BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI






 NGUYỄN VĂN THÀNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MÁY SẤY
MÙN CƯA KIỂU TRỐNG QUAY PHÂN TẦNG ðỂ LÀM
NGUYÊN LIỆU PHỤC VỤ CHO DÂY CHUYỀN
SẢN XUẤT VIÊN NHIÊN LIỆU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số : 60.52.01.03

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ðÌNH TÙNG
• ðơn vị tác giả công tác: Viện Nghiên cứu Thiết kế Chế tạo máy
Nông nghiệp – RIAM (Bộ Công Thương) ñã tạo ñiều kiện giúp ñỡ về thời
gian, trang thiết bị máy móc và một số ñiều kiện khác ñể tác giả hoàn thành
nội dung luận văn này,
• Tác giả xin chân thành cảm ơn các ñồng nghiệp ñã giúp ñỡ trong
quá trình tiến hành thực nghiệm,
• Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn ñã giúp ñỡ trong
quá trình thực hiện ñề tài,
• Tác giả xin chân thành cảm ơn gia ñình ñã tạo ñiều kiện về thời
gian và ñộng viên tinh thần trong quá trình thực hiện ñề tài,
• Tác giả xin chân thành cảm ơn toàn thể các Thầy, Cô trong Khoa
Cơ ðiện – Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ, ñóng góp ý kiến
trong quá trình thực hiện ñề tài ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Học Viên Nguyễn Văn Thành
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii


CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY KIỂU TRỐNG QUAY
PHÂN TẦNG 39
4.1 Tính toán nhiệt cho quá trình sấy và chọn kích thước máy sấy [5] 39
4.1.1 Lượng nước cần bay hơi [5] 39
4.1.2 Chọn nhiệt ñộ tác nhân sấy [5] 39
4.1.3. Chọn kích thước cơ bản của trống sấy [5] 39
4.1.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết. [5] 40
4.1.5. Tính toán quá trình sấy thực [5] 41
4.1.6. Tính toán tổn thất nhiệt trong quá trình sấy [5] 43
4.2 Tính toán lò ñốt 46
4.2.1 Viết các phương trình của quá trình ñốt cháy nhiên liệu rắn [3] 46
4.2.2 Sơ lược về tính toán lò ñốt [5] 48
4.3. Tính toán và chọn quạt sấy 48
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 51
5.1 Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm 51
5.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 55
5.2.1 Ảnh hưởng của số vòng quay trống sấy 55
5.2.2 Ảnh hưởng của lưu lượng tác nhân sấy 57
5.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy 59
5.4. Xác ñịnh thông số tối ưu của máy [6] 61
5.4.1. Xác ñịnh hệ số của phương trình hồi quy 65
5.4.2. Kiểm tra tính thích ứng của phương trình hồi quy 66
5.4.3. Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực 68
5.4.4. Tìm thông số tối ưu của hàm 68
5.5.5. Tìm thông số tối ưu của hai hàm (Y
K2
) và (Y
N2
). 69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cân ñối sản xuất, xuất khẩu, nhập khẩu và nhu cầu sử dụng viên gỗ
cho thị trường các nước ở Châu Âu năm 2008 [1] 5
Hình 1.2: Lượng tiêu thụ viên gỗ ở Châu Âu [2] 6
Hình 1.3: Sơ ñồ khối quy trình sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa 10
Hình 1.4: Nguyên lý sấy lớp tĩnh kiểu vỉ ngang 12
Hình 1.5: Nguyên lý thiết bị sấy khí ñộng 13
Hình 1.6: Nguyên lý kết cấu của máy sấy kiểu cánh gạt 14
Hinh 1.7: Nguyên lý cấu tạo của máy sấy trống quay một vòng 15
Hình 1.8: Hệ thống sấy trống quay một vòng của hãng Tesla (ðức) 16
Hình 1.9: Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo máy sấy trống quay phân tầng (kết hợp
trống quay và khí ñộng) 18
Hình 2.1: Bộ sàng rung thí nghiệm 25
Hình 2.2: Cân khối lượng ñiện tử 25
Hình 2.3 Súng bắn nhiệt ñộ Ebro 26
Hình 2.4 Máy ño lưu lượng gió Testol 435 26
Hình 2.5: Máy ño áp suất Testol 510 27
Hình 3.1: Mẫu mùn cưa trước khi phân loại 28
Hình 3.2: Biểu ñồ phân bố kích thước hạt mùn cưa sau phân loại 30
Hình 3.3: Hình ảnh của các hạt mùn cưa sau khi phân loại 31
Hình 3.4: Quan hệ giữa “nhóm kích thước hạt” và hiệu số giữa khối lượng
riêng của hạt và không khí 32
Hình 3.5: Thể hiện mối quan hệ giữa hệ số Reynol, hệ số Fran, hệ số Accimet [3] 33
Hình 3.6: Hình ảnh mô hình thí nghiệm ñể xác ñịnh một số thông số khí ñộng học
ñối với mùn cưa: (nguyên lý: hình trái; thiết bị thí nghiệm: hình phải) 33
Hình 3.7: Biểu ñồ tương quan giữa vận tốc của hạt so với tổn thất áp suất ở
các trạng thái “lớp tĩnh”, “lớp sôi” và lớp “vận chuyển”[3] 34
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………


ðộ ẩm tương ñối
λ
1

Hệ số dẫn nhiệt của sắt
ϕ
2

ðộ ẩm của khí thải
λ
2

Hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh
A Cường ñộ bốc hơi ẩm
C Nhiệt dung của nhiệt ñộ sấy
D ðường kính trống sấy
F Diện tích trao ñổi nhiệt của vật liệu sấy
G
2
Khối lượng sản phẩm sau sấy
L Chiều dài trống sấy
L
0
Lượng không khí lý thuyết dùng trong bốc hơi 1h
N Công suất của quạt
P
b1
Phân áp suất bão hòa
P
b2

t
w1
Nhiệt ñộ mặt trong của ống thép
t
w2
Nhiệt ñộ mặt trong của ống thép
V
b
( m
3
) Thể tích buông ñốt
v
e
( m/s) Vận tốc lơ lửng
v
k
Vận tốc tác nhân sấy
W Lượng nước cần bây hơi
w
1
ðộ ẩm ban ñầu của nguyên liệu trước khi sấy
w
2
ðộ ẩm của sản phẩm sau khi sấy
ρ
k
Khối lượng riêng của tác nhân
ρ
v
Khối lượng riêng của mùn cưa


1

MỞ ðẦU

Trong những năm gần ñây sự chú ý tới các công nghệ năng lượng tái tạo
nói chung và năng lượng sinh khối nói riêng ñã tăng mạnh trên toàn cầu ñể
thay thế dần các loại năng lượng hóa thạch với lý do: nguồn năng lượng hóa
thạch ngày càng cạn kiệt dần và gây ô nhiễm môi trường.
Trong bối cảnh hiện nay nguồn năng lượng thiếu hụt trầm trọng trên thế
giới cũng như Việt Nam, tình trạng thiếu hụt này ñựơc thể hiện cùng với sự
phát triển kinh tế, ñặc biệt là các ngành công nghiệp.
Do ñó việc ứng dụng năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo như:
năng lượng gió, năng lượng thuỷ triều, năng lượng ñịa nhiệt, năng lượng mặt
trời và ñặc biệt là năng lượng sinh khối (Biomass) ngày càng ñược quan tâm
nhiều hơn, nhất là trong giai ñoạn hiện nay.
Riêng ñối với năng lượng sinh khối (Biomass) có ưu ñiểm hơn cả ñối với
các nước ñang phát triển và có nền sản xuất nông nghiệp là chính như Việt
Nam, vì nguồn tiềm năng sinh khối từ các phụ phế phẩm nông lâm nghiệp là
rất lớn, bởi Việt Nam là nước chiếm tới khoảng gần 75% dân số làm nông
nghiệp, có 3/4 diện tích là ñồi núi và có trên 38% diện tích rừng che phủ.
Hàng năm các phụ phế phẩm từ nông lâm nghiệp (rơm dạ, vỏ trấu, lõi ngô, gỗ
vụn, dăm bào, và ñặc biệt là mùn cưa …). Tuy nhiên việc sử dụng các phế
thải này vẫn theo cách truyền thống như ñun nấu trong sinh hoạt gia ñình, và
làm phân bón ở các vùng nông thôn và miền núi, do vậy chưa mang lại hiệu
quả kinh tế.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

2


Trong chương này tác giả trình bày một số nội dung tóm lược như sau:
• Tầm quan trọng của việc nghiên cứu công nghệ sấy mùn cưa làm
nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu.
• Quy trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu
• Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy sấy trong sản xuất viên nhiên
liệu
1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu công nghệ sấy mùn cưa làm
nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu
1.1.1. Tình hình tiêu thụ và sản xuất viên nhiên liệu trên thế giới
Nguồn gốc viên gỗ:
Viên gỗ ñược sản xuất và sử dụng từ năm 1930 và ñược sử dụng phổ biến
trong thời gian xảy ra cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 – 1979. Nó ñược
sử dụng nhiều nhất ở Châu Âu và Bắc Mỹ [2].
Do cần có nhiên liệu thay thế nên buộc họ phải ñi vào triển khai, khai thác
tìm những nguồn nhiên liệu thay thế, và việc khai thác sản xuất, sử dụng viên
gỗ ñã mang lại nhiều hiệu quả to lớn. Các viên gỗ nhanh chóng ñược dùng
phổ biến do chất lượng của chúng cao, dần dần giá của viên gỗ ngày càng
tăng. Khi giá dầu ñi vào ổn ñịnh thì một lần nữa nó dần bị ñi vào quên lãng.
Trong những năm 90 của thế kỷ trước, do yêu cầu thực tiễn cần phải tìm tòi
sản xuất sử dụng năng lượng bền vững (năng lượng tái tạo), hạn chế sự phụ
thuộc quá nhiều vào nguồn năng lượng hóa thạch. Một lần nữa viên gỗ (Wood
pellets) lại ñược quan tâm và dần ñược sử dụng rộng rãi [2].
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

4

Việc sản xuất tiêu thụ lớn nhất hiện nay là hai thị trường Châu Âu và Bắc
Mỹ. Do quan tâm ñến tính bền vững năng lượng nên ủy ban các nước Châu
Âu ñã khuyến khích các nước sản xuất và sử dụng nguồn nhiên liệu tái tạo
này [2].

nhu cầu sử dụng nó ở khu vực này cũng rất cao. Khoảng cách giữa cung và
cầu ngày một lớn lên. Hình 1.2 thể hiện lượng tiêu thụ, sản xuất và xuất khẩu
viên nhiên liệu ở Châu Âu từ năm 2000 ñến năm 2010 [2].
S
ản xuất

Nh
ập khẩu

Tiêu th
ụ

Xu
ất khẩu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

6Hình 1.2: Lượng tiêu thụ viên gỗ ở Châu Âu [2]

Qua hình 1.2 cho thấy nhu cầu sử dụng viên gỗ ở Châu Âu ñã tăng một
cách ñáng kể. Năm 2000 sử dụng khoảng 700 nghìn tấn, tăng hơn 5 lần vào
năm 2005 (khoảng 3,7 triệu tấn) và hơn 18 lần vào năm 2010 (khoảng 18,3
triệu tấn). Nhu cầu sử dụng ngày một lớn, nên ngành sản xuất viên gỗ cũng
phát triển rất nhanh, từ 65 nghìn tấn (vào năm 2000) lên 3,1 triệu tấn (năm

trường Châu Âu. Một ñiều nhận thấy là trong nhữn năm gần ñây thị trường
Hoa Kỳ ñang “bùng nổ” và sau ñó ñược chuyển sang Châu Âu [2].
Qua phân tích hai trị trường Châu Âu và Bắc Mỹ ở trên cho thấy, sản xuất
viên nhiên liệu trên ñã trở thành một lĩnh vực quan trọng góp phần ñáng kể
trong việc ñảm bảo an ninh năng lượng trên thế giới [2].
1.1.2. Tình hình tiêu thụ và sản xuất viên nhiên liệu ở Việt Nam [4]
Việt Nam có tiềm năng lớn ñể sản xuất viên nhiên liệu, với trên 75% dân
số làm Nông nghiệp, diện tích trồng rừng lớn cộng thêm ngành chế biến gỗ
tương ñối phát triển. Tiềm năng năng lượng sinh khối của Việt Nam ñược thể
hiện trên bảng 1.1.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

8

Bảng 1.1: Tiềm năng năng lượng sinh khối của Việt Nam [4]
Nguồn cung cấp
Tiềm năng
(triệu tấn)
Tỷ lệ
(%)
Rừng tự nhiên 6,842 27,2
Rừng trồng 3,718 14,8
ðất không rừng 3,850 15,4
Cây trồng phân tán 6,050 24,1
Cây công nghiệp và cây ăn quả 2,400 9,6
Phế liệu gỗ 1,649 6,6
Tổng 25,090 100,0
Rơm rạ 32,52 60,4
Trấu 6,50 17,9
Bã mía 4,45 6,8

ðối với nguyên liệu sản xuất viên nén có yêu cầu kích thước từ 0-4mm,
trong trường hợp mùn cưa sau khi cưa xẻ kích thước hạt của mùn cưa ñạt
ñược yêu cầu cho công nghệ ép viên, trong trường hợp các phụ phế phẩm
khac phải thêm công ñoạn làm nhỏ. Hình 1.3 mô tả sơ ñồ khối về quy trình
sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

10
Hình 1.3: Sơ ñồ khối quy trình sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa

Phụ phế phẩm trong ngành chế biến gỗ chia làm 2 loại: các ñầu mẩu gỗ vụn
và mùn cưa lẫn lộn với nhau. Trong quy trình sản xuất viên nhiên liệu từ phụ phế
phẩm trong ngành chế biến gỗ nguyên liệu ñược tập kết tại sân bãi ñược ñưa qua
sàng phân loại chia làm 02 loại là mùn cưa và các ñầu mẩu gỗ vụn (hình 1.3),
các nguyên liệu có kích thước lớn sẽ ñược ñưa tới máy làm nhỏ ñể nghiền thành
mùn cưa (hình 1.3) có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng 4 mm.
Sau ñó nguyên liệu ñược vận chuyển tới hệ thống sấy ñể sấy cho ñạt tới ñộ
ẩm phù hợp với công nghệ ép viên (khoảng 10 – 14%).

Viên nén sau khi ñược tạo ra có nhiệt ñộ và ñộ ẩm bề mặt khá cao và ñược
ñưa vào hệ thống làm mát sẽ làm giảm nhiệt ñộ, tăng ñộ cứng của viên, rồi
chuyển tới hệ thống ñóng bao bảo quản hoặc mang ñi tiêu thụ.
1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy sấy trong sản xuất viên
nhiên liệu
Trong công nghệ sản xuất viên nhiên liệu công ñoạn làm khô và bảo quản
ñóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng rất nhiều tới chất lượng sản phẩm cũng
như các ñiều kiện sử dụng. Chế ñộ làm khô và giải pháp kỹ thuật thực hiện
quyết ñịnh tới hiệu quả kinh tế. Có rất nhiều giải pháp kỹ thuật ñược ứng
dụng trong công nghệ sản xuất viên nhiên liệu, song nhìn chung ở Việt Nam
chỉ mới dừng lại ở các phương pháp thủ công. ðã có một số ñơn vị ñứng ra
ñầu tư sản xuất viên nhiên liệu nhưng do không quan tâm một cách ñồng bộ
về công nghệ sản xuất vì lý do kinh tế, nên chỉ chú trọng ñến khâu ép viên.
Chính vì vậy ñã dẫn ñến chất lượng cũng như ñộ ổn ñịnh của sản phẩm không
ñược tốt.
Ở các nước có nền sản xuất viên nhiên liệu phát triển, công ñoạn làm khô
rất ñược quan tâm, chú trọng và chế ñộ làm khô bằng phương pháp sấy rất ña
dạng (tùy thuộc vào tình hình khí hậu và ñối tượng sấy). Các giải pháp kỹ
thuật thực hiện chế ñộ sấy ñược nhiều hãng có tên tuổi trên thế giới lựa chọn
ứng dụng, trong ñó phải kể tới máy sấy trống quay của hãng Tesla – ðức, của
Hàn Quốc, Nhật Bản…
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

12

Một số công nghệ/thiết bị có thể sử dụng ñể sấy nguyên liệu trong công
nghệ sản xuất viên nhiên liệu ñược trình bày cụ thể như dưới ñây:
1.3.1 Thiết bị sấy vỉ ngang
Trên hình 1.4 trình bày nguyên lý sấy vỉ ngang: nguyên liệu ñược ñặt trong
các vỉ nằm ngang trong buồng sấy, tác nhân sấy ñược thổi qua sàn sấy có hệ

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut

13

tớch mt sn nh xng, nng sut thp, quỏ trỡnh cp liu v thỏo liu tn rt
nhiu nhõn cụng, cht lng ca sn phm khụng cao.
1.3.2. H thng sy khớ ủng
Trờn hỡnh 1.5 mụ t cụng ngh/thit b sy khớ ủng kiu ng v kiu
xyclone. a. b.
Hỡnh 1.5: Nguyờn lý thit b sy khớ ủng
a, Nguyờn lý sy khớ ủng kiu ng b, Nguyờn lớ sy khớ ủng
c, kiu cyclon
Quỏ trỡnh sy ủc thc hin trong ng dn hoc trong cyclone. Tỏc nhõn
sy v vt liu sy chuyn ủng cựng chiu vi nhau, ủng thi trong quỏ
trỡnh dch chuyn ủú xy ra quỏ trỡnh trao ủi nhit m. Hi m thoỏt ra trong
quỏ trỡnh sy ủc tỏch ra ngoi theo ca x khớ thi, sn phm sau khi sy
ủc thu hi ti ca thu sn phm ca cyclone.
Thit b sy kiu khớ ủng cú u nhc ủim nh sau:
* u ủim: thi gian sy ngn, hiu qu sy v nng sut sy cao, cú th
ỏp dng quy mụ cụng nghip.
Tác nhân sấy và
nguyên liệu
Khí thải
Khí thả

chế tạo không cần ñộ chính xác cao máy vận hành êm dịu.
1
2
3
6
5
4
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

15

* Nhược ñiểm: năng suất máy không cao, khi áp dụng ñối tượng sấy là
mùn cưa thì không phù hợp.
1.3.4 Máy sấy liên tục kiểu trống quay một vòng
Loại máy trống quay một vòng (hình 1.7 – 1.8) có các kiểu cách gạt, kiểu rô to,
kiểu có ống tác nhân. Máy sấy thùng quay một vòng ñược ứng dụng trong nhiều
ngành chế biến nông sản như sấy chè, cà phê, sấy thóc, ngô và trong các lĩnh vực
công nghiệp nặng như: quặng, si măng. Vật liệu ñi cùng chiều với tác nhân sấy
trong trống sấy. Sau khi thực hiện chu trình ñi từ ñầu vào tới ñầu ra sản phẩm ñạt
ñộ ẩm bảo quản. Tác nhân sấy sử dụng là nguồn nhiệt ñốt trực tiếp từ buồng ñốt.
Khí ñốt hòa trộn cùng không khí ñi thẳng vào trong trống sấy. ðối với loại máy
sấy kiểu trống quay một vòng này thì thời gian sấy khá dài.
* Ưu ñiểm: Cấu tạo tương ñối ñơn giản, ñộ ẩm của sản phẩm sau khi sấy khá
ñồng ñều. Loại này dùng phổ biến cho sấy sản phẩm dạng viên, mảnh, cục tơi rời,
có thể nâng lên năng suất cao bằng cách cải tiến máy sấy thành nhiều vòng.
* Nhược ñiểm: Nhược ñiểm lớn nhất của thiết bị sấy thùng quay một vòng là
kích thước cồng kềnh, tiêu tốn năng lượng, hiệu suất trao ñổi nhiệt ẩm thấp.

Hinh 1.7: Nguyên lý cấu tạo của máy sấy trống quay một vòng
1. Buồng ñốt, 2. Cửa cấp liệu, 3. Máy trống quay một vòng , 4. Quạt hút, 5. Cyclon thu