ĐỒ án môn học THIẾT kế hệ THỐNG CUNG cấp NHIỆT THIẾT kế máy sấy TẦNG sôi DÙNG để sấy THÓC với NĂNG SUẤT 500KGMẺ

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Sơ lược về thóc (lúa), tính chất và ứng dụng

Lúa là lương thực chính của một nửa dân số toàn cầu, thường được trồng ở các khu vực có khí hậu ôn đới và cận nhiệt đới, nơi có nhiệt độ và độ ẩm cao Năng suất lúa nước rất cao, đặc biệt ở các châu thổ lớn Việt Nam với khí hậu và hệ thống sông ngòi phong phú là điều kiện lý tưởng cho sự phát triển của cây lúa.

Hạt lúa chủ yếu chứa tinh bột, protein và xenlulozo, bên cạnh đó còn có một số chất khác như đường, tro, chất béo và vitamin với hàm lượng thấp hơn Thành phần hóa học của hạt lúa bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như giống lúa, đất đai, khí hậu và chế độ chăm sóc trong quá trình trồng trọt.

Theo tài liệu [2], ta được:

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của hạt lúa

Thành phần hóa học chính

Nhỏ nhất Lớn nhất Trung bình

Ở Việt Nam, lúa gạo đóng vai trò là nguồn lương thực chính trong đời sống con người Ngoài việc cung cấp thực phẩm, lúa còn được sử dụng để sản xuất tinh bột, phục vụ cho các ngành công nghiệp thực phẩm Bên cạnh đó, lúa cũng là nguồn thức ăn quan trọng cho gia súc và gia cầm.

Việt Nam hiện đang đứng thứ hai thế giới về xuất khẩu gạo và tiếp tục tăng cường hoạt động xuất khẩu sang các quốc gia khác Gạo là một trong những nguồn thu ngoại tệ quan trọng của đất nước.

Sơ lược về quá trình sấy và sấy tầng sôi

Sấy là quá trình loại bỏ độ ẩm khỏi vật liệu thông qua nhiệt, giúp tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm Quá trình này không chỉ nâng cao khả năng bảo quản cho nông sản và thực phẩm mà còn làm giảm khối lượng và thể tích của vật liệu, từ đó giảm chi phí vận chuyển.

Nguyên tắc sấy là cung cấp nhiệt năng để chuyển đổi trạng thái lỏng trong vật liệu thành hơi Quá trình này được mô tả qua bốn cơ chế cơ bản.

 Cấp nhiệt cho bề mặt vật liệu.

 Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào vật liệu.

 Khi nhận được lượng nhiệt, dòng ẩm di chuyển từ vật liệu ra bề mặt.

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

Bốn quá trình sấy bao gồm sự truyền vận bên trong vật liệu và trao đổi nhiệt ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt, thiết bị sấy được chia thành ba nhóm chính.

 Sấy bức xạ, chân không hoặc thăng hoa.

Theo kết cấu nhóm thiết bị sấy đối lưu có thể gặp các dạng thiết bị sau:

Sấy tầng sôi là một trong các phương thức sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, thích hợp cho việc sấy các hạt nông sản.

Bộ phận chính của TBS tầng sôi bao gồm buồng sấy và ghi lò nằm ở phía dưới Ghi buồng sấy được làm từ tấm thép có lỗ hoặc lưới thép cho phép tác nhân sấy đi qua mà không làm rơi hạt vật liệu Tác nhân sấy có nhiệt độ cao và độ ẩm thấp được thổi từ dưới lên, giúp nâng các hạt vật liệu và tạo ra sự xáo trộn Quá trình sôi diễn ra mạnh mẽ, tạo ra sự trao đổi nhiệt ẩm tối ưu giữa tác nhân sấy và vật liệu Các hạt vật liệu khô, nhẹ hơn, sẽ nổi lên trên cùng và được đưa ra ngoài qua đường tháo liệu.

Sấy tầng sôi có những ưu điểm và nhược điểm như sau: Ưu điểm:

 Vật liệu sấy khô đều.

 Có thể tiến hành sấy liên tục.

 Hệ thống thiết bị sấy tương đối đơn giản

 Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy.

 Có thể điều chỉnh thời gian sấy.

 Trở lực lớp sôi lớn.

 Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi.

 Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều.

Sơ đồ quy trình công nghệ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy sấy tầng sôi

1- Quạt 4- Thiết bị sấy 7- Cyclon

2- Calorife 5- Bộ phận nhập liệu

3- Lưới phân phối khí 6- Cửa thoát liệu

Yêu cầu của bài toán thiết kế:

Hệ thống sấy tầng sôi được thiết kế với năng suất 500 kg/mẻ để sấy thóc đã qua phơi nắng, giúp thóc đạt độ khô đồng đều và tối ưu cho việc bảo quản Độ ẩm của thóc trước khi sấy được chọn không quá cao, trong khi độ ẩm sau khi sấy được điều chỉnh phù hợp để phục vụ cho xuất khẩu hiệu quả.

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN TỐC ĐỘ VÀ THỜI GIAN SẤY

2.1.1 Các ký hiệu sử dụng

 G1: năng suất nhập liệu của vật liệu sấy

 G2: năng suất sản phẩm sau khi sấy

 M1: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt trước khi sấy

 M2: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt sau khi sấy

 d1: hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô trước khi vào sấy

 d2: hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô sau khi vào sấy

 L: lượng không khí khô cần thiết

 l: lượng không khí khô cần thiết để tách 1kg ẩm ra khỏi vật liệu

2.1.2 Các thông số cơ bản a) Đối với không khí: Chọn địa điểm xây dựng nhà máy sấy là tại tỉnh Bạc Liêu. Trạng thái ban đầu của không khí: t0 = 30 0 C φ0 = 70%

Tra đồ thị I-d ta có:

I0 = 78,5 kJ/kg KKK d0 = 18 g ẩm/kg KKK

Chọn nhiệt độ vào buồng sấy của không khí: t1 = 60 o C (Theo tài liệu [1])

Không khí ra khỏi thiết bị sấy:

Tính nhiệt độ ra của không khí là t2=(1,1÷1,15)*t1_ư (Theo tài liệu [1])

Dựng chu trình sấy lý thuyết trên giản đồ I-d, từ đó ta có:

=> d2 = 26,89 g ẩm/kg KKK b) Đối với vật liệu sấy (thóc)

Theo tài liệu [2], ta có các thông số kích thước sau của thóc:

 Các kích thước của thóc:

Dày: b= 1,5 mm Đường kính tương đương: d td 1, 24 3 a b l  1, 24 3 2,7 1,5 6 3,6   mm

Nhiệt dung riêng: C =1,5 kJ/kg.K

Hệ số dẫn nhiệt: = 0,09 W/mK

Khối lượng riêng hạt: h = 1200 kg/m 3 [1]

Khối lượng riêng thể tích: ρv = 500 kg/m 3 [1] Độ xốp:

 Vật liệu trước khi vào thiết bị sấy, ta chọn:

Vật liệu sau khi ra thiết bị sấy: Chọn nhiệt độ ra của thóc nhỏ hơn nhiệt dộ của không khí ra khoảng 5 0 C (Theo [1])

M2 = 14% (Độ ẩm thích hợp để bảo quản thóc từ 12 ÷ 18 tháng - Theo [1])

 Năng suất tách ẩm trong 1 mẻ:

 Năng suất nhập liệu trong 1 mẻ:

 Lượng vật liệu khô tuyệt đối được sấy trong 1 mẻ:

 Lượng không khí khô cần thiết để tách 1 kg ẩm trong 1 mẻ:

 Lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy 1 mẻ:

L W l      kgKKK me 2.2 Tính toán tốc độ sấy

Chọn thiết bị sấy có tiết diện tròn, lưới phân phối có dạng tấm được đục lỗ cho không khí đi lên.

Các thông số của tác nhân không khí trong thiết bị sấy tầng sôi:

 Nhiệt độ tác nhân vào : t1 = 60 o C

 Nhiệt độ tác nhân ra : t2 = 38 o C

 Nhiệt độ tính toán trung bình: tm= 49 o C

 Độ nhớt động học: ʋk = 17,95.10 -6 m 2 /s

 Độ nhớt động lực học: k = 19,6.10 -6 Ns/m 2

 Hệ số dẫn nhiệt : k = 2,83 10 -2 W/mK

2.2.1 Xác định tốc độ ban đầu tạo ra chế độ sôi (v s )

Re s Ar 1406, 25 5, 229 Ar  143,5 Thử lại trị số Reynold theo tiêu chuẩn Federov:

Khi Fe = 40 ÷ 200 thì hệ số được tính: Re s2 = 0,095 Fe 1,56 = 147,45

Ta thấy Re s2 > Re s nên cách tính trên là đúng

 Tính tốc độ v s theo công thức Egun:

Khi 20 < Re < 1000, ta có công thức:

2.2.2 Tốc độ làm việc tối ưu (v t )

Tốc độ vt là tốc độ có chế độ sôi ổn định vs < vt < vth.

Trị số Renoyld ở tốc độ tối ưu tính theo tiêu chuẩn Federov:

Re t  (0,19 0, 285) Fe    0, 285 107,18   442,35 Tính vt theo tiêu chuẩn Reynold:

2.2.3 Tốc độ tới hạn trên của TNS (v th )

Khi vật liệu bắt đầu bị lôi cuốn: =1

Tốc độ tới hạn trên của dòng khí:

2.3 Xác định thời gian sấy bằng phương pháp giải tích

Thời gian sấy vật liệu là tổng thời gian của 3 giai đoạn sấy:

 τ0 - Thời gian đốt nóng vật liệu

 τ1 - Thời gian sấy đẳng tốc

 τ2 - Thời gian sấy giảm tốc

 Giai đoạn đốt nóng vật liệu sấy:

Xác định thông số nhiệt độ theo quan hệ :

 Với tk là nhiệt độ của TNS tính theo nhiệt độ trung bình trong buồng sấy:

 0 là nhiệt độ vật liệu đưa vào TBS, 0= t0 = 30 o C

 1 là nhiệt độ bề mặt bay hơi của vật liệu, 1 = tư = 33 o C

 Tính trị số Biot khuếch tán nhiệt: q R

 φ - Hệ số hình dạng của vls, φ = 0,84 [1]

  - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu Theo Phụ lục 11 - [1], ta được: = 0,09 W/m.K

 q - Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (hệ số cấp nhiệt từ không khí nóng đến bề mặt vật liệu):

  k là tốc độ dòng khí lấy theo tốc độ đốt nóng ban đầu, vk =vt= 2,63 m/s

  k là khối lượng riêng không khí, k=1,093 kg/m 3

Từ đồ thị quan hệ  = f(

Bi ) của vật hình cầu Tra đồ thị tài liệu [4], ta có thể xác định chuẩn số Fourier:

Fo = 0,5 Xác định thời gian τ0 từ phương trình:

 aq - Hệ số dẫn nhiệt độ của vật liệu hay hệ số khuếch tán nhiệt

 Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy đẳng tốc:

Theo yêu cầu của đề tài ta lựa chọn vật liệu sấy là thóc, các thông số của thóc:

 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: αq= 69,06 W/m 2 K

 tm - Nhiệt độ tác nhân sấy, tm = 49 0 C

 tb - Nhiệt độ bề mặt vật liệu, tb = tư = 33 0 C

 Cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu:

 r - Nhiệt ẩn hóa hơi (theo giá trị nhiệt độ) với tb = 33 0 C, ta được: r $24 (kJ/kg)

 Tốc độ sấy đẳng tốc:

 ρh - khối lượng riêng của vật liệu sấy, ρh = 1200 (kg/m 3 )

 R - kích thước vật liệu sấy R  1,8 mm

 Thời gian sấy đẳng tốc:

Theo Phụ lục 2 - [1], ta có:

Bảng 3.1 Độ ẩm cân bằng của hạt lúa (thóc)

Nhiệt độ ( o C) Độ ẩm không khí φ (%)

- Theo dữ liệu ban đầu: t0 = 30 o C và φ0 = 70%  Độ ẩm cân bằng của vls: Me 13%.

Thời gian sấy đẳng tốc được tính theo công thức:

 Mk1 - Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy tính theo cơ sở khô:

 M kx1 - Độ ẩm tới hạn của vật liệu ẩm cuối giai đoạn sấy đẳng tốc:

 Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy giảm tốc:

Thời gian sấy giảm tốc được tính theo công thức:

 Đổi độ ẩm sang cơ sở khô, ta được:

Vì Mkx1 ≈ Mk1 nên khi bước vào giai đoạn sấy giảm tốc, tốc độ sấy U2 trong giai đoạn này được lấy theo giá trị U giai đoạn sấy đẳng tốc:

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY

- Nhiệt lượng do không khí mang vào: LI0

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: G2Cvl1+CnW1

- Nhiệt lượng do Calorife cung cấp: Qc

 Tổng nhiệt lượng vào: LI0 + G2Cvl1 + CnW1 + Qc

- Nhiệt lượng do không khí ra: LI2

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2Cvl2

- Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy: Qm

 Tổng nhiệt lượng ra: LI2 + G2Cvl2 + Qm

 Từ phương trình cân bằng năng lượng, ta được:

Ta đặt: Nhiệt lượng gia nhiệt vật liệu sấy: Qvl = G2Cvl(2-1)

Giá trị nhiệt lượng tiêu hao chung cho máy sấy mà ta cần phải cung cấp cũng chính là giá trị Nhiệt lượng do Caloriphe cung cấp Qc: Q = Qc

Vậy ta có: Q = Qc = L(I2-I0) + G2Cvl(2-1) + Qm - CnW1

Viết cho 1 kg ẩm bốc hơi: q = qc = l(I2-I0) + qvl + qm - Cn1 [1]

Nhiệt lượng bổ sung thực tế: Δ = Cn1 – qvl - qm

 Đối với quá trình sấy lý thuyết: Δ=0 q = qc = l.(I2-I0) = 112,486.(107,277 -78,5) = 3237 kJ/kg ẩm

 Đối với quá trình sấy thực tế: Δ ≠ 0

3.2 Nhiệt lượng gia nhiệt của vật liệu sấy trong 1 mẻ

(Theo tài liệu [1]) Nhiệt dung riêng của nước: Cn = 4,186 kJ/kg.K

Nhiệt dung riêng của vật liệu: (Theo tài liệu [3])

Với Ck = 1,2÷1,7 kJ/kg.K Chọn Ck = 1,5 kJ/kg.K là nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối.

3.3 Nhiệt lượng hữu ích cần bốc hơi 1 kg ẩm trong 1 mẻ q1 = 2500 + 1,842t2 - Cn1

3.4 Nhiệt lượng tổn thất của tác nhân sấy trong 1 mẻ qtn = l ¿ Cdx(do) ¿ (t2-t0) = 112,486 ¿ 1,037956 ¿ (38-30) = 934,044 kJ/kg ẩm Trong đó:

- Cdx(do) - nhiệt dung riêng dẫn xuất

- Cpk - nhiệt dung riêng của KKK, Cpk = 1,0048 kJ/kg.K

- Cdx(do) = Cpk + Cpa.do = 1,0048 + 1,842*0,018 = 1,037956 kJ/kg.K

3.5 Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh trong 1 mẻ

3.5.1 Thiết kế buồng sấy a) Lưới phân phối

Ta có năng suất sấy G2 = 500kg Theo thông số lấy từ tài liệu [2], khối lượng riêng thể tích của thóc v = 500 kg/m 3

Diện tích bề mặt lưới được tính bằng công thức S = V h, trong đó h là chiều cao lớp hạt trước khi sấy Để tối ưu hóa quá trình sấy, buồng sấy nên có hình dạng lăng trụ với lưới phân phối hình tròn, có diện tích S = 5.10^6 mm², dẫn đến đường kính tấm lưới D = √(4 × S/π) ≈ 2,5 m Để đảm bảo hạt vật liệu không lọt qua, cần chọn lỗ lưới có đường kính 1,5 mm.

Bao gồm: chiều cao lớp tĩnh, chiều cao lớp giả lỏng và chiều cao buồng phân ly

 Xác đinh độ xốp lớp sôi ε: ε=( 18 ℜ t + Ar 0,36 ℜ t 2 ) 0,21 = ( 18.230,14+0,36.230,14 2

Để đảm bảo chế độ thủy động tốt, tổng chiều cao của lớp sôi và lớp trung gian cần được chọn bằng bốn lần chiều cao của vùng ổn định Cụ thể, chiều cao tổng hΣ được tính là 800 mm, với h0 là 200 mm.

 Trở lực qua lớp sôi:

 Chiều cao buồng phân ly: Để đảm bảo cho quá trình hoạt động, ta chọn chiều cao buồng phân ly bằng 2,5 lần chiều cao lớp tầng sôi: h pl =1,5×80000 mm

Đường kính của buồng phân ly cần lớn hơn đường kính vùng tầng sôi để đảm bảo hiệu quả phân ly Khi tiết diện buồng phân ly tăng lên, vận tốc giảm, giúp các hạt rơi lại vào giữa và tránh bị thổi ra ngoài Do đó, khả năng phân ly rất phụ thuộc vào kích thước của buồng phân ly.

 Theo thực nghiệm ta tính toán:

 Vậy chiều cao chính của buồng sấy tính từ lưới phân phối là:

Hình 3.1 Kích thước buồng sấy thiết kế c) Tính diện tích xung quanh buồng sấy

Sxq = Strụ1 + Schóp cụt1 + Strụ2 + Schóp cụt2

Giả thiết rằng ống dẫn được làm bằng thép không rỉ với độ dày δ1=0,002m và hệ số dẫn nhiệt λ1P W/m.độ Bên ngoài ống được bọc một lớp bông thủy tinh dày δ2=0,05m, có hệ số dẫn nhiệt λ2=0,055 W/m độ Cuối cùng, lớp ngoài cùng là tole dày 0,5 mm, được xem như có khả năng dẫn nhiệt hoàn toàn.

Ta có: Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy tm = (t1 + t2)/2 = 49 o C tf1 = tm = 49 o C tf2 = t0 = 30 o C

Không khí trong buồng sấy chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ vt = 2,63 m/s. Mật độ dòng nhiệt được tính: q1=α1.(tf1-tw1)

Truyền nhiệt qua tấm thép là bài toán dẫn nhiệt qua vách phẳng có mật độ dòng nhiệt: qmt2 = δ λ 1

Hệ số dẫn nhiêt trên một đơn vị bề dày δ λ 1

Do quá lớn nên xem như tw1 = tw2

Truyền nhiệt qua lớp bông thủy tinh cũng là dẫn nhiệt qua vách phẳng: qmt3 = δ λ 2

Tỏa nhiệt ra môi trường bên ngoài xem như đói lưu tự nhiên chảy rối với hệ số tỏa nhiệt: α2 = 1,715.( t w 3−t f 2 ) 0,333

Giả sử quá trình truyền nhiệt là ổn định, ta có: qmt1 = qmt2 = qmt3 = qmt4

Ta cần tìm các giá trị tw1, tw3, α4 Ta giả định tw1 rồi tìm tw3, α2 theo tw1 tw3 = tw1 - q mt 1

 Nhiệt độ bề mặt trong tw1 = 48 o C

 Nhiệt độ bề mặt ngoài tw3 = 32,5 o C

 Hệ số tỏa nhiệt ra bên ngoài α2 = 2,3 W/m 2 K

Mật độ dòng nhiệt truyên qua một đơn vị diện tích bê mặt truyền nhiệt: q = k.(tf1-tf2)

Tổn thất nhiệt ra môi trường:

Qmt = Sxq x q = 41,45 x 48,78 = 2021,931 kJ/h = 1294,04 kJ/mẻ qmt = Q mt

Do đó: Δ = Cn1 – qvl - qmt = 4,186.30 - 31,33 - 14,38 = 80 kJ/kg ẩm

3.6 Cách xác định đường sấy thực tế

Hình 3.3 Quá trình sấy lý thuyết và sấy thực trên đồ thị I-d Điểm sấy thực tế 2’ được xác định theo công thức:

     l    Điểm 2’ của quá trình sấy thực tế gồm các thông số: t2’ = t2 = 38 o C; I2’ = 106,57 kJ/kgKKK.

Lượng tác nhân cần thực tế trong 1 mẻ:

Nhiệt lượng tiêu hao cho cả quá trình sấy thực trong 1 mẻ:

Bảng 3.1 Cân bằng nhiệt lượng và hiệu suất buồng sấy

STT Đại lượng Ký hiệu Đơn vị kJ/kg ẩm Hiệu suất (%)

2 Tổn thất do TNS mang đi qtn 934,044 27,28

3 Tổn thất do VLS mang đi qv 31,33 0,92

4 Tổn thất ra môi trường qmt 14,38 0,41

5 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3424,17 100

TÍNH TOÁN TỐC ĐỘ VÀ THỜI GIAN SẤY

Cân bằng vật chất

2.1.1 Các ký hiệu sử dụng

 G1: năng suất nhập liệu của vật liệu sấy

 G2: năng suất sản phẩm sau khi sấy

 M1: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt trước khi sấy

 M2: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt sau khi sấy

 d1: hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô trước khi vào sấy

 d2: hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô sau khi vào sấy

 L: lượng không khí khô cần thiết

 l: lượng không khí khô cần thiết để tách 1kg ẩm ra khỏi vật liệu

2.1.2 Các thông số cơ bản a) Đối với không khí: Chọn địa điểm xây dựng nhà máy sấy là tại tỉnh Bạc Liêu. Trạng thái ban đầu của không khí: t0 = 30 0 C φ0 = 70%

Tra đồ thị I-d ta có:

I0 = 78,5 kJ/kg KKK d0 = 18 g ẩm/kg KKK

Chọn nhiệt độ vào buồng sấy của không khí: t1 = 60 o C (Theo tài liệu [1])

Không khí ra khỏi thiết bị sấy:

Tính nhiệt độ ra của không khí là t2=(1,1÷1,15)*t1_ư (Theo tài liệu [1])

Dựng chu trình sấy lý thuyết trên giản đồ I-d, từ đó ta có:

=> d2 = 26,89 g ẩm/kg KKK b) Đối với vật liệu sấy (thóc)

Theo tài liệu [2], ta có các thông số kích thước sau của thóc:

 Các kích thước của thóc:

Dày: b= 1,5 mm Đường kính tương đương: d td 1, 24 3 a b l  1, 24 3 2,7 1,5 6 3,6   mm

Nhiệt dung riêng: C =1,5 kJ/kg.K

Hệ số dẫn nhiệt: = 0,09 W/mK

Khối lượng riêng hạt: h = 1200 kg/m 3 [1]

Khối lượng riêng thể tích: ρv = 500 kg/m 3 [1] Độ xốp:

 Vật liệu trước khi vào thiết bị sấy, ta chọn:

Vật liệu sau khi ra thiết bị sấy: Chọn nhiệt độ ra của thóc nhỏ hơn nhiệt dộ của không khí ra khoảng 5 0 C (Theo [1])

M2 = 14% (Độ ẩm thích hợp để bảo quản thóc từ 12 ÷ 18 tháng - Theo [1])

 Năng suất tách ẩm trong 1 mẻ:

 Năng suất nhập liệu trong 1 mẻ:

 Lượng vật liệu khô tuyệt đối được sấy trong 1 mẻ:

 Lượng không khí khô cần thiết để tách 1 kg ẩm trong 1 mẻ:

 Lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy 1 mẻ:

Tính toán tốc độ sấy

Chọn thiết bị sấy có tiết diện tròn, lưới phân phối có dạng tấm được đục lỗ cho không khí đi lên.

Các thông số của tác nhân không khí trong thiết bị sấy tầng sôi:

 Nhiệt độ tác nhân vào : t1 = 60 o C

 Nhiệt độ tác nhân ra : t2 = 38 o C

 Nhiệt độ tính toán trung bình: tm= 49 o C

 Độ nhớt động học: ʋk = 17,95.10 -6 m 2 /s

 Độ nhớt động lực học: k = 19,6.10 -6 Ns/m 2

 Hệ số dẫn nhiệt : k = 2,83 10 -2 W/mK

2.2.1 Xác định tốc độ ban đầu tạo ra chế độ sôi (v s )

Re s Ar 1406, 25 5, 229 Ar  143,5 Thử lại trị số Reynold theo tiêu chuẩn Federov:

Khi Fe = 40 ÷ 200 thì hệ số được tính: Re s2 = 0,095 Fe 1,56 = 147,45

Ta thấy Re s2 > Re s nên cách tính trên là đúng

 Tính tốc độ v s theo công thức Egun:

Khi 20 < Re < 1000, ta có công thức:

2.2.2 Tốc độ làm việc tối ưu (v t )

Tốc độ vt là tốc độ có chế độ sôi ổn định vs < vt < vth.

Trị số Renoyld ở tốc độ tối ưu tính theo tiêu chuẩn Federov:

Re t  (0,19 0, 285) Fe    0, 285 107,18   442,35 Tính vt theo tiêu chuẩn Reynold:

2.2.3 Tốc độ tới hạn trên của TNS (v th )

Khi vật liệu bắt đầu bị lôi cuốn: =1

Tốc độ tới hạn trên của dòng khí:

Xác định thời gian sấy bằng phương pháp giải tích

Thời gian sấy vật liệu là tổng thời gian của 3 giai đoạn sấy:

 τ0 - Thời gian đốt nóng vật liệu

 τ1 - Thời gian sấy đẳng tốc

 τ2 - Thời gian sấy giảm tốc

 Giai đoạn đốt nóng vật liệu sấy:

Xác định thông số nhiệt độ theo quan hệ :

 Với tk là nhiệt độ của TNS tính theo nhiệt độ trung bình trong buồng sấy:

 0 là nhiệt độ vật liệu đưa vào TBS, 0= t0 = 30 o C

 1 là nhiệt độ bề mặt bay hơi của vật liệu, 1 = tư = 33 o C

 Tính trị số Biot khuếch tán nhiệt: q R

 φ - Hệ số hình dạng của vls, φ = 0,84 [1]

  - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu Theo Phụ lục 11 - [1], ta được: = 0,09 W/m.K

 q - Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (hệ số cấp nhiệt từ không khí nóng đến bề mặt vật liệu):

  k là tốc độ dòng khí lấy theo tốc độ đốt nóng ban đầu, vk =vt= 2,63 m/s

  k là khối lượng riêng không khí, k=1,093 kg/m 3

Từ đồ thị quan hệ  = f(

Bi ) của vật hình cầu Tra đồ thị tài liệu [4], ta có thể xác định chuẩn số Fourier:

Fo = 0,5 Xác định thời gian τ0 từ phương trình:

 aq - Hệ số dẫn nhiệt độ của vật liệu hay hệ số khuếch tán nhiệt

 Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy đẳng tốc:

Theo yêu cầu của đề tài ta lựa chọn vật liệu sấy là thóc, các thông số của thóc:

 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: αq= 69,06 W/m 2 K

 tm - Nhiệt độ tác nhân sấy, tm = 49 0 C

 tb - Nhiệt độ bề mặt vật liệu, tb = tư = 33 0 C

 Cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu:

 r - Nhiệt ẩn hóa hơi (theo giá trị nhiệt độ) với tb = 33 0 C, ta được: r $24 (kJ/kg)

 Tốc độ sấy đẳng tốc:

 ρh - khối lượng riêng của vật liệu sấy, ρh = 1200 (kg/m 3 )

 R - kích thước vật liệu sấy R  1,8 mm

 Thời gian sấy đẳng tốc:

Theo Phụ lục 2 - [1], ta có:

Bảng 3.1 Độ ẩm cân bằng của hạt lúa (thóc)

Nhiệt độ ( o C) Độ ẩm không khí φ (%)

- Theo dữ liệu ban đầu: t0 = 30 o C và φ0 = 70%  Độ ẩm cân bằng của vls: Me 13%.

Thời gian sấy đẳng tốc được tính theo công thức:

 Mk1 - Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy tính theo cơ sở khô:

 M kx1 - Độ ẩm tới hạn của vật liệu ẩm cuối giai đoạn sấy đẳng tốc:

 Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy giảm tốc:

Thời gian sấy giảm tốc được tính theo công thức:

 Đổi độ ẩm sang cơ sở khô, ta được:

Vì Mkx1 ≈ Mk1 nên khi bước vào giai đoạn sấy giảm tốc, tốc độ sấy U2 trong giai đoạn này được lấy theo giá trị U giai đoạn sấy đẳng tốc:

TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY

Cân bằng năng lượng

- Nhiệt lượng do không khí mang vào: LI0

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: G2Cvl1+CnW1

- Nhiệt lượng do Calorife cung cấp: Qc

 Tổng nhiệt lượng vào: LI0 + G2Cvl1 + CnW1 + Qc

- Nhiệt lượng do không khí ra: LI2

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2Cvl2

- Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy: Qm

 Tổng nhiệt lượng ra: LI2 + G2Cvl2 + Qm

 Từ phương trình cân bằng năng lượng, ta được:

Ta đặt: Nhiệt lượng gia nhiệt vật liệu sấy: Qvl = G2Cvl(2-1)

Giá trị nhiệt lượng tiêu hao chung cho máy sấy mà ta cần phải cung cấp cũng chính là giá trị Nhiệt lượng do Caloriphe cung cấp Qc: Q = Qc

Vậy ta có: Q = Qc = L(I2-I0) + G2Cvl(2-1) + Qm - CnW1

Viết cho 1 kg ẩm bốc hơi: q = qc = l(I2-I0) + qvl + qm - Cn1 [1]

Nhiệt lượng bổ sung thực tế: Δ = Cn1 – qvl - qm

 Đối với quá trình sấy lý thuyết: Δ=0 q = qc = l.(I2-I0) = 112,486.(107,277 -78,5) = 3237 kJ/kg ẩm

 Đối với quá trình sấy thực tế: Δ ≠ 0

Nhiệt lượng gia nhiệt của vật liệu sấy trong 1 mẻ

(Theo tài liệu [1]) Nhiệt dung riêng của nước: Cn = 4,186 kJ/kg.K

Nhiệt dung riêng của vật liệu: (Theo tài liệu [3])

Với Ck = 1,2÷1,7 kJ/kg.K Chọn Ck = 1,5 kJ/kg.K là nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối.

Nhiệt lượng hữu ích cần bốc hơi 1 kg ẩm trong 1 mẻ

Nhiệt lượng tổn thất của tác nhân sấy trong 1 mẻ

qtn = l ¿ Cdx(do) ¿ (t2-t0) = 112,486 ¿ 1,037956 ¿ (38-30) = 934,044 kJ/kg ẩm Trong đó:

- Cdx(do) - nhiệt dung riêng dẫn xuất

- Cpk - nhiệt dung riêng của KKK, Cpk = 1,0048 kJ/kg.K

- Cdx(do) = Cpk + Cpa.do = 1,0048 + 1,842*0,018 = 1,037956 kJ/kg.K

Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh trong 1 mẻ

3.5.1 Thiết kế buồng sấy a) Lưới phân phối

Ta có năng suất sấy G2 = 500kg Theo thông số lấy từ tài liệu [2], khối lượng riêng thể tích của thóc v = 500 kg/m 3

Diện tích bề mặt lưới được tính bằng công thức S = V h, trong đó h là chiều cao lớp hạt trước khi sấy Để tối ưu hóa quá trình sấy, buồng sấy được thiết kế theo hình dạng lăng trụ với lưới phân phối hình tròn, có diện tích S = 5.10^6 mm², dẫn đến đường kính tấm lưới D = √(4 × S / π) ≈ 2,5 m Để đảm bảo hạt vật liệu không lọt qua, đường kính lỗ lưới được chọn là 1,5 mm.

Bao gồm: chiều cao lớp tĩnh, chiều cao lớp giả lỏng và chiều cao buồng phân ly

 Xác đinh độ xốp lớp sôi ε: ε=( 18 ℜ t + Ar 0,36 ℜ t 2 ) 0,21 = ( 18.230,14+0,36.230,14 2

Để đảm bảo chế độ thủy động tốt, tổng chiều cao của lớp sôi và lớp trung gian cần bằng bốn lần chiều cao của vùng ổn định, cụ thể là: hΣ = 4.h0 = 4.200 = 800 mm.

 Trở lực qua lớp sôi:

 Chiều cao buồng phân ly: Để đảm bảo cho quá trình hoạt động, ta chọn chiều cao buồng phân ly bằng 2,5 lần chiều cao lớp tầng sôi: h pl =1,5×80000 mm

Đường kính buồng phân ly cần lớn hơn đường kính vùng tầng sôi để đảm bảo hiệu quả phân ly Khi tiết diện buồng phân ly tăng, vận tốc giảm, giúp hạt rơi lại vào giữa và không bị thổi ra ngoài Do đó, khả năng phân ly phụ thuộc nhiều vào kích thước của buồng phân ly.

 Theo thực nghiệm ta tính toán:

 Vậy chiều cao chính của buồng sấy tính từ lưới phân phối là:

Hình 3.1 Kích thước buồng sấy thiết kế c) Tính diện tích xung quanh buồng sấy

Sxq = Strụ1 + Schóp cụt1 + Strụ2 + Schóp cụt2

Giả thiết về cấu trúc TBS bao gồm lớp thép không rỉ dày 0,002m với hệ số dẫn nhiệt λ1P W/m.độ, được bọc bên ngoài bằng lớp bông thủy tinh dày 0,05m với hệ số dẫn nhiệt λ2=0,055 W/m độ Bên ngoài cùng là lớp tole dày 0,5mm, được xem như có khả năng dẫn nhiệt hoàn toàn.

Ta có: Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy tm = (t1 + t2)/2 = 49 o C tf1 = tm = 49 o C tf2 = t0 = 30 o C

Không khí trong buồng sấy chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ vt = 2,63 m/s. Mật độ dòng nhiệt được tính: q1=α1.(tf1-tw1)

Truyền nhiệt qua tấm thép là bài toán dẫn nhiệt qua vách phẳng có mật độ dòng nhiệt: qmt2 = δ λ 1

Hệ số dẫn nhiêt trên một đơn vị bề dày δ λ 1

Do quá lớn nên xem như tw1 = tw2

Truyền nhiệt qua lớp bông thủy tinh cũng là dẫn nhiệt qua vách phẳng: qmt3 = δ λ 2

Tỏa nhiệt ra môi trường bên ngoài xem như đói lưu tự nhiên chảy rối với hệ số tỏa nhiệt: α2 = 1,715.( t w 3−t f 2 ) 0,333

Giả sử quá trình truyền nhiệt là ổn định, ta có: qmt1 = qmt2 = qmt3 = qmt4

Ta cần tìm các giá trị tw1, tw3, α4 Ta giả định tw1 rồi tìm tw3, α2 theo tw1 tw3 = tw1 - q mt 1

 Nhiệt độ bề mặt trong tw1 = 48 o C

 Nhiệt độ bề mặt ngoài tw3 = 32,5 o C

 Hệ số tỏa nhiệt ra bên ngoài α2 = 2,3 W/m 2 K

Mật độ dòng nhiệt truyên qua một đơn vị diện tích bê mặt truyền nhiệt: q = k.(tf1-tf2)

Tổn thất nhiệt ra môi trường:

Qmt = Sxq x q = 41,45 x 48,78 = 2021,931 kJ/h = 1294,04 kJ/mẻ qmt = Q mt

Do đó: Δ = Cn1 – qvl - qmt = 4,186.30 - 31,33 - 14,38 = 80 kJ/kg ẩm

Cách xác định đường sấy thực tế

Hình 3.3 Quá trình sấy lý thuyết và sấy thực trên đồ thị I-d Điểm sấy thực tế 2’ được xác định theo công thức:

     l    Điểm 2’ của quá trình sấy thực tế gồm các thông số: t2’ = t2 = 38 o C; I2’ = 106,57 kJ/kgKKK.

Lượng tác nhân cần thực tế trong 1 mẻ:

Nhiệt lượng tiêu hao cho cả quá trình sấy thực trong 1 mẻ:

Bảng 3.1 Cân bằng nhiệt lượng và hiệu suất buồng sấy

STT Đại lượng Ký hiệu Đơn vị kJ/kg ẩm Hiệu suất (%)

2 Tổn thất do TNS mang đi qtn 934,044 27,28

3 Tổn thất do VLS mang đi qv 31,33 0,92

4 Tổn thất ra môi trường qmt 14,38 0,41

5 Tổng nhiệt lượng tiêu hao q 3424,17 100

TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ

Bề dày thiết bị

4.1.1 Lưới: Áp suất trên lưới: P=g×G

Chiều dày lưới tính theo công thức: δ=D×√ [ K× σ ] ×ψ P +C

 ψ - Hệ số hàm yếu do lưới có đục lỗ. ψ=D−n×d l

 K - Hệ số cấu tạo ( Lắp bằng bu long): K = 0,187

 [ σ ] - Ứng suất cho phép của thép CT3: [ σ ] = 140.10 6 N/m 2

 C - Hệ số bổ sung do tính toán và độ mài mòn

 Vậy bề dày lưới là: 3 mm

Thân buồng sấy chịu tác dụng của lực nén chiều dọc trục

Theo điều kiện bền khi l ≤ 5 D Ta có:

Bề dày buồng sấy: δ } } = { {P} over {π times D times left [σ rSub { size 8{n} } right ]} } } {σ rSub { size 8{n} } right ]} } } { ¿¿ ¿

 P - Lực nén dọc chiều trục: PP0 ×9 , 81I05 N

 [ σ ] - Ứng suất nén cho phép của vật liệu chế tạo;

 C: Hệ số bổ sung do tính toán và độ mài mòn

 Vậy bề dày thép chế tạo buồng sấy là: 2mm

 Kiểm tra lại trong điều kiện hoạt động ổn định:

Ta có: δ } } >= sqrt { { {P} over {π times K rSub { size 8{c} } times E} } } } { ¿¿ ¿

 k c  0,118 - Thông số này phụ phuộc vào trị số :

Ta thấy δ” = 2 mm hoàn toàn thỏa mãn điều kiện hoạt động ổn định.

Bộ phận nhập liệu

Chọn bộ phận nhập liệu dạng băng tải Vì:

Băng tải nổi bật với chiều dài vận chuyển lớn và năng suất cao, khác biệt so với các thiết bị vận chuyển khác Với kết cấu đơn giản và nhỏ gọn, băng tải đảm bảo hoạt động tin cậy và thuận tiện cho người sử dụng.

Hiện nay, băng tải có độ bền cao được sản xuất với chiều rộng lên đến 3m và chiều dài không giới hạn, cho phép vận chuyển hàng hóa đi xa nhờ vào hệ thống các đoạn liên kết.

 Phù hợp với các dạng vận chuyển, giá thành không cao, đảm bảo an toàn, tiêu tốn năng lượng ít, số lượng công nhân vận hành ít.

 Đối với đề tài việc sử dụng băng tải rất thuận tiện đảm bảo chất lượng hạt thóc trước khi vào buồng sấy, không bị vỡ,

Năng suất thể tích của băng tải được tính theo công thức:

 B - Năng suất khối lượng của băng tải (t/mẻ)

 ρ - Khối lượng riêng của khối hạt (t/m 3 )

 u - Vận tốc của băng tải (m/s)

 β - Hệ số an toàn (phụ thuộc vào góc nghiêng của băng tải), xác định theo bảng:

Bảng 4.1 Góc nghiêng của băng tải

Hệ thống băng tải cần vận chuyển lúa lên độ cao 2m mà không chiếm nhiều diện tích đất nhà xưởng, do đó yêu cầu góc nghiêng lớn Chọn góc nghiêng từ 19 đến 22 độ tương ứng với β = 1,15 để đảm bảo hiệu quả vận chuyển.

Để đảm bảo vật liệu sấy không rơi ra ngoài băng tải, chiều rộng băng tải cần tối thiểu là 500mm Đối với hệ thống chọn, băng tải nên có chiều rộng 800mm.

Công suất có ích của động cơ tính cho trường hợp băng tải có cả đoạn nghiêng, đoạn ngang và đoạn đứng được tính theo công thức: [1]

 Q - Năng suất khối lượng của máng, kg/h;

 H - Hiệu số chênh lệch độ cao của điểm vận chuyển đầu và cuối, m;

 R - Hệ số cản di chuyển, c v

Fc - Lực cản có hại qvL - Khối lượng vật được vận chuyển

Ta lập biểu thức tính được:

 Công suất cần thiết của động cơ là:

Bộ phận tháo liệu

Chúng tôi đã chọn bộ phận tháo liệu là một ống hình tròn với đường kính 150mm Khi thóc đạt độ khô cần thiết, chúng sẽ nổi lên và tự động được đưa ra ngoài qua ống tháo liệu Sự tự động này xảy ra nhờ đặc tính của lớp hạt ở trạng thái tầng sôi, khi đó lớp hạt giống như một khối chất lỏng và có khả năng tự chảy ra ngoài.

Tính toán Calorifer Khí-Khói

4.4.1 Tính buồng đốt và khói lò

Với nhiên liệu là trấu - Ta có các thành phần như sau: [1] - T.337

Bảng 4.2 Thành phần làm việc của trấu

C lv H lv N lv O lv S lv Tr lv A lv

Nhiệt trị cao của nhiên liệu: [2] - T.53

= 33858.0,3713 + 125400.0,0412 – 10868.(0,316 – 0,0004) = 14308,015 kJ/kgnl Nhiệt trị thấp của nhiên liệu: [2] - T.53

Qt = Qc - 2500.(9.H + A) = 14308,015 – 2500(9.0,0412 + 0,09) = 13156,015 kJ/kgnl Lượng không khí khô lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu: [2] - T.55

Lượng không khí khô thực tế cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu: [2] - T.56 α bd = L

L o ⇔ L = bd.Lo = 1,2.4,3838 = 5,2606 kgkk/kgnl Trong đó: bd là hệ số không khí thừa của buồng đốt

Chọn bđ = 1,2 thuộc trong khoảng (1,2÷1,3), tài liệu [2] - T.57

Lượng chứa ẩm của khói lò sau buồng đốt: [2] - T.59 d= (9H+A)+α bd L 0 d 0 α bd L 0 +{1−Tr−(9H+A)} ¿ (9×0,0412+0,09)+1,2×4,3838×0,018

Lượng hơi nước trong khói lò: [2] - T.58

G a =(9H+A)+α bd L 0 d 0 =(9.0,0412+0,09)+1,2.4,3838 0,018=0,552kg ẩm kg nl

Khối lượng khói khô khi đốt cháy 1kg nhiên liệu: [2] - T.59

L k =( α bd L 0 +1)− [ Tr + (9 H + A ) ] ¿(1,2.4,3838+1)−[ 0,1775+ (9.0,0412+ 0,09) ] =5,622 kg nl kg

Entanpy của khói lò sau buồng đốt: [2] - T.60

 Cnl: Nhiệt dung riêng của trấu Cnl = 1,2 ÷ 1,7 kJ/kg.K Chọn Cnl = 1,2 kJ/kg.K

 tnl: Nhiệt độ của nhiên liệu vào buồng đốt, tnl = t0 = 30 o C

Nhiệt độ của khói lò sau buồng đốt: [2] - T.60 t= I−2500.d

Lượng nhiên liệu để bốc hơi 1kg ẩm: b= q

13156,015×0,8=0,325kgnl/kg ẩm Chọn hiệu suất buồng đốt η = 0,8 thuộc trong khoảng (0,6 ÷ 0,85) [2] - T.329 Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 mẻ: B = b.Wh = 0,325.90 = 29,25 kgnl/mẻ

4,186.250.10 3 =0,37(m 3 ) Trong đó: q là mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt, kcal/m 3 h

Chọn q = 250 kcal/m 3 h thuộc trong khoảng (250÷300) kcal/m 3 h, [1] - T.215

70 =0,418(m 2 ) Trong đó: b là cường độ cháy của ghi, kg/m 2 h

Chọn b = 70 kg/m 2 h thuộc trong khoảng (70 ÷120) kg/m 2 h, [1] - T.215

Chiều dày lớp nhiên liệu trên ghi lò đốt: [1] - T 215 h nl = B ρ nl F gh = 29,25

Trong đó: ρnl khối lượng thể tích của nhiên liệu trên ghi, kg/m 3

Chọn ρnl = 100 kg/m 3 thuộc trong khoảng (100÷120) kg/m 3 , [1] - T.265

Chọn chiều cao buồng đốt là hbđ = 1m

 Diện tích buồng đốt là: F bđ = h V bđ

 Chọn chiều dài buồng đốt là: 0,5 m, chiều rộng buồng đốt là 0,74 m

Bảng 4.3 Thông số thiết kế buồng đốt

Thể tích không khí lý thuyết:

Thể tích không khí thực tế:

Thể tích CO2 lý thuyết:

Thể tích SO2 lý thuyết:

Thể tích khói lý thuyết:

Thể tích khói khô thực tế:

18(1,2−1).0,01725 3,348=0,685m 3 /kg Thể tích khói thực tế

Phân áp suất của hơi nước trong khói p h =r H 2 O 10 5 =0,685

Nhiệt độ đọng sương của hơi nước trong khói τ H 2 O = 3978,205

Phần trăm CO2 trong sản phẩm cháy r CO 2 =0,693

Với nhiệt độ ra khỏi buồng đốt lên tới 1145 o C, hệ thống chỉ cần gia nhiệt cho tác nhân sấy từ 30 o C đến 60 o C Để giảm nhiệt độ khói trước khi vào Calorifer, khói sẽ được hòa trộn một phần với không khí Chúng ta sử dụng calorifer khí – khói, loại thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm, trong đó khói từ buồng đốt lưu thông bên trong ống và không khí chuyển động bên ngoài Hệ số trao đổi nhiệt của khói cao hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống và không khí, vì vậy, phần không khí bên ngoài ống được thiết kế với cánh để tăng cường truyền nhiệt Calorifer được sử dụng là loại ống chùm với ống có cánh nằm ngang.

Bảng 4.4 Các thông số của các tác nhân qua calorifer

Tác nhân sấy Không khí Nhiệt độ vào t 1 d = t 0= 30C

Khói ra khỏi buồng đốt

Nhiệt độ khói vào Calo t f 1=800C Nhiệt độ khói ra Calo t f 2 = 400C a) Tính hiệu số nhiệt độ trung bình Δ𝑡𝑚𝑎𝑥= tf1 – 𝑡1đ = 800 - 30 = 770℃ Δ𝑡𝑚𝑖𝑛= tf2 – 𝑡1𝑐 = 400 - 60 = 340℃

Hình 4.1 Sơ đồ trao đổi nhiệt

Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và khói cấp nhiệt: Δ tb =Δt max −Δt min lnΔt max Δt min

R6℃ b) Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài ống  2

 Các thông số của không khí ngoài ống

Tác nhân sấy không khí ở nhiệt độ môi trường 𝑡1đ = 𝑡0= 30℃ sau khi qua calorifer sẽ được gia nhiệt lên 𝑡1𝑐 = 𝑡1= 60℃ để đi vào thùng sấy.

Bảng 4.3: Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống

STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Gía trị

 Tính hệ số cấp nhiệt α 2

Hình 4.2 Mặt cắt của một ống

𝐹′𝑐: diện tích phần cánh của một ống

𝐹′0: diện tích phần không cánh của một ống

𝐹′2= 𝐹′0+𝐹′𝑐 : diện tích ngoài của một ống có cánh (phía không khí)

𝐹′1: diện tích trong của một ống có cánh (phía hơi nước ngưng tụ)

Bảng 4.4 Thông số kích thước mẫu của ống và cánh trong Caloriphe

Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú Ống

Chiều dài ống Đường kính ống ngoài

Bề dày ống Đường kính ống trong

Bước ống ngang dòng lưu chất

Bước ống dọc dòng lưu chất ngoài ống

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống

Khoảng cách giữa 2 cánh liên tiếp

Bề dày cánh Đường kính cánh

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống h t c δ c d c λ c m m m m W/m.K

Tham khảo cách tính tài liệu [3] - T.219:

Diện tích phần không làm cánh của một ống

Diện tích phần cánh của một ống:

4 ) 286=0,404 m 2 Đường kính tương đương của ống: d E F ' 0 d 2 +F c ' √ 2 F n c ' c

Chọn vận tốc của dòng khí vào calorifer là  = 3,2 m/s

Vận tốc không khí tại khe hẹp nhất của calorifer: ω max = ω

17,3313 10 −6 = 11258,694  Re = 11,259.10 3 > 10 3 Với ống xếp so le => Chuẩn số Nusselt được tính theo công thức:

Với hệ số ɛi dùng để hiệu chỉnh cho hàng ống thứ nhất và thứ hai, từ hàng ống thứ ba trở đi, ɛi = 1.

Bảng 4.5 Giá trị ɛ ψ phụ thuộc vào góc ψ ψ 90 80 70 60 50 40 30 20 10 ɛψ 1 1 0,98 0,94 0,88 0,78 0,67 0,52 0,42

Hệ số cấp nhiệt của cánh: α c =Nu λ k d E ,4 2,7863.10 −2

Hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống: α 2=α c F c '

:diện tích ngoài của một ống có cánh

 Chọn hiệu suất cánh tròn là η c =0,95

 Tính hệ số cấp nhiệt phía trong ống α 1

Bảng 4.6 Thông số vật lý của khói trong ống [4] - Phụ lục 4

STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

1 Nhiệt độ khói vào calorifer tf1 C 800

2 Nhiệt độ khói ra calorifer tf2 C 400

3 Nhiệt độ vách ống tw C 798

4 Nhiệt độ tính toán tm C 799

8 Hệ số dẫn nhiệt độ a m 2 /s 219,7.10 -6

 Quá độ từ chảy màng sang chảy tầng C = 1,18 ; n = 1/8

Hệ số Nusselt: Nu = C.(Gr.Pr) n = 1,18.(126,257) 1/8 = 2,16

Hệ số cấp nhiệt phía trong ống α1:

 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước calorifer

Lưu lượng không khí qua thiết bị:

Nhiệt lượng mà calorifer cần cung cấp cho tác nhân sấy

Diện tích bề mặt trong các ống, [2] - T.326

Trong đó chọn hiệu suất calorifer η = 0,75

Số ống trong một hàng m nếu chọn số hàng z = 34, khi đó: m=n zh0

34 Kích thước calorifer bố trí ống nằm:

Cyclon phân ly bụi khô

Trong hệ thống sấy, thiết bị Cyclone là cần thiết để tách bụi khỏi tác nhân sấy và thu hồi sản phẩm bị cuốn theo Cyclone hoạt động dựa trên nguyên lý ly tâm Kích thước và cấu tạo của Cyclone được thể hiện trong hình vẽ Để xác định kích thước của Cyclone, người ta sử dụng bảng quan hệ giữa lưu lượng thể tích tác nhân (m³/h) và kích thước Cyclone, như được trình bày trong Bảng 4.1.

Hình 4.3 Cấu tạo của Cyclon phân ly bụi khô

Bảng 4.7 Bảng thông số kích thước của Cyclon lọc bụi kiểu khô

Lưu lượng không khí đi qua Cyclone:

   m 3 /h Dựa vào lưu lượng không khí và tra Bảng 4.1, ta được Cyclone có các kích thước cơ bản như sau:

Tính chọn quạt

Các trở lực mà quạt phải khắc phục:

 Tổng trở lực ma sát ∑ Δp ms

 Tổng trở lực cục bộ ∑ ρ× ω

 Trở lực qua Buồng sấy

 Trở lực đầu hút và đầu đẩy của quạt

Lưu lượng quạt theo tính toán: Qq = 2,23 m 3 /s

Tổng cột áp cần khắc phục: ΔP=ΔP t +ΔP cb +ΔP ms N/m 2 a) Trở lực qua lớp vật liệu trên ghi:

 Khổi lượng của lớp vật liệu trên ghi, G = 590 kg

 Khối lượng riêng của không khí tại nhiệt độ t = 60 0 C, ρ k =1,06 kg/m 3

 Khổi lượng riêng của hạt vật liệu:   h 1200 kg/m 3

 Diện tích của ghi: Sgh = 5 m 2

  Pa b) Trở lực cục bộ qua co, ghi và Cyclon:

 Vận tốc dòng khí: Vkk = 1,62 m/s

 Hệ số trở lực qua co: ξ co =1,1

 Hệ số trở lực qua ghi: ξ G %0

 Hệ số trở lực qua Cyclon: ξ S 0

 Ta tính được: ΔP cb =( ξ co +ξ G +ξ S )× ρ k ×V 2 kk

2 H8,36 Pa c) Trở lực cục bộ qua calorife:

Vận tốc không khí đi trong ống dẫn từ quạt đến Cyclon: v = 3,12 m/s, tiết diện ống dẫn là:

F  v   m 2 Chọn tiết diện ống là hình chữ nhật, có a = 500 mm, b = 860 mm. Đường kính tương đương của ống dẫn: d td =1,3×(a×b) 0,625

Sức cản thủy lực của chùm ống: ξ=(6+9m ' )×( d s ) −0 ,23 ×Re −0, 26

 m’ : Số dãy ống xếp theo phương chuyển động của không khí

 Khoảng cách giữa hai trục ống kế tiếp: s = d2 +t1 = 0,054 + 0,085 = 0,139m

Pa d) Trở lực ma sát từ quạt đến calorife: ΔP ms 1 =λ×l×ρ×ω 2

Chọn ống nối từ quạt đến calorife có chiều dài: l = 1m

15,718 10 −6 #3135,6152 không khí chảy rối Với dòng chảy rối,hệ số ma sát được xác định theo phương trình Colbrook :

 ε : độ nhám của vật liệu làm ống, chọn ε=0,5.10 −4

 Pa e) Trở lực ma sát từ calorife đến buồn sấy:

Chiều dài ống từ calorife đến buồng sấy l = 1,5m, đường kính tương đương ttd 710,16 mm

18,97 10 −6 3169,5098 không khí chảy rối Với dòng chảy rối, hệ số ma sát được xác định theo phương trình Colbrook :

 ε : độ nhám của vật liệu làm ống, chọn ε=0,5.10 −4

 Cột áp toàn phần của quạt:

 Công suất quạt lý thuyết: N lt = P×Q

 Công suất động cơ quạt: Nđc = 1,1.Nlt = 1,1.7,47 = 8,217 kW

Dựa vào cơ sở tổng cột áp và lưu lượng khí Q, cần tham khảo đồ thị đặc tuyến của quạt để lựa chọn quạt phù hợp Để có thông tin chi tiết, bạn có thể tham khảo tài liệu [5].

Chọn Quạt theo phần mềm Fan by Fantech : Model - 16ALDW

Hình 4.4 Bảng tra quạt theo Catalogue của quạt Fantech

TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ

Tính toán điện năng tiêu thụ trong 1 mẻ

Nhiệt lượng cần thiết thực tế tiêu hao cho cả quá trình sấy thực: Qtt = 133,43 kW Động cơ nhập liệu công suất: Qnl = 3,94 kW

Công suất động cơ quạt: Qfan = 11kW

 Tổng điện năng tiêu thụ trong 1 mẻ: P = Q∑.t = 94,96 kWh

Hình 5.1 Bảng giá điện theo EVN năm 2019 a) Giờ bình thường (1.536 đồng/kWh)

Gồm các ngày từ thứ Hai đến thứ Bảy:

 Từ 04 giờ 00 đến 9 giờ 30 (05 giờ và 30 phút);

 Từ 11 giờ 30 đến 17 giờ 00 (05 giờ và 30 phút);

 Từ 20 giờ 00 đến 22 giờ 00 (02 giờ).

 Từ 04 giờ 00 đến 22 giờ 00 (18 giờ). b) Giờ cao điểm (2.759 đồng/kWh)

Gồm các ngày từ thứ Hai đến thứ Bảy:

 Từ 09 giờ 30 đến 11 giờ 30 (02 giờ);

 Từ 17 giờ 00 đến 20 giờ 00 (03 giờ).

Ngày Chủ nhật: không có giờ cao điểm. c) Giờ thấp điểm (970 đồng/kWh)

Tất cả các ngày trong tuần: từ 22 giờ 00 đến 04 giờ 00 sáng ngày hôm sau (06 giờ).

 Tổng tiền điện tiêu thụ cho 1 ngày làm việc bình thường (chưa tính tăng ca): Từ thứ 2 đến thứ bảy.

 Tổng cộng 13 mẻ trong 1 ngày

 Trung bình tiền điện để sấy tạo ra 1kg lúa: 2

Tính toán chi phí cho nhân công

- Tống số nhân công cần cho trong một máy sấy bao gồm: 2 công nhân

- Lương cho 1 công nhân: 6.500.000 đồng /tháng

 Tổng tiền chi cho nhân công: 13.000.000 đồng /tháng / 1 máy.

 Trung bình chi phí nhân công để sấy tạo ra 1kg lúa:

Chi phí thu mua nguyên, nhiên liệu

- Mục đích: Thu mua lúa sau đó sấy khô để làm lúa thương phẩm.

Theo báo Cần Thơ Online, trong vụ lúa Đông Xuân 2018-2019, giống lúa tươi IR50404 đang được nhiều doanh nghiệp và tiểu thương thu mua trực tiếp từ ruộng của nông dân tại Đồng bằng sông Cửu Long với giá từ 4.300 đến 4.500 đồng/kg.

- Gía bán trấu trên thị trường: 500 đồng/1kg  Cần 30kg trấu/mẻ ≈ 15.000 đồng

Chi phí đầu tư ban đầu

- Đối với máy sấy tầng sôi năng suất 500kg/ mẻ có chi phí lắp đặt, thi công theo tính toán là 60.000.000 đồng/máy

Chi phí xây dựng nhà xưởng và lắp đặt phụ tùng là yếu tố quan trọng trong quá trình đầu tư Diện tích trung bình cần thiết cho một máy sấy tầng sôi được tính toán là 15m² (6m x 2,5m) Theo thông tin từ UBND Tỉnh Bạc Liêu năm 2018, giá đất xây dựng nhà máy tại đây là 2.500.000 đồng/m².

 Chi phí đất trung bình cho 1 máy sấy là: 15 2.500.000 37.500.000  VNĐ/máy.

- Chi phí bảo trì, sửa chữa trung bình mỗi máy sấy tầng sôi: 40.000.000 đồng/2 lần/ năm.

Kết luận

- Tổng chi phí sau khi sấy 1 mẻ lúa tươi:

Giá lúa khô bán ra hiện nay là 6.000 đồng/kg, có khả năng cạnh tranh trên thị trường Theo thông tin từ Báo Nông Nghiệp, giá trung bình đầu năm 2018 tại ĐBSCL đối với giống lúa IR50404 (khô) dao động từ 6.100 đến 6.400 đồng/kg.

 Tiền lãi thu lại là: 6.000G 2  2.716.000 6.000 500 2.891.000 109.000    đồng/ mẻ.

- Một ngày có thể thu được lãi: 109.000x13 = 1.417.000 đồng/ngày/máy sau khi đã trừ đi cho nhân công và các chi phí khác.

- Trong một tháng sẽ thu được tiền lãi 42.510.000 đồng/máy.

 Nếu tính thời gian hoàn vốn cho 1 máy thì cần:

42.510.000 3,85 may dat nhancong baotri lai

BẢNG DỰ TOÁN THIẾT BỊ CỦA MÁY SẤY TẦNG SÔI

STT TÊN THIẾT BỊ KÍCH THƯỚC

2 Nối mềm cú bảo ụn 500 x ỉ 450 Ống 1 200.000

3 Ống gió nối tăng Ống 1 100.000

9 Tole chế tạo Cyclon 6000 x 2500 Tấm 1 900.000

12 Thép chữ U 7000 - Dày 3mm Cây 4 1.200.000

13 Bộ băng truyền cao su Dài 5000 Bộ 1 7.000.000

BẢNG LƯƠNG CHO NHÂN CÔNG

THÀNH TIỀN (VNĐ) GIAI ĐOẠN THI CÔNG LẮP ĐẶT

- Lắp đặt thiết bị phụ

- Khoan cắt lắp giá đỡ

- Chế tạo, lắp đặt buồng sấy 2 10 350.000 7.000.000

- Chế tạo, lắp đặt Cyclon 1 10 350.000 3.500.000

- Kiểm tra chạy thử và khắc phục sự cố 5 5 350.000 8.750.000

- Vận chuyển lúa vào và lúa thành phẩm

- Kiểm tra hoạt động máy

- Bảo trì bảo dưỡng máy