TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ SẤY THUỐC LÁ NĂNG SUẤT 3 TẤNMẺ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU

Trong quá trình sấy thuốc lá thì sự đồng đều nhiệt độ tại các vị trí trong buồng sấy có một quai trò quan trọng, nó ảnh hưởng nhiều đến phẩm chất thuốc lá của chúng ta sau khi sấy, và đố

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ SẤY THUỐC LÁ NĂNG SUẤT 3 TẤN/MẺ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU

Họ và tên sinh viên: ĐÀO TẤN ĐẠT HOÀNG HIỆP HÒA Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH Niên khóa: 2008-2012

Tháng 6/2012

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ SẤY THUỐC LÁ NĂNG SUẤT 3 TẤN/MẺ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU

Tác giả

ĐÀO TẤN ĐẠT HOÀNG HIỆP HÒA

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành

Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn HayTh.s Lê Quang Giảng

Tháng 6 năm 2012

CẢM TẠ

Chúng em xin được gửi lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Th.s Lê Quang Giảng và thầy PGS.TS Nguyễn Hay đã tận tình, nhiệt tâm giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến:

- Ban giám hiệu Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM

- Ban chủ nhiệm khoa cơ khí – công nghệ

- Cùng toàn thể quý thầy cô

Đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ chúng em trong suốt khóa học

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị trong Tổ thuốc lá Phú Cần thuộc Công ty CP Hòa Việt – Chi nhánh Gia Lai cùng với người dân ở xã Phú Cần – KrôngPa – Gia Lai đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực tập

Cho gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp DH08NL đã luôn bên cạnh động viên

và giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài này

Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù chúng em đã cố gắng nhưng chắc sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những góp ý của quý thầy cô

và các bạn

Sinh viên thực hiện Đào Tấn Đạt Hoàng Hiệp Hòa

TÓM TẮT

Đề tài “Tính toán thiết kế lò sấy thuốc lá năng suất 3 tấn/mẻ” được thực hiện với 3 nội dung chính :

- Khảo sát về số lượng lò sấy thuốc lá trên địa bàn huyện KrôngPa

- Thí nghiệm sấy thuốc lá trên lò sấy dùng nhiên liệu trấu và lò sấy dùng nhiên liệu củi

- Tính toán thiết kế lò đốt trấu và bộ trao đổi nhiệt cho lò sấy thuốc lá

Các phương pháp sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài: phương pháp thống

kê và phương pháp bố trí thí nghiệm ngẫu nhiên hoàn toàn

Các thí nghiệm sấy thuốc lá được thực hiện ở xã Phú Cần – KrôngPa – Gia Lai vào thời gian từ ngày 13/03/12 đến ngày 21/03/12

Kết quả thu được:

- Số lượng lò sấy thuốc lá thống kê được ở trên địa bàn huyện KrôngPa là

976 lò Trong đó lò sấy sử dụng nhiên liệu củi chiếm số lượng lớn

- Chi phí kinh tế của nhiên liệu trấu dùng để sấy thuốc lá thấp hơn chi phí nhiên liệu củi

- Hoàn thành việc thiết kế lò đốt trấu và bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống cho lò sấy thuốc lá

Sinh viên thực hiện Đào Tấn Đạt Hoàng Hiệp Hòa

MỤC LỤC

CẢM TẠ ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC BẢNG vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

Chương 1: MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined 1.1 Đặt vấn đề Error! Bookmark not defined 1.2 Mục đích 2

Chương 2: TỔNG QUAN 3

2.1 Tình hình sản xuất thuốc lá ở nước ta 3

2.2 Các phương pháp sấy thuốc lá 4

2.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy thuốc lá 5

2.3.1 Các dạng liên kết nước trong lá thuốc 5

2.3.2 Sự thoát nước ở lá thuốc 6

2.3.3 Yêu cầu và đặc tính của sấy thuốc lá 6

2.4 Quy trình sấy thuốc lá 7

2.4.1 Chọn mẻ thuốc để sấy 7

2.4.2 Chuẩn bị mẻ thuốc khi sấy 7

2.4.3 Quá trình sấy thuốc lá 8

2.5 Các loại lò đốt trấu 9

2.5.1 Lò đốt trấu cháy thuận 9

2.5.2 Lò đốt trấu cháy nghịch 11

2.6 Đặc tính của nhiên liệu trấu 12

2.7 Một số loại bộ trao đổi nhiệt trong lò sấy thuốc lá 13

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP - PHƯƠNG TIỆN 15

3.1 Nội dung 15

3.2 Phương pháp - Phương tiện 16

3.2.1 Phương pháp 16

3.2.2 Phương tiện 17

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18

4.1 Kết quả 18

4.1.1 Kết quả khảo sát 18

4.1.2 Kết quả thí nghiệm sấy thuốc lá ở huyện KrôngPa – Gia Lai 19

4.2 Tính toán thiết kế 21

4.2.1 Chọn phương án thiết kế 21

4.2.2 Cơ sở tính toán thiết kế 22

4.2.3 Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu 22

4.2.4 Tính toán nhiệt cho lò sấy 25

4.2.5 Tính toán thiết kế lò đốt 37

4.2.6 Tính toán bộ trao đổi nhiệt 40

4.2.7 Tính chiều cao ống khói 49

4.2.8 Sơ đồ lắp đặt thiết bị sấy cho lò sấy thuốc lá 55

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 56

5.1 Kết luận 56

5.2 Đề nghị 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

PHỤ LỤC 58

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Tóm tắt quá trình sấy ……… 9

Bảng 2.2 Phân tích thành phần hóa học và nhiệt trị của trấu ……… 12

Bảng 4.1 Số liệu khảo sát ở huyện KrôngPa – Gia Lai……….18

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm sấy thuốc lá dùng nhiên liệu trấu ……… 19

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm sấy thuốc lá dùng nhiên liệu củi ……… 20

Bảng 4.4: Chi phí kinh tế của nhiên liệu sấy dùng để sấy khô 1 kg thuốc lá …… 21

DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Lò đốt trấu cháy thuận ……….9

Hình 2.2: Lò đốt trấu cháy thuận có bổ sung dòng khí thứ cấp ………10

Hình 2.3: Lò đốt trấu cháy nghịch ……… 11

Hình 2.4: Bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống … ……… 13

Hình 2.5: Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt một bên ….…… ……….14

Hình 2.6: Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt ở giữa……….14

Hình 4.1: Lò sấy thuốc lá dùng nhiên liệu trấu với bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống 20

Hình 4.2: Lò sấy thuốc lá dùng nhiên liệu củi với bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống….20 Hình 4.3: Lò đốt trấu ………… ……… 40

Hình 4.4: Bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống của lò sấy thuốc lá ………41

Hình 4.5: Các vị trí tổn thất cục bộ trên đường ống giao nhiệt ……… 53

Hình 4.6: Sơ đồ lắp đặt lò đốt và bộ trao đổi nhiệt cho lò sấy thuốc lá …… 55

Để có được chất lượng thuốc lá tốt thì ngoài việc lựa chọn loại đất canh tác, loại giống trồng, đầu tư công chăm sóc, ta còn phải chú ý đến một công đoạn nữa đó là sấy Sấy là quá trình làm giảm lượng ẩm trong thuốc lá xuống đến mức cần thiết để đảm bảo cho việc bảo quản chế biến trong một thời gian dài, ngoài ra nó còn làm biến đổi một số chất trong lá thuốc góp phần nâng cao chất lượng thuốc và có lợi cho việc bảo quản, chế biến sau này

Phần lớn các lò sấy thuốc lá hiện nay đều sử dụng các loại nhiên liệu như than tổ ong, dầu hỏa, củi mà giá thành của dầu hỏa, than tổ ong thì lại cao còn như sử dụng nhiên liệu củi để sấy thì gây ra nạn phá rừng ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Đứng trước vấn đề trên chúng tôi thiết nghĩ cần phải tìm ra một loại nhiên liệu sấy khác vừa rẻ lại vừa không gây hại đến sinh thái tự nhiên và trong quá trình tìm hiểu chúng tôi nhận thấy “trấu” là loại nhiên liệu có thể đáp ứng được yêu cầu trên, đồng thời qua việc sử dụng nhiên liệu trấu còn có thể góp phần giải quyết được vấn đề phế phẩm trong nông nghiệp

Do đó chúng tôi tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu về lò sấy thuốc lá sử dụng nhiên liệu trấu Được sự giúp đỡ của thầy Lê Quang Giảng và thầy Nguyễn Hay chúng tôi Đào Tấn Đạt và Hoàng Hiệp Hòa thực hiện đề tài “Tính toán thiết kế lò sấy thuốc lá với năng suất 3 tấn/mẻ sử dụng nhiên liệu trấu”

1.2 Mục đích

Tính toán thiết kế thiết bị sấy cho lò sấy thuốc lá sử dụng nhiên liệu trấu làm chất đốt để thay thế cho lò sấy thuốc lá dùng chất đốt bằng củi nhằm góp phần vào việc hạn chế phá rừng

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tình hình sản xuất thuốc lá ở nước ta

Thuốc lá là một loại cây trồng có giá trị kinh tế cao được trồng ở nhiều nước trên thế giới, với hiệu quả kinh tế mà nó mang lại cao gấp 4 – 5 lần so với những cây trồng khác Điều kiện để trồng được giống cây trồng này phần lớn là tùy thuộc vào khí hậu

và thổ nhưỡng của từng vùng lãnh thổ Trong đó Việt Nam ta là một trong những nước

có điều kiện khí hậu thích hợp cho sự sinh trưởng, phát triển của cây thuốc lá Để cây thuốc lá phát triển và có chất lượng tốt thì ngoài yếu tố khí hậu nó còn phải tùy thuộc vào loại đất trồng của từng vùng địa phương Hiện nay thuốc lá ở nước ta chủ yếu được trồng ở các tỉnh miền núi phía Bắc, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên như: Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Cạn, Bắc Giang, Thái Nguyên, Thanh Hóa, Bình Định, Phú Yên, Ninh Thuận, Gia Lai, Đắc Lắc, Tây Ninh

Do hiệu quả từ cây thuốc lá mang lại có giá trị cao về mặt kinh tế và xã hội nên

nó được đem trồng phổ biến ở một số vùng, địa phương trong nước Hiện nay ở nước

ta đang trồng chủ yếu 3 loại giống thuốc đó là: thuốc lá nâu, thuốc lá Burley và thuốc

lá vàng sấy Trong đó giống thuốc lá vàng sấy là loại giống thuốc hiện đang được nhiều địa phương quan tâm đầu tư, chăm sóc chú ý từ khâu chọn giống cho đến các kỹ thuật canh tác nhằm nâng cao chất lượng và năng suất cây trồng để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước và cho xuất khẩu Do tính hiệu quả từ việc trồng thuốc lá mang lại nên diện tích trồng thuốc lá ở một số địa phương ngày càng tăng lên, từ đó dần dần hình thành nên những vùng nguyên liệu thuốc lá phục vụ cho các doanh nghiệp sản xuất thuốc lá trong nước và một phần đem đi xuất khẩu

Ở nước ta những vùng nguyên liệu thuốc lá chất lượng cao thuộc ở các tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn, Ninh Thuận, Tây Ninh, Gia Lai, Đắc Lắc hàng năm thu hoạch với

sản lượng trung bình từ 20.000 – 25.000 tấn/năm, với sản lượng này về cơ bản đảm bảo được nguồn cung ứng nguyên liệu cho các đơn vị sản xuất thuốc lá điếu và phục

vụ xuất khẩu Diện tích trồng thuốc lá ở các vùng nguyên liệu trong nước cũng được tăng lên qua các năm như năm 2009 diện tích trồng thuốc lá của nước ta là khoảng 16.000 ha/năm đến năm 2011 diện tích trồng đã tăng lên đạt được khoảng 30.000 ha/năm

Theo định hướng phát triển của ngành trồng thuốc lá Việt Nam đưa ra mục tiêu đến năm 2020 sẽ đạt được diện tích trồng thuốc lá vào khoảng 40.300 ha, năng suất thuốc lá bình quân 2,2 tấn/năm, với sản lượng 88.660 tấn/năm Với diện tích trồng ngày một mở rộng cùng với năng suất thuốc lá ngày càng được nâng cao, nên có thể trong một vài năm tới ngành trồng thuốc lá ở nước ta sẽ đảm bảo vững chắc việc cung ứng ổn định về nguồn nguyên liệu trong nước và phục vụ cho xuất khẩu ra các nước bên ngoài, không còn phải nhập khẩu nguyên liệu từ bên ngoài như các năm trước

2.2 Các phương pháp sấy thuốc lá

- Phương pháp sấy đối lưu tự nhiên

Phương pháp sấy này được thực hiện nhờ vào sự truyền nhiệt theo kiểu đối lưu tự nhiên của dòng không khí trong buồng sấy Dòng không khí này sẽ nhận nhiệt từ bộ trao đổi nhiệt được lắp đặt trong buống sấy và sau đó làm ẩm trong lá thuốc bay hơi thoát ra ngoài thông qua quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất giữa không khí sấy với lá thuốc

Do quá trình truyền nhiệt giữa không khí sấy với lá thuốc theo kiểu đối lưu tự nhiên cho nên thời gian sấy ở phương pháp này diễn ra dài Vì thế nên chi phí năng lượng cho việc sấy khô 1 kg thuốc lá cũng tăng lên Trong quá trình sấy thuốc lá thì sự đồng đều nhiệt độ tại các vị trí trong buồng sấy có một quai trò quan trọng, nó ảnh hưởng nhiều đến phẩm chất thuốc lá của chúng ta sau khi sấy, và đối với phương pháp sấy đối lưu tự nhiên này thì thuốc lá sau khi được sấy xong thường đạt chất lượng thuốc loại 1, loại 2 khoảng từ 50 – 60 % so với tổng khối lượng thuốc lá khô

Đối với những lò sấy thuốc lá theo kiểu đối lưu tự nhiên, chúng có những ưu điểm như: có kết cấu lò đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu thấp, có thể xây dựng ở những nơi vùng sâu, vùng xa, khu vực miền núi nơi mà chưa có mạng lưới điện truyền

đến để phục vụ công việc sấy thuốc cho bà con nông dân ở những vùng trồng thuốc lá này Chính vì những ưu điểm trên mà những lò sấy thuốc lá theo kiểu đối lưu tự nhiên hiện nay vẫn còn được sử dụng nhiều ở nước ta

- Phương pháp sấy đối lưu cưỡng bức

Là phương pháp sấy được thực hiện bằng cách dùng quạt thổi không khí nóng chuyển động trong buồng sấy với một vận tốc được xác định trước di chuyển tới xuyên qua các lớp lá thuốc để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt và chất giữa hai đối tượng Việc gia nhiệt cho dòng không khí sấy ở đây cũng được thực hiện thông qua bộ phận trao đổi nhiệt của lò sấy Do không khí sấy chuyển động có vận tốc nên các lá thuốc được đưa đi sấy trong trường hợp này cần phải được xếp chặt để tránh trường hợp rơi rụng làm ảnh hưởng đến chất lượng sấy của lá thuốc

Những lò sấy theo kiểu này thường có những ưu điểm như: thời gian sấy trên một

mẻ nhanh hơn so với phương pháp sấy đối lưu tự nhiên, chi phí năng lượng để sấy khô

1 kg thuốc lá cũng thấp hơn, tỉ lệ thuốc lá loại 1, loại 2 sau khi sấy đạt cao hơn do nhiệt độ tại các vị trí trong buồng sấy được đồng đều hơn Với những ưu điểm trên, trong một vài năm nữa những lò sấy thuốc lá theo kiểu này sẽ được sử dụng nhiều, dần thay thế cho kiểu lò sấy đối lưu tự nhiên

Bên cạnh đó, lò sấy thuốc lá kiểu đối lưu cưỡng bức cũng còn có một số hạn chế sau: có kết cấu lò sấy phức tạp hơn, chi phí đầu tư ban đầu lớn, do dùng quạt nên cần phải sử dụng điện năng vì vậy lò sấy phải được xây dựng ở những nơi có trạm phát điện, đồng thời phải trang bị thêm một máy phát điện để đề phòng trường hợp mất điện đột xuất

2.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy thuốc lá

2.3.1 Các dạng liên kết nước trong lá thuốc

Lá thuốc sau khi thu hoạch vẫn còn chứa một lượng nước khá lớn trong nó, được tồn tại dưới dạng các liên kết: liên kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý Trong

đó các phân tử nước ở dạng liên kết hóa học thườc rất khó tách, chỉ có thể tách được khi có phản ứng hóa học xảy ra và ở điều kiện nhiệt độ cao Còn đối với những nhiệt

độ sấy thông thường thì chỉ có thể tách được những phân tử nước ở trong hai liên kết còn lại Và khi chúng ta sấy thuốc lá thì nước ở dạng liên kết hóa lý sẽ được tách ra

khỏi lá thuốc và thoát ra ngoài Liên kết hóa lý gồm có hai loại: liên kết hấp thụ và liên kết thẩm thấu

- Liên kết hấp thụ: nước ở dạng liên kết này tương đối bền chặt, để tách chúng ra khỏi cần tiêu tốn một năng lượng lớn để chuyển nước từ dạng lỏng sang dạng hơi, rồi

di chuyển hơi đó thoát ra ngoài

- Liên kết thẩm thấu: là liên kết gồm có lượng nước tham gia vào quá trình vận chuyển chất dinh dưỡng của tế bào và lượng nước tham gia vào các tổ chức của tế bào Nước ở dạng liên kết này dễ tách ra khỏi tế bào lá, được thực hiện thông qua kiểu khuếch tán dòng lỏng qua các hốc tế bào rồi thoát ra ngoài

2.3.2 Sự thoát nước ở lá thuốc

Sự thoát nước ở lá thuốc trải qua hai giai đoạn: giai đoạn bay hơi nước từ bề mặt

lá thuốc ra môi trường bên ngoài và giai đoạn dịch chuyển nước từ bên trong lá thuốc

ra mặt ngoài của lá

Giai đoạn bay hơi nước từ bề mặt lá ra môi trường xung quanh được thực hiện nhờ vào sự chênh lệch giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt lá với phân áp suất hơi nước của không khí xung quanh, sự chênh lệch này càng lớn thì tốc độ bay hơi nước của lá càng nhanh và ngược lại

Còn quá trình dịch chuyển nước từ trong lá thuốc ra mặt ngoài của lá xảy ra là do bởi sự chênh lệch ẩm độ trong lá thuốc, nước sẽ di chuyển từ nơi có ẩm độ cao đến nơi

có ẩm độ thấp, lượng nước dịch chuyển này nhiều hay ít là do sự tác động của gradien

ẩm độ và gradien nhiệt độ

2.3.3 Yêu cầu và đặc tính của sấy thuốc lá

Sấy thuốc lá là một quá trình phức tạp vừa thực hiện quá trình sinh hóa trong lá thuốc vừa tiến hành sấy khô xảy ra đồng thời Sấy thuốc không chỉ làm thoát nước trong lá mà còn làm thay đổi màu sắc của lá và thành phần hóa học trong nó theo chiều hướng có lợi cho sản phẩm sấy Do vậy những yêu cầu về nhiệt độ, ẩm độ và tốc độ của dòng không khí sấy phải được đảm bảo theo đúng yêu cầu cho từng giai đoạn sấy

để chất lượng thuốc sau khi sấy đạt được cao Đó cũng là yêu cầu được đặt ra về tính hiệu quả của các lò sấy thuốc lá

2.4 Quy trình sấy thuốc lá

2.4.1 Chọn mẻ thuốc để sấy

Khi chọn cần chú ý các yêu cầu sau:

- Mức độ chín của lá: khi sấy thuốc lá ta nên chọn những lá đã đạt đến độ chín không nên đem sấy những lá còn xanh Vì lá xanh chứa nhiều protit, ít gluxit so với lá chín, khi sấy protit trong lá xanh sẽ bị thủy phân mạnh hơn và tích lũy nhiều amoniac nên các mô lá bị chết sớm hơn, tiếp theo trong các mô lá đã chết các phản ứng oxy phát triển mạnh tạo ra các sản phẩm có màu sẫm tối Vì vậy trong một mẻ sấy phải đảm bảo các lá phải đạt đến độ chín đồng đều như nhau

- Vị bộ: lá thuốc ở các vị bộ khác nhau sẽ có thành phần không giống nhau Lá ở

vị bộ gốc có ít chất dinh dưỡng hơn các lá ở vị bộ trên, do đó trong quá trình sấy lá sẽ chuyển sang màu vàng nhanh hơn, sấy dễ khô hơn Vì thế khi sấy ta không nên để các

lá ở những vị bộ khác nhau vào cùng một mẻ

- Thời gian hái: thuốc lá hái ở những thời gian khác nhau khi sấy trong cùng một

mẻ cũng có những sự khác nhau, các lá được hái trước khi sấy đến giai đoạn cần phải

cố định màu, thì những lá hái sau vẫn còn đang trong giai đoạn chuyển màu Do vậy không còn cách nào khác đành phải hy sinh một trong hai loại trong quá trình sấy Vì thế khi sấy thuốc, các lá trong cùng một mẻ sấy phải hái trong cùng một thời gian, thường qui định hái trong một ngày

- Sự lành lặn của lá thuốc: lá thuốc đưa vào lò sấy phải được lành lặn tránh dập nát, vì ở những chỗ dập nát của lá thuốc, nước sẽ thoát nhanh làm cho mô lá thiếu nước dẫn đến chết nhanh Do đó trong quá trình sấy, chất clorofin trong lá thuốc sẽ không kịp phân hủy nên màu xanh của lá vẫn giữ nguyên

Tóm lại trong một mẻ sấy chúng ta cần chọn những lá cùng một độ chín, cùng vị

bộ, cùng thời gian hái và tránh để lá bị dập nát

2.4.2 Chuẩn bị mẻ thuốc khi sấy

Sau khi chon mẻ sấy xong, các lá thuốc sẽ được xếp lại với nhau và đem treo vào trong lò để chuẩn bị cho quá trình sấy Có 3 cách treo thuốc vào lò: xâu dây, buộc dây

và ghim Trong đó phương pháp ghim là có ưu điểm hơn về tính tiện lợi, dùng được lâu, sấy mau khô và phân loại thuốc cũng nhanh

Khi gác thuốc lá vào lò phải theo nguyên tắc: trên gác dày dưới gác thưa, trên xanh dưới vàng, lá to xếp ở giữa lò, lá nhỏ thì xếp xung quanh Xếp như vậy các lá sẽ chóng khô và khô được đều

Tùy theo cỡ lò mà bố trí số lượng sào thuốc gác vào lò cho thích hợp, đối với lò

cỡ 4×6×5 m thì nên xếp khoảng từ 500 – 530 sào thuốc

2.4.3 Quá trình sấy thuốc lá

Quá trình sấy thuốc lá gồm 4 giai đoạn: giai đoạn chuyển màu, giai đoạn cố định màu, giai đoạn sấy khô cuống lá và giai đoạn hồi ẩm

- Giai đoạn chuyển màu: mục đích của giai đoạn này nhằm làm biến đổi thành phần hóa học trong lá thuốc và thay đổi màu sắc của lá thuốc Những phản ứng sinh hóa chủ yếu xảy ra trong giai đoạn này là các phản ứng thủy phân các chất như tinh bột, diệp lục, protit, clorofin,… đây là những chất ảnh hưởng xấu đến chất lượng của

lá thuốc Để các phản ứng này xảy ra cần phải tiến hành trong điều kiện nhiệt độ và ẩm

độ thích hợp Do đó nhiệt độ không khí sấy trong giai đoạn này phải duy trì từ (32 – 38

nếu không các hoạt tính của men sẽ bị khử, tế bào sẽ bị chết làm cho các phản ứng thủy phân sẽ bị ngưng lại hoàn toàn

Giai đoạn này cần phải đóng kín các của buồng sấy để duy trì độ ẩm cao trong lá thuốc, tạo điều kiện cho quá trình sinh hóa diễn ra thuận lợi Nhiệt độ không khí sấy ban đầu phải giữ từ (33 – 35 oC), sau đó tăng lên (37 – 38 oC) khi thấy phần ngọn lá chuyển sang màu vàng, đồng thời mở hé cữa thoát ẩm

Thời gian sấy ở giai đoạn này từ 24 – 32 giờ tùy theo loại lá và giống thuốc

- Giai đoạn cố định màu: tiếp tục thực hiện sấy thời kỳ cuối của quá trình

vừa được chuyển hóa trong lá thuốc Sau đó tiếp tục nâng nhiệt độ không khí sấy lên đến (50 – 52 oC) để thực hiện quá trình sấy khô lá và các gân nhỏ Giai đoạn này lượng

ẩm trong lá thuốc thoát ra nhiều, do đó cần phải mở rộng cữa thoát ra thêm để đuổi hơi nước trong lò sấy ra ngoài

Ở giai đoạn này độ ẩm trong lá thuốc giảm từ 85% xuống 50%, thời gian sấy mất khoảng (30 – 40) giờ

- Giai đoạn sấy khô cuống lá: Giai đoạn này nhiệt độ không khí sấy nâng dần từ

53 oC đến 65 oC để sấy khô các cuống lá và làm bay đi các mùi lạ trong lá thuốc Thời gian sấy ở giai đoạn này từ (50 – 70) giờ, ẩm độ lá thuốc giảm xuống đạt khoảng 12%

- Giai đoạn hồi ẩm: Khi thuốc lá vừa được sấy khô, cần phải dập tắt lửa trong lò đốt, mở hết các cữa buồng sấy để lá thuốc thực hiện quá trình hút ẩm từ không khí môi trường bên ngoài làm cho nó dịu lại sau khi sấy Nếu sau khi sấy ta không tiến hành giai đoạn hồi ẩm cho lá thì lá thuốc sau khi ra lò rất dễ bị rách, vỡ vụn làm ảnh hưởng đến phẩm chất và hao hụt về khối lượng của thuốc lá

Giai đoạn này ẩm độ của lá thuốc tăng lên từ (12 – 14 %), thời gian hồi ẩm tùy thuộc vào không khí môi trường xung quanh khoảng từ (12 – 24) giờ

Bảng 2.1: Tóm tắt quá trình sấy thuốc

2.5 Các loại lò đốt trấu

2.5.1 Lò đốt trấu cháy thuận

 Lò đốt trấu cháy thuận với dòng không khí sơ cấp

 Cấu tạo:

Hình 2.1: Lò đốt trấu cháy thuận

 Nguyên lý hoạt động:

Khi lò hoạt động, trấu từ máng cấp liệu sẽ di chuyển xuống dưới và thực hiện quá trình cháy trên ghi lò (1) Sau đó khí cháy ở buồng đốt (B) sẽ di chuyển qua vách ngăn (4) rồi đi vào cữa lấy nhiệt (5), trong quá trình di chuyển đó tro sẽ được giữ lại ở buồng chứa (C) và một phần nhỏ ở buồng lắng (D) Do được lắng tro hai lần như vậy nên khí nóng đi vào cữa lấy nhiệt (5) sẽ tương đối được sạch hơn

Lò đốt trấu kiểu trên tuy có kết cấu đơn giản, khí nóng lấy sử dùng tương đối sạch nhưng hiệu suất của lò còn thấp, lượng nhiệt năng thất thoát ra ngoài lớn Nguyên nhân là do quá trình cháy của nhiên liệu không được triệt để, ngoài ra trở lực trên đường dòng khói di chuyển ở lò đốt kiểu này cũng tương đối lớn

 Lò đốt trấu cháy thuận được cung cấp thêm dòng không khí thứ cấp

 Ưu nhược điểm:

Trấu là loại nhiên liệu có thành phần chất bốc lớn, khi đốt nếu không cung cấp thêm dòng không khí thứ cấp để đốt cháy lượng chất bốc đó thì sẽ gây ra sự thất thoát lớn về nhiệt Đối với loại lò đốt trấu kiểu trên do sử dụng được lượng nhiệt tỏa ra

từ việc đốt chất bốc nên hiệu suất nhiệt của lò cao, đồng thời cũng tiết kiệm được chi phí nhiên liệu cho lò đốt

Do phải đốt chất bốc nên lò đốt phải trang bị thêm buồng đốt thứ cấp (dạng trụ), ngoài ra còn có thêm thiết bị quạt kèm theo

2.5.2 Lò đốt trấu cháy nghịch

 Cấu tạo:

Hình 2.3: Lò đốt trấu cháy nghịch

 Nguyên lý hoạt động:

Trấu từ máng cấp liệu sẽ được cấp vào gi lò, dưới tác dụng lực hút (quạt) của

lò đốt dòng không khí sơ cấp sẽ chuyển động theo hướng đi từ trên xuống xuyên qua lớp trấu trên ghi lò Do có đủ điều kiện nên tại ghi lò quá trình cháy diễn ra, sau đó khí cháy sinh ra tiếp tục di chuyển xuyên qua ghi lò đi xuống phía dưới gặp dòng không khí thứ cấp được cấp vào thông qua các ống gió thứ cấp nên được đốt cháy thêm một lần nữa rồi mới di chuyển đến buồng lắng tro Tại buồng lắng, tro sẽ được tách ra và lắng xuống dưới còn dòng khí nóng thì thoát ra ngoài thông qua cữa lấy nhiệt

 Ưu nhược điểm:

Ưu điểm: có nhiệt độ dòng khí cháy và hiệu suất nhiệt của lò cao do khí cháy

đi xuyên qua lớp tro đỏ có nhiệt độ cao và được đốt cháy thêm bởi dòng khí thứ cấp

Nhược điểm: do có trở lực lớn trên đường di chuyển của dòng khí nên các lò đốt trấu kiểu này phải trang bị quạt có cột áp cao

2.6 Đặc tính của nhiên liệu trấu

 Thành phần hóa học và nhiệt trị

Trong quá trình tính toán thiết kế cho một loại lò đốt nhiên liệu thì chúng ta cần phải biết về thành phần hóa học và nhiệt trị của nhiên liệu cháy, có nó chúng ta mới tính được quá trình cháy, xác định được lượng nhiên liệu cháy cần thiết cần cung cấp, rồi từ đó mới có thể thiết kế được một lò đốt có kích thước thích hợp với yêu cầu Do

đó việc phân tích thành phần hóa học của nhiên liệu cháy trong quá trình tính toán thiết kế lò đốt là cần thiết Theo các tài liệu tham khảo thì thành phần hóa học của trấu được phân tích như ở bảng 2.2

Bảng 2.2: Phân tích thành phần hóa học và nhiệt trị của trấu (tài liệu /9/)

N (%)

S (%)

Tro (%)

2,06 0,49 0,49 0,40 0,50 0,50 0,70 1,5

0,10 0,07 0,07 0,02 0,01 0,0 0,0 0,10

18,0420,2923,2018,3421,6015,5019,5023,90

13,41 18,45 14,50 16,14 15,30 15,34 15,30 15,34

Maheshwary – 1975 Beagle – 1978 Cruz - 1983 Jenkins & Ebeling -1985 Kaupp – 1984 Tilman – 1987 Malurung – 1985 Malurung - 1985

 Kích thước và khối lượng

Tùy theo từng loại lúa mà ta có các loại trấu khác nhau với những kích thước cũng khác nhau Theo các tài liệu ghi lại thì kích thước chiều dài của trấu đạt khoảng

từ 5–10 mm, chiều ngang thì bằng khoảng từ 1/3 – 1/4 chiều dài

Góc tự chảy của trấu: được đo bằng cách đặt trấu lên một mặt phẳng nhẵn nằm ngang sau đó ta tiến hành cho mặt phẳng đó nghiêng từ từ cho đến khi nào trấu bắt đầu chảy xuống thì dừng lại và đo góc nghiêng, góc nghiêng đó được gọi là góc tự chảy của trấu Đối với trấu góc tự chảy thường nằm trong khoảng từ 35 – 50 o

Khối lượng của trấu: thường được xác định theo khối lượng đổ đống, với trấu

 Sự đóng bánh, tạo xỉ

Trong quá trình đốt trấu sẽ xuất hiện hiện tượng kết dính giữa các phần tử trấu

bánh này có ưu điểm giúp cho quá trình cháy dễ dàng hơn nhưng nó lại làm ngăn cản quá trình hút của không khí vào

Hiện tượng tạo xỉ cũng xuất hiện trong quá trình đốt trấu nếu để vận tốc dòng khí trên bề mặt lớn hơn 0,2 m/s, khi đó nhiên liệu trong buồng đốt sẽ bị xáo trộn tạo ra những hốc, rãnh dẫn đến cháy không được, cộng với nhiệt độ cao trong buồng đốt làm cho cacbon tạo xỉ Và đó cũng là nguyên nhân gây ra sự cháy không đồng nhất và tắc nghẽn trong buồng đốt

2.7 Một số loại bộ trao đổi nhiệt trong lò sấy thuốc lá

Thuốc lá sau khi sấy có chất lượng cao hay thấp là tùy thuộc vào độ đồng đều nhiệt độ ở các vị trí trong lò sấy mà nhiệt độ trong lò sấy thì được cung cấp bởi một bộ trao đổi nhiệt được đặt bên trong, do đó vai trò của bộ trao đổi nhiệt trong lò sấy là rất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của lá thuốc sau khi sấy Vì vậy nên trong quá trình tính toán thiết kế bộ trao đổi nhiệt của lò sấy thuốc lá, ngoài việc thiết kế cung cấp đủ nhiệt cần thiết mà còn phải đảm bảo độ đồng đều nhiệt trong lò sấy Dưới đây là một số bộ trao đổi nhiệt dùng trong lò sấy thuốc lá:

 Bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống

Lò sấy thuốc lá có lò đốt xây bằng gạch với bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống có ưu điểm là tạo ra nhiệt độ tại các vị trí trong buồng sấy được đồng đều

Hình 2.4: Bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống

1 lò đốt ; 2 bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống ; 3 ống khói

 Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt một bên

Lò sấy thuốc lá với bộ trao đổi nhiệt theo kiểu này sẽ giảm được lượng nhiên liệu tiêu hao so với các loại khác do tận dụng được nhiệt ở bầu lò, nhưng độ đồng đều nhiệt độ trong buồng sấy sẽ không cao do trở lực của hai nhánh ống không đều

Hình 2.5: Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt một bên

1 lò đốt ; 2 ống dẫn không khí vào ; 3 ống dẫn khí nóng ngắn

4 ống dẫn khí nóng dài ; 5 bộ trao đổi nhiệt ; 6 ống khói

 Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt ở giữa

Loại lò sấy thuốc lá với bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt ở giữa không những có ưu điểm làm giảm lượng nhiên liệu tiêu hao mà còn tạo ra sự đồng đều nhiệt độ trong buồng sấy Cấu tạo của vách buồng đốt gồm có 2 lớp thép, ở giữa 2 lớp thép là lớp không khí, lớp không khí này sẽ nhận nhiệt tỏa ra từ buồng đốt rồi được đưa vào buồng sấy thông qua các ống dẫn khí Do đó nên lò sấy có được hiệu suất nhiệt cao

Hình 2.6: Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống với ống khói đặt ở giữa

1 lò đốt ; 2 ống dẫn không khí vào ; 3 ống dẫn khí nóng ngắn

4 ống dẫn khí nóng dài ; 5 bộ trao đổi nhiệt ; 6 ống khói

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP - PHƯƠNG TIỆN

3.1 Nội dung

Ở đề tài này chúng tôi đã tiến hành những nội dung sau:

- Khảo sát số lượng lò sấy thuốc lá hiện nay ở huyện KrôngPa – Gia Lai

- Đo nhiệt độ không khí môi trường ở huyện KrôngPa – Gia Lai vào thời gian tiến hành sấy thuốc lá

- Thí nghiệm sấy thuốc lá:

+ Mục đích thí nghiệm:

Đánh giá và so sánh chi phí nhiên liệu tiêu hao cũng như chi phí kinh tế của việc sử dụng nhiên liệu trấu và củi trong quá trình sấy một mẻ thuốc lá

+ Đối tượng thí nghiệm:

Lò sấy thuốc lá dùng nhiên liệu trấu và lò sấy thuốc lá dùng nhiên liệu củi Vật đem sấy là thuốc lá vàng với các lá đem sấy thuộc lá nách trên hay còn gọi là vị bộ B + Địa điểm thí nghiệm:

Chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm ở địa điểm:

Thôn Thắng lợi – Phú Cần – KrôngPa – Gia Lai

+ Thời gian thí nghiệm:

Các thí nghiệm đã được tiến hành vào thời gian từ ngày 13/03/12 đến ngày 21/03/12

- Tính toán thiết kế lò sấy thuốc lá năng suất 3 tấn/mẻ:

+ Tính toánthiết kế lò đốt trấu dùng cho lò sấy thuốc lá có kích thước 5x6 m

+ Tính toán bộ trao đổi nhiệt cho lò sấy thuốc lá có kích thước 5x6 m (5 tầng gác)

3.2 Phương pháp - Phương tiện

3.2.1 Phương pháp

3.2.1.1 Phương pháp khảo sát về số lượng lò sấy thuốc lá ở huyện KrôngPa Tiến hành khảo sát thực tế ở các nhà dân

Sử dụng phương pháp thống kê trong quá trình thực hiện

3.2.1.2 Phương pháp thí nghiệm sấy thuốc lá

Thực hiện theo phương pháp bố trí ngẫu nhiên hoàn toàn

Chúng tôi đã tiến hành thực hiện 6 thí ngiệm sấy thuốc lá gồm: 3 lần lặp lại thí nghiệm dùng lò sấy sử dụng nhiên liệu trấu và 3 lần lặp lại thí nghiệm dùng lò sấy sử dụng nhiên liệu củi

Kích thước buồng sấy và bộ trao đổi nhiệt trong buồng sấy của thí nghiệm sấy dùng nhiên liệu trấu cũng như củi đều giống nhau Vật sấy cũng giống nhau, các lá thuốc đem sấy ở 2 loại thí nghiệm đều là lá nách trên (gọi là vị bộ B)

Việc chọn cân các ghim, sào, sào thuốc khô, sào thuốc tươi, bao trấu được tiến hành theo phương pháp bố trí thí nghiệm

Khối lượng trấu tiêu hao cho một mẻ sấy được tính như sau: lấy số bao trấu chuẩn bị ban đầu trừ đi số bao trấu còn lại sau khi sấy

Lượng củi tiêu hao cho một mẻ sấy được xác định bằng cách: lấy lượng ster củi chuẩn bị ban đầu trừ đi lượng ster củi còn lại sau khi sấy

3.2.1.3 Phương pháp tính toán thiết kế lò sấy thuốc lá năng suất 3 tấn/mẻ

- Sử dụng các công thức tính toán thiết kế trong các tài liệu liên quan được liệt

kê ở phần tài liệu tham khảo

- Tiến hành thiết kế dựa trên các kết quả đã tính

- Nhiệt kế bầu khô, bầu ướt

- Nhiệt kế đo nhiệt độ ống khói

3.2.2.2 Tài liệu, phần mềm hỗ trợ

- Sách, báo, giáo trình, luận văn, internet

- Phần mềm Word, Excel, Autocad, Paint

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Kết quả

4.1.1 Kết quả khảo sát

4.1.1.1 Kết quả khảo sát số lượng lò sấy ở huyện KrôngPa – Gia Lai

Do điều kiện thực tế không thể đi vào từng nhà dân để khảo sát nên chúng tôi

chỉ tiến hành khảo sát 5 xã trồng thuốc lá ở trong huyện và trong mỗi xã chúng tôi vào

ngẫu nhiên 15 nhà dân để tìm hiểu về diện tích trồng thuốc lá trong vụ 2011 – 2012 và

loại nhiên liệu đốt dùng cho lò sấy của mỗi nhà dân đó

Sau khi khảo sát về nội dung số lượng lò sấy thuốc lá ở huyện KrôngPa – Gia

Lai chúng tôi có được những số liệu ở Bảng 4.1

Bảng 4.1: Số liệu khảo sát ở huyện KrôngPa – Gia Lai

STT Khảo sát

Số lò sấy khảo sát (lò)

Số lượng lò sấy dùng củi (lò)

Số lượng lò sấy dùng trấu (lò)

Diện tích trồng trung bình của mỗi nhà dân (ha)

Qua những số liệu khảo sát và tính toán được từ quá trình khảo sát ở huyện

KrôngPa – Gia Lai, chúng tôi nhận thấy ứng với 2,08 ha thuốc lá trong vụ 2011 – 2012

thì có 1 lò sấy thuốc lá Do đó với diện tích trồng thuốc lá của cả huyện trong vụ

2011 – 2012 là 2030 ha (lấy theo số liệu của phòng nông nghiệp huyện), chúng tôi tính

ra được tổng số lò sấy thuốc lá trong huyện là 976 lò, trong đó số lượng lò sấy sử dụng nhiên liệu củi là chiếm nhiều hơn cả

Các số liệu khảo sát về lò sấy và diện tích trồng thuốc lá ở huyện KrôngPa - Gia Lai được chúng tôi trình bày ở phụ lục 1

4.1.1.2 Kết quả khảo sát nhiệt độ và độ ẩm môi trường ở huyện KrôngPa – Gia Lai

Nhiệt độ và độ ẩm môi trường ở huyện KrôngPa – Gia Lai được chúng tôi tiến hành đo vào thời gian từ ngày 13/03/2012 đến ngày 22/03/2012 (thuộc trong khoảng thời gian huyện KrôngPa – Gia Lai tiến hành sấy thuốc lá)

Kết quả theo dõi nhiệt độ và ẩm độ môi trường ngày và đêm ở huyện KrôngPa - Gia Lai được chúng tôi trình bày ở phụ lục 4

Qua quá trình theo dõi, chúng tôi nhận thấy nhiệt độ môi trường ở huyện KrôngPa cao nhất là 35 oC, thấp nhất là 20 oC Còn ẩm độ thì cao nhất là 93 %, thấp nhất là 42 %

Từ các kết quả đo được chúng tôi tính ra được nhiệt độ và ẩm độ môi trường trung bình là 27 oC và 70 %

4.1.2 Kết quả thí nghiệm sấy thuốc lá ở huyện KrôngPa – Gia Lai

4.1.2.1 Thí nghiệm sấy thuốc lá dùng nhiên liệu trấu

Thí nghiệm sấy thuốc lá dùng nhiên liệu trấu được lặp lại 3 lần Sau khi tiến hành thí nghiệm, chúng tôi có được kết quả cho ở Bảng 4.2

Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm sấy thuốc lá dùng nhiên liệu trấu

Lần thí

nghiệm

Thuốc tươi (kg)

Thuốc khô (kg)

Lượng trấu (kg)

Thời gian sấy (giờ)

Hình 4.1 : Lò sấy thuốc lá dùng nhiên liệu trấu với bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống 1: Lò đốt trấu ; 2: Bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống ; 3: ống khói

4.1.2.2 Thí nghiệm sấy thuốc lá dùng nhiên liệu củi

Thí nghiệm sấy thuốc lá dùng nhiên liệu củi cũng được lặp lại 3 lần Sau khi tiến hành thí nghiệm, chúng tôi có được kết quả cho ở Bảng 4.3

Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm sấy thuốc lá dùng nhiên liệu củi

Lần thí

nghiệm

Thuốc tươi (kg)

Thuốc khô (kg)

Lượng củi (Ster)

Thời gian sấy (giờ)

4.1.2.3 Chi phí kinh tế của việc sử dụng nhiên liệu trấu và củi cho lò sấy thuốc lá

Việc tính chi phí kinh tế của nhiên liệu chất đốt dùng cho lò sấy thuốc lá, chúng

tôi dựa trên cơ sở giá nhiên liệu trấu và củi thu mua ở huyện KrôngPa – GiaLai với giá

trấu 900 đ/kg, giá củi 450000 đ/Ster (vì các thí nghiệm sấy thuốc lá của chúng tôi đều

được tiến hành ở huyện KrôngPa – GiaLai) Chi phí kinh tế của nhiên liệu sấy dùng

trấu và củi để sấy khô 1 kg thuốc lá được chúng tôi trình bày ở Bảng 4.4

Bảng 4.4: Chi phí kinh tế của nhiên liệu sấy dùng để sấy khô 1 kg thuốc lá

1 4300 4600

2 4400 4600

3 4300 4800

Qua Bảng 4.4 ở trên chúng tôi nhận thấy việc sử dụng trấu làm chất đốt cho lò

sấy thuốc lá có hiệu quả kinh tế hơn so với việc sử dụng chất đốt bằng củi Việc sử

dụng nhiên liệu trấu để sấy thuốc lá không chỉ làm giảm chi phí sấy mà còn góp phần

vào việc bảo vệ môi trường sinh thái, hạn chế phá rừng so với việc sấy thuốc lá sử

dụng nhiên liệu củi

4.2 Tính toán thiết kế

4.2.1 Chọn phương án thiết kế

Qua quá trình tìm hiểu về các loại lò đốt trấu và tình hình thực tế chúng tôi

nhận thấy lò đốt trấu cháy thuận có cung cấp dòng không khí thứ cấp là loại lò đốt có

ưu điểm hơn cả Do đó chúng tôi chọn phương án thiết kế ở đây là lò đốt trấu cháy

thuận có bổ sung dòng không khí thứ cấp với kiểu buồng đốt có dạng kết hợp giữa nửa

hình hộp và nửa hình trụ

Để cho nhiệt độ trong buồng sấy được đồng đều hơn chúng tôi chọn thiết kế bộ

trao đổi nhiệt kiểu 5 đường ống

4.2.2 Cơ sở tính toán thiết kế

Chúng tôi tiến hành tính toán dựa trên buồng sấy thuốc lá cũ ở huyện KrôngPa Gia Lai có kích thước chiều dài 6 m, chiều rộng 5 m và chiều cao làm mái tôn là 5,2 m với 5,8 m (mái nghiêng)

-Buồng sấy được xây bằng gạch có:

Vật liệu sấy: thuốc lá vàng

Khối lượng thuốc tươi đem sấy trên một mẻ Gt = 3000 kg

Ẩm độ ban đầu của lá thuốc trước khi sấy 86 %

Ẩm độ lá thuốc sau khi sấy 12 %

Nhiệt độ và ẩm độ trung bình ngoài trời ở huyện KrôngPa – Gia Lai vào thời gian sấy thuốc lá đo được là tmt = 27 oC, φmt = 70 %

4.2.3 Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu

4.2.3.1 Xác định thành phần sử dụng của nhiên liệu trấu:

Theo bảng 1 của tài liệu /11/ ta có thành phần sử dụng của trấu như sau:

Cd = 39,79 % ; Hd = 5,23 % ; Od = 38,63 % ; Nd = 0,13 %

Sd = 0,00 % ; Ad = 13,92 % ; Wd = 2,30 %

4.2.3.2 Tính lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết 1 kg nhiên liệu

- Lượng không khí ẩm lý thuyết cần thiết để cháy hết 1 kg nhiên liệu trấu:

Theo công thức (1.13) của tài liệu /1/ ta có:

Lo = (1 + 0,00124dkk).(0,0889Cd + 0,2667Hd + 0,0333(Sd – Od))

= (1 + 0,00124.15,8).(0,0889.39,79 + 0,2667.5,23 + 0,0333.(0 – 38,63)) = 3,717 m3/kg

với: dkk = 15,8 g/m3 – độ chứa hơi của không khí

(xác định dựa vào giản đồ trắc ẩm với tmt = 27 oC, φmt = 70 %)

- Lượng không khí ẩm thực tế cần cung cấp:

Lα = α.Lo = 1,5.3,717 = 5,576 m3/kg

với: α – hệ số không khí dư

Ở đây chúng tôi đốt trấu bằng buồng đốt thủ công nên chọn α = 1,5

4.2.3.3 Tính lượng sản phẩm cháy và thành phần của chúng

- Lượng sản phẩm cháy khi đốt 1 kg nhiên liệu trấu:

Theo công thức (1.18) của tài liệu /1/ ta có:

- Thành phần sản phẩm cháy khi đốt 1 kg nhiên liệu trấu:

Theo công thức (1.19) của tài liệu /1/ ta có:

4.2.3.4 Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Theo công thức (1.8) của tài liệu /2/ ta có:

d

t

Q = 339Cd + 1256Hd – 108,8(Od – Sd) – 25,1(Wd + 9Hd)

= 339.39,79 + 1256.5,23 – 108,8.(38,63 – 0,00) – 25,1.(2,30 + 9.5,23) = 14616 kJ/kg

4.2.3.5 Tính nhiệt độ cháy lý thuyết và thực tế của nhiên liệu

- Nhiệt độ cháy lý thuyết

Nhiệt độ cháy lý thuyết của sản phẩm cháy được xác định theo (1.22) của /1/:

t1, t2 : nhiệt độ giả thuyết của sản phẩm cháy, chọn lớn hơn và nhỏ hơn

nhiệt độ cháy lý thuyết, thường t2 – t1 = 100 oC;

i1, i2 : nhiệt hàm của sản phẩm cháy ứng với nhiệt độ t1 và t2, kJ/m3;

iΣ : nhiệt hàm tổng cộng của sản phẩm cháy, với i1< iΣ < i2, kJ/m3

Theo (1.23) của /1/ khi không nung nóng trước nhiên liệu và không khí, ta có:

iΣ = d t

Q / Vα = 14616/6,264 = 2333,3 kJ/m3Giả sử t1 = 1400 oC và t2 = 1500 oC

Với t1 = 1400 oC tra phụ lục II của tài liệu /2/ ta có:

Với lò đốt thủ công, ta tra bảng 1.7 của tài liệu /1/ có được η = 0,65  0,7 Vậy : ttt = (0,65  0,7).1457 = 947  1020 oC

Ta chọn nhiệt độ cháy thực tế ttt = 960 oC

4.2.4 Tính toán nhiệt cho lò sấy

4.2.4.1 Tính các khoản cân bằng nhiệt ở giai đoạn 1

a Các thông số ở giai đoạn 1

Nhiệt độ không khí sấy trung bình ở giai đoạn này ts = 35 oC

Thời gian sấy τ = 30 giờ

Nhiệt độ trung bình của môi trường tmt = 27 oC

Giai đoạn này các cữa của buồng sấy đều đóng kín

b Tính toán nhiệt thu và chi ở giai đoạn 1

 Nhiệt thu khi đốt nhiên liệu

Theo công thức 6.1 của tài liệu /1/ ta có:

Q : nhiệt trị thấp của nhiên liệu trấu, J/kg

 Nhiệt chi gồm:

- Nhiệt lượng dùng để nung nóng lá thuốc Q1

Theo công thức (6.5) của tài liệu /1/ ta có:

Q1 = P.Cp.(t2 – t1) trong đó :

P: khối lượng thuốc cần nung nóng trên một đơn vị thời gian, kg/s

Với P = 3 tấn/30 giờ = 0,028 kg/s

Cp = (Ck + (Ca - Ck) W1 + Ck + (Ca - Ck) W2) / 2: là nhiệt dung riêng trung bình của lá thuốc, (J/kg.độ);

Ca = 4174 J/kg.độ: nhiệt dung riêng của nước

(tra theo bảng 25 của phụ lục tài liệu /5/ ở nhiệt độ 31 oC);

W1, W2: là ẩm độ của lá thuốc, %;

Ck = 1380 (J/kg.độ): nhiệt dung riêng của lá thuốc khô (tài liệu /9/);

t1, t2 : nhiệt độ ban đầu của lá thuốc trước khi sấy và sau khi sấy ở giai

đoạn 1 Với t1 = tmt = 27 oC ; t2 = ts = 35 oC

Cp = (1380 + (4174 – 1380).0,86 + 1380 + (4174 – 1380).0,85)/2 = 3769 J/kg.độ Vậy: Q1 = P.Cp.(t2 – t1) = 0,028.3769.(35 – 27) = 844 W

- Nhiệt lượng dùng để làm bay hơi ẩm trong lá thuốc Q2

Theo tài liệu /7/ ta có:

GH2O : khối lượng nước trong các lá thuốc bốc hơi, kg;

W1, W2: ẩm độ lúc đầu và lúc sau của lá thuốc trong giai đoạn 1, %;

Gt : khối lượng thuốc trong buồng sấy ở đầu giai đoạn 1, kg;

τ : thời gian sấy ở giai đoạn 1, s

- Nhiệt tiêu tốn để nung nóng thể tích không khí ban đầu trong buồng sấy Q3

Theo tài liệu /7/ ta có :

Q3 = Vok Cv.(ts – tmt) trong đó :

Cv : nhiệt dung riêng của khối không khí, J/m3 .độ

Cv = 1167 J/m3 .độ (tra ở 31 oC theo phụ lục bảng 22 của tài liệu /5/);

Vok = V/τo : lượng không khí được đốt nóng trong 1 giây, m3/s ;

τo : là thời gian khởi động lò, τo = 20 phút (khởi động lò đốt trấu);

V : thể tích không khí trong buồng sấy với V = Vbs = 165 m3

Vậy Q3 = Vok Cv(ts – tmt) = 165/(20.60).1167.(35 – 27) = 1284 W

- Nhiệt lượng mất mát qua vách Q4

Theo công thức (6.10) của tài liệu /1/ ta có:

trong đó :

δ : là bề dày của vách, m;

λ : là hệ số truyền nhiệt của vách bằng gạch, W/m.độ;

ts, tmt : là nhiệt độ sấy và nhiệt độ môi trường, oC;

Fv : diện tích vách, m2

- Nhiệt lượng mất mát qua mái, nền Q5

Do mái tôn mỏng, nền được đặt trên nền đất nên Q5 được tính theo công thức:

Nu : tiêu chuẩn Nusselt;

Gr : tiêu chuẩn Grashof;

L : kích thước chiều rộng của buồng sấy, m;

β : hệ số nở thể tích của không khí, 1/K;

g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2;

γ : hệ số nhớt động học, N.s/m;

λ : hệ số dẫn nhiệt của không khí, W/m2.độ;

Pr : tiêu chuẩn Prandtl

Tính nhiệt độ trung bình

ttb = (ts + tmt)/2 = (35 + 27)/2 = 31 oC Với ttb = 31 oC, tra bảng 22 của tài liệu /5/ ta có:

λ = 2,679 10-2 W/m2.độ

γ = 16,069 10-6 N.s/m

Pr = 0,7008

β = 1/(ttb + 273) = 1/(31 + 273) = 0,0033

Gr = 9,81.53.0,0033.(35 – 27)/(16,069 10-6)2 = 1253,7.108

Gr.Pr = 1253,7.108.0,7008 = 878,6.108Với Gr.Pr = 878,6.108 tra bảng 10.2 của tài liệu /5/ tìm được:

C = 0,135 ; n = 1/3

Nu = 0,135.(878,6.108)1/3 = 600,2

αdl = Nu.λ /L = 600,2.2,679.10-2 /5 = 3,22 W/m2.độ Vậy: Q5 = 1,3.3,22.(35 – 27).30,15 + 0,7.3,22.(35 – 27).30 = 1551 W

- Nhiệt lượng mất mát do tường lò tích lũy nhiệt Q6

Theo tài liệu /7/ ta có:

Q6 = VT.ρT.CT.(t2 – t1) /τ trong đó:

VT : thể tích phần gạch xây được tích nhiệt, m3

VT = Fv δv = 121.0,1 = 12,1 m3

ρT : khối lượng riêng của gạch xây, kg/ m3

ρT = 1500 kg/ m3 (theo phụ lục IX của tài liệu /1/);

CT : Nhiệt dung riêng của khối gạch, J/kg.độ

CT = 920 J/kg.độ (theo phụ lục IX của tài liệu /1/);

t1, t2: nhiệt độ trung bình của gạch xây ở đầu và cuối quá trình sấy, oC (hiệu nhiệt độ trung bình của gạch xây ở giai đoạn này vào khoảng 5 oC);

τ : tổng thời gian sấy giai đoạn 1, s

Theo công thức 6.23 của tài liệu /1/ ta có:

Q7 = Ck.tk.Vα.B1.103trong đó:

B1 : lượng nhiên liệu tiêu hao trong giai đoạn 1, kg/s;

Ck : nhiệt dung riêng của sản phẩm cháy (khói) ở nhiệt độ chân ống khói:

Ck = CCO2.CO2 + CH2O.H2O + CO2.O2 + CSO2.SO2 + CN2.N2 , kJ/m3.oC

tk : nhiệt độ ra của sản phẩm cháy (khói) ở chân ống khói, oC

Giai đoạn này nhiệt độ của khói ở chân ống khói là tk = 160 oC

Với tk = 160 oC tra phụ lục I của tài liệu /2/ ta có:

Theo công thức 6.8 của tài liệu /1/ ta có :

Q8 = k B1 d

t

trong đó:

k : là hệ số mất mát do cháy không hoàn toàn cơ học,

với vật liệu rắn k = 0,03  0,05 Ở đây ta chọn k = 0,04;

d t

Q : nhiệt trị thấp của trấu, kJ/m3

Vậy: Q8 = 0,04.B1.14616.103 = 584,64 B1.103 W

Theo công thức 6.7 của tài liệu /1/ ta có:

Qc = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 + Q9

 14616.103.B1 = 844 + 4630 + 1280 + 4639 + 1551 + 773 + 1387,1.103.B1 +

+ 584,64.103.B1 + 760,45.103.B1 Giải phương trình trên ta tìm được B1 = 1,15.10-3 kg/s = 4,1 kg/h

Vậy lượng nhiên liệu trấu tiêu hao ở giai đoạn 1 là:

G1 = B1.τ = 4,1.30 = 123 kg

4.2.4.2 Tính các khoản cân bằng nhiệt ở giai đoạn 2 và 3

a Các thông số ở giai đoạn này

Nhiệt độ không khí sấy trung bình ở giai đoạn này ts = 56 oC

Thời gian sấy τ = 90 giờ

Nhiệt độ trung bình của môi trường tmt = 27 oC

Ẩm độ lá thuốc ở giai đoạn tính toán này giảm từ W2 = 85 % xuống W4 = 12 % Khối lượng thuốc trong buồng sấy ở đầu giai đoạn này:

b Tính toán nhiệt thu và chi ở giai đoạn này

Quá trình tính toán nhiệt cũng diễn ra tương tự như giai đoạn 1

 Nhiệt thu khi đốt nhiên liệu

Theo công thức 6.1 của tài liệu /1/ ta có:

Qc = B23 d

t

Q = 14616.103.B23 W với : B23 – lượng nhiên liệu tiêu hao ở giai đoạn 2 và 3, kg/s

 Nhiệt chi gồm:

- Nhiệt lượng dùng để nung nóng lá thuốc Q1

Theo công thức (6.5) của tài liệu /1/ ta có:

Q1 = P.Cp.(t2 – t1) với : P = '

t

G /τ = 2800/(90.3600) = 0,0086 kg/s

t1, t2 : nhiệt độ của lá thuốc ở đầu giai đoạn 2 (cũng là cuối giai đoạn 1) và

ở cuối giai đoạn 3, với t1 = 35 oC, t2 = 56 oC

Cp = (Ck + (Ca - Ck) W2 + Ck + (Ca - Ck) W4)/2

= (1380 + (4174 – 1380).0,85 + 1380 + (4174 – 1380).0,12)/2 = 2735 J/kg.độ Vậy: Q1 = P.Cp.(t2 – t1) = 0,0086.2735.(56 – 35) = 494 W

- Nhiệt lượng dùng để làm bay hơi ẩm trong lá thuốc Q2

Ở giai đoạn sấy này do các cữa buồng sấy mở để thoát hơi ẩm nên nhiệt lượng tiêu hao ở giai đoạn này là lượng nhiệt dùng để nung nóng không khí để làm bay ẩm trong lá thuốc và được tính theo công thức:

Q2 = Lokk Cv.(ts – tmt) trong đó :

Cv : nhiệt dung riêng của khối không khí, J/kg.độ

Cv = 1005 J/kg.độ (theo phụ lục bảng 22 của tài liệu /5/);

Lokk = Lkk/τ : khối lượng không khí được đốt nóng trong 1 giây, kg/s;

τ : là thời gian sấy ở giai đoạn này, s;

Lkk : khối lượng không khí cần nung nóng trong giai đoạn này

Lượng không khí cần thiết để bốc hơi hết 1 kg ẩm trong thuốc lá:

0

217, 4 0,0204 0,0158

L

Với: d1 = 0,0158 kg H2O/kg kkk – độ chứa hơi của không khí sấy,

(xác định dựa vào giản đồ trắc ẩm với tmt = 27 oC, φmt = 70 %)

d2 = 0,0204 kg H2O/kg kkk – độ chứa hơi của không khí sấy sau khi thoát ra ngoài buồng sấy, (xác định dựa vào giản đồ trắc ẩm với ts= 56 oC, tt = 46 oC (tt - nhiệt độ trung bình của không khí sấy thoát ra ngoài buồng sấy))

Lượng không khí cần thiết để bốc hơi hết ẩm trong lá thuốc ở giai đoạn này:

- Nhiệt lượng mất mát qua vách Q3

Theo công thức (6.10) của tài liệu /1/ ta có:

ttb = (ts + tmt)/2 = (56 + 27)/2 = 41,5 oC với ttb =41,5 oC, tra bảng 22 của tài liệu /5/ ta có:

C = 0,135 ; n = 1/3

Nu = 0,135.(2792.108)1/3 = 882,3

αdl = Nu.λ /L = 882,3.2,771.10-2 /5 = 4,89 W/m2.độ Vậy: Q4 = 0,7.4,89.(56 – 27).30 = 2978 W

- Nhiệt lượng mất mát do tường lò tích lũy nhiệt Q5

Theo tài liệu /7/ ta có:

Q5 = VT.ρT.CT.(t2 – t1) /τ

= 12,1.1500.920.20/(90.3600) =1031 W (hiệu nhiệt độ trung bình của gạch xây ở giai đoạn này vào khoảng 20 oC)

Theo công thức 6.23 của tài liệu /1/ ta có:

Q6 = Ck.tk.Vα.B23.103