TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY LÚA DẠNG TẦNG SÔI NĂNG SUẤT 10 TẤNGIỜ

Quá trình thực hiện đề tài đạt được những kết quả sau: - Máy sấy tầng sôi ở mức thí nghiệm, máy có khả năng giảm ẩm 5% và làm sạch lúa trên 65% sau khi sấy.. Tuy nhiên hạt lúa vừa mới th

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY LÚA DẠNG TẦNG SÔI

NĂNG SUẤT 10 TẤN/GIỜ

Sinh viên thực hiện: LÊ ANH TUẤN PHẠM HOÀNG TRƯỜNG Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Niên khóa: 2009 – 2013

TP HỒ CHÍ MINH Tháng 06/2013

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY LÚA DẠNG TẦNG SÔI

NĂNG SUẤT 10 TẤN/GIỜ

Giáo viên hướng dẫn:

Thạc sĩ Nguyễn Hùng Tâm

Tháng 06/2013

CẢM TẠ

Thời gian thấm thoát trôi qua, mới đó đã bốn năm Trong khoảng thời gian ấy, chúng tôi được ngồi bên hàng ghế giảng đường, được lắng nghe từng lời dặn dò, chỉ bảo tận tình của các thầy cô Điều đó thật sự quý giá vô cùng

Để có được kết quả như ngày hôm nay, chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý thầy cô bộ môn Công nghệ nhiệt lạnh đã yêu thương, dạy dỗ, tiếp lửa cho chúng tôi trong những ngày theo học dưới mái trường

Xin chân thành cảm ơn thầy Thạc sĩ Nguyễn Hùng Tâm đã hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm và giúp đỡ chúng tôi hoàn thành đề tài

Kính chúc quý thầy cô nhiều sức khỏe, tràn đầy niềm vui và luôn là nguồn động lực cho những thế hệ sinh viên tiếp theo

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY LÚA DẠNG TẦNG SÔI

NĂNG SUẤT 10 TẤN/GIỜ

Phạm Hoàng Trường

TÓM TẮT

 Địa điểm thực hiện: Khoa Cơ khí công nghệ trường Đại học Nông Lâm TP Hồ

Chí Minh, xưởng cơ khí Gò Vấp

 Thời gian thực hiện: Từ tháng 2 – 6 năm 2013

Đề tài với mục đích Tính toán thiết kế máy sấy lúa dạng tầng sôi năng suất

10 tấn/giờ

Nội dung thực hiện bao gồm: Khảo nghiệm mô hình máy sấy tầng sôi dạng mẻ,

cyclone hướng trục Tính toán thiết kế các bộ phận chính của máy sấy tầng sôi như

buồng sấy, cyclone hướng trục, quạt, lò đốt và thiết bị phụ như van xoay

Quá trình thực hiện đề tài đạt được những kết quả sau:

- Máy sấy tầng sôi ở mức thí nghiệm, máy có khả năng giảm ẩm 5% và làm sạch

lúa trên 65% sau khi sấy

- Lúa sau khi sấy bằng máy sấy tầng sôi được nhập vào máy sấy tháp Quan sát cho thấy hạt chảy trong máy sấy tháp đều do đã được làm sạch tạp chất và giảm

ẩm

- Cyclone hướng trục đạt hiệu suất lắng trên 85%

- Tính toán thiết kế trên lý thuyết máy sấy tầng sôi năng suất 10 tấn/giờ với kích thước sàng sấy 3,2 x 1,2 mxm Tính toán cyclone hướng trục có đường kính miệng vào1,2 m

MỤC LỤC

CẢM TẠ i 

TÓM TẮT ii 

MỤC LỤC iii 

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii 

DANH SÁCH CÁC BẢNG ix 

Chương 1  MỞ ĐẦU 1 

1.1  Đặt vấn đề 1 

1.2  Mục đích đề tài 2 

1.3  Thời gian thực hiện đề tài 2 

Chương 2  TỔNG QUAN 3 

2.1  Đối tượng sấy 3 

2.1.1  Cấu tạo hạt lúa 3 

2.1.2  Tính chất vật lý hạt lúa 4 

2.2  Đại cương về sấy hạt 4 

2.2.1  Khái niệm sấy /TL3/ 4 

2.2.2  Ẩm độ hạt /TL3/ 4 

2.2.2.1  Định nghĩa 4 

2.2.2.2  Đo ẩm độ hạt 4 

2.2.2.3  Công thức tính lượng nước bốc hơi 5 

2.2.3  Tác nhân sấy /TL8/ 5 

2.2.3.1  Không khí ẩm 5 

2.2.3.2  Khói lò 5 

2.2.4.1  Sấy lớp hạt đứng yên (sấy tĩnh) 5 

2.2.4.2  Sấy lớp hạt di động (sấy động) 6 

2.2.5  Quạt cho hệ thống sấy /TL2/, /TL9/ 6 

2.2.5.1  Nhiệm vụ 6 

2.2.5.2  Các thông số của quạt 6 

2.2.5.3  Các loại quạt trong hệ thống sấy 6 

2.2.6  Lò đốt /TL9/ 7 

2.3  Khái niệm chung về bụi và phân loại /TL10/ 7 

2.3.1  Khái niệm chung về bụi 7 

2.3.2  Phân loại bụi 7 

2.4  Cyclone hướng trục /TL10, 13/ 8 

2.4.1  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 8 

2.4.2  Lý thuyết tính toán 8 

2.4.2.1  Đường kính giới hạn hạt bụi 9 

2.4.2.2  Hiệu suất lọc theo cỡ hạt của thiết bị 9 

2.5  Cyclone tiếp tuyến /TL10, 11/ 10 

2.5.1  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 10 

2.5.2  Lý thuyết tính toán 11 

2.5.2.1  Tính các kích thước của cyclone tiếp tuyến / TL11/ 11 

2.5.2.2  Tính trở lực /TL13/ 12 

2.6  Cơ sở xác định hiệu suất lắng và trở lực /TL13/ 12 

2.6.1  Cơ sở xác định hiệu suất lắng 12 

2.6.2  Cơ sở xác định trở lực 13 

2.7  Qui trình và hệ thống sấy 13 

2.8  Các dạng máy sấy lúa trong hệ thống 14

2.8.1  Máy sấy tầng sôi /TL9/ 14 

2.8.1.1  Đặc tính sôi của lớp hạt 14 

2.8.1.2  Sự phân bố vật liệu trong lớp sôi và độ cao tự do buồng sấy 14 

2.8.1.3  Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy sấy tầng sôi cho hạt /TL3/ 15 

2.8.1.4  Ưu, nhược điểm của máy sấy tầng sôi 17 

2.8.1.5  Các dạng máy sấy tầng sôi /TL8/ 17 

2.8.1.6  Công thức tính toán máy sấy tầng sôi /TL1/ , /TL3/, /TL11/ 18 

2.8.2  Máy sấy tháp /TL9/, /TL14/ 22 

2.8.2.1  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 22 

2.8.2.2  Ưu điểm, nhược điểm 22 

2.8.2.3  Phân loại theo chiều di chuyển của hạt và không khí sấy 22 

Chương 3  PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 23 

3.1  Phương pháp 23 

3.1.1  Phương pháp bố trí thí nghiệm máy sấy tầng sôi 23 

3.1.2  Thí nghiệm cyclone hướng trục 24 

3.1.3  Phương pháp tính toán 25 

3.2  Phương tiện 26 

3.2.1  Các dụng cụ do 26 

3.2.2  Các phần mềm sử dụng 26 

Chương 4  NỘI DUNG THỰC HIỆN 27 

4.1  Kết quả thí nghiệm sấy bằng máy sấy tầng sôi 27 

4.1.1  Thí nghiệm sấy thăm dò bước đầu 27 

4.1.1.1  Mục đích 27 

4.1.1.2  Các kết quả đạt được 27 

4.1.2  Lựa chọn mức khảo nghiệm 28

4.1.2.1  Mục đích 28 

4.1.2.2  Các kết quả đạt được 28 

4.1.2.3  Nhận xét chung, lựa chọn thông số chính 30 

4.2  Thí nghiệm cyclone hướng trục 30 

4.2.1  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cyclone hướng trục có sẵn 30 

4.2.2  Mục đích thí nghiệm cyclone hướng trục 31 

4.2.3  Kết quả thí nghiệm 31 

4.3  Tính toán-thiết kế 34 

4.3.1  Tính toán thông số các quá trình sấy tầng sôi 34 

4.3.1.1  Các số liệu để tính toán, thiết kế 34 

4.3.1.2  Tốc độ tới hạn vth1 34 

4.3.1.3  Chiều cao lớp sôi 35 

4.3.1.4  Trở lực trong tầng sôi 36 

4.3.1.5  Khối lượng vật liệu sấy thường xuyên nằm trên sàng sấy 37 

4.3.1.6  Diện tích sàng sấy 39 

4.3.1.7  Công suất lò đốt, chi phí chất đốt, thời gian sấy lý thuyết 39 

4.3.2  Thiết kế cyclone hướng trục 40 

4.3.2.1  Số liệu để thiết kế 40 

4.3.2.2  Kết cấu của cyclone hướng trục 40 

4.3.2.3  Xác định các kích thước của cyclone 41 

4.3.2.4  Xác định các thông số của bộ cánh hướng dòng 42 

4.3.2.5  Chọn cyclone nhỏ 43 

4.3.3  Tính toán chung hệ thống sấy 44 

4.3.3.1  Tính tổn thất áp suất (trở lực) /TL12/ 44 

4.3.3.2  Tính toán lựa chọn quạt cho hệ thống 46

4.3.3.3  Lựa chọn thông số máy sấy tháp cho hệ thống sấy 47 

4.3.3.4  Chọn các thiết bị phụ 47 

4.3.4  Sơ đồ bản vẽ, nguyên lý hoạt động máy sấy tầng sôi 48 

4.3.5  Tóm tắt các kết quả 50 

Chương 5  KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 51 

5.1  Kết luận 51 

5.2  Đề nghị 51 

TÀI LIỆU THAM KHẢO  

PHỤ LỤC  

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Cấu tạo hạt lúa 3

Hình 2.2: Sơ đồ tác nhân sấy 5

Hình 2.3: Sấy tĩnh vỉ ngang 5

Hình 2.4: Cấu tạo quạt hướng trục và quạt ly tâm 6

Hình 2.5: Lò đốt trấu cháy thuận 7

Hình 2.6: Lò đốt củi, cùi bắp cháy ngược 7

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang 8

Hình 2.8: Sơ đồ tính toán của thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu ngang 8

Hình 2.9: Cấu tạo cyclone tiếp tuyến 10

Hình 2.10: Kích thước cơ bản của cyclone tiếp tuyến 11

Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống sấy lúa 13

Hình 2.12: Đặc tính lớp hạt khi thay đổi vận tốc khí 14

Hình 2.13: Độ cao tự do Hf 14

Hình 2.14: Máy sấy tầng sôi 15

Hình 2.15: Cấu tạo chi tiết máy sấy tầng sôi 16

Hình 2.16: Các dạng máy sấy tầng sôi 17

Hình 2.17: Phân loại chiều di chuyển của hạt 22

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm máy sấy tầng sôi 23

Hình 3.2: Bố trí khảo nghiệm cyclone hướng trục 24

Hình 4.1: Cấu tạo cyclone hướng trục dùng thí nghiệm 30

Hình 4.2: Kết cấu cyclone hướng trục 41

Hình 4.3: Khai triển cánh hướng dòng 43

Hình 4.4: Cấu tạo van xoay 47

Hình 4.5: Bản vẽ tổng thể máy sấy tầng sôi 10 tấn/giờ 48

Hình 4.6: Mô phỏng máy sấy tầng sôi thiết kế 49

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của hạt lúa 3

Bảng 2.2: Tính chất vật lý của hạt lúa 4

Bảng 4.1: Thí nghiệm thăm dò của máy sấy tầng sôi 27

Bảng 4.2: Khảo nghiệm máy sấy tầng sôi 29

Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm 1, 2, 3 của cyclone hướng trục 32

Bảng 4.4: Quan hệ thông số giữa vận tốc và trở lực cyclone 33

Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm 4 của cyclone hướng trục 33

Bảng 4.6: Thông số tác nhân sấy 37

Bảng 4.7: Kích thước cyclone nhỏ (đơn vị : m) 43

Bảng 4.8: Tóm tắt các kết quả 50

Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Lúa là nguồn lương thực chính góp phần nuôi sống của gần một nửa dân số trên thế giới Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ hai về xuất khẩu lúa gạo và đây là một trong những nguồn thu ngoại tệ chính của đất nước Vì vậy Nhà nước rất quan tâm đến vấn

đề trồng trọt cũng như sản xuất lúa gạo với những chủ trương khuyến khích vay vốn,

áp dụng thành tựu khoa học kỹ thuật

Vấn đề chế biến và bảo quản lúa gạo luôn được quan tâm nhằm đảm bảo chất lượng đầu ra và tránh hư hỏng, thiệt hại Sản phẩm đến với người tiêu dùng đã qua nhiều công đoạn, trong đó giai đoạn sấy và làm sạch được xem là một bước quan trọng Với phương pháp phơi nắng thủ công (tốn nhiều nhân công, phụ thuộc vào thời tiết, không

đủ tiêu chuẩn xuất khẩu…) đang dần thu hẹp thì phương pháp sấy bằng các loại máy đang dần phát triển từng ngày

Hiện nay có nhiều loại máy sấy khác nhau trong một hệ thống sấy có thể kể đến như máy sấy tháp, máy sấy tầng sôi Máy sấy tháp với những ưu điểm như: chiếm ít diện tích lắp đặt, thời gian cấp, tháo vật liệu được chủ động, dễ dàng Tuy nhiên hạt lúa vừa mới thu hoạch với ẩm độ cao, lẫn nhiều tạp chất (đặc biệt là vụ hè thu), nếu cho dòng hạt qua máy sấy tháp sẽ bộc lộ những khuyết điểm của máy sấy tháp như hạt khó chảy, chảy chậm, chảy không đều hoặc không thể chảy Vì vậy cần có giải pháp để khắc phục được nhược điểm của máy sấy tháp

Máy sấy tầng sôi ngày càng được sử dụng nhiều trong hệ thống sấy nhằm giảm ẩm và làm sạch bước đầu cho hạt lúa (theo xu thế sấy hai giai đoạn, lúa được xử lý bằng máy sấy tầng sôi và nhập vào máy sấy tháp) Máy sấy tầng sôi với những ưu điểm như:

- Máy ít chiếm mặt bằng, kết cấu gọn, dễ chế tạo

- Hạt chuyển động qua buồng sấy dễ dàng, dù độ ẩm hạt rất cao và có chứa nhiều tạp chất Ẩm độ hạt sau khi sấy đồng đều

Điều đó đồng nghĩa với việc máy sấy tầng sôi có khả năng khắc phục được những nhược điểm của máy sấy tháp

Trong quá trình hoạt động của hệ thống sấy thì bước đầu loại bỏ tạp chất và giảm ẩm cho hạt lúa vừa mới thu hoạch với ẩm cao khoảng 30% xuống 23 ÷ 25% sẽ góp phần nâng cao hiệu suất trong hệ thống cụ thể là khâu sấy tháp tiếp theo Việc làm sạch tạp chất cũng góp phần tránh những hỏng hóc của cả một dây chuyền máy móc đi sau Được sự đồng ý của khoa Cơ khí Công nghệ trường ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM, với sự hướng dẫn tận tình của thầy Th.S Nguyễn Hùng Tâm nên chúng em

thực hiện đề tài “Tính toán thiết kế máy sấy lúa dạng tầng sôi năng suất 10 tấn/giờ”

với mong muốn làm sạch và giảm ẩm lúa giai đoạn đầu, khắc phục được nhược điểm của máy sấy tháp

- Thí nghiệm sấy lúa bằng máy sấy tầng sôi và xử lý bụi bằng cyclone hướng trục

để cấp vào máy sấy tháp

- Tính toán thiết kế máy sấy tầng sôi 10 tấn/giờ:

+ Buồng sấy và cấp nhiệt ( sinh viên Lê Anh Tuấn)

+ Quạt và cyclone ( sinh viên Phạm Hoàng Trường)

1.3 Thời gian thực hiện đề tài

Thời gian thực hiện đề tài: Từ tháng 2 – 6 năm 2013

Địa điểm thực hiện: Khoa Cơ khí công nghệ trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí minh, xưởng cơ khí Gò Vấp

Chương 2 TỔNG QUAN 2.1 Đối tượng sấy

2.1.1 Cấu tạo hạt lúa

Hình 2.1: Cấu tạo hạt lúa

+ Vỏ hạt: bao bọc nội nhũ, thành phần cấu tạo chủ yếu là lipit và protit

+ Nội nhũ: là thành phần chính của hạt lúa, chứa 90% là gluxit

+ Phôi: nằm ở góc dưới nội nhũ, có nhiệm vụ biến các chất dinh dưỡng trong nội nhũ để nuôi mầm khi hạt hạt lúa nảy mầm

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của hạt lúa

Tính cho 100g sản phẩm, đơn vị (%)

Nước Gluxit Protit Lipit Xenlulo Tro VitaminB1

13% 64.03% 6.69% 2.1% 8.78% 5.36% 5.36%

2.1.2 Tính chất vật lý hạt lúa

- Lúa có lẫn hạt lép, lửng, tạp chất (bụi, rơm…) Lượng tạp chất khoảng 5%

Bảng 2.2: Tính chất vật lý của hạt lúa

2.2 Đại cương về sấy hạt

2.2.1 Khái niệm sấy /TL3/

Sấy là một quá trình trao đổi nhiệt và ẩm theo khuynh hướng giảm ẩm nhằm giữ

nguyên hoặc cải thiện chất lượng đầu vào

Có nhiều phương pháp đo ẩm độ hạt, thông dụng nhất trong thực tế là hai phương

pháp sau: Phương pháp tủ sấy và phương pháp gián tiếp (Điện trở hoặc điện dung của

hạt)

n sấy /TL8/

hông khí ẩm

hứa hơi nướ

ợp khí lý tưược coi như

í trong phâhông khí ẩm

y lớp hạt, nhậm

thiết phải có

Sơ đồ tác n

sấy tĩnh)

L, không khạt và thoát

y và vật liệ

ơi

ng ẩm độ cu

hi nghiên cứn: không kh

năng,

ỉ

2.2.4.2 Sấy lớp hạt di động (sấy động)

Dòng hạt chảy có thể cùng chiều, ngược chiều, hoặc thẳng góc với không khí sấy Hạt

có cơ hội tiếp xúc đều với không khí sấy nên sự giảm ẩm sẻ đồng đều hơn Đây là ưu điểm của máy sấy “động” so với phương pháp sấy tĩnh vĩ ngang Tiêu biểu nhất và phổ biến nhất là máy sấy tháp

2.2.5 Quạt cho hệ thống sấy /TL2/, /TL9/

2.2.5.1 Nhiệm vụ

Trong hệ thống sấy, quạt có 2 nhiệm vụ : “Mang“ nhiệt đến với hạt, để làm nóng hạt

và bốc hơi nước từ hạt Mang hơi nước đi khỏi khối hạt, thoát ra ngoài

2.2.5.2 Các thông số của quạt

Các thông số chủ yếu của quạt là lượng gió (Q), tĩnh áp (∆p), công suất và hiệu suất

Công suất lý thuyết (air power) P LT: là công suất tối thiểu để tạo lượng gió và tĩnh áp trên, giả sử hiệu suất là 100%

102

][

*]/[]

kW

Công suất thực tế P tte là công suất do động cơ cần để kéo quạt

Hiệu suất tĩnh (static efficiency)

Công suất thực tế P tte = (Công suất lý thuyết P LT / t ) * 100%

2.2.5.3 Các loại quạt trong hệ thống sấy

Hai loại quạt dùng cho sấy hạt là quạt hướng trục và quạt ly tâm:

Hình 2.4: Cấu tạo quạt hướng trục và quạt ly tâm.

i bụi

ước, bụi đượ

t bụi (grit):

kích thước ke): có kíchfume): gồmst): hạt chất

g nhiệt độ kthuộc vào t

ận, cháy ng

n ghi lò, kh cháy

ợc phân thà

có kích thưnhỏ hơn bụ

h thước hạt

m những hạt

t lỏng kích t

không khí sthời tiết

g chuyển thhành thứ vậ

ành các loại ước hạt δ >

ụi thô (5 – 7

δ = 1- 5 μm

t chất rắn rấthước δ < 1

ấy cao hơn

Hình

làm việc: kthành chuy

ng lên các h

ao ngoài vàkhí sạch the

ết tính toán

Hình 2.8: Sơ

thước chínhkính lõi hìnhkính ống baodài làm việc

a khe hình v

5 thoát ra ng

án của thiếtbị:

t bị lọc bụi

m

ụi ly tâm kiể

t bị được csinh từ dònình trụ tron

m vào trung

2.4.2.1 Đường kính giới hạn hạt bụi

- Đường kính giới hạn của hạt bụi : là đường kính bé nhất mà toàn bộ cỡ hạt lớn hơn hoặc bằng đường kính này sẽ bị giữ lại hoàn toàn trong thiết bị lọc

Trong đó: L - Lưu lượng, m3/s

ρb - khối lượng đơn vị của bụi, kg/m3

µ - hệ số nhớt động lực của không khí, Pa.s

n - số vòng quay, vòng/s

r1 , r2 và l – lần lượt là bán kính lõi, vỏ và chiều dài của thiết bị lọc, m

- Kí hiệu trong công thức có ý nghĩa là đường kính bé nhất mà toàn bộ cỡ hạt lớn hơn hoặc bằng đường kính này sẻ bị giữ lại hoàn toàn trong thiết bị lọc

và do đó người ta còn gọi là “đường kính giới hạn” của hạt bụi

2.4.2.2 Hiệu suất lọc theo cỡ hạt của thiết bị

- Đối với những hạt bụi có đường kính nhỏ hơn đường kính giới hạn δo và vị trí ban đầu là P với tung độ y = r bất kỳ nào đó thì điều kiện cần và đủ để nó bị giữ lại trong thiết bị lọc là quỹ đạo của nó phải là đường PB

- Phương trình quỹ đạo PB thu được bằng cách thay y = r2 , yo = r và x = l vào phương trình trên ta được đường kính tương đương với quỹ đạo

4,5  

   ,

- Giả thiết rằng các cỡ hạt phân bố đều đặn trên tiết diện ban đầu của thiết bị và tất cả các hạt có đường kính δ, nằm từ r trở ra điều bị giữ lại trong thiết bị Như vậy tỷ số giữa hình vành khăn gạch chéo trên hình 2.8 so với toàn bộ diện tích ban đầu, tức diện tích hình vành khăn ( r1 , r2 ) cho ta hiệu quả lọc theo cỡ hạt δ của thiết bị :

  100%

2.5 Cyclone tiếp tuyến /TL10, 11/

2.5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

- Cyclone có cấu tạo rất đa dạng nhưng về nguyên tắc cơ bản bao gồm các bộ phận sau :

- Không khí sẽ chuyển động xoáy ốc bên trong thân hình trụ của cyclone và khi chạm vào ống đáy hình phễu, dòng không khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc rồi thoát ra ngoài qua ống 5

- Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chạm vào đó, mất động năng và rơi xuống đáy phễu Trên ống xả 4 người ta có lắp van 6 để xả bụi

2.5.2 Lý thuyết tính toán

2.5.2.1 Tính các kích thước của cyclone tiếp tuyến / TL11/

Các kí hiệu trong cyclone tuyến tuyến:

- D: đường kính cyclone

- D1: đường kính ống trung tâm

- d: đường kính bé nhất của phễu

- h1: chiều dài ống trung tâm cắm vào cyclone

- h2: chiều cao phần trụ cyclone

- h3: chiều cao phễu

- b: chiều dài tiết diện kênh dẫn vào cyclone

Hình 2.10: Kích thước cơ bản của cyclone tiếp tuyến

Công thức tính kích thước cơ bản của cyclone tiếp tuyến

- Tốc độ tác nhân sấy trong kênh dẫn không nên vượt quá 25m/s thể tích

cyclone tính theo lưu lượng tác nhân sấy nên lấy xấp xỉ 0,6m3 cho 1m3 tác nhân sấy đưa vào

- Quan hệ giữa bán kính cyclone và ống trung tâm Kênh dẫn có tiết diện hình chữ nhật với kích thước b/a = (1,5 – 2) thì bán kính cyclone R và bán kính trung tâm R1 lấy theo quan hệ:

R - R1 = a Đường kính cyclone:

 11,2. .

Trong đó: dv (m) đường kính hạt

ρv (kg/m3) khối lượng riêng của hạt bụi

ρk (kg/m3) khối lượng riêng dòng khí

a chiều rộng tiết diện kênh dẫn

φ hệ số hình dáng, hình tròn φ = 2,75, các mảnh φ = 3,49

C hệ số trở kháng của hạt

- Đường kính ống trung tâm: D1 = D – 2a

- Chiều dài ống trung tâm cắm vào cyclone: h1 =

- Chiều cao phần trụ của cyclone: h2 = h1 +2a

- Chiều cao phần hình côn của cyclone: h3 = tgβ

Trong đó: tgβ là hệ số ma sát

- Trên cơ sở thiết lập các công thức người ta thiết lập mối quan hệ giữa lưu lượng thể tích V (m3/h) và các kích thước cơ bản của cyclone tiếp tuyến được tra bảng ở (phụ lục d.3)

2.5.2.2 Tính trở lực /TL13/

- Tính trở lực theo Shepherd và Lapple kết quả như sau:

2Trong đó: p (pa) trở lực cyclone tiếp tuyến

Vi (m/s) vận tốc tác nhân sấy đi vào cyclone

ρk (kg/m3) khối lượng riêng tác nhân sấy

K được xác định theo D/D1 và n được xác định theo D/2 với nhiệt độ của khí (phụ lục d.2)

2.6 Cơ sở xác định hiệu suất lắng và trở lực /TL13/

2.6.1 Cơ sở xác định hiệu suất lắng

- Hiệu suất lắng tạp chất của cyclone là tỉ số của khối lượng tạp chất thu được với lượng tạp chất do không khí mang vào trong cùng một thời gian

η =

đ*100 (%) Trong đó: η: hiệu suất lắng của cyclone (%)

G: khối lượng tạp chất thu được (kg/h)

Gđ: khối lượng tạp chất do không khí mang vào (kg/h)

- Hiệu suất lắng phụ thuộc vào tính chất của đối tượng lắng, vận tốc dòng khí mang tạp chất và thiết bị

2.6.2 Cơ sở xác định trở lực

- Trở lực được đánh giá qua sự tổn thất áp suất, sự tổn thất ấp suất trong đường ống cung cấp khí là do ma sát, do sự hạn chế về lưu lượng, sự thay đổi về hướng chuyển động, do sự nhỏ lại hay lớn ra của mặt cắt ngang của dòng khí di qua

- Trở lực được xác định qua độ chênh lệch tĩnh áp

Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống sấy lúa

 Lúa vào hệ thống có ẩm độ 25 – 30 % qua hệ thống làm sạch sau đó qua máy sấy tầng sôi ( kết hợp loại bỏ rơm, lép lửng, bụi trấu…)

 Tiếp tục lúa vào hệ thống ủ khoảng 60 phút

 Cuối cùng qua máy sấy tầng sôi lần 2 và máy sấy tháp, lúa đầu ra có ẩm độ từ

14 - 15 %

RES Rice Engineering System – Catalog

2.8 Các dạng máy sấy lúa trong hệ thống

2.8.1 Máy sấy tầng sôi /TL9/

2.8.1.1 Đặc tính sôi của lớp hạt

Quá trình tạo sôi của lớp hạt diễn ra như sau:

Hình 2.12: Đặc tính lớp hạt khi thay đổi vận tốc khí

a Lớp hạt cố định được thổi vào một dòng khí với lưu lượng, vận tốc thấp

b Lớp được xem như vừa chớm sôi hay sôi tối thiểu với vận tốc và lưu lượng lớn hơn

c Trạng thái sôi của lớp hạt

- Vận tốc tạo sôi cho lúa bề dày 5 – 20 cm khoảng 1.5 – 2.5 m/s

- Nhiệt độ sấy 40 – 100 oC

2.8.1.2 Sự phân bố vật liệu trong lớp sôi và độ cao tự do buồng sấy

Độ cao tự do buồng sấy được biểu diễn như sau

Hình 2.13: Độ cao tự do Hf

Vuøng soâi Vuøng tónh

Do khối hạt sấy có lẫn nhiều thành phần có trọng lượng riêng khác nhau nên khi sôi các phần tử nặng hơn nằm ở dưới, các phần tử càng nhẹ càng ở trên cao Khoảng cách từ bề mặt lớp hạt tĩnh đến đỉnh buồng sấy gọi là độ cao tự do buồng sấy Hf Nếu Hf nhỏ thì có khả năng hạt bị thoát ra ngoài

Ngược lại, nếu Hf cao quá sẽ giảm bớt lượng tạp chất thoát ra Sự lựa chọn Hf phụ thuộc vào loại tạp chất cần thoát ra ngoài và độ cao tối thiểu cho sự sôi

2.8.1.3 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy sấy tầng sôi cho hạt /TL3/

Máy sấy tầng sôi bao gồm các bộ phận chính: quạt, buồng sấy, lò đốt Ngoài ra còn các bộ phận khác như cyclone, bộ phận giảm ồn, van xoay, bộ phận phân phối gió…

Hình 2.14: Máy sấy tầng sôi

Trong thực tế có nhiều kiểu máy sấy tầng sôi cho nhiều loại vật liệu khác nhau Máy có thể hoạt động ở dạng mẻ hay liên tục

Ở máy sấy tầng sôi dạng mẻ, quạt thổi khí nóng và buồng sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt Sau một thời gian nhất định, hạt khô và được tháo ra ngoài Ở máy sấy tầng sôi dạng liên tục, hạt ẩm được cung cấp liên tục vào buồng sấy, đi dọc sàng sấy và thoát ra ở cuối sàng

ng sôi

ản, lắng bụ

1_ Trụ 2_ Trụ 3_ Lò đ 4_Quạ cong ra 5_ Buồ 6_ Khô 7_ Đườ 8_ Cyc

ụi bằng cycl

ục cuốn cung

ục cuốn tháo đốt

t ly tâm

a sau ồng sấy ông khí thoá ờng ống hồi clone lắng bụ

one

g cấp hạt

cánh

át lưu

ụi

2.8.1.4 Ưu, nhược điểm của máy sấy tầng sôi

 Ưu điểm:

+ Máy ít chiếm mặt bằng, kết cấu gọn, dễ chế tạo hơn

+ Hạt chuyển động qua buồng sấy dễ dàng, dù độ ẩm hạt rất cao và có chứa nhiều tạp chất Với máy sấy tháp, hạt ẩm và bẩn thường không chảy được qua tháp sấy + Ẩm độ hạt sau khi sấy đồng đều, do toàn bộ bề mặt hạt tiếp xúc rất tốt với khí sấy nhờ sự “sôi” Ẩm độ đầu vào không đồng đều vẫn cho ra hạt khô tương đối đồng đều, vì hạt ẩm hơn thì nặng hơn, nên lưu trú trong buồng sấy lâu hơn Ở máy sấy tháp, hạt ít ẩm hay ẩm hơn đều chảy cùng tốc độ, nên đầu ra ít đồng đều hơn

 Nhược điểm:

+ Trở lực lớp sôi lớn Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi

+ Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều

+ Để giảm năng lượng cho quạt có thể sử dụng bộ rung

2.8.1.5 Các dạng máy sấy tầng sôi /TL8/

- Máy sấy tầng sôi một buồng, nhiều buồng, có líp rung

 Máy sấy tầng sôi một buồng dễ chế tạo, hoạt động đơn giản

 Máy sấy tầng sôi nhiều buồng cho nhiều chế độ sấy khác nhau Có thể hồi lưu được không khí sấy tại những buồng phía sau

 Máy sấy tầng sôi có thêm bộ phận líp rung giúp giảm năng lượng cho quạt

Hình 2.16: Máy sấy tầng sôi: a Một buồng b Nhiều buồng, c Có líp rung

2.8.1.6 Công thức tính toán máy sấy tầng sôi /TL1/ , /TL3/, /TL11/

ρk _ khối lượng riêng tác nhân sấy, kg/m3

dtd _ đường kính tương đương của vật liệu sấy (hạt), m

νk _ độ nhớt động học của tác nhân sấy, m2/s

 Tốc độ tới hạn vth1

   

, m/s

 Tốc độ làm việc tối ưu v

+ Về nguyên tắc tốc độ ổn định phải thỏa mãn điều kiện:

b Chiều cao lớp sôi

, m

 Trong đó: H0 _ chiều cao vật liệu ở trạng thái tĩnh, m

ε0 _ độ rỗng vật liệu ở trạng thái tĩnh, %

ε _ độ rỗng vật liệu trong lớp sôi, %

 Độ rỗng trung bình của lớp sôi được xác định theo công thức

 Tiêu chuẩn Re:

+ Với: vk _ tốc độ của tác nhân sấy ( vtối ưu), m/s

c Trở lực trong tầng sôi

 Trở lực để tạo sôi = cân bằng với trọng lượng hạt

∆p = ρ g h , Pa + Trong đó: ρ _ khối lượng riêng của vật liệu, kg/m3

g _ gia tốc trọng trường, m/s2

h _ bề dày lớp hạt ( = H0), m

 Ngoài ra, trở lực qua lớp sôi có thể tính bằng

∆p = H ( ρ – ρk) ( 1 – ε ) g ,Pa ∆p0 = H0 ( ρ – ρk) ( 1 – ε0 ) g ,Pa

d Khối lượng vật liệu sấy thường xuyên nằm trên sàng sấy

- Trước tiên tính nhiệt quá trình sấy thực

+ Lượng ẩm cần bốc hơi

 

  , kg/h + Khối lượng hạt đưa và hệ thống sấy

G1 = G2 + W , kg/h

 Với: G1 _ lưu lượng vật liệu nạp vào hệ thống sấy, kg/h

G2 _ lưu lượng vật liệu tháo ra khỏi hệ thống sấy ( năng suất), kg/h

W _ lượng nước bốc hơi, kg/h

MC1 _ ẩm độ vào của vật liệu sấy, %

MC2 _ ẩm độ đầu ra của vật liệu sấy, %

+ Lượng không khí khô thực tế

  , kg/h  

  , kg/kg ẩm

 Với: d1 _ độ chứa hơi tại vị trí 1 ( vật liệu vào), kgnước/kgkkk

d2 _ độ chứa hơi tại vị trí 2 ( vật liệu ra), kgnước/kgkkk

+ Nhiệt lượng tiêu hao để nung nóng vật

q = l (I1 – I0) , kJ/kg ẩm

 Với: I0 _ enthalpy của không khí trạng thái đầu, kJ/kgkkk

I1 _ enthalpy tại trạng thái nung nóng, kJ/kgkkk

- Khối lượng vật liệu sấy thường nằm trên sàng sấy

     .

∆ , kg + Trong đó : t độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, độ C

Với : t1 nhiệt độ không khí vào buồng sấy, độ C

t2 nhiệt độ không khí thoát khỏi buồng sây, độ C

tv1 nhiệt độ của vật liệu vào buồng sấy, độ C

tv2 nhiệt độ của vật liệu ra khỏi buồng sấy, độ C

α _ hệ số trao đổi nhiệt tác nhân sấy và vật liệu sấy, W/m2độ

ng thái ẩm

u điểm, như

diện tích lắpđược một sốểm:

n khi vận h

nh đầu tư camòn thiết b

hân loại the

h : ngang d

/, /TL14/

guyên lý ho

à hệ thống ì…

ệ thống sấy

nh hợp đượ

ể dẫn và thả

ó thể hoạt đcủa nó

ục hoặc bán

tháo vật liệutháo liệu, tr

ùy dạng vật

ủ động, dễ dmát…

pháp bố trí

nghiệm máđầu vào: Bềđầu ra: Trở

m ẩm, khả n

H

c bố trí nhưnhư một m

c đưa vào buhiệm sẽ đo đ

Hình 3.1: Sơ

ư hình trên máy sấy tầnguồng sấy đểđạc, quan s

G PHÁP V

m máy sấy

sôi dạng mẻ

ạt (lúa), vậnhạt, chóp th

ch của máy

ơ đồ bố trí tbao gồm qu

ôi

ở, buồng sấhoạch ( có

, khả

m tạp

o, lẫn

át gió chất

g sấy

Quạt

LT

- Ẩm độ đầu vào, đầu ra của hạt lúa ( sử dụng máy đo ẩm độ kett), để đánh giá năng suất và khả năng giảm ẩm của máy sấy tầng sôi

- Sử dụng phương pháp lỗ để đo chênh áp ∆P = P1 – P2 và sử dụng kết quả phương pháp lỗ để xác định được giá trị vận tốc

- Đo vận tốc không khí thoát ( tại chóp thoát gió) bằng dụng cụ đo vận tốc

Nhập lúa sau khi xử lý bằng máy sấy tầng sôi vào máy sấy tháp

3.1.2 Thí nghiệm cyclone hướng trục

a) Phương pháp bố trí thí nghiệm:

không khí

Giảm ồn, chỉnh lưu lượng gió

- Các thí nghiệm được thực hiện với cyclone hướng trục trên

- Thí nghiệm xác định trở lực, hiệu suất lắng Mô tả:

 Thiết bị bao gồm, buồng điều chỉnh lượng gió, quạt, bộ phận giảm ồn cho quạt, cyclone hướng trục

 Hoạt động: sau khi khởi động quạt, tiến hành điều chỉnh lưu lượng xác định được vận tốc dòng khí, đo trở lực của cyclone Xác định nồng độ bụi để xác định khối lượng bụi, thời gian đưa bụi vào cyclone, sau cùng là tính hiệu suất lắng của cyclone

 Thực hiện đưa bụi vào cyclone thí nghiệm bằng tay, nhưng đã được thao tác nhiều lần trước đó do có có thể xem việc cấp bụi là đều đặn như nhau với tất cả các thí nghiệm

b) Phương pháp đo đạc các số liệu thí nghiệm:

- Các số liệu thí nghiệm được đo bằng các dụng cụ như; cân đồng hồ điện tử, áp

kế điện tử, ống pitot, dụng cụ đo gió, thước đo các loại, đồng hồ bấm giờ Các

số liệu gián tiếp được tính theo các phương pháp tính thông qua các công thức trung gian

c) Phương pháp xử lý số liệu:

Các số liệu đo đạc được trình bày là các số liệu đã được :

- Khử sai số thô

- Tính trung bình các phép đo lập lại, 3 lần

- Sử dụng phần mềm excel để tính toán và xử lý các số liệu đo đạc

xử lý lúa trước khi vào máy sấy tháp

 Thiết kế cyclone hướng trục dựa vào nguyên lý hoạt động và các kết quả khảo nghiệm và các thông số chọn đồng dạng theo cyclone hướng trục đã thí nghiệm

3.2 Phương tiện

3.2.1 Các dụng cụ do

a Máy đo ẩm độ kett: Đo ẩm độ đầu vào, đầu ra của hạt lúa (với hạt lúa là mã số 52)

b Nhiệt kế: Đo nhiệt độ không khí thoát, nhiêt độ không khí sấy, nhiệt độ hạt Đo

nhiệt độ môi trường bằng nhiệt kế bầu khô bầu ướt

c Cân điện tử: Cân khối lượng lúa nạp vào, ra khỏi máy sấy tầng sôi, lượng bụi vào,

lấy ra cyclone

d Dụng cụ đo vận tốc gió: Đo vận tốc tại chóp thoát gió

e Dụng cụ đo ồn: Đo độ ồn các thiết bị

Chương 4 NỘI DUNG THỰC HIỆN 4.1 Kết quả thí nghiệm sấy bằng máy sấy tầng sôi

4.1.1 Thí nghiệm sấy thăm dò bước đầu

- Tiến hành các thí nghiệm thăm dò MSTS dạng mẻ thu được kết quả sau:

Bảng 4.1: Thí nghiệm thăm dò của máy sấy tầng sôi

Các số liệu ban đầu

(* Giá trị tính)

- Thảo luận

 Thí nghiệm 1: Quá trình tiến hành thí nghiệm được mô tả trong mục 3.1.1(TN1 Ssàng = 0,285 x 0,08 mxm, TN2 và TN3 Ssàng = 0,4 x 0,08 mxm) Bề dày lớp hạt 10 cm cho trở lực sàng hạt tương đối nhỏ Tuy nhiên cần tiến hành thay đổi bề dày để nâng cao năng suất của thiết bị

 Thí nghiệm 2: Với thay đổi về bề dày lớp hạt (15cm), vận tốc 3,4 m/s thì khoảng thời gian sấy 3 phút cho nhiệt độ hạt thấp hơn 45 0C Quá trình sôi tốt

sau 1 phút Khả năng giảm ẩm 5 %

 Thí nghiệm 3: Bề dày lớp hạt 20 cm lớn hơn các thí nghiệm trước, vận tốc không thay đổi Quá trình sôi đều sau 1phút 30 giây Hạt sau khi sấy nhiệt độ thấp (38 ÷ 42 0C) Khả năng giảm ẩm từ 4 ÷ 5 %

- Qua các thí nghiệm thăm dò, bước đầu rút ra được các thông số giới hạn cho khảo nghiệm chính thức:

Thực hiện khảo nghiệm với những kết quả rút ra từ các thí nghiệm thăm dò

Bố trí khảo nghiệm máy sấy tầng sôi dạng mẻ nhằm:

+ Lựa chọn các yếu tố đầu vào: Bề dày lớp hạt (lúa), vận tốc, nhiệt độ sấy, thời gian sấy

+ Xác định yếu tố đầu ra: Trở lực sàng, hạt, chóp thoát gió… nhiệt độ hạt, năng suất giảm ẩm, khả năng làm sạch của máy sấy tầng sôi

Nhập lúa sau khi xử lý bằng máy sấy tầng sôi vào máy sấy tháp

4.1.2.2 Các kết quả đạt được

- Quá trình khảo nghiệm chính thức được mô tả trong mục 3.1.1 Thí nghiệm được lặp lại nhiều lần và lấy giá trị trung bình

Bảng 4.2: Khảo nghiệm máy sấy tầng sôi

Khảo nghiệm 1 Khảo nghiệm 2 Các số liệu ban đầu

+ Lúa sau khi sấy bằng máy sấy tầng sôi được đưa vào máy sấy tháp Quan sát cho thấy hạt chảy trong máy sấy tháp đều do đã được làm sạch tạp chất và giảm ẩm Kết quả cho hiệu suất cao hơn so với nhập lúa không xử lý bằng máy sấy tầng sôi

 Khảo nghiệm 2:

+ Với mong muốn tăng năng suất của máy sấy tầng sôi, bề dày lớp hạt được tăng thêm 5 cm thành 20 cm Vận tốc 3,4 m/s không đổi, nhiệt độ sấy 70 0C không đổi Thu được những giá trị như: trở lực sàng hạt 136mm H20 nhiệt độ hạt sau khi sấy 41 0C Quá trình sôi đều, khả năng giảm ẩm 5%, khả năng làm sạch tạp chất trên 65 % Quá trình sấy không hồi lưu