3).

Trong đó: g : gia tốc trọng trường.
8


2.4 .Lý thuyết tính toán thiết bị nhiệt.
2.4.1 Lý thuyết sấy:

kJ/kgkk

Quá trình sấy vật liệu được chia thành 2 quá trình trên đồ thị:

t1
t2

1

to

o

2

d

d

g /k g k k

Hình 2.16 :Đồ thị I – d.
- Quá trình đốt nóng (0 – 1) : Không khí đi qua buồng đốt nhận nhiệt lượng, nhiệt
độ tăng, độ ẩm tương đối giảm và hàm ẩm không đổi.
- Quá trình sấy (1 - 2) Không khí nóng truyền nhiệt cho vật ẩm. Nước trong vật
ẩm bốc hơi vào không khí sấy làm hàm ẩm tăng lên.
2.4.2 Phương trình cân bằng ẩm và chi phí tác nhân sấy .
* Lượng cung cấp: G1 [ Kg/h].
* Lượng sản phẩm :

* Lượng ẩm bốc hơi : W =

[ Kg /h].

* Chi phí tác nhân sấy :

2.4.3 Lượng nhiệt cung cấp cho lúa trong quá trình sấy.
2.4.3.1. Mô hình hóa lớp mỏng:
Do có sự dịch chuyển ẩm, nhiệt độ trong quá trình sấy. Nên để tính toán
cân bằng ẩm và cân bằng nhiệt cần lập mô hình hóa toán học.
Chia đều lớp lúa chứa trong buồng sấy thành 3 khối ( i = 1-3 ) gọi là thể tích
đơn vị.
9


ma , Ta f , H f , h a f
mg , Tg , Mi , hg i

m g , Tg , Mf , hg f

i

f

ma , Ta i , H i , h a i
Trong đó:
mg là khối lượng hạt trong thể tích đơn vị. [Kg/s]
malà lượng không khí sấy thể tích đơn vị. [ Kg KK khô/s].
Miu ẩm độ lúa vào theo cơ sở ướt. [%]
Mik là ẩm độ lúa vào theo cơ sở khô.[%].

Tgi, Tgf : Nhiệt độ hạt vào và nhiệt độ hạt ra.[0C]
Mi ; Mf : ẩm độ hạt vào và ẩm độ hạt ra. [%]
hgi; hgf : Hệ số dẫn nhiệt của lúa.
Tai;Taf : Nhiệt độ khí vào và nhiệt độ khí thoát.
Hi ; Hf : Hàm lượng ẩm không khí vào và không khí thoát .
Hai; haf : Hệ số truyền nhiệt đối lưu của không khí sấy vào hạt.
a.

Tỷ lệ hạt – không khí :
( kg phần khô hạt / kg không khí khô ).
(kg hạt/ Kg không khí khô).

b.

Nhiệt dung riêng của lúa qui về Kg không khí khô:
C =4,185(0,2201 + 0,01301

c.

)

Nhiệt độ tương đương

Trong đó:
10

( kJ/Kg KK khô, 0C).


Go : Nhiệt độ môi trường [ 0C].

To: Nhiệt độ không khí sấy [0C].
H0: Hàm lượng ẩm không khí sấy [ Kg/ kg KK khô).
d.

Ẩm độ cân bằng của lúa tại nhiệt độ tương đương :
Theo Chung – Pfost, ẩm độ cân bằng của lúa tại nhiệt độ tương đương tính
theo cơ sơ khô :
[%].
Trong đó

là ẩm độ tương đối của không khí tại nhiệt độ tương đương .

: Tính thập phân.
e.

Tỷ lệ ẩm của lúa:
Giả sử dùng công thức của máy sấy tầng sôi loại sàng thẳng. Tỷ lệ ẩm của
lúa được xác định:
MR =

EXP ( -x.ty).

Trong đó:
X = 0,001631.Tmix.-1,16202(
Y

=

-0,00322.Tmix

–

0,83596

) + 0,004153(
(mmix/hu)+0,020319(

mmix/hu).Tmix-

0,14315.ln(mmix/hu)+ 0,548493.
Tmix = 1150C.
mmix = ma.
hu : lượng lúa chứa trên lưới của một đơn vị thể tích (kg).
t : thời gian sấy (phút).
Mặt khác: tỷ lệ ẩm của lúa có thể viết
= e-xty.
Theo năng suất yêu cầu thời gian sấy đã biết, ẩm độ lúa đầu vào đã
biết.Theo mô hình hóa thời gian sấy 3 khối bằng nhau và ẩm độ ra của khối
này chính là ẩm độ vào của khối kia. Do đó ẩm độ cuối cùng của lúa được
xác định:

11


f.

Độ chứa ẩm của không khí sau sấy.
.

g.

Nhiệt độ không khí thoát:

Trong đó:
.
L1 : ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong lúa [ KJ/Kg].
L : ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở nhiệt độ

, mà

.

2.4.3.2 Hệ số truyền nhiệt:
a. Trao đổi nhiệt giữa bề mặt truyền nhiệt và lớp sấy:
Trao đổi nhiệt giữa bề mặt truyền nhiệt và lớp sấy, chủ yếu do sự thay đổi liên tục của
các phần tử của lớp sấy phủ lên bề mặt.
b. Truyền nhiệt từ không khí sấy đến hạt:
Truyền nhiệt từ không khí sấy đến hạt do truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức của không
khí sấy đến từng hạt.
Truyền nhiệt đối lưu giữa không khí sấy đến vật liệu rất lớn, do diện tích bề mặt của
hạt tiếp xúc với khí lớn.
Việc xác định hệ số truyền nhiệt rất khó khăn.
Trước hết cần xác định hệ số Nusselt; theo Kunii và Levenspiel (1969) thì hệ số
Nusselt là:
Trong đó:
Re : Là số Reynolds của hạt.
Và Re =
: Khối lượng riêng của không khí ẩm.[ Kg/m3]
12

V : Vận tốc không khí sấy [ m/s].
dg : Đường kính tương đương của hạt lúa [m].
dg được xác định bởi:
dg=
a,b,c là kích thước ngang , rộng , dài của hạt lúa.
: Là độ nhớt động nhọc của không khí sấy ở nhiệt độ sấy [ Pa.s].
Khi xác định được

thì hệ số truyền nhiệt được xác định:

.
.[W/m 2.0C]
Kf = 0,03365 [ W/m20C] : Hệ số dẫn nhiệt của không khí tại 1150C.
Nhiệt lượng truyền cho hạt được xác định theo công thức:
qhạt = Ahạt. hgp.
Trong đó:
Ahạt : Diện tích bề mặt hạt tiếp xúc với khí sấy được xác định:
Ahạt=

.

M : Tổng khối lượng của hạt lúa [Kg].
dg : Đường kính tương đương của hạt lúa [m].
: Hệ số dạng cầu hạt lúa.

.
: Thể tích hạt lúa loại ngắn.
= 19,29 + 0,1684.M.
M : Ẩm độ phần trăm của hạt lúa tính theo cơ sở ướt.

: Thể tích hạt lúa loại dài.
= 15,4 +0,229.M.
= 87,23 [mm2] : Diện tích bề mặt hạt lúa loại ngắn.
= 90,5 [mm2] : Diện tích bề mặt hạt lúa loại dài.
13


= 1263 [ Kg/m3]: Trọng lượng riêng hạt loại ngắn.
= 1318[ Kg/m3]: Trọng lượng riêng hạt loại dài.
= T1 – Tgf ; T1 : Nhiệt độ không khí trong buồng sấy.
c. Truyền nhiệt từ hạt đến hạt:
Hệ số truyền nhiệt từ hạt đến hạt được xác định :
=

.

Trong đó:
V : Vận tốc không khí qua bề mặt hạt [m/s].
Vmf: Vận tốc tối thiểu tạo sự sôi trong lớp lúa [ m/s].
Vmf được xác định theo phương trình Ergun:
.
L : Chiều dày lớp lúa [m].
: Hệ số dạng cầu
: Độ rỗng của khối hạt.
Nhiệt lượng của khối hạt thứ i được xác định:
=
=

.

2.4.3.3 Nhiệt lýợng mất mát:
Nhiệt mất mát do truyền nhiệt đối lưu, do dẫn nhiệt qua vách, do truyền nhiệt bức xạ
tại lò đốt.
Để xác định lượng nhiệt mất mát hệ thống được chia thành từng cụm theo sơ đồ:

14


2
3

1
5

4

Hình 2.17 :Sơ đồ tính toán nhiệt.
Theo sơ đồ trên :
1. Bộ phận buồng sấy, lượng nhiệt mất mát q1.
2. Bộ phận dẫn khí hồi lưu trước khi hòa trộn q2.
3. Khu vực hòa trộn q3.
4. Bộ phận dẫn khí hồi lưu sau khi hòa trộn q4.
5. Bộ phận lò cung cấp nhiệt q5.


Bộ phận buồng sấy q1 với hình khối chữ nhật có thể tính theo diện tích
tương đương với ống trụ tròn với đường kính D và chiều dài L. Nhiệt lượng
mất máy q1 được xác định:

Trong đó:

Tai; Taf : Nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ đầu ra [0C].
.
15


=

.

Trong đó: Ak ; Aw : Diện tích mặt trong và mặt ngoài ống trụ.
hk; hw : Hệ số truyền nhiệt đối lưu của không khí.
Đối với dòng khí chảy cưỡng bức trong ống : Để xác định hệ số hk thì trước hết

phải

xác định hệ số Nusselt đối với dòng chảy tầng và dòng chảy rối.
-

Đối với dòng chảy tầng:

Trong đó:
Re: Hệ số Reynolds của không khí.
.
Pr = 0,689 : Hệ số Prandtl.
-

Đối với dòng chảy rối:

f : Hệ số ma sát giữa vách và không khí.

Đối với dòng khí truyền nhiệt đối lưu tự nhiên:
Hệ số truyền nhiệt hw được xác định qua hệ số Nusselt:
Nu = C(Gr.Pr)n
Với Gr : Hệ số Grashof và được xác định
.
: Hệ số giãn nở của không khí [T/oK].
.
C,n : Hệ số. Việc chọn các hệ số này là tùy thuộc vào tích số Gr.Pr và tùy
thuộc vào ống thẳng đứng hay ống nằm ngang.
16