BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ
XỬ LÝ NHIỆT - ẨM HẠT ĐIỀU THÔ

Họ và tên sinh viên: PHẠM QUỐC SỸ.
NGUYỄN THÀNH TRUNG.
Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH.
Niên khóa: 2006 – 2010.

Tháng 7 năm 2010


TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ
XỬ LÝ NHIỆT - ẨM HẠT ĐIỀU THÔ

Tác giả.

PHẠM QUỐC SỸ
NGUYỄN THÀNH TRUNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành:
Công Nghệ Nhiệt Lạnh.

Giáo viên hướng dẫn:
ThS. NGUYỄN VĂN CÔNG CHÍNH
ThS. NGUYỄN DUY ĐỨC

Có nhiều phương pháp xử lý hạt điều thô như: hấp bằng hơi nước, rang trong dầu
vỏ, rang trực tiếp (đốt), sấy nóng… Hiện nay chỉ tồn tại hai phương pháp chính là chao
dầu và hấp. Qua quá trình nghiên cứu, tổng hợp ưu nhược điểm của các phương pháp
trên, phương pháp xử lý nhiệt ẩm hạt điều thô trong thiết bị sấy thùng quay là một
phương pháp mới, kế thừa được những ưu điểm và khắc phục được các nhược điểm
của các phương pháp trước. Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài: “TÍNH TOÁN, THIẾT
KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ XỬ LÝ NHIỆT - ẨM HẠT ĐIỀU THÔ” .
Thiết bị là máy sấy thùng quay với những thông số tính toán ban đầu như sau:
• Sấy liên tục năng suất 1 tấn/h.
• Vật liệu sấy là hạt điều thô.
• Thời gian sấy 3 ÷ 10 phút.
• Tác nhân sấy là khói lò kết hợp với phun ẩm
• Nhiệt độ sấy 180 ÷ 300 0C.
Phương pháp xử lý nhiệt - ẩm làm cho dầu bên trong vỏ giãn nở đẩy vỏ hạt điều
phồng lên, nứt ra để dầu vỏ bên trong thoát ra đồng thời tạo ra một khoảng hở giữa vỏ
và nhân, khi bóc vỏ nhân không bị bể vỡ và không bị dính bẩn dầu vỏ.
Hơn 3 tháng thực hiện, máy đang được chế tạo tại Trung Tâm Công Nghệ &
Thiết Bị Nhiệt Lạnh, khoa Cơ Khí Công Nghệ, trường Đại học Nông Lâm. Khi công
việc chế tạo hoàn thành máy sẽ được mang đi khảo nghiệm phục vụ cho quá trình
nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt ẩm hạt điều. Từ đó sẽ có được những nhận xét một
cách toàn diện hơn về công nghệ xử lý nhiệt ẩm hạt điều.
iii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
4

Hình 2.1 – Quả điều và nhân điều.
Hình 2.2 – Nhân điều.


Hình 4.4 – Thể hiện cách bố trí cánh nâng đổ trong thùng quay.

40

Hình 4.5 – Tiết diện thùng quay.

40

Hình 4.6 – Vẽ chi tiết khung đỡ.

41

Hình 4.7 – Vẽ chi tiết lò đốt.

51

Hình 4.8 – Vẽ chi tiết xyclon.

54

Hình 4.9 – Cấu tạo của roto.

55

Hình 4.10 – Bộ phận cấp liệu kiểu cánh quay.

57

iv

37

Bảng 4.5 – Kết quả: G (tấn/h).

37

Bảng 4.6 – Kết quả: G (tấn/h).

38

v


MỤC LỤC.
TRANG TỰA ..................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ ii
TÓM TẮT..................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................................iv
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................... v
MỤC LỤC. ....................................................................................................................vi
Chương 1. MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
Chương 2. TỔNG QUAN............................................................................................... 3
2.1. Tra cứu tài liệu:........................................................................................................ 3
2.1.1. Tìm hiểu về cây điều ở Việt Nam: ....................................................................... 3
2.1.2. Sản lượng hạt điều mỗi năm: ................................................................................ 3
2.1.3. Cấu tạo thành phần hạt điều: ................................................................................ 4
2.1.4. Giá trị sử dụng hạt điều thành phẩm: ................................................................... 4
2.1.5. Dầu vỏ điều: ......................................................................................................... 5
2.1.6. Tìm hiểu các phương pháp xử lý hạt điều thô: ..................................................... 6
2.1.7. Ứng dụng phương pháp sấy xử lý hạt điều thô: ................................................... 8

4.3.4. Thiết kế cánh đảo bên trong thùng sấy: ..............................................................39
4.3.5. Tính toán bộ phận đỡ cho thùng sấy: .................................................................41
4.3.6. Tính công suất của máy sấy thùng quay: ...........................................................41
4.4. Tính nhiệt cần thiết cho quá trình sấy (sấy có hồi lưu): ........................................42
4.5. Lựa chọn bộ phận phun ẩm: ..................................................................................48
4.6. Tính toán lò đốt: ....................................................................................................49
4.7. Tính toán chọn quạt: ..............................................................................................51
4.8. Lựa chọn xyclon: ...................................................................................................52
4.9. Tính toán bộ phận cấp và thoát liệu: .....................................................................54
4.10. Chọn bộ truyền của hệ thống sấy thùng quay: ....................................................57
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. .......................................................................58
5.1. Kết luận..................................................................................................................58
5.2. Đề nghị. .................................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................59
PHỤ LỤC .....................................................................................................................60
vii


Chương 1
MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp nói chung, trong thời gian qua
xuất khẩu những sản phẩm từ các cây công nghiệp như: cà phê, cao su, tiêu….và đặc biệt
là sản phẩm từ cây điều cũng rất quan trọng. Ở nước ta, cây điều được xếp thứ tư trong số
các cây công nghiệp có sản phẩm xuất khẩu cao vùng đất khô cằn nên rất phù hợp với
nhiều vùng đất có thời tiết khắc nghiệt của nước ta. Cây điều dễ sống hơn so với nhiều
loại cây trồng khác, có thể tồn tại và phát triển được ở những.
Ngày nay, sản lượng hạt điều xuất khẩu của Việt Nam đã vươn lên nằm trong ba
nước đứng đầu thế giới. Cây điều đã trở thành cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế cao. Vì
vậy, cây điều ngày càng được sự quan tâm của chính phủ và các cấp lãnh đạo ở nhiều địa
phương.

lý thuyết về xử lý hạt điều thô ban đầu.
Do thời gian thực hiện đề tài ngắn, cùng với khả năng còn hạn chế nên đề tài khó
tránh khỏi sai sót mặc dù đã cố gắng tìm tòi, học hỏi từ thầy cô và bạn bè. Kính mong quí
thầy cô và các bạn sinh viên nhiệt tình đóng góp ý kiến cho đề tài được hoàn thiện hơn.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Tra cứu tài liệu:
2.1.1. Tìm hiểu về cây điều ở Việt Nam:
Điều là cây ăn quả lâu năm, tên khoa học là anacardium occidentale, thuộc họ
anacardiceae, tên tiếng Anh là cashew-nut, ngoài ra còn có tên là “đào lộn hột”.
Ở Việt Nam cây điều đã được trồng từ rất lâu, từ trước năm 1959 cây điều đã được
trồng ở Bình Phước và tới năm 1970 – 1974 ở Bình Phước đã có vài cơ sở công nghiệp
chế biến hạt điều. Từ năm 1990 cây điều đã thật sự phát triển và được trồng rộng rãi trên
khắp cả nước. Hiện nay, Việt Nam có trên 450.000 ha điều và có trên 200 nhà máy chế
biến và xuất khẩu nhân điều với hơn 200.000 công nhân và 800.000 người dân tham gia
trồng điều. Trong đó, tỉnh Bình Phước được mệnh danh là “thủ phủ của điều“ với diện
tích khoảng 200.000 ha, chiếm 45% diện tích cả nước và hàng trăm nhà máy chế biến
điều.
2.1.2. Sản lượng hạt điều mỗi năm:
Trong 32 nước xuất khẩu hạt điều đứng đầu thế giới, Việt Nam luôn đứng trong tốp
3 nước đứng đầu. Từ năm 2006 tới nay, Việt Nam đã vượt qua Ấn Độ để trở thành nước
xuất khẩu điều nhân số 1 thế giới. Kim ngạch xuất khẩu không ngừng tăng trưởng, năm
2006 đạt 504 triệu USD, năm 2007 đạt 651 triệu USD, năm 2008 đạt 920 triệu USD. Năm
2009 do tác động của cuộc khủng hoảng của nền kinh tế thế giới, nhưng kim ngạch xuất
khẩu vẫn đạt 850 triệu USD. Theo dự báo năm 2010 kim ngạch xuất khẩu điều ở nước ta
sẽ đạt 1 tỷ USD.

Nhân điều là sản phẩm được giao dịch chủ yếu trên thị trường quốc tế. Nhân điều có
giá trị dinh dưỡng cao, thành phần chủ yếu: 45÷46% chất béo, 15÷20% chất đạm và
20÷25% chất đường bột. Tuy tỉ lệ chất béo, đạm và đường bột của nhân điều gần giống
với nhân đậu phộng nhưng chất lượng của chúng khác nhau, nhân điều chứa nhiều chất
béo không no và giàu axit amin hơn nhân đậu phộng.
Nhân điều giàu đạm, Ca, P hữu cơ, các axit béo không no, các vitamin B1, B2, D, E,
PP vì vậy nhân điều giàu dinh dưỡng nhưng dễ tiêu, thích hợp ngay với cả chế độ ăn
kiêng.
Trong thành phần chất đạm của nhân điều hầu như có đầy đủ các axit amin không
thể thay thế được với con người tương tự như trứng, thịt, sữa. Về mặt cung cấp năng
lượng, nhân điều vượt xa so với ngũ cốc, thịt và hoa quả; nhân điều: 6000 Kcal/kg, ngũ
cốc: 3600 Kcal/kg, thịt: 1800 Kcal/kg, quả: 650 Kcal/kg.

Hình 2.2 – Nhân điều.
2.1.5. Dầu vỏ điều:
Dầu vỏ điều có màu nâu hơi đỏ có tính độc hại với da người, rất đặc, dính, mùi rất
hăng. Dầu vỏ điều không khô trong không khí ngay cả khi để trong thời gian dài vài năm
vẫn không có dấu hiệu khô nào. Thành phần hóa học của dầu vỏ thay đổi theo phương
pháp chiết xuất và nhiệt độ sử dụng. Hai thành phần chính là axit anacardic (khoảng 90%)
và cardol, là một dẫn xuất của phenol. Công dụng của dầu vỏ điều rất nhiều và có giá trị
cao như:
Polime hóa có hoặc thêm phenol để chế vecni, sơn chống thấm, làm thuốc nhuộm,
cách điện, nhựa ép, má phanh ôtô và bộ ly hợp trong các động cơ.
5


Polime với furfurol để làm sơn chống ăn mòn hóa học, sơn chịu nhiệt.
Thêm este để chế các chất cố định mùi, làm hương liệu, mỹ phẩm, làm dung môi đặc
biệt, thuốc trừ sâu.
Thêm phenolic chế xi măng đặc biệt, làm ruy băng, sơn cách điện.

- Ô nhiễm môi trường do lượng khí thải trong khi chao thải ra và lượng nước thải ra
môi trường khi xử lý nhiệt ẩm trước khi đem vào chao. Chính vì vậy năm 2000 các công
ty chế biến hạt điều bắt đầu chuyển sang công nghệ hấp.

-

Hình 2.3 – Phương pháp chao dầu.

Phương pháp hấp: là phương pháp dùng hơi nước ở 1000C (áp suất thường) hoặc hơi
nước ở nhiệt cao 1700C (áp suất > 8 kg/cm2) làm cho vỏ điều phồng lên tạo ra một khoảng
hở giữa vỏ và nhân để cắt bóc vỏ lấy nhân được dễ dàng. Thời gian hấp tùy thuộc vào độ
ẩm và kích cỡ của hạt có thể kéo dài từ 30 – 45 phút.
Ưu điểm:
- Môi trường không bị ô nhiễm do không có hơi dầu CNSL bốc ra.
- Thiết bị đơn giản, chi phí thấp phù hợp với các cơ sở sản xuất nhỏ.
Nhược điểm:
- Tỷ lệ sản phẩm nhân trắng thấp hơn phương pháp chao dầu.
- Hạt điều sau khi hấp khoảng hở giữa nhân và vỏ nhỏ hơn phương pháp chao dầu.
- Sau khi hấp xong phải để một khoảng thời gian mới mang đi cắt vỏ được.

7


Hình 2.4 – Máy hấp điều.
2.1.7. Ứng dụng phương pháp sấy xử lý hạt điều thô:
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về hai phương pháp xử lý hạt điều thô hiện nay,
chúng tôi nghiên cứu một phương pháp mới là dùng nhiệt của khói lò để sấy hạt điều thô
có kết hợp với gia ẩm trong thiết bị sấy thùng quay. Phương pháp này kế thừa từ hai
phương pháp trước đó là: dùng nhiệt độ cao 180 ÷ 3000C, thời gian xử lý hạt điều khoảng
3 ÷ 10 phút từ phương pháp rang và cách trao đổi nhiệt từ phương pháp hấp.



Ẩm độ cân bằng của vật liệu: là mức ẩm độ mà tại đó vật liệu không hút và không
nhả ẩm. Ẩm độ cân bằng của mỗi loại vật liệu sẽ khác nhau và thay đổi tùy thuộc vào
nhiệt độ và ẩm độ tương đối của không khí xung quanh nó.
Tác nhân sấy: là chất tách ẩm từ vật liệu sấy và mang ẩm ra môi trường. Tác nhân
sấy phổ biến là không khí ẩm và khói lò.
Không khí ẩm là một hỗn hợp của không khí khô và hơi nước.
Khói lò được tạo ra khi đốt các loại nhiên liệu như than đá, củi, dầu nặng… Khói lò
có thể là nguồn cung cấp nhiệt gián tiếp để đốt nóng tác nhân sấy hoặc dùng làm tác nhân
sấy trực tiếp. Thành phần của khói lò bao gồm khói khô và hơi nước. Vì vậy, với tư cách
là một tác nhân sấy, ta có thể xem khói lò như một dạng nào đó của không khí ẩm.
Phương pháp sấy có nhiều phương pháp sấy: sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bức xạ…
Sấy đối lưu: không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ,
độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động bao quanh vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi
rồi đi theo tác nhân sấy.
Tác nhân sấy có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng
chuyển động của vật liệu sấy. Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ hoặc liên tục.
Chế độ sấy: được hiểu đơn giản là tổ chức quá trình truyền nhiệt, truyền chất giữa
tác nhân sấy với vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất hệ thống sấy
theo yêu cầu, chất lượng sản phẩm tốt, chi phí vận hành, chi phí năng lượng hợp lý.
Chế độ sấy trong hệ thống sấy bao gồm các yếu tố: nhiệt độ tác nhân sấy khi đi vào
thiết bị sấy và khi ra khỏi thiết bị sấy, tốc độ tác nhân sấy.
Chọn chế độ sấy phụ thuộc vào sự làm việc của thiết bị và các tính chất của vật liệu
sấy.
Thời gian sấy phụ thuộc vào loại vật liệu sấy, hình dáng, kích thước hình học của vật
liệu, ẩm độ đầu và cuối của vật liệu, loại thiết bị sấy, phương pháp cấp nhiệt, chế độ sấy.
2.2.2 Cơ sở lý thuyết sấy:
Tra cứu tài liệu từ Hội nghị chuyên đề quốc tế khu vực Châu Á Thái Bình Dương lần
thứ bảy về sử dụng chất đốt và năng lượng, từ ngày 15-17/12/2004 tại Hồng Kông, trong

7- Oxygen (O):

38,98 %

Nhiệt trị cao của nhiên liệu:
Qc = 19800.(1-a), kJ/kg nhiên liệu.

(2-2)

Trong đó: a – là thành phần ẩm của vỏ điều, %.
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu:
Qt = Qc – 2500.(9.H + A ), kJ/kg nhiên liệu.

(2-3)

Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1kg vỏ điều:
L0 = 5,96.(1 - a), kg kk/kg nhiên liệu.

(2-4)

Hệ số không khí thừa:
α=

19800.(1 − a).η bđ + C nl .t nl − [1 − 0,451.(1 − a )]i1 − 0,431.(1 − a).C pk .t1
5,96.(1 − a ).{d 0 .(i1 − i01 ) + C pk .(t1 − t 0 )

}

.



Qc .η bđ + Cnl .t nl + α .L0 .I 0
, kJ/kg kk.
Lk

(2-8)

Lượng chứa ẩm d2 của khói sau quá trình sấy lý thuyết:
d2 =

I1 − 1,004.t 2
, kg ẩm/ kg kk.
2500 + 1,842.t 2

Entanpy I2 của khói sau khi ra khỏi thùng sấy: I2 = I1

(2-9)
(2-10)

Trạng thái hòa trộn giữa khí thoát ra từ thùng sấy và không khí bên ngoài:
Hệ số hồi lưu:
n=

dm − d0
d2 − dm

(2-11)

Trong đó: d1 = dm , kg ẩm/ kg kk.
Nhiệt độ điểm hòa trộn:

Với: d0 – hàm lượng ẩm ban đầu của không khí trước khi được nung nóng, kg H2O/
kg kkk.
12


d2 – hàm lượng ẩm của không khí sau khi sấy, kg H2O/ kg kkk.
Lượng không khí cần thiết tiêu tốn trong 1giờ:
L = ΔW.l , kg kk/h.

(2-15)

Tính toán nhiệt thùng sấy.
Nhiệt dung riêng của điều ra khỏi thùng sấy Cnl2:
C nl 2 = C nl .(1 − W2 ) + C a .W2 , kJ/kg.K.

(2-16)

Trong đó: Cnl - nhiệt dung riêng của điều, kJ/kg.K
Ca - nhiệt dung riêng của ẩm, kJ/kg.K
W2 - ẩm độ vật liệu sau khi sấy, %
• Khi đó, tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:
QV = G2Cnl 2 (t 2 − t0 ) , kJ/h.

(2-17)

Với: G2 – khối lượng vật liệu sau khi sấy, kg
qv =

Qv
, kJ/kg ẩm.

, m/s.
Ftd

(2-21)

Với: Vtb0 – lưu lượng thể tích trung bình của quá trình sấy lý thuyết, m/s.
13


Ftd – tiết diện tự do của thùng sấy, tiết diện tự do của thùng sấy có thể tính gần
đúng bằng:
Ftd = (1 − β ).Fts =

(1 − β ).π .D 2
, m2.
4

(2-22)

Trong đó: β – là hệ số điền đầy, %
D – đường kính thùng sấy, m
• Tính mật độ dòng nhiệt:
Nhiệt độ dịch thể nóng trong trường hợp này là nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy
vào và ra khỏi thùng sấy:
t f 1 = 0,5.(t1 + t 2 ) .

(2-23)

Trong đó: t1 – nhiệt độ tác nhân sấy đi vào thùng sấy, 0C
t2 – nhiệt độ tác nhân sấy đi ra khỏi thùng sấy, 0C

rối với hệ số trao đổi nhiệt α2.
14


α 2 = 1,715.(t w 2 − t f 2 ) 0,333 .

(2-27)

Trong đó: tw2 – nhiệt độ mặt ngoài của thùng sấy, 0C.
tw1 – nhiệt độ mặt trong của thùng sấy, 0C.
tf1 – là nhiệt độ dịch thể lỏng , 0C
tf2 – là nhiệt độ dịch thể nóng, 0C
α1 – hệ số trao đổi nhiệt mặt trong thùng sấy, W/m.K
α2 – hệ số trao đổi nhiệt mặt ngoài thùng sấy, W/m.K
δ – chiều dày thùng sấy, mm. Có hệ số dẫn nhiệt λ = 71,58 W/m.K.
• Tổn thất ra môi trường:
Qmt = 3,6.q.F, kJ/kg.

(2-28)

Trong đó: q – mật độ dòng nhiệt, W/m2.
F – diện tích bao quanh thùng sấy, m2. Vì chúng ta tính truyền nhiệt qua
vách thùng sấy như là truyền nhiệt qua vách phẳng, do đó diện tích bao quanh thùng sấy
bằng diện tích phần hình trụ tính theo đường kính trung bình.
F = π .Dtb .L + 2.

Trong đó: D

tb



(2-32)

Qmt + Qv
, kJ/kg ẩm.
ΔW

(2-33)

• Nhiệt lượng có ích:
q1 = i2 – Ca. t1v , kJ/kg ẩm.

(2-34)

Với: i2 – entanpy của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy, kJ/kg kk.
t1v – nhiệt độ vật liệu sấy, 0C. tnl = t0.
• Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi.
15


q2 = l.Cdx(d0),(t2 – t0) , kJ/kg ẩm.
Trong đó: Cdx(d0) – nhiệt dung riêng dẫn xuất Cdx(d0) = Cpk + Cpa.d0.

(2-35)
(2-36)

l – lượng tác nhân sấy lý thuyết, kg kk/kg ẩm.
• Tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất:
q, = q1 + q2 + qv + qmt , kJ/kg ẩm.



(2-41)

L1 = l1.ΔW , kg kk/h.

(2-42)

Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực:
V0 = v0.L1 , m3/h.

(2-43)

V2 = v2.L1, m3/h.
Suy ra: VQ = Vtb =

V1 + V2
, m3/h.
2

(2-44)

Tốc độ tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế:
w=

Vtb
m/s.
Ftd

(2-45)


Với: L - chiều dài thùng, m.
n - số vòng quay của thùng, vòng/phút.
β - góc nghiêng thùng, độ.
R - bán kính thùng, m.
K - hệ số ảnh hưởng đến dòng khí.
m - hệ số ảnh hưởng đến dạng cánh.
Bảng 2.1 – Hệ số ảnh hưởng đến dòng khí.
Kiểu cánh đảo trộn
Cánh nâng đổ
Cánh phân phối
Cánh hình quạt

Hệ số K

Hệ số m

Cùng chiều
0,7
0,7
0,2

1
0,5
0,75
17

Ngược chiều
0,5
0,5
2,0