CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN VĂN TUYÊN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : .......................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : .......................................................................................

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng ………năm 2007


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

-------o0o------

------o0o------

Tp. HCM, ngày ………tháng ……… năm 2007.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : Trần Đình Anh Tuấn
Phái : Nam
Ngày,tháng,năm sinh : 05.10.1975
Nơi sinh : Tỉnh Quảng Trị
Chuyên ngành : Công nghệ nhiệt
MSHV : 00603163
I-TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẤY TẦNG SÔI ĐỐI VỚI
MỘT SỐ NÔNG SẢN.
II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Xác định các đặc tính thủy động học đối với 04 loại nông sản Cà phê,
Tiêu, đậu Hòa Lan và đậu Đỏ :
- Đường kính trung bình của hạt.
- Tốc độ tới hạn.
- Các tiêu chuẩn đặc trưng cho chế độ sôi.
- Trở lực của lớp hạt.
2. Khảo sát quá trình giảm ẩm và viết chương trình tính toán quá trình sấy
tầng sôi.
III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký Quyết định giao đề tài)
IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30.8.2007
V-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN VĂN TUYÊN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông
qua.
Ngày 14 tháng 09 năm 2007
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH


KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô bộ môn “Công nghệ nhiệt “ của
trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, khoa Công nghệ thực
phẩm và môi trường, trung tâm công nghệ Nhiệt Lạnh của trường Đại học công
nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi để
có thể hoàn thành luận văn của mình.
Và đặc biệt tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy
TS Nguyễn Văn Tuyên đã hướng dẫn rất tận tình và bổ sung cho tôi nhiều kiến
thức bổ ích để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn của mình.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn đến tất cả những bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ
và đóng góp những ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện luận văn của
mình.


CAM KẾT
Tôi xin cam đoan những kết quả thực nghiệm và trình bày trong luận văn này
là của riêng tôi và chưa từng được công bố trong bất kỳ tài liệu của tác giả nào
khác.

Tác giả
Trần Đình Anh Tuấn


CÁC KÝ HIỆU
I. Chữ la tinh
dtđ


đường kính tương đương của hạt

F

diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

FG

diện tích ghi lò

g

gia tốc trọng trường

G

khối lượng hạt

Gn

khối lượng n hạt

H

chiều cao lớp hạt

L

lưu lượng không khí


DP

trở lực

t

nhiệt độ bách phân

q

mật độ dòng nhiệt

w

lượng ẩm

II. Ký tự Hy Lạp
α

hệ số trao đổi nhiệt đối lưu

β

hệ số giãn nở nhiệt

ν

độ nhớt động học


ρk

khối lượng riêng không khí

ρv

khối lượng riêng hạt

∆p

trở lực

ϕ

độ ẩm tương đối

ε

độ xốp

ωt

tốc độ tối ưu

ωth

tốc độ tới hạn


III. Các tiêu chuẩn đồng dạng


Ar =

Fe =

Gr =

l 3 ( ρ v − ρ k )g

ν 2 ρk
4l 3 (ρ v − ρ k )g

ν 2 ρk
gβ l 3 ∆t

ν2

tiêu chuẩn Acchimede
tiêu chuẩn Phedorov
tiêu chuẩn Grashof

Nu =

αl
λ

tiêu chuẩn Nusselt

Re =


ωl
ν

tiêu chuẩn Reynolds

IV. Các từ viết tắt
HTS

hệ thống sấy

TBS

thiết bị sấy

TNS

tác nhân sấy

VLS

vật liệu sấy


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Sản lượng nông sản Việt Nam ngày càng tăng, nhưng khả năng cạnh
tranh trên thị trường thế giới còn rất thấp. Đó là do tình trạng thu hoạch, chế
biến và bảo quản nông sản còn lạc hậu. Vì vậy để tăng khả năng cạnh tranh,
đòi hỏi ngành nông nghiệp cần cải tiến kỹ thuật từ thu hoạch đến bảo quản
nông sản và trong đó kỹ thuật sấy đóng vai trò rất quan trọng. Chính vì vậy, đề
tài được thực hiện với mục đích cung cấp các đặc tính thuỷ động học của một

số nông sản trong thiết bị sấy tầng sôi nhằm phục vụ cho công nghệ bảo quản
nông sản. Bốn (04) loại nông sản được lựa chọn là tiêu, cà phê, đậu hòa lan và
đậu đỏ. Tác giả đã dùng phương pháp thực nghiệm để xác định các thông số
như: đường kính trung bình hạt, tốc độ tạo tầng sôi, trở lực của lớp hạt, các tiêu
chuẩn đặc trưng cho chế độ “sôi” và lập đường cong khuếch tán ẩm, viết
chương trình tính toán quá trình sấy tầng sôi.

SUMMARY OF THE THESIS
Agricultural produce yield in Viet Nam increases continuously but its
compation in the world market is still low due to unsuitability of harvest,
processing and storage. Therefore, to increase the competition, Viet Nam
Agriculture should apply new technologies in the field of plant and storage in
which technology of drying is very important. The aim of this thesis is to study
the hydrodynamic characteristics of some agricultural products in fluidization
bed. As an object of the study, pepper, coffee and beans were choosen. By
experiments the thesis determined

average dimention of bean, minimum

fluidizing velocity, fluidization impediment, specific characteristics for
“boiling” and to form chart of diffuse moisture, program for fluidization bed.


1

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................1
Chương 1 TỔNG QUAN .........................................................................................3
1.1. Tình hình sản xuất nông sản tại Việt Nam....................................................3
1.2. Tầm quan trọng của vấn đề bảo quản nông sản ...........................................4

1.2.1. Sự thiệt hại trong quá trình bảo quản ....................................................4
1.2.2. Vai trò của việc bảo quản nông sản.......................................................4
1.3. Tính chất vật lý cơ bản của hạt nông sản .....................................................5
1.3.1. Mật độ và độ trống rỗng (độ xốp) .........................................................5
1.3.2. Dung trọng và tỷ trọng...........................................................................6
1.3.3. Màu sắc và mùi vị..................................................................................6
1.3.4. Kích thước và hình dạng hạt ..................................................................7
1.3.5. Độ lớn ....................................................................................................8
1.3.6. Tính chất vật lý của khối hạt .................................................................9
1.4. Kỹ thuật sấy nông sản................................................................................10
1.4.1. Cơ sở khoa học của quá trình sấy nông sản ........................................10
1.4.2. Các phương pháp sấy ...........................................................................11
1.4.3. Các thiết bị sấy ....................................................................................12
1.5. Đối tượng và nội dung nghiên cứu của luận văn ........................................13
Chương 2
LÝ THUYẾT VỀ SẤY TẦNG SÔI .....................................................14
2.1. Đặc điểm sấy tầng sôi ................................................................................14
2.2. Tính toán hệ thống sấy tầng sôi ..................................................................16
2.2.1. Tốc độ tới hạn và tốc độ làm việc tối ưu.............................................16
2.2.2. Trở lực trong tầng sôi ...........................................................................17
2.2.3. Khối lượng vật liệu sấy thường xuyên nằm trên ghi ...........................17
2.2.4. Diện tích ghi lò và chiều cao lớp hạt ...................................................18
Chương 3 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH THỦY ĐỘNG HỌC CỦA MỘT SỐ NÔNG
SẢN TRONG TẦNG SÔI .........................................................................................19
3.1. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu ........................................................19
3.1.1. Mục tiêu ...............................................................................................19
3.1.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm .................................................20
3.2. Xác định độ ẩm của hạt ..............................................................................24
3.2.1. Hạt tiêu xanh........................................................................................24
3.2.2. Cà phê vỏ.............................................................................................27



2

3.2.3. Nhân cà phê .........................................................................................29
3.2.4. Đậu hòa lan..........................................................................................29
3.2.5. Đậu Đỏ.................................................................................................30
3.3. Xác định khối lượng riêng của hạt ..............................................................31
3.3.1. Phương pháp xác định khối lượng riêng của hạt .................................31
3.3.2. Kết quả thực nghiệm............................................................................32
3.4. Xác định đường kính tương đương của hạt..................................................35
3.4.1. Phương pháp thực nghiệm....................................................................35
3.4.2. Kết quả thực nghiệm............................................................................36
3.5. Nhận xét tính chất vật lý của hạt ................................................................40
3.6. Xác định trở lực - chiều cao lớp hạt và vận tốc tới hạn..............................41
3.6.1. Dụng cụ – thiết bị sử dụng...................................................................41
3.6.2. Phương pháp tiến hành và kết quả thực nghiệm .................................42
3.6.3. Kết quả xử lý số liệu ...........................................................................42
3.6.4. Nhận xét: .............................................................................................47
3.7. Xác định tốc độ giảm ẩm ............................................................................49
3.7.1. Hạt tiêu ................................................................................................50
3.7.2. Cà phê vỏ.............................................................................................53
3.7.3. Cà phê nhân .........................................................................................54
3.7.4. Đậu Hòa Lan........................................................................................54
3.7.5. Đậu Đỏ.................................................................................................55
Chương 4
CHƯƠNG TRÌNH TÍNH QUÁ TRÌNH SẤY ......................................58
4.1. Phương pháp tính nhiệt và thuật toán xác định quá trình sấy .....................58
4.1.1. Lưu đồ tính toán ...................................................................................60
4.1.2. Phương pháp tính nhiệt cho quá trình sấy ............................................62

4.1.3. Chương trình máy tính..........................................................................69
4.2. Ứng dụng chương trình máy tính.................................................................75
4.3. Các phương án lựa chọn ..............................................................................76
PHỤ LUÏC ..................................................................................................................82


3

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1. Tình hình sản xuất nông sản tại Việt Nam
Trong những thập kỷ qua, tình hình sản xuất nông nghiệp của nước ta có nhiều
tiến triển rõ rệt. Từ một đất nước còn phải lo khắc phục hậu quả sau chiến tranh,
lương thực thực phẩm chưa đủ cung cấp cho toàn thể nhân dân, mà giờ đây còn là
một đất nước xuất khẩu các loại nông sản như : gạo, cà phê, tiêu, điều… ra toàn thế
giới. Ví dụ như tình hình sản xuất gạo trong nước vào năm 1998 có sản lượng là 30
triệu tấn, đến năm 2002 thì sản lượng gạo là 33.54 triệu tấn[4].
Tuy sản lượng nông sản Việt Nam ngày càng tăng, nhưng khả năng cạnh
tranh của các mặt hàng này hiện nay còn thấp. Thực trạng trên là do công nghệ sau
thu hoạch lạc hậu. Chẳng hạn đối với ngành rau quả, do các khâu từ thu hoạch, lựa
chọn, bảo quản, chế biến …chủ yếu vẫn còn thủ công nên tỷ lệ tổn thất khá cao từ
20 – 25% (một số nước trong khu vực tỷ lệ này là khoảng 10%). Ngay như một số
mặt hàng lương thực vài năm gần đây được coi là đã chú trọng vào khâu công nghệ
sản xuất và chế biến, song tỷ lệ tổn thất vẫn ở mức 10%, thậm chí tại đồng bằng
sông Cửu Long là 15%...
Đối với một số mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam như cà phê, theo đánh
giá của các chuyên gia [4] mặc dù có nhiều lợi thế nhưng vẫn thua ngay trên sân
nhàvới lý do đơn giản: chất lượng thấp, không ổn định, nạn tranh mua tranh bán

nguyên liệu xảy ra phổ biến. Ngoài ra theo lãnh đạo Công ty Giám định cà phê và
nông sản xuất nhập khẩu CafeControl, qui trình đánh giá chất lượng cà phê ở Việt
Nam hiện nay được thực hiện hết sức đơn giản so với tập quán quốc tế. Đơn cử


4

khâu thử nếm cà phê chỉ thực hiện “khi có yêu cầu”, trong khi đây là điều bắt buộc
của quốc tế. Về tạp chất theo quy định của Việt Nam lên đến 1% trong khi quốc tế
chỉ được phép 0.2%. Một lý do khác khiến cà phê và các nông sản khác của Việt
Nam có chất lượng kém là người dân chưa có ý thức được việc tạo ra sản phẩm tốt.
Tại các tỉnh Tây Nguyên – vùng sản xuất cà phê trọng điểm của Việt Nam, hầu hết
người dân đều không đầu tư cho quy trình sản xuất, thu hái quả chưa đủ độ chín,
không có nơi bảo quản…nên chất lượng sản phẩm không đồng đều, lẫn nhiều tạp
chất.
1.2.

Tầm quan trọng của vấn đề bảo quản nông sản

1.2.1. Sự thiệt hại trong quá trình bảo quản
Việt Nam là nước nông nghiệp nhiệt đới, quanh năm luôn có sản phẩm thu
hoạch, đòi hỏi phải bảo quản, chế biến để nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm.
Việc đảm bảo và nâng cao chất lượng nông sản có ý nghóa rất to lớn, nhiệm vụ của
sản xuất không chỉ hoàn thành về mặt số lượng mà còn phải đảm bảo các chỉ tiêu
về chất lượng. Chất lượng nông sản phẩm tốt sẽ kéo dài thời gian sử dụng, tăng giá
trị sản phẩm, hạ thấp được mức thiệt hại có thể xảy ra.
Ở nước ta, thiệt hại gây ra trong quá trình bảo quản là rất đáng kể. Tính trung
bình đối với các loại hạt, tổn thất sau thu hoạch là 10%, đối với các loại cây có củ
là 10-20%, còn đối với rau quả là 10-30% [2]. Hàng năm trung bình thiệt hại 15%,
tính ra tương đương với hàng vạn tấn lương thực bỏ đi, có thể đủ nuôi sống hàng

triệu người.
1.2.2. Vai trò của việc bảo quản nông sản
Bảo quản nông sản là một lónh vực kỹ thuật bao gồm bảo quản giống và bảo
quản các nông sản phẩm khác. Mục đích của việc bảo quản nông sản phẩm nhằm:


5

- Bảo quản giống để đảm bảo cho quá trình tái sản xuất mở rộng.
- Đảm bảo cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp chế biến.
- Bảo quản bán thành phẩm sơ chế.
Vì vậy trong công tác bảo quản nông sản phải giải quyết được 03 yêu cầu
chính sau đây :
- Đảm bảo hao hụt thấp nhất về trọng lượng.
- Hạn chế thay đổi về chất lượng.
- Chi phí giá thành thấp nhất trên một đơn vị sản phẩm bảo quản.
Và để công tác bảo quản nông sản đạt được kết quả cao thì trước hết chúng
ta cần phải hiểu rõ về các tính chất vật lý của nông sản.
1.3.

Tính chất vật lý cơ bản của hạt nông sản

1.3.1. Mật độ và độ trống rỗng (độ xốp)
Khi hạt để thành khối hay để trong một dụng cụ nào đó tuy cần chiếm một
không gian nhất định nhưng giữa các hạt không phải là chặt mà tồn tại những khe
hở nhỏ to khác nhau. Tất cả những khoảng không gian mà hạt chiếm chỗ trên thực
tế do hai bộ phận tạo nên:
- Một bộ phận do hạt chiếm chổ tức là thể tích tuyệt đối của hạt.
- Một bộ phận khác là không gian chiếm, tức là khoảng cách giữa các hạt
và khoảng không gian giữa hạt.

Nếu dùng tỷ số % để biểu thị thì tỷ lệ % mà thể tích tuyệt đối của hạt chiếm
là mật độ của hạt. Còn tỷ lệ % mà toàn bộ không gian giữa các hạt là độ trống rỗng
của hạt.
Mật độ và độ rỗng có ý nghóa rất lớn trong công tác bảo quản. Do trong khối
hạt có rất nhiều khoảng trống, giữa các khoảng trống đó liên hệ với nhau. Khoảng


6

trống xung quanh hạt chính là môi trường sống của hạt. Độ trống rỗng giữa các hạt
lớn thì không khí lưu thông, nước phát tán tốt và tăng nhanh sự truyền nhiệt tránh
hiện tượng tự bốc nóng.
Mật độ và độ trống rỗng của hạt quyết định bởi hình dạng, kích thước hạt,
độ đồng đều, tính đàn hồi, tính chất bề mặt……
Hình dáng của hạt gần tròn, hình bầu dục hay tương đối có quy tắc, hạt to nhỏ
không đều, bề mặt nhẵn thì mật độ của chúng tương đối lớn. Đây là yếu tố rất quan
trọng trong bảo quản.
1.3.2. Dung trọng và tỷ trọng
a. Dung trọng
Là trọng lượng tuyệt đối của hạt chứa trong một đơn vị dung tích nhất định,
thường tính theo g/l, kg/100lit. Dung trọng được sử dụng làm căn cứ tính toán dung
tích của kho chứa. Dung trọng của hạt lớn nhỏ có quan hệ với độ lớn của hạt, độ
thuần, hình dạng, đặc tính bề mặt, kết cấu bên trong, hàm lượng nước…
b. Tỷ trọng
Là tỷ số trọng lượng giữa thể tích hạt nhất định với thể tích nước nhất định
(tức là tỷ số trọng lượng tuyệt đối và thể tích tuyệt đối của hạt).
Tỷ trọng cho chúng ta biết mức độ nhiều hay ít của vật chất chứa trong hạt
tức là kết cấu bào xốp hay chặt.
1.3.3. Màu sắc và mùi vị
Mỗi loại hạt ở điều kiện bình thường đều có màu sắc và mùi vị tự nhiên của

hạt, nếu thu hoạch, gia công chất lượng và bảo quản không đúng chế độ thì chất
lượng hạt giảm làm cho màu sắc và mùi vị của hạt cũng thay đổi theo, vì vậy màu
sắc và mùi vị của hạt là một trong những chỉ số đánh giá chất lượng hạt.


7

1.3.4. Kích thước và hình dạng hạt
Kích thước và hình dạng hạt là chỉ số đặc trưng đặc tính thực vật như loại,
giống, họ, đồng thời cũng là chỉ số cơ lý cần thiết khi phân loại, làm sạch và chế
biến hạt. Kích thước và hình dạng hạt cũng ảnh hưởng tới độ hổng và tính rời của lô
hạt.
Kích thước hạt được thể hiện bởi chiều dài, chiều rộng và chiều dày của hạt,
còn hình dạng được thể hiện bởi hệ số dạng cầu ϕ và tính theo công thức sau:
ϕ = Fc / Fh
trong đó :

(1.1)

Fh : diện tích bề mặt ngoài của hạt
Fc : diện tích tương ứng với thể tích dạng hình cầu
Fc = 4.π.R2 với R = 0,62v1/3

(1.2)

v: thể tích của hạt.
Đối với hạt có dạng hình cầu thì:
Fh = 0,35(a + b + l )
(1.3)
Thể tích của hạt tính theo công thức :

v = k.a.b.l
(1.4)
k : hệ số phụ thuộc hình dạng
Thể tích hạt có thể tính theo phương pháp tỷ trọng hoặc phương pháp cân thủy tónh.
Bảng 1.1
Đặc tính hình học của một số hạt [3]
Kích thước (mm)

Thể tích

Diện tích

Hệ số

Tỷ lệ v/Fh

dài, l

rộng, a

dày, b

v(mm3)

Fh (mm2)

dạng cầu

(mm)


Lúa

5-12

2.5-4.3

1.2-3.8

12-35

30-35

0.84

0.35

Ngô

5.5-14

5-12

2.5-8

140-260

80-145

0.55-0.8


0.7

Cao lương

2.6-5.8

2.4-5.6

2-5

50-85

60-95

0.95

0.75

Hoà lan

4-10

3.7-10

3.5-10

114-320

150-270


0.96

0.8

Loại hạt


8

1.3.5. Độ lớn
Hạt có độ lớn càng cao thì càng có giá trị vì tỷ lệ nội nhủ nhiều hơn, do đó khi
chế biến thu được tỷ lệ thành phẩm cao hơn. Để đánh giá độ lớn của hạt không đơn
thuần căn cứ vào kích thước hạt mà cần lưu ý một loạt các chỉ số liên quan như :
khối lượng 1000 hạt, khối lượng riêng, độ đồng đều, những chỉ số này cũng liên
quan với nhau.
- Khối lượng 1000 hạt : thể hiện độ lớn, độ chắc và độ hoàn thiện của hạt. Khối
lượng 1000 hạt càng cao thì hạt càng giá trị. Việc xác định khốâi lượng này phải tính
theo chất khô vì hạt càng ẩm thì khối lượng mỗi hạt càng lớn.
- Khối lượng riêng : Khối lượng hạt hay sản phẩm chế biến trong một đơn vị thể
tích. Khối lượng riêng của lô hạt phụ thuộc vào một loạt các yếu tố: hệ số dạng
cầu, trạng thái bề mặt phần tử, độ ẩm, độ lớn, độ chắc…Phần tử càng tròn, bề mặt
càng nhẵn, hệ số ma sát thấp, độ ẩm và độ lớn, độ chắc càng cao thì khối lượng
riêng càng lớn. Lô hạt lẫn nhiều tạp chất nặng thì khối lượng riêng lớn, lẫn nhiều
tạp chất hữu cơ thì khối lượng riêng bé.
Bảng 1.2 nêu khối lượng riêng của một số hạt với mục đích tham khảo.
Bảng 1.2

Bảng khối lượng riêng của một số hạt [3 ]
Loại hạt


Khối lượng riêng (g/l)

Thóc

440 – 620

Ngô

600 – 820

Đậu nành

650 – 720

Lúa mì

650 - 850


9

1.3.6. Tính chất vật lý của khối hạt
a. Độ rời
Khối hạt gồm những phần tử rắn, chúng khác nhau về hình dạng, kích thước,
khối lượng riêng, khối lượng 1000 hạt, trạng thái bề mặt … do đó khối hạt dễ dàng
dịch chuyển, ta gọi tính dịch chuyển này là độ rời.
Khối hạt có độ rời cao thì dễ dàng vận chuyển bằng khí động, gầu tải, ống tự
trượt và các thiết bị vận chuyển khác. Dựa vào tính dễ trượt của hạt và khối hạt
nên các nhà máy thường xây dựng cao, nhiêu tầng. Khối hạt, nhờ gầu tải nâng cao
rồi theo theo ống trượt trượt xuống các thiết bị tầng dưới. Cũng do khối hạt có độ

rời nên dễ dàng đổ hạt vào kho có hình dạng khác khau như kho thường, xilô, vựa
chứa hoặc các phương tiện vận chuyển khác như: ôtô, xe lửa, tàu thuỷ…
Độ rời của khối hạt dao động trong khoảng khá rộng tuỳ thuộc vào các yếu tố:
+ Hình dạng, kích thước và trạng thái bề mặt hạt.
+ Độ ẩm của hạt.
+ Số lượng và loại tạp chất trong khối hạt.
Độ tạp chất của khối hạt càng cao thì độ rời càng nhỏ. Độ ẩm của khối hạt
càng ẩm thì độ rời càng giảm. Trong bảo quản độ rời của khối hạt có thể thay đổi
tuỳ thuộc vào điều kiện bảo quản. Nếu bảo quản khá lâu hay đã xảy ra quá trình tự
bốc nóng làm cho khối hạt bị nén lại, độ rời giảm thậm chí có khi mất hẳn.
b. Trở lực của khối hạt
Trong bảo quản và làm khô hạt còn phải lưu ý tới trở lực của khối hạt. Trở
lực của khối hạt tăng tỷ lệ thuận với tốc độ dòng khí thổi qua và có thể tính theo
công thức [3]:
∆p = 9,806.A.h.ωn

(Pa)

(1.5)


10

h : chiều dày lớp hạt [mm].
ω : tốc độ dòng khí đi qua lớp hạt [m/s].
A và n : hệ số phụ thuộc tính chất vật lý của khối hạt
Bảng1.3 Hệ số tính chất vật lý của khối hạt [3]

1.4.


Loại hạt

A

n

Lúa

1.76

1.41

Ngô

0.67

1.55

Lúa mì

1.41

1.43

Kỹ thuật sấy nông sản

1.4.1. Cơ sở khoa học của quá trình sấy nông sản
Các sản phẩm nông nghiệp muốn bảo quản được tốt thì phải có độ ẩm nhỏ,
nhưng độ ẩm này ít khi có được sau thu hoạch, vì vậy cần phải thông qua quá trình
phơi hoặc sấy. Sấy là phương pháp tương đối có hiệu quả, tạo tiền đề để bảo quản

tốt sản phẩm.
Điều kiện thích hợp để bảo quản hạt là độ ẩm ở giới hạn từ 12-14%. Hạt có
độ ẩm lớn hơn 14% thì rất nhanh chóng bị hư hỏng. Do đó đối với một nước có khí
hậu nóng ẩm mưa nhiều như nước ta thì sấy là công việc rất quan trọng.
Sấy là một quá trình rất phức tạp. Khi sấy cần đảm bảo giữ được tính chất
của sản phẩm, đảm bảo chất lượng và giữ nó ở trạng thái tốt.
Quá trình sấy thực chất là quá trình dùng nhiệt năng để làm bốc hơi một
phần nước có trong vật sấy. Quá trình này phụ thuộc vào cấu tạo, kích thước, dạng
liên kết của vật sấy , tính chất lý hoá học và trạng thái bề mặt của sản phẩm.


11

1.4.2. Các phương pháp sấy
a. Sấy tự nhiên
Là phương pháp dùng năng lượng mặt trời để làm khô hạt. Phơi nắng không
tốn nhiên liệu nhưng mất nhiều công lao động, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và
không cơ giới hoá được. Thời gian để đạt tới độ ẩm an toàn thường rất dài.
b. Sấy nhân tạo
Khi cần làm khô một khối lượng lớn sản phẩm trong thời gian ngắn ở bất kể
điều kiện thời tiết nào thì sử dụng phương pháp sấy nhân tạo. Phương pháp này đắt
tiền và phức tạp hơn phương pháp sấy tự nhiên, nhưng đó là điều kiện cần thiết có
được sản phẩm đồng nhất đem ra thị trường. Các phương pháp sấy nhân tạo gồm:
- Sấy tónh: Hạt được trải thành lớp nằm ngang và được không khí lưu thông từ dưới
lên trên. Độ dày lớp hạt rất quan trọng và nó tương ứng với một phần về mặt tận
dụng năng suất sử dụng tối đa của máy sấy. Phương pháp này muốn tốt phải tạo
điều kiện lưu lượng không khí nóng một cách đồng đều.
- Sấy liên tục : lớp hạt thường được chuyển động trong lò sấy, bề dày lớp hạt
thường nhỏ hơn sấy tónh, và có những bộ phận trộn hạt trong quá trình hạt đi qua
lò sấy. Do đó khắc phục được hiện tượng không đồng đều.

- Sấy bằng đối lưu không khí : dùng không khí nóng hoặc hỗn hợp không khí nóng
với khói lò để làm khô sản phẩm.
- Sấy bức xạ : Được thực hiện bằng cách chiếu các tia hồng ngoại lên sản phẩm.
- Sấy trong từ trường của dòng điện cao tần : đặt sản phẩm ẩm dịch chuyển giữa
2 tấm kim loại có dòng điện cao tần (500kHz) để tách lượng ẩm liên kết bền với
sản phẩm.


12

- Sấy thăng hoa : phương pháp mà trong đó ẩm trong vật liệu sấy từ dạng rắn trực
tiếp biến thành hơi.
1.4.3. Các thiết bị sấy
Như trên ta thấy có rất nhiều phương pháp sấy nông sản với thiết bị sấy
tương ứng. Mỗi thiết bị sấy sẽ phù hợp với một số loại nông sản nào đó. Đối với
các loại nông sản dạng hạt, thường sử dụng một số thiết bị sấy như sau:
Sấy hầm : thường được sử dụng để sấy các nông sản như : ngô, đậu, lúa. Thiết bị
sấy hầm làm việc liên tục. Vật liệu sấy được chất trên khay để trên xe goòng hoặc
băng tải và được đưa vào hầm sấy. Thông số sấy thay đổi theo chiều dài của hầm
sấy. Thiết bị sấy hầm thường có kích thước cồng kềnh, độ đồng đều tương đối cao.
- Sấy thùng quay : phù hợp với các vật liệu dạng hạt. Bộ phận chính của thiết bị là
một thùng hình trụ được đặt nằm ngang hay nghiêng với góc nghiêng nhỏ. Thùng
được quay với tốc độ chậm 0.5 – 0.8 v/p. Khi sấy các vật liệu có kích thước nhỏ cần
chọn tốc độ sao cho hạt không bị cuốn theo ra ngoài
- Thiết bị sấy tầng sôi
Thường được sử dụng trong
việc sấy nông sản dạng hạt như : cà
phê, lúa, bắp, tiêu…
Nguyên lý làm việc nhờ quạt
hút đưa không khí khô qua bộ gia

nhiệt và bộ lọc, sau đó được đưa vào
buồng sấy. Dòng khí nóng với tốc độ

Hình 1.2 HTS tầng sôi

cao, được thổi từ dưới lên làm cho các vật liệu sấy bay lơ lửng trong buồng sấy.


13

Hệ thống sấy tầng sôi có cấu tạo đơn giản, độ đồng đều cao, vật liệu sấy khô
đều, ít bị biến đổi màu sắc, đặc tính.
1.5.

Đối tượng và nội dung nghiên cứu của luận văn

a. Đối tượng nghiên cứu
Với mục đích tăng cường chất lượng của một số nông sản có giá trị xuất khẩu
cao, luận văn tập trung nghiên cứu phương pháp sấy tầng sôi vì những lý do sau:
- Về tính chất vật lý: nhìn chung các nông sản dạng hạt có kích thước tương
đối đồng đều, sẽ tạo được điều kiện lưu thông của tác nhân sấy, nên phù hợp với
phương pháp sấy tầng sôi.
- Về phương pháp sấy: các phương pháp và thiết bị sấy như nêu trên đã được
áp dụng rộng rãi. Chúng đều có những ưu điểm và nhược điểm. Riêng phương pháp
sấy một số nông sản trong tầng sôi, mặc dù thực tế đã có sử dụng, nhưng hiểu biết
sâu sắc về nó vẫn chưa đầy đủ nên vẫn cần tiếp tục nghiên cứu thêm để áp dụng có
hiệu quả hơn.
b. Nội dung nghiên cứu
Nội dung luận văn gồm:
-


Tổng quan lý thuyết về sấy tầng sôi.

-

Nghiên cứu các đặc tính thuỷ động học của một số nông sản trong chế độ sôi
bằng thực nghiệm.

-

Khảo sát quá trình giảm ẩm của nông sản trong quá trình sấy tầng sôi.

-

Viết chương trình tính toán quá trình sấy tầng sôi.


14

Chương 2
2.1.

LÝ THUYẾT VỀ SẤY TẦNG SÔI

Đặc điểm sấy tầng sôi
Hệ thống sấy tầng sôi là một trong những thiết bị dùng để sấy hạt. Hệ thống

này có thể gồm một hoặc nhiều tầng. Nguyên lý hoạt động của nó được mô tả theo
hình 2.1.
1 – Quạt

2 – Buồng hoà trộn
3 – Lớp nguyên liệu sấy
4 – Buồng sấy
5 – Cơ cấu nạp vật liệu
6 – Buồng chứa sản phẩm
Hình 2.1 Sơ đồ HTS tầng sôi

7 – Xyclon

Tác nhân sấy từ buồng hoà trộn (2) được đưa vào dưới ghi buồng sấy. Ghi
sấy là một tấm thép có nhiều lỗ (hoặc lưới thép ) có kích thước thích hợp để tác
nhân sấy đi qua mà hạt không bị rớt xuống.
Vật liệu sấy được cơ cấu nạp liệu (5) đổ xuống bề mặt ghi, tác nhân sấy có
nhiệt độ cao, độ ẩm tương đối thấp đi qua lớp vật liệu (3) trong buồng sấy (4) với
tốc độ thích hợp, nâng các hạt lên và làm cho chúng xáo trộn bập bùng trong dòng
tác nhân như một dịch thể đang sôi. Trên đường thải tác nhân sấy có bố trí
xyclon(7) để thu hồi những hạt nhỏ nhẹ bay theo tác nhân.
Đặc trưng của hệ thống sấy tầng sôi là vật liệu sấy ở thể sôi trao đổi nhiệt
ẩm với dòng tác nhân. Khi tốc độ tác nhân bé, lớp hạt nằm yên. Đó là hệ thống sấy


15

đối lưu bình thường. Nếu tốc độ tác nhân sấy đạt đến một giá trị tới hạn nào đó thì
lớp hạt trên ghi sẽ ở chế độ sôi. Khi đó chúng ta có chế độ sấy tầng sôi. Nếu áp lực
dòng tác nhân sấy lớn và cuốn toàn bộ lớp hạt trên ghi bay theo, thì lúc này chúng
ta có hệ thống sấy khí động.

∆p
B


O

ωth1

C

ωth2

Hình 2.2 Quan hệ ∆p=f(ω) của dòng TNS qua lớp hạt
Nghiên cứu thực nghiệm trở lực của dòng tác nhân sấy đi qua lớp hạt cho
thấy, trong chế độ sấy đối lưu bình thường với một chiều cao lớp hạt không đổi nếu
tốc độ tác nhân sấy tăng thì trở lực qua lớp hạt cũng tăng và gần như tuyến tính
(đoạn OB ) .
- Khi tốc độ tác nhân sấy đạt đến tốc độ tới hạn ωth1 nào đó thì hạt trở nên linh động
và chiều cao lớp hạt tăng dần và chế độ sôi bắt đầu. Với chế độ sôi ổn định, tốc độ
của dòng tác nhân sấy chưa đủ cuốn hạt theo nhưng đủ duy trì chế độ sôi ở một bộ
phận phía trên lớp hạt. Lớp phía dưới nằm trên ghi vẫn ở chế độ tónh. Vì vậy, tính
toán chiều cao lớp sôi và chiều cao lớp tónh là một trong những đặc trưng khi tính
toán hệ thống sấy tầng sôi. Đối với từng loại hạt, trong một khoảng tốc độ nhất định


16

chiều cao lớp tónh cũng như chiều cao lớp sôi là không đổi nên trở lực của dòng tác
nhân sấy trong khoảng tốc độ đó cũng không đổi ( đoạn BC ).
- Nếu tốc độ tác nhân sấy tiếp tục tăng và vượt quá giá trị tới hạn trên ωth2 (tương
ứng điểm C ) thì chế độ sôi chấm dứt và trong khối hạt hình thành các túi khí. Trong
giai đoạn này trở lực của lớp hạt bắt đầu giảm dần. Và khí đó chế độ sấy khí động
bắt đầu. Tốc độ ωth2 còn gọi là tốc độ phụt hay tốc độ lơ lửng.

Do đó, tính tốc độ làm việc tối ưu ωt để tạo ra chế độ sôi ổn định và trở lực ∆p
mà quạt phải khắc phục ở chế độ đó là đặc thù thứ 2 khi tính toán nhiệt của hệ
thống sấy tầng sôi. Rõ ràng, tốc độ sấy tối ưu phải thoã mãn điều kiện :
ωth1 < ωt < ωth2
2.2.

Tính toán hệ thống sấy tầng sôi

2.2.1. Tốc độ tới hạn và tốc độ làm việc tối ưu
Một cách gần đúng có thể xem khi chế độ sôi bắt đầu, lực của dòng tác nhân
sấy ở tốc độ ωth1 cân bằng với trọng lượng của khối hạt đang sôi. Trên cơ sở nhiều
thực nghiệm, người ta đưa ra công thức tính tốc độ ωth1 bằng phương trình tiêu
chuẩn [1]:
Re th1 =

Ar
1− ε
1,75Ar
150 2 +
ε
ε3

Trong đó :

(2.1)

ε - độ xốp của lớp sôi. Với hạt cầu có thể lấy ε = 0,4
Ar – tiêu chuẩn Archimet và
3


Ar =

gd td ( p v − p k )
ν 2 k .ρ k

(2.2)

Đường kính tương đương dtđ của hạt có thể tính theo công thức:


17

d td =

Gn
π.n.ρ v

(2.3)

đây Gn là khối lượng của n hạt. Thường đường kính tương đương được xác định từ
n = 1000 hạt.
Từ các nghiên cứu thực nghiệm người ta rút ra kết luận :
-

Tốc độ làm việc tối ưu ωt nằm trong khoảng :
ωt = ( 2 ÷3 ) ωth1

-

(2.4)


Trị số Reynolds tối ưu :
Ret = (0,19 ÷ 0,285)Fe1.56

(2.5)

2.2.2. Trở lực trong tầng sôi
Trở lực qua lớp hạt G(kg) trong tầng sôi được xác định bằng công thức thực nghiệm
của Phedorov :

G
∆P = 0.17
FG


H
 Re
d đt






0 ,2

(2.6)

2.2.3. Khối lượng vật liệu sấy thường xuyên nằm trên ghi


Theo phương trình trao đổi nhiệt trong lớp sôi ta có:
Q= αF∆t

(2.7)

Hệ số trao đổi nhiệt α giữa khí sấy và bề mặt vật liệu tính theo công thức:
•

Khi Fe = ( 30 ữ 100 ):
Nu = 0,015Fe

ã

0.74

Re

0.65

0.34

H

d tủ





H


d tđ





(2.8)

Khi Fe = (100 ÷ 200 ):
Nu = 0.0283Fe

0.6

Re

0.65

−0.34

(2.9)


18

Trong đó tiêu chuẩn Phedorov:
Fe = d đt 3

4g(ρ − ρ k )
3ν 2k ρ k


(2.10)

- ∆t : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và vật liệu.
∆t =

(t1 − tv ) − (t 2 − t v 2 )
t −t
ln 1 v1
t2 − tv2

(2.11)

- F : tổng diện tích bề mặt vật liệu sấy.

F=

6G
ρ v d đt

(2.12)

Kết hợp các công thức trên ta có thể xác định khối lượng vật liệu sấy nằm
trên ghi như sau:

G=

Q.ρ v d td
6α∆t


(2.13)

2.2.4. Diện tích ghi lò và chiều cao lớp hạt

Gọi L(kg/h) là lưu lượng không khí khô được xác định sau khi xây dựng quá
trình sấy thực và ωt là tốc độ tối ưu của chế độ sấy tầng sôi đã chọn thì diện tích ghi
lò bằng:

FG =

(1,2 − 1,5) L
3600.ω t ρ k

(2.14)

trong ño ù: (1,2- 1,5) là hệ số tính đến phần che chắn của lưới kim loại ghi lò.
Khi đó chiều cao lớp hạt nằm trên ghi tính theo công thức:

H=

G
Fg .ρ kh

trong đó : ρ kh : khối lượng riêng của khối hạt

(2.15)