THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY NHÂN HẠT ĐIỀU NĂNG XUẤT 1000KG MẺ

* Mụch đích đề tài - Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy sấy nhân hạt điều năng suất 1000kg/mẻ đạt được các tiêu chí sau: - Không đảo khay, đảo hạt trong quá trình sấy.. Theo kết quả

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

Y Z

NGUYỄN ĐĂNG QUÝ

LÊ TẤT TỐ

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY

NHÂN HẠT ĐIỀU NĂNG XUẤT 1000KG/ MẺ

Thành phố hồ chí minh Tháng 9-2007

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

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

Y Z

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY SẤY

NHÂN HẠT ĐIỀU NĂNG XUẤT 1000KG/ MẺ

Chuyên Ngành: Cơ Khí Nông Lâm

ThS NGUYÊN VĂN CÔNG CHÍNH Nguyễn Đăng Quý

Lê Tất Tố

Thành phố hồ chí minh Tháng 9-2007

MINISWTRY OF EDUCATION AND TRAINING

NONG LAM UNIVERSITY

FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY

DESIGNING, MANUFACTUNING AND TESTING CASHEW – NUT DRYER WITH CAPACITY

CẢM TẠ

• Tôi xin chân thành cảm ơn:

Ban giám hiệu trường ĐẠI HỌC NÔNG LÂM Thành Phố Hồ Chí Minh

Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí- Công Nghệ trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh cùng tất cả Qúi Thầy Cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tại trường

• Lòng biết ơn sâu sắc xin gửi đến :

Thầy Nguyễn Văn Công Chính đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi hoàn thành tốt luận văn này

• Xin chân thành cảm tạ Quí Thầy Cô trong khoa Cơ Khí- Công Nghệ đã đóng góp nhiều ý kiến giúp tôi trong quá trình thực hiện đề tài

• Chân thành cảm ơn cơ sở chế biến hạt điều Ngân Tâm xã suối Nho, Định Quán, tỉnh Đồng Nai đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình khảo nghiệm và khảo sát thực tế

• Gia đình đã động viên và tạo mọi điều kiện thật tốt để tôi học tập

• Mặc dù tôi đã cố gắng nhưng luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong đón nhận những đóng góp, bổ sung của Quí Thấy Cô vá các các bạn để đề tài được hoàn chỉnh hơn Xin chân thành cảm ơn

* Mụch đích đề tài

- Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy sấy nhân hạt điều năng suất 1000kg/mẻ đạt được các tiêu chí sau:

- Không đảo khay, đảo hạt trong quá trình sấy

- Giảm thời gian sấy so với các máy hiện tại

- Giữ màu hạt không thay đổi, đạt độ ẩm theo yêu cầu

* Nội dung thực hiện

- Nghiên cứu về quy trình chế biến nhân hạt điều xuất khẩu

- Nghiên cứu công đoạn sấy trong quy trình công nghệ, thiết bị

- Nghiên cứu lý thuyết sấy

- Trên cơ sở lý thuyết và thực t ế khảo sát chọn nguyên lý sấy

- Tính toán thiết kế máy

- Tiến hành chế tạo

- Lắp đặt và khảo nghiệm

- Thu thập số liệu, xử lý, đánh giá

* Thời gian thực hiện

-Đề tài được thực hiện từ tháng 5 năm 2007 đến tháng 8 năm 2007 tại khoa

Cơ khí Công nghệ trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh và cơ sở chế biến hạt điều Ngân Tâm thuộc xã Suối Nho, huyện Định Quán, tỉnh Đồng Nai

* Phương pháp nghiên cứu :

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Phương pháp thiết kế máy

- Phương pháp chế tạo

- Phương pháp khảo nghiệm

* Kết quả của đề tài

- Đã thiết kế chế tạo và đưa vào sản xuất một máy sấy nhân điều năng suất 1000 kg/mẻ tại Theo kết quả khảo nghiệm có thể rút ra những nhận xét :

- Không cần phải đảo khay, đảo xe, đảo hạt trong quá trình sấy, mà sản phẩm nhân điều vẫn đảm bảo khô đều trong toàn máy, điều này đã giảm chi phí lao động cho

cơ sở, giảm cường độ lao động nặng nhọc cho công nhân

- Thời gian sấy rút ngắn hơn hẳn so với các máy đang sử dụng (từ 9-10 giờ xuống 6,5 - 7giờ)

- Chất lượng sản phẩm được cơ sở chấp nhận, được các cán bộ kỹ thuật đánh giá là tương đương với máy đang sử dụng

- Riêng về độ vỡ hạt, do điều kiện không cho phép chúng tôi không khảo sát trong quá trình thực hiện

- Vấn đề cần quan tâm giải quyết tiếp của máy là lượng khói lò rất hôi, gây ô nhiễm môi trường Mặc dù đã khắc phục bằng cách tạo quĩ đạo xoáy trong buồng đốt, tuy nhiên vẫn còn lượng khói tương đối lớn thoát ra ống khói Hiện nay, tại cơ sở sản xuất, ống khói được nâng lên đến 8 mét để tránh bớt khói

* Kết luận :

- Đề tài đã thực hiện được mục đích ban đầu đặt ra là thiết kế, chế tạo và khảo

nghiệm một máy sấy nhân hạt điều năng suất 1000 kg/mẻ

- Sản phẩm của đề tài là máy sấy đã đạt được những tiêu chí ban đầu đặt ra là khắc phục những nhược điểm của dạng máy sấy đang sử dụng phổ biến tập trung vào các vấn đề :

+ Không đảo xe, đảo khay, đảo hạt mà sản phẩm vẫn khô đều trong toàn mẻ sấy

+ Thời gian sấy rút ngắn hơn từ 2 đến 2,5 giờ cho một mẻ

- Máy sấy đã được lắp đặt, vận hành và đưa vào sản xuất tại thực tế tại cơ sở sản xuất

* Đề nghị

- Tiếp tục khảo nghiệm để đánh giá máy chính xác hơn

- Nghiên cứu giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường khi đốt vỏ hạt điều

- Do not change tray, change nuts in drying process

- Reduce drying-time in comparison with used-dryer

- Keep color of product do not change, achieve moisture according to ask

2 Contents

- Research on export cashew- nuts manufacturing process

- Research on dry step in process

- Research on drying theory

- Choose drying principle base on theory and in reality test

- Calculation, design cashew- nuts dryer

- Carry out manufacturing

- Assemble and test

- Collect, data- processing and evaluate

3 A period of researching thesis

- The theme was researched from 05/ 2007 to 08 /2007 at Agricultural

engineering Faculty, Nong Lam university and Ngâm Tâm manufactory, Suối Nho village, Định Quán Dist, Đồng Nai Province

4 The methods of researching

- Research on theory

- Design of machine

- Manufacture of machine

- Test method

5 The thesis’s results

- Design,manufacture and had started operations a cashew- nut dryer capacity

1000 kg/batch

According to the results, we have some comments:

- Do not change tray, change transport, change nuts in drying process, but

product is still equal dry in machine Reduce working expenditure, working power

- Drying – time is shorten than used machine ( from 9-10 hour down 6,5-7 hour)

- Quality products were accepted by technical cadre at manufactory

- We were not allowed to research on brokend nuts

- A matter should be solved: smokes had a bad smell, cause pollution of

environment Although we create trajectory in burning bin, however still remain

+ Drying-time is shorter, from 2 to 2,5 hours/ batch

- The cashew-nut drying was assembled, operated, produced

7 Suggestion

- Continue to test, evaluate this drying more exactly

- Researching on solution to minimize enviromental pollution when burning cashew- nut peel

Mục lục

Chương 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 2

1.3 NỘI DUNG TH ỰC HI ỆN 2

1.4 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN 2

Chương 2 3

TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ ĐỀ TÀI 3

2.1 Giới thiệu chung về cây điều 3

2.1.1 Cấu tạo hạt điều thô 3

2.1.2 Nhân điều 4

2.1.3 Dầu vỏ điều 5

2.1.4 Công nghệ chế biến nhân hạt điều 6

2.2 Tổng quan về sấy 10

2.2.1 Sơ lược về sấy 10

2.2.2 Bản chất của quá trình sấy đối lưu 11

2.2.3 Mối liên kết ẩm của vật liệu sấy 11

2.2.4 Nguyên lý thoát ẩm 11

2.2.5 Đường cong sấy 12

2.2.6 Ẩm độ vật liệu 13

2.2.7 Giới thiệu một số kiểu máy sấy không đảo trộn vật liệu thông dụng 13

2.2.8 Tính toán chi phí nhiệt và chi phí tác nhân sấy 15

2.3 Nhiên liệu 18

2.3.1 Khái niệm 18

2.3.2 Nhiệt trị của nhiên liệu rắn 18

2.3.3 Các phương trình của phản ứng cháy 19

2.3.4 Tính toán kỹ thuật nhiệt buồng đốt 23

2.4 Truyền nhiệt qua tường phẳng một lớp và nhiều lớp 25

Chương 3 28

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 28

3.2 Phương pháp thiết kế máy 28

3.3 Phương pháp chế tạo 28

3.4 Phương pháp khảo nghiệm 29

3.5 Nội dung thực hiện 29

3.6 Phương tiện phục vụ đề tài: 29

Chương 4 30

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

4.1 Tổng hợp các số liệu thiết kế ban đầu : 30

4.2 Lựa chọn mô hình máy thiết kế 30

4.3 Thiết kế khay sấy 32

4.4 Thiết kế xe goòng 33

4.5 Thiết kế khung máy : 34

4.6 Thiết kế vách buồng sấy 36

4.7 Tính toán chi phí tác nhân sấy và chi phí nhiệt 37

4.8 Xác định lượng nhiên liệu cần thiết 40

4.9 Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt 41

4.10 Chọn quạt cho máy sấy : 45

4.11 Thiết kế khung trên của máy 46

4.12 Thiết kế mạch điều khiển đảo chiều động cơ 47

4.13 Thiết kế lò đốt 48

4.12 Xây dựng bản vẽ lắp toàn máy 50

4.14 Chế tạo máy : 51

4.15 Khảo nghiệm máy 52

4.15.1 Khảo nghiệm sơ bộ 52

4.15.2 Khảo nghiệm có tải 52

4.15.3 Thảo luận : 53

Chương 5 55

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 55

5.1 Kết luận : 55

5.2 Đề nghị 55

Chương 6 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 57

Db (dry basis) : Cơ sở khô

t : Thời gian sấy

v : Vận tốc gió

wb (wet basis ) : Cơ sở ướt

DANG SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 kích thước và trọng lượng hạt điều thô………4 Bảng 2.2 Giá nhân và lạc nhân xuất khẩu từ 19-15/03/2007……… 6 Bảng 2.3 Phân loại tổng quát về nhiên liệu ………18 Bảng 2.4 Công thức tính đổi giữa nhiệt trị cao và nhiệt trị của than………… 19 Bảng 2.5 Lượng không khí lý thuyết gần đúng ……….21 Bảng 2.6 Bảng mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt kgcal/m3h ( W/m3)………24 Bảng 2.7 Cường độ cháy và cường độ nhiệt của ghi lò khi đốt cháy hoàn toàn 24

Bảng 2.8 Tiết diện sống của ghi……… 24

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH 1 Trái điều………3

Hình 2 Cấu tạo hạt điều thô………3

Hình 3 Một số sản phẩm nhân điều………5

Hình 4 Sơ đồ công nghệ chế biến hạt điều theo phương pháp hấp………7

Hình 6 Máy phân cỡ hạt điều thô……… 8

Hình 7: Máy hấp hạt điều………8

Hình 8: Máy sấy nhân điều phổ biến hiện nay………10

Hình 9: Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy………12

Hình 10: Nguyên lý sấy theo kiểu gió thổi ngang………14

Hình 11: Nguyên lý sấy khay kiểu gió thổi xuyên khay……… 14

Hình 12 Nguyên lý sấy hầm………15

Hình 13 Biểu diễn quá trình sấy không hồi lưu trên giản đồ……… 17

Hình 14 Biểu diễn quá trình sấy có hồi lưu trên giản đồ……….17

Hình 15 Đặc trưng thay đổi nhiệt độ khi truyền nhiệt qua tường phẳng……….25

Hình 4.1.Mô hình máy thiết kế……….31

Hình 4.2 Cấu tạo khay sấy……… 33

Hình 4.3 bản vẽ xe goong………33

Hình 4.4 xe goong sau khi chế tạo……… 34

Hình 4.5 Bố trí vị trí xe goong ………34

Hình 4.6 Kết cấu khung dưới của máy sấy……… 35

Hình 4.7 Bố trí cánh chỉnh gió……….36

Hình 4.8 Kết cấu vách buồng sấy……… 36

Hình 4.9 Biểu diễn quá trình sấy trên giản đồ I-d………37

Hình 4.10 Biểu đố tra hệ số ảnh hưởng nhiệt ……… 44

Hình 4.11 Bộ trao đổi nhiệt……… 45

Hình 4.12 Khung trên của máy sấy ……….46

Hình 4.13 Bố trí quạt và cánh hướng dòng trong khung trên……… 47

Hình 4.14 Bố trí bộ trao đổi nhiệt trong khung trên………47

Hình 4.15 Mạch điện điều khiển tự động đảo chiều quay động cơ 3 pha…… 48

Hình 4.16 Cấu tạo lò đốt ……….49

Hình 4.17 Cấu tạo ghi lò……… 49

Hình 4.19 Băng tải vỏ điều tự động……….50

Hình 4.20 Bảng vẽ lắp toàn máy sấy nhân điều 1000 kg/mẻ……… 50

Hình 4.21 Máy sau khi được chế tạo và lắp ghép tại cơ sở sản xuất………… 51

Hình 4.22 Nhân sau khi sấy………54

Hình 4.23 Nhân sau khi tách vỏ lụa………54

145 triệu USD, khoảng 3.000 tỉ đồng và đã giải quyết công việc làm cho hơn 70.000 công nhân Ngoài ra cây điều còn mang lại nhiều lợi ích cho môi trường thiên nhiên, cải tạo những vùng đất không hiệu quả cho các loại cây trồng khác

Do hiệu quả kinh tế nhiều mặt từ cây điều, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn vừa phê duyệt “Chiến lược phát triển ngành Điều đến năm 2010” Về phát triển diện tích trồng điều, Bộ chủ trương phát triển diện tích cây điều trên những địa bàn có điều kiện, nhất là các vùng đất xám ở Tây Nguyên, Đông Nam

Bộ, Duyên hải nam Trung Bộ; tập trung thâm canh và thay thế giống điều cũ bằng giống mới có năng suất, chất lượng cao nhằm đưa diện tích trồng điều cả nước từ 350.000 ha lên 450.000 ha vào năm 2010 Bộ cũng đề ra những giải pháp để xây dựng thương hiệu cho ngành điều Việt Nam trong tương lai thông qua các giải pháp đổi mới thiết bị và công nghệ chế biến hạt điều theo hướng hiện đại hoá để nâng cao giá trị và hiệu quả sản xuất

Cho đến nay, sản lượng điều thô trung bình năm của Việt Nam khoảng 150.000 tấn, cả nước có khoảng 80 nhà máy chế biến hạt điều xuất khẩu với năng suất chế biến khoảng 250 tấn thô/năm Vấn đề cần đặt ra ở đây là tất cả các nhà máy hạt điều hiện nay và cả các cơ sở chế biến nhỏ đều sử dụng một loại máy sấy khay

do trường đại học Bách Khoa chế tạo theo mẫu của Ấn Độ Nhìn chung máy đạt được yêu cầu đặt ra là sấy khô hạt điều đến ẩm độ dưới 5% tuy nhiên trong quá

trình sấy, công nhân vận hành phải thực hiện động tác đảo xe, đảo khay và đảo hạt trên từng khay Đây là công việc hết sức nặng nhọc vì nhiệt độ sấy trong máy từ 70 – 80oC, hơn nữa việc mở cửa trong thời gian dài lúc đang sấy làm tổn thất nhiệt, tăng chi phí sấy, tăng thời gian sấy lên rất nhiều

Nhằm góp phần giải quyết vấn đề nêu trên, được sự cho phép của Khoa Cơ khí – Công nghệ, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Công Chính, chúng tôi thực hiện đề tài : “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy sấy nhân hạt điều năng suất 1000 kg/mẻ”

Đây là lần đầu tiến hành nghiên cứu khoa học cùng với khả năng và kinh nghiệm có hạn, chắc chắn đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được

sự đóng góp ý kiến của quí Thầy Cô và các bạn để đề tài được tốt hơn

1.2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy sấy nhân hạt điều năng suất 1000kg/mẻ đạt được các tiêu chí sau:

- Không đảo khay, đảo hạt trong quá trình sấy

- Giảm thời gian sấy so với các máy hiện tại

- Gi ữ màu hạt không thay đ ổi, đạt độ ẩm theo yêu cầu

1.3 NỘI DUNG TH ỰC HI ỆN

- Nghiên cứu về quy trình chế biến nhân hạt điều xuất khẩu

- Nghiên cứu công đoạn sấy trong quy trình công nghệ, thiết bị

- Nghiên cứu lý thuyết sấy

- Trên cơ sở lý thuyết và thực t ế khảo sát chọn nguyên lý sấy

- Tính toán thiết kế máy

- Tiến hành chế tạo

- Lắp đặt và khảo nghiệm

- Thu thập số liệu, xử lý, đánh giá

1.4 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN

Đề tài được thực hiện từ tháng 5 năm 2007 đến tháng 8 năm 2007 tại khoa

Cơ khí Công nghệ trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh và cơ sở chế biến hạt điều Ngân Tâm thuộc xã Suối Nho, huyện Định Quán, tỉnh Đồng Nai

Chương 2

TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ ĐỀ TÀI

2.1 Giới thiệu chung về cây điều

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” vì quả điều có hạt lộn ra ngoài Thật ra về phương diện thực vật học, hạt điều chính là quả điều, còn phần có hình dạng giống như quả lê mà ta thường gọi là quả chỉ là quả giả (false fruit) do cuốn quả phình to mà thành Cây điều có nguồn gốc từ Braxil, Nam Mỹ được đưa vào vùng bờ tây của Ấn Độ bởi các nhà thương gia Bồ Đào Nha và được trồng ở nước ta từ sau khi thế kỷ 16-17 Cho đến nay, sản xuất hạt điều nước ta xếp vào hang thứ ba sau Braxil và Ấn Độ

2.1.1 Cấu tạo hạt điều thô

Hình 1 Trái điều Hình 2 Cấu tạo hạt điều thô

- Hạt điều thô có hình quả thận, cấu tạo gồm có lớp vỏ dày cứng bao bọc nhân bên trong Phần vỏ hạt cấu tạo gồm 3 lớp (hình 2.1b)

- Lớp ngoài cùng là lớp vỏ dai, nhẵn

- Lớp giữa là lớp vỏ xốp có nhiều nang nhỏ chứa dầu

- Lớp trong cùng là lớp vỏ mịn tiếp xúc với nhân hạt điều

Thông thường hạt điều có kích thước: dài 2,5-3,5 cm, rộng 1,8-2,0 cm, dày 1,5cm, nặng 5-6gram, khi tươi có màu xanh nhạt khi khô có màu nâu xám Trọng lượng thể tích trung bình của hạt điều thô từ 590-650 kg/m3

1 Góc ma sát với thép trung bình 35oC (với độ ẩm trung bình của hạt 20%)

- Độ cầu của hạt từ 68 đến 70%

- Độ rỗng trung bình của khối hạt điều 0,42

Tùy theo từng vùng trên thế giới mà kích thước cũng như trọng lượng của hạt điều khác nhau rất nhiều Braxil là nước tập trung nghiên cứu cải tạo giống điều rất tốt nên hạt điều tại đây có kích thước lớn hơn các vùng khác Hạt điều trồng ở châu Á thường có kích thước trung bình (150-200 hạt/kg)

Bảng 2.1 Kích thước và trọng lượng hạt điều thô

(nguồn: Phạm Văn Nguyên, “Cây đào lộn hột”,1990)

Thành phần cấu tạo của hạt điều thông thường hiện nay như sau:

- Nhân : 20 - 25%, dầu vỏ : 18 - 23%, vỏ lụa : 2 - 5%, Vỏ (bã) : 45 - 50%

Một tấn hạt điều thô thường chế biến được 220 kg nhân và 80 – 200 kg dầu vỏ điều ( tùy theo công nghệ trích ly ), trung bình là 120 kg

2.1.2 Nhân điều

3

Hình 3 Một số sản phẩm nhân điều

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 : 6.000Kcal/kg, ngũ cốc : 3.600Kcal/kg, thịt : 1.800Kcal/kg, quả : 650Kcal/kg

2.1.3 Dầu vỏ điều: (Tên viết tắt quốc tế là CNSL: Cashew nut shell liquid)

Dầu vỏ điều có màu nâu, rất đặc, dính, mùi rất hăng 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 phênol Công dụng của dầu vỏ điều rất nhiều và có giá trị cao

Polime hóa có hoặc thêm phênol để chế vecni, sơn chống thấm, làm thuốc nhuộm, cách điện, nhựa ép má phanh ô tô và bộ ly hợp trong các động cơ

Polime với furfurol để làm sơn chống ăn mòn hóa học, sơn chịu nhiệt

Thêm các este để chế các chất cố định mùi, làm hương liệu, mỹ phẩm, làm dung môi đặc biệt, thuốc trừ sâu

Thêm phênolic chế xi măng đặc biệt, làm ruy băng, sơn cách điện

Nhiều tác giả cho rằng cho đến nay chưa có dầu thực vật nào so được với dầu vỏ điều về phương diện nhiều công dụng và những ứng dụng có tầm quan trọng đặc biệt là trong công nghiệp

Nair (1979) cho biết khối lượng dầu vỏ điều được ứng dụng trong công nghiệp ngày càng tăng Đến giữa thập kỷ 80 nhu cầu vỏ điều trên thế giới đã lên tới trên 100.000 tấn Nước ta đã chế biến thành công dầu vỏ điều để làm sơn mài, sơn cách điện, keo dán… nhưng chỉ mới là quy mô nhỏ Bộ môn Công nghệ sinh học (Đại học Bách khoa TP.HCM) đã nghiên cứu thành công công nghệ sản xuất rượu vang từ trái điều Với công nghệ này có thể làm ra hai loại rượu vang ngọt và chát 1kg trái điều, qua xử lý, lên men bằng nấm men saccharomyses cerevisiae, điều chỉnh nồng độ cồn sẽ được 1,5 lít rượu vang có mùi thơm nhẹ và hương vị đặc trưng của trái điều

Bảng 2.2 Giá điều nhân và lạc nhân xuất khẩu tuần từ 9-15/03/2007

Đơn vị tính: USD/kg

giao hàng Nước

Nhân hạt điều Việt Nam

(Cashewnut Kernels-W240) Pound 2,53 FOB Mỹ Lạc nhân Việt Nam Tấn 969,00 CANDF Inđônêxia

Nhân hạt điều sơ chế

2.1.4 Công nghệ chế biến nhân hạt điều

Trong qui trình chế biến hạt điều thì khâu xử lý nhiệt cho vỏ hạt điều trước khi đem tách vỏ cứng là quan trọng nhất, ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm nhân điều Chính vì thế, người ta thường căn cứ trên khâu xử lý nhiệt để phân loại phương pháp chế biến Hiện nay, có hai phương pháp chủ yếu ứng dụng tại Việt Nam là : chao dầu và hấp hạt Phương pháp chao dầu xuất hiện trước và được các cơ sở sử dụng từ những năm 80 của thế kỷ trước Tuy nhiên phương pháp này gây ô nhiễm môi trường rất nhiều cả về lượng khí thải trong quá trình chao dầu

cũng như lượng nước thải trong quá trình xử lý ẩm cho hạt trước khi chao Chính vì thế sau năm 2000, các công ty chế biến hạt điều đã bắt đầu chuyển sang sử dụng công nghệ hấp hạt điều bằng hơi bảo hòa Đây là công nghệ được Ấn Độ nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 60 của thế kỷ trước Phương pháp chế biến theo công nghệ hấp đã chứng tỏ được nhiều ưu điểm trong quá trình sản xuất nhất là giảm thiểu ô nhiễm môi trường Chính vì thế, hầu hết các công ty chế biến hạt điều

đã ứng dụng công nghệ hấp này cho qui trình chế biến nhân điều xuất khẩu

Qui trình chế biến nhân hạt điều theo công nghệ hấp gồm các khâu chính :

Hình 4 Sơ đồ công nghệ chế biến hạt điều theo phương pháp hấp

* Nguyên liệu hạt điều thô : hạt điều thô sau khi được phơi nắng đạt ẩm độ từ 9 -

10% sẽ được lưu kho ít nhất là 20 ngày mới đem ra chế biến Quá trình lưu kho với thời gian khá lâu để cho ẩm độ từ trong nhân hạt điều có đủ thời gian để thoát ra ngoài lớp vỏ cứng, như thế nhân hạt điều sẽ ít bị bể hơn trong quá trình chế biến

* Phân cỡ : trước khi chế biến, hạt điều thô được phân thành 6 cỡ, để thuận lợi

trong quá trình hấp đặc biệt là quá trình tách vỏ cứng Máy phân cỡ hạt điều htông hiện nay được dùng phổ biến là trống phân loại dạng lục giác, dạng lỗ tròn, với kích thước lỗ phân ly là 19, 20, 21, 22 và 23 mm

Hình 6 Máy phân cỡ hạt điều thô

* Hấp : là công đoạn hết sức quan trọng Hạt điều sau khi phân cỡ tiếp tục được

chuyển đến khâu hấp hạt Mục đích khâu hấp là làm cho lớp vỏ cứng của hạt điều nóng lên, mềm ra, lượng dầu trong vỏ cũng nóng lên, giãn nở làm căng phồng lớp

vỏ cứng, tạo khoảng trống giữa lớp vỏ này với nhân bên trong Sau khi làm nguội,

vỏ cứng này lại trở nên cứng, giòn, thuận lợi cho khâu tách vỏ

Hình 7 Máy hấp hạt điều

* Sấy khô nhân điều : Hạt điều thô khi lưu trữ, ẩm độ khoảng 9 - 10%, nhưng sau

khi qua quá trình hấp, ẩm độ nhân có thể tăng lên hơn 10% Để xuất khẩu, nhân điều phải đạt ẩm độ trong khoảng từ 4 - 5% (cơ sở ướt) Chính vì thế nhân điều sau tách vỏ cứng phải được sấy khô Ngoài nhiệm vụ làm khô, khâu sấy còn có thể tác động đến cơ lý tính của lớp vỏ lụa Nhiệm vụ là làm sao cho lớp vỏ lụa giòn, dễ tróc

ra khỏi nhân Hơn thế nữa, quá trình sấy hạt điều kết hợp với cả quá trình tiệt trùng Chính vì thế nhiệt độ sấy nhân hạt điều thường từ 70 - 80oC

Hiện nay, hầu hết các cơ sở chế biến trong cả nước đều sử dụng máy sấy buồng, vật liệu đặt trên khay, gió thổi ngang khay, đảo gió và có hồi lưu Dạng máy này được chế tạo theo kiểu của Ấn Độ Đánh giá chung : máy đáp ứng được yêu cầu

về ẩm độ sản phẩm sau cùng (4-5%), với thời gian sấy từ 9 - 10 giờ Tuy nhiên, để

có được điều này, công nhân vận hành phải thực hiện các thao tác phụ trợ là đảo xe, đảo khay và đảo hạt Việc đảo khay được thực hiện theo gian cách là 1-2 giờ một lần, đảo càng nhiều thì độ ẩm cuối cáng đồng đều Khi đảo khay, công nhân phải kéo tất cả 4 xe goòng ra ngoài, đảo 6 khay trên xuống dưới và ngược lại, đồng thời phải xoa đều đểđảo lớp hạt trên từng khay Việc đảo xe được thực hiện 2 lần trong một mẻ sấy theo gian cách 4 giờ Khi đảo xe, công nhân kéo hết 4 xe goòng ra ngoài, đổi vị trí xe trong ra ngoài, ngoài vào trong, trái qua phải và phải qua trái Tất

cả những công việc vừa mô tả đều rất khó khăn vì nhiệt độ buồng sấy cao (70-80%)

và tốn nhân công rất nhiều

Về kết cấu, thường máy sấy này được thiết kế gồm 4 xe goòng, trên mỗi xe

có 18 tầng khay, khoảng cách mỗi tầng 0,1m, mỗi tầng có 4 khay Như vậy chiều cao buồng sấy (phần chứa xe goòng) là 1,9m Tuy nhiên kênh cấp gió cho buồng sấy là kênh đứng với bề rộng chỉ 0,2m Đây chính là nguyên nhân chính tạo ra sự không đồng đều gió và dẫn đến không đồng đều nhiệt trong buồng sấy Đây là một nhược điểm cần phải khắc phục để nâng cao hiệu quả khâu sấy nhân hạt điều

Hình 8 Máy sấy nhân điều phổ biến hiện nay

* Bóc vỏ lụa : khâu bóc vỏ lụa được thực hiện hoàn toàn bằng tay Công nhân dùng một lưỡi dao nhỏ cạo lớp vỏ lụa trên từng hạt Công việc này đòi hỏi rất nhiều thời gian công sức Tuy nhiên choi tới giờ này, vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào thành công để thay thế cho lao động thủ công

* Phân cấp : nhân hạt điều sau khi bóc vỏ lụa sẽ được công nhân tiếp tục lựa bằng tay để phân loại hạt nguyên, hạt bể và những hạt bị biến màu Sau đó các máy sàng phân cấp sẽ phân cấp hạt nguyên thành nhiều cấp tuỳ theo kích thước của hạt (phụ lục 3)

2.2 Tổng quan về sấy

2.2.1 Sơ lược về sấy

Sấy là một công đoạn phức tạp liên quan đến truyền nhiệt truyền chất không ổn định và các qui trình có tốc độ Công đoạn sấy biến đổi một nguyên liệu rắn, nửa lỏng, hoặc lỏng thành sản phẩn dạng rắn bằng cách bốc hơi chất lỏng thông qua sử dụng nhiệt Nhiệt lượng cung cấp có thể bằng đối lưu, dẫn truyền, bức xạ hoặc theo thể tích khi vật liệu sấy được đặt trong trường vi ba hoặc điện từ trường Tất cả (chỉ trừ sóng vi

ba và điện từ) cung cấp nhiệt ở mặt bên vật liệu sấy, và nhiệt phải khuếch tán vào phía trong nhờ dẫn truyền Chất lỏng phải di chuyển từ trong ra lớp mặt ngoài của vật liệu trước khi được khí tác nhân sấy mang đi

2.2.2 Bản chất của quá trình sấy đối lưu

Trong hệ thống sấy đối lưu, vật liệu sấy nhận nhiệt từ một lưu chất nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò, đây là hệ thống sấy phổ biến nhất Độ khuếch tán nước từ vật liệu vào tác nhân sấy phụ thuộc vào hình dạng của vật liệu chế độ sấy

Hệ số khuếch tán hữu hiệu được coi là một tính chất gộp, không phân biệt được sự di chuyển nước bằng khuếch tán thể lỏng hay thể hơi, mao dẫn hay bằng dòng chảy thủy động xảy ra trong quá trình sấy

2.2.3 Mối liên kết ẩm của vật liệu sấy

Ẩm trong vật liệu hình thành nhiều mối liên kết khác nhau Dựa vào bản chất của lực liên kết, người ta xếp thành 3 nhóm: liên kết hóa học, liên kết lý hóa và liên kết cơ lý Liên kết hóa học: thể hiện dưới dạng liên kết ion hay là liên kết phân tử Lượng

ẩm trong liên kết hóa học chiếm tỉ lệ nhất định Vật liệu khi bị tách ẩm hóa học thì tính chất của nó bị thay đổi Nói chung trong quá trình sấy (nhiệt độ nhỏ hơn 1200C –

1500C) không thể tách ẩm liên kết hóa học

Liên kết hóa lý: thể hiện dưới dạng liên kết hấp thụ và liên kết thẩm thấu Liên kết hấp thụ bao gồm liên kết hấp thụ đơn phân tử và liên kết hấp thụ đa phân tử Ẩm hấp thụ trong vật liệu có tính chất đặc biệt, không có khả năng hòa tan các chất, khối lượng riêng lớn, điện trở và nhiệt trở lớn, nghĩa là ẩm hấp thụ mang tính chất của vật rắn đàn hồi Trong quá trình sấy khô thường chỉ tách một phần ẩm hấp thụ Còn ẩm liên kết thẩm thấu thì tính chất của nước không khác nước tự do, có thể tách khỏi vật liệu hoàn toàn trong quá trình sấy

Liên kết cơ lý: thể hiên dưới dạng liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết thấm ướt Liên kết cơ lý được đặc trưng bằng sức căng bề mặt của nước, nó thay đổi tuyến tính với nhiệt độ Lực liên kết ẩm cơ lý không lớn nên dễ dàng tách khỏi vật liệu trong quá trình sấy

2.2.4 Nguyên lý thoát ẩm

Quá trình tách ra khỏi vật liệu khi sấy diễn tiến theo các quá trình chủ yếu sau:

sự di chuyển ẩm bên trong vật liệu, sự tạo hơi và sự di chuyển ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường Trong quá trình sấy, vật liệu nhận được sự di chuyển liên tục của dòng ẩm từ bên trong ra bên ngoài rồi khếch tán vào môi trường Trong suốt tiến trình này, nước thoát ra sẽ bị cản trở theo mức độ nào đó, điều này tùy thuộc vào từng vật

liệu và hình thức liên kết của phân tử nước đĩ trong vật liệu Theo các mối liên kết thì nước tự do sẽ bay hơi và thốt ra ngồi đầu tiên, sau đĩ là các phân tử nước liên kết đa phân tử, đơn phân tử và cuối cùng là các phân tử liên kết ion Ảnh hưởng của quá trình này liên quan đến năng lượng dùng để thốt ẩm

2.2.5 Đường cong sấy

Sự phụ thuộc ẩm độ của vật liệu vào thời gian sấy gọi là đường cong sấy

Tốc độ sấy

Ẩm độ

C

180 120

tốc độ sấy (kg H 2 O/phút/kg chất khô Ẩm độ

dw/dt

Hình 9: Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

Tốc độ sấy (dw/dt) là phần trăm ẩm thốt ra trong một đơn vị thời gian Dựa vào đường cong tốc độ sấy cĩ thể chia quá trình sấy thành 3 giai đoạn:

Giai đoạn đốt nĩng vật liệu sấy (AB): thực hiện cung cấp nhiệt lượng từ bên

ngồi cho bề mặt vật liệu và phân bố nhiệt lượng đến cho tồn bộ thể tích vật liệu, để nâng nhiệt độ vật liệu sấy đến nhiệt độ TNS Trong quá trình này, hàm ẩm vật liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễn tiến rất nhanh

Giai đoạn sấy đẳng tốc (BC): nhiệt độ bề mặt khơng thay đổi, tốc độ bay hơi

cũng khơng thay đổi, hàm ẩm vật liệu giảm tuyến tính theo thời gian sấy Giai đoạn này kéo dài cho đến khi sự bay hơi trên bề mặt thống lớn hơn sự dịch chuyển hơi từ bên trong vật liệu ra bề mặt vật liệu sấy Vị trí mà sự bay hơi trên bề mặt cân bằng với

sự dịch chuyển ẩm bên trong gọi là vị trí tới hạn và ẩm độ của vật liệu tại vị trí này gọi

là ẩm độ tới hạn

Giai đoạn sấy giảm tốc (CE): khi độ ẩm của vật liệu đạt giá trị tới hạn thì tốc độ

sấy giảm dần và đường cong sấy chuyển từ đường thẳng sang đường tiệm cận và nĩ giảm dần đến độ ẩm cân bằng, khi đĩ hàm ẩm của vật liệu khơng giảm nữa và dw/dt = 0

2.2.6 Ẩm độ vật liệu

Có hai phương pháp biểu diễn ẩm độ của vật liệu:

Theo cơ sở ướt:

%Mö =

t

O H

W

W 2

* 100% =

kh O H

O H

W W

W - Khối lượng toàn phần của vật liệu

Nếu ẩm độ của vật liệu mà không nói đến cơ sở khô hay ướt thì hiểu là cơ sở ướt

Việc chuyển đổi giữa cơ sở khô và cơ sở ướt là:

*

% 100

*

% 100

2.2.7 Giới thiệu một số kiểu máy sấy không đảo trộn vật liệu thông dụng

Một số vật liệu sấy vì nhiều lí do khác nhau không cho phép đảo trộn vật liệu trong quá trình sấy, ví dụ như các loại cá, trái cây chín… làm thực phẩm, nếu đảo trộn trong quá trình sấy sẽ làm vỡ nát sản phẩm Đối với những sản phẩm này chúng ta phải

sử dung các thiết bị sấy dạng vật liệu đứng yên, thường gọi là sấy tĩnh Tuy nhiên tùy thuộc cách bố trí vật liệu sấy trong buồn sấy, chúng ta có nhiều kiểu sấy dạng tĩnh khác nhau Dưới đây là một số thiết bị sấy thông dụng:

Sản phẩm sấy được chứa trên sàn lỗ với bề dày L, không khí thổi thẳng đứng vuông góc với sàn xuyên qua lớp vật liệu và thoát ra ngoài Mấy có thể sấy dạng hạt như lúa, ngô, cà phê… hoăc thủy hải sản như: tôm, cá, mực… làm thức ăn gia súc,….Bề dày lớp hạt thường từ 0,2 – 0,5m Lưu lượng gió cho 1 tấn hạt khỏang

Quạt

Bộ trao đổi nhiệt

Buồng sấy

Khay

Quạt

Bộ trao đổi nhiệt

Tùy thuộc vào cách bố trí giữa hướng dòng tác nhân sấy so với các khay sấy mà người ta chia làm hai kiểu sấy khay, đó là sấy khay kiểu gió thổi ngang khay và kiểu gió thổi xuyên khay

Hình 10 : Nguyên lí sấy theo kiểu gió thổi ngang khay

Hình 11 Nguyên lí sấy khay kiểu gió thổi xuyên khay

Cũng trên cơ sở của máy sấy buồng, nhưng vật liệu cấp vào và ra khỏi máy không phải theo mẻ mà theo một dòng chuyển động Phụ thuộc vào dòng chuyển động của vật liệu sấy mà máy sấy hầm làm việc kiểu bán liên tục hay liên tục Đồng thời sự

so sánh sự chuyển động tương đối giữa dòng tác nhân sấy và dòng vật liệu mà có thể gọi là sấy cùng chiều hoặc ngược chiều

Hình 12 Nguyên lí sấy hầm 2.2.8 Tính toán chi phí nhiệt và chi phí tác nhân sấy

Gọi W1 : Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy [%]

W2 : Độ ẩm của vật liệu khi ra khỏi thiết bị sấy [%]

G1 :Khối lượng của vật liệu sấy khi đưa vào thiết bị sấy

G2 :Khối lượng của vật liệu sấy khi ra khỏi thiết bị sấy [kg*h-1]

W : Khối lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy [kg*h-1]

- Khối lượng của vật liệu khi ra khỏi thiết bị sấy

Trong quá trình sấy luôn có hao phí nhiệt ra môi trường, hao phí nhiệt do thiết

bị truyền tải, hao phí nhiệt do vật liệu sấy mang đi, hao phí nhiệt độ không khí còn nóng mang đi, nên phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy là:

Q4 : Tổn thất nhiệ do thiết bị truyền tải, [kJ*h-1]

Q5 : Lượng nhiệt do ẩm chứa trong vật liệu sấy mag vào [kJ*h-1] Q6 : Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường, [kJ*h-1]

Lượng nhiệt do vật liệu sấy mang đi

Q2 = G2 * C2 * (t2 – t1) [kJ*h-1] (2.10)

C2 : Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy [kJ*kh-1*ok-1] t2 : Nhiệt độ của vật liệu khi ra khỏi thiết bị sấy [oC]

t1 : Nhiệt độ của vật liệu khi đi vào thiết bị sấy [oC]

Lượng nhiệt do không khí còn nóng mang đi:

Q3 = G3 * C3 * (t3 – t1) [kJ*h-1] (2.11)

G3 : Khối lượng không khí đi ra khỏi hầm sấy, [kg*h-1] C3 : nhiệt dung riêng của không khí, [kJ*kh-1*ok-1] Tổn thất do thiết bị truyền tải:

Q4 = G4 * C4 * (t2 – t1) [kJ*h-1] (2.12)

G4 : Khối lượng của thiết bị truyền tải [kg*h-1]

C3 : nhiệt dung riêng của thiết của thiết bị truyền tải:[kJ*kh-1*ok-1]

Lượng nhiệt do ẩm chứa trong vật liệu mang vào

Q5 = W * Ca * t1 [kJ*h-1] (2.13)

Ca : Nhiệt dung riêng của nước [kJ*kh-1*ok-1] t1 : Nhiệt độ của nước ở độ ẩm W1

Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường

Việc tính toán lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh rất phức tạp, nó phụ thuộc nhiều thông số , khối lượng tính toán lớn Nên chúng tôi tính gần đúng theo tác giả MISKEY’S

* Biểu diễn quá trình sấy trên giản đồ trắc ẩm

Không khí trời ở tại điểm A trên đồ thị có: t1, ϕ1,H1,I1 được nung nóng với độ

ẩm tuyệt đối không đổi đến điểm B có:t2, ϕ2,H2= H1,I2 và đưa vào thiết bị sấy với Enthanlpy không đổi và ra khỏi máy sấy ở điểm C có: t3, ϕ3,H3,I3 (A,B,C là 3 điểm trên đồ thị)

d I

Hình 14 Biểu diễn quá trình sấy có hồi lưu trên giản đồ

2.3 Nhiên liệu

2.3.1 Khái niệm

Nhiên liệu là những vật chất khi cháy phát ra ánh sáng và nhiệt lượng Nhiên liệu hóa thạch dùng trong công nghiệp tồn tại dưới ba dạng: rắn, lỏng, khí Những nhiên liệu này có thể có sẵn trong tự nhiên hoặc do nhân tạo hoặc là sản phẩm phụ của dây chuyền sản xuất khác

Bảng 2.3 Phân loại tổng quát về nhiên liệu

Tự nhiên

Than anthraxit Than đá Than nâu Than bùn

Đá dầu

Gỗ

Dầu mỏ các loại

Xăng Dầu diezen Khí hoá lỏng

Khí hoá than Khí hoá than ngầm

Sản phẩm phụ

Sản phẩm Huyền phù Than Than xít Phế thải gỗ

Vỏ cây

Dầu nặng Dầu cặn

2.3.2 Nhiệt trị của nhiên liệu rắn

Nhiệt trị của than là nhiệt lượng phát ra khi cháy hoàn toàn 1 kg than được ký hiệu Q (kJ/kg) Nhiệt trị của than được phân thành: nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp Nhiệt trị xác định bằng thực nghiệm được tiến hành bằng cách đo trực tiếp lượng nhiệt sinh

ra khi đốt cháy một lượng nhiên liệu nhất định trong “bom nhiệt lượng kế” Người ta

đo được nhiệt độ của nước nóng và suy ra nhiệt trị của nhiên liệu Để tính chính xác

nhiệt trị cần phải xác định chính xác, cũng như ảnh hưởng của hiệu ứng nhiệt sinh ra

kèm theo các phản ứng cháy Song trong sản phẩm cháy có hơi nước nếu như hơi nước

đó ngưng đọng lại thành nước thì nó còn tỏa thêm một lượng nhiệt nữa Nhiệt trị cao

của nhiên liệu chính là nhiệt trị có kể tới phần lượng nhiệt thêm đó

Nhiệt trị được xác định từ bom nhiệt lượng kế trên cơ sở mẫu phân tích ký hiệu

bằng Qad.gr.v có thể chuyển đổi như sau:

Qad.net.p = Qad.gr.v - 94,2.Sad - 0,0063.Qad.gr.v - 25(Mad+Qad); kJ/kg (2.16)

Khi không có bom nhiệt kế, công thức tính toán nhiệt trị thấp của than cháy:

Qdaf.net.p = 339.Car + 1030.Har - 109(Oar - Sar) - 25.Mar; kJ/kg (2.17)

Bảng 2.4 Công thức tính đổi giữa nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp của than

Mẫu làm việc Qar.net.p = Qar.gr.v - 225.Har - 25.Mar kJ/kg

Mẫu khô trong môi trường khí Qad.net.p = Qad.gr.p - 225.Had - 25.Mad kJ/kg

Mẫu khô Qd.net.p = Qd.gr.p - 225.Hd kJ/kg

Mẫu cháy (khô,không tro) Qdaf.net.p = Qdaf.gr.p - 225.Hdaf kJ/kg

Trong đó: 25 là ẩn nhiệt hóa hơi của nước; 25 = 2500/100 kJ/kg;

225 là ẩn hóa hơi thành nước từ thành phần hydro (9H)

2.3.3 Các phương trình của phản ứng cháy

Qua trình cháy nhiên liệu là quá trình phản ứng hoá học giữa các nguyên tố hóa

học với oxy và phát ra một lượng nhiệt Quá trình cháy xảy ra những biến đổi hóa học

rất phức tạp không thể mô tả bằng phương trình hóa học đơn giảm được Những

phương trình hóa học thông thường của riêng thành phần cháy nhiên liệu chỉ thể hiện

cân bằng vật chất của phản ứng chứ không thể hiện cơ cấu xảy ra của quá trình phản

ứng cháy Có rất nhiều chất có thể oxy hoá nhiên liệu Song trong thực tế các quá trình

cháy nhiên liệu người ta đều dùng oxy của không khí Các chất khí sinh ra trong phản

ứng gọi là sản phẩm cháy hay khói

Quá trình cháy có thể xảy ra hoàn toàn hay không hoàn toàn Trong sản phẩm

cháy hoàn toàn có các chất khí CO2, SO2, H2O và N2, O2 Trong sản phẩm cháy không

hoàn toàn ngoài những chất khí kể trên còn có chất khí còn cháy được nữa ví dụ: CO,

CH4, CmHn…

* Phương trình cháy hoàn toàn cacbon

2

2 CO O

hay 1molC+ 1molO2 = 1molCO2

hoặc 12kgC+ 32kgO2 = 44kgCO2 (2.19)

2

2 3 , 67 67

, 2

12 kg C + 16 kg O2 = 28 kg CO

1 kg C + 1,33 kg O2 = 2,33 kg CO Muốn cháy 1 kg cacbon phải cần 1,33 kg oxy để tạo thành 2,33 kg cacbonoxit, hay đổi thành thể tích ta có:

1 kg C + 0,933 m3tc O2 = 1,866 m3 tc CO (2.22)

Lượng không khí tương ứng cho lượng oxy cần thiết cho quá trình cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu rắn, lỏng hay 1m3 tc nhiên liệu khí xác định theo phương trình phản ứng hóa học ở trên gọi là lượng không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy Trong 1 kg nhiên liệu rắn thì số lượng các nguyên tố cháy được trong nhiên liệu sẽ là:

100 100 100 100

ar ar ar

Dựa vào phương trình (2-16) và (2-17), thể tích oxy cần thiết :

kg tc m Q

H S

C

428 , 1 100 100

* 6 , 5 100

* 7 , 0 100

* 866 ,

Vì trong không khí oxy chiếm 21% thể tích nên thể tích không khí cần thiết cho quá trình hoàn toàn 1 kg nhiên liệu được tính như sau:

* 6 , 5 100

* 7 , 0 100

* 866 , 1

* 21 , 0

1

* 21

C V

V

kg tc m O H

S C

+ +

n m d

d d

* 5 , 0

* ,

Bảng 2.5 Lượng không khí lý thuyết gần đúng

Nhiên liệu Đơn vị Lượng không khí lý thuyết

Than anthraxit, than gầy

* 260 , 0

1000

* 209 , 0

0

0

−

=

=

p net

p net

Q V

Q V

0

p net

Q

V =

Trong thực tế vì không khí và nhiên liệu không thể tiếp xúc với nhau một cách

lý tưởng nên bắt buộc thể tích không khí thực cấp cho lò đốt phải lớn hơn thể tích lý thuyết Tỷ số giữa thể tích không khí thực tế cung cấp và thể tích lý thuyết gọi là hệ số không khí thừa, ký hiệu bằng chữ α

bề mặt đốt giảm đi ảnh hưởng xấu đến vấn đề truyền nhiệt, làm cho nhiệt độ khói thải tăng lên, hiệu suất của lò giảm Chính vì vậy mà trong vận hành người ta phấn đấu giảm hệ số không khí thừa đến mức tối thiểu

Theo lý thuyết khi cháy hoàn toàn nhiên liệu (α= 1) thì trong khói gồm có:

CO2, SO2, N2 và H2O Với o CO2 SO2 N2 H2O,

O K

S

*,C

*,

S

*,

C,

*VV

c ar ar

ar ar

RO

100

3750866

1

100701008661

kk

V Còn thể tích của nitơ do nhiên liệu đưa vào bằng

là khối lượng riêng của nitơ

Vì vậy thể tích lý thuyết của nitơ trong khói bằng:

,

* 79 , 0 251

, 1

1

* 100

*008,0

d o

V , = 0 , 01866 * + 0 , 375 * . + 0 , 79 * , m3tc/kg Thể tích khói khô thực tế:

,

2

,

O H d

O K

*866,1

Vậy thể tích sản phẩm cháy sẽ là:

O H

2.3.4 Tính toán kỹ thuật nhiệt buồng đốt

Xác định thể tích buồng đốt dựa vào mật độ nhiệt thể tích buồng đốt

d t

B – lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ, kg/h

q – mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt, W/m3

Bảng 2.6 Bảng mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt, kcal/m3.h (W/m3)

Dạng nhiên liệu Buồng đốt của lò nóng Buồng đốt của lò sấy

kcal/m3h W/m3 kcal/m3h W/m3Than củi và than bùn

Than đá

Mazut

Nhiên liệu khí

(300-400).103(230-450).103 (250-500).103(200-350).103

(348-465).103(290-523).103(290-581).103(230-407).103

(200-250).103(250-300).103(200-300).103(200-250).103

(232-290).103(290-348).103(232-348).103(232-290).103Diện tích ghi:

B F=

Trong đó: b – cường độ cháy của ghi, Kg/m2.h

Đối với nhiên liệu tiêu chuẩn (nhiệt trị 29309kJ/kg hoặc 7000 kcal/kg) thường chọn cường độ cháy của ghi 100kg/m2h

Bảng 2.7 Cường độ cháy và cường độ nhiệt của ghi lò khi đốt cháy hoàn toàn

Dạng nhiên

liệu

Kiểu buồng đốt Cường độ

cháy của ghi, kg/m2.h

Cường độ nhiệt của ghi Kcal/m2.h W/m2

Ghi thủ công Ghi thủ công

(465 1744 ÷ ).103(697 1395 ÷ ).103(348 1744 ÷ ).103(348 1744 ÷ ).103(465 1744 ÷ ).103

Bảng 2.8 Tiết diện sống của ghi

Loại nhiên liệu Tiết diện sống của ghi, % Than nâu

Than củi và than bùn

Chiều dày lớp vật liệu trên ghi:

*

B h

F

ρ

Trong đó: h – chiều dày lớp nhiên liệu trên ghi, m

ρ – khối lượng đống của nhiên liệu trên ghi, Kg/m3

2.4 Truyền nhiệt qua tường phẳng một lớp và nhiều lớp

Giả sử có một tường phẳng một lớp có chiều dày δ , bề mặt tường là F, hệ số

dẫn nhiệt λ, một phía của tường là lưu thể nóng có nhiệt độ t1, và một phía lưu thể

nguội hơn có nhiệt độ t2

Hệ số cấp nhiệt từ lưu thể nóng đến tường làα1và tường đến lưu thể nguội là α2

Quá trình truyền nhiệt từ lưu thể nóng đến lưu thể ngội gồm ba giai đoạn sau:

- Nhiệt truyền từ lưu thể nóng đến tường ( cấp nhiệt )

- Nhiệt dẫn qua tường ( dẫn nhiệt )

- Nhiệt truyền từ mặt tường đến lưu thể nguội (cấp nhiệt )

Hình 15 Đặc trưng thay đổi nhiệt độ khi truyền nhiệt qua tường phẳng

Ta xét quá trình nhiệt ổn định, do đó lượng nhiệt vận chuyển qua mỗi giai đoạn

trong khoảng thời gian T đều như nhau

Dựa vào tính chất vận chuyển nhiệt lượng qua từng giai đoạn mà thành lập

phương trình như sau:

- Cấp nhiệt từ lưu thể nóng đến tường:

Trong đó: Δ = −t t1 t2

Đây là phương trình truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng một lớp Đại

lượng K gọi là hệ số truyền nhiệt Thứ nguyên của nó là:

m đô

Q K

F t

=⎢ ⎥⇒⎢ ⎥Δ

Hệ số truyền nhiệt K là lượng nhiệt truyền đi trong 1 giây, từ lưu thể nóng đến

lưu thể nguối, qua 1m2 bề mặt tường phân cách, khi hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể là

1

K nhiệt trở chung