TS. Nguyễn Tài: Giám đốc Công Ty Nguyên Liệu Thuốc Lá Nam
TS. Nguyễn Hay: Chủ nhiệm khoa Cơ khí – Công nghệ
KS. Lê Quang Giảng: Trung tâm Nghiên Cứu và chuyển giao KH Công nghệ
Một trong những cây công nghiệp có giá trị tiêu dùng và xuất khẩu, được nhiều nước trên thế giới quan tâm là cây thuốc lá, cây thuốc lá một cây trồng ngắn ngày, quay vòng vốn nhanh và đem lại lợi nhuận cao hơn những cây trồng khác, đồng thời giải quyết được lực lượng lao động dư thừa và rất phổ thông ở nông thôn. Xuất phát từ những đặc điểm đó nước ta đã hình thành được những vùng chuyên canh thuốc lá.
Hiện nay diện tích trồng thuốc lá đang tăng dần đến năm 2002 có thể đạt đến 50.000 hecta, tập trung vào 3 giống đó là: thuốc lá nâu, thuốc lá Burley và thuốc lá vàng sấy. Trong đó chung ta đặc biệt quan tâm là giống thuốc lá vàng sấy, để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước ngày một cao và xuất khẩu. Với hiệu qủa kinh tế và xã hội do cây thuốc lá mang lại, đồi hỏi các nhà trồng trọt và cơ khí phải hết sức quan tâm để năng xuất trồng một ngày một cao hơn, hiệu qủa sơ chê và chê biến được làm tốt hơn. Theo đà phát triển của diện tích trồng thuốc lá vàng sấy ở nước ta hiên nay có khoảng 3.000 lò sấy cỡ 5mx6m nhiên liệu sử dụng là củi và than tổ ong.
Với đà phát triển diện tích thuốc lá và việc sử dụng lò sấy để sơ chế thuốc lá, chúng tôi đã nghiên cứu nhiều mô hình lò sấy gồm cách bố trí hệ thống ống nhiệt, vách buồng sấy, nhiên liệu sấy và nghiên cứu các qúa trình nhiệt, khí động của buồng, cách sắp xếp sản phẩm sấy… và ảnh hưởng của nó đến chất lượng lá thuốc sấy.
Các nghiên cứu lò sấy
Nghiên cứu về hệ ống nhiệt:
Bầu lò:Đây là một bộ phận quan trọng của thiết bị trao đổi nhiệt. Trước đây bầu lò xây bằng gạch kiểu vòm, có nơi lót một vòm thép lấy từ vỏ thùng phuy làm tấm đỡ xây vòm, trên vòm trát đất làm rất dày hoặc xây vài lớp gạch để giảm nhiệt độ mặt trên bầu lò nhằm chống cháy các lá thuốc rơi dễ gây hỏa hoạn cho lò sấy. Chiều cao bầu lò dùng đốt củi lại quá cao, khi đốt than cám tổ ong là vấn đề kỹ thuật cần giải quyết nhằm tăng khả năng cháy tốt của lớp nhiên liệu trên ghi. Khi nguồn nguyên liệu củi đã cạn kiệt những năm gần đây phải đốt than cám tổ ong thay nhiên liệu truyền thống là củi trong các lò sấy thủ công.
Trên hình 1 là bộ phận nhiệt lò sấy thuốc lá cũ, có lò đốt bằng gạch chịu lửa.
Về Lò đốt: Với mục đích điều khiển được nhiệt độ theo qui trình sấy, giảm chi phí nhiên liệu, tăng độ đồng đều nhiệt độ trong buồng sấy hầu nâng cao chất lượng thuốc lá sấy đồng thời tránh gây hỏa hoạn. Xuất phát từ những yêu cầu trên, mô hình buồng đốt mới được nghiên cứu như sau:
Để khắc phục được những nhược điểm của buồng đốt bằng gạch, cần nghiên cứu mô hình buồng đốt mới bằng thép, do thép có đặc điểm không nứt trong quá trình sấy kéo dài nên tránh được gây hỏa hoạn, mặt khác hệ số dẫn nhiệt của thép cao nên lượng nhiệt tỏa ra xung quanh buồng đốt lớn, điều này rất phù hợp với buồng đốt của lò sấy thuốc lá, vì buồng đốt được đặt nằm trong buồng sấy, do đó buồng đốt còn có thêm chức năng là bộ phận trao đổi nhiệt.
Do lượng nhiệt tỏa ra xung quanh buồng đốt lớn, lại tập trung xung quanh buồng đốt, nên trong nghiên cứu mô hình buồng đốt mới làm sao cho lượng nhiệt này được phân bố đồng đều trong không gian buồng sấy.
Vì vậy trong mô hình buồng đốt mới cần nghiên cứu thiết kế thêm một lớp thép bao xung quanh buồng đốt và tạo khoảng rỗng ở giửa của 2 lớp để chứa không khí, đồng thời nghiên cứu thiết kế 2 đường ống dẫn không khí ngoài đi vào lớp rỗng và 4 đường ống dẫn không khí đã nhận nguồn nhiệt từ lớp giữa đi vào các góc của buồng sấy.
Để điều chỉnh lượng không khí đi vào buồng sấy theo yêu cầu của qui trình sấy, thì ở phía đầu đường ống dẫn không khí vào phải thiết kế nắp điều chỉnh lượng không khí đi vào.
Như vậy mô hình buồng đốt trong nghiên cứu là bằng thép 2 lớp ở giữa có lớp rỗng chứa không khí, có 2 đường ống dẫn không khí ngoài đi vào và 4 đường ống dẫn không khí nóng đi ra.
Hệ ống trao đổi nhiệt: bố trí ngay trong buồng sấy có nhiệm vụ nung nóng không khí để thực hiện qúa trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất làm khô lá thuốc. Hệ thống ống này được làm bằng thép, được bố trí thành 3 đến 5 đường ống nằm dọc theo chiều dài buồng sấy với mong muốn đạt được sự phân bố nhiệt độ tương đối đồng đều trong buồng sấy. Bộ ống trao đổi nhiệt đã chế tạo và lắp đặt tại các tỉnh phía nam.
Kết cấu buồng sấy
Buồng sấy vừa có chức năng chứa lá thuốc tươi đem sấy vừa tạo một không gian kín ngăn cách với môi trường ngoài để thực hiện qúa trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất cho lá thuốc tươi đem sấy.
Buồng sấy: Được làm từ nhiều loại vật liệu sẵn có và rẻ tiền tại mỗi địa phương. Ở nhiều vùng nông thôn đồng bằng thường làm vách buồng sấy bằng đất trộn rơm cốt tre, ở miền núi lại xây vách bằng đá ong, còn ở một số vùng kinh tế khá hơn thì xây buồng sấy bằng gạch.
Chúng tôi đã từng nghiên cứu chế tạo và lắp đặt một số lò sấy có vách lắp ghép di động là: Fibroximen và vách thép lá 2 lớp ở giửa có trấu, những kiểu buồng sấy này lắp đặt ở các vùng mới trồng thuốc lá nhằm sử dụng vào mục đích thăm do vùng chuyên canh thuốc lá.
Kết quả nghiên cứu
Qua thí nghiệm chúng tôi nhận thấy rằng về mức tiêu thụ nhiên liệu thì loại bộ TĐN 3 đường ống có ống khói ở giữa, có chỉ số tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất. Nhiệt độ trong buồng sấy được phân bố tương đối đồng đều.
Trên cơ sở các tính toán, chúng tôi lập bảng so sánh mức chi phí năng lượng trên 1kg thuốc khô của các lò sấy sử dụng bộ trao đổi nhiệt khác nhau. Chúng tôi nhận thấy bộ trao đổi nhiệt 1 có chi phí năng lượng trên 1kg thuốc khô là thấp hơn so với các loại khác.
Kết luận:
Phân tích và tính toán về tổn thất nhiệt, cũng như về hiệu quả kinh tế của các loại vách lò sấy, để đưa ra một loại vách thích hợp có khả năng cách nhiệt tốt, góp phần đạt hiệu quả kinh tế cao. Đối với vách lò sấy, vách gạch cho thấy hiệu quả hi các loại vách khác, trong trường hợp vốn đầu tư ít thì chọn vách đất + rơm tuy hiệu quả của nó thấp hơn vách gạch nhưng giá trị đầu tư nhỏ.
Việc nghiên cứu một lò sấy thuốc lá có chi phí thấp và phẩm chất thuốc lá cao nhất, là một điều hết sức quan trọng trong nền kinh tế thị trường hiện nay ở nước ta, góp phần thúc đẩy ngành công nghiệp thuốc lá, đặc biệt ở khâu sơ chế nguyên liệu của các địa phương có bước đi vững chắc và tăng thu nhập cho nông dân trồng thuốc lá.
Qua việc phân tích các kết quả của thí nghiệm. Chúng tôi nhận thấy bộ trao đổi nhiệt loại 3 đường ống khói ở giữa và lò đốt bằng thép 2 lớp (loại 1). Có chi phí nhiên liệu thấp hơn so với các loại khác. Vì loại này tận dụng được lượng nhiệt tỏa ra ở bầu lò và nhiệt độ trong buồng sấy đồng đều, dẩn đến chất lượng lá thuốc sau khi sấy có tỷ lệ loại 1 và loại 2 cao.
Đối với loại bộ trao đổi nhiệt 3 đường ống có ống khói đặt một bên, do trở lực của 2 nhánh ống không đều do đó nhiệt độ tạo ra trên mỗi nhánh không đồng đều dẫn đến làm cho nhiệt độ trong buồng sấy không đều.
Đối với loại bộ trao đổi nhiệt 5 đường ống có lò đốt bằng gạch chịu lửa. Do không tận dụng được lượng nhiệt ở phần lò đốt nên lượng nhiệt thải ra ở ống khói lớn hơn dẫn đến chi phí nhiên liệu lớn hơn.
Đối với loại bộ trao đổi nhiệt loại 4 có đường ống đại hỏa ngắn, do phiá đối diện với lò đốt nhiệt độ thấp hơn dẫn đến làm cho nhiệt độ trong buồng sấy không đều. Và đồng thời đưa đến phẩm chất lá thuốc đạt được không cao.
