đồ án thiết bị sấy tầng sôi

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
KỸ THUẬT THỰC PHẨM
THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TẦNG SÔI DÙNG ĐỂ SẤY ĐẬU XANH VỚI
NĂNG SUẤT 6 tấn/h
GVHD: TRẦN VĂN HÙNG
SVTH: ĐINH THỊ NGỌC NGÂN
MSSV: 2005170096

LỚP: 08DHTP2

PHẠM THỊ MNH THƠ
MSSV: 2005170553
NHÓM 15

TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019

LỚP: 08DHTP3


Nhiệm vụ đồ án
Thiết kế hệ thống sấy tầng sôi dùng để sấy đậu xanh với năng suất 6 tấn/h
Nhiệt độ của vật liệu trước khi sấy: 270C
Độ ẩm: 26%
Nhiệt độ của vật liệu sau sấy: 420C
Độ ẩm: 14%
Nhiệt dung riêng của đậu xanh: C= 1,17 kJ/kg.K
Các thông số khác tự chọn

1


2


MỤC LỤC
PHẦN 1. MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 6
PHẦN 2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT ....................................................................................... 7
2.1. Định nghĩa về sấy và mục đích sấy ......................................................................... 7
2.2. Các phương pháp sấy .............................................................................................. 7
2.3. Các thiết bị sấy ....................................................................................................... 9
2.3.1. Thiết bị sấy đối lưu: .......................................................................................... 9
2.3.2. Thiết bị tiếp xúc................................................................................................ 9
2.3.4. Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần ............................................................... 9
2.3.5. Thiết bị sấy thăng hoa....................................................................................... 9
2.3.6. Thiết bị sấy chân không thông thường .............................................................. 9
2.3.7. Giới thiệu về kỹ thuật sấy tầng sôi và thiết bị sấy tầng sôi .............................. 10
2.3.8. Đặc tính của vật liệu sấy đậu xanh .................................................................. 13
PHẦN 3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ........................................................................ 15
3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ .................................................................................... 15
3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ: ........................................................................ 16
PHẦN 4. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ ........................................................................ 17
4.1. Cân bằng vật liệu .................................................................................................. 17
4.2. Quá trình sấy lý thuyết .......................................................................................... 17
4.3.Lượng không khí lý thuyết..................................................................................... 19
4.4.Quá trình sấy thực.................................................................................................. 20
4.4.1.Các thông số của quá trình sấy thực ................................................................. 20
4.4.2.Tính các đại lượng cần thiết............................................................................. 21
4.3.3.Xác định thông số của quá trình sấy thực ......................................................... 25

4.5.Các số liệu tính toán được...................................................................................... 27
3


4.6. Tính toán lại kích thước ........................................................................................ 28
PHẦN 5. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH ................................................................. 29
5.1. Thông số cần thiết cho tính toán ........................................................................... 29
5.2.Xác định tốc độ giới hạn ........................................................................................ 30
5.3.Tốc độ của tác nhân sấy trong tầng sôi................................................................... 30
5.4.Tốc độ cân bằng .................................................................................................... 31
5.5. Lưới phân phối ..................................................................................................... 31
5.6. Chiều cao buồng sấy ............................................................................................. 32
5.7. Bề dày của thiết bị ................................................................................................ 33
5.7.1 Lưới ............................................................................................................... 33
5.7.2.Buồng sấy........................................................................................................ 33
5.7.3 Bộ phận nạp liệu............................................................................................. 34
5.7.4.Bộ phận tháo liệu............................................................................................. 36
PHẦN 6. TÍNH THIẾT BỊ PHỤ .................................................................................. 36
6.1. Cyclon .................................................................................................................. 36
6.2. Calorife................................................................................................................. 37
6.3.Tính quạt ............................................................................................................... 39
6.3.1 Trở lực ............................................................................................................ 39
6.3.2 Trở lực qua calorife ......................................................................................... 41
6.3.3. Trở lực đột mở vào calorife ............................................................................ 42
6.3.4. Trở lực đột thu ra khỏi calorife ....................................................................... 42
6.3.5. Trở lực do áp lực động quạt thổi ..................................................................... 42
6.3.6. Trở lực đoạn uốn cong vào buồng sấy ............................................................ 43
6.3.7. Trở lực đường ống từ calorife đến buồng sấy.................................................. 43
4

6.3.8 .Trở lực của lưới phân phối.............................................................................. 44
6.3.9 Trở lực qua lớp sôi ......................................................................................... 44
6.3.10 Trở lực đột mở vào buồng sấy ...................................................................... 44
6.3.11 Trở lực đột thu ra khỏi buồng sấy ................................................................. 45
6.3.12 Trở lực đoạn uốn cong vào Cyclon ................................................................ 45
6.3.13 Trở lực đường ống từ buồng sấy đến Cyclon ................................................. 45
6.3.14.Trở lực Cyclon ............................................................................................. 46
6.3.15 Trở lực do áp lực động quạt hút .................................................................... 47
6.4.Chọn quạt .............................................................................................................. 47
6.3.1 Chọn quạt hút .................................................................................................. 47
6.3.2 Chọn quạt đẩy ................................................................................................. 47
Phần 7. TÍNH ĐÁY, NẮP THIẾT BỊ SẤY .................................................................. 48
7.1. Nắp thiết bị .......................................................................................................... 48
7.2. Đáy thiết bị .......................................................................................................... 49
7.3. Chọn bích ............................................................................................................ 49
7.4. Tai đỡ .................................................................................................................. 50
PHẦN 8. KẾT LUẬN .................................................................................................. 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 56

5


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
Trong công nghiệp sản xuất và chế biến nguyên liệu, luôn đòi hỏi phải sấy vật liệu
ẩm. Do vật thiết bị sấy đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ sấy và cả những quy
trình công nghệ liên quan.
Trong công nghệ sau thu hoạch và chế biến nông sản, sấy là một trong những phương
pháp có lịch sử lâu đời nhất và được sử dụng phổ biến nhất. Mục đích công nghệ của quá
trình sấy trong công nghệ sau thu hoạch và chế biến nông sản giảm hàm lượng ẩm có trong

nguyên liệu; từ đó, làm giảm hoạt độ của nước, ức chế các biến đổi do có sự hiện diện của
nước như: sự phát triển của vi sinh vật, sự xúc tác của enzyme. Bên cạnh đó, mục đích công
nghệ của quá trình sấy còn góp phần đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Nói cách khác
người ta dùng quá trình sấy để kéo dài thời gian bảo quản nông sản góp phần chế biến
chúng thàn những sản phẩm có giá trị tăng cao.
Trên thế giới, thì kỹ thuật sấy trở thành một ngành khoa hoc và phát triển từ những
năm 50 của thế kỉ XX. Nhờ vào những thành tựu khoa học nói chung, kỹ thuật sấy nói
riêng, chúng ta đã giải quyết được những vấn đề về nông sản và tăng giá trị nông sản cũng
như giảm thất thoát trong quá trình bảo quản, đặc biệt là kỹ thuật sấy các nông sản với quy
mô công nghiệp làm phong phú các mặt hàng nông sản góp phần tăng GDP ngành nông
nghiệp nước ta.
Vốn là một quốc gia nằm trong vùng nhiệt đới nóng ẩm, Việt Nam có những sản
phẩm từ nông nghiệp vô cùng phong phú như lúa gạo, khoai, sắn, đậu, lạc…vv. Để bảo
quản nông sản khỏi bị hỏng thì cần sử dụng các thiết bị sấy khác nhau tùy thuộc vào loại
vật liệu và chế độ sấy. Tuy nhiên, hiện nay ở nước ta, các thiết bị sấy có hiệu quả cao chủ
yếu được nhập khẩu vói giá thành cao nên chi phí sản xuất lớn dẫn đến việc sản xuất các
mặt hàng nông sản có nhiều thách thức.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế các thiết bị sấy có ý nghĩa vô cùng quan
trọng, nó quyết định đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm, việc sử dụng hợp lí nhiên liệu,
góp phần làm giảm chi phí và tăng thời gian bảo quản dẫn tới làm giảm giá thành sản phẩm,
tăng lợi nhuận.
6


PHẦN 2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT:
2.1. Định nghĩa về sấy và mục đích sấy:
Định nghĩa:
Sấy là quá trình sử dụng nhiệt để tách nước ra khỏi mẫu nguyên liệu. Trong quá trình
sấy, nước được tách ra khỏi nguyên liệu theo nguyên tắc bốc hơi (evaporation) hoặc thăng
hoa (sublimation). Chúng ta cần phân biệt sự khác nhau giữa sấy và cô đặc. Trong quá trình

sấy, mẫu nguyên liệu thường ở dạng rắn, tuy nhiên mẫu nguyên liệu cần sấy cũng có thể ở
dạng lỏng hoặc huyền phù. Sản phẩm thu được sau qua trình sấy luôn ở dạng rắn hoặc dạng
bột.
Mục đích của quá trình sấy:
-

Nhằm tăng thời gian bảo quản sản phẩm, tránh bị phân hủy

-

Giảm độ kết dính, đóng cục ở các vật liệu dạng bột.

-

Tăng khả năng dẫn nhiệt ( đối với than củi, than quặng, khoáng sản..)

-

Tăng độ bền.

-

Chống ăn mòn …

Nguyên tắc của quá trình sấy:
Cung cấp năng lượng nhiệt nhằm biến đổi trạng thái pha của chất lỏng trong vật liệu
thành hơi. Cơ chế được mô tả bằng 4 quá trình sau:
−

Cấp nhiệt vào bề mặt vật liệu

−

Dòng nhiệt từ bề mặt dẫn vào trong vật liệu.

−

Khi nhận được nhiệt lượng, dòng ẩm di chuyển ra ngoài bề mặt.

−

Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu đi vào môi trường xung quanh.

2.2. Các phương pháp sấy:
Quá trình sấy có thể tiến hành bằng nhiều cách: có thể tiến hành bay hơi tự nhiên
bằng năng lượng mặt trời, năng lượng gió… ( hay còn gọi là quá trình phơi khô) Áp dụng
ở các hộ gia đình sản xuất nhỏ lẻ cho năng suất thấp; sấy nhân tạo, áp dụng trong các ngành
7


công nghiệp cho năng suất cao.Tùy theo cách thức truyền nhiệt, trong kỹ thuật sấy chia ra
như sau:
Sấy đối lưu: trong phương pháp này, người ta sử dụng không khí nóng để làm tác
nhân sấy. Mẫu nguyên liệu sẽ được tiếp xúc trực tiếp với không khí nóng trong buồng sấy,
một phân ẩm trong nguyên liệu sẽ được bốc hơi. Như vậy, mẫu nguyên liệu cần sấy sẽ được
cấp nhiệt theo nguyên tắc đối lưu. Khi đó, động lực của quá trình sấy là do:
Sự chênh lệch áp suất hơi tại bề mặt nguyên liệu và trong tác nhân sấy, nhờ đó mà
các phân tử nước tại bề mặt nguyên liệu sẽ bốc hơi.
Sự chênh lệch ẩm tại bề mặt và tâm của nguyên liệu, nhờ đó mà ẩm tại nguyên liệu
sẽ khuếch tán ra vùng bề mặt .

Sấy tiếp xúc: mẫu nguyên liệu cần sấy được đặt lên một bề mặt đã được gia nhiệt,
nhờ đó mà nhiệt độ của nguyên liệu sẽ bốc hơi và thoát ra môi trường bên ngoài. Trong
phương pháp này, mẫu nguyên liệu cần sấy sẽ được cấp nhiệt theo nguyên tắc dẫn nhiệt.
Sấy bức xạ: trong phương pháp này, người ta sử dụng nguồn nhiệt bức xạ để cung
cấp cho mẫu nguyên liệu cần sấy. Nguồn bức xạ được sử dụng phổ biến hiện nay là tia hồng
ngoại. Nguyên liệu sẽ hấp thu năng lượng từ tia hồng ngoại và nhiệt độ của nó sẽ tăng lên.
Trong phương pháp sấy bức xạ, mẫu nguyên liêu được cấp nhiệt nhờ hiện tượng bức xạ,
còn sự thải ẩm từ mẫu nguyên liệu ra môi trường bên ngoài sẽ xảy ra theo nguyên tắc đối
lưu. Thực tế cho thấy trong quá trình sấy bức xạ sẽ xuất hiện một gradient nhiệt rất lớn bên
trong mãu nguyên liệu. Nhiệt độ tại vùng bề mặt có thể cao hơn nhiệt độ tâm mẫu nguyên
liệu từ 20 đến 500C. Gradient nhiệt lại ngược chiều với gradient ẩm. Điều này gây khó khăn
cho sự khuếch tán ẩm từ tâm nguyên liệu ra vùng bề mặt, đồng thời còn ảnh hưởng đến tính
chất cấu trúc của sản phẩm sau quá trình sấy. Để khắc phục những nhược điểm trên, người
ta sẽ điều khiển quá trình sấy bức xạ theo chế độ luân phiên.
Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng cảu tia hồng ngoại
mang năng lượng nhiệt truyền cho vật liệu sấy.
Sấy bằng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số
cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của khối vật liệu sấy.
8


Sấy thăng hoa:là phương pháp sấy trong môi trường có áp suất dư âm ( độ chân
không cao) và nhiệt độ thấp, ẩm sẽ đóng băng sau đó thăng hoa thành dạng đi ra khỏi vật
liệu nhờ chênh lệch áp suất.
Trong công nghiệp, chủ yếu dùng hai phương pháp đầu, những phương pháp sau ít
được sử dụng vì cần đầu tư thiết bị đắc tiền.
2.3. Các thiết bị sấy
Dựa vào các phương pháp sấy, trong kỹ thuật sấy có các thiết bị sấy như sau:
2.3.1. Thiết bị sấy đối lưu
Thiết bị sử dụng phương pháp sấy đối lưu. Đây là phương pháp sấy thông dụng nhất.

Thiết bị sấy đối lưu bao gồm: thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí động,
thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy phun…
2.3.2. Thiết bị tiếp xúc
Hệ thống sấy tiếp xúc là một hệ thống chuyên dùng, trong đó vật liệu sấy nhận nhiệt
trực tiếp bằng dẫn nhiệt hoặc từ một bề mặt nóng hoặc từ môi chất nóng. Có thể chia hệ
thống sấy tiếp xúc làm hai loại: loại tiếp xúc trong chất lỏng nóng và loại tiếp xúc bề mặt.
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bức xạ. Thiết bị sấy này dùng thích hợp với một số
loại sản phẩm.
2.3.4. Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần
Thiết bị này dùng phương pháp sấy bằng điện cao tần
2.3.5. Thiết bị sấy thăng hoa
Thiết bị này sử dụng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa. Việc thải ẩm sử dụng
chân không kết hợp với bình ngưng tụ ẩm. Quá trình sấy này có 3 giai đoạn: giai đoạn làm
lạnh, giai đoạn thăng hoa, giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại.
2.3.6. Thiết bị sấy chân không thông thường
Thiết bị này sử dụng các thải ẩm bằng máy hút chân không. Do buồng sấy có chân
không nên không thể dùng cấp nhiệt bằng đối lưu, việc cấp nhiệt cho vật ẩm bằng bức xạ
hay dẫn nhiệt…
9


Các thiết bị sấy dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như công nghiệp chế
biến gỗ, chế biến lâm sản, lương thực thực phẩm, hải thủy sản, lượng thực, y tế, công nghiệp
khai thác mỏ, chế biến khoáng sản,…
Các thiết bị phổ biến như
✓ Thiết bị sấy tầng sôi
✓ Thiết bị sấy thùng quay
✓ Thiết bị sấy phun
✓ Thiết bị sấy thăng hoa
✓ Lò điện

✓ Thiết bị sấy ống khí động
Trong đồ án sau đây, nhóm em sẽ trình bày những nội dung đến phương pháp sấy
phổ biến đó là thiết bị sấy tầng sôi để sấy nguyên liệu khá quen thuộc đó là đậu xanh.
2.3.7. Giới thiệu về kỹ thuật sấy tầng sôi và thiết bị sấy tầng sôi
Hiện nay tầng sôi (hay còn gọi là lỏng giả) đã được người ta nhắc đến trong sách
báo từ năm 1878. Nhưng mãi đến những năm đầu thế kỉ 20 kỹ thuật này ứng dụng trong
sản xuất. Ứng dụng thành công đầu tiên của nó là trong lĩnh vực chế biến dầu mỏ (1942).
Ngày nay kỹ thuật tầng sôi đã được ứng dụng khá rộng rãi để tiến hành các phản ứng hóa
học có xúc tác pha rắn,để khí hóa nhiệt liệu rắn, chế tạo than hoạt tính, đốt quặng pyrit.
Thực chất quá trình lỏng giả là sự tác dụng tương hỗ giữa chất khí ( hay chất lỏng
giọt) với lớp hạt rắn ở trạng thái lơ lửng. Lúc đó hệ khí rắn có đầy đủ các tính chất như một
chất lỏng: tính linh động, tính điền đầy, tính chảy.
❖ Ưu, nhược điểm của kỹ thuật sấy tầng sôi
So với quá trình ở trạng thái tĩnh thì quá trình ở trạng thái lỏng giả có rất nhiều ưu
điểm, cụ thể là:
Pha rắn được đảo trộn rất mãnh liệt, dẫn đến sự san bằng nhiệt độ và nồng độ trong
toàn lóp hạt, nhờ đó tránh được nguy cơ quá trình nhiệt cục bộ, tạo điều kiện thuận lợi cho
nhiều quá trình trao đổi nhiệt và xúc tác dị thể được tiến hành đến mức tối ưu.
10


Hệ số dẫn nhiệt cấp nhiệt từ bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị đến lớp sôi (hay ngược
lại) rất lớn. Có thể so sánh với trường hợp của chất lỏng giọt. Điều này rất quan trọng vì
cho phép không những giảm bề mặt truyền nhiệt, giảm thể tích thiết bị mà còn thực hiện
nhiều quá trình hóa học và chuyển khối với hiệu suất cao.
Tạo khả năng dùng hạt rắn có kích thước nhỏ, tức là bề mặt riêng lớn để giảm trở
lực khuếch tán, tăng diện tích tiếp xúc pha, tăng năng suất thiết bị trong quá trình truyền
nhiệt, chuyển khối, hóa học trên xúc tác pha rắn bởi vậy nếu dùng các hạt có kích thước
nhỏ ở trạng thái bất động thì nhiệt độ cũng như nồng độ có nguy cơ phân bố không đều
theo cả chiều dọc cũng như tiết diện ngang của thiết bị, trở lực lớp hạt lớn, hệ số trao đổi

nhiệt và hệ số trao đổi chất nhỏ, diện tích tiếp xúc pha thực tế nhỏ hơn tổng diện tích của
hạt nhiều. Tất cả điều này dẫn đến quá trình xảy ra không mãnh liệt, chất lượng không đồng
đều, hiệu quả sử dụng nguyên liệu và thiết bị thấp.
Do tính linh động của lớp sôi nên dễ dàng nạp liệu và tháo sản phẩm, dễ thực hiện
quá trình liên tục, cơ giới hóa và tự động hóa, dễ điều chỉnh các thông số công nghệ như
lưu lượng và áp suất.
Trở lực tương đối nhỏ và ổn định, không phụ thuộc và tốc độ pha khí trong giới hạn
tồn tại trạng thái lỏng giả. Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản, gọn nhẹ và dễ chế tạo. Do
tất cả những ưu điểm trên mà kỹ thuật tầng sôi được sử dụng ngày càng phổ biến trong
công nghiệp.
Tuy nhiên phương pháp này cũng nó những nhược điểm như sau:
Trong phạm vi một lớp vật liệu thì không có khả năng thực hiện quá trình theo
nguyên tắc ngược chiều với pha (vì bị khuấy trộn mãnh liệt).
Do đó động lực của quá trình truyền nhiệt, chuyển khối, không đạt được cực đại.
Điều này có thể khắc phục bằng cách bố trí thiết bị theo mô hình dãy hộp, chuyển từ khuấy
trộn lý tưởng sang đẩy lý tưởng.
Thời gian lưu của các hạt trong lớp sôi không đều, dẫn đến hiện tượng có hạt lưu lại
quá ngắn, có hạt lưu lại quá lâu so với thời gian trung bình cần thiết.
11


Các hạt rắn bị va đập, bào mòn, vở vụn do đó cần thiết bị thu hồi bụi. Thiết bị tầng
sôi phải chịu được mài mòn nhất là đối với những nguyên liệu có cạnh sắc.
Có hiện tượng tích điện và và tĩnh điện dẫn đến khả năng dễ gây cháy nổ
Vận tốc của pha khí bị giới hạn trong phạm vi cần thiết để duy trì hệ thống tầng sôi
mà lại không thích hợp với quá trình công nghệ.
Thiết bị sấy tầng sôi là một trong các phương thức sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, thích
hợp cho việc sử dụng sấy các loại nông sản. Bộ phận chính của thiết bị sấy tầng sôi là một
buồng sấy , phía dưới buồng sấy đặt ghi lò. Ghi buồng sấy là một tấm thép có đục nhiều lỗ
thích hợp hoặc lưới thép để tác nhân sấy đi qua nhưng vật liệu sấy sẽ không bị lọt xuống

được. Tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp được thổi từ dưới lên đi qua lớp vật liệu.
Với vận tốc đủ lớn, tác nhân sấy sẽ nâng các hạt vật liệu lên và làm cho lớp hạt bị xáo trộn.
Quá trình sôi này là quá trình trao đổi nhiệt mãnh liệt nhất giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy
trong quá trình. Các hạt vật liệu sau khi kết thúc quá trình trao đổi nhiệt sẽ trở nên khô hơn
và nhẹ hơn sẽ nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi, khi ở một mật độ cao nhất định chúng
sẽ được tháo ra theo đường tháo liệu của thiết bị.

Hình 2.1. Thiết bị sấy tầng sôi

12


2.3.8. Đặc tính của vật liệu sấy: đậu xanh
Bảng 2.1.Thành phần dinh dưỡng trong 100g phần ăn được
Thành phần dinh dưỡng

Đơn vị tính

Hàm lượng

Nước

g

14,0

Năng lượng

Kcal/KJ

328/ 1371

Protein

g

23,4

Lipid

g

2,4

Glucid

g

53,1

Celluloza

g

4,7

Tro

g

2,4

Một số thông tin về đậu xanh:
Đậu xanh (Vigna Radiata (L) Wilezek) trên thế giới được phân bố ở vùng Nhiệt đới
và Á nhiệt đới, chủ yếu tập trung ở châu Á (Suresh Chandrababu và ctv, 1988) trong đó
Bangladesh, Ấn Độ, Pakistan, Philippine, Srilanca, Trung quốc, Đài loan và Thái lan được
coi là các nước sản xuất chủ yếu. Trong những năm trước đây, tại Thái Lan và Philippine
đậu xanh là cây đậu đỗ quan trọng hàng đầu (Trần Đình Long và Lê Khả Tường, 1998).
Tuy nhiên, diện tích cây trồng này gần đây đang có khuynh hướng bị giảm sút do hiệu quả
sản xuất và điều kiện canh tác. Trên thị trường, cây đậu xanh được sản xuất để khai thác
protein, dạng bột trong nguyên liệu thực phẩm, nước giải khát và làm giá sống cung cấp
vitamin cho con người. Bột cũng như protein của đậu xanh là dạng rất dễ tiêu, có thể phối
trộn với nhiều dạng nguyên liệu khác để tạo sản phẩm do đó có nhu cầu tiêu thụ rất lớn trên
thị trường, đặc biệt là các nước châu Á. Trung bình trong 100g bột đậu xanh cho ta 24,2g
Prôtêin; 1,3g dầu; 3,5g khoáng; 59,9g hyđratcacbon; 75mg Ca; 405mg P; 8,5mg Fe; 49,0mg
Caroten; 0,72 mg B1; 0,25mg B2 và 348 Kcal. Với những giá trị về dinh dư ng như trên,
từ lâu đậu xanh đã được coi là cây thực phẩm, sử dụng rộng rãi và chế biến thành nhiều sản
phẩm rất phong phú phục vụ cho cuộc sống con người. Trong dân gian đậu xanh được xem
như một loại thuốc nam để giải nhiệt hạ khí, giải độc tiêu phù.
13


Do đậu xanh có giá trị cao về mặt kinh tế và dinh dưỡng nên việc bảo quản loại thực
phẩm này rất được chú trọng. Phương pháp thường dùng là sấy, giảm hàm ẩm nguyên liệu
xuống tầm 13% sẽ bảo quản được lâu. Đồ án này sẽ giải quyết yêu cầu đó với phương pháp
sấy khá phổ biến với thiết bị sấy tầng sôi quen thuộc.

14

PHẦN 3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:
3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ:

Đậu xanh

Thu hoạch

Phơi (sấy sơ bộ)

Đập, tách hạt

Làm sạch

Vỏ

Tạp chất

Phân loại

Sấy

Làm nguội

Kiểm tra cỡ hạt

Đóng gói

Thành phẩm

Hình 3.1: Sơ đồ khối quy trình công nghệ

15


3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ
Đậu được thu hoạch từ đồng ruộng, người ta chặt cây và nhặt đậu ra. Khi mới thu
hoạch từ ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình 20 – 25%. Đối với đậu xanh thu
hoạch cả vỏ thì phải phơi (sấy sơ bộ) đến độ khô nhất định mới tách, lấy hạt khỏi vỏ thuận
lợi. Việc đập và tách hạt đậu ra khỏi quả có thể làm bằng máy hoặc bằng tay. Sau đó tiến
hành làm sạch, tách những tạp chất trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi lá, mảnh
kim loại.. lẫn vào hạt khi thu hoạch, tách hạt… Có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ
(cỏ, rác, cành, lá…) lớn hơn hạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớp dưới cùng là đất,
cát, rác vụn nhỏ hơn hạt. Sau khi khối đậu sạch thì tiến hành lấy mẫu đo độ ẩm bằng máy
đo độ ẩm để xác định độ ẩm ban đầu. Tiếp theo, người ta phân loại đậu theo loại 1, 2,
3…theo kích cỡ, có thể dùng sàng với các lớp dưới có đường kính lỗ khác nhau. Sau khi
phân loại, tiến hành sấy theo từng loại đậu. Sau thời gian sấy phải kiểm tra lại độ ẩm, độ
ẩm thành phẩm đạt 14% thì quá trình sấy kết thúc. Sau khi sấy đậu được làm nguội tự nhiên
hoặc có quạt thổi để giảm nóng tránh dùng không khí có độ ẩm cao để thông gió sẽ làm
tăng độ ẩm hạt. Tiếp theo khối đậu được kiểm tra lại cỡ hạt để loại bỏ những hạt lép, hỏng
sau khi sấy. Có thể dùng sàng để phân loại hạt. Cuối cùng đậu được đóng gói theo yêu cầu
thị trường: 50 kg, 25 kg, 10 kg, 5 kg, 1 kg. Cuối cùng ta được sản phẩm đậu xanh nguyên
hạt. Nhưng trong phạm vi đồ án này chỉ thiết kế hệ thống sấy để thực hiện công đoạn sấy
trong quy trình trên, sau đây lầ phần miêu tả sâu hơn về quá trình vật liệu vào thiết bị sấy
tầng sôi
Hệ thống sấy tầng sôi có thể hoạt động một hay nhiều tầng. Trong đồ án này là thiết
kế hệ thống sấy tầng sôi một tầng, sau đây là phần trình bày sơ lược về hoạt động:
Hệ thống một tầng sôi hoạt động như sau: Tác nhân sấy được quạt hút từ calorifer,
thổi vào dưới gi buồng sấy. Gi buồng sấy là một tấm thép có đục nhiều lỗ thích hợp để tác
nhân sấy đi qua nhưng hạt không lọt xuống được. Vật liệu sấy được cơ cấu nạp liệu đổ
xuống trên gi. Với tốc độ đủ lớn thích hợp. Tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm tương đối
bé đi qua lớp vật liệu trong buồng sấy, nâng các hạt lên và làm cho lớp hạt xáo trộn bập

bùng trong dòng tác nhân như hình ảnh một dịch thể đang sôi. Rõ ràng, khi đó hệ khí-hạt
có đây đủ tính chất như một chất lỏng (tính linh động, tính điền đầy và tính chảy…). Quá
16


trình sôi cũng là quá trình trao đổi nhiệt-ẩm mãnh liệt giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy. Các
hạt khô hơn nên nhẹ hơn sẽ nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi. Ở một độ cao nhất định
hạt khô sẽ rơi vào buồng chứa sản phẩm để lấy ra ngoài. Có thể có nhiều hạt nhỏ, nhẹ bay
theo tác nhân sấy. Vì vậy hệ thống cần bố trí Cyclon trên đường thải tác nhân sấy để thu
hồi sản phẩm bay theo.
Như vậy, hệ thống sấy tầng sôi là một hệ thống sấy đối lưu mà đặc trưng của nó là
vật liệu sấy ở thể sôi trao đổi nhiệt-ẩm với dòng tác nhân nhưng không bay theo tác nhân.
Khi tốc độ tác nhân sấy bé, lớp hạt nằm yên.
PHẦN 4. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
4.1. Cân bằng vật liệu
Tính lượng ẩm cần bốc hơi
𝑊 = 𝐺2 ×

𝑊1 −𝑊2
1−𝑊1

(kg/h) (7.5 – TL1/T.128)

Trong đó:
G2 là năng suất của thiết bị sấy: G2 = 6 tấn/h=6000 kg/h
W1 là độ ẩm đầu của vật liệu sấy: W1= 26%
W2 là độ ẩm của vật liệu sấy sau quá trình sấy: W2= 14%
Ta có :
𝑊 = 6000 ×

0,26−0,14
1−0,26

= 973 (kg/h)

W= G1-G2 (kg/h)
Suy ra G1= W+G2= 973+6000=6973 (kg/h)
4.2. Quá trình sấy lý thuyết
Các thông số của quá trình sấy:
✓ I: Ethanpy, kJ/kgkkk
✓ t: Nhiệt độ,0C
17


✓ x: Hàm ẩm, kg/kgkkk
✓ 𝜑: Độ ẩm tương đối, % khối lượng
Thông số của tác nhân sấy (I0, x0, t0 và 𝜑0 )
Ta có:
Ethanpy được tính bằng công thức:
I0 = 1,004.t0 + x0( 2500 + 1,842.t0 ) ( 2.18 – TL2/128)
Với hàm ẩm của không khí là :
𝑥0 = 0.621×

𝑃𝑏ℎ0 .0
𝑃−𝑃𝑏ℎ0 .0

từ thông số ban đầu : t0 = 27oC, 0 = 85%
Áp suất hơi nước bão hòa tại 𝑡0 = 27oC được tính bằng:
𝑃𝑏ℎ0 = exp(12 −

4026,42
235,5+𝑡0

) = exp(12 −

4026,42

Áp suất chung lấy giá trị là P = 745 mmHg =
Vậy 𝑥0 = 0,621

0,035 × 0,85
0,98−0,035×0,85

) = 0,035 bar

235,5+27

745
760

= 0,98 bar.

= 0,019 kg/kgkkk

Từ đó suy ra : I0 = 1,004×27 + 0,019×(2500 + 1,842×27)= 75,55 kJ/kgkkk
Nên nhiệt dung riêng của không khí ẩm khi có hàm ẩm là x0 bằng:
Ckk = Ckkk + Ch𝑥0 = 1,004 + 1,842×0,019= 1,0389 kJ/kgoC
Trong đó : Ckkk là Nhiệt dung của không khí khô, lấy bằng 1,004 kJ/ kgoc
Ch là Nhiệt dung riêng của hơi nước, lấy bằng 1,842 J/kgoc.
•

Thông số của không khí ở calorife (I1, 𝒙𝟏 , t1 và 1)

Quá trình gia nhiệt trong calorife là quá trình có x= const nên 𝑥0 = 𝑥1 = 0,019 kgẩm /kgkkk
- Ethanpy : I1 = 1,004×t1 +𝑥1 × ( 2500 + 1,842×t1 )
18


= 1,004×80 + 0,019×(2500 + 1,842×80)
= 130.62 kJ/kgkkk
- Áp suất hơi nước bão hòa ứng với nhiệt độ t1 = 80oC là:
- 𝑃𝑏ℎ1 = exp(12 −

4026,42
235,5+𝑡1
𝑥 𝑃

1
- Khi đó 1 = (0,621+𝑥

1 )𝑃𝑏ℎ1

•

4026,42

) = 𝑃𝑏ℎ1 = exp(12 −
=

) = 0,46 bar

235,5+80

0,019 ×0,98

= 6,3 %

(0,621+0,019)×0,46

Thông số của tác nhân sấy sau buồng sấy (I2, 𝒙𝟐 , t2 và 2)
- Đối với máy sấy lý thuyết thì I1 = I2 = 130,62 kJ/kgkkk
- Độ chứa ẩm x2 có thể tính theo công thức :
x2 =
=

𝐼2 −1,004×𝑡2
2500+1,842×𝑡2

(2.19 – TL2/ T.15)

130,62−1,004×42
2500+1,842×42

= 0,034 kgẩm / kgkkk

- Tính độ ẩm tương đối của tác nhân sấy sau quá trình sấy 𝜑2 :
ở t2 = 42oc, áp suất hơi nước bão hòa là :
𝑃𝑏ℎ2 = exp(12 −

4026,42

235,5+𝑡2

𝑥 𝑃

Vậy 2 = (0,621+2

) = 𝑃𝑏ℎ2 = exp(12 −
0,034 ×0,98

𝑥2 )𝑃𝑏ℎ2

= (0,621+0,034)×

0,08

4026,42

) = 0,08 bar

235,5+42

= 71 % (7.11 – TL1/T.13)

4.3.Lượng không khí lý thuyết
Theo công thức 7.14 – trang 131 – tài liệu 1 ta có:
l0=

1
𝑑2 −𝑑1

=

1
0,034−0,019

= 66,7 (kgkk/kg)

L0= 𝑊 × 𝑙𝑜 = 973 × 66,7 = 64899,1 (kgkk/h)
❖

Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên đồ thị I – x
• Dựng các trục I, x, các đường nhiệt độ.
− Dựng trục tung là I ( kcal/ kgk kk).
− Dựng trục x ( kgẩm/ kgkkk ) hợp với trục I một góc bằng 135o.
− Vẽ các đường I0, I1 và I2 song song với trục x.
19


Trên trục tung, vẽ các đường đẳng nhiệt t0, t1 và t2. Các đường này tạo với trục một góc nhất
định và chúng có đọ dốc tăng dần khi nhiệt độ tăng
• Biểu diễn các trạng thái:
− Trạng thái đầu tiên của không khí được xác định bởi điểm A( x0 , t0 )
−

Không khí bắt đầu đi vào calorife, đốt nóng không khí thì nhiệt độ tăng từ t0 lên t1
và hàm ẩm x = const (x0 = x1).

− Sau khi không khí ra khỏi calorife, trạng thái được xác định bởi điểm B(x1 , t1)
− Đoạn thẳng AB biểu diễn giai đoạn đốt nóng không khí trong calorife.
− Điểm C( x2 , t2) biểu diễn trạng thái cuối của không khí trong quá trình sấy lí thuyết,

C nằm trên đường I1 ( vì I1 = I2)
− Như vậy, đường gấp khúc ABC biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên đồ thi I – x.
4.4.Quá trình sấy thực
4.4.1.Các thông số của quá trình sấy thực
❖ Thông số của không khí:
Như đã tính ở phần lí thuyết, không khí là tác nhân sấy đi vào :
✓ Nhiệt độ t0 = 27oC
✓ Độ ẩm 0 = 85 %
✓ Nhiệt dung riêng của không khí ẩm : Ckk = 1,0389 kJ/kgoC
✓ Ethanpy : I0 = 75,55 kJ/kgkkk.
✓ Độ chứa ẩm: x0 = 0,019 kg/kgkkk
✓ Áp suất hơi nước bão hòa ở 27oC : 𝑃𝑏 = 0,035 bar
❖ Thông số của vật liệu sấy:
✓ Các kích thước của đậu xanh : tra phụ lục 7,trang 260, tài liệu 2
✓ Dài: l = 4,8 mm
✓ Rộng: a= 3,7÷ 8,0 mm
✓ Dày: b= 3,5÷ 8,0 mm
✓ Nhiệt dung riêng:

C = 1,17 (KJ/Kg.K )

✓ Khối lượng riêng rắn: v = 1300 Kg/m3
20


✓ Hệ số hình dạng : dtd= 0,0062 (m)
4.4.2.Tính các đại lượng cần thiết
❖ Tốc độ làm việc tối ưu:
3

Trước tiên, cần tính chuẩn số Fe: Fe = 𝑑𝑡đ × √

4𝑔×(𝑣 − 𝑘 )
32𝑘 ×𝑘

(10 – TL2/T.153)

Trong đó :
dtđ : đường kính tương đươn của hạt vật liệu (m)
g: là gia tốc trọng trường ( m/s2)
Fe : hệ số tiêu chuẩn Phedorov đặc trưng cho tốc độ làm việc tối ưu
Ở điều kiện t = 0,5× (t1 + t2) = 0,5 × (80+ 42)= 61oC, tra phụ lục tài liệu ta được các thông
số như sau :
k = 19,08.10-6 m2/s

𝑘 = 1,057 kg/m3
3

4 ×9,81×(1300− 1,057)

Vậy Fe = 0,0062 × √
= 219,13
3×(19,08.10−6 )2 × 1,057
Lấy tốc độ làm việc theo tiêu chuẩn
Re = 0,5× (0,19 + 0,258) ×Fe1,56

(10.19 – TL2/T.154)

= 0,5× (0,19 + 0,258) × 219,13 1,56 =1004,02
Do đó : wt =

𝑅𝑒𝑡 × 𝑘
𝑑𝑡đ

=

1004,02 ×19,08 .10−6
0,0062

= 3,1 m/s

Trong đó :
Ret : là trị số Reynol tối ưu
Vk : là độ nhớt của tác nhân sấy
dtđ : đường kính tương đương của hạt vật liệu sấy
21


❖ Xác định sơ bộ diện tích ghi và chiều cao:
Diện tích FG và chiều cao vật liệu sấy sẽ được tính chính xác khi tính được lương
tác nhân sấy thực tế. Tính đến diện tích chiếm chỗ của lưới thép, lấy sơ bộ diện tích ghi
bằng 1,2 – 1,5 . Diện tích ghi tính theo lượng tác nhân sấy lý thuyết. Vậy ta có:
FG =

1,2×𝐿0
3600×𝑤𝑡 ×𝑘

=

1,2 × 64899,1

3600 × 3,1 ×1,057

= 6,4 m2 (10.34 – TL2/T.156)

Trong đó :
FG : diện tích lưới (m)
Lo : lượng không khí khô lý thuyết cần thiết ( kg kkk/ h)
Wt : tốc độ làm việc tối ưu
Pk : khối lượng riêng của tác nhân sấy ( kg/m3 )
Vậy đường kính ghi sơ bộ :
D=√

4×𝐹𝐺
𝜋

=√

4 .8,25
𝜋

= 3,24 (m)

Chiều cao lớp hạt nằm trên ghi, chọn sơ bộ H = 0,25m. Để bố trí phểu đưa vật liệu sấy vào
và ra buồng sấy, chọn chiều cao buồng sấy Hb = 4.H = 4.0,25 = 1 m. Cũng như diện tích
ghi lò chiều cao H sẽ được tính toán khi tính xong quá trình sấy thực.
Như vậy diện tích bao quanh buồng sấy bằng:
F = FG + 𝜋 × D× Hb = 6,4+ 𝜋 × 3,24×1 = 16,6 m2
❖ Tổn thất nhiệt ra môi trường:
TBS là một hình trụ tròn bằng thép có δ = 0,01, hệ số dẫn nhiệt  = 71,58(w/m.K)
Và nhiệt độ ngoài môi trường t0 = 270C tốc độ trao đổi nhiệt wt = 3,1 (m/s)

Nhiệt độ trung bình của TNS ttb = (80+42) × 0,5 = 61 oC

22


Ta chọn khảo sát nhiệt độ buồng đốt trong ( tw1 ) và nhiệt độ buồng đốt ngoài (tw1) như sau
:
tw1= 53,901 0C : Nhiệt độ mặt trong của buồng sấy.
tw2 = 53,89 0C : Nhiệt độ măt ngoài của buồng sấy.
Để tính tổn thất nhiệt , ta cần tính các thông số :
𝛼1 - Hệ số cấp nhiệt ở mặt trong của buồng sấy với tốc độ của TNS là 𝑤𝑡 được tính như
sau
𝛼1 = 6,15 + 4,17. 𝑤𝑡

(6.7 – TL2/T.152)

= 6,15 + 4,17 × 3,1 = 19,077 (W/m2h.K).
Mật độ dòng nhiệt do tác nhân sấy cấp cho mặt trong buồng sấy là :
q1 = 𝛼1 × ( tf1 – tw1)
Trong đó :
𝛼1 : Hệ số cấp nhiệt ở mặt trong của buồng sấy (W/m2h.K)
tf1 :Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy , tf1 = ttb = 61oC
tw1 : Nhiệt độ buồng đốt trong thiết bị sấy (oC)
q1 = 19,077× ( 61 – 53,901 ) = 135,43 W/m2
Mật độ dòng nhiệt do TNS dẫn qua mặt thép có độ dày 𝛿 và độ dẫn nhiệt  là :
q2 =


𝛿

×( tw1 – tw2) =

71,58
0,01

×(53,901 – 53,89) = 78,74 W/m2

Trong đó :
 : Độ dẫn nhiệt của thép
𝛿 : Độ dày của lớp vật liệu thép của thiết bị
tw1 :Nhiệt độ buồng đốt trong thiết bị sấy ( oC)
23


tw2 : Nhiệt độ buồng đốt ngoài thiết bị sấy (oC)
Mật độ dòng nhiệt cấp ra môi trường nhiệt độ tf2 = t0
q3 = 1,715× (tw2 – tf2)1,333

(6.10 – TL2/T.74)

= 1,715× (53,89 - 27)1,333 = 138 W/m2
Trong đó :
tw2 : Nhiệt độ buồng đốt ngoài thiết bị sấy ( oC)
tf2 : nhiệt độ của tác nhân sấy khi ra khỏi buồng sấy (oC)
 Để kiểm tra điều kiện ta có sai số tương đối :
⌈𝑞1 −𝑞3 ⌉
𝑞3

=

⌈135,43−138⌉
138

= 0,018 ≈ 1,8 % < 5%

Vì kết quả tính toán sai số tương đối <5% nên với hai giá trị nhiệt độ vách trong và
vách ngoài đã chọn là hợp lý. Và do giá trị sai số <5% nên quá trình tính toán được xem
như là đáng tin cậy.
Lấy mật độ nhiệt trung bình : qtb = (q1+ q3) ×0,5 = (135,43 + 138) × 0,5 =136,72 (W/m2
Như vậy, tổn thất nhiệt ra môi trường bằng :
Qmt = qtb× F =136,72 ×18,42 = 2518,29 W/m2
Trong đó :
qtb : Mật độ nhiệt trung bình ( W/m2 )
F : diện tích bao quanh buồng sấy bằng ( m2)
Nhiệt tổn thất tính cho 1 giờ:
q=

3.6×𝑄𝑚𝑡
𝑊

=

3,6×2518,29
973

= 9,32 kJ/kg ẩm.

Trong đó :
Qmt : tổn thất nhiệt ra môi trường ( W/m2)
24