TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY LÚA 160 TẤNMẺ

Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu tìm ra 1 chế độ sấy mà ta không cần phải đảo chiều gió vẫn có thể sấy được với bề dày lớp lúa lớn d = 0,6 ÷ 0,8 m dựa vào kết quả phân tích trên p

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY LÚA 160 TẤN/MẺ

Họ và tên sinh viên : TRẦN VĂN PHƯỚC

NGUYỄN HỒNG THANH Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Niên khóa: 2006 – 2010

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY LÚA 160 TẤN/MẺ

Tác giả

TRẦN VĂN PHƯỚC NGUYỄN HỒNG THANH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng kỹ sư ngành Công nghệ nhiệt lạnh

Giáo viên hướng dẫn:

Th.s Nguyễn Hùng Tâm

Tháng 6 năm 2010

LỜI CẢM TẠ

Chân thành cảm tạ:

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 toàn thể quý thầy cô đã giúp đỡ, dạy bảo chúng tôi trong suốt quá trình học tập

Chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến:

Thầy Ths Nguyễn Hùng Tâm giảng viên Khoa Cơ Khí – Công Nghệ,

đã giúp đở, hướng dẫn chúng tôi trong suốt quá trình làm luận văn

Tập thể cán bộ công nhân và anh Minh chủ nhà máy xay xát lúa Minh Trọng tại tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thu thập số liệu sấy tại nhà máy

Chú Sáu Rí, chủ nhà máy xay xát lúa Đức Thành, 80/2 ấp Lộ Đá, xã An Lục Long, huyện Châu Thành, tỉnh Long An

Chú Tư Cương, chủ nhà máy xay xát lúa Thiện Nguyên, thị trấn Tầm

Vu, tỉnh Long An

Anh Hai Gô, chủ nhà máy xay xát lúa 2 Gô, ấp Hòa Bình, xã Đồng Thạnh, huyện Gò Công Tây, tỉnh Tiền Giang

Và chú Ba Đáng, chủ nhà máy xay xát lúa 3 Đáng, ấp Lợi An, xã Đồng Thạnh, huyện Gò Công Tây, tỉnh Tiền Giang đã tạo điều kiện cho chúng tôi tiến hành khảo sát một số mẫu máy sấy sẵn có tại nhà máy của mình

Chúng tôi cũng gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp NL06, các bạn thân hữu gần xa

đã động viên, giúp đỡ với chúng tôi hoàn thành luận văn này

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “Tính toán thiết kế hệ thống sấy lúa 160 tấn/mẻ” được tiến hành tại Trường Đại học Nông Lâm, TP Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 3/2010 đến tháng 6/2010

Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu tìm ra 1 chế độ sấy mà ta không cần phải đảo chiều gió vẫn có thể sấy được với bề dày lớp lúa lớn (d = 0,6 ÷ 0,8 m) dựa vào kết quả phân tích trên phần mềm Drysim có sẵn và các thí nghiệm sấy Từ đó chúng tôi đi tính toán thiết kế một hệ thống sấy lúa bao gồm 4 máy sấy với chế độ sấy như trên bằng cách kế thừa từ các máy sấy đã sẵn có qua những lần đi khảo sát

Bên cạnh đó, đề tài còn giải quyết các vấn đề về các thiết bị phụ nhằm phục vụ cho hệ thống hoạt động như: thiết bị nhập, xuất và thiết bị làm sạch

Qua thời gian thực hiện bước đầu chúng tôi đã đạt được những kết quả sau:

™ Khảo sát – thí nghiệm sấy

Sau những lần khảo sát tại nhà máy sản xuất ở Bà Rịa Vũng Tàu và nhiều thí nghiệm khác nhau ta chọn 1 chế độ sấy gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Sấy với nhiệt độ trung bình khoảng 46 oC và tốc độ gió bề mặt khoảng 14 m/ph đến khi ẩm độ lớp dưới đạt khoảng 12 - 13 % thì đổi chế độ sấy

Giai đoạn 2: Sấy với nhiệt độ khoảng 36 oC và tốc độ gió bề mặt khoảng

14 m/ph cho đến khi ẩm độ trung bình khoảng 11 % và ẩm độ lớp trên cùng còn khoảng 15% thì dừng

Với lúa ở vụ Hè thu, ẩm độ lúa cao ta sấy với bề dày 0,6 m, sau khi sấy cần trộn

Do không có điều kiện nên chúng tôi chưa xác định được các chỉ tiêu về xay xát

™ Tính toán – thiết kế

Hệ thống không cần đảo vẫn có thể đảm bảo sấy đạt ẩm độ yêu cầu của vật liệu sấy

Hệ thống có thể vận hành đơn giản, phù hợp cho sấy bắp và lúa giống

Quạt chọn có hiệu suất sử dụng cao

Các thiết bị nhập, xuất và thiết bị làm sạch được chọn đảm bảo cho hệ thống hoạt động liên tục và tiết kiệm chi phí

Mk: Ẩm độ tính trên cơ sở khô

Mư: Ẩm độ tính trên cơ sở ướt

Hình 2.6: Cấu tạo gầu tải

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo máy làm sạch

Hình 3.1: Sơ đồ các vị trí lấy mẫu ở nhà máy sấy Minh Trọng

Hình 3.2: Sơ đồ cách lấy mẫu máy sấy SRA - 10 ở nhà máy xay xát Minh Trọng

Hình 3.3: Máy sấy dùng trong thí nghiệm

Hình 3.4: Cách lấy mẫu đối với máy sấy thí nghiệm

Hình 3.5: Vị trí các điểm cần đo trên tiết diện ngang của ống khảo nghiệm tròn Hình 3.6: Ống nối từ tiết diện tròn đến tiết diện tròn

Hình 3.7: Các vị trí đo động áp và tĩnh áp

Hình 4.1: Sơ đồ bố trí nhà máy Minh Trọng

Hình 4.2: Sơ đồ bố trí máy sấy SRA - 10

Hình 4.3: Biểu đồ theo dõi nhiệt độ khí sấy, nhiệt độ môi trường và nhiệt độ khí thoát của máy sấy đảo chiều

Hình 4.4: Biểu đồ theo dõi quá trình giảm ẩm các lớp của máy sấy đảo chiều Hình 4.5: Sơ đồ bố trí khảo nghiệm quạt

Hình 4.6: Đường đặc tính quạt 1300 mm

Hình 4.7: Đường đặc tính quạt 1500 mm

Hình 4.8: Biểu đồ so sánh giữa trở lực lý thuyết và thực tế với các bề dày khác nhau ứng với Vbm = 16 m/ph

Hình 4.9: Biểu đồ theo dõi nhiệt độ không khí sấy, nhiệt độ môi trường và nhiệt

Hình 4.15: Sơ đồ cấu tạo máy sấy SHG - 4

Hình 4.16: Sơ đồ bố trí chung của hệ thống

Hình 4.17: Kết cấu mái che có nốc thoát gió

Hình PL6 - 1: Đo nhiệt độ khí sấy trong buồng

Hình PL6 - 2: Lấy mẫu lúa đo ẩm độ

Hình PL6 - 3: Đo ẩm độ lúa trong buồng sấy

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Kích thước của hạt

Bảng 2.2: Khối lượng thể tích của khối hạt

Bảng 2.3: Nhiệt dung riêng của lúa

Bảng 2.4: Mô hình toán Chung - Pfost

Bảng 2.5: Bảng tóm tắc đặc tính kỹ thuật của 3 loại máy sấy SRR-1, STR-1 và SRA-10

Bảng 2.6: Bảng tra các hằng số

Bảng 2.7: Quan hệ giữa chiều rộng băng và số lớp vải

Bảng 2.8: Quan hệ giữa chiều dài tang và chiều rộng băng

Bảng 2.9: Hiệu suất gầu tải

Bảng 4.1: Bảng so sánh trở lực lý thuyết và thực tế của máy sấy đảo chiều ta khảo sát

Bảng 4.2: Bảng tóm tắt kết quả khảo sát các máy sấy tại các nhà máy ở 2 tỉnh

Long An Và Tiền Giang

Bảng 4.3: Bảng kết quả khảo nghiệm quạt 1300 mm

Bảng 4.4: Bảng kết quả khảo nghiệm quạt 1500 mm

Bảng 4.5: Bảng kết quả kiểm tra máy KETT

Bảng 4.6: Tra hệ số k

Bảng 4.7: Ước tính vật liệu làm bể sấy

Bảng 4.8: Bảng tóm tắt kết quả tính

a Nhiệt dung riêng của lúa 6

b Tính dẫn nhiệt và truyền nhiệt của lúa 6

2.4 Các thông số không khí ẩm trong quá trình sấy 15

2.4.2 Các thông số không khí ẩm trong quá trình sấy 15

2.5.1 Data 16

2.5.2 Model 17

2.5.3 Simulate 17

2.5.4 Plot 17

2.5.5 Save 17

2.5.6 Quit 18

2.5.7 Help 18

2.6 Các loại máy sấy lúa được sử dụng hiện nay 18 2.6.1 Máy sấy rất rẻ SRR – 1 18 a Cấu tạo 18

b Quá trình hoạt động 18

c Ưu điểm 19

d Nhược điểm 19 2.6.2 Máy sấy tĩnh rẻ STR – 1 19

a Cấu tạo 19

b Quá trình hoạt động 19

c Ưu điểm 19

d Nhược điểm 19 2.6.3 Máy sấy đảo chiều SRA 20

a Cấu tạo 20

b Quá trình hoạt động 20

c Ưu điểm 20

d Nhược điểm 20 2.7 Phương trình cân bằng ẩm và chi phí của tác nhân sấy 21

2.8 Trở lực của hệ thống 22

2.8.1 Trở lực do khối hạt (shedd) 22

2.8.2 Trở lực do sàn 22

2.8.3 Trở lực do hệ thống dẫn tác nhân sấy 23

2.10.2 Cấu tạo, đặc điểm của quạt dọc trục 25

b Đặc điểm, đường đặc tính của quạt dọc trục 26

2.10.3 Lý thuyết cơ bản của quạt dọc trục 27

2.12 Thiết bị làm sạch 36

3.1.1 Phương pháp khảo sát và thí nghiệm sấy 38

a Phương pháp khảo sát và lấy số liệu máy sấy lúa SRA – 8 tại nhà máy xay xát lúa Minh Trọng, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu 38

b Phương pháp thí nghiệm và lấy số liệu máy sấy dùng

3.1.3 Phương pháp tính toán – thiết kế bể sấy 45

4.1 Kết quả khảo sát tại nhà máy sấy lúa Minh Trọng, Vũng Tàu 47

4.2 Kết quả khảo sát một số máy sấy có sẵn tại 2 tỉnh Long An và

4.2.1 Nhà máy xay xát Đức Thành, 80/2 ấp Lộ Đá, xã An Lục Long,

4.2.2 Nhà máy xay xát Thiện Nguyên, Thị trấn Tầm Vu,

4.2.2 Nhà máy xay xát 2 Gô, ấp Hòa Bình, xã Đồng Thạnh,

4.2.2 Nhà máy xay xát 3 Đáng, ấp Lợi An, xã Đồng Thạnh,

4.3.3 Công việc chuẩn bị trước khi khảo nghiệm 55

c Đo công suất – cường độ - hiệu điện thế 57

4.4.2 Bảng theo dõi nhiệt độ không khí sấy, nhiệt độ của môi

4.4.4 Nhận xét – thảo luận 69 4.5 Tính toán chung hệ thống sấy 160 tấn/mẻ bao gồm 4 máy năng

4.5.6 Chọn tác nhân sấy và nguồn năng lượng đốt nóng tác nhân 72 4.5.7 Chọn cách đưa tác nhân sấy vào buồng sấy 72

a Xác định ẩm độ trước và sau khi sấy 72

b Xác định lượng nước cần bốc hơi từ khối hạt 72

h Tính chi phí nhiệt cho quá trình sấy 76

j Tính các tổn thất áp suất của tác nhân sấy 76

k Tính sơ bộ công suất quạt và chọn động cơ vận hành 78 m.Tính chi phí không khí và khả năng mang ẩm của quạt 79

o Tính công suất lò và chi phí chất đốt 80

p Tính kích thước ghi lò và buồng đốt 81

4.5.9 Chọn thiết bị nhập xuất và thiết bị làm sạch cho hệ thống 83

Để giảm bớt các tổn thất nông sản, sấy là giải pháp cực kỳ quan trọng và không thể thiếu Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và không ngừng nghiên cứu quá trình sấy lúa, quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường Đại học Nông Lâm

TP Hồ Chí Minh đã cho ra đời nhiều mẫu máy sấy khác nhau: máy sấy tầng sôi, máy sấy rất rẻ, máy sấy tĩnh… với năng suất từ 1 – 10 tấn/mẻ Tuy nhiên các máy sấy trên vẫn chưa đủ đáp ứng nhu cầu của các nhà máy xay xát vì năng suất của các nhà máy này ngày một tăng

Hiện nay trên địa bàn các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long máy sấy lúa đã được

sử dụng hết sức rộng rãi với năng suất mỗi máy lên đến 40 – 50 tấn/mẻ Nhưng do hầu hết các máy sấy này do người nhà tự lắp đặt nên chưa có hướng xây dựng chặt chẽ, quá trình nhập và ra liệu chủ yếu bằng thủ công làm mất nhiều thời gian và nhân công cho các khâu này, cộng với việc kéo dài thời gian sấy quá lâu có thể ảnh hưởng đến chất lượng lúa khi xay xát

Trên cơ sở phát triển và ngày một hoàn thiện về máy sấy tĩnh, được sự cho phép của Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường Đại Học Nông Lâm Tp.Hồ

Chí Minh và dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Hùng Tâm chúng tôi thực hiện đề tài “TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY LÚA 160 TẤN /MẺ” nhằm cải thiện chế độ sấy, rút ngắn thời gian sấy và giải quyết các vấn đề nhập - xuất của hệ thống với mục đích nâng cao năng suất và hoàn thiện hơn nữa hệ thống sấy lúa

1.2.2.Thí nghiệm - Khảo nghiệm

Các thí nghiệm sấy nhằm xác định ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ, lưu lượng gió và bề dày lớp lúa đến quá trình giảm ẩm và sự chênh lệch ẩm giữa các lớp

Khảo sát và lấy số liệu máy sấy SRA - 8 tại nhà máy xay xát Minh Trọng, tỉnh

Bà Rịa Vũng Tàu

Khảo sát một số máy sấy sẵn có tại 2 tỉnh Long An và Tiền Giang

1.3 Thời gian thực hiện đề tài

Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 3 năm 2010 đến tháng 6 năm 2010

Đề tài được thực hiện tại:

ƒ Máy sấy sản xuất thực hiện tại tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, Long An và Tiền Giang

ƒ Các thí nghiệm sấy thực hiện tại thành phố Hồ Chí Minh

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu về vật liệu sấy

2.1.1 Cấu tạo hạt lúa / 17 /

Mày lúa: tuỳ theo loại lúa và điều kiện canh tác, lúa có độ dài khác nhau, độ dài không quá 1/3 vỏ trấu Trong quá trình bảo quản, do sự cọ xát giữa các hạt lúa phần lớn mày tóc rụng ra, làm tăng lượng tạp chất trong khối lúa

Vỏ trấu: có tác dụng bảo vệ hạt lúa, chống các điều kiện xấu của môi trường (nhiệt độ, ẩm độ) Trong quá trình bảo quản, lông lúa thường rụng ra do quá trình cọ xát với nhau giữa các hạt lúa, làm tăng lượng tạp chất trong hạt lúa Độ dày của vỏ trấu thường chiếm 0,12 ÷ 0,15 mm và thường chiếm 18 ÷ 20 % so với khối lượng toàn hạt lúa, giá trị sinh nhiệt của trấu 3000 ÷ 3500 kcal/kg

Vỏ hạt: là lớp vỏ mỏng bao bọc nội nhũ, có màu trắng đục hay vỏ lụa, trung bình lớp vỏ chiếm 5,6 ÷ 6,15 khối lượng gạo lật (hạt lúa sau khi tách khỏi vỏ trấu)

Nội nhũ: là phần chủ yếu nhất của hạt lúa, trong nội nhủ chủ yếu là gluxit, chiếm tới 90 % Trong khi đó toàn hạt gạo gluxit chỉ chiếm khoảng 75 %

Phôi: nằm ở góc dưới nội nhũ, có nhiệm vụ biến các chất dự trữ trong nội nhũ thành chất dinh dưỡng nuôi hạt, B1 trong phôi chiếm tới 66 % lượng vitamin B1 của toàn hạt lúa, phôi có cấu tạo mộng khi hạt lúa nẩy mầm Phôi chứa nhiều protit, lipit, vitamin Vitamin xốp, nhiều dinh dưỡng, hoạt động sinh lý mạnh, nên trong quá trình bảo quản dễ bị côn trùng và sinh vật tấn công, gây hại, khi xay xát, phôi thường vụn nát và thành cám

Rộng ( 10-3 m)

Bề dày ( 10-3 m)

Ngắn 10,4 ÷ 21,89 7,318 ÷ 1,22.10-2.M 3,358 ÷ 8,9.10-3.M 2,287 ÷ 8,9.10-3.M

Vừa 12 ÷ 18 7,747 ÷ 1,27.10-2.M 2,842 ÷ 7,62.10-3.M 1,842 ÷ 8,9.10-3.M

Dài 12 ÷ 18 8,941 ÷ 5,84.10-2.M 2,388 ÷ 1,65.10-3.M 1,765 ÷ 1,4.10-3.M

M: là ẩm độ của hạt (% cơ sở ướt )

b Khối lượng thể tích của khối hạt

Theo các kết quả thực nghiệm, thì khối lượng thể tích của khối hạt thay đổi theo

ẩm độ của nó Bên cạnh đó khối lượng thể tích cũng phụ thuộc vào độ hổng và lượng tạp chất có trong khối hạt

Bảng 2.2 : Khối lượng thể tích của khối hạt

Hạt lúa Ẩm độ (% cơ sở ướt) Mô hình thực nghiệm

Kích thước và hình hạt: hạt có kích thước, hình hạt dài, độ tan rời nhỏ hơn hạt

có kích thước ngắn, hình hạt bầu

Ẩm độ: hạt có ẩm độ thấp thì tan rời lớn và ngược lại

Tạp chất: hạt có tạp chất nhiều có độ tan rời nhỏ hơn hạt có ít tạp chất

d Tính tự chia loại

Khối hạt có cấu tạo từ nhiều thành phần (hạt sạch, hạt lép lửng, tạp chất,…) không đồng nhất (khác nhau về hình dạng, kích thước, tỷ trọng,…) trong quá trình di chuyển tạo nên những khu vực khác nhau về chất lượng (lớp mặt, lớp giữa, lớp đáy, vùng ven tường,…) đó là tính tự phân loại của khối hạt Hiện tượng tự phân loại gây ảnh hưởng xấu tới công tác bảo quản ở những khu vực, phần tập trung nhiều tạp chất, hạt lép, … dễ hút ẩm, có thủy phân cao tạo điều kiện cho côn trùng vi sinh vật phát triển Trong quá trình nhập kho và bảo quản phải tìm mọi biện pháp hạn chế và tạo cho khối hạt đồng đều

e Độ hổng của khối hạt

Khoảng không nằm giữa khe hở giữa các hạt, có chứa đầy không khí, đó là độ hổng của khối hạt Độ hổng được tính bằng (%) thể tích khoảng không gian của khe hở giữa các hạt với thể tích toàn bộ khối hạt chiếm chỗ và tính theo công thức sau:

a Nhiệt dung riêng của lúa

Theo kết quả thực nghiệm thì nhiệt dung riêng của lúa là một hàm biến đổi theo

ẩm độ của lúa

Bảng 2.3: Nhiệt dung riêng của lúa

Hạt Ẩm độ (% cơ sở ướt) Nhiệt dung riêng ( kJ/kg.oK )

b Tính dẫn nhiệt và truyền nhiệt của lúa

Đại lượng đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của lúa chính là hệ số dẫn nhiệt λ

Hệ số dẫn nhiệt này là lượng nhiệt truyền qua một diện tích là 1m2 bề mặt lúa có chiều dày là 1 m trong 1 giờ, làm cho nhiệt độ ở lớp đầu và lớp cuối của lúa (cách nhau 1 m) chênh lệch nhau 1 oC Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào cấu tạo của vỏ trấu, nội nhũ, nhiệt độ và ẩm độ của khối lúa Lúa có hệ số dẫn nhiệt trong khoảng 0,12 ÷ 0,2 kcal/m giờ oC

2.1.4 Thành phần hóa học của hạt lúa / 15 /

Thành phần hóa học của hạt lúa theo phần trăm khối lượng:

Tinh bột: 68,51 %

Đường: (1,5 – 2,5) %

Xenluolzơ: 15,48 %

Chất béo: (1,8 – 2,5) %

Tro: 6 %

2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy

2.2.1 Khái niệm sấy / 7 /

Sấy là quá trình bốc ẩm từ vật liệu sấy Muốn sấy khô vật liệu ta phải tiến hành các bước sau:

Cấp nhiệt cho vật liệu để làm bay hơi ẩm trong vật liệu

Vận chuyển hơi ẩm đã thoát ra khỏi vật liệu vào môi trường

Để tiến hành các bước trong quá trình sấy có nhiều phương pháp sấy khác nhau dựa trên các nguyên lý gia nhiệt vật liệu hay các nguyên lý vận chuyển hơi ẩm từ bề mặt vật liệu ra môi trường

2.2.3 Ẩm độ của hạt / 9 /

a Theo cơ sở ướt

Mư = (GH2O/Gt)*100% = [GH2O/(GH2O + Gk)]*100% , [ % ]

b Theo cơ sở khô

Mk = (GH2O/Gk)*100% , [ % ]

Với :

Mư, Mk : là ẩm độ của hạt tính theo cơ sở ướt và cơ sở khô, [%]

GH2O : là lượng nước có trong khối hạt, [kg]

Gk : là khối lượng vật chất khô có trong hạt, [kg]

Gt : là khối lượng toàn phần của hạt, [kg]

Ẩm độ của vật liệu quyết định thời gian bảo quản

Chẳng hạn, trong khoảng (14 ÷ 18) %, mỗi 1 % sai biệt làm ảnh hưởng lớn đến hoạt động phát triển của nấm móc sẽ làm hư hỏng hạt và trong mua bán nông sản, thường người ta dựa vào ẩm độ của vật liệu Do khi ẩm độ của hạt tăng lên làm cho trọng lượng của hạt tăng lên và ngược lại

chuẩn để so sánh các phương pháp khác Tuy nhiên, nhược điểm là tốn nhiều thời gian mới xác định được ẩm độ

Phương pháp gián tiếp: Điện trở hoặc điện dung của hạt thay đổi theo ẩm độ của hạt Dựa vào tính chất này, người ta gián tiếp xác định ẩm độ hạt bằng cách đo điện trở hoặc điện dung hạt Phương pháp gián tiếp đo rất nhanh, đọc được ẩm độ sau vài giây Tuy nhiên, độ chính xác không cao do tùy thuộc vào hình dạng, kích thước hạt, độ bẩn … Ở khoảng ẩm độ thấp sai số chỉ có thể ± 0,3 % nhưng ẩm độ cao (rất ướt) sai số có thể là ± 3 %

e Lượng nước bốc hơi

Lượng nước trong hạt phải mất đi:

GH2O = G1*(W1 – W2)/(100 – W2), [kg H2O]

hoặc nếu ta chỉ biết khối lượng sau khi sấy là G2 thì lượng nước đã mất đi là:

G’H2O = G2*(W1 – W2)/(100 – W1), [kg H2O]

Với :

W1, W2 : là ẩm độ trước khi sấy và sau khi sấy của hạt, [%]

G1, G2 : là khối lượng hạt trước khi sấy và sau khi sấy, [kg]

2.2.4 Ẩm độ cân bằng của hạt / 9, 20 /

Vật liệu sấy để trong không khí sẽ hút hoặc nhả ẩm để đi đến trang thái cân bằng ẩm với môi trường Như vậy, ẩm độ cân bằng của vật liệu phụ thuộc vào chính cấu trúc của vật liệu đó và ẩm độ tương đối của không khí

Gọi Ph là áp suất riêng phần trên bề mặt hạt và Pkk là áp suất riêng phần của không khí bao quanh hạt, thì khi:

đã liên tục xây dựng các mô hình toán theo cơ sở thực nghiệm Trong đó mô hình toán học của Chung - Pfost đã được chấp nhận và đưa vào thực tế

Bảng 2.4: Mô hình toán Chung - Pfost

594,61 21,732 35,703 0,29394 0,046015 0,0096 Trong đó : M : ẩm độ hạt theo cơ sở khô, [%]

T : nhiệt độ môi trường, [oC]

Exp = e = 2,71828

2.2.5 Động học quá trình sấy / 19 /

Để khảo sát tác động qua lại giữa vật liệu ẩm và tác nhân sấy có tính thời gian sấy, ta sử dụng dạng đồ thị:

Theo trục hoành: đặt thời gian sấy τ

Theo trục tung: độ ẩm vật liệu có liên quan đến khối chất khô W và nhiệt độ T đốt nóng vật liệu

Đường cong (2) chỉ đặc tính thay đổi nhiệt độ vật liệu theo thời gian

Đường cong (1) đặc trưng sự thay đổi độ ẩm theo thời gian

W = f(T) từ đồ thị có thể nhận đường cong (3) của sự thay đổi vận tốc sấy phụ thuộc độ ẩm vật liệu f(w) =dw/dr

Với sự tăng nhiệt độ vật liệu, ẩm độ bắt đầu bốc hơi mạnh từ bề mặt của nó Độ tập trung của chúng ở lớp trong của vật liệu bắt đầu cao hơn trên bề mặt Điều đó dẫn

Quá trình có thể chia làm ba giai đoan:

™ Thời kỳ thứ nhất: OA thực hiện đốt nóng vật liệu Độ ẩm trong thời kỳ này thay đổi ít Vận tốc sấy (đường cong 3) tăng từ không đến giá trị cực đại của nó

™ Thời kỳ thứ hai: AB ẩm độ bốc hơi từ bề mặt vật liệu, tương tự như sự bốc hơi nước từ mặt thoáng, tức là tất cả nhiệt cung cấp sẽ chi phí cho sự bốc ẩm Nhiệt độ vật liệu giữ không đổi, độ ẩm của vật liệu hầu như thay đổi theo đường thẳng

KK1, cho nên vận tốc sấy dw/dt được xác định trong mỗi điểm tăng của góc nghiêng tiếp tuyến của đường cong sấy (1) giữ không đổi (đường thẳng nằm ngang NN1)

™ Thời kỳ thứ ba: BC độ ẩm vật liệu hạ chậm, theo mức độ chi phí ẩm từ lớp trong của vật liệu, vận tốc sấy hạ xuống Bắt đầu có sự không tương ứng giữa lượng ẩm bốc hơi từ bề mặt và chuyển đến các lớp bên trong vật liệu Việc giảm cường độ bốc ẩm từ bề mặt sẽ làm tăng nhiệt độ vật liệu

Ở cuối thời kỳ sấy bắt đầu có ẩm cân bằng của vật liệu, việc sấy dừng lại, vận tốc sấy trở nên bằng không

1 - Sự thay đổi ẩm độ của vật liệu theo thời gian

2 - Sự thay đổi nhiệt độ của vật liệu theo thời gian

3 - Vận tốc sấy

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

2.3.1 Lưu lượng gió và bề dày lớp hạt / 24 /

Trong thiết kế máy sấy việc ước tính lưu lượng và trở lực khí sấy là rất quan trọng

Điều này cực kỳ quan trọng đối với máy sấy hoặc các hệ thống sấy lúa vì tốc độ sấy có thể ảnh hưởng đến độ nứt vỡ của hạt dẫn đến giảm giá trị thương mại

Hukill và Shedd (1955) đã xác lập mối quan hệ để dự đoán tĩnh áp của lúa ứng với lượng gió từ 0.01 đến 0.2 m3/s.m2 và đã xác định được các hằng số của hàm mô tả của nhiều loại hạt, hàm số này đã được công nhận bởi ASAE có dạng như sau:

Công thức của Chung và các cộng sự, đối với lúa dài:

Sp = A*(AF) + B*(AF)2 – C*(AF)*(MC) – D*(AF)*(FM)

B = 8289,97

C = 117,12

D = 164,23 Ảnh hưởng của ẩm độ, vật nhỏ mịn tập trung và khối lượng riêng trên trở lực của gió đối với lúa hạt dài cũng đã được xác định bởi Siebenmorgen và Jindal (1987)

Trở lực đã được đo với vận tốc gió trong khoảng 0,013 đến 0,387 m/s, khối lượng riêng từ 480 – 604 kg/m3, vật nhỏ mịn từ 0 đến 30 % và ẩm độ từ 12 đến 24 % Kết quả cho thấy, nếu tăng vật mịn lên 1 %, trở lực tăng 0,87 %; khi tăng khối lượng riêng lên 16 kg/m3 trở lực tăng 3,37 %; ẩm độ tăng 1 % trở lực giảm 3,73 % Dưới đây

Vùng hạt có ẩm độ trung bình trong toàn bộ bề dày lớp hạt rộng hơn

Hạt sấy quá khô ít hơn và thời gian tiếp xúc với nhiệt ít hơn

Hạt có ẩm độ trên 20 % ít hơn sau khi kết thúc quá trình sấy

Vận tốc gió tăng đáng kể khi giảm bề dày lớp hạt

Ông cũng cho thấy ảnh hưởng của việc tăng lưu lượng gió như sau:

Vùng có ẩm độ trung bình rộng hơn

Hạt bị sấy quá khô và chưa sấy khô ít hơn

Thời gian sấy ngắn hơn Thời gian sấy hầu như là một hàm của lưu lượng gió Đối với sấy lớp mỏng hơn, hiệu suất sấy sẽ thấp hơn do tăng lượng gió

2.3.2 Nhiệt độ sấy / 24 /

Khi nhiệt độ không khí đầu vào tăng lên thì nó ảnh hưởng đến quá trình sấy: Lượng hạt trong vùng có ẩm độ cao tăng lên

Bề dày của vùng có ẩm độ trung bình giảm xuống

Lượng hạt bị sấy quá khô gần như không đổi

Hạt được sấy nhanh hơn với nhiệt độ sấy cao

Khi nhiệt độ không khí đầu vào tăng lên, sự khác nhau giữa nhiệt không khí đầu vào và nhiệt độ không khí thoát tăng lên và nhiều nhiệt được sử dụng cho quá trình sấy

Thời gian sấy khi nhiệt độ thấp phụ thuộc vào loại hạt, điều kiện hạt ban đầu và nhiệt độ hạt Tất cả các yếu tố này đều có liên quan

Ông cũng lưu ý rằng mọi thay đổi nhằm nâng cao hiệu suất máy sấy đều ảnh hưởng đến chất lượng hạt

Sopomromant (1985) đã minh họa bằng nghiên cứu của Srihavong (1978) về sấy lúa bằng không khí nóng ở 43, 49 và 60 oC Bề dày lớp lúa 0,9 và lượng gió 6, 7,

13, 20, và 26,7 m3/ph/m2 đã kết luận: nhiệt độ sấy không nên vượt quá 45 oC nhằm đạt

tỉ lệ xay xát cao

Nhằm tránh chênh lệch ẩm độ giữa các lớp trên và lớp dưới, bề dày lớp hạt nên nhỏ hơn 60 cm (nên trong khoảng 30 – 40 cm)…Ông cũng cho biết, với máy tĩnh năng suất 2 tấn/mẻ Khi sấy 1 tấn lúa với lưu lượng 107 m3/ph, nhiệt độ sấy 43 – 48 oC thì tốc độ sấy là 1,92 %/h

2.3.4 Tạp chất

Trong quá trình sấy thì tạp chất cũng có ảnh hưởng Nếu trong hệ thống có quá nhiều tạp chất mịn sẽ có thể làm cho các lỗ sàn bị nghẹt, trở lực của hệ thống tăng , khí sấy không tiếp xúc được với lớp hạt từ đó làm cho thời gian sấy kéo dài, hạt khô không đồng đều trên diện tích bể sấy

2.4 Các thông số không khí ẩm trong quá trình sấy / 9 /

2.4.1 Khái niệm không khí ẩm

Không khí ẩm là một hỗn hợp của không khí khô (chủ yếu Oxygen và Nitrogen) và hơi nước Đây là tác nhân sử dụng để sấy hạt Lượng nước trong không khí sấy không nhiều nhưng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sấy

2.4.2 Các thông số không khí ẩm trong quá trình sấy

Nhiệt độ T (còn gọi là nhiệt độ bầu khô): là nhiệt độ không khí ẩm đo bằng nhiệt độ bình thường Trên ĐTKKA nhiệt độ T được đọc theo trục hoành

Lượng nước hòa dS (ứng với nhiệt độ T) là lượng nước tối đa có thể chứa trong

1 kg không khí khô Cách xác định dS: từ T dóng lên gặp đường bão hòa 100 % Rh, dóng qua dọc dS trên trục tung d (tỷ lệ ẩm kg/kg = kg hơi nước/kg KKK)

Tỷ lệ ẩm d1: là lượng nước thật sự có trong 1 kg KKK (kg H2O/ kgKKK), d1 <

Liên hệ giữa nhiệt độ bầu ướt Tw và ẩm độ tương đối Rh: Rh càng thấp thì khả năng bốc hơi nước từ miếng vải thấm nước càng nhiều, làm giảm Tw của bầu ướt Nếu

đo được T và Rh thì ta có thể xác định được Tw Ngược lại nếu ta đo được T và Tw thì

ta có thể xác định được Rh Đo được T và Tw hay T và Rh thì ta có thể xác định được tất cả các thông số khác của không khí ẩm Dụng cụ đo Rh là loại điện tử khá đắt, khoảng vài triệu đồng Trái lại nhiệt kế đo T và Tw khá rẻ, khoảng vài chục ngàn đồng

Enthalpy: là nhiệt lượng của không khí ẩm ứng với 1kg KKK, so với nhiệt độ chuẩn (thường lấy là 0 oC) như vậy ở 0 oC I = 0 kJ/kg

Thể tích riêng v: là thể tích của không khí ẩm ứng với 1kg KKK

Các thông số này có thể được xác định dễ dàng bằng đồ thị không khí ẩm

Đồ thị không khí ẩm biểu diễn các thông số trạng thái của không khí ẩm (một

số tác giả gọi là giản đồ trắc ẩm hoặc đồ thị t – d) Ta có thể dùng đồ thị này để phân tích quá trình sấy, ví dụ ở máy sấy tĩnh

2.5 Phần mềm AIT Drying Simulation / 21 /

Drysim là 1 phần mềm được V.K Jindal, R.C Martinez và Lê Văn Điệp phát triển nhằm giúp người dùng định hướng trong tính toán, đánh giá hiệu quả quá trình sấy và phương tiện tiện cung cấp gió Nó còn có khả năng giúp cho người dùng kiểm tra ảnh hưởng của các thông số đầu vào: ẩm độ ban đầu, bề dày lớp hạt, lưu lượng gió, nhiệt độ sấy…

Giao diện chính của phần mềm bao gồm các phần chính:

2.5.1 Dữ liệu

Trong bảng này chứa các phần:

Loại hạt: phần mềm này có thể sử dụng để mô phỏng cho nhiều loại hạt, tùy vào vật liệu cần sấy là gì mà ta chọn là hạt lúa, ngô hay đậu tương

Chế độ không khí: yêu cầu nhập vào nhiệt độ, ẩm độ không khí (không khí trời)

và nhiệt độ không khí sấy

Đặc tính hạt: bao gồm ẩm độ và nhiệt độ hạt

Bề dày lớp hạt: là bề dày lớp hạt mà ta dự định sấy

Số lớp theo dõi: mục đích của việc chia lớp ra là để tiến hành theo dõi sự giảm

ẩm và chênh lệch ẩm của các lớp đó

Vận tốc gió: là vận tốc bề mặt mà ta sử dụng cho chế độ sấy của mình

Chỉ tiêu dừng: ta có thể căn cứ vào ẩm độ trung bình, thời gian sấy, ẩm độ của lớp hoặc phần trăm vật liệu sấy bị mất

2.5.2 Mô hình

Tong phần này chỉ ra các tác giả khác nhau mà ta có thể dựa vào để tính toán cho quá trình sấy Ví dụ:

Mô phỏng: theo Thomson (1968)

Nhiệt dung riêng: tính theo Suminitrado (1979)

Ẩm độ cân bằng của hạt: theo Chung, ASAE (1991)

Nhiệt ẩn: tính theo Mod Henderson, ASAE (1991)

Sấy lớp mỏng: theo Baniong (1990)

Sự hồi ẩm: theo Jogleker (1990)

Có chức năng trợ giúp người sử dụng khi cần thiết

2.6 Các loại máy sấy lúa được sử dụng hiện nay

2.6.1 Máy sấy rất rẻ SRR – 1 / 9 /

a Cấu tạo

Gồm có 3 bộ phận chính: Quạt, buồng sấy và phần cấp nhiệt

Buồng sấy là bồ cót tre uốn thành 2 vòng đồng tâm, khi sấy lúa đường kính trong 0,4 m, đường kính ngoài 1,5 m và cao 1,1 m Lớp cót bên trong được đỡ phụ bằng vòng sắt Φ6 mm để không bị lớp hạt đè bẹp Nhiệm vụ 2 lớp cót tre là để chứa hạt và cho không khí sấy xuyên qua dễ dàng

Quạt sấy là loại quạt hướng trục 2 tầng, mô tơ 0,5 HP, thổi gió từ ống trong xuyên qua lớp hạt mang ẩm ra ngoài Khi sấy lúa áp lực gió tạo ra phải lớn hơn 25 mm

H2O với lưu lượng gió 0,35 m3/s Mô tơ điện sử dụng cho SRR - 1 là loại 1 pha 220 volt, tốc độ quay 2800 vòng/phút

Phần cấp nhiệt:

Cấp nhiệt bằng điện trở: điện trở 1000 W, được bố trí trước quạt để cung cấp nhiệt phụ thêm khi trời ẩm Phương pháp cấp nhiệt này rất đơn giản, tuy nhiên không đáp ứng được ở những vùng có lưới điện yếu, hoặc những vùng có giá điện cao, dẫn đến chi phí sấy cao

Cấp nhiệt bằng than: Phương pháp này vừa tiết kiệm điện vừa rút ngắn thời gian sấy tuy nhiên phải đầu tư thêm bếp than và trong thời gian sấy phải chú ý đến máy nhiều hơn so với khi sử dụng điện trở Sự chênh lệch ẩm độ trong và ngoài lớp lúa sẽ lớn hơn một ít

b Quá trình hoạt động

Sau khi lúa được nạp vào giữa hai bồ cót và bạt phủ được cột lại, đóng cầu dao điện cho quạt hoạt động Quạt hút không khí ngoài trời xuyên qua lớp hạt làm khô hạt dần từ trong ra ngoài Điện trở hay bếp than chỉ cấp thêm nhiệt vào ban đêm hay khi trời ẩm do mưa bão, như vậy chỉ tốn năng lượng điện dùng để chạy quạt mà thôi

c Ưu điểm

Giá thành rất rẻ, giảm chi phí khấu hao

Máy làm việc ở nhiệt độ thấp

Sấy được nhiều loại nông sản khác nhau

d Nhược điểm

Năng suất thấp (chỉ khoảng 1 tấn/mẻ)

Thời gian sấy kéo dài

Hệ thống lưới điện còn nhiều khó khăn

2.6.2 Máy sấy tĩnh rẻ STR – 1 / 9 /

a Cấu tạo

Thoạt nhìn rất giống như SRR-1 kiểu lò than nhưng các thông số kỹ thuật khác nhau Gồm có 2 buồng sấy, mỗi buồng chứa 500 kg hạt Kích thước mỗi buồng: đường kính vòng ngoài 1,1 m; đường kính vòng trong 0,4 m; chiều cao buồng 1,15 m

b Quá trình hoạt động

Áp dụng kỹ thuật sấy tĩnh có đảo trộn, nhiệt độ 42 – 45oC Lần đầu sau khi sấy

bồ lúa thứ nhất 4 – 5 giờ, đổ ra trộn lại Trong thời gian trộn lại thì chuyển quạt qua bồ lúa thứ II sấy 4 – 5 giờ Kế tiếp, chuyển quạt qua bồ lúa thứ I (sau khi trộn) sấy thêm 3

- 4 đạt ẩm độ trung bình 14 – 15 % Sau khi xong bồ lúa thứ nhất chuyển quạt qua bồ lúa thứ II sấy tiếp phần còn lại

c Ưu điểm

Sấy được nhiều loại nông sản

Năng suất cao gấp đôi so với máy sấy SRR-1

c Ưu điểm

Sấy được nhiều loại nông sản

Ít sai biệt ẩm độ giữa các lớp

Không hạn chế ẩm độ lúa đầu vào và độ sạch của lúa

Máy vận hành đơn giản

b Quá trình hoạt động

Giống như máy sấy tĩnh, hạt được cho vào bể sấy, giai đoạn đầu thì luồng khí sấy hướng từ dưới lên để mang ẩm ra ngoài cho đến khi lớp dưới gần đạt ẩm độ yêu cầu ta bắt đầu đậy nắp và đảo chiều khí sấy (đi từ trên xuống) cho đến khi đạt ẩm độ

14 – 15 %

c Ưu điểm

Ít tốn công cào, đảo lúa trong quá trình sấy mà vẫn đảm bảo lúa khô đồng đều, chỉ tốn khoảng 30 phút và 2 – 4 nhân công khi đảo gió

Năng suất cao hơn máy sấy tĩnh không có đảo chiều gió

Ẩm độ giữa các lớp hạt sau khi sấy khá đồng đều

d Nhược điểm

Đầu tư cao hơn máy sấy tĩnh

Bảng 2.5: Bảng tóm tắc đặc tính kỹ thuật của 4 loại máy sấy SRR - 1, STR -1

SRA - 10, và SHG - 4

2.7 Phương trình cân bằng ẩm và chi phí của tác nhân sấy / 17 /

Phương trình cân bằng ẩm :

G1*W1/100 + L*d1/1000 = G2*W2/100 + L*d2/1000 Trong đó :

G1*W1/100, G2*W2/100: Lượng ẩm tương đối của vật liệu đi vào và đi ra khỏi buồng sấy

0,6

25

240 0,5

1

Khung sắt Cót tre

1

Gạch, vữa xây Lưới tôn tráng kẽm

10

Gạch, vữa xây Lưới tôn tráng kẽm

4

Kết quả sấy lúa:

Hạ ẩm độ từ 26 - 28 % xuống

Chênh lệc ẩm độ sau khi sấy

Thời gian sấy mỗi mẽ (giờ):

L*d1/1000; L*d2/1000: Lượng ẩm tương đối của tác nhân đi vào và đi ra khỏi buồng sấy

L : là chi phí tác nhân khô của sấy, [kg KKK/h]

G1 , G2 : khối lượng vật liệu đi vào và đi ra khỏi buồng sấy, [kg]

d1, d2 : độ chứa ẩm của tác nhân đi vào và đi ra khỏi buồng sấy, [g H2O/kg KKK]

W1 , W2 : ẩm độ của vật liệu đi vào và đi ra khỏi buồng sấy, [%]

Sau một vài phép biến đổi ta có được chi phí khối lượng của ẩm bốc hơi GH20:

Lúc hỗn hợp với hơi đốt hàm lượng ẩm của không khí bên ngoài do tăng đều d1

do ẩm chứa trong nguyên liệu và quá trình cháy của hydro Trong lúc nung nóng

không khí, hàm lượng ẩm do của nó không thay đổi, cho nên đối với điều kiện ấy chi

phí riêng của tác nhân sấy là :

Vbm: lưu lượng không khí qua 1m2 sàn, [m3/s.m2]

a, b: các hằng số phụ thuộc vào bản chất của vật liệu sấy