Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
MỤC LỤC
GVHD: Đào Thanh Khê [1]
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1: Cây tiêu……………………………………………………………………… 7
Hình 2: Hạt tiêu…………………………………………………………………………8
Hình 3: Biểu đồ dự báo sản lượng hạt tiêu thế giới năm 2011……………………… 10
Hình 4: Máy sấy thùng quay………………………………………………………… 12
Hình 5: Sơ đồ thiết bị sấy thùng quay…………………………………………………14
Hình 6: Sơ đồ sấy nguyên liệu……………………………………………………… 18
Hình 7: Hạt tiêu sấy thành phẩm………………………………………………………20
Hình 8: Đồ thị H- d của không khí ẩm……………………………………………… 23
Hình 9: Đồ thị biểu diễn ba điểm A, B, C của quá trình sấy………………………… 27
Hình 10: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng………………………………………… 35
Hình 11: Hình dạng một số cánh đảo trong thùng…………………………………….39
Hình 12: Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng……………………………………40
Hình 13: Các kích thước của cánh tròn……………………………………………… 43
Hình 14: Sơ đồ truyền nhiệt………………………………………………………… 44
Hình 15: Các diện tích bề mặt của ống có cánh……………………………………….45
Hình 16: Xyclon đơn………………………………………………………………… 51
GVHD: Đào Thanh Khê [2]
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực……………………………26
Bảng 2: Các thông số chọn để tính cường độ sấy…………………………………… 29
Bảng 3: Bảng M theo d……………………………………………………………… 30
Bảng 4: Lưu lượng và khối lượng riêng của không khí sấy trong quá trình sấy thực…31
Bảng 5: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy………………………………32

Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy…………………………….34

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn, các
thầy cô giáo và bạn bè đã giúp đỡ chúng em hoàn thiện đồ án đúng thời hạn.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU HẠT TIÊU
GVHD: Đào Thanh Khê [4]
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
1.1.1. Tên gọi và phân loại khoa học
• Tên khoa học: Piper nigrum
• Giới: Plantae
• Ngành: Angiospermae
• Lớp: Magnoliidae
• Phân lớp: Rosidae
• Bộ: Piperales
• Họ: Piperaceae
• Chi: Piper
• Loài: P.nigrum
Hồ tiêu còn gọi là cổ nguyệt, hắc cổ nguyệt, bạch cổ nguyệt (danh pháp hóa học: Piper
nigrum) là một loài cây leo có hoa thuộc họ Hồ tiêu (Piperaceae), trồng chủ yếu để lấy
quả và hạt, thường dùng làm gia vị dưới dạng khô hoặc tươi.
Hình 1: Cây tiêu
Hồ tiêu là một loại dây leo, thân dài, nhẵn không mang lông, bám vào các cây khác
bằng rễ. Thân mọc cuốn, mang lá mọc cách. Lá như lá trầu không, nhưng dài và thuôn
hơn. Có hai loại nhánh: một loại nhánh mang quả, và một loại nhánh dinh dưỡng, cả hai
loại nhánh đều xuất phát từ kẽ lá. Đối chiếu với lá là một cụm hoa hình đuôi sóc. Khi
chín, rụng cả chùm.
GVHD: Đào Thanh Khê [5]
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
Quả hình cầu nhỏ, chừng 20- 30 quả trên một chùm, lúc đầu màu xanh lục, sau có màu
vàng, khi chín có màu đỏ. Từ quả này có thể thu hoạch được hồ tiêu trắng, hồ tiêu đỏ, hồ
tiêu xanh và hồ tiêu đen.

Việt Nam hiện là một nước xuất khẩu tiêu đứng hàng đầu thế giới thế nhưng chủ yếu
xuất khẩu ở dạng thô. Vì thế vấn đề bảo quản tiêu hạt để xuất khẩu hết sức quan trọng và
cần thiết trong nền kinh tế quốc dân.
Hình 3: Biểu đồ dự báo sản lượng hạt tiêu thế giới năm 2011
Vấn đề bảo quản tiêu nhìn chung là khó, vì tiêu là môi trường thuận lợi rất thích hợp
cho sâu mọt phá hoại. Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượng ban đầu tốt, có độ
GVHD: Đào Thanh Khê [7]
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
ẩm an toàn. Vì vậy, quá trình sấy hạt sau thu hoạch có vai trò quan trọng trong bảo quản,
chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt. Với phương pháp này sẽ bảo quản hạt tiêu
được lâu hơn, dễ dàng trong quá trình vận chuyển, ứng dụng nhiều trong quá trình chế
biến các sản phẩm ăn liền.
1.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP
1.2.1. Bản chất của quá trình sấy
Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình
khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh
lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
1.2.2. Phân loại quá trình sấy
- Người ta phân biệt ra 2 loại:
+ Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió, Phương pháp này thời gian sấy dài,
tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn, phụ
thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu.
+ Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy như
khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt,… và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong.
Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên.
- Nếu phân loại phương pháp sấy nhân tạo, ta có:
* Phân loại theo phương thức truyền nhiệt:
+ Phương pháp sấy đối lưu: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ
môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu. Đây là phương pháp được
dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt.

Máy sấy thùng quay là 1 thùng hình trụ đặt nghiêng 1– 6
o
, có 2 vành đai đỡ, vành đai
này tỳ vào con lăn đỡ khi thùng quay. Vật liệu vào sấy qua phễu nạp vật liệu. Vật liệu
trong thùng không quá 20- 25% thể tích thùng. Sau khi sấy xong, thành phẩm qua bộ
phận tháo sản phẩm ra ngoài.
Bên trong thùng có lắp các cánh đảo để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất sấy đạt
được cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm còn đầu thùng cấm vào lò đốt hoặc
nối với ống tạo tác nhân sấy. Giữa thùng quay, hộp tháo và lò có cơ cấu bịt kín để không
khí và khói lò không thoát ra ngoài. Ngoài ra còn có xyclone để thu hồi sản phẩm bay
theo khí và thải khí sạch ra môi trường.
Khí nóng và vật liệu có thể đi cùng chiều hay ngược chiều ở bên trong thùng. Phía đầu
chỗ nạp liệu bên trong thùng sấy có lắp cánh xoắn 1 đoạn khoảng 700- 1000mm, chiều
dài của đoạn này phụ thuộc vào đường kính của thùng.
Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không quá 3 m/s để tránh vật liệu
bị cuốn nhanh ra khỏi thiết thùng. Vận tốc quay của thùng là 5– 8 vòng/phút.
Các đệm ngăn trong thùng chứa có tác dụng phân phối vừa có tác dụng phân phối đều
cho vật liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật
GVHD: Đào Thanh Khê [10]
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
liệu sấy và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm ngăn (cánh trộn) phụ thuộc vào kích thước vật
liệu sấy và độ ẩm của nó.
Các loại đệm ngăn dùng phổ biến là:
- Đệm ngăn mái chèo nâng và loại phối hợp: dùng khi sấy những vật liệu cực to, ẩm,
Loại này có hệ số chất đầy vật liệu không quá 0,1– 0,2.
- Đệm ngăn hình quạt có những khoảng thông với nhau.
- Đệm ngăn phân phối hình chữ nhật và kiểu vạt áo được xếp trên toàn bộ tiết diện của
thùng được dùng để sấy các vật liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng quay vật liệu đảo trộn
nhiều lần, bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy lớn.
- Đệm ngăn kiểu phân khu: để sấy các vật liệu đã được đạp nhỏ, bụi. Loại này chỉ cho

 Bê tông
 Băng tải
Máy sấy thùng quay gồm 1 thùng hình trụ (1) đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang 1-
6
0
C. Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ (2).
Bánh đai được đặt trên bồn con lăn đỡ (3), khoảng cách giữa 2 con lăn cùng 1 bệ đỡ
(11) có thể thay đổi để điều chỉnh các góc nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnh thời
gian lưu vật liệu trong thùng. Thùng quay được là nhờ có bánh răng (4). Bánh răng (4) ăn
khớp với bánh răng dẫn động (12) nhận truyền động của động cơ (10) qua bộ giảm tốc.
Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng phễu chứa (14) và được chuyển
dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn. Các đệm ngăn vừa có tác dụng phân bố đều vật liệu
theo tiết diện của thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy
và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật liệu sấy, tính
chất và độ ẩm của nó. Vận tốc của không khí nóng đi trong máy sấy khoảng 2– 3 m/s,
thùng quay 5– 8 vòng/phút. Vật liệu khô ở cuối máy sấy được tháo qua cơ cấu tháo sản
phẩm (5) rồi nhờ băng tải xích (13) vận chuyển vào kho.
GVHD: Đào Thanh Khê [12]
#$%&
'()*+
'(,-
./)%01234
5678%%
'+
(9:%
;/
<=>?
@
A%$,
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ

với lưới sàng để chảy ra ngoài. Trong khi đó hạt sạn nặng hơn sẽ rơi xuống va đập với các
hạt của rãnh lưới và chảy ngược về sau để thoát ra ngoài.
• Công đoạn 3: Phân loại tỷ trọng xoắn ốc
Hạt tiêu sau quá trình làm sạch, phân loại kích cỡ, tách đá sạn và phân loại bằng khí
động học vẫn còn khác nhau về hình dạng: móp méo hoặc tròn hay còn lẫn những cọng
tiêu.
Máy phân loại hình dạng kiểu oắn ốc được cấu tạo bởi những vách ngăn xoắn ốc quanh
trục thẳng đứng. Hỗn hợp hạt tiêu gồm hạt tiêu biến dạng và hạt tròn được nạp vào miệng
trên của máy phân loại. Bởi vì hạt tiêu chảy xuống theo chiều xoắn ốc dưới tác động của
trọng lực. Các hạt tròn xoay tròn trên gia tốc tăng dần đến một điểm mà chúng xoay tròn
theo độ nghiêng vách ngăn nằm rìa ngoài và được tách ra, còn những hạt biến dạng khi
rơi tự do trên máng xoắn ốc bị lực ma xát cao hơn tốc độ dòng chảy không bằng hạt tròn.
Do đó các hạt biến dạng chảy gần hơn trục của máy xoắn ốc và được đưa ra ngoài.
• Công đoạn 4: Rửa và xử lí vi sinh bằng hơi nước
Để khử các vi sinh vật có hại nhất là khuẩn Salmonella, người ta sử dụng hơi nước với
áp suất từ 2– 3 kg/cm
2
có nhiệt độ từ 120– 140
0
C để phun vào hạt tiêu trong thời gian
ngắn nhất (khoảng 20– 40 giây). Trong quá trình hấp thụ hơi nước nóng hạt tiêu được
chuyển qua trống trích ly nước trước khi qua hệ thống sấy.
• Công đoạn 5: Sấy
GVHD: Đào Thanh Khê [15]
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
Đối với các nguyên liệu hạt, người ta thường áp dụng phương pháp sấy đối lưu. Không
khí nóng được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động
chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy ra ngoài.
Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển
động của sản phẩm. Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục.

Trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức. Trong các lò
sấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4 m/s), do vậy thời gian sấy
thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao. Để khắc phục nhược điểm này,
người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4- 4,0 m/s
trong các thiết bị sấy. Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4,0 m/s) sẽ gây tổn thất nhiệt lượng.
- Độ dày của lớp sấy:
Độ dày của lớp hạt nông sản sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy.Lớp nguyên liệu
càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm
năng suất của lò sấy. Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông của không khí,
dẩn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại.
Thông thường nên xếp lớp rau quả trên các thiết bị sấy với khối lượng 5– 8 kg/m
2
là
phù hợp. Đối với nguyên liệu hạt tiêu, ta chọn chế độ sấy ở 50– 60
0
C trong thời gian 2 giờ
cho thiết bị sấy thùng quay.
• Công đoạn 6: Làm nguội sau sấy và phân loại
Sau khi sấy, hạt tiêu được đưa vào một thùng làm nguội và một lần nữa hạt tiêu được
tách tạp chất gồm bụi vỏ hạt tiêu phát sinh sau quá trình sấy. Sau đó hạt tiêu được đưa vào
máy phân loại hình dạng kiểu xoắn ốc (lần 2).
GVHD: Đào Thanh Khê [17]
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
• Công đoạn 7: Cân định lượng tự động
Hạt tiêu thành phẩm được đưa vào thùng
chứa để trữ hoặc được đưa vào hệ thống cân
tự động định lượng theo yêu cầu. Cân định
lượng được tự động hóa điều khiển bằng hệ
thống điện tử có hiển thị số với giai bậc từ
30– 60kg mà sai số cho phép là 45g/50kg

: hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk).
2.2. CÁC CÔNG THỨC SỬ DỤNG
Dùng tác nhân sấy là không khí.
GVHD: Đào Thanh Khê [18]
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
- Phân áp suất bảo hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:






+
−=
Ct
p
o
b
5,235
42,4026
12exp
[bar]
(CT 2.11/14),[6]
- Độ chứa ẩm:
b
b
pB
p
d
.

* r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r = 2500 kJ/kg.
- Thể tích riêng của không khí ẩm:
bb
pB
T
pBM
RT
.
.288
).(
v
ϕϕ
−
=
−
=
[m
3
/kgkkk]
6,[8]
Với: * R: hằng số khí, R = 8314 J/kmol.độ.
* M: khối lượng không khí, M = 29 kg/kmol.
* B, p
b
: áp suất khí trời và phần áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí,
N/m
2
.
- Lưu lượng không khí ẩm:
V = v.L

]
6,[8]
Trong đó: * 
o
= 1,293 kg/m
3
: khối lượng riêng của không khí khô ở điều kiện chuẩn.
* T
0
= 273
0
K: nhiệt độ không khí ở điều kiện chuẩn.
2.3. TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY
- Trạng thái không khí ngoài trời: được biễu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặp
thông số (t
0
,
o
).
GVHD: Đào Thanh Khê [20]
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
Hình 8: Đồ thị H- d của không khí ẩm
GVHD: Đào Thanh Khê [21]
Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ
- Do vật liệu sấy là tiêu hạt có thể được trồng và thu hoạch nhiều vụ trong một năm,
tuy nhiên tính theo mùa mưa, ít nắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanh năm. Vì vậy, ta
chọn trạng thái A theo giá trị nhiệt độ và độ ẩm trung bình của Thành phố Hồ Chí Minh:
A: t
o
= 27

o
b
t
p
o
[bar] (CT 2.11/14),[6]
019459,0
035482,0.84,0981,0
035482,0.84,0
.621,0
.
.
.621,0 =
−
=
−
=
o
bo
o
bo
o
pB
p
d
ϕ
ϕ
[k
g/kgkk]
(CT 2.15/15),[6]

[m
3
/kgkk]
6,[8]
- Không khí được đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d
1
= d
o
) đến trạng thái
B (d
1
, t
1
). Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy.
Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d
1
= d
o
) đến trạng
thái B (d
1
, t
1
). Điểm B là điểm nhiệt độ sấy sao cho nguyên liệu sấy không bị cháy. Trạng
thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy.
Nhiệt độ t
1
tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chất của vật liệu
sấy và chế độ công nghệ quy định. Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấp
hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột. Do hạt tiêu chứa khoảng 36% tinh bột, ban đầu độ ẩm





+
−=








+
−=
t
p
b
[bar]
(CT 2.11/14),[6]
1
1
1
1
1
.
.
621,0
b

ϕ
.
1
b
p
(0,621 + d
1
)
⇒

19153,0
)019459,0621,0.(15562,0
981,0.019459,0
)621,0(
.
1
1
1
1
=
+
=
+
=
dp
Bd
b
ϕ
839,105)55.842,12500.(019459,055.004,1
).842,12500.(.004,1

/k
gkkk]
6,[8]
- Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy lý
thuyết (H
1
= H
2
). Trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C (t
2
, 
2
).
Nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t
2
tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt độ do
tác nhân sấy mang đi là bé nhất, nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa là tránh
trạng thái C nằm trên đường bão hòa. Đồng thời độ chứa ẩm của tác nhân sấy tại C phải
nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.
Với: H
1
= H
2
= 105,839 (kJ/kgkk)

ϕ
= 100%
Chọn t
2
= 35







+
−=
t
p
b
[ba
r]
(CT
2.11/14),[6]
).842,12500(.004,1
2222
tdtH
++=
027569,0
35.842,12500
35.004,1839,105
.842,12500
.004,1
2
22
2
=
+
−

.
.288
55
2
2
2
2
=
−
+
=
−
=
b
pB
T
v
ϕ
[m
3
/kgkk]
Bảng 1: Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực
Đại lượng
Trạng thái
không khí ban đầu
(A)
Trạng thái
không khí vào thiết
bị sấy (B)
Trạng thái

1
2
21
=
−
−
=
−
−
=
ω
ω
GG
FGH
1
14,[12]
- Lượng ẩm cần tách:
W = G
1
– G
2
= 184 – 120 = 64 [kg/h] 1
15,[12]
- Lượng tác nhân khô cần thiết:
492,7891
019459,0027569,0
64
12
=
−

) = 7891,492.(105,839 – 76,723) = 229768,681 [kj/h] 116,[12]
q
c
= l.(H
2
- H
0
) = 123,305.(105,839 - 76,723) = 3590,148 [kj/kg ẩm] 116,[12]
Với quá trình sấy thực tế tổn thất nhiệt là 10%:
Q
c

thực tế
= Q
c
+ 10%Q
c
= 229768,681 + 10%.229768,681 [kj/h]
GVHD: Đào Thanh Khê [25]