Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
Phần I:
MỞ ĐẦU
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
3
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
Sấy là một trong các công đoạn quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch đối với các loại
nông sản. Thực tế cho thấy nếu phơi khô hoặc sấy không kịp, nhiều nông sản có thể bị mất mát
do ẩm mốc và biến chất (chiếm khoảng 10–20%, đối với một vài loại có thể lên đến 40–50%).
Ngoài ra, sấy còn là quá trình công nghệ quan trọn trong chế biến nông sản thành thương phẩm.
Trong Đồ án môn học này, em sẽ trình bày về quy trình công nghệ và thiết kế thiết bị sấy thùng
quay để sấy bắp hạt với năng suất 1,000 kg/h.
I. Giới thiệu về nguyên liệu bắp:
Bắp vừa là cây lương thực vừa là cây thức ăn gia súc rất quan trọng, đứng hàng thứ ba trên
thế giới. Diện tích trồng bắp hàng năm của thế giới hiện nay khoảng 129 triệu ha, năng usất
bình quân khảong 3.8 triệu tấn/ha, tổng sản lượng bắp trên 525 triệu tấn. Hầu như 100%
diện tích bắp của các nước tiên tiến đều được trồng bằng các giống bắp lai nên đạt năng
suất bình quân 7–9.4 tấn/ha.
Diện tích bắp của Việt Nam tăng dần từ 119,000 ha (1939) lên 392,000 ha (1985) và
khoảng 730,000 ha (1998).
Năng suất bắp của nước ta trong thời gian qua cũng tăng nhanh. Đến năm 1998, đã đạt
được 26.7 tạ/ha.
Các cơ quan sinh dưỡng của bắp gồm: rễ, thân, lá làm nhiệm vụ duy trì đời sống của cây
bắp. Phôi và hạt là khởi thủy của cây mầm.
Các cơ quan sinh sản đực (bông cờ) và cái (mầm bắp) khác biệt nhau nhưng nằm trên cùng
một cây. Ngô giao phấn chéo nhờ gió và côn trùng.
Khi thu hoạch, con người chỉ sử dụng hạt ngô làm thực phẩm. Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh
gồm 4 bộ phận chính: vỏ hạt, lớp aleron, phôi, và nội nhũ.
- Vỏ hạt (chiếm 6–9% khối lượng hạt ngô): là một màng nhẵn bao bọc xung quanh hạt
có màu trắng, màu tím hoặc vàng tùy thuộc vào giống.
- Lớp aleron (6–8%): nằm sau vỏ hạt bao bọc lấy nội nhũ và phôi.

nhanh, và độ đồng đều của sản phẩm cao. Ngoài ra, thiết bị còn có thể làm việc với năng
suất lớn.
Tác nhân sấy sử dụng là khói lò, được tạo ra từ quá trình đốt than. Do sản phẩm bắp sau
khi sấy dùng để bảo quản để chế biến thực phẩm, nên khói lò trước khi ra khỏi buồng đốt
được đi qua nhiều đoạn hình ziczac để tách bớt bụi, sau đó mới được đưa vào thùng sấy.
Nguyên liệu bắp là một nguyên liệu chứa rất nhiều tinh bột. Chế độ công nghệ sấy tinh bột
lại phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ hồ hóa sản phẩm. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoảng
65°C, do đó ta cần chọn nhiệt độ tác nhân sấy phù hợp, không cao nhưng cũng không quá
thấp, mục đích là đẩy nhanh quá trình sấy, và không làm cho nhiệt độ của nguyên liệu vượt
quá nhiệt độ hồ hóa.
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
5
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
Phần II:
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
6
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
7
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
Thuyết minh quy trình công nghệ:
Vật liệu sấy là bắp hạt sau khi được rửa sạch, tuốt ra khỏi cùi, được cho vào buồng chứa, sau
đó được nhập liệu vào thùng sấy bằng hệ thống gầu tải. Bắp hạt khi vào thùng sấy có độ ẩm
35%, chuyển động cùng chiều với tác nhân sấy.
Tác nhân sấy sử dụng là khói lò, tạo ra từ nhiên liệu đốt là than, sau khi qua buồng đốt được
hòa trộn với không khí bên ngoài để đạt nhiệt độ thích hợp cho quá trình sấy. Dòng tác nhân
sấy được gia tốc bằng quạt đẩy đặt ở trước thiết bị, và quạt hút đặt cuối thiết bị.
Trên đường ống dẫn khói lò vào buồng hòa trộn và đường ống dẫn không khí từ môi trường
vào buồng hòa trộn đều có các van, dùng để điều chỉnh lưu lượng các dòng. Đặt nhiệt kế ở sau

 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (theo vật liệu ướt):
ω
1
= 35%
 Độ ẩm cuối của vật liệu sấy (theo vật liệu ướt):
ω
1
= 11%
 Khối lượng riêng hạt vật liệu:
ρ
r
= 1,253 kg/m
3
(Bảng 2.4/47–[2])
 Khối lượng riêng khối hạt:
ρ
r
= 850 kg/m
3
(Phụ lục 4/230–[3])
 Nhiệt dung riêng của vật liệu khô:
C
k
= 1.2 – 1.7 kJ/kg.K (Trang 20–[1])
Chọn C
k
= 1.7 kJ/kg.K
 Kích thước hạt bắp: (Phụ lục 7/351–[1])
- Dài : l = 4.2 – 8.6 mm.
- Rộng : b = 1.6 – 4.0 mm.

Phương trình cân bằng vật chất:
1 2
1 1 2 2
W G G
W G G
ω ω
= −
= −
(Trang 127–[1])
Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ:
1 2
1
2
0.35 0.11
1,000 269.66 ( / )
1 1 0.11
W G kg h
ω ω
ω
− −
= = =
− −
Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
( ) ( )
( )
1 1 2 2
1 1
1,000 1 0.35 650 ( / )
k
k

ϕ
ϕ
×
=
− ×
(CT 2.18/28–[1])
0.621
1
( )
0.621
1
a
b
a
b
P
P
d
P
P bar
d
ϕ
ϕ

=

 
+

 

C
pk
= 1.004 (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của không khí khô.
C
pa
= 1.842 (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của hơi nước.
r = 2,500 (kJ/kg) : ẩn nhiệt hóa hơi của nước.
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
11
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
( )
1.004 2,500 1.842 ( / )
1.004
(kg aåm/kg khoâng khí khoâ)
2,500 1.842
2,500
( )
1.004 1.842
I t d t kJ kg
I t
d
t
I d
t C
d
⇒ = × + + ×
− ×

=


.
2. Xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:
a. Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):
Không khí ngoài trời có:
- Nhiệt độ : t
0
= 27°C
- Độ ẩm : ϕ = 75%
Áp suất hơi bão hòa:
4,026.42
exp 12 0.035 ( )
235.5 27
b
P bar
 
= − =
 
+
 
Độ chứa ẩm:
0
0.75 0.035
0.621 0.01707 (kg aåm/kg khoâng khí)
0.981 0.75 0.035
d
×
= =
− ×
Enthalpy:
( )

12
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
( )
( )
33,858 125,400 10,868
33,858 0.57 125,400 0.046 10,868 0.026 0.016
24,958.78 ( / nhieân lieäu)
c
Q C H O S
kJ kg
= × + × − −
= × + × − −
=
(CT 3.2/53–[1])
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu:
2,500(9 )
24,958.78 2,500(9 0.046 0.15)
23,548.78 ( / nhieân lieäu)
t c
Q Q H A
kJ kg
= − +
= − × +
=
(CT 3.4/53–[1])
Lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy:
( )
( )
0
11.6 34.8 4.3

nhân sấy là khói lò trước khi đi vào thùng sấy cần phải qua quá trình hòa trộn
với không khí ngoài trời để có một nhiệt độ thích hợp.
Gọi α là hệ số không khí thừa của buồng hòa trộn, là tỉ số giữa lượng không
khí khô cần cung cấp thực tế cho buồng đốt cộng với lượng không khí khô đưa
vào buồng hòa trộn chia cho lượng không khí khô lý thuyết cần thiết cho quá
trình cháy.
( ) ( )
( )
( )
bñ
0
1
0 0 1 0
9 1 9
C nl nl a pk
a a pk
Q C t i H A C t H A Tr
L d i i C t t
η
α
 
+ − + − − + +
 
=
 
− + −
 
(CT 3.15/57–[1])
Trong đó:
- Chọn hiệu suất buồng đốt η

1
9 1 9
24,958.78 0.6 0.12 27 2,628.940 9 0.046 0.15
1.004 70 1 9 0.046 0.15 0.19
13,478.50 ( / )
C nl nl a pk
Q C t i H A C t H A Tr
kJ kg
η
 
+ − + − − + + =
 
= × + × − × +
 
− × − × + + =
 
=
( )
( )
( ) ( )
0
0 0 1 0
8.17 0.01707 2,628.940 2,549.734 1.004 70 27
363.761 ( / )
a a pk
L d i i C t t
kJ kg
 
− + − =
 

G H A L d
α
= + + × ×
= × + + × ×
=
(CT 3.21/58–[1])
 Khối lượng khói khơ:
- Sau buồng đốt:
( ) ( )
( ) ( )
bđ 0
1 9
1.5 8.17 1 0.19 9 0.046 0.15
12.501 (kg khói khô/kg nhiên liệu)
k
L L Tr H A
α
′
= × + − + +
= × + − + × +
=
(CT 3.23/59–[1])
- Sau buồng hòa trộn:
( ) ( )
( ) ( )
0
1 9
37.053 8.17 1 0.19 9 0.046 0.15
302.969 (kg khói khô/kg nhiên liệu)
k

d
L
= = =
(CT 3.27/59–
[1])
GVHD: Thầy Hồng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
14
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
 Enthalpy của khói lò: (kJ/kg không khí)
- Sau buồng đốt:
bñ bñ 0 0
1
24,958.78 0.6 0.12 27 1.5 8.17 0.01707
12.501
1,267.427 (kJ/kg khoùi khoâ)
C nl nl
k
Q C t L d
I
L
η α
+ + × ×
′
=
′
× + × + × ×
=
=
(CT 3.31/60–[1])
- Sau buồng hòa trộn:

− × − ×
′
= = = °
′
+ × + ×
1
995.5t C
′
⇒ °;
- Sau buồng hòa trộn:
( )
1 1
1
1
2,500 120.014 2,500 0.01892
70
1.004 1.842 1.004 1.842 0.01892
I d
t C
d
− × − ×
= = = °
+ × + ×
 Áp suất hơi bão hòa: (bar)
- Sau buồng đốt:
1
4,026.42
exp 12 6,180.454 ( )
235.5 995.5
b

′
= = ×
 
+
 
 
- Sau buồng hòa trộn:
1
0.981
0.09448
0.621
0.307 1
0.01892
ϕ
= =
 
+
 
 
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
15
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
 Thể tích riêng:
- Sau buồng đốt:
( )
5
3
1
5
288 995.5 273 10

vật liệu. Khi ẩm tách khỏi vật liệu, lại bay vào trong khói, do đó ẩm đã mang toàn
bộ nhiệt lượng mà khói đã mất trả lại dưới dạng ẩn nhiệt hóa hơi r và nhiệt vật lý
của hơi nước C
pa
t. Vì vậy, quá trình sấy lý thuyết bằng khói lò được xem là quá
trình đẳng enthalpy.
Ta có các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết được xác định như
sau:
- Enthalpy: I
20
= I
1
= 120.014 kJ/kg khói khô.
- Chọn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy là t
20
= 36°C.
- Áp suất hơi bão hòa:
2
4,026.42
exp 12 0.059 ( )
235.5 36
b
P bar
 
= − =
 
+
 
- Độ chứa ẩm:
20

−
× + ×
= =
− ×
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
16
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết
Đại lượng
Không khí
ngoài trời
(A)
Tác nhân sấy
sau buồng đốt
(B’)
Tác nhân sấy sau
buồng hòa trộn (B)
Tác nhân sấy ra
khỏi thiết bị sấy
(C)
t (
°
C)
27 995.5 70 36
ϕ
(%)
75 0.0014 9.448 83.13
d (kg ẩm/kg kk) 0.01707 0.06184 0.01892 0.03268
I (kJ/kg kk) 70.632 1,267.427 120.014 120.014
P

0
20 1
1 1
72.67 (kg khoùi khoâ/h)
0.03268 0.01892
L
l
W d d
′
′
= = = =
− −
(CT 7.14/131–[1])
0 0
72.67 269.66 19,596.19 ( / )L l W kg h
′ ′
⇒ = × = × =
Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết:
( ) ( )
0 0 1 0 0 20 0
Q L I I L I I
′ ′
= − = −
(CT 7.15/131–[1])
Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết:
( )
0
19,596.19 120.014 70.632 967,699.05 ( / )Q kJ h= − =
Nhiệt lượng tiêu hao riêng:
0

( )
1 1
1 V a V
G W C W C t
 
− + ×
 
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
17
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy:
- Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi :
( )
2 0
L I I
′
−
- Nhiệt vật lý của vật liệu sấy mang ra :
2 2
2 V V
G C t× ×
- Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường : Q
mt
.
Cân bằng nhiệt lượng vào ra thiết bị sấy, ta có:
( ) ( ) ( )
1 1 2 2
1 0 1 2 0 2V a V V V mt
L I I G W C W C t L I I G C t Q
 

⇒ = − = − + + − × ×
Xét cho 1kg ẩm cần bốc hơi:
( ) ( )
1
1 0 2 0 V mt a V
q l I I l I I q q C t
′ ′
= − = − + + − ×
Trong đó:
2 1
1
; ;
V mt
V mt
Q Q
q q l
W W d d
′
= = =
−
Đặt
1
a V V mt
C t q q∆ = × − −
o Xác định q
V
:
( )
2 2
1

V
t t C= − = − = °
: nhiệt độ ra khỏi thiết bị sấy của vật liệu sấy. Ta chọn
nhỏ hơn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy 3–5°C.
Vậy
( )
730.34 1.974 33 27
32.078 (kJ/kg aåm)
269.66
V
q
× −
= =
o Xác định C
a
.t
V1
:
1
4.1868 27 113.044 (kJ/kg aåm)
a V
C t× = × =
o Xác định q
mt
:
Tổn thất nhiệt ra môi trường q
mt
thường chiếm khoảng 3–5% nhiệt lượng tiêu hao
hữu ích.
( )