THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHẢO NGHIỆM LÒ ĐỐT VỎ CÀ PHÊ 2 GHI NGHIÊNG BÁN TỰ ĐỘNG CÔNG SUẤT 25 kgh

THIẾT KẾ - CHẾ TẠO - KHẢO NGHIỆM LÒ ĐỐT VỎ CÀ PHÊ 2 GHI NGHIÊNG BÁN TỰ ĐỘNG CÔNG SUẤT 25 kg/h Nguyễn Văn Duy Võ Thị Ngọc Lợi Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư

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

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ - CHẾ TẠO - KHẢO NGHIỆM LÒ ĐỐT VỎ

CÀ PHÊ 2 GHI NGHIÊNG BÁN TỰ ĐỘNG

THIẾT KẾ - CHẾ TẠO - KHẢO NGHIỆM LÒ ĐỐT VỎ

CÀ PHÊ 2 GHI NGHIÊNG BÁN TỰ ĐỘNG

CÔNG SUẤT 25 kg/h

Nguyễn Văn Duy

Võ Thị Ngọc Lợi

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

Chế Biến Bảo Quản Nông sản Thực Phẩm

Giáo viên hướng dẫn:

Th.S Nguyễn Văn Xuân

Th.S Trần Văn Tuấn

Tp Hồ Chí Minh Tháng 6/2011

LỜI CẢM TẠ

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn:

- Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho chúng tôi hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp

- Ban Chủ nhiệm và Quý Thầy, Cô trong Khoa Cơ khí – Công nghệ Trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh đã tận tình dạy dỗ, giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình theo học tại trường

- Xin chân thành biết ơn Thầy Th.S Nguyễn Văn Xuân và Thầy Th.S Trần Văn Tuấn đã tận tình hướng dẫn chúng tôi thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

- Xin chân thành cám ơn Ban Giám đốc, nhân viên và công nhân ở Trung tâm Năng lượng và Máy Nông nghiệp – Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh đã tài trợ kinh phí chế tạo và lắp đặt lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động công suất 25 kg/h và các thiết bị đo để nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện đề tài

- Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ chúng tôi trong quá trình học tập

Trân trọng cảm ơn!

Nguyễn Văn Duy

Võ Thị Ngọc Lợi

TÓM TẮT

Đề tài “Thiết kế - chế tạo - khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động công suất 25 kg/h” được tiến hành tại Trung tâm Năng lượng và Máy Nông nghiệp – Trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 3/2011 đến 6/2011.Kết quả thu được như sau:

- Tính toán, thiết kế lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động công suất 25 kg/h theo nguyên lý cháy thuận

- Chế tạo từng bộ phận của lò và lắp ráp chúng lại với nhau theo mô hình đã thiết

kế Từ đó chế tạo hoàn thiện được mô hình lò đốt theo yêu cầu bao gồm các bộ phận chính :

 Khung lò đốt

 Bộ phận cung cấp vỏ cà phê tự động gồm: 2 thùng cấp liệu, 2 pittông đẩy nhiên liệu, 2 bánh lệch tâm,bộ điều khiển thời gian cấp và thời gian ngưng cấp vỏ cà phê

 Hai ghi lò nghiêng góc 38o

 Ống dẫn nhiệt hình trụ, buồng đốt phụ có gắn ống gió thứ cấp

MỤC LỤC

Trang

Tóm tắt ii

Danh sách các bảng vi

Danh sách các hình vii

1 MỞ ĐẦU 1

2 TỔNG QUAN 3

2.1 Các đặc tính của nhiên liệu vỏ cà phê 3

2.2 Tính chất vật lý 4

2.3 Nhiệt trị 5

2.4 Phân tích gần đúng thành phần của vỏ cà phê 5

2.5 Thành phần chất hữu cơ chủ yếu của vỏ cà phê 6

2.6 Đặc tính cháy của nhiên liệu vỏ cà phê 6

2.7 Tình hình sử dụng nhiên liệu vỏ cà phê trên thế giới 8

2.8 Tình hình sử dụng vỏ cà phê và những mẫu lò đốt vỏ cà phê tại Việt Nam 8

2.8.1 Tình hình sử dụng vỏ cà phê tại Việt Nam 8

2.8.2 Các mẫu lò đốt ở Việt Nam 9

2.9 Một số máy sấy cà phê ở nước ta hiện nay 13

2.9.1 Máy sấy trống 13

2.9.2 Máy sấy tĩnh vỉ ngang đảo chiều gió SRA 14

2.10 Một số công thức tính toán để phục vụ đề tài 15

2.10.1 Lưu lượng khí cần thiết cho quá trình sấy 15

2.10.2 Công thức xác định lưu lượng dòng khí trong ống khảo nghiệm 15

2.10.3 Hiệu suất khí sấy 16

3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

3.1 Nội dung nghiên cứu 18

3.2 Phương pháp nghiên cứu 18

3.2.1 Phương pháp thiết kế 18

3.2.2 Phương pháp chế tạo 18

3.2.3 Phương pháp khảo nghiệm 19

3.2.4 Đối tượng thí nghiệm 19

3.2.5 Các thiết bị, dụng cụ đo phục vụ thí nghiệm 20

3.2.6 Phương pháp tính hiệu suất khí sấy 21

3.2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 26

3.2.8 Phương pháp xử lý số iệu thực nghiệm 27

4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

4.1 Yêu cầu thiết kế 28

4.2 Chọn mô hình thiết kế 28

4.3 Kết quả tính toán chung 31

4.3.1 Các số liệu dùng làm cơ sở thiết kế 31

4.3.2 Tính lượng không khí cần thiết cấp cho quá trình cháy 31

4.3.3 Tính lượng sản phẩm cháy và thành phần của chúng 32

4.3.4 Nhiệt độ cháy lý thuyết và thực tế của lò đốt Error! Bookmark not defined 4.4 Tính toán công suất lò đốt vỏ cà phê 33

4.4.1 Tính lượng nước cần bốc hơi 33

4.4.2 Tính thời gian sấy 33

4.4.3 Tính lượng không khí khô cần thiết để bốc đi lượng ẩm theo yêu cầu 34

4.4.4 Tính lượng tiêu thụ nhiên liệu của lò 35

4.4.5 Công suất tiêu thụ của lò 35

4.4.6 Thiết kế hệ thống cung cấp vỏ cà phê tự động 36

4.4.7 Thiết kế quy trình điều khiển cấp vỏ cà phê tự động 38

4.4.8 Tính toán thể tích buồng đốt 39

4.4.9 Tính toán diện tích ghi lò 39

4.5 Chế tạo lò đốt 39

4.5.1 Chế tạo ghi lò 39

4.5.2 Chế tạo khung lò đốt Error! Bookmark not defined 4.5.3 Chế tạo thùng chứa vỏ cà phê 41

4.5.4 Chế tạo thùng ống lấy nhiệt 42

4.5.5 Chế tạo cơ cấu cung cấp vỏ cà phê tự động 44

4.6 Các yếu tố cần khảo sát và đầu ra 45

4.6.1 Các yếu tố cần khảo sát 45

4.6.2 Yếu tố đầu ra 46

4.7 Các kết quả thí nghiệm sơ bộ 46

4.7.1 Kết quả khảo nghiệm bộ phận cung cấp trấu tự động để xác định lượng vỏ chảy xuống ghi sau mỗi hành trình pittông 47

4.7.2 Kết quả khảo nghiệm quạt 47

4.7.3 Kết quả khảo nghiệm lò đốt 48

4.8 Khảo nghiệm xác định ảnh hưởng của các mức thời gian ngưng cấp trấu đến hiệu suất khí sấy 51

4.9 Kết quả bố trí thí nghiệm 50

5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 57

5.1 Kết luận 57

5.2 Đề nghị 58

6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

7 PHỤ LỤC 61

8 MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 76

DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG

Bảng 2.1: Tỉ lệ các thành phần cấu tạo của quả cà phê 4 

Bảng 2.2: Phân tích thành phần vỏ cà phê 5 

Bảng 2.3: Thành phần chất hữu cơ của vỏ cà phê 6 

Bảng 2.4: Phân tích nguyên tố của vỏ cà phê 6 

Bảng 4.1: Thời gian cấp liệu tương ứng với các hành trình của pittông 46 

Bảng 4.2: Số liệu về lượng vỏ cà phê được đẩy xuống ghi lò sau mỗi hành trình cấp liệu của pittông 47 

Bảng 4.3: Kết quả bố trí thực nghiệm 51 

Bảng 4.4:Bảng tích cỡ mẫu 56 

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 2.1:Cấu tạo hạt cà phê 3 

Hình 2.2: Vỏ cà phê 3 

Hình 2.3: Biểu diễn quá trình cháy thuận – cháy ngược 7 

Hình 2.4: Sản lượng cà phê thế giới 8 

Hình 2.5: Vỏ cà phê được ủ làm phân bón 9 

Hình 2.6: Phương pháp phơi cà phê thủ công 9 

Hình 2.7: Lò đốt vỏ cà phê dùng trong máy sấy tĩnh 9 

Hình 2.8: Lò đốt ghi phẳng 10 

Hình 2.9: Lò đốt ghi nghiêng buồng đốt phụ 11 

Hình 2.10: Lò đốt trấu bán tự động 12 

Hình 2.11: Máy sấy trống NH 13 

Hình 2.12:Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy sấy SRA 14 

Hình 2.13: Máy sấy cà phê đảo chiều gió SRA – 4 tại Bảo Lâm, Tỉnh Lâm Đồng 14 

Hình 3.1: Cân 20 

Hình 3.2: Đồng hồ đo nhiệt độ 20 

Hình 3.3: Nhiệt kế bầu khô, bầu ướt 20 

Hình 3.4: Cân điện tử 20 

Hình 3.5: Máy đo công suất điện 20 

Hình 3.6: Máy đo số vòng quay động cơ 20 

Hình 3.7: Tủ sấy 20 

Hình 3.8: Áp kế nghiêng 20 

Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống khảo nghiệm quạt 22 

Hình 3.10: Quan hệ tỉ lệ giữa bán kính trên ống pitot và bán kính ống khảo nghiệm đối với các vị trí đo cột áp trên áp kế nghiêng 23 

Hình 3.11: Mô hình bố trí thí nghiệm 26 

Hình 3.12: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 26 

Hình 4.1: Sơ đồ lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động 25 kg/h 29 

Hình 4.2: Lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động 25 kg/h 30 

Hình 4.3: Đồ thị không khí ẩm 36 

Hình 4.4:Hệ thống cung cấp vỏ cà phê tự động 36 

Hình 4.5:Bộ điều khiển thời gian ngưng cấp vỏ cà phê 36 

Hình 4.6: Hộp điều khiển cấp vỏ cà phê liên tục Error! Bookmark not defined. 

Hình 4.7: Ghi lò 40 

Hình 4.8: Khung lò 41 

Hình 4.9: Thùng trấu 42 

Hình 4.10: Miệng lấy nhiệt 43 

Hình 4.11: Ống lấy nhiệt 43 

Hình 4.12: Cấu tạo cơ cấu cung cấp vỏ cà phê tự động 44 

Hình 4.13: Biểu đồ thể hiện đường đặc tính quạt 47 

Hình 4.14: Đồ thị biểu diễn nhiệt độ của lò đốt 48 

Hình 4.15: Đồ thị khảo nghiệm lò đốt ứng với thời gian nghỉ Tn = 120 giây 52 

Hình 4.16: Đồ thị khảo nghiệm lò đốt ứng với thời gian nghỉ Tn = 150 giây 53 

Hình 4.17: Đồ thị khảo nghiệm lò đốt ứng với thời gian nghỉ Tn = 180 giây 53 

Hình 4.24: Đồ thị công suất tiêu thụ vỏ cà phê 54 

Hình 4.25: Đồ thị hiệu suất khí sấy 54 

Hình 8.1: Đo dung trọng của vỏ cà phê 76 

Hình 8.2: Trộn hồ để xây lò 76 

Hình 8.3: Lắp các chi tiết lại với nhau 76 

Hình 8.4: Công đoạn cuối cùng của việc xây lò 76 

Hình 8.5: Khảo nghiệm quạt 77 

Hình 8.6: Vỏ cà phê đang cháy trên ghi lò 77 

Chương 1

MỞ ĐẦU

Cà phê không chỉ đơn thuần là một sản phẩm nông nghiệp thuần túy, nó thực sự trở thành một ngành kinh tế đóng vai trò quan trọng Cà phê là mặt hàng nông sản xuất khẩu lớn thứ hai trong nông nghiệp, chỉ đứng sau xuất khẩu gạo Nghành cà phê Việt Nam ngày càng khẳng định vị trí của mình trên thế giới Từ một nước xuất khẩu cà phê nhỏ, đến nay Việt Nam đã vươn lên vị trí thứ hai sau thế giới chỉ sau Braxin

Để duy trì và đẩy mạnh vị trí cà phê nước ta trên thế giới, vấn đề đặt ra là cần phải nâng cao chất lượng cà phê Trong đó, công đoạn làm khô cà phê ảnh hưởng rất nhiều đến tổn thất sau thu hoạch, cũng như chất lượng đối với ngành sản xuất cà phê ở Việt Nam Đa phần thói quen làm khô cà phê của nông dân bằng phương pháp phơi nắng như phơi trên nền xi măng, trên nền đất, trên mặt đường Việc phơi thủ công này còn phụ thuộc nhiều vào thời tiết, khi phơi lại phơi tầng dày làm thời gian phơi kéo dài, rất tốn công bảo vệ và cày đảo, nếu phơi không kịp thời sẽ gây hư hại, tổn thất và làm giảm chất lượng cà phê,dễ phát sinh nấm, mốc, tỷ lệ hạt ngả màu, hạt đen cao,…

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trong và ngoài nước, phương pháp làm khô bằng máy đã được ứng dụng rộng rãi, khắc phục sự phụ thuộc mùa vụ vào thời tiết, công đoạn bảo quản, đảm bảo chất lượng sản phẩm Hiện nay, nhiều loại máy sấy: mấy sấy tỉnh vỉ ngang, máy sấy tháp, máy sấy trống… đã được chuyển giao, lắp đặt và ứng dụng phổ biến tại các tỉnh Tây Nguyên

Sản lượng cà phê ở nước ta đạt 1 triệu tấn/năm Ước tính vỏ cà phê chiếm 40- 45% trọng lượng hạt cà phê thì hàng năm chế biến cà phê thải ra khoảng 450000 tấn

vỏ (Hiệp hội VICOFA, 10/2010) Con số không nhỏ này đòi hỏi phải có biện pháp

xử lý thích hợp Để giải quyết những vấn đề như giảm chi phí sấy khi nguồn vỏ cà phê dư thừa, giảm ô nhiễm môi trường thì dùng nguyên liệu đốt là vỏ cà phê là tối

ưu nhất

Đối với những loại lò đốt như hiện nay vẫn còn phải tốn nhiều công lao động trong quá trình vận hành Do đó, vấn đề được đặt ra là cần phải thiết kế một mẫu lò đốt sao cho giảm thiểu công lao động khi đốt lò nhưng vẫn đảm bảo được hiệu suất khí sấy và những chỉ tiêu kĩ thuật Trước tình hình đó, dựa trên mẫu lò đốt trấu bán

tự động có công suất 25 kg/h đã được chế tạo và khảo nghiệm tại Trung tâm Năng lượng – Khoa Cơ khí – Trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh Theo nguyên

lý này, nó có nhiều ưu điểm và giảm được công lao động nhờ tự động hóa trong quá trình cung cấp nhiên liệu qua bộ phận cung cấp trấu tự động Để cho quá trình cháy xảy ra đồng đều hơn, trên mô hình lò đốt trấu bán tự động (Nguyễn Thanh Nghị, 2008) và mô hình lò đốt ghi nghiêng buồng đốt phụ (Phan Hiếu Hiền và ctv,2000), được sự hướng dẫn của Thầy Nguyễn Văn Xuân, Thầy Trần Văn Tuấn chúng tôi

tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế - chế tạo - khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động công suất 25 kg/h”

Mục đích: Thiết kế - chế tạo - khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự

động công suất 25 kg/h

Các nội dung gồm:

- Tính toán thiết kế lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động công suất 25 kg/h theo nguyên lý cháy thuận

- Chế tạo mẫu lò đốt theo mô hình đã thiết kế

- Khảo nghiệm lò đốt với mô hình đã thiết kế, chế tạo Tìm các giá trị làm việc được của hệ thống lò đốt như là: góc nghiêng ghi, lưu lượng gió, thời gian đẩy, thời gian ngưng cấp vỏ cà phê để đạt hiệu suất phù hợp Từ đó chọn ra chế độ hoạt động tốt nhất của lò để phục vụ mấy sấy cà phê tĩnh vỉ ngang đảo chiều gió công suất 2 tấn/mẻ

Chương 2

TỔNG QUAN

Để thực hiện được mục đích của đề tài có tính khoa học cần tham khảo các đặc tính của nhiêu liệu vỏ cà phê, hiện trạng sử dụng các mẫu lò đốt ở nước ta Từ những ưu nhược điểm của những mẫu lò đốt trấu đã được tham khảo sẽ làm cơ sở

để thiết kế mẫu lò đốt có ưu điểm hơn

2.1 Các đặc tính của nhiên liệu vỏ cà phê

ơ

Hình 2.1:Cấu tạo hạt cà phê Hình 2.2: Vỏ cà phê

Vỏ cà phê là một phụ phẩm được tạo ra từ quá trình sơ chế cà phê Vỏ này sau khi xát bằng phương pháp xát khô, đem phơi khô và dùng làm chất đốt Ước tính vỏ

cà phê chiếm 40- 45% trọng lượng hạt cà phê Nó gồm: lớp vỏ quả, lớp vỏ trấu, lớp

- Lớp vỏ trấu nằm sau lớp vỏ thịt, là một lớp vỏ cứng, có nhiều chất sợi, cùng với lớp vỏ lụa bao bọc lấy nhân cà phê Vỏ trấu còn gọi là nội bì

Thành phần chủ yếu của lớp vỏ trấu là xenlulo và tro, trong thành phần của tro gồm silic, canxi, kali, magiê Vỏ trấu của cà phê chè mỏng, dễ đập vỡ hơn vỏ trấu

cà phê vối và cà phê mít

- Lớp vỏ lụa nằm sát nhân cà phê Chúng có màu sắc và đặc tính khác nhau, tùy thuộc vào loại cà phê Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc, rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến

Bảng 2.1: Tỉ lệ các thành phần cấu tạo của quả cà phê (Nguyễn Thọ, 2007)

Thành phần Cà phê chè (Arabics),% Cà phê rối (Robusta),%

41- 42 21- 22 6- 8 26- 29

2.2 Tính chất vật lý

Tùy thuộc vào từng loại cà phê, công nghệ xay xát và quá trình bảo quản mà vỏ

cà phê có kích thước khác nhau Sau khi tiến hành tìm kiếm tài liệu và tổng hợp lại (Đặng Quốc Cường và Nguyễn Hoàn Dũng, 2009), vỏ cà phê có một số tính chất sau:

- Hình dạng: hình trứng hay hình tròn (lúc còn nguyên vẹn trái cà phê) Nếu đã được xay xát, vỏ cà phê có hình dạng các mảnh vỏ lớn nhỏ khác nhau, không có hình dạng xác định

- Chiều dài: 15- 18 mm (lúc còn nguyên vén trái cà phê) Sau xay xát, lớp vỏ có chiều dài trung bình từ 5- 10 mm và chiều rộng trung bình 3- 6 mm, tùy theo mảnh

vỏ lớn hay nhỏ

- Đường kính tiết diện: 10- 15 mm (khi còn nguyên vẹn trái cà phê)

- Trọng lượng: 1,3- 1,6 g (trái cà phê) Sau xay xát, khối lượng trung bình của vỏ

cà phê khoảng 2- 5 mg, tùy theo mảnh vỏ lớn hay nhỏ

- Khối lượng thể tích: 150- 190 kg/m3

- Ẩm độ: 15- 18 %

2.3 Nhiệt trị

Nhiệt trị là nhiệt lượng sinh ra khi đốt nhiên liệu Nhiệt trị cao bao gồm cả nhiệt

lượng trong hơi nước, chỉ dùng được khi hơi nước bị ngưng tụ lại Nhiệt trị thấp là

nhiệt lượng không kể nhiệt lượng chứa trong hơi nước Theo Da Silva, Kutty &

Kucel,(2006), nhiệt trị thấp (low heat value) của vỏ cà phê là 16,4 MJ/kg Theo

nguồn: Booktitled “BIOMASS, Thermo – chemical characterisation” Published by

II T, New Delhi, nhiệt trị (calorific value) của vỏ cà phê là 3745 kcal/kg (=15,654

MJ/kg)

2.4 Phân tích gần đúng thành phần của vỏ cà phê

Bảng 2.2: Phân tích thành phần vỏ cà phê (Da Silva, Kutty & Kucel, 2006)

Thành phần Tỉ lệ (%)

Carbon cố định 19,2

Chất bay hơi 69,4

Tro 11,4 Phân tích thành phần cho biết tỷ lệ phần trăm chất bay hơi, cacbon cố định và tro

Chất bay hơi (chất bốc) là thành phần vỏ cà phê biến thành gas từ 69,4% (Bảng

2.2) Cacbon cố định là thành phần đại diện cho phần vỏ cà phê cháy được ở trạng

thái rắn của lớp vỏ 19,2% Tro là thành phần không cháy sau khi vỏ cà phê cháy

hoàn toàn 11,4%

2.5 Thành phần chất hữu cơ chủ yếu của vỏ cà phê

Bảng 2.3: Thành phần chất hữu cơ của vỏ cà phê (Panmeerielvam.P và ctv, 2000)

Thành phần Cà phê chè, % Cà phê vối, %

2.6 Đặc tính cháy của nhiên liệu vỏ cà phê

Bảng 2.4: Phân tích nguyên tố của vỏ cà phê (Published by II T, New Delhi)

không khí thứ cấp ở vùng “khói” bay lên Dựa trên nguyên lý đốt vỏ cà phê, quá trình cháy được chia ra là cháy thuận và cháy ngược

Hình 2.3: Biểu diễn quá trình cháy thuận – cháy ngược

(Phan Hiếu Hiền và ctv, 2000)

- Cháy thuận là khi đốt, khối chất đốt nằm trên ghi lò, không khí được cung cấp

từ phía dưới, không khí cung cấp và khói sinh ra di chuyển cùng chiều Quá trình cháy tạo thành các vùng sau:

 Dưới cùng là vùng tro, gồm các chất trơ không cháy được

 Kế tiếp là vùng cháy, chủ yếu là cacbon thể rắn cháy rực đỏ

 Kế trên nữa là vùng nhiệt phân; chất đốt bị nung nóng làm thoát các chất bốc lên trên

 Bên trên khỏi mặt đốt là vùng cháy chất bốc, cháy với ngọn lửa (nếu có đủ không khí thứ cấp)

- Cháy ngược là khi đốt, không khí được cung cấp từ trên đi xuống, lớp chất bốc

cũng bị kéo ngược xuống Xuyên qua lớp than đang cháy đỏ và lớp tro đang còn nóng, chất bốc tăng nhiệt độ nên dễ dàng cháy hơn, và cháy trọn vẹn hơn, nghĩa là ít sinh ra khói và bụi than

2.7 Tình hình sử dụng nhiên liệu vỏ cà phê trên thế giới

Theo tổ chức cà phê Quốc tế ICO (2009), sản lượng cà phê thế giới ở mức trên

120 triệu bao (trên 7,2 triệu tấn) Với sản lượng trên lượng vỏ cà phê khoảng 2,88 – 3.24 triệu tấn (ước tính vỏ cà phê chiếm 40- 45% trọng lượng hạt cà phê) Trong đó, Braxin là quốc gia sản xuất cà phê lớn nhất thế giới với sản lượng 2008 đạt 36,86 triệu bao chiếm 30,68% sản lượng thế giới, theo sau là Việt Nam với sản lượng đạt 18,28 triệu bao chiếm 15,21% sản lượng thế giới và kế đến là Colombia đứng hàng thứ ba với sản lượng là 12 triệu bao, chiếm 9,99% sản lượng thế giới Hình 2.3 thể hiện sản lượng cà phê của 7 nước dẫn đầu trên thế giới

Hình 2.4: Sản lượng cà phê thế giới

2.8 Tình hình sử dụng vỏ cà phê và những mẫu lò đốt vỏ cà phê tại Việt Nam

2.8.1 Tình hình sử dụng vỏ cà phê tại Việt Nam

Theo Cục Trồng Trọt - Bộ Nông nghiệp và Phát Triển Nông thôn (2010), sản lượng cà phê của cả nước năm 2010 đạt 1082 nghìn tấn Lượng vỏ cà phê khoảng 432,8- 486,9 nghìn tấn/ năm Trước đây, phần lớn lượng vỏ khổng lò thải từ các nhà máy chế biến cà phê đều đổ trực tiếp ra sông suối, ao hồ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng làm ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động và cộng đồng Để giải quyết những nhược điểm này và tận dụng nguồn nhiên liệu vốn có Ngoài việc tận dụng vỏ cà phê làm phân vi sinh (hình 2.5), nông dân còn dùng làm nhiên liệu đốt

để sấy cà phê Lò đốt dùng chính vỏ cà phê làm nhiên liệu mang lại hiệu quả kinh

tế, giảm ô nhiễm môi trường Vì vậy, việc phát triển hệ thống sấy đã giải quyết sự phụ thuộc vào thời tiết khi phơi nắng, đảm bảo chất lượng cà phê nhân xay ra đẹp

và chất lượng cà phê tốt hơn

a Lò đốt sử dụng vỏ cà phê tại Lâm Đồng

Hình 2.7: Lò đốt vỏ cà phê dùng trong máy sấy tĩnh (giacaphe.com,

20/11/2010)

Lò đốt trên được sử dụng trong máy sấy tĩnh có sức chứa 150– 200 kg/m2 Nhược điểm của máy sấy này là bà con phải chịu khó đảo bằng tay, khoảng 2 – 3 tiếng đảo một lần Lò đốt này cháy không hoàn toàn và khí sấy không sạch làm cho

cà phê bị hôi khói

- Hoạt động: Nhiên liệu được cung cấp vào ghi lò qua cửa cấp liệu Khí cháy

được quạt sấy hút qua buồng lắng bụi và tro, các hạt bụi dập vào các vách ngăn mất vận tốc và rơi xuống bên dưới Không khí sấy tiếp tục đi vào buồng sấy

- Ưu nhược điểm: Cấu tạo đơn giản, chi phí chế tạo rẻ, hiệu suất khá cao Nhược

điểm là cháy không hoàn toàn được thể hiện qua sự đóng bánh và tạo muội trong ống hút của quạt sau một thời gian sử dụng, tro và tàn lửa vẫn bị hút vào buồng sấy

c Lò đốt ghi nghiêng với buồng đốt phụ

- Sơ đồ cấu tạo:( Phan Hiếu Hiền và ctv, 2000)

Hình 2.9: Lò đốt ghi nghiêng buồng đốt phụ

1 Phễu cấp liệu 2 Vỏ cà phê 3 Tấm điều chỉnh 4 Ghi lò

5 Lớp nguyên liệu cháy trên ghi 6 Quạt 7 Ống gió thứ cấp

8 Ống gió giữa 9 Buồng đốt phụ

- Nguyên lý hoạt động:

Nhiên liệu được đổ đầy máng cấp liệu Kéo tấm điều chỉnh (3) một khoảng rộng,

do trọng lượng, nhiên liệu sẽ tự chảy xuống trên mặt ghi lò một lớp dày khoảng 7cm Quá trình cháy đầu tiên diễn ra trong vùng không gian của buồng đốt chính Không khí sơ cấp do lực hút của quạt sấy sẽ đi từ dưới lên xuyên qua lớp trấu trên ghi Chất bốc sẽ tiếp tục cháy trong buồng đốt trên mặt ghi lò và trong buồng đốt phụ Trong buồng đốt phụ có lắp đặt một ống gió thứ cấp, gió này sẽ chuyển động

về phía trên theo các đường xoáy, làm cho quá trình cháy xảy ra triệt để hơn Dưới tác dụng của lực ly tâm, các phần tử chưa cháy rơi trở lại lớp nhiên liệu để tiếp tục cháy, còn không khí sạch sẽ đi vào ống gió giữa, qua miệng lấy nhiệt và hòa trộn với không khí trời để đi vào buồng sấy

- Ưu nhược điểm

Ưu điểm là khí cháy sạch nhờ có buồng đốt phụ để tiếp tục cháy chất bốc và lắng tro Nhược điểm là còn tốn nhiều công trong việc canh lò

Hiện nay lò đốt ghi nghiêng buồng đốt đốt phụ là mẫu lò đốt được chủ lực cho máy sấy cà phê tĩnh vỉ ngang đảo chiều gió SRA của Trung tâm Năng Lượng và Máy Nông nghiệp TP Hồ Chí Minh

d Lò đốt trấu bán tự động 25 kg/h

- Sơ đồ cấu tạo:(Nguyễn Thanh Nghị, 2008)

Hình 2.10: Lò đốt trấu bán tự động

1 Phễu cấp liệu 2 Vỏ cà phê 3.Pít tông đẩy 4 Động cơ

5 Miệng lấy nhiệt 6 Quạt 7 Buồng lắng tro 8 Buồng đốt

9 Thùng chứa tro 10 Ghi lò

- Nguyên lý hoạt động:

Nhiên liệu được đổ đầy phễu cấp liệu và trên bề mặt ghi lò một lớp dày khoảng 7

cm Khởi động động cơ để chạy quạt sấy và nhóm lửa để trấu cháy trên mặt ghi Sau khi lớp trấu trên ghi cháy đỏ, bắt đầu cài đặt bộ phận cung cấp trấu tự động Không khí thứ cấp được cung cấp từ trên, xuyên qua lớp trấu trên ghi đang cháy Tại buồng đốt, không khí thứ cấp được cung cấp để quá trình cháy triệt để hơn Khí cháy sẽ qua buồng lắng tro Tại đây, tro và tàn lửa bị giữ lại và khí cháy sạch sẽ hút vào buồng sấy qua miệng lấy nhiệt Píttông đẩy nhiên liệu làm việc theo từng chu kì với thời gian đã cài đặt trước trong bộ điều khiển Píttông đẩy nhiên liệu từ thùng đến bề mặt ghi lò và tiếp đến sẽ ngưng theo thời gian cài đặt để lớp vỏ này cháy và sau đó sẽ thực hiện chu kì tiếp theo

- Ưu nhược điểm

Kiểu lò đốt này có ưu điểm so với các loại lò đốt khác là có bộ phận cung cấp trấu tự động nên giảm được công việc nạp trấu Nhờ có bộ phận cấp trấu tự động nên nhiệt độ sấy ổn định ở nhiệt độ cài đặt Hiệu suất lò đốt cao 70 – 80% Nhược điểm là tăng chi phí đầu tư cho bộ cung cấp trấu tự động như bộ điều khiển vi xử lý,

mô tơ truyền riêng cho píttông đẩy

2.9 Một số máy sấy cà phê ở nước ta hiện nay

Cây cà phê là một lọai cây công nghiệp và mùa thu họach mỗi năm vào khỏang

từ đầu tháng 11 đến hết tháng 12 Do đó trong mùa thu họach cà phê thường gặp mưa bão nên nếu chỉ làm khô bằng phơi nắng sẽ gặp nhiều trở ngại Mặt khác hạt cà phê có ẩm độ cao nên để cà phê đạt độ khô theo yêu cầu cần phải phơi nắng từ 3 đến 4 ngày Điều này làm cho hạt cà phê không còn sáng và sẽ bị mốc nếu phải ủ lại trong những ngày mưa liên tục Do đó việc làm khô cà phê bằng máy là vấn đề cấp bách để mùa thu họach không phụ thuộc vào thời tiết mà vẫn đảm bảo chất lượng cà phê Trước tình hình đó, cùng với khoa học công nghê phát triển, nhiều loại máy sấy cà phê ra đời: máy sấy trống, máy sấy tĩnh vỉ ngang, máy sấy tĩnh vỉ ngang đảo chiều gió…

2.9.1 Máy sấy trống

Hình 2.11: Máy sấy trống NH (viethien.vn)

Máy Sấy Trống NH dùng để sấy cà phê ở các dạng như cà phê thóc, cà phê nhân,

cà phê quả Do sự lăn đều và tự đảo hạt cho nên chất lượng sấy rất đồng đều mà không làm tróc vỏ thóc hay vỡ hạt Tuy nhiên, chi phí và giá thành sản xuất cao Để

giảm chi phí sấy, giá thành sản phẩm phù hợp với hầu hết người nông dân thì sử dụng máy sấy tĩnh vỉ ngang đảo chiều gió SRA là tối ưu nhất

2.9.2 Máy sấy tĩnh vỉ ngang đảo chiều gió SRA (Trung tâm Năng Lượng và

Máy Nông nghiệp)

Những năm gần đây, việc ứng dụng Máy sấy đảo chiều gió SRA trong việc sấy các nông sản có ẩm độ cao khó cày đảo như khoai mì, ca cao…, đặc biệt là cà phê

đã cho nhiều hiệu quả như: giảm chi phí lao động cày đảo, giảm diện tích mặt bằng lắp đặt, không bị ám khói, ẩm vàng hay nâu sậm và chất lượng cà phê được nông dân chấp nhận

Trung tâm Năng Lượng và Máy Nông nghiệp trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh đã thiết kế và lắp đặt hơn 25 máy sấy tĩnh đảo chiều gió sử dụng lò đốt cấp nhiệt trực tiếp bằng vỏ cà phê cho sấy cà phê có công suất từ 2- 14 tấn/mẻ ở các tỉnh Lâm Đồng, Đắk Lắk, Đăk Nông…

Hình 2.12:Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy sấy SRA

(http://came.hcmuaf.edu.vn/)

[

Hình 2.13: Máy sấy cà phê đảo chiều gió SRA – 4 tại huyên Bảo Lâm, Tỉnh

Lâm Đồng (Nguyễn Thanh Nghị, 8/6/2011)

2.10 Một số công thức tính toán để phục vụ đề tài

Tiến hành tra cứu các công thức phục vụ trực tiếp cho công việc tính toán thiết kế

lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự đông công suất 25 kg/h, cần tra cứu các công thức cần dùng như là: lượng không khí cần thiết, lưu lượng dòng khí trong ống khảo nghiệm, hiệu suất khí sấy Ngoài ra, tiến hành tra cứu các công thức khác để phục

vụ tính toán lò đốt

2.10.1 Lưu lượng khí cần thiết cho quá trình cháy (Nguyễn Văn Xuân, 2009)

Lượng không khí cấp cho quá trình cháy theo lý thuyết là:

L0 = 11,6C+34,8H+4,3(S-O) kgKK/kgnl Trong đó: C, H, S, O là các thành phần hóa học có trong vỏ cà phê

2.10.2 Công thức xác định lưu lượng dòng khí trong ống khảo nghiệm như

sau (Japanese Industrial Standard JIS B 8330, 1962)

 Công thức xác định lưu lượng gió trong ống khảo nghiệm như sau:

Q = V*A, m3/s Trong đó:

- V là vận tốc dòng khí trong ống khảo nghiệm, m/s

- A là diện tích ống khảo nghiệm, 2, 2

V 0,23576* ( 273,15)* , /

Trong đó:

- t là nhiệt độ môi trường tại thời điểm tiến hành khảo nghiệm

- H là giá trị động áp trên áp kế nghiêng ứng với từng giá trị r của ống pitot

 H H H H  n mmH O

H  1 2  3   n / , 2

 Công suất quạt (power):

Công suất lý thuyết (air power) PLT là công suất tối thiểu để tạo lượng gió và tĩnh áp trên:

102

] [

* ] / [ ]

m Q kW

2.10.3 Hiệu suất khí sấy

Tính lượng nước cần bốc hơi:

2

2 1

M M G W







Tính lượng không khí không khí khô cần thiết để:

Điều kiện môi trường: Nhiệt độ không khí t0 = 28oC

Q = L*ΔL = L * (I2 - I1), kJ/h Công suất lò đốt cần thiết: mf = Q/Lhv, kg/h

Trong đó: Lhv là nhiệt trị thấp của vỏ cà phê và có giá trị Lhv = 3745 kcal/kg ≈ 15,654 MJ/kg

Giả thiết hiệu suất lò đốt là ŋ %, tính công suất tiêu thụ vỏ cà phê thực tế:

Mf = mf * 100/60 kg/h Tính hiệu suất khí sấy của lò đốt

mt d p air

T T C M E

*

) (

*

Trong đó: Mair = lưu lượng không khí sấy, kg/s

Cp = nhiệt dung riêng không khí sấy, kJ/kgKK

Td = nhiệt độ trung bình của khí sấy, 0C

Tmt = nhiệt độ môi trường trung bình, 0C

Mf = công suất tiêu thụ vỏ cà phê, kg/h, là số lượng vỏ cà phê mà lò đốt tiêu thụ trong 1 giờ

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nội dung nghiên cứu

Đề tài thực hiện với nội dung sau:

- Tính toán thiết kế lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động công suất 25 kg/h theo nguyên lý cháy thuận

- Chế tạo mẫu lò đốt theo mô hình đã thiết kế

- Khảo nghiệm lò đốt với mô hình đã thiết kế, chế tạo Tìm các giá trị (thông số) làm việc được của hệ thống lò đốt như là: góc nghiêng ghi, lưu lượng gió, thời gian đẩy, thời gian ngưng cấp vỏ cà phê để đạt hiệu suất khí sấy phù hợp Từ đó chọn ra chế độ hoạt động tốt nhất của lò để phục vụ mấy sấy cà phê tĩnh vỉ ngang đảo chiều gió công suất 2 tấn/mẻ

3.2 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện dựa theo phương pháp lý thuyết và thực nghiệm Từ những kết quả thực nghiệm để đánh giá mức độ và sự ảnh hưởng của từng yếu tố như: góc nghiêng ghi,lưu lượng gió, thời gian cung cấp vỏ cà phê, thời gian ngưng cấp vỏ cà phê đến các yếu tố đầu ra tương ứng: công suất tiêu thụ vỏ cà phê, hiệu suất khí sấy

3.2.1 Phương pháp thiết kế

Lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động được thiết kế bằng phương pháp kế thừa các mẫu lò đốt đã tham khảo như: lò đốt ghi nghiêng với buồng đốt trụ (Phan Hiếu Hiền và ctv, 2000) và lò đốt trấu bán tự động 25 kg/h (Nguyễn Thanh Nghị, 2008)

3.2.2 Phương pháp chế tạo

Qua các kết quả tính toán, thiết kế tiến hành chế tạo lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động 25 kg/h Tiến hành chế tạo từng chi tiết của lò như thùng cấp

liệu, ghi lò, khung lò, ống dẫn nhiệt, bộ phận cung cấp vỏ cà phê tự động, thiết kế quy trình cung cấp vỏ cà phê tự động và chọn quạt sấy theo đúng yêu cầu tính toán

và chế tạo theo tiêu chuẩn Việt Nam

3.2.3 Phương pháp khảo nghiệm

Sau khi thiết kế, chế tạo xong mô hình lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động 25 kg/h, sau đó tiến hành thí nghiệm trên mô hình đã chế tạo nhằm mục đích xác định chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của lò đốt Các hệ thống để phục vụ thí nghiệm gồm:

- Lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động theo nguyên lý cháy thuận có công suất 25 kg/h phù hợp với công suất mấy sấy cà phê tĩnh vỉ ngang đảo chiều gió 2 tấn/mẻ

- Sử dụng quạt hút có sẵn với lưu lượng thay đổi tùy theo các mức yêu cầu của thí nghiệm (qua số liệu khảo nghiệm quạt)

- Lắp hệ thống lò đốt, quạt hút cùng với ống khảo nghiệm có đường kính  626

mm để xác định được lưu lượng khí cháy cưỡng bức ứng với các mức tĩnh áp điều chỉnh tương ứng Từ đó, xác định được hiệu suất khí sấy

3.2.4 Đối tượng thí nghiệm

- Lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động công suất 25 kg/h được tiến hành chế tạo tại Trung tâm Năng Lượng và Máy Nông nghiệp – Trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh trên mô hình đã thiết kế

- Quạt hướng trục một tầng cánh có số vòng quay 1520 vòng/phút, đường kính Ф660 mm và quạt được kéo bởi môtơ có công suất 15 KW

- Vỏ cà phê được thu hồi từ quá trình bóc vỏ hạt cà phê và phơi khô hạt đạt ẩm

độ 14- 16% Vỏ này được trộn đều từ các bao để đạt được sự đồng đều trước khi tiến hành các thí nghiệm

3.2.5 Các thiết bị, dụng cụ đo phục vụ thí nghiệm

Hình 3.1: Cân Hình 3.2: Đồng hồ đo

nhiệt độ

Hình 3.3: Nhiệt kế bầu khô, bầu ướt

Hình 3.4: Cân điện tử Hình 3.5: Máy đo công

suất điện

Hình 3.6: Máy đo số vòng quay động cơ

Hình 3.7: Tủ sấy Hình 3.8: Áp kế nghiêng

- Cân bàn hiệu Nhơn Hòa 30 kg do Việt Nam sản xuất, độ chính xác 0,05 kg, dùng để cân lượng vỏ cà phê tiêu thụ của lò (Hình 3.1)

- Đồng hồ đo nhiệt độ do Hàn Quốc sản xuất, thang đo 0- 100 0C, độ chính xác

1oC, dùng để đo nhiệt độ sấy đặt trên ống khảo nghiệm quạt (Hình 3.2)

- Nhiệt kế bầu khô bầu ướt với thang đo từ 0- 50oC, dùng để đo nhiệt độ môi trường (Hình 3.3)

- Cân điện tử Sartorius do Nhật sản xuất, cân tối đa 310 g, độ chính xác 0,01g, dùng để xác định lượng vỏ cà phê để xác định ẩm độ của vỏ cà phê (Hình 3.4)

- Máy đo công suất điện 3 pha Hioky do Nhật sản xuất, thang đo lớn nhất

1000 Arms AC và 600 Vrms AC, độ chính xác 0,1 kW, đo công suất phát ra (Hình 3.5)

- Máy đo số vòng quay digital do Đài Loan sản xuất, thang đo 5- 99000 rpm, độ chính xác 1 rpm, dùng đo số vòng quay động cơ và máy phát điện (Hình 3.6)

- Thước cuộn 5 m, thước kẹp có độ chính xác 0,1mm để xác định đường kính của ống khảo nghiệm

- Tủ sấy mẫu thí nghiệm để xác định ẩm độ của vỏ cà phê (Hình 3.7)

- Áp kế nghiêng có vạch chia nhỏ nhất là 1 mmH2O dùng để đo chênh lệch áp suất, xác định mức tĩnh áp phục vụ cho thí nghiệm (Hình 3.8)

- Đồng hồ bấm giờ

3.2.6 Phương pháp tính hiệu suất khí sấy

Hiệu suất khí sấy là số liệu được xác định gián tiếp Do đó, phương pháp tính hiệu suất khí sấy phải thông qua đo gió bằng phương pháp khảo nghiệm quạt, đo nhiệt độ sấy và nhiệt độ môi trường, công suất tiêu thụ vỏ cà phê

a Đo gió bằng phương pháp khảo nghiêm quạt

- Sơ đồ hệ thống khảo nghiệm quạt (Japanese Industrial Standard JIS B

8330-1962)

[

Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống khảo nghiệm quạt

- Hệ thống khảo nghiệm bao gồm các thiết bị và dụng cụ đo như sau:

 Quạt ( quạt dọc trục hoặc quạt ly tâm)

 Bảng tính Excel khảo nghiệm quạt

- Đo và xác định các bán kính đo trên ống pitot

R1, R2, R3, R4, R5 : Là các

điểm đo, đánh dấu trên ống pitot

Hình 3.10: Quan hệ tỉ lệ giữa bán kính trên ống pitot và bán kính ống khảo nghiệm đối với các vị trí đo cột áp trên áp kế nghiêng

- Các số liệu cần đo

* Đường kính ống khảo nghiệm

* Tĩnh áp và động áp

* Nhiệt độ trong ống khảo nghiệm và nhiệt độ môi trường

* Công suất thực tế tiêu thụ điện, công suất chạy không của động cơ điện

* Độ ồn của quạt

- Công thức tính toán khảo nghiệm quạt

* Vận tốc dòng khí trong ống khảo nghiệm:

s m H t

V 0,23576* ( 273,15)* , /

Trong đó:

- t là nhiệt độ môi trường tại thời điểm tiến hành khảo nghiệm

- H là giá trị động áp trên áp kê nghiêng ứng với từng giá trị r của ống pitot

 H H H H  n mmH O

H  1 2  3   n / , 2

* Công thức xác định lưu lượng gió trong ống khảo nghiệm như sau:

Q = V*A, m3/s Trong đó:

- V là vận tốc dòng khí trong ống khảo nghiệm, m/s

- A là diện tích ống khảo nghiệm, 2, 2

4 m

D

A

* Công suất quạt (power):

Công suất lý thuyết (air power) PLT là công suất tối thiểu để tạo lượng gió và tĩnh áp trên:

102

] [

* ] / [ ]

m Q kW

Công suất thực tế là công suất của động cơ cần để kéo quạt, bao gồm công động

cơ điện và trừ đi công suất chạy không tải

* Hiệu suất tĩnh (static efficiency) ŋt

ŋt = (Công suất lý thuyết / công suất thực tê)*100%

b Công thức tính toán hiệu suất khí sấy

Tính lượng nước cần bốc hơi:

2

2 1 1

100

*

M

M M G W

Điều kiện môi trường: Nhiệt độ không khí t0 = 28oC

Công suất lò đốt cần thiết: mf = Q/Lhv, kg/h

Trong đó: Lhv là nhiệt trị thấp của vỏ cà phê và có giá trị Lhv = 3745 kcal/kg ≈ 15,654 MJ/kg

Giả thiết hiệu suất lò đốt là ŋ %, tính công suất tiêu thụ vỏ cà phê thực tế:

Mf = mf * 100/60 kg/h

Tính hiệu suất khí sấy của lò đốt

mt d p air ff

L M

T T C M E

*

) (

*

Trong đó: Mair = lưu lượng không khí sấy, kg/s

Cp = nhiệt dung riêng không khí sấy, kJ/kgKK

Td = nhiệt độ trung bình của khí sấy, 0C Nhiệt độ khí sấy đọc trên đồng hồ

đo nhiệt độ đặt trên ống khảo nghiệm, sau 3 phút giá trị nhiệt độ khí sấy được ghi một lần và lấy giá trị trung bình của các số liệu trên

Tmt = nhiệt độ môi trường trung bình, 0C Giá trị này được lấy trung bình từ các số liệu trên nhiệt kế bầu khô – bầu ướt được đặt tại vị trí thích hợp, và được ghi song song với nhiệt độ khí sấy

Mf = công suất tiêu thụ vỏ cà phê, kg/h, là số lượng vỏ cà phê mà lò đốt tiêu thụ trong 1 giờ

3.2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm

Hình 3.11: Mô hình bố trí thí nghiệm

Hình 3.12: Sơ đồ bố trí thí nghiệm

1 Lò đốt 2 Ống gió thức cấp 3 Quạt hút 4 Ống khảo nghiệm

5 Vị trí đo nhiệt độ 6 Vị trí đo động áp 7 Nón điều chỉnh tĩnh áp

Hệ thống thí nghiệm gồm lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động công suất

25 kg/h (như đã trình bày trong mục 4.2), quạt hướng trục và ống khảo nghiệm có nón điều chỉnh mức tĩnh áp ở miệng ra của ống Để thay đổi mức lưu lượng, ta điều chỉnh nón tại miệng ra của ống khảo nghiệm sao cho mức lưu lượng đạt theo yêu cầu thông qua độ chênh áp trước và sau của áp kế nghiêng

3.2.8 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm

Áp dụng các phương pháp phân tích phương sai (ANOVA), phần mềm Microsoft Excel để xác định mức độ ảnh hưởng của yếu tố đầu vào: thời gian ngưng cấp vỏ cà phê đến hiệu suất khí và công suất tiêu thụ vỏ cà phê Tìm phương trình hồi qui biểu diễn sự phụ thuộc vào các yếu tố đó

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Kết quả nghiên cứu của đề tài được trình bày trong hai phần là kết quả tính toán, thiết kế lò đốt vỏ cà phê bán tự động 2 ghi nghiêng công suất 25 kg/h và các kết quả thí nghiệm

A Kết quả tính toán, thiết kế lò đốt vỏ cà phê bán tự động 2 ghi nghiêng

25 kg/h

Kết quả tính toán thiết kế trình bày các cơ sở thiết kế và tính toán bao gồm: Tính lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy nhiên liệu vỏ cà phê, tính toán công suất lò đốt, tính toán thiết kế các bộ phận của lò đốt, tính lượng nhiệt tổn thất và lượng nhiệt cho quá trình sấy

4.1 Yêu cầu thiết kế

- Thiết kế công suất lò đốt vỏ cà phê phù hợp với máy sấy tĩnh vỉ ngang đảo chiều gió công suất 2 tấn/mẻ

- Lò đốt trấu có bộ cung cấp vỏ cà phê tự động để giảm thiểu công lao động trong quá trình vận hành

- Yêu cầu khí cháy ra khỏi lò đốt sạch: không có tàn lửa và bụi tro, nhựa, đảm bảo môi trường

- Lò đốt có hiệu suất cao để tận dụng nhiệt triệt để của vỏ cà phê, đảm bảo nhiệt

độ khí sấy phải ổn định trong suốt thời gian sấy

4.2 Chọn mô hình thiết kế

Từ những yêu cầu trên và tham khảo những mẫu lò đốt đang được sử dụng ở trong nước, mẫu lò được lựa chọn thiết kế theo mẫu lò đốt nguyên lý cháy thuận, 2

ghi nghiêng cấp nhiên liệu đốt bán tự động Mô hình và nguyên lý hoạt động được trình bày dưới đây:

a Cấu tạo lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động 25kg/h

Hình 4.1: Sơ đồ lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động 25 kg/h

1,5 Thùng trấu 2 Buồng đốt phụ 3 Ống lấy nhiệt

6 ống gió thứ cấp 6,12 Pittông đẩy vỏ cà phê 7,13 Xilanh

8,11 Động cơ bộ phận cấp liệu 9 Buồng đốt 10 Ghi lò

14 Hộp điều khiển cung cấp vỏ cà phê tự động

b Nguyên lý hoạt động

Vỏ cà phê được cung cấp vào đầy hai thùng trấu (1,4) và trên bề mặt ghi lò (9) một lớp dày Dùng giấy vụn nhóm lửa trên bề mặt ghi lò Sau khi lớp trấu trên ghi cháy đỏ, bắt đầu khởi động động cơ để khởi động quạt sấy và cài đặt bộ phận cung cấp trấu tự động Quá trình cháy diễn ra ở vùng không gian của buồng đốt (8) Dưới tác dụng của lực hút quạt sấy, khí cháy được hút thẳng lên trên Khi đi vào buồng đốt phụ (2), gặp các đường gió thứ cấp ( được nạp vào tiếp tuyến với hình trụ) sẽ đổi hướng và chuyển động về phía trên theo các đường xoáy, điều này có tác dụng tạo lực ly tâm tách các phần tử chưa cháy để trả chúng trở lại lớp nhiên liệu và bắt đầu cháy tiếp tục Điều quan trọng hơn là nhờ chuyển động xoáy thời gian lưu trú của các phần tử cháy và chất bay hơi trong vùng cháy kéo dài hơn, làm cho quá

trình cháy có khả năng xảy ra triệt để hơn, khí sạch hơn sẽ đi vào ống lấy nhiệt (3),

và được quạt sấy hút đưa đến buồng sấy Pittông làm việc theo từng chu kỳ với thời gian đã cài đặt nhờ bộ diều khiển Khi lớp vỏ trên ghi cháy gần hết sẽ được pittông đẩy vỏ cà phê từ thùng đến bề mặt ghi lò và sau đó sẽ ngưng theo thời gian cài đặt

để lớp trấu này cháy và sau đó sẽ thực hiện chu kỳ tiếp theo

c Ưu nhược điểm

Ưu điểm là khí cháy sạch nhờ có buồng đốt phụ để tiếp tục cháy chất bốc và lắng tro, quá trình cháy xảy ra triệt để và khí cháy sạch hơn Nhờ có bộ phận cung cấp trấu tự động nên giảm được công việc nạp chất đốt, đồng thời nhiệt độ sấy luôn ổn định ở nhiệt độ cài đặt, làm tăng hiệu suất lò đốt Nhược điểm là tăng chi phí đầu tư cho bộ cung cấp trấu tự động như bộ điều khiển vi xỷ lý, môtơ truyền riêng cho pittông đẩy vỏ cà phê

Hình 4.2: Lò đốt vỏ cà phê 2 ghi nghiêng bán tự động 25 kg/h