[Đồ Án] Thiết kế Hệ thống sấy thóc lớp tĩnh không đảo gió sử dụng khói và không khí làm tác nhân sấy - ĐHBK Đà Nẵng [Bản vẽ Autocad]

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÓC LỚP TĨNH KHÔNG ĐẢO GIÓ Họ và tên: Nguyễn Văn Hưng Lớp: 20NCLC Môn học: PBL KỸ THUẬT SẤY Ngành: Kỹ thuật Nhiệt 1. Tên đề tài Thiết kế hệ thống sấy thóc lớp tĩnh, không đảo gió, năng suất 500kg/mẻ. Sử dụng hỗn hợp khói và không khí làm tác nhân sấy. 2. Thông số ban đầu  Nguyên liệu sấy: Thóc (Thóc dùng làm lương thực, thực phẩm)  Tác nhân sấy: khói và không khí  Năng suất sấy thóc: 500 kg/mẻ  Độ ẩm đầu vào của thóc: 22%  Độ ẩm đầu ra của thóc: 13%  Độ ẩm môi trường: 85%  Nhiệt độ môi trường: 25C 3. Nội dung phần thuyết minh và tính toán  Chương 1: Giới thiệu tổng quan  Chương 2: Tính toán nhiệt thiết bị sấy  Chương 3: Tính toán thiết bị sấy  Chương 4: Tính nhiệt thực tế thiết bị sấy  Chương 5: Tính toán các thiết bị chính  Chương 6: Tính toán các thiết bị phụ  Chương 7: Tính toán chi phí thiết kế  Chương 8: Thiết kế mạch điện điều khiển  Tài liệu tham khảo GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Ngô Phi Mạnh MỤC LỤC: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 8 1. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÂY LÚA ĐỐI VỚI NỀN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM 8 2. GIỚI THIỆU TẦM QUAN TRỌNG VIỆC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SẤY CHẾ BIẾN NÔNG SẢN, THỦY SẢN SAU THU HOẠCH 8 2.1. Tình hình ứng dụng công nghệ sấy nước ta hiện nay 8 2.2. Khái niệm quá trình sấy 10 2.3. Trình bày bản chất đặc trưng quá trình sấy 10 2.3.1. Các phương pháp sấy 10 2.3.2. Phương pháp sấy tự nhiên 10 2.3.3. Phương pháp sấy nhân tạo 11 3. TRÌNH BÀY VẬT LIỆU SẤY 11 3.1. Thành phần cấu tạo hạt thóc 11 3.2. Các thông số độ ẩm, vật lý và kích thước hạt thóc 13 3.3. Các đặc tính chung của thóc 14 3.3.1. Tính tan rời 14 3.3.2. Tính tự chia loại 15 3.3.3. Độ hổng của khối hạt 15 3.3.4. Tính dẫn và truyền nhiệt 16 3.3.5. Tính hấp thụ và nhả các chất khí, ẩm 16 3.4. Các yêu cầu chất lượng hạt thóc sau sấy 16 4. TRÌNH BÀY TÁC NHÂN SẤY 17 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NHIỆT LÝ THUYẾT THIẾT BỊ SẤY 18 2.1. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG SẤY 18 2.2. THÔNG SỐ VẬT LIỆU SẤY 18 2.3. THÔNG SỐ KHÔNG KHÍ NGOÀI TRỜI 19 2.3. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA KHÓI LÒ 20 2.3.1. Đặc tính của nhiên liệu nhiên liệu 20 2.3.2. Tính nhiệt trị của nhiên liệu 20 2.3.3. Tính toán thể tích không khí lý thuyết 21 2.3.4. Tính toán thể tích sản phẩm cháy 21 2.3.5. Tính thể tích khói khô lý thuyết 21 2.3.6. Tính thể tích khói lý thuyết 21 2.3.7. Tính thể tích hơi nước thực tế trong sản phẩm cháy 21 2.3.8. Tính thể tích khói thực tế 21 2.3.9. Tính lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy 22 2.3.10. Tính lượng không khí khô thực tế cho quá trình cháy 22 2.3.11. Tính lượng hơi nước chứa trong khói lò 22 2.3.12. Tính khối lượng khói khô sau buồng đốt 22 2.4. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÓI SAU BUỒNG ĐỐT 22 2.4.1. Tính lượng chứa ẩm của khói sau buồng đốt 22 2.4.2. Tính entanpi của khói sau buồng đốt 22 2.4.3. Tính nhiệt độ khói sau buồng đốt 23 2.5. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÓI SAU BUỒNG HÒA TRỘN 23 2.5.1. Tính hệ số không khí thừa cho buồng hòa trộn 23 2.5.2. Tính lượng chứa ẩm của hỗn hợp sau buồng hòa trộn 24 2.5.3. Tính entanpi của hỗn hợp sau buồng hòa trộn 24 2.5.4. Tính áp suất bão hòa của khói 24 2.5.5. Tính độ ẩm tương đối của hỗn hợp sau buồng hòa trộn 25 2.6. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ LÝ THUYẾT 25 2.6.1. Tính thời gian cho qúa trình sấy 25 2.6.2. Tính tốc độ thoát ẩm của vật liệu sấy 25 2.6.3. Tính entanpi khói sau quá trình sấy 26 2.6.4. Tính lượng chứa ẩm khói sau quá trình sấy 26 2.6.5. Áp suất bão hòa của khói sau quá trình sấy 26 2.6.6. Độ ẩm tương đối của khói sau quá trình sấy 26 2.6.7. Lượng ẩm của thóc thải vào khói sau quá trình sấy 26 2.6.8. Tính lưu lượng khói lý thuyết 27 2.6.9. Tính công suất nhiệt lý thuyết 27 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY 28 3.1. ĐẶC ĐIỂM THIẾT BỊ SẤY 28 3.2. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC SƠ BỘ CỦA THIẾT BỊ SẤY 28 3.2.1. Thể tích vật liệu sấy chiếm chổ 28 3.2.2. Diện tích mặt sàn thiết bị sấy 29 3.2.3. Chiều cao thiết bị sấy 29 3.2.4. Thiết kế thiết bị sấy 29 CHƯƠNG 4: TÍNH NHIỆT THỰC TẾ THIẾT BỊ SẤY 31 4.1. TÍNH TOÁN CÁC TỔN THẤT NHIỆT 31 4.1.1. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi 31 4.1.2. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che 31 4.1.1. Tổn thất nhiệt do phương tiện vận chuyển mang ra 34 4.2. XÁC ĐỊNH TỔNG TỔN THẤT DELTA  34 4.3. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY TRONG QUÁ TRÌNH THỰC TẾ. 35 4.3.1. Tính toán độ chứa ẩm của khói sau quá trình sấy 35 4.3.2. Tính entanpi của khói sau buồng sấy 35 4.3.3. Tính độ ẩm tương đối của khói sau buồng sấy 35 4.3.4. Lưu lượng khói thực tế cung cấp cho quá trình sấy 36 4.3.5. Nhiệt lượng tiêu hao thực tế cung cấp cho quá trình sấy 36 4.3.6. Kiểm tra lại vận tốc 36 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 37 5.1. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ BUỒNG ĐỐT 37 5.1.1. Tính toán thể tích buồng đốt 37 5.1.2. Tính toán diện tích bề mặt ghi buồng đốt 38 5.1.3. Đặc điểm của buồng đốt 38 5.2. TÍNH TOÁN BUỒNG HÒA TRỘN 39 5.2.1. Tính toán kích thước buồng hòa trộn 39 CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 42 6.1. TÍNH TOÁN CHỌN QUẠT 42 6.1.1. Tính toán chọn quạt chính 42 6.1.2. Các thông số của khói tại các vị trí trong thiết bị sấy 42 6.1.3. Tính tổn thất ma sát 42 6.1.4. Tính tổn thất cục bộ 45 6.1.5. Trở lực qua kênh dẫn khói phụ 47 6.1.6. Tổn thất qua lớp hạt 49 6.1.7. Tính tổng các tổn thất và chọn quạt 50 6.2. TÍNH TOÁN CHỌN QUẠT PHỤ 52 6.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI 54 CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN CHI PHÍ THIẾT KẾ 57 7.1. TÍNH TOÁN CHI PHÍ BUỒNG ĐỐT 57 7.1.1. Cấu tạo buồng đốt 57 7.1.2. Tính toán chi phí 57 7.2. TÍNH TOÁN CHI PHÍ CHO QUẠT 60 7.2.1. Cấu tạo quạt 60 7.2.2. Tính toán chi phí quạt 60 7.3. THIẾT BỊ SẤY 61 7.3.1. Cấu tạo thiết bị sấy 61 7.3.2. Tính toán chi phí thiết kế thiết bị sấy 61 7.4. TÍNH TOÁN CHI PHÍ ỐNG GIÓ 65 7.4.1. Cấu tạo ống gió 65 7.4.2. Tính toán chi phí ống gió 65 7.5. TỔNG CHI PHÍ CHO HỆ THỐNG SẤY 66 CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG SẤY THÓC 67 8.1. Sơ đồ mạch điện điều khiển 67 8.2. Nguyên lý làm việc mạch điện điều khiển 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 MỤC LỤC HÌNH ẢNH: Hình 1. 1 Biểu đồ phần trăm các khâu sau thu hoạch thóc 10 Hình 1. 2 Tình hình ứng dụng công nghệ sấy ở Việt Nam 10 Hình 1. 3 Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế và ứng dụng công nghệ sấy tại Việt Nam 11 Hình 1. 4 Cấu tạo của hạt thóc 13 Hình 1. 5 Góc trượt của khối thóc 16 Hình 1. 6 Quy trình thu hoạch và bảo quản thóc 18 Hình 2. 1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy lớp tĩnh 19 Hình 2. 2 Đồ thị I-d biểu diễn quá trình sấy 26 Hình 3. 1 Mô hình thiết bị sấy lớp tĩnh 27 Hình 3. 2 Bản vẽ mặt đứng thiết bị sấy lớp tĩnh 28 Hình 4 1. Mật độ dòng nhiệt qua vách tường bao thiết bị sấy. 31 Hình 5. 1 Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị trong hệ thống sấy 36 Hình 5. 2 Bản vẽ cấu tạo buồng đốt ghi tĩnh 38 Hình 5. 3 Sơ đồ nguyên lý buồng hòa trộn 40 Hình 6. 2 Bản vẽ thiết kế kênh dẫn khói 46 Hình 6. 3 Thông số chọn quạt hướng trục 49 Hình 6. 4 Bản vẽ thiết kế quạt hướng trục 50 Hình 6. 5 Buồng đốt ghi tĩnh sử dụng các tấm chắn tách bụi 53 Hình 7. 1 Cấu tạo buồng đốt 55 Hình 7. 2 Kích thước tấm thép buồng đốt (đơn vị mm) 56 Hình 7. 3 Kích thước tấm ghi 57 Hình 7. 4 Kích thước tường bao thiết bị sấy (đơn vị mm) 59 Hình 7. 5 Kích thước 1 tấm vỉ inox 61 Hình 7. 6 Hình dạng kênh dẫn chính 62 Hình 7. 7 Kích thước các tấm kênh 62 Hình 8. 1 Mạch điện điều khiển hệ thống sấy thóc lớp tĩnh không đảo gió 65 MỤC LỤC BẢNG: Bảng 2. 1 Bảng đặc tính các thành phần trong nhiên liệu than 19 Bảng 6. 1 Thông số của tác nhân sấy tại các vị trí 40 Bảng 6. 2 Thông số kỹ thuật quạt hướng trục 49 Bảng 6. 3 Bảng thông số kỹ thuật quạt cấp không khí cho buồng đốt 51 Bảng 7. 1 Chi phí thép buồng đốt 56 Bảng 7. 2 Chi phí của ghi buồng đốt 57 Bảng 7. 3 Chi phí gạch chịu lửa buồng đốt 57 Bảng 7. 4 Chi phí của quạt 58 Bảng 7. 5 Chi phí thép thiết bị sấy 59 Bảng 7. 6 Chi phí vỉ inox 60 Bảng 7. 7 Chi phí kênh dẫn 61 Bảng 7. 8 Chi phí kênh phụ 62 Bảng 7. 9 Chi phí ống gió 62 Bảng 7. 10 Chi phí ống gió 63 Bảng 7. 11 Tổng chi phí cho hệ thống sấy 63

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÂY LÚA ĐỐI VỚI NỀN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

Đối với người Việt Nam, lúa gạo là lương thực thiết yếu, không thể thiếu cho cuộc sống hàng ngày Nếu như với người phương Tây, lương thực chính là lúa mì thì đối với người Việt Nam Lúa là cây trồng cổ truyền của Việt Nam và là cây trồng quan trọng nhất hiện nay vì diện tích gieo trồng lúa chiếm đến 61% diện tích trồng trọt cả nước và 80% nông dân Viêt Nam là nông dân trồng lúa Gạo là lương thực thiết yếu hàng đầu của người Việt Nam vì 100% của dân số gần 100 triệu người không ai không ăn gạo hàng ngày từ người thu nhập thấp đến người thu nhập cao, từ nông thôn đến thành thị.

Chính vì tầm quan trọng của lúa gạo, thời gian qua Chính phủ Việt Nam luôn luôn đặt phát triển lúa gạo là nhiệm vụ trung tâm của phát triển nông nghiệp và đã có những đầu tư thích đáng cho xây dựng cơ sở hạ tầng đặc biệt là hệ thống thủy lợi và quan tâm đầu tư về khoa học công nghệ và khuyến nông đối với cây lúa và các chính sách hỗ trợ nông dân nhờ vậy chỉ trong vòng 30 năm sau khi đất nước thống nhất đã biến nhiều vùng đất khó khăn trở thành những vùng đất trồng lúa trù phú cho đất nước, mà điển hình nhất là vùng đồng bằng sông Cửu Long Thành tựu đạt được là từ năm 2002 đến nay, năng suất lúa bình quân của Việt Nam luôn dẫn đầu các nước ASEAN, là nước xuất khẩu lúa gạo hàng đầu của thế giới.

Bên cạnh đó, sản xuất lúa gạo nước ta đang bước vào thời kỳ có nhiều thử thách mới, trong đó có các thử thách nội sinh trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và các thử thách mang tính thời đại như biến đổi khí hậu, an ninh năng lượng và an ninh lương thực Những năm gần đây, diện tích đất lúa nước ta giảm rất nhanh do nhu cầu sử dụng làm khu công nghiệp, giao thông, nhà ở, v.v hoặc chuyển sang làm vuờn cây, nuôi trồng thủy sản Trong vòng 10 năm từ 2000 đến 2009 diện tích đất lúa đã giảm 380 nghìn ha Diện tích lúa còn tiếp tục giảm theo tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa và nếu không được kiểm soát nghiêm ngặt việc chuyển đất lúa sang các mục đích phi nông nghiệp, an ninh lương thực lâu dài của đất nước sẽ bị đe dọa khi dân số nước ta mỗi năm tăng trên 1 triệu người Ngoài ra, do biến đổi khí hậu các vùng sinh thái vùng trồng lúa sẽ mất cân bằng nghiêm trọng khi nguồn nước cho canh tác trở nên ít hơn, hạn hán, lũ lụt nhiều hơn, xâm nhập mặn sâu hơn, mật độ bộc phát dịch sâu bệnh hại lúa cao hơn, v.v.

GIỚI THIỆU TẦM QUAN TRỌNG VIỆC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SẤY CHẾ BIẾN NÔNG SẢN, THỦY SẢN SAU THU HOẠCH

2.1 Tình hình ứng dụng công nghệ sấy nước ta hiện nay

Trong các khâu từ khi thu hoạch đến khi bảo quản thóc thì khâu sấy đóng vai trò quan trọng nhất chiếm tới 30% trong tổng các khâu theo hình 1.1 Việc chất lượng hạt thóc sau sấy có đảm bảo hay không, thời gian bảo quản có lâu hay không chính là nằm ở giai đoạn này

Hình 1 1 Biểu đồ phần trăm các khâu sau thu hoạch thóc

Với sự phát triển của Khoa học kỹ thuật, việc áp dụng các máy móc hiện đại phục vụ cho ngành nông nghiệp nước ta ngày càng được chú trọng, đặc biệt trong Lương thực – thực phẩm, cụ thể ở nước ta:

Sáng chế về ứng dụng công nghệ sấy sản phẩm thủy sản chiếm 15%

Sáng chế về ứng dụng công nghệ sấy sản phẩm nông sản chiếm 85%

Hình 1 2 Tình hình ứng dụng công nghệ sấy ở Việt Nam

Hình 1 3 Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế và ứng dụng công nghệ sấy tại Việt Nam

Nhận xét: Nhìn chung lượng sáng chế có xu hướng tăng dần theo thời gian Tăng mạnh trong giai đoạn từ 2010 đến 2015.

2.2 Khái niệm quá trình sấy

Quá trình sấy là quá trình làm tách ẩm (chủ yếu là nước và hơi nước) ra khỏi vật liệu sấy để thải vào môi trường Ẩm có mặt trong vật liệu sấy được nhận năng lượng theo một phương thức nào đó tách khỏi vật liệu sấy và dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt, từ bề mặt vật vào môi trường xung quanh.

Mỗi loại sản phẩm đều quy định một nhiệt độ sấy cao nhất gọi là nhiệt độ sấy tối đa cho phép (tmax) Thường chọn nhiệt độ sấy trong quá trình sấy nhỏ hơn tmax.

Trong công nghệ sau thu hoạch và chế biến nông sản, sấy là một trong những phương pháp có lịch sử lâu đời nhất Mục đích công nghệ quá trình sấy là giảm lượng ẩm có trong nguyên liệu, làm giảm hoạt động 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 các enzym Nói cách khác, mục đích của quá trình sấy là kéo dài thời gian bảo quản nông sản, góp phần chế biến nông sản thành sản phẩm có giá trị cao.

2.3 Trình bày bản chất đặc trưng quá trình sấy

Trong công nghệ sấy, sấy được chia làm 2 loại phương pháp sấy là:

 Phương pháp sấy tự nhiên.

 Phương pháp sấy nhân tạo.

2.3.2 Phương pháp sấy tự nhiên

Sấy bằng không khí tự nhiên là phương pháp tận dụng ánh nắng mặt trời để làm khô hạt và sản phẩm Phơi nắng là phương pháp không tốn kém về nhiên liệu Nó thúc đẩy quá trình chín sinh lí của hạt bởi tác dụng của ánh nắng mặt trời

Nhưng phơi nắng có nhược điểm là không chủ động và phụ thuộc vào điều kiện thời tiết rất lớn, nhất là các vùng canh tác 2 vụ: mùa khô rất ngắn ngủi không cho phép phơi nắng tự nhiên một cách nhanh chóng Phơi nắng còn tốn nhiều công lao động Thời gian để đạt được độ ẩm an toàn thường dài nhất là đối với các hạt giống yêu cầu độ ẩm gần bằng 13%

Tuy vậy trong thực tế sản xuất hiện nay, người ta vẫn áp dụng phương pháp phơi nắng đối với các loại ngũ cốc và một số nông sản khác Những sản phẩm cần phơi trải thành những lớp mỏng trên mặt đất hay bạt nên gặp rất nhiều bất tiện: dễ bị lẫn cát, dễ bị ẩm khi gặp mưa Hiện nay có rất nhiều phương pháp để cải tiến kĩ thuật này, sấy nhân tạo là một trong những phương pháp đó.

2.3.3 Phương pháp sấy nhân tạo

Sấy nhân tạo là sử dụng các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể được phân loại như sau: a) Sấy đối lưu (nhiệt nóng)

Sấy đối lưu là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy là không khí nóng, khói lò,… Đặc trưng của công nghệ sấy đối lưu chính là sự chuyển động của luồng không khí Chúng được dùng làm tác nhân sấy nhưng với điều kiện không khí trong buồng sấy luôn phải nóng, chuyển động theo vòng tuần hoàn trong buồng sấy

Chúng sẽ tác động tới vật phẩm cần sấy và làm bốc hơi nước, độ ẩm còn dư trong vật phẩm sấy đó Chính luồng không khí nóng sẽ đưa lượng hơi ẩm này thoát ra ngoài Từ đó, vật phẩm được sấy khô hoàn toàn Đây cũng là nguyên lý làm việc của những sản phẩm máy sấy đối lưu, hệ thống sấy nông sản hiện nay

Công nghệ sấy đối lưu cũng cho chất lượng nông sản, thành phẩm sấy đạt yêu cầu, không dễ bị biến chất hoặc hư hại, có thể để dùng dần hoặc cung cấp cho những nhà máy chế biến, hoặc đóng gói bán ra thị trường b) Sấy tiếp xúc

Sấy tiếp xúc là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn c) Sấy bằng tia hồng ngoại

Sấy bằng tia hồng ngoại là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy d) Sấy thăng hoa

Sấy thăng hoa là phương pháp sấy trong điều kiện môi trường có độ chân không cao, nhiệt độ rất thấp, nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng (nên gọi là thăng hoa) e) Sấy bằng dòng điện cao tần

Sấy bằng dòng 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 lớp vật liệu.

TRÌNH BÀY VẬT LIỆU SẤY

3.1 Thành phần cấu tạo hạt thóc

Thóc là sản phẩm từ cây lúa Các bộ phận chính của hạt thóc được biểu diễn như hình 1.2 dưới đây:

Hình 1 4 Cấu tạo của hạt thóc a) Vỏ trấu

Có tác dụng bảo vệ hạt thóc, chống lại các ảnh hưởng xấu của điều kiện môi trường ( nhiệt độ, độ ẩm, ) và sự phá hoại của sinh vật có hại ( côn trùng, nấm móc,…) Trên bề mặt vỏ trấu có các đường gân và nhiều lông ráp xù xì Trong quá trình bảo quản, lông thóc thường rụng ra do sự cọ sát với nhau giữa các hạt thóc Tùy theo giống lúa mà vỏ trấu có độ dày và chiếm tỉ lệ khác nhau so với toàn hạt thóc Độ dày của vỏ trấu thường 0,12 - 0,15 mm và thường chiếm 18 - 20% so với khối lượng toàn hạt thóc. b) Vỏ quả

Cấu tạo: gồm vài lớp tế bào

Biểu bì ở ngoài cùng gồm các tế bào nhỏ

 Lớp vỏ quả ngoài: gồm 2-3 dãy tế bào dài hướng dọc theo hạt 3 –

 Lớp vỏ quả giữa: là các tế bào dài hướng ngang hạt Đối với hạt đã chín thì lớp tế bào giữa trống rỗng, đối với hạt xanh thì lớp tế bào này chứa các hat diệp lục tố nên hạt có màu xanh.

 Lớp vỏ quả trong: là các tế bào hình ống hướng dọc hạt

Thành phần vỏ quả: cellulose, pentosan, pectin và khoáng c) Vỏ hạt

Cấu tạo: gồm 2 lớp tế bào

 Lớp bên ngoài gồm các tế bào hình chữ nhật, xếp sít nhau, chứa các chất màu như anthocyanins, flavonoid, carotenoid.

 Lớp bên trong gồm các tế bào có kích thước không đồng đều, xốp, ít thấm nước nên dễ dàng cho ẩm đi qua.

Thành phần của vỏ hạt: chứa ít cellulose, nhiều protid và lipid hơn vỏ quả d) Lớp aleurone

Lớp aleurone được bao bọc nội nhũ và phôi chiếm 6-12% khối lượng hạt Tế bào lớp aleurone là lớp các tế bào lớn, thành dày hình khối chữ nhật hay vuông có kích thước nhỏ dần về phía phôi Trong tế bào lớp aleurone là protid, tinh bột, cellulose, pentosane các giọt lipid và phần lớn các vitamin và khoáng Vì vậy trong quá trình chế biến hạt, không nên xay sát quá kỹ để giữ lại các vitamin và khoáng chất. e) Nội nhũ

Là phần dự trữ chất dinh dưỡng của hạt, thành phần chủ yếu của nội nhũ là tinh bột và protid Các tế bào nội nhũ khá lớn, thành mỏng, có hình dạng khác nhau tùy loại ngũ cốc Tùy theo giống, điều kiện sinh trưởng mà nội nhũ có thể trong, đục hoặc vừa trong vừa đục Nội nhũ có độ trong càng cao thì thành phẩm thu được sau quá trình xay xát cũng cao

Thành phần của nội nhũ: chủ yếu chứa tinh bột và protid, ngoài ra còn chứa một lượng nhỏ lipid, muối khoáng, cellulose, dextrin, đường. f) Phôi

Là phần phát triển thành cây con khi hạt nảy mầm Phôi cách nội nhũ bởi 1 lớp ngù Lớp ngù được cấu tạo từ những tế bào dễ thẩm thấu các chất hòa tan, chứa các enzyme có khả năng chuyển chất hữu cơ không tan thành các chất hòa tan Do đó , chất dinh dưỡng trong phôi rất dễ bị biến đổi

Thành phần: phôi chứa protid, glucid hòa tan, khá nhiều lipid, khoáng, cellulose và các vitamin

3.2 Các thông số độ ẩm, vật lý và kích thước hạt thóc

Theo thống kê (Nongnghiep.gov.vn) thóc mới thu hoạch thường có độ ẩm cao nên một số giống có thể nảy mầm, men mốc và nấm dễ phát triển làm cho thóc bị hư hoặc kém phẩm chất Thông thường độ ẩm của thóc khi mới thu hoạch là từ 20-27% Để thóc không bị hư hỏng hoặc giảm phẩm chất thì trong vòng 48 giờ sau khi thu hoạch phải làm khô thóc để độ ẩm chỉ còn 20%, sau đó cần tiếp tục xử lý Tuỳ theo nhu cầu làm khô thóc để xay xát ngay hoặc để tồn trữ lâu dài hoặc để làm giống mà yêu cầu làm khô và công nghệ sấy khác nhau

Quá trình sấy phải làm sao để độ ẩm thoát ra từ từ nhằm đạt được độ ẩm mong muốn đồng thời đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ trong hạt thóc so với bên ngoài là nhỏ nhất Độ ẩm an toàn của thóc cho bảo quản phụ thuộc vào tình trạng thóc, khí hậu cũng như điều kiện bảo quản Khi thóc có độ ẩm từ 13-14% (cắn thử hạt thóc thấy giòn), có thể bảo quản được từ 2-3 tháng, nếu muốn bảo quản dài hơn 3 tháng thì độ ẩm của thóc tốt nhất từ 12-12,5% Độ ẩm thóc, công nghệ sấy cũng ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi gạo và tỷ lệ gạo gãy trong quá trình xay xát, độ ẩm thích hợp cho quá trình xay xát từ 13-14%

Theo bảng phụ lục 3 và phụ lục 4 Sách Kỹ thuật Sấy nông sản thực phẩm, ta có:

 Khối lượng riêng : Thóc khô :  = 500 kg/m 3 o Thóc ướt :  = 750 kg/m 3

 Nhiệt dung riêng : C = 1,2 kJ/kgK

 Hệ số dẫn nhiệt:  = 0,09 W/mK

 Kích thước hạt thóc : Dày 1,2  2,8 mm

 Đường kính tương đương của hạt : dtđ = 2,67 mm

 Nhiệt độ sấy hạt cho phép:  (50  60) 0 C

3.3 Các đặc tính chung của thóc

Là đặc tính khi đổ thóc từ độ cao h xuống mặt phẳng nằm ngang, thóc tự dịch chuyển để tạo thành khối có dạng chóp nón Góc tạo thành bởi đường sinh với mặt phẳng đáy nằm ngang của hình chóp gọi là góc nghỉ hay góc nghiêng tự nhiên của khối hạt Về trị số thì góc nghỉ tự nhiên bằng góc ma sát giữa hạt với hạt nên còn gọi là góc ma sát trong, kí hiệu φ1 Dựa vào độ tan rời này để xác định để xác định sơ bộ chất lượng và sự thay đổi chất lượng của thóc trong quá trình sấy và bảo quản Đối với thóc , góc nghỉ khoảng từ 32 ÷ 40 0

Nếu ta để hạt trên một mặt phẳng và bắt đầu nghiêng mặt phẳng này cho tới khi hạt bắt đầu trượt thì góc giới hạn giữa mặt phẳng ngang và mặt phẳng trượt gọi là góc trượt (góc ma sát ngoài), kí hiệu φ2 Trường hợp không phải là một hạt mà là một khối hạt thì góc trượt có liên quan và phụ thuộc vào góc nghiêng tự nhiên

Hình 1 5 Góc trượt của khối thóc

Góc nghỉ và góc trượt càng lớn thì độ rời càng nhỏ. Độ rời của khối hạt dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào các yếu tố như kích thước, hình dạng hạt và trạng thái bề mặt hạt, độ ẩm của hạt, số lượng và loại tạp chất trong khối hạt Đối với góc trượt còn thêm một yếu tố quan trọng nữa là loại vật liệu và trạng thái bề mặt vật liệu trượt

Loại hạt có dạng hình cầu, bề mặt hạt nhẵn như đậu, loại hạt không có hình cầu và bề mặt hạt xù xì như thóc thì góc nghỉ và góc trượt lớn Độ tạp chất của khối hạt càng cao đặc biệt là nhiều tạp chất rác thì độ rời càng nhỏ Độ ẩm của khối hạt càng cao thì độ rời càng giảm.

Khối hạt không đồng nhất trong quá trình di chuyển tạo nên những vùng, khu vực khác nhau về chất lượng( lớp mặt, lớp giữa, lớp đáy, vùng ven tường, ), đó là tính tự chia của khối hạt.

Tính tự chia gây ảnh hưởng xấu đến công tác bảo quản ở những khu vực tập trung nhiều hạt lép và tạp chất dễ hút ẩm, có thủy phần cao, côn trùng và vi sinh vật dễ phát triển nên phải tìm cách hạn chế, tạo cho khối hạt có sự đồng đều.

3.3.3 Độ rỗng của khối hạt

Khoảng không nằm giữa khe hở giữa các hạt, có chứa đầy không khí, đó là độ rỗng của khối thóc Độ rỗng được tính bằng phần trăm thể tích khoảng không gian của khe hở giữa các hạt với thể tích toàn bộ khối hạt bị vật chiếm chổ.

Thóc được cào đảo thường xuyên có độ rỗng lớn và thông thoáng Trong bảo quản luôn đảm bảo thóc có độ rỗng cần thiết để tạo điều kiện cho khối thóc truyền và trao đổi nhiệt, ẩm với môi trường dễ dàng.

3.3.4 Tính dẫn và truyền nhiệt

TRÌNH BÀY TÁC NHÂN SẤY

Trong hệ thống sấy lớp tĩnh, tác nhân sấy có nhiều dạng: không khí, khói và hơi Mỗi loại lại có những tính chất khác nhau phù hợp cho từng hệ thống sấy và vật liệu sấy Vật liệu sấy ở đây là thóc, yêu cầu về chất lượng sản phẩm cũng không cao nên ta chọn tác nhân sấy là khói lò.

Nhiệm vụ của tác nhân sấy:

 Gia nhiệt cho vật sấy

 Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường

 Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt Ưu điểm của việc sử dụng khói lò làm tác nhân sấy là không cần dùng calorife, phạm vi nhiệt độ rộng, nhưng dùng khói lò cũng có nhược điểm đó là có thể gây ô nhiễm sản phẩm do bụi và các chất có hại như CO2, SO2.

TÍNH TOÁN NHIỆT LÝ THUYẾT THIẾT BỊ SẤY

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG SẤY

Do nhiệt độ khói sau buồng đốt rất lớn so với yêu cầu, trong các hệ thống sấy dùng khói lò làm tác nhân sấy chúng ta phải tổ chức hòa trộn với không khí ngoài trời để được một hỗn hợp có nhiệt độ thích hợp đáp ứng cho quá trình sấy.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy:

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy lớp tĩnh

THÔNG SỐ VẬT LIỆU SẤY

Theo bảng phụ lục 3 và phụ lục 4 Sách Kỹ thuật Sấy nông sản thực phẩm, ta có:

 Khối lượng riêng : Thóc khô (độ ẩm13%) :  = 500 kg/m 3 o Thóc ướt (độ ẩm 22%):  = 750 kg/m 3

 Nhiệt dung riêng : C = 1,2 kJ/kgK

 Hệ số dẫn nhiệt:  = 0,09 W/mK

 Kích thước hạt thóc : Dày 1,2  2,8 mm

 Đường kính tương đương của hạt : dtđ = 2,67 mm

 Nhiệt độ sấy hạt cho phép:  (50  60) 0 C Độ ẩm ban đầu của thóc, chọn 1 = 22% Độ ẩm thóc sau khi sấy, chọn 2 = 13%

THÔNG SỐ KHÔNG KHÍ NGOÀI TRỜI

Ở đây ta tính toán thông số không khí ngoài trời tại Quảng Bình, mùa thu hoạch lúa là vụ đông xuân khi mà thời tiết ít nắng và mưa nhiều, độ ẩm không khí luôn ở mức cao không thuận lợi để phơi lúa bằng ánh nắng mặt trời nên phải áp dụng máy móc công nghệ để sấy thóc.

Với các thông số không khí ngoài trời đã cho là: t = 25C và  = 85%, ta xác định được các thông số nhiệt động của không khí như sau: a) Áp suất bão hòa của không khí ở nhiệt độ t = 25C,  = 85%: Áp suất bão hòa được tính theo công thức: p sat =exp.(a

T là nhiệt độ tuyệt đối, (K) T = 25 + 273,15 = 298,15 K

Thay số vào ta được:

P bh 169,21Pa b) Độ chứa ẩm của không khí: d o =0,6219 φ P bh

101,325 10 3 −0,85.3169,21=0,017kg ẩm /kg kkhiK c) Entanp của không khí:

TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA KHÓI LÒ

2.3.1 Đặc tính của nhiên liệu nhiên liệu

Nhiên liệu được sử dụng để sinh ra khói cung cấp cho quá trình sấy là nhiên liệu than, than có nhiệt trị cao lại ít hàm lượng tro rất thích hợp để làm nhiên liệu cho hệ thống sấy thóc này.

Nhiên liệu than có các thành phần như sau:

Bảng 2 1 Bảng đặc tính các thành phần trong nhiên liệu than

Clv Hlv Nlv Olv Slv Alv Wlv Tổng

2.3.2 Tính nhiệt trị của nhiên liệu

Nhiệt trị của nhiên liệu là lượng nhiệt sinh ra khi cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu rắn hoặc lỏng hay 1m 3 tiêu chuẩn nhiên liệu khí.

Nhiệt trị của nhiên liệu gồm:

 Nhiệt trị cao Qc lv

 Nhiệt trị thấp Qt lv

Trong nhiên liệu có hơi nước, hơi nước đó ngưng tụ thành nước sẽ tạo ra một lượng nhiệt nữa. a) Nhiệt trị cao của nhiên liệu

Nhiệt trị cao của nhiên liệu là nhiệt trị có kể đến cả lượng nhiệt khi ngưng tụ hơi nước trong sản phẩm cháy nữa.

Nhiệt trị cao của nhiên liệu được tính như công thức dưới đây:

(2.3) ¿418,6.[81,3.0,521+297.0,038+15.0,091+45,6.0,029−23,5.0,011] ¿23471,82 [kJ/kgnl] b) Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu là nhiệt trị không kể đến lượng nhiệt ngưng tụ hơi nước trong sản phẩm cháy.

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu được tính như công thức dưới đây:

2.3.3 Tính toán thể tích không khí lý thuyết

Thể tích không khí lý thuyết là lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu.

Trong thành phần nhiên liệu than có các thành phần C, H, S có thể cháy được và sinh nhiệt Lượng oxy cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu bằng tổng lượng oxy cần thiết để đốt cháy hoàn toàn lượng C, H, S có trong 1kg nhiên liệu và được tính theo công thức dưới đây:

2.3.4 Tính toán thể tích sản phẩm cháy

Sản phẩm cháy gồm khói khô và hơi nước Ở trạng thái lý thuyết, khi cháy hoàn toàn sẽ tạo thành trong khói các chất CO2, SO2, N2 và H2O.

V o N 2 =0,79.V kk o +0,8.N lv =0,79.5,699+0,8 0,091=4,575m tc 3 /kg nl

2.3.5 Tính thể tích khói khô lý thuyết

V khoikho o =V RO 2 +V N o 2 =0,992+4,575=5,568m tc 3 /kg nl

2.3.6 Tính thể tích khói lý thuyết

V khoi o =V RO 2 +V N o 2 +V H o 2 O =0,992+4,575+0,679=6,246m tc 3 /kg nl

2.3.7 Tính thể tích hơi nước thực tế trong sản phẩm cháy

(Hệ số không khí thừa trong buồng đốt, chọn α=1,3)

2.3.8 Tính thể tích khói thực tế

2.3.9 Tính lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy

Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu là lượng không khí khô vừa đủ cung cấp oxy cho quá trình cháy.

Lượng không khí khô lý thuyết được tính như công thức 2.13 dưới đây:

2.3.10 Tính lượng không khí khô thực tế cho quá trình cháy

2.3.11 Tính lượng hơi nước chứa trong khói lò

2.3.12 Tính khối lượng khói khô sau buồng đốt

Khối lượng khói khô sau buồng đốt bằng tổng lượng không khí khô và khối lượng nhiên liệu trừ đi thành phần tro (Tr) và hơi nước do phản ứng cháy 9H cũng như nước trong nhiên liệu A.

Khối lượng khói khô được tính như công thức 2.16 dưới đây:

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÓI SAU BUỒNG ĐỐT

2.4.1 Tính lượng chứa ẩm của khói sau buồng đốt d=G a

Ga: khối lượng hơi nước trong khói lò, Ga = 0,686 kgẩm/kgnl

GK: khối lượng khói khô trong buồng đốt, GK = 10,138 kgkhoik/kgnl

2.4.2 Tính entanpi của khói sau buồng đốt

Qc: Nhiệt trị cao của nhiên liệu, Qc = 23471,82 kJ/kgnl η bđ: Hiệu suất buồng đốt, chọn bằng 75%

Cnl: Nhiệt dung riêng của nhiên liệu, Cnl = 1,2 kJ/kg.K tnl: Nhiệt độ của nhiên liệu, t = 25°C. α bđ: Hệ số không khí thừa buồng đốt, chọn α = 1,2

Io: Entanpi không khí ngoài trời, Io = 68,35 kJ/kgkk

2.4.3 Tính nhiệt độ khói sau buồng đốt t= I−d.2501

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÓI SAU BUỒNG HÒA TRỘN

Buồng hòa trộn để hòa trộn tạo tác nhân sấy có nhiệt độ phù hợp

Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị sẽ ảnh hưởng đến quyết định tốc độ sấy nghĩa là quyết định đến thời gian sấy Nhiệt độ tác nhân sấy cũng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy Vì vậy, đối với sấy thóc, theo tài liệu Sách Kỹ thuật sấy nông sản và thực phẩm nhiệt độ để sấy nông sản dạng hạt như thóc là từ 50C đến 100C.

Ta chọn nhiệt độ sấy t = 60C.

2.5.1 Tính hệ số không khí thừa cho buồng hòa trộn

Khi dùng khói làm tác nhân sấy, nhiệt độ khói làm tác nhân sấy thường thấp hơn nhiều so với nhiệt độ khói ra khỏi buồng đốt, vì vậy cần đưa khói qua buồng hòa trộn với không khí để đạt được nhiệt độ yêu cầu Do đó, ta phải đi tính hệ số không khí thừa trong buồng hòa trộn.

Hệ số không khí thừa trong buồng hòa trộn được tính theo công thức sau: α=Q c ❑ bđ +C nl t nl −(9H+A) i a −[ 1−( 9 H + A +Tr ) ] C pk t

7,443.[0,017.(2610,52–2546,05)+1,055.(60–25)] ¿57,395 Trong đó: ia: Entanpi hơi nước chứa trong khói ia = 2500 + 1,842.t = 2500 + 1,842.60 = 2610,52 (kJ/kgẩm) ia0: Entanpi hơi nước chứa trong không khí ngoài trời ia0 = 2500 + 1,842.t = 2500 + 1842.25 = 2546,05 (kJ/kgẩm)

Cpk: Nhiệt dung riêng của khói, Cpk(60°C) = 1,055 (kJ/kg.K) do: Lượng chứa ẩm của không khí ngoài trời, do = 0,017 (kgẩm/kgkkhiK) t: Nhiệt độ khói trước khi vào buồng sấy, t = 60°C to: Nhiệt độ không khí ngoài trời, to = 25°C.

2.5.2 Tính lượng chứa ẩm của hỗn hợp sau buồng hòa trộn d 1 =G a 1

427,674=0,0182kg ẩm /kg khoik (2.21) ¿ Trong đó:

Ga1: Khối lượng hơi nước trong khói lò sau buồng hòa trộn:

Gk1: Khối lượng khói khô trong buồng hòa trộn:

2.5.3 Tính entanpi của hỗn hợp sau buồng hòa trộn

 t: nhiệt độ khói sau buồng hòa trộn, t = 60C

2.5.4 Tính áp suất bão hòa của khói Áp suất bão hòa được tính theo công thức: p sat =exp.(a

T là nhiệt độ tuyệt đối, (K) T = 60 + 273,15 = 333,15 K

Thay số vào ta được:

P bh 943,761Pa 2.5.5 Tính độ ẩm tương đối của hỗn hợp sau buồng hòa trộn φ 1 = d 1 P

TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ LÝ THUYẾT

Mục đích phần tính quá trình sấy lý thuyết là để xác định được lượng tiêu hao không khí cho quá trình sấy lý thuyết L (kg/h) và tiêu hao nhiệt lý thuyết Q (kW).

2.6.1 Tính thời gian cho qúa trình sấy

Thời gian sấy là đại lượng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong quá trình sấy Thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng loại vật liệu sấy, hình dạng, kích thước, độ ẩm ban đầu và độ ẩm sau khi sấy.

Thời gian sấy được tính theo công thức thực nghiệm của phương pháp A.V LUIKOV như dưới đây: τ=ω 1 −ω 2

  1: Độ ẩm ban đầu của thóc,  1 = 22%

  2: Độ ẩm sau sấy của thóc,  2 = 13%

 N: Tốc độ sấy N = 0,75%/h Dựa theo nghiên cứu trong bài đăng Official test of rice dryer in Japan, Table 1 Test results of the official tests of the grain circulating type heated air dryers chọn tốc độ sấy N = 0,75%/h.

2.6.2 Tính tốc độ thoát ẩm của vật liệu sấy

Tốc độ thoát ẩm của vật liệu sấy trong 1 giờ là:

 G2: Khối lượng vật liệu sấy, G2 = 500kg/mẻ.

Khối lượng ban đầu của vật liệu sấy là: G1 = W + G2 = 51,72 + 500 = 551,72 kg Tốc độ thoát ẩm của vật liệu sấy trong 12 giờ là:

2.6.3 Tính entanpi khói sau quá trình sấy

I2 = I1 = 107,813 kJ/kg ( quá trình sấy lý thuyết là quá trình đẳng entanpi) 2.6.4 Tính lượng chứa ẩm khói sau quá trình sấy d 2 = I 2 −1,006.t 2

(2.29) Trong đó: t2 : nhiệt độ khói sau quá trình sấy, t = 34 °C

2.6.5 Áp suất bão hòa của khói sau quá trình sấy Áp suất bão hòa được tính theo công thức: p sat =exp.(a

T là nhiệt độ tuyệt đối, (K) Với T = 34 + 273,15 = 341,15 K

Thay số vào ta được:

2.6.6 Độ ẩm tương đối của khói sau quá trình sấy φ 2 = d 2 P

2.6.7 Lượng ẩm của thóc thải vào khói sau quá trình sấy d 21 =d 2 −d 1 =0,0287–0,0182=0,0105kg ẩm /kg khoik

Hình 2 2 Đồ thị I-d biểu diễn quá trình sấy

2.6.8 Tính lưu lượng khói lý thuyết

Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm được tính theo công thức sau:

2.6.9 Tính công suất nhiệt lý thuyết

Nhiệt lượng cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm từ vật liệu sấy được tính theo công thức sau:

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

ĐẶC ĐIỂM THIẾT BỊ SẤY

Thiết bị sấy là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu Là bộ phận quan trọng của hệ thống sấy.

Hệ thống sấy này là hệ thống sấy lớp tĩnh không đảo gió, khói đi từ dưới thiết bị sấy đi lên, qua vỉ thép có các lỗ đường kính 2mm rồi đi qua lớp thóc để sấy thóc đến khi đạt độ ẩm yêu cầu.

Hệ thống sấy lớp tĩnh này được ứng dụng rỗng rãi trong nông nghiệp, nó có thể sấy bất kì các vật liệu dạng hạt nào như thóc, đậu, ngô,…Và có cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, dễ vận hành, vốn đầu tư ít, là thiết bị lưu động nên phù hợp cho các hộ gia đình khu vực miền Trung – Tây Nguyên vốn mưa ẩm thất thường khó khăn trong việc phơi khô các nông sản.

Hình 3 1 Mô hình thiết bị sấy lớp tĩnh

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC SƠ BỘ CỦA THIẾT BỊ SẤY

Kích thước rộng, cao, dài của buồng sấy phụ thuộc vào kích cỡ của vật sấy, thời gian sấy và năng suất của buồng sấy Vật liệu sấy được phân bố trong buồng sấy sao cho tác nhân sấy là khói chảy trùm đều lên trong khắp không gian thiết bị sấy Có như vậy mới đảm bảo được sự đồng đều của sản phẩm sấy.

3.2.1 Thể tích vật liệu sấy chiếm chổ

 G1: Khối lượng ban đầu của vật liệu sấy.(Đã tính ở chương 2)

  1: Khối lượng riêng ban đầu vật liệu sấy.

3.2.2 Diện tích mặt sàn thiết bị sấy

Theo tiêu chuẩn máy sấy thóc với năng suất từ 500 – 1000 kg/mẻ ta có kích thước như sau:

Chiều dài thiết bị sấy: L = 2,4 m

Chiều rộng thiết bị sấy: B = 1,73 m

Vậy diện thích mặt sàn thiết bị sấy là:

3.2.3 Chiều cao thiết bị sấy

Vì năng suất của thiết bị sấy nhỏ 500kg/mẻ nên chọn chiều dày lớp thóc là h = 0,3m, chiều dày này không quá cao cũng không quá thấp để đảm bảo thóc được sấy đều, không xảy ra hiện tượng thóc ở giữa ẩm hơn 2 lớp thóc trên và dưới.

Chiều cao thiết bị sấy chọn H = 950mm Vậy, ta có:

 Chiều cao từ đáy đến lớp dưới của thóc là H1 = 0,450m

 Chiều cao từ mặt trên lớp thóc đến đỉnh thùng là H2 = 0,150m

3.2.4 Thiết kế thiết bị sấy

Với các thông số đã tính toán cho thiết bị sấy, ta thiết kế được thiết bị sấy có cấu tạo với các thông số như hình dưới đây:

Hình 3 2 Bản vẽ mặt đứng thiết bị sấy lớp tĩnh

Tường thiết bị sấy được gia cố bằng các thanh sắt chịu lực vừa có tác dụng định hình hình dạng cho thùng sấy vừa đảm bảo cho thùng sấy không bị biến dạng do nhiệt trong quá trình sấy Bên ngoài được bọc cách nhiệt để đảm bảo nhiệt không bị tổn thất, mất mát ra ngoài môi trường Vật liệu sấy được đặt lên tấm vỉ thép có đục các lỗ đường kính 2mm (nhỏ hơn đường kính tương đương hạt thóc d td = 2,76mm), vỉ thép được đặt lên khung chịu lực.

Tường bao thiết bị sấy gồm lớp thép bên trong và bọc cách nhiệt bên ngoài, vật liệu cách nhiệt là tấm sợi gỗ

 Thép: dày 5mm, hệ số dẫn nhiệt  = 58W/mK.

 Tấm sợi gỗ: dày 35mm, hệ số dẫn nhiệt  = 0,046 W/mK.

Kênh dẫn khói chính có tiết diện rộng ở đầu vào và nhỏ dần về sau vì trong kênh dẫn chính phân ra gồm 4 kênh dẫn phụ Để cho lưu lượng khói phân bố đều cho cả 4 kênh phụ thì ta phải làm cho tiết diện của kênh dẫn nhỏ dần về sau thì mới phân bố đều lưu lượng khói.

TÍNH NHIỆT THỰC TẾ THIẾT BỊ SẤY

TÍNH TOÁN CÁC TỔN THẤT NHIỆT

Tổn thất nhiệt ở quá tình sấy thực gồm:

Tổn thất do vật liệu sấy mang đi Qm

Tổn thất do thiết bị chất tải QTBCT

Tổn thất qua kết cấu bao che QBC

Ngoài ra còn có thêm nhiệt lượng bổ sung Qbs được đưa vào thiết bị sấy, nhưng ở thiết bị này ta không dùng nhiệt lượng bổ sung nên ta xem nhiệt lượng bổ sung bằng không, (Qbs = 0).

4.1.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi

Vì thóc sau khi sấy xong vẫn còn nằm trên vỉ sấy lớp tĩnh chưa được đưa ra ngoài nên ta xem không có tổn thất do vật liệu sấy mang đi, Qm = 0.

4.1.2 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che

Tổn thất qua kết cấu bao che gồm:

Tổn thất qua bề mặt bao quanh, QT

Tổn thất qua nền, Qn

Tổn thất qua trần, Qtr

Tổn thất qua kết cấu bao che bằng tổng tổn thất tường bao quanh, tổn thất qua trần và tổn thất qua nền:

Bề mặt bao quanh thiết bị được cấu tạo gồm 2 lớp vật liệu (1 lớp tôn ở mặt trong thiết bị sấy, 1 lớp sợi gỗ có tác dụng cách nhiệt nằm ở ngoài):

Lớp sợi gỗ:  2 = 0,046 (W/mK);  2 5 (mm)

Bên trong thiết bị sấy trạng thái của tác nhân sấy là đối lưu cưỡng bức với nhiệt độ trung bình tf1 t f 1 =0,5.( t 1+t 2 ) =0,5 (60+34 )G ° C

Bên ngoài thiết bị sấy là trạng thái đối lưu tự nhiên với không khí ngoài trời với nhiệt độ môi trường là tf2 bằng 25C

Hình 4 1 Mật độ dòng nhiệt qua vách tường bao thiết bị sấy.

Sau khi đã tính chọn nhiệt độ bề mặt vách theo phương pháp lặp trong excel ta chọn ra được nhiệt độ vách bên trong thiết bị sấy tw1 = 41,8C

Mật độ dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa tác nhân sấy và mặt trong của tường q1 được xác định theo công thức: q 1 =α 1 ( t f 1−t w 1 ) ,3625 ( 47−41,8 )Y,085 W m 2

Trong đó: v: Vận tốc của tác nhân sấy Tốc độ tác nhân sấy ảnh hưởng đáng kể đến sự thoát ẩm của vật sấy Tốc độ tác nhân sấy càng lớn sự thoát ẩm càng tốt nhưng cũng dẫn đến tăng tổn thất áp suất trong quá trình lưu động của môi chất sấy làm tăng năng lượng của quạt gió Vì vậy, theo kinh nghiệm vận hành thực tế trong Sách Kỹ thuật sấy nông sản, đối với các nông sản dạng hạt nhỏ như thóc, tốc độ tác nhân sấy chọn từ 1-2 m/s Ta chọn 1,3 m/s

1: Hệ số tỏa nhiệt đối lưu bên trong thiết bị sấy, với vận tốc sấy nếu nhỏ hơn 5 m/s ta có thể sử dụng công thức sau: α 1 =6,15+4,17.v=6,15+4,17.1,3,3625 W m 2 K

(4.2) tf1: Nhiệt độ trung bình bên trong thiết bị sấy: t f 1 =t 1 +t 2

Do quá trình truyền nhiệt là ổn định nên q = q1 = q1 = q2 = 59,085 W/m 2

Mật độ dòng nhiệt đối lưu tự nhiên từ mặt ngoài của tường đến không khí xung quanh được tính theo công thức sau: q 2 =1,715.( t w 3−t f 2 ) 1,333 =1,715.(39,434−25)`,20W m 2

Xét sai số giữa q  1 và q  2 , ta có: ε=| q α1−q α 2 | q α 1 =|59,085−60,20|

Kết quả này nhỏ hơn 5% nên ta xem đã chọn đúng nhiệt độ vách tw1

Xác định hệ số truyền nhiệt: k=( α 1 1

4,17162) −1 ¿2,71867W/m 2 K a) Tổn thất qua bề mặt bao quanh

Tổn thất nhiệt qua 2 tường bao quanh theo chiều dài của thiết bị sấy:

Tổn thất nhiệt qua 2 tường bao quanh theo chiều rộng của thiết bị sấy:

(4.11) ¿2,71867.4,152.(47−25)$8,33W=0,24833kW b) Tổn thất qua nền

Tổn thất nhiệt qua nền (nền thiết bị sấy được tính bằng cách nhân thêm hệ số 0,7 )

Fn: Diện tích của nền thiết bị sấy, Fn = L.B = 2,4.1,73 = 4,152 m 2 c) Tổn thất qua trần

Trần thiết bị sấy được tính bằng cách nhân thêm hệ số 1,3 so với tổn thất qua tường.

 ktr: Hệ số truyền nhiệt qua trần.

 Ftr: Diện tích trần, Ftr = B.L = 4,152 m 2

Vậy, tổng tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che là:

2.1.1 Tổn thất nhiệt do phương tiện vận chuyển mang ra

Vì thiết bị chất tải vật liệu sấy là thiết bị sấy lớp tĩnh đã nằm cố định trong thiết bị nên lượng nhiệt tổn thất do phương tiện vận chuyển mang ra ở đây ta không xét đến, xem như bằng không.

2.2 XÁC ĐỊNH TỔNG TỔN THẤT DELTA 

Cw: Nhiệt dung riêng của nước, Cw = 4,18 kJ/kgK t1: Nhiệt độ vật liệu sấy trước khi sấy, t1 = 27C

2.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY

TRONG QUÁ TRÌNH THỰC TẾ.

2.3.1 Tính toán độ chứa ẩm của khói sau quá trình sấy d 2 =C pk ( t 1−t 2 ) +d o ( i 1−∆ ) i 2 −∆

Cpk: Nhiệt dung riêng khói khô, Cpk = 1,004 kJ/kg.K i1: Entanpi của hơi nước chứa trong khói trước buồng sấy: i 1 %00+C pa t 1 %00+1,842.60&10,52 kJ kgK i2: Entanpi của hơi nước chứa trong khói sau buồng sấy: i 2 %00+C pa t 2 %00+1,842.34%62,628 kJ kgK t1: Nhiệt độ khói trước buồng sấy. t2: Nhiệt độ khói sau buồng sấy.

2.3.2 Tính entanpi của khói sau buồng sấy

2.3.3 Tính độ ẩm tương đối của khói sau buồng sấy φ 2 = d 2 P

2.3.4 Lưu lượng khói thực tế cung cấp cho quá trình sấy

Lưu lượng khói khô thực tế để bay hơi 1 kg ẩm l tt = 1 d 2 −d 1

Lưu lượng khói khô thực tế cần thiết để bay hơi kg ẩm trong vật liệu ẩm được tính theo công thức dưới đây:

2.3.5 Nhiệt lượng tiêu hao thực tế cung cấp cho quá trình sấy

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY TRONG QUÁ TRÌNH THỰC TẾ

So sánh với kết quả của quá trình sấy lý thuyết:

2.3.6 Kiểm tra lại vận tốc

Vận tốc tác nhân sấy:

(4.22) Trong đó: d: Đường kính ống dẫn khói, d =0,4 m

Ltt: Lưu lượng thực tế của khói, Ltt= 651,49 m 3 /h

: Khối lượng riêng của khói (ở t = 60C) , = 1,088 m 3 /kg

Kiểm tra sai số của vận tốc: ε=| ω−ω ' | ω =|1,3−1,324|

Ta thấy sai số này là hợp lý, nên xem như đã chọn đúng vận tốc ban đầu.

TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ BUỒNG ĐỐT

Buồng đốt là một bộ phận quan trọng trong hệ thống thiết bị sấy thóc lớp tĩnh dùng khói lò làm tác nhân sấy, là nơi tạo ra nguồn cấp nhiệt sinh ra khói Với tính chất đề tài là thiết kế một hệ thống sấy thóc lưu động năng suất là 500kg/mẻ, năng suất nhỏ nên buồng đốt cũng có công suất nhỏ, ta sử dụng buồng đốt ghi phẳng cố định.

Hình 5 1 Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị trong hệ thống sấy

Bố trí vị trí đặt buồng đốt cũng rất quan trọng Buồng đốt đặt theo mô hình ở trên có nhiều ưu điểm hơn so với việc đặt buồng đốt, buồng hòa trộn và thiết bị sấy thẳng hàng như tiết kiệm được diện tích đặt thiết bị, thùng cấp nhiên liệu đặt sát ngay bên cạnh thuận lợi cho thao tác vận hành buồng đốt.

5.1.1 Tính toán thể tích buồng đốt

Thể tích buồng đốt được tính theo công thức sau:

B là lượng nhiên liệu tiêu hao của buồng đốt:

Qc là nhiệt trị làm việc cao của nhiên liệu, Qc = 23471,82 kJ/kgnl (đã tính ở chương 2) qv là nhiệt thế thể tích buồng đốt (sử dụng buồng đốt ghi), chọn qv = 232 kW/m 3 Lưu lượng khói sau buồng đốt được tính theo công thức dưới đây:

5.1.2 Tính toán diện tích bề mặt ghi buồng đốt

Chiều cao buồng đốt phụ thuộc vào loại nhiên liệu dùng Dựa vào bảng 3.5 Quan hệ giữa chiều cao buồng đốt và diện tích mặt ghi Sách Lò công nghiệp trang 107 Ta chọn chiều cao buồng đốt H = 1m.

Với chiều cao buồng đốt H = 1 m, ta tính được diện tích bề mặt ghi buồng đốt như sau:

Từ đó, xác định được chiều dài và chiều ngang buồng đốt, cụ thể:

Chiều dài buồng đốt bằng b = 0,7 m

Chiều rộng buồng đốt là: a = Fghi/b = 0,65 m

5.1.3 Đặc điểm của buồng đốt

Vì nhiệt độ làm việc trong buồng đốt thường rất cao nên vật liệu chế tạo buồng đốt cũng cần phải tính toán lựa chọn sao cho phù hợp Để tránh làm việc lâu ngày sẽ ảnh hưởng đến độ bền, khả năng chịu nhiệt của vật liệu và quan trọng hơn hết đó là mất mát nhiệt của buồng đốt Chính vì lý do đó, trong buồng đốt ngoài lớp thép tạo nên khung buồng đốt thì cần xây thêm lớp gạch chịu nhiệt ở bên trong buồng đốt để tránh tổn thất nhiệt trong quá trình vận hành.

Ta sử dụng gạch chịu lửa sa – mốt, có thể chịu lửa lên đến 1770C, có độ bền nhiệt cao Dưới đây là mô hình cấu tạo của buồng đốt ghi:

Hình 5 2 Bản vẽ cấu tạo buồng đốt ghi tĩnh

Trong buồng đốt có 2 cửa, 1 cửa dùng để cấp than cho quá trình đốt, 1 cửa dùng để định kỳ lấy tro than Các tấm ghi là loại ghi tĩnh gồm 4 tấm ghép lại với nhau, được cấu tạo từ gang đúc có độ bền và khả năng chịu nhiệt cao, các tấm ghi được đặt cao cách đáy buồng đốt 210mm.

TÍNH TOÁN BUỒNG HÒA TRỘN

Mục đích của buồng hòa trộn đó là hòa trộn khói sinh ra ở buồng đốt và lượng không khí ngoài trời cấp vào để tạo thành hỗn hợp khói và không khí có nhiệt độ thích hợp phục vụ cho quá trình sấy.

5.2.1 Tính toán kích thước buồng hòa trộn

Kích thước của buồng hòa trộn phải chứa đủ cả lượng khói và lượng không khí thổi vào để cung cấp cho quá trình sấy.

Thông số trạng thái của khói sau buồng đốt:

Thông số của không khí ngoài trời cấp vào buồng hòa trộn:

 Dung ẩm: do = 0,017 kgẩm/kgkk

Thông số của khói trước khi vào buồng sấy:

Lưu lượng khối lượng khói trong buồng hòa trộn được xác định theo công thức sau: l khoi = 1 d−d 1 = 1

Lưu lượng khối lượng không khí trong buồng hòa trộn được xác định theo công thức sau: l kkl = 1 d 1 −d 0 = 1

Ta thấy, lưu lượng khói nhỏ hơn rất nhiều so với lưu lượng không khí thổi vào Vì để giảm được nhiệt độ khói xuống nhiệt độ tác nhân sấy yêu cầu.

Lưu lượng của buồng hòa trộn bằng chính lưu lượng khói và không khí ngoài trời cấp vào buồng hòa trộn:

Diện tích buồng hòa trộn được xác định theo công thức sau:

K : Khối lượng riêng của không khí ở t = 60C, K = 1,088 kg/m 3

Chọn chiều dài buồng hòa trộn D = 0,415 m

Chiều rộng buồng hòa trộn R = 0,300 m

Chiều cao buồng hòa trộn là: H = 0,415 m

Hình 5 3 Sơ đồ nguyên lý buồng hòa trộn

Buồng hòa trộn có hình dạng là 1 khối hình hộp có chiều cao H = 415 mm, chiều rộng R = 300 mm Với 2 đường dẫn khói và không khí vào hòa trộn Ở đường dẫn không khí vào có sử dụng thêm 1 van điều chỉnh lưu lượng để khi nhiệt độ khói quá cao hay quá thấp so với nhiệt độ yêu cầu thì ta điều chỉnh độ mở của van để điều chỉnh lưu lượng không khí cấp vào buồng hòa trộn, đảm bảo nhiệt độ khói cấp cho quá trình sấy.

TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ

TÍNH TOÁN CHỌN QUẠT

Trong thiết bị sấy thóc lớp tĩnh này, ta sử dụng 2 quạt Một quạt chính để cung cấp hỗn hợp khói sau buồng đốt và không khí ngoài trời vào buồng hòa trộn Một quạt phụ để cung cấp không khí ngoài trời cho quá trình cháy trong buồng đốt.

6.1.1 Tính toán chọn quạt chính Để tính toán chọn quạt ta phải tính được 2 thông số chính và vô cùng quan trọng đó là lưu lượng tác nhân sấy V(m 3 /h) và tổn thất cột áp P(N/m 2 ).

Tổn thất cột áp gồm có các tổn thất sau:

 Tổn thất ma sát trên đường ống

 Tổn thất trở lực qua lớp hạt thóc

6.1.2 Các thông số của khói tại các vị trí trong thiết bị sấy

Bảng 6 1 Thông số của tác nhân sấy tại các vị trí

BẢNG THÔNG SỐ CỦA KHÓI TRÊN ĐƯỜNG ỐNG Tên đại lượng Kí hiệu – Đơn vị Khói sau buồng đốt Không khí vào buồng hòa trộn Khói vào thiết bị sấy

6.1.3 Tính tổn thất ma sát

Tổn thất ma sát được tính theo công thức sau:

: Là hệ số trở lực ma sát

L: Là chiều dài đoạn ống, m

D: Là đường kính của ống, m

: Là tốc độ môi chất đi trong ống, m/s

: Là khối lượng riêng môi chất, kg/m 3 a) Tổn thất trên đoạn ống từ buồng đốt đến buồng hòa trộn Đoạn ống dẫn khói từ buồng đốt đến buồng hòa trộn là ống tròn có đường kính d 0,2m Chiều dài L = 1,2m

Tổn thất trên đoạn ống được tính như sau:

: Khối lượng riêng của khói ( ở t = 1068C),  = 0,27 kg/m 3

: Tốc độ khói đi trong ống ω=G K ρ f0,44/3600

: Độ nhớt động học, khói ở nhiệt độ t = 1068C nên  = 189,8.10 -6 m 2 /s

Vì Re = 6571,77  4000, nên hệ số trở lực ma sát được tính như sau: ¿(1,8.lgRe−1,64) −2 =(1,8.lg(6571,77)−1,64) −2 =0,0366 b) Tổn thất trên đoạn ống dẫn không khí ngoài trới đến buồng hòa trộn Ống dẫn không khí là ống tròn có đường kính d = 0,2 m Chiều dài L = 0,3 m.

Tổn thất trên đoạn ống được tính như sau:

: Khối lượng riêng của không khí( ở t = 25C),  = 1,16 kg/m 3

: Tốc độ khói đi trong ống ω=G K ρ fF3,733/3600

: Độ nhớt động học, không khí ở nhiệt độ t = 25C nên  = 15,5.10 -6 m 2 /s

Vì Re = 45609,55 > 4000, nên hệ số trở lực ma sát được tính như sau: ¿(1,8.lgRe−1,64) −2 =(1,8.lg(45609,55)−1,64) − 2 =0,022 c) Tổn thất trên đoạn ống từ bồng hòa trộn đến thiết bị sấy Ống dẫn khói là ống tròn có đường kính d = 0,4 m

Tổn thất trên đoạn ống được tính như sau:

: Khối lượng riêng của khói ( ở t = 60C),  = 1,088 kg/m 3

: Tốc độ khói đi trong ống ω=G K ρ f= 651,49/3600

: Độ nhớt động học, khói ở nhiệt độ t = 60C nên  = 17,8.10 -6 m 2 /s

Vì Re = 29781,682 > 4000, nên hệ số trở lực ma sát được tính như sau: ¿(1,8.lgRe−1,64) −2 =(1,8.lg(29781,652)−1,64) −2 =0,024

Vậy tổng tổn thất ma sát là:

6.1.4 Tính tổn thất cục bộ a) Tổn thất cục bộ trên đường ống dẫn không khí vào buồng hòa trộn

Tổn thất cục bộ được tính theo công thức như sau:

: Khối lượng riêng của không khí, (t = 25C) = 1,16 kg/m 3

: Tốc độ không khí đi trong đoạn ống,  = 3,535 m/s

: Hệ số trở lực cục bộ Trên đoạn ống từ buồng đốt đến quạt có các chi tiết gây tổn thất cục bộ như sau:

Van điều chỉnh lưu lượng không khí:  = 1,2 Đột mở (không khí từ ống vào buồng hòa trộn): ¿ ¿

F1: Diện tích mặt cắt ngang ống, F 1 =π d 2

F2: Diện tích mặt cắt ngang buồng hòa trộn, F2 = b.h = 0,415.0,415 = 0,172 m 2

Tổng hệ số tổn thất cục bộ là:  = 1,2 + 0,86 = 2,06 b) Tổn thất cục bộ trên đường ống từ buồng hòa trộn đến quạt

Tổn thất cục bộ được tính theo công thức như sau:

: Khối lượng riêng của khói, (t = 60C) = 1,088 kg/m 3

: Tốc độ khói đi trong đoạn ống,  = 1,329 m/s

: Hệ số trở lực cục bộ Trên đoạn ống từ buồng đốt đến quạt có các chi tiết gây tổn thất cục bộ như sau: Đột thu (khói từ buồng hòa trộn đi vào ống):  = 0,5 c) Tổn thất cục bộ trên đường ống từ quạt đến kênh dẫn chính

Tổn thất cục bộ được tính theo công thức như sau:

: Khối lượng riêng của khói, (t = 60C) = 1,088 kg/m 3

: Tốc độ khói đi trong đoạn ống,  = 1,329 m/s

: Hệ số trở lực cục bộ Trên đoạn ống từ buồng đốt đến quạt có các chi tiết gây tổn thất cục bộ như sau: Đột thu (khói từ quạt đi vào ống):  = 0,5

Côn giảm vuông tròn:  = 0,9 Đột mở (khói từ ống đi vào thiết bị sấy): ¿ ¿

F1: Diện tích mặt cắt ngang ống, F 1 =π d 2

F2: Diện tích mặt cắt ngang kênh dẫn chính, F2 = a.h = 0,45.0,45 = 0,20 m 2

Tổng hệ số tổn thất cục bộ là:  = 0,5 + 0,9 + 0,137 = 1,537

Tổn thất trên đường ống từ buồng đốt đến buồng hòa trộn

Tổn thất cục bộ được tính theo công thức như sau:

: Khối lượng riêng của khói, (t = 1068C) = 0,27 kg/m 3

: Tốc độ khói đi trong đoạn ống,  = 6,219 m/s

: Hệ số trở lực cục bộ Trên đoạn ống từ buồng đốt đến quạt có các chi tiết gây tổn thất cục bộ như sau: Đột thu (khói từ buồng đốt đi vào ống):  = 0,5 Đột mở (khói từ ống đi vào buồng hòa trộn): ¿ ¿

F1: Diện tích mặt cắt ngang ống, F 1=π d 2

F2: Diện tích mặt cắt ngang buồng hòa trộn, F2 = a.h = 0,415.0.415 = 0,172 m 2

Tổng hệ số tổn thất cục bộ là:  = 0,5 + 0,68 = 1,18

Vậy tổng tổn thất cục bộ là:

∆ P cb =∆ P cb 1 +∆ P cb 2 +∆ P cb3 +∆ P cb4

6.1.5 Trở lực qua kênh dẫn khói phụ

Kênh dẫn khói chính phân ra thành 4 kênh dẫn khói phụ Đầu vào kênh dẫn khói chính rộng ở đầu vào và nhỏ dần về sau, vì để cấp đều lưu lượng khói tại mỗi kênh dẫn, đảm bảo khói phân bố đều cho cả 4 kênh dẫn phụ.

Hình 6 2 Bản vẽ thiết kế kênh dẫn khói a) Trở lực cục bộ

Tổn thất cục bộ được tính theo công thức như sau:

L: Lưu lượng khói trong 1 kênh: L K =L tt

: Khối lượng riêng của khói, (t = 60C) = 1,088 kg/m 3

: Tốc độ khói đi trong đoạn ống,  = 1,3 m/s

: Hệ số trở lực cục bộ Trên đoạn ống từ buồng đốt đến quạt có các chi tiết gây tổn thất cục bộ như sau: Đột thu (khói từ quạt đi vào ống):  = 0,5

F1: Diện tích mặt cắt ngang kênh (gồm 4 kênh), F1 = b.h = 0,45.0,6 = 0,27 m 2

Chiều cao kênh: h = 0,45 m b) Trở lực ma sát

Kênh dẫn khói là ống vuông có đường kính tương đương: d tđ =2.(a b) a+b =2.(0,6.0,45)

(6.18) Tổn thất trên đoạn ống được tính như sau:

: Khối lượng riêng của khói ( ở t = 60C),  = 1,088 kg/m 3

: Tốc độ khói đi trong kênh:  = 1,3 m/s

: Độ nhớt động học, khói ở nhiệt độ t = 60C nên  = 17,8.10 -6 m 2 /s

Vì Re = 30931,92 > 4000, nên hệ số trở lực ma sát được tính như sau: ¿(1,8.lgRe−1,64) −2 =(1,8.lg(30931,82)−1,64) −2 =0,024

Vậy tổng tổn thất trong kênh là:

6.1.6 Tổn thất qua lớp hạt

Tổn thất qua lớp hạt được tính theo công thức như sau:

Trong đó: g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m 2 /s

L: Chiều dài thiết bị sấy, L = 2,40 m

: Khối lượng riêng của khói, (t = 60C) = 1,088 kg/m 3 dtb: Đường kính trung bình hạt thóc, dtb = 2,67 mm

: Tốc độ khói đi qua lớp hạt, đã tính ở chương tính nhiệt thực tế: ω K =1,3m/s

dx: Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt: ρ dx =0,25.( G 1+G 2 ) β

t: Khối lượng riêng của hạt thóc, t = 1200 kg/m3

Hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt:

6.1.7 Tính tổng các tổn thất và chọn quạt

Tổng các tổn thất được tính như sau:

Trong quan hệ đặc tuyến của quạt thường chọn theo quan hệ P = f(V) ở điều kiện tiêu chuẩn có khối lượng riêng tc = 1,2 kg/m 3 Trong hệ thống quạt làm việc với nhiệt độ khác nhau tiêu chuẩn với khối lượng riêng Trong điều kiện này áp suất do quạt tạo ra sẽ nhỏ hơn so với khi làm việc ở điều kiện thực tế, nên ta phải chuyển đối trị số P tính toán trên về điều kiện tiêu chuẩn như sau:

Với lưu lượng V = 651,49 m 3 /h và độ chênh cột áp P = 97,90 N/m 2 Ta chọn quạt hướng trục (quạt hướng trục tuy vận tốc không cao nhưng cung cấp được lưu lượng lớn cho hệ thống nên ta chọn quạt hướng trục thay cho quạt ly tâm).

Sử dụng phần mềm Fantech, ta chọn quạt hướng trục của hãng Fantech có số liệu như hình 6.3 dưới đây:

Hình 6 3 Thông số chọn quạt hướng trục

Từ bảng số liệu của phần mềm Fantech ta chọn quạt có thông số như bảng 6.2 dưới đây:

Bảng 6 2 Thông số kỹ thuật quạt hướng trục

BẢNG THÔNG SỐ ĐẶC TÍNH CỦA QUẠT HƯỚNG TRỤC

Lưu lượng (m 3 /h) Áp suất (N/ m 2 ) Đường kính quạt (mm) AP0402AA10/1

Kích thước của quạt hướng trục có thông số như sau:

Hình 6 4 Bản vẽ thiết kế quạt hướng trục

Quạt hướng trục có các thông số như sau:

B: Đư ờng kính ngoài, B = 438 mm

C: Đư ờng kính ngoài, B = 463 mm

TÍNH TOÁN CHỌN QUẠT PHỤ

Quạt phụ ở đây có công dụng là cung cấp không khí cho quá trình cháy của nhiên liệu trong buồng đốt, đảm bảo cung cấp đủ không khí cần thiết cho quá trình cháy.

Lưu lượng khối lượng không khí đề đốt cháy 1kg nhiên liệu (đã tính ở chương tính nhiệt lý thuyết) là L = 9,676 kgkk/kgnl

Lưu lượng không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu trong 1 giờ là:

B là lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ. a) Tổn thất ma sát trên đoạn ống từ quạt tới buồng đốt Ống dẫn không khí là ống tròn có đường kính d = 0,15 m

Tổn thất trên đoạn ống được tính như sau:

: Khối lượng riêng của không khí ( ở t = 25C),  = 1,2 kg/m 3

: Tốc độ khói đi trong ống ω=G KK ρ f = 169,52/3600

: Độ nhớt động học của không khí ở nhiệt độ t = 25C nên  = 15.10 -6 m 2 /s

Vì Re = 22209,715 > 4000, nên hệ số trở lực ma sát được tính như sau: ¿(1,8.lgRe−1,64) −2 =(1,8.lg(22209,715)−1,64) −2 =0,026 b) Tổn thất cục bộ trên đoạn ống từ quạt tới buồng đốt

Tổn thất cục bộ được tính theo công thức như sau:

: Khối lượng riêng của không khí, (t = 25C) = 1,2 kg/m 3

: Tốc độ khói đi trong đoạn ống,  = 2,22 m/s

: Hệ số trở lực cục bộ Trên đoạn ống từ buồng đốt đến quạt có các chi tiết gây tổn thất cục bộ như sau: Đột thu (khói từ buồng hòa trộn đi vào ống):  = 0,5

Cút vuông đều ( 2 cái trên đoạn ống):  = 2.1,5 =3,5 Đột mở (khói từ ống đi vào thiết bị sấy): ¿ ¿

F1: Diện tích mặt cắt ngang ống, F 1 =π d 2

F2: Diện tích mặt cắt ngang buồng đốt, F2 = a.h = 0,21.0,5 = 0,105 m 2

Tổng hệ số tổn thất cục bộ là:  = 0,5 + 3,5+0,68 = 4,68 c) Tổng tổn thất và chọn quạt phụ

Tổng các tổn thất được tính như sau:

Với lưu lượng không khí VKK = 169,52 m 3 /h và cột áp P = 13,491 N/m 2 Ta chọn quạt có thông số sau:

Bảng 6 3 Bảng thông số kỹ thuật quạt cấp không khí cho buồng đốt

BẢNG THÔNG SỐ ĐẶC TÍNH CỦA QUẠT THỔI LÒ ZYJD-100 Model Công suất (W) Lưu lượng

LỰA CHỌN THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI

Trong quá trình đốt nhiên liệu sẽ tạo ra bụi bẩn, nếu không có hệ thống khử bụi thì bụi đó sẽ đi theo khói lò vào vật liệu sấy làm bẩn vật liệu sấy, gây hư hỏng vật liệu Do đó cần có hệ thống khử bụi để làm sạch khói lò trước khi dẫn vào buồng sấy.

Trong hệ thống sấy lớp tĩnh này với thiết kế cũng khá đơn giản và lượng tro bụi đa phần là sinh ra ở buồng đốt do quá trình đốt cháy nhiên liệu (nhiên liệu than) nên ta chỉ nghiên cứu, áp dụng biện pháp giảm bớt lượng tro, bụi sinh ra ở đây

Hệ thống tách rắn – khí có 3 biện pháp chính được sử dụng để xử lí tro, bụi cuốn theo khói đó là:

Hệ thống Cyclon tuy có hiệu suất cao nhưng phức tạp, chi phí đầu tư nhiều và kết cấu cũng không phù hợp với mô hình sấy thóc lớp tĩnh nên ta không lựa chọn.

Còn với biện pháp tách quán tính là sử dụng buồng trọng lực Hiệu suất thấp và yêu cầu không gian lớn nên ta cũng không sử dụng. Đối với biện pháp tách va đập là loại thiết bị phân tách và đập tách chất rắn ra khỏi khí thông qua việc va đập lên các tấm chắn được đặt trên đường đi của khí Tách va đập được các hạt thô (bé hơn 0,10 đến 20mm) Và có kết cấu đơn giản, chi phí thấp, có thể thu gom được các hat mịn Chính vì vậy, nên ta sử dụng biện pháp tách va đập đặt trong buồng đốt.

Mô hình sử dụng biện pháp tách va đập trong buồng đốt được thiết kế như hình vẽ dưới đây:

Hình 6 5 Buồng đốt ghi tĩnh sử dụng các tấm chắn tách bụi

Buồng đốt sử dụng 2 tấm thép dùng để tách bụi cuốn theo dòng khói Hai tấm thép đặt xen kẽ nhau Tấm thứ nhất đặt cách tường buồng đốt 75mm, tấm thứ 2 cách tường 150mm Tuy hiệu quả phương pháp này không cao, nhưng đối với buồng đốt ghi tĩnh có cấu tạo đơn giản như này thì đây được xem là phương pháp phù hợp nhất Giúp tiết kiệm được chi phí đầu từ, lắp đặt dễ dàng.

Khói sau khi va đập vào các tấm chắn, các hạt bụi cuốn theo khói đột ngột bị va đập làm mất động năng làm cho chúng rơi xuống đáy buồng đốt, còn khói đi vào ống dẫn khói thoát ra ngoài vào buồng hòa trộn.

TÍNH TOÁN CHI PHÍ THIẾT KẾ

TÍNH TOÁN CHI PHÍ BUỒNG ĐỐT

Buồng đốt trong hệ thống sấy lớp tĩnh được tính toán, thiết kế có thông số như Hình

Hình 7 1 Cấu tạo buồng đốt

Vật liệu chính để cấu tạo nên buồng đốt gồm:

Từ đó, ta sẽ đi tính toán chi phí cho từng vật liệu này.

7.1.2 Tính toán chi phí a) Thép

Tường bao buồng đốt là các tấm thép hàn lại với nhau định hình nên hình dáng của buồng đốt.

Hình 7 2 Kích thước tấm thép buồng đốt (đơn vị mm)

Thép sử dụng cho buồng bốt là thép tấm có độ dày 3mm Kích thước giống như Hình

7.2, từ số đo kích thước trên ta xác định được diện tích thép tấm cần mua như sau:

Diện tích hai mặt tường trước và sau buồng đốt:

(7.1) Diện tích hai mặt tường hai bên buồng đốt:

(7.2) Diện tích hai mặt trần và mặt đáy buồng đốt:

(7.3) Diện tích tấm thép để làm tấm chắn bụi trong buồng đốt

(7.4) Vậy tổng diện tích thép cần mua để làm buồng đốt là:

(7.5)Dựa vào tổng diện tích thép tính được ta tính toán chi phí theo Bảng 7.1, như sau:

Bảng 7 1 Chi phí thép buồng đốt

Tổng chi phí, VNĐ/tấm 1,579,400

Với diện tích 1 tấm thép kích thước F = 1,5  3 = 4,5 m 2 , diện tích này là đủ để chế tạo buồng đốt. b) Ghi thanh buồng đốt

Kích thước khu vực đốt than trong buồng đốt đã trừ đi phần lắp tấm chắn bụi là:

Ghi dùng cho buồng đốt là ghi thanh Dựa theo kích thước của buồng đốt ta lựa chọn loại ghi đúc sẵn có kích thước là 650105mm, có độ dày 50mm Thông số chi tiết như

Hình 7 3 Kích thước tấm ghi

Chi phí cho ghi buồng đốt được tính cụ thể như Bảng 7.2 dưới đây.

Bảng 7 2 Chi phí của ghi buồng đốt

Giá thành, VNĐ/tấm 500,000 Tổng chi phí, VNĐ 2,000,000 c) Gạch chịu lửa trong buồng đốt

Vì nhiệt độ bên trong buồng đốt thường rất cao nếu ta chỉ dùng thép tấm làm tường bao cho buồng đốt thì về lâu dài sẽ ảnh hưởng đến độ bền, độ chịu nhiệt của thép và mất mát nhiệt bên trong buồng đốt ra môi trường, vì các vấn đề đó nên trong buồng đốt ta xây thêm lớp gạch chịu lửa, đó là gạch sa mốt.

Kích thước diện tích để xây gạch trong buồng đốt giống như diện tích các tấm thép của buồng đốt đã tính ở mục a) Lấy diện tích các mặt buồng đốt ta tính ra được số gạch cần xây.

Bảng 7 3 Chi phí gạch chịu lửa buồng đốt

TÍNH TOÁN CHI PHÍ CHO QUẠT

Quạt dùng trong hệ thống sấy có 2 loại quạt:

Một quạt loại hướng trục hút khói và không khí vào buồng hòa trộn rồi cấp cho thiết bị sấy.

Một quạt thổi lò kiểu ly tâm cấp không khí cho buồng đốt.

7.2.2 Tính toán chi phí quạt

Dựa vào lưu lượng và cột áp ta chọn ra được quạt có thông số phù hợp nhất, cụ thể như Bảng 7.4 dưới đây:

Bảng 7 4 Chi phí của quạt

QUẠT QUẠT HƯỚNG TRỤC QUẠT LY TÂM

THIẾT BỊ SẤY

7.3.1 Cấu tạo thiết bị sấy

Thiết bị sấy là loại sấy lớp tĩnh không đảo gió, năng suất 500kg/mẻ Chi tiết cấu tạo các thành phần chính làm nên một thiết bị sấy hoàn chỉnh gồm:

 Tường bao thiết bị sấy

 Vỉ sấy inox có đục lỗ (đường kính lỗ 2mm)

 Hệ thống kênh dẫn (gồm 1 kênh chính và 4 kênh dẫn nhánh phụ)

 Các thanh thép gia cố cho thiết bị sấy

7.3.2 Tính toán chi phí thiết kế thiết bị sấy a) Tường bao thiết bị sấy

Tường bao thiết bị sấy gồm 4 tấm thép bao quanh và 1 tấm thép đáy thiết bị sấy Gia cố tường bao là các thanh thép chịu lực, làm chắc chắn cho thiết bị sấy Kích thước các tấm thép được biểu diễn như hình dưới đây:

Hình 7 4 Kích thước tường bao thiết bị sấy (đơn vị mm)

Với các thông số kích thước như Hình 7.3, ta tính toán diện tích thép cần dùng như sau:

Diện tích hai mặt tường trước và sau thiết bị sấy:

(7.7) Diện tích hai mặt tường hai bên thiết bị sấy:

(7.8) Diện tích mặt đáy buồng đốt:

(7.9) Vậy tổng diện tích thép cần mua để làm thiết bị sấy là:

Dựa vào tổng diện tích tấm thép tính được ta tính toán chi phí theo Bảng 7.5, như sau:

Bảng 7 5 Chi phí thép thiết bị sấy

Kích thước, mm 15003000 Độ dày,mm 3

Giá thành, VNĐ/tấm 1,579,400 Tổng chi phí, VNĐ 4,738,200

Diện tích 3 tấm thép có kích thước 1500  3000mm là:

Vỉ chứa vật liệu sấy được làm bằng inox không gỉ, có độ bền cao Các lỗ trong vỉ được đục sẵn với đường kính 2mm 1 lỗ, dày 2mm đảm bảo độ chắn chắn.

Hình 7 5 Kích thước 1 tấm vỉ inox

Kích thước của vỉ phụ thuộc vào kích thước thiết bị sấy, vỉ inox được bán bởi các tấm có kích thước cố định, nên ta phải chọn vỉ có kích thước phù hợp nhất Thông số chi tiết được tính như Bảng 7.6 dưới đây:

Bảng 7 6 Chi phí vỉ inox

Kích thước, mm 12202000 Độ dày,mm 2

Giá thành, tấm 1,630,000 Tổng chi phí, VNĐ 3,260,000

Diện tích 2 tấm vỉ inox với kích thước 1220  2000mm là:

Vật liệu làm kênh dẫn cho cả kênh dẫn chính và kênh phụ là thép tấm Kích thước của kênh dẫn như hình dưới đây:

Hình 7 6 Hình dạng kênh dẫn chính

Hình 7 7 Kích thước các tấm kênh

Kênh dẫn chính Chi phí cho các tấm kênh được tính như sau:

Bảng 7 7 Chi phí kênh dẫn

Kích thước, mm 0.201200 Độ dày,mm 1

Hãng Tôn thép Liki Steel

Kênh dẫn phụ Gồm 3 tấm tôn mạ kẽm có kích thước như Hình 7.7, chi phí cụ thể như bảng dưới đây:

Bảng 7 8 Chi phí kênh phụ

Kích thước, mm 0.201200 Độ dày,mm 1

TÍNH TOÁN CHI PHÍ ỐNG GIÓ

7.4.1 Cấu tạo ống gió Ống gió là bộ phận quan trọng, nhiệm vụ là vận chuyển khói và không khí đến các thiết bị trong hệ thống sấy.

Vật liệu chế tạo nên ống gió là tôn mạ kẽm và thép, loại ống gió tròn.

7.4.2 Tính toán chi phí ống gió

Chi phí cho ống gió dẫn khói sau buồng hòa trộn cấp cho thiết bị sấy như Bảng 7.9:

Bảng 7 9 Chi phí ống gió ỐNG GIÓ

Loại Ống gió tròn tôn mạ kẽm

Kích thước, mm 400 Độ dày,mm 0.58

Chi phí cho ống gió dẫn khói sau buồng đốt và dẫn không khí vào buồng hòa trộn như Bảng 7.10:

Bảng 7 10 Chi phí ống gió ỐNG GIÓ

Kích thước, mm 200 Độ dày,mm 0.58

7.5 TÍNH TOÁN CHI PHÍ XE KÉO

Vì hệ thống sấy thóc là hệ thống có thể lưu động Có thể đi sấy thóc cho các hộ gia đình ở xa mà không mất công sức đưa thóc tới xưởng sấy Các thiết bị của hệ thống sấy đươc đặt trên 1 chiếc kéo, mô hình tương tự như hình vẽ dưới đây:

Hình 7 8 Mô hình ví dụ hệ thống sấy thóc lưu động

Chi phí cho xe kéo thiết bị sấy này vào khoảng 8.000.000 VNĐ

7.6 TỔNG CHI PHÍ CHO HỆ THỐNG SẤY

Bảng 7 11 Tổng chi phí cho hệ thống sấy

Thép (buồng đốt) 1,579,400 Ghi (Buồng đốt) 2,000,000 Quạt hướng trục 2,248,000

Gạch (buồng đốt) 490,000 Thép (thiết bị sấy) 4,738,200

TỔNG CHI PHÍ CHO HỆ THỐNG SẤY

Tổng chi phí vật tư cho hệ thống sấy sau khi tính toán chi tiết từng thiết bị là

23,943,140 triệu Việt Nam Đồng Chi phí này chưa bao gồm tiền thuê nhân công.

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG SẤY THÓC

Sơ đồ mạch điện điều khiển

Hình 8 1 Mạch điện điều khiển hệ thống sấy thóc lớp tĩnh không đảo gió

T1 và T2 là CTĐ thường đóng và thường hở của rơ le nhiệt

IRT IRS là cuộn hút rơ le trung gian

T là rơ le nhiệt độ

PR1 và PR2 là cảm biến áp suất

FD và FS là cuộn hút công tắc tơ của quạt thổi và quạt hút

GT là cuộn hút rơ le trung gian tác động biến tần giảm tải quạt hút