Nghiên cứu kỹ thuật lò sấy đối lưu tự nhiên nhằm tăng chất lượng sơ chế thuốc lá

1 NGHIÊN CỨU LÒ SẤY ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN NHẰM TĂNG CHẤT LƯỢNG SƠ CHẾ THUỐC LÁ LỜI MỞ ĐẦU Chất lượng thuốc sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố từ khâu làm đất, gieo trồng, chăm sóc, thu hoạch đến sơ chế chế biến Sấy thuốc khâu quan trọng quy trình sản xuất thuốc điếu Tất nhiên lúc mà giải hàng loạt khâu hay nói khác cần có phân cơng hợp lý cơng tác nghiên cứu sản xuất để đem lại sản phẩm thuốc điếu hiệu Trong suốt tiến trình sản xuất thuốc điếu từ nguyên liệu ban đầu chọn khâu sấy làm trọng tâm nghiên cứu, người trơng thuốc nói: chế độ sấy khơng tốt thuốc làng “vàng”, chế độ sấy khơng “phân bón” Do với hàng ngàn lò sấy sử dụng, càn nghiên cứu trường nhiệt, ẩm trường tốc độ để giải tồn kết cấu buồng sấy, buồng đốt, trao đổi nhiệt, thông gió, ẩm… nhằm đưa loại lò sấy thích hợp cho trạm nguyên liệu vùng chuyên canh thuốc Việt Nam có chế độ sấy tốt Mẫu lò sấy phải nghiên cứu chi tiết để chi phí sấy thấp chất lượng thuốc sau sấy đạt tỉ lệ loại tốt cao điều kiện nước ta Mục tiêu phù hợp với chế thị trường hòa nhập vào thị trường quốc tế, hầu mang lại tỷ trọng cao cho ngân sách quốc gia MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN ÁN - Nghiên cứu trường nhiệt độ, tốc độ, độ ẩm để xác lập chế độ sấy hợp lý, giảm chi phí, tăng chất lượng thuốc sau sấy - Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu lò sấy thuốc đối lưu tự nhiên 3,5 tấn/mẻ (5x6 m2) loại phổ biến cho trạm, trại Tổng công ty thuốc Việt Nam PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trên sở phân tích nhiệt kết cấu buồng sấy cũ, nghiên cứu trường nhiệt độ, trường độ ẩm trường tốc độ làm sở để xây dựng mơ hình vật lý kiểm chứng thực nghiệm để xác định mối quan hệ trường nhiệt, trường ẩm trường tốc độ, từ có thơng số quan trọng lò sấy nghiên cứu cơng thức thực nghiệm bổ sung cho lý thuyết sấy NỘI DUNG LUẬN ÁN Tổng quan Tổng quan lý thuyết sấy Sự biến đổi sinh hóa thuốc sấy Nghiên cứu lý thuyết 3.1 Cơ sở phương pháp xây dựng mơ hình nghiên cứu lò sấy thuốc đối lưu tự nhiên 3.2 Các tồn số mẫu lò sấy thuốc 3.3 Tính tốn nhiệt cho lò sấy thuốc 3.4 Các nghiên cứu cần thiết lò sấy thuốc 3.5 Nghiên cứu trường ẩm Nghiên cứu thực nghiệm Kiểm chứng kết nghiên cứu TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sản xuất thuốc giới Việt Nam Thuốc công nghiệp ngắn ngày có giá trị kinh tế cao xuất tiêu dùng, có tầm quan trọng kinh tế nhiều nước, đặc biệt nước phát triển nằm vùng nhiệt đới có điều kiện thuận lợi trồng thuốc Do hiệu kinh tế cao nhu cầu nguyên liệu nên hình thành nên vùng trồng thuốc sợi vàng : Cao Bằng, Lạng Sơn, Thanh Hóa, Tây Ninh, Đồng Nai, Lâm Đồng… 1.2 Tổng quan lý thuyết sấy Môi trường không khí ẩm: Khơng khí khơ tuyệt đối thường có thành phần khơng đổi thể tích bao gồm 78% nito, 21% oxy, 1% khí trơ Trong khơng khí có mặt nước với liều lượng khác Như hỗn hợp khơng khí nước gọi khơng khí ẩm Vật liệu ẩm: Ẩm hút vào vật liệu tạo thành mối liên kết trường lực khác Dựa vào chất lực liên kết xếp thành nhóm liên kết chính: liên kết hóa học, liên kết hóa lý liên kết lý Động học sấy: Động học nhằm nghiên cứu biến đổi hàm ẩm nhiệt độ trung bình vật liệu theo thời gian sấy, tức tìm µ(τ) θ(τ) Hai hàm xác định quy luật truyền vận ẩm nhiệt độ bên vật liệu, trao đổi nhiệt ẩm với môi trường xung quanh Sự biến đổi nhiệt độ hàm ẩm trung bình vật liệu theo thời gian, trước hết xác định quy luật tác dụng tương hỗ vật liệu với môi trường xung quanh, tức trao đổi ẩm với bên SỰ BIẾN ĐỔI SINH HĨA CỦA LÁ THUỐC KHI SẤY KHƠ 2.1 Cơ sở trình sấy thuốc Sấy thuốc trình phối hợp phức tạp q trình vật lý, sinh hóa… q trình tác động qua lại lẫn trình sấy, nên nghiên cứu sấy thuốc cần hiểu rõ vấn đề 2.2 Quy trình sấy: Được tóm tắt theo bảng Bảng 1: Tóm tắt quy trình sẫy thuốc Giai đoạn Nhiệt độ sấy (oC) Chuyển biến 32 – 38 màu lên hương vị thuốc Ẩm thuốc (%) 90 – 85 Thời gian sấy (giờ) 24 – 32 Cố định màu lên hương vị thuốc Sấy khô cuống Hồi ẩm 39 – 52 85 – 50 30 – 42 53 – 65 50 – 12 50 – 70 to môi trường 12 - 14 12 – 24 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 3.1 Cơ sở phương phá xây dựng mơ hình nghiên cứu lò sấy thuốc đối lưu tự nhiên Quá trình sấy thuốc trình phức tạp phải thực q trình sinh hóa xảy đồng thời với q trình sấy khơ Chất lượng thuốc phụ thuộc nhiều vào phất bố nhiệt độ t, trường tốc độ ω trường độ ẩm φ tác nhân sấy theo thời gian τ Để tạo mẫu mơ hình nghiên cứu tốt trước tiên tạo mơ hình nghiên cứu cục bộ, sau ghép lại để phối hợp mơ hình tổng thể nhằm đạt số liệu tin cậy có tính khả thi cao - Mơ hình đốt thang vò viên ghi cố định nhằm tìm thơng số tối ưu cho buồn loại nhiên liệu - Mơ hình lò sấy gồm cách bố trí thiết bị vật liệu sấy nhằm nghiên cứu q trình sấy nhiệt, khí động học buồng đốt, xếp sản phẩm sấy… ảnh hưởng đến chất lượng thuốc sấy Mơ hình sấy cần phải đảm bảo tốt hợp lý chức trình sấy thuốc lá, nghĩa trường nhiệt độ phải phân bố theo mặt lớp vật liệu sấy ứng với quy trình yêu cầu Trường tốc độ tác nhân sấy chuyển động qua lớp vật liệu phải phân bố thích hợp để đảm bảo cho qua trình sinh hóa (ủ vàng), trình bay ẩm Trường ẩm độ tác nhân sấy cần phải phân bố mặt phẳng nằm ngang, trì khơng đổi tương ứng với thời gian ủ vàng thời gian sấy khô cách tốt Vì lò sấy đối lưu tự nhiên nên trường nhiệt độ τ, trường tốc độ ω, trường độ ẩm φ xảy đồng thời, có tác động ảnh hưởng tương hổ lẫn nhau, phụ thuộc khó khơng chế thành phần lò sấy cưỡng Do mơ hình phải có phối hợp yếu tố ảnh hưởng để xem xét chung, đồng thời điều chỉnh cách hợp lý với thơng số khơng tính cụ thể Trường nhiệt độ buồng sấy: Động lực chủ yếu chi phối đến q trình sấy nhiệt độ t, cần phải xem xét trước để tạo phân bố thiết bị trao đổi nhiệt (TĐN) buồng sấy Trường hợp nhiệt độ đối lưu tự nhiên muốn phân bố buồn sấy phức tạp trường hợp cần phải tận dụng nhiệt võ buồng đốt, số ống khơng bố trí q nhiều giá chi phí cao Do thiết bị TĐN phải xếp đạt điều kiện sau: - - - Ống lửa (ống đại hỏa) có nhiệt đồ bề mặt cao, khả tỏa nhiệt lớn phân bố lò đảm bảo cung cấp nhiệt cho vùng lớn Các ống lửa nhỏ (phân hỏa) phân bố vòng thân lò, có khảng định cửa hút để gió nóng lan tỏa Các ống đại hỏa phân hỏa phải có đường kính D tương ứng đảm bảo q trình đối lưu chế độ chảy nhằm có khuếch tán nhiệt đồng qua tầng đầu Lớp vật liều sấy phải xếp hợp lý mặt lò sấy (theo chiều ngang) số tầng theo chiều cao nhằm tạo trở kháng khí động đồng lò (cả tươi bị khơ co lại dần tầng theo thời gian) Cần phải có độ ổn nhiệt phía tần cuối thích hợp để nhiệt độ lan tỏa trước gió nóng xuyên qua tầng thuốc sấy Các cửa hút cửa phải bố trí hợp lý vị trí, kích thước diện tích cửa hút Nếu yếu tố khơng bố trí hài hòa, thích hợp khơng thể tạo trường nhiệt độ đồng Trên sở phân tích yếu tố ảnh hưởng trên, sơ đồ nguyên lý bố trí thiết bị buồng sấy thể hình vẻ Qua phân tích trao đổi nhiệt lò sấy thực nhận thấy có số thiếu sót sau: - - Bố trí ống trao đổi nhiệt nhiều chưa đồng phân bố chưa hợp lý hài hòa yếu tố, chúng trọng đến phân bố thiết bị mà chưa xét ảnh hưởng tương hổ liên quan nhiều yếu tố Phần bố trí ống nhiệt có liên quan chặt chẻ với cửa hút Nếu khơng dụng thêm gió cấp điều chỉnh đoạn ổn định nhiệt phía khơng đủ lớn khó thực phân bố trường nhiệt độ Sự phân bố nhiệt độ tốc độ q trình trao đổi nhiệt với ơng nằm ngang thể hệ phương trình vi phân: Để tìm điều kiện xác địch kích thước tối thiểu ống đại hỏa phân hỏa cần phải xét phân bố nhiệt độ bề mặt vách ống tồn chiều dài Mục đích phải tạo điều kiện chảy rối tác nhân sấy khơng khí bên ống tận dụng diện tích trao đổi nhiệt, lan tỏa nhanh chóng đồng trường nhiệt độ Qua trình nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với phương trình vi phân trên, nhà nghiên cứu tìm được: muốn chất lỏng chảy rối cần phải thoả mãn tiêu chuẩn Rayleigh Ra ≥ 2.107 = (Gr.Pr)tn Dựa sở tính nhiệt độ khói đoạn ống đại hỏa phân hỏa Từ điều kiện xét tìm giới hạn cho ống TĐN đảm bảo chế độ chảy rối Điều kiện chảy rối Ra ≥ 2.107 đường kính ngồi ống đại hỏa phân hỏa phải có kích thước D > 0,205m Do chế độ sấy giai đoạn nhiệt độ thấp nên đường kính ống trao đổi nhiệt chọn mơ hình có phạm vi 0,4 m ≥ D≥ 0.3m Tần tầng ống lửa (thiết bị trao đổi nhiệt), bố trí thiệt bị TĐN cần có kích thước gọn đảm bảo phân bố tốc độ nhiệt độ đồng đều, muốn nhiệt độ khói ống nhiệt độ giới hạn trình tối ưu cháy thải, kích thước ống TĐN cần phải bảo đảm điều kiện lớp biên nhiệt lớp biên thủy lực chảy rối mức độ cao, tạo điều kiện khuếch tán nhiệt phần ổn định dạng lớp cuối (hình 2) Trường tốc độ buồng sấy: Động lực gây nên chuyển động đối lưu tự nhiên buồng sấy chênh lệch nhiệt độ khơng khí ngồi buồng sấy, tốc độ chuyển động mức nào, độ đồng toàn mặt cắt ngang lại nhiệt độ khơng khí tầng sấy tf2, nhiệt độ mơi trường khơng khí xung quanh phí lò sấy t0 , cách xâu xếp tầng theo chiều cao, vị trí cửa hút cửa thốt, kích thước cửa thoát… định đế độ đồng tốc độ Việc đo đạc trực tiếp tốc độ khó xác định tầng (vì tốc độ dòng khí nhỏ), đánh giá mức độ đồng phân bố mơi trường tốc độ thơng qua trường nhiệt độ lớp (vì nhiệt độ tốc độ có quan hệ với nhau) tốc độ dòng khí qua cửa hút cửa Theo định luật bảo toàn lượng áp dụng trường hợp đối lưu tự nhiên cơng lực nâng thực quản đường L pgβ ∆t/2 L; phải cân với động pωth/2 Vậy pgβ ∆t/2 L = pω2th/2 Từ tìm mối quan hệ ωth ≈ √gβ ∆t L Việc xếp tầng, xếp số tầng theo chiều cao quan trọng phân bố tầng tạo nên trở lực khí động đồng theo mặt phẳng số tầng q trình ủ kéo dài (chưa khô ngay) nên tạo trở lực nhân tạo khống chế tốc độ tầng không tăng nhanh bị khô teo Sự phối hợp hài hòa đảm bảo cho q trình sinh hóa sấy khơ có tốc độ phù hợp Chúng ta khơng thể tính cụ thể phương trình phải đánh giá qua xử lý số liệu thực nghiệm để tiềm điều kiện tốt Trường ẩm tác nhân sấy: Trường ẩm độ trường nhiệt độ tác nhân sấy đóng vai trò quan trọng q trình sinh hóa làm khô sản phẩm buồng sấy sản phẩm có chất lượng cao, chi phí nhiên liệu thấp Trường ẩm độ tầng theo chiều cao biến đổi theo thời gian để đảm bảo u cầu q trình sinh hóa Nhờ vào khô chậm tầng để không chế đồng trở lực khí động buồng sấy không bị xáo trộn đột ngột phân bố tốc độ nhiệt độ thuốc tầng biến dạng khô teo lại Quan hệ ẩm độ thời gian sấy tầng diễn theo dạng đồ thị hình Để đảm bảo q trình sinh hóa xảy theo u cầu tầng (thời gian thực τ) phải chọn số tầng thích hợp, số tầng q khơng đảm bảo đủ điều kiện độ ẩm thời gian ủ, số tầng nhiều thời gian ủ kéo dài, chất lượng thuốc Qua tổng kết số liệu lò sấy nước nước ngồi hoạt động nhiều năm số tầng thực mơ hình nghiên cứu nên có số tầng n = – Vì lò sấy đối lưu tự nhiên thực nước giới nước có kích thước khơng lớn lắm, tương tác yêu tố phức tạp, để đảm bảo tính trung thực đồng dạng tượng vật lý (khó dự đốn hết tiêu chuẩn đồng dạng) nên chọn tỷ lệ ngun hình mơ hình thực nghiệm 1:1 3.2 Các tồn số mẫu lò sấy thuốc Các mẫu lò sấy đối lưu tự nhiên dựa vào kinh nghiệm lâu năm người chuyên đốt lò sấy thuốc số địa phương có sản lượng trồng thuốc lớn Cao Bằng, Lạng Sơn, Khánh Hòa, Tây Ninh… Do có truyền đạt kinh nghiệm vùng trồng thuốc, tỉnh tỉnh khác… nên mẫu lò sấy thuốc cải tiến cách chậm chạp thiếu khoa học Bầu lò đốt hệ thống trao đổi nhiệt 10 - - - Ghi lò: Được chọn tùy tiện thường thích hợp với đốt củi, than cám bánh, nắm loại ghi không phù hợp nên lượng than lọt ghi nhiều tro xỉ thường phải dùng trộn lại với than cám để tiếp tục đốt Bầu lò: Thường xây gạch kiểu vòng, có nơi lót vòm thép lấy từ vỏ thùng phuy làm đỡ xây vòm, vòm trát đất làm dày xây vài lớp gạch để giảm nhiệt độ mặt bầu lò nhằm chóng chay thuốc rơi dễ gây hỏa hoạn cho lò sấy Hệ thống trao đổi nhiệt: Được bố trí buồng sấy có nhiệm vụ nung nóng khơng khí để thực trình trao đổi nhiệt trao đổi chất làm khô thuốc sấy Hệ thống ống làm đất, gạch, năm gần làm thép, bố trí thành 3; đường ống nằm dọc theo chiều dài buồng sấy với mong muốn đạt phân bố nhiệt tương đối đồng buồng sấy Với phương thức trao đổi nhiệt đơn giản khó đạt nhiệt độ tương đối đồng làm giảm chất lượng thuốc sấy lò Kết cấu buồng sấy Buồng sấy đa số lò sấy thủ công thường đạt yêu cầu tạo không gian kín để chứa lượng thuốc đem vào sấy, yêu cầu tiêu nhiên liệu, quy trình công nghệ sấy, chất lượng thuốc… trông cậy vào kinh nghiệm thợ đốt lò Hệ cửa hút cửa buồng sấy Sấy làm q trình trao đổi nhiệt trao đổi ẩm, cần môi chất thực hai nhiệm vụ Hệ cửa hút cửa lò sấy thủ cơng kết cấu với bố trí hồn tồn theo kinh nghiệm dân gian thiếu hẳn sở khoa học để phát huy hết hiệu mơ hình sản xuất thơ sơ đơn giản 3.3 Tính tốn nhiệt cho lò sấy thuốc Cơ sở lý thuyết Tính nhiệt thu: Qc = B Qtd │W│ Tính nhiệt chi Nhiệt lượng dùng cho việc bay ẩm thuốc Q1, lượng nhiệt tổn thất khơng khí khỏi buồng sấy (giai đoạn khơng tính thay vào tính lượng nhiệt nâng nhiệt độ khối khơng khí) Q2, lượng nhiệt để gia nhiệt vật liệu sấy (chỉ tính giai đoạn đầu) Qvl, lượng nhiệt qua vách Q3, trần Q4, lượng nhiệt tích lũy qua vách Q5, lượng nhiệt sản phẩm cháy mang Q6, lượng nhiệt cháy khơng hồn tồn hóa học Q7 học Q8 Phương trình cân nhiệt viết sau: 12 Nghiên cứu mơ hình buồng đốt Với mục đích điều khiển nhiệt độ theo qui trình sấy, giảm chi phí nhiên liệu, tăng độ đồng nhiệt độ buồng sấy nhằm nâng cao chất lượng thuốc sấy đồng thời tránh gây hỏa hoạn Xuất phát từ u cầu trên, mơ hình buồng đốt nghiên cứu sau: Để khác phục nhược điểm buồng đốt gạch chịu lửa, cần nghiên cứu mơ hình buồng đốt thép, thép có đặc điểu khơng nứt trình sấy kéo dài nên tránh gây hỏa hoạn, mặt khác hệ số dẫn nhiệt thép cao nên nhiệt lượng tỏa xung quanh buồn đốt lớn, buồng đốt đặt nằm buồng sấy Do buồng đốt có thêm chức phận trao đổi nhiệt Cần thiết kế thêm lớp thép bao xung quanh buồng đốt, tạo khoảng rỗng lớp, thiết kế đường ống dẫn khí ngồi vào lớp rỗng đường ống dẫn khí nhận nhiệt từ lớp rỗng vào góc buồng sấy Nghiên cứu mơ hình đường ống dẫn nhiệt Tính tốn thiết kệ trao đổi nhiệt cho lượng nhiệt tỏa xung quanh lò đốt đường ống dẫn nhiệt phải lớn lượng nhiệt hữu ích bay nước, khơng khí thốt, qua vách, qua nên lượng nhiệt tích lũy thiết bị nghĩa Qt > Q1+Q2+Q3+Q4 +Q5 13 Lượng nhiệt phận trao đổi nhiệt cung cấp gồm phần sau: Nhiệt lượng buồng đốt cung cấp Q’1, Nhiệt lượng ống đải hỏa cấp Q’2, Nhiệt lượng bộp phận ống phân hỏa cung cấp Q’3 Vậy Q’ = Q’1 + Q’2 + Q’3 = 87.002 W Lượng nhiệt tỏa xung quanh buồng đốt Q’1 = 31910 W Tính tốn lượng nhiệt tỏa ống đại hỏa Q’2 = K1.∆T1 F1 = 21.117 W Do Q’3 = Q’ – (Q’1 + Q’2) = 33.975 W Mặt khác Q’3 = q3 L.│W│ L= Q’3/q3 = 19.5 m 14 Nghiên cứu trường ẩm Bố trí xếp thuốc Những xanh cần có độ ẩm để thực chuyển hóa từ sáng sang vàng Sau hái hàm lượng nước khoảng 80 – 90% tiếp tục trao đổi chất vòng – ngày, đặc trưng trình phân giải Ẩm độ cao lá, sấy điều kiện cần thiết cho q trình linzim hóa xảy ra, q trình định thay đổi thuốc Sau đạt thay đổi thuốc theo yêu cầu cần làm nước nhanh Ẩm độ qua giai đoạn Giai đoạn 1: nhiệt độ buồng sấy từ 32 oC đến 38oC, cửa buồng sấy đóng Ẩm độ tầng 85%, tầng 90% Giai đoạn 2: nhiệt độ buồng sấy từ 39 – 52 oC, cửa buồng sấy bắt đầu mở, ẩm độ tầng 65%, tầng 85% Giai đoạn 3: nhiệt độ buồng sấy từ 53 oC đến 65 oC, khô dần thuốc tầng lên tầng theo kiểu chiếu, đồng thời ẩm độ tác nhân sấy giảm dần Ẩm độ tầng 50 tầng 65% Cuối giai đoạn ẩm độ tầng tầng Kết luận: Từ việc nhiên cứu trường nhiệt, ẩm tốc độ đưa mơ hình lò sấy thuốc đối lưu tự nhiên có chế độ sấy hợp lý 3.5 Mơ hình buồng đốt thép lớp với ống tỏa nhiệt phụ góp phần vào việc đồng nhiệt độ Chọn dạng trao đổi nhiệt hợp lý Xác định lượng nhiệt qua loại vách nghiên cứu Nghiên cứu thực nhiệm 4.1 Động học sấy thuốc 15 Qua thực nghiệm đo đạc xây dựng đồ thị đường cong sấy, đường nhiệt độ đường cong tốc độ sấy thực tế làm sở cho việc điều chỉnh cửa hút cửa thoát hợp lý 4.2 Nhiên liệu 4.2.1 Chi phí nhiệt qua loại vách Khảo nghiệm thực tế loại vách: tole + trấu, gạch, đất + rơm, fibroximen tơng; phân tích hiệu kinh tế để chọn vách lò sấy tiết kiệm 4.2.2 Xác định tiết diện sống thích hợp ghi Thí nghiệm bố trí ghi lò có tiết diện sống: 20%, 25%, 40%, 35%, 40% Nhằm xác định lượng tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất cháy để chọn loại ghi thích hợp đốt than cám định hình 4.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần phối trộn than cám định hình đến hiệu suất cháy Phát biểu tốn: Hiệu suất cháy than cám định hình phụ thuộc nhiều yếu tố Nhưng nghiên cứu đề cập đến yếu tố thật ảnh hưởng trực tiếp: đại lượng điều khiển được; đại lượng đo sau: khối lượng viên than, tỷ lệ trấu trộn; tỷ lệ chất kết dính (đất sét) Phương trình nghiên cứu: Y1 = f(X1, X2, X2) Sau xử lý kết thực nghiệm, phương trình hồi quy dạng thực xác định sau Y1 = -52,04 + 237,71X1 +10,04X2 + 6.32X3 – 172,8X12 – 1,04X22 – 0,33 X32 Hàm đạt cực đại X1 = 0,7; X2 = 5; X3 = 10 16 Vậy để hiệu suất cháy cao khối lượng viên than 0,7 kg, trấu trộn 5%, thành phần đất sét trộn 10% 4.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số đến chi phí nhiên liệu Phát biển tốn sau: Chi phí nhiên liệu phụ thuộc nhiều yếu tố, nghiên cứu đề cập yếu tố ảnh hưởng trực tiếp điều khiển sau: tiết diện sống ghi, diện tích cửa gió thứ cấp, thể tích buồn đốt chiều cao ơng khói Phương trình nghiên cứu: Y2 = f(X1,X2,X3,X4) Sau xử lý kết thực nghiệm, phương trình hồi quy dạng thực xác định sau: Y2 = 581,39 – 9,33X1 – 0,11 X2 – 1,45X3 – 67,77X4 +0,16 X12 + 0,0002 X22 + 0,0016X32 + 13,36 X42 Hàm đạt cực tiểu tại: X1=30, X2 = 300, X3 = 450, X4 = 2,5 Vậy để chi phí nhiên liệu nhỏ tết diện sống ghi 30%, diện tích cửa gió thứ cấp 300 cm2, thể tích buồng đốt 450 dm3, chiều cao ống khói 2,5m 4.3 Trường nhiệt độ tốc độ 4.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến độ đồng nhiệt độ Phát biển toán: Độ đồng nhiệt độ phụ thuộc nhiều yếu tố Nhưng nghiên cứu đề cập đến yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến trình nghiên cứu; địa diện điều khiển đại lượng đo sau: Diện tích cửa hút cửa thoát; chiều cao từ cửa hút đến cửa thoát; số tầng thuốc buồng sấy; số lượng cửa hút cửa Phương trình nghiên cứu Y3 = f(X1,X2,X3,X4) Sau xử lý kết thực nhiệm, phương trình hồi quy dạng thực xác định sau: Y3 = -1917,29 + 193,52X1 + 820,83 X2 + 40,89 X2 + 16,69 X4 – 96,93 X12 – 97,46 X22 – 4,03X32 – 0.82 X42 Hàm cực đại X1 =1, X2 = 4,2; X3 = 5; X4 = 10 Vậy để đồng nhiệt độ cao diện tích cửa hút (cửa thốt) 1m2; chiều cao từ cửa hút đến cửa thoát 4,2 m; số tầng thuốc buồng sấy số lượng cửa hút (cửa thoát) 10 4.3.2 Nhiệt độ buồng sấy 17 Nhiệt kế dùng để đo nhiệt độ lò sấy bố trí thành tầng, tầng nằm lớp thuốc dưới, tầng nằm lớp thuốc tầng nằm lớp thuốc cùng, tầng có đầu đo để đo vị trí theo mặt phẳng nằm ngang Kết độ đồng nhiệt độ buồng sấy Từ kết thít nghiệm phân tích phương pháp thống kê để so sánh độ đồng nhiệt độ tầng buồng sấy loại trao đổi nhiệt giai đoạn Bộ trao đổi nhiệt nghiên cứu có độ đồng nhiệt độ lớn 4.3.3 Vận tốc khơng khí vào buồng sấy Thực nghiệm đo đạc vận tốc khơng khí vào cửa hút cửa thoát buồng sấy dụng cụ đo vận tốc gió, có kết vận tốc khơng khí vào cửa hút cửa thốt, tiến hành xử lý số liệu Kết độ đồng vận tốc vào buồng sấy Từ kết thí nghiệm phân tích phương pháp thống kê để so sánh độ đồng nhiệt độ tầng buồng sấy loại trao đổi nhiệt giai đoạn Bộ trao đổi nhiệt nghiên cứu có độ đồng nhiệt độ lớn 4.3.4 Xác định diện tích rỗng lớp thuốc sấy Để xác định vận tốc tác nhân sấy hợp lý, yếu tố ảnh hưởng quang trọng diện tích rỗng lớp thuốc lò sấy 18 Diện tích rỗng lớp thuốc phụ thuộc vào kích thước thuốc, vị trí thuốc cây, giống thuốc, chế độ canh tác, xếp ghim thuốc giai đoạn nhiệt độ buồng sấy Qua thực nghiệm đo đạc xác định diện tích rỗng lớp thuốc (giống Coker -176, cơng thức bón phân 80N – 120 P2O5 – 160 K2O: phổ biến Việt Nam) lò sấy trình bày bảng 4.4 Trường ẩm Trên hình trình bày ẩm độ tác nhân tầng thuốc buồng sấy Trong 30 đầu, ẩm độ tầng (88%), sau khoảng thời gian 35 giờ, ẩm độ tầng (C) bắt đầu giảm xuống 65%, tầng A B có giảm (2% - 3%); sau khoảng thời gian 55 ẩm độ tầng B giảm xuống 65%, tầng A có giảm Sau khoảng thời gian 90 ẩm độ tác nhân buồng sấy tương đối giống Do lúc lượng nước thuốc phần dạng keo nên khó Quan hệ trường ẩm trường nhiệt Qua thực nghiệm xây dựng đồ thị quan hệ trường ẩm trường nhiệt tầng từ xác định phương trình quan hệ : (Y trường ẩm, X trường nhiệt) Tầng A: YA = 520,33 – 14,5 XA + 0,11 X 2A Tầng B: YB = 231,35 – 4,07 XB + 0,02 X 2B Tầng C: YC = 92,71 + 0,19 Xc – 0,01X2c 19 Kết luận: Qua nghiên cứu thực nghiệm có số kết quả: Xác định quy trình điều chỉnh cửa hút cửa theo quy trình sấy hợp lý Lò đốt tích buồng đốt 450 dm3, diện tích cửa gió thức cấp 300cm2, tiết diện sống ghi 30%, ống trao đổi nhiệt hợp lý cho lò sấy thuốc thủ cơng 3,5 tấn/mẻ (5x6m2) có chiều cao ống khói 2,5m Bộ trao đổi nhiệt đảm bảo độ đồng nhiệt độ vận tốc khơng khí váo buồn sấy cao dẫn đến chất lượng thuốc sau sấy đạt tỷ lệ loại cao Buồng sấy có diện tích cửa hút 1m2, số cửa hút 10, chiều cao cửa hút đến cửa thoáng 4,2m, số tầng thuốc buồng sấy Khối lượng viên than 0,7kg thành phần phối trộn than cám -6 5% trấu, 10% đất sét để có hiệu suất cháy cao Từ kết thực nghiệm, phối hợp mơ hình tổng thể, với số liệu thực nghiệm cung cấp đầy đủ cho thông số kỹ thuật cần thiết hợp lý để xay dựng mơ hình lò sấy thuốc đối lưu tự nhiên thích hợp với quy mô sơ chế thuốc Việt Nam KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 5.1 Phương trình chi phí nghiên liệu 5.2 Vận tốc khơng khí qua lớp liệu xác lập phương trình vận tốc 20 Lượng khơng khí vào buồng sấy có ảnh hưởng lớn tới vấn đề thoát ẩm thuốc, chất lượng thuốc Lượng khơng khí vào buồng sấy phụ thuộc vào diện tích cửa hút cửa ẩm, độ cao cửa hút cửa thoát, trở lực thuốc buồng sấy, chênh lệch nhiệt độ buồng sấy với mơi trường, phương trình tính tốn vận tốc qua lớp liệu xây dựng sau: Vận tốc khơng khí sấy ωlo Vận tốc khơng khí qua lớp thuốc điều kiện chuẩn tính tốn theo cơng thức thực nghiệm ωlo = 0,13 – 0,22 n.m/s Vận tốc khơng khí vào cửa nhiệt độ môi trường 300oK ωk = 1,06 – 1,78 m/s Kết kiểm chứng phù hợp với lý thuyết thực nghiệm chứng tỏ công thức thực nghiệm dùng cho lò sấy thuốc 5x6m2 (3,5 tấn/mẻ) 5.3 Chi phí nhiên liệu 21 Trên sở tính tốn, lập bảng so sánh chi phí lượng 1kg thuốc khơ lò sấy sử dụng TĐN khác (bảng 5): từ kết tính tốn hiệu suất nhiệt mẫu lò sấy thuốc lá: Bảng 6: So sánh hiệu suất nhiệt 5.4 bảng Kết tỷ lệ thành phẩm thuốc sấy Kết thí nghiệm thu thành phần tỷ lệ loại thuốc sau sấy qua 22 Đối với trao đổi nhiệt loại thành phần thuốc sấy đạt loại cao có giá trị trung bình là: loại 40% loại 33% Đối với trao đổi nhiệt loại thành phần thuốc sấy đạt tỷ lệ loại 32% loại 28% Đối với trao đổi nhiệt loại thành phần thuốc sấy đạt tỷ lệ loại 27% loại đạt 24% Đối với trao đổi nhiệt loại thành phần thuốc sấy đạt tỷ lệ loại 30% loại đạt 23% 5.5 Tính khả thi luận án 23 KẾT LUẬN Việc trồng trọt sấy thuốc nước ta có từ lâu chưa có nghiên cứu sâu kết cấu tính tốn chi tiết lò đốt, trao đổi nhiệt, tổn thất nhiệt, thơng gió, ẩm… cho thiết bị lò sấy để đáp ứng thuốc khơ có chất lượng cao chi phí sấy thấp Qua thời gian dài nghiên cứu trường ẩm, trường nhiệt độ trường tốc độ sở mơ hình lò sấy hợp lý để xác định chế độ đối lưu thích hợp rút số vấn đề sau: Chọn đưa sở lò cố định có cơng suất phù hợp với trạng trồng, thu hoạch chế biến Trạm nguyên liệu thuốc Tổng công ty thuốc Việt Nam Nghiên cứu xác lập mơ hình buồn sấy có: Chiều rộng B = 5m, chiều dài L = 6m, Chiều cao Hmax = 5,5m ; Hmin = 5m Số lượng cửa hút cửa thoát 10 cửa, diện tích cửa hút (cửa thốt) 1m2, độ cao cửa hút cửa thoát 4,2 m; số tầng thuốc Chọn mơ hình buồng đốt thép lớp trao đổi nhiệt có độ đồng nhiệt độ cao, chi phí nhiên liệu thấp chất lượng thuốc cao Thay lượng củi tiêu thụ 85% than cám định hình, góp phần làm giảm nạn phá rừng Đạt hiệu suất nhiệt 14,88% cao phạm vi lò sấy đối lưu tự nhiên, gián tiếp dùng nhiên liệu than cám Nghiên cứu tìm hệ số cho phương trình tính vận tốc dòng khí qua lớp liệu lò sấy thuốc sau: 24 Vận tốc khơng khí vào buồng sấy để có chất lượng thuốc sau sấy cao 1,06 m/s đến 1,78 m/s Nghiên cứu tìm hệ số cho phương trình tính chi phí nhiên liệu riêng trao đổi nhiệt lò sấy thuốc theo giai đoạn sấy Đưa cách bố trí thuốc lò sấy hợp với điều kiện biến đổi sinh hóa, bốc ẩm đạt chất lượng cao Phân tích tính toán tổn thất nhiệt, hiệu kinh tế loại vách lò sấy, để đưa loại vách thích hợp có khả cách nhiệt tốt, góp phần đạt hiệu kinh tế cao Việc nghiên cứu lò sấy thuốc có chi phí thấp phẩm chất thuốc cao nhất, điều quan trọng nên kinh tế thị trường nước ta, góp phần thúc đẩy ngành công nghiệp thuốc đặc biệt khâu sơ chế nguyên liệu địa phương có bước vững tăng thu nhập cho nông dân trồng thuốc 25 Mục lục LỜI MỞ ĐẦU MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN ÁN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 NỘI DUNG LUẬN ÁN .2 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sản xuất thuốc giới Việt Nam .3 1.2 Tổng quan lý thuyết sấy SỰ BIẾN ĐỔI SINH HĨA CỦA LÁ THUỐC KHI SẤY KHƠ .3 2.1 Cơ sở trình sấy thuốc 2.2 Quy trình sấy: Được tóm tắt theo bảng 3 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT .4 3.1 Cơ sở phương phá xây dựng mơ hình nghiên cứu lò sấy thuốc đối lưu tự nhiên 3.2 Các tồn số mẫu lò sấy thuốc .9 3.3 Tính tốn nhiệt cho lò sấy thuốc 10 3.4 Các nghiên cứu cần thiết lò sấy thuốc 11 3.5 Nghiên cứu trường ẩm 14 Nghiên cứu thực nhiệm 14 4.1 Động học sấy thuốc 14 4.2 Nhiên liệu 15 4.2.1 Chi phí nhiệt qua loại vách 15 4.2.2 Xác định tiết diện sống thích hợp ghi 15 4.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần phối trộn than cám định hình đến hiệu suất cháy 15 4.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến chi phí nhiên liệu 16 4.3 Trường nhiệt độ tốc độ 16 4.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến độ đồng nhiệt độ 16 4.3.2 Nhiệt độ buồng sấy 16 4.3.3 Vận tốc khơng khí vào buồng sấy 17 4.3.4 Xác định diện tích rỗng lớp thuốc sấy 17 4.4 Trường ẩm 18 KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 19 26 5.1 Phương trình chi phí nghiên liệu 19 5.2 Vận tốc khơng khí qua lớp liệu xác lập phương trình vận tốc 19 5.3 Chi phí nhiên liệu 20 5.4 Kết tỷ lệ thành phẩm thuốc sấy 21 KẾT LUẬN 23 ... quan lý thuyết sấy Sự biến đổi sinh hóa thuốc sấy Nghiên cứu lý thuyết 3.1 Cơ sở phương pháp xây dựng mơ hình nghiên cứu lò sấy thuốc đối lưu tự nhiên 3.2 Các tồn số mẫu lò sấy thuốc 3.3 Tính... cho lò sấy thuốc 3.4 Các nghiên cứu cần thiết lò sấy thuốc 3.5 Nghiên cứu trường ẩm Nghiên cứu thực nghiệm Kiểm chứng kết nghiên cứu TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sản xuất thuốc giới Việt Nam Thuốc. .. 3 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT .4 3.1 Cơ sở phương phá xây dựng mơ hình nghiên cứu lò sấy thuốc đối lưu tự nhiên 3.2 Các tồn số mẫu lò sấy thuốc .9 3.3 Tính tốn nhiệt cho lò sấy