Tài liệu Đồ án môn học- " Thiết kế hệ thống Sấy băng tải 3" docx

Đối với nước ta là nước nhiệt đới nóng ẩm,do đó việc nghiên cứu công nghệ sấy để chế biến thực phẩm khô và làm khô nông sản có ý nghĩa rất đặc biệt .Kết hợp phơi sấy nhằm tiết kiệm năng

Đồ án môn học

Sấy băng tải

GVHD: Nguyễn Dân SVTH: Nguyễn Thị Tư Diệp_02H

PHẦN 1 : MỞ ĐẦU

1.1 Lời mở đầu

Trong ngành công nghiệp nói chung thì việc bảo quản chất lượng sản phẩm là rất quan trọng Để chất lượng sản phẩm được tốt ta phải tiến hành sấy đêí tách ẩm Vật liệu sau khi sấy có khối lượng giảm do đó giảm công chuyên chở, độ bền tăng lên, chất lượng sản phẩm được nâng cao,thời gian bảo quản kéo dài

Quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt gọi là quá trình sấy Người ta phân biệt sấy ra làm hai loại :sấy tự nhiên và sấy nhân tạo

Sấy tự nhiên dùng năng lượng mặt trời đêí làm bay hơi nước trong vật liệu nên đơn giản ,ít tốn kém tuy nhiên khó điều chỉnh được quá trình sấy và vât liệu sau khi sấy vẫn còn độ ẩm cao Trong công nghiệp hoá chất thường người ta dùng sấy nhân tạo,tức là phải cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Phương pháp cung cấp nhiệt

có thể bằng dẫn nhiệt ,đối lưu ,bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao

Đối với nước ta là nước nhiệt đới nóng ẩm,do đó việc nghiên cứu công nghệ sấy để chế biến thực phẩm khô và làm khô nông sản có ý nghĩa rất đặc biệt Kết hợp phơi sấy nhằm tiết kiệm năng lượng,nghiên cứu những công nghệ sấy và các thiết bị sấy phù hợp cho từng loại thực phẩm ,nông sản phù hợp với điều kiện khí hậu và thực tiễn nước ta.Từ đó tạo ra hàng hóa phong phú có chất lượng cao phục

vụ cho xuất khẩu và tiêu dùng trong nước

1.2 BIỆN LUẬN ĐỀ TÀI

Để thực hiện quá trình sấy, người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết

bị như: thiết bị sấy ( buồng sấy, hầm sấy, thiết bị sấy kiểu băng tải, máy sấy thùng quay, sấy phun, sấy tầng sôi, máy sấy trục … ), thiết bị đốt nóng tác nhân, quạt, bơm và một số thiết bị phụ khác, …

Trong đồ án này em sẽ tính toán và thiết kế thiết bị sấy kiểu băng tải Thiết

bị sấy loại này thường được dùng để sấy các loại rau quả, ngũ cốc, các loại nông sản khác, sấy một số sảm phẩm hoá học … Trong đồ án của mình em sử dụng vật liệu sấy là chè với tác nhân sấy là hỗn hợp không khí nóng

Chè là một cây công nghiệp lâu năm, thích hợp nhất đối với khí hậu nhiệt đới Chè không đơn thuần chỉ là thứ cây được dùng để “giải khát” mà đã trở thành một sản phẩm có nhiều công dụng Chế biến chè không chỉ cung cấp phục vụ nhu cầu trong nước mà còn để xuất khẩu, yêu cầu về đầu tư thiết bị ít tốn kém hơn các loại nông sản khác

Trong công nghệ sản xuất chè thì sấy chè là một khâu rất quan trọng Chè sau khi thu hoạch qua chế biến sẽ được sấy khô Sau khi sấy chè phải đạt được độ tơi, độ khô nhất định theo yêu cầu để đảm bảo chất lượng và tăng thời gian bảo quản

Với các yêu cầu về hình thức, vệ sinh và chất lượng sản phẩm người ta sử dụng thiết bị sấy kiểu băng tải với nhiều băng tải làm việc liên tục với tác nhân sấy

là không khí nóng có tuần hoàn một phần khí thải

Vật liệu sấy được cung cấp nhiệt bằng phương pháp đối lưu Ưu điểm của phương thức sấy này là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, sản phẩm được sấy đều, do có tuần hoàn một phần khí thải nên dễ dàng điều chỉnh độ ẩm của tác nhân sấy, tốc

độ của không khí đi qua phòng sấy lớn, năng suất khá cao, hiệu quả

PHẦN 2 : SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ & THUYẾT MINH

2.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH

Với các thiết bị và phương thức sấy như đã chọn, ta có sơ đồ công nghệ của quá

trình sấy chè như sau :

Khí thải

Hỗn hợp khí sau khi sấy

Vật liệu vào Hơi nước Khí tuần hoàn

Do yêu cầu về độ khô của chè nên dùng tác nhân sấy là hỗn hợp không khí nóng

Không khí ban đầu được đưa vào calorife, ở đây không khí nhận nhiệt gián tiếp từ hơi nước bão hoà qua thành ống trao đổi nhiệt Hơi nước đi trong ống, không khí đi ngoài ống Tại calorife, sau khi nhận được nhiệt độ sấy cần thiết không khí nóng đi vào phòng sấy tiếp xúc với vật liệu sấy (chè) cấp nhiệt cho hơi nước trong chè bốc hơi ra ngoài

Trong quá trình sấy, không khí chuyển động với vận tốc lớn nên có một phần chè sẽ bị kéo theo không khí ra khỏi phòng sấy Để thu hồi khí thải và chè người ta đặt ở đường ống ra của không khí nóng một cyclon Khí thải sau khi ra khỏi phòng sấy đi vào cyclon để tách chè cuốn theo và làm sạch Sau đó một phần khí thải được quạt hút ra đường ống dẫn khí để thải ra ngoài không khí Một phần khí cho tuần hoàn trở lại trộn lẫn với không khí mới tạo thành hỗn hợp khí được quạt đẩy đẩy vào calorife Hỗn hợp khí này được nâng nhiệt độ đến nhiệt độ cần thiết rồi vào phòng sấy tiếp tục thực hiện quá trình sấy Quá trình sấy lại được tiếp tục diễn ra

Vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm lớn được đưa vào phòng sấy đi qua các băng tải nhờ thiết bị hướng vật liệu Vật liệu sấy chuyển động trên băng tải ngược chiều với ciều chuyển động của không khí nóng và nhận nhiệt trực tiếp từ hỗn hợp không khí nóng thực hiện quá trình tách ẩm

Vật liệu khô sau khi sấy được cho vào máng và được lấy ra ngoài

PHẦN 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.1 Các ký hiệu

G1,G2:Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy, (Kg/h)

Gk:Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy , (Kg/h)

W1, W2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt

W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy , (Kg/h)

L:Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy , (Kg/h)

xo:Hàm ẩm của không khí trước khi vào caloripher sưởi , (Kg/Kgkkk)

x1,x2: Hàm ẩm của không khí trước khi vào mấy sấy (sau khi đi qua caloripher sưởi) và sau khi ra khỏi mấy sấy, (Kg/Kgkkk)

3.2 Các thông số ban đầu

Thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy chè với năng suất khoảng 1400tấn/ năm Giả thiết một năm nhà máy làm việc 350 ngày ,mỗi ngày làm 20 giờ Vậy năng

suất trung bình trong một giờ là

G2= 200

20

*350

1400000 = Kg/h Chè sau khi thu hoạch được sơ chế sơ bộ trước khi đem vào phòng sấy.Độ ẩm của chè lúc này đạt khoảng từ (60-65)% Chọn độ ẩm của chè trước khi sấy là

W1=63%.Để sản phẩm chè sau khi sấy đạt được độ khô,tơi,xốp theo yêu cầu mà không bị gãy vụn,không bị ẩm mốc thì ta khống chế độ ẩm ra của chè đạt khoảng

W2=5%

Theo kinh nghiệm chè khô có thể chịu được nhiệt độ trên dưới 1000C.Do đó

ta chọn nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị sấy là t2=1000C.Để đảm bảo tính kinh tế,giảm tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi đồng thời đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương sau khi sấy,ta chọn t2 sao cho độ ẩm tương đối không quá

bé nhưng cũng không quá gần trạng thái bão hoà Do đó nhiệt độ tác nhân ra khỏi buồng sấy được chọn sơ bộ khoảng t2=700C

Thông số không khí ngoài trời được xác định tại thành phố Đà Nẵng

Như vậy,các thông số ban đầu được xác định là:

Năng suất tính theo sản phẩm : G2 =200 kg/h

Độ ẩm vật liệu vào : W1 = 63%

Độ ẩm vật liệu ra : W2 = 5%

Nhiệt độ tác nhân sấy vào : t1 = 1000C

Nhiệt độ tác nhân sấy ra : t2 = 700C

Nhiệt độ không khí ngoài trời : t0 = 260C ,Pobh =0.0343 at

Độ ẩm môi trường : φ = 81%

Hàm ẩm của không khí được tính theo công thức sau:

obh o kq

obh o

P P

*81.0033.1

0343.0

*81.0

to: nhiệt độ của không kh í to= 26oC

ih: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ to , J/kg

Nhiệt lượng riêng ih dược xác định theo công thức thực nghiệm

ih=ro+Ch *to=(2493+1.97to)103 , J/kg {sách QTTBII _ trang 156}

Trong đó: ro=2493*103 :nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 0oC

Ch= 1.97*103: nhiệt dung riêng của hơi nước , J/kg độ

Từ đó ta tính được Io=69.76*103 J/kgkkk hay Io=69.76 (kJ/kgkkk)

-Trạng thái của không khí sau khi ra khỏi caloripher là: t1=100oC,P1bh=1.02 at

Khi đi qua caloripher sưởi, không khí chỉ thay đổi nhiệt độ còn hàm ẩm không

thay đổi

Do đó x1=xo nên ta có :

( x kq)P bh

P x

1 1

1

*+

=

ϕ =(0.622 0.0172) 1.02

033.10172.0

I2 − * 2

=

0 0

2 2

*

*

t C r

t C I

*97.110

*2493

70

*1010

*268.146

3 3

3 3

+

−

=0.029 (Kg/Kgkkk) ( x kq)P bh

P x

2 2

2 2

622.0

*+

=

3177.0)029.0622.0(

033.1029.0+ = 0.1496=14.96%

3.3 Cân bằng vật liệu

3.3.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy

Trong quá trình sấy ta xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu,lượng không khí khô tuyệt đối coi như không bị biến đổi trong suốt quá trình sấy.Vậy lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy là:

W W

563

−

−

=313.5 (Kg/h) Lượng vật liệu trước khi vào phòng sấy

G1=G2+W=200+313.5=513.5 (Kg/h)

3.3.2 Cân bằng vật liệu cho không khí sấy

Cũng như vật liệu khô ,coi như lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy không bị mất mát trong suốt quá trình sấy.Khi qua quá trình làm việc ổn định lượng không khí đi vào máy sấy mang theo một lượng ẩm là :Lx1

Sau khi sấy xong , lượng ẩm bốc ra khỏi vật liệu là W do đó không khí có thêm một lượng ẩm là W

Nếu lượng ẩm trong không khí ra khỏi mấy sấy là Lx2 thì ta có phương trình cân bằng:

Lx1+W=Lx2 {sách QTTBII_ trang 165}

L =

1 2

5.313

8.26567

Thay số vào ta có

0172.0029.0

1

− = 84.745 (Kg/Kgẩm)

3.4 Quá trình sấy hồi lưu lý thuyết

Quá trình hoạt động của hệ thống này là:

Tác nhân sấy đi ra khỏi buồng sấy có trang thái t2, ϕ2,x2 được hồi lưu lại với lượng lH và thải ra môi trường lt Khối lượng lH được hoà trộn với không khí mới

có trạng thái là t0,ϕo ,x0 với lượng l0

Sau khi được hoà trộn,ta được lượng không khí là l ,được quạt hút và đẩy vào calorife để gia nhiệt đến trạng thái I1,t1,ϕ rồi đẩy vào buồng sấy 1

Vật liệu ẩm có khối lượng là G1 đi vào buồng sấy và sản phẩm ra là G2 Tác nhân đi qua buồng sấy đã nhận hơi nước bay hơi từ vật liệu sấy đồng thời bị mất nhiệt nên trạng thái của nó là x2 ,t2,ϕ2

Gọi xM,IM là trạng thái của hổn hợp khí ở buồng hoà trộn

2 { sach QTTBII_ trang 176} (Kg/Kgkkk)

= 0.0231 (Kg/Kgkkk) Nhiệt lượng riêng của hổn hợp không khí là:

IM=

n

nI I

+

+ 1

2

0 (KJ/Kgkkk)

IM=

11

268.146

*176.69

x

x I

3 3

3

10

*97.110

10

*2493+

−

Với tM: Nhiệt độ của hổn hợp khí

0231.0

*10

*97.110

0231.0

*10

*2493

*10

*03.108

3 3

3 3

+

−

= 48.250C , Suy ra PMbh=0.11(at)

=

M Mbh

kq M

M P x

P x

)622.00231.0(11.0

033.1

*0231.0

+ = 0.336= 33.6 %

Lượng không khí khô lưu chuyển trong thiết bị sấy

169.5

0231.0029.0

11

PHẦN 4 : CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

& TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 4.1 Tính toán thiết bị chính

RT

1 1

v1=(1.033 0.027*1.02)*9.81*104

373

*287

3/Kgkkk) b/Thể tích không khí vào phòng sấy:

V1=L*v1=26567.8*1.085=28826.1 (m3/h) c/ Thể tích riêng không khí ra khỏi phòng sây là:

v2=

bh

P P

RT

2 2

−

v2 = 1.018 (m3/Kgkkk)

d/Thể tích không khí ra khỏi phòng sấy:

V2=Lv2=26567.8*1.018=27046.0 (m3/h) e/Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy:

4.1.2 Thiết bị sấy kiểu băng tải

Thiết bị sấy kiểu băng tải gồm một phòng hình chữ nhật trong đó có một hay vài

băng tải chuyển động nhờ các tang quay,các băng này tựa trên các con lăn để khỏi

bị võng xuống.Băng tải làm bằng sợi bông tẩm cao su,bản thép hay lưới kim loại,không khí được đốt nóng trong carolifer.Vật liệu sấy chứa trong phễu tiếp liệu,được cuốn vào giữa hai trục lăn để đi vào băng tải trên cùng.Nếu thiết bị có một băng tải thì sấy không đều vì lớp vật liệu không được xáo trộn do đó loại thiết

bị có nhiều băng tải được sử dụng rộng rãi hơn.Ở loại này vật liệu từ băng trên di chuyển đến đầu thiết bị thì rơi xuống băng dưới chuyển động theo chiều ngược lại.Khi đến cuối băng cuối cùng thì vật liệu khô được đổ vào ngăn tháo

Không khí nóng đi ngược với chiều chuyển động của các băng Để quá trình sấy được tốt,người ta cho không khí di chuyển với vận tốc lớn,khoảng 3m/s ,còn băng thì di chuyển với vận tốc ( 0.3-0.6) m/ph

Chọn kích thước băng tải

Gọi Br : Chiều rộng lớp băng tải (m)

h : Chiều dày lớp trà (m) ,Lấy h=0.1(m)

*320

*1.0

5.513

=0.6686 (m)

-Chiều rộng thực tế của băng tải là :

= 0.7429 (m) Gọi Lb : Chiều dài băng tải ,m (chiều dài một mặt)

ls: Chiều dài phụ thêm, chọn ls=1.2 (m) T: Thời gian sấy, chọn T=30 phút=0.5 giờ

h B

T G

tt

320

*1.0

*7429.0

5.0

*5.513

+ =12(m) Vậy Lb=12(m)

-Băng tải chỉ sử dụng một dây chuyền nên ta chọn chiều dài của một băng tải là 4(m) suy ra số băng tải là 3

Đường kính của băng tải d=0.3m

4 1.3 Chọn vật liệu làm phòng sấy

-Phòng sấy được xây bằng gạch

-Bề dày tường 0.22 (m) có:

+Chiều dày viên gạch 0.2( m)

+Hai lớp vữa hai bên 0.01 (m)

Hph = 0.3+0.1*3+0.2*4 = 2 ( m ) -Chiều rộng làm việc của phòng sấy:

Rph = 0.7429+0.66 = 1.4029 (m) Vậy kích thước của phòng sấy kể cả tường là:

Lng = 5.2+2*0.22 = 5.64(m) Hng = 2.0+0.02+0.15 = 2.17 (m) Rng = 1.4029+0.22*2 = 1.8429 (m)

4.1.4Vận tốc chuyển động của không khí và chế độ chuyển động của không khí trong phòng sấy

a/Vận tốc của không khí trong phòng sấy:

*2

05.27936

ph ph

tb kk

R H

Với: Re: là hằng số Reynol đặc trưng cho chế độ chuyển động của dòng

ltđ Đường kính tương đương

ltđ =

ph ph

ph ph

R H

R H

+

*

*2

=

4029.12

4029.1

*00.2

*2

649.1

*77.2

− = 15*104Vậy Re=15*104suy ra chế độ của không khí trong phòng sấy là chế độ chuyển động xoáy

4.1.5 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh

tb

Δ =

2 1

2 1

ln

t t

t t

ΔΔ

Δ

−Δ

44

74ln

44

74−

= 57.71oC

4.2 Tính tổn thất nhiệt 4.2.1 Tổn thất qua tường α1

-Tường xây bằng gạch dày 0.22 (m) Tt1

-Chiều dày viên gạch δgach=0.2 (m)

λ = 1.2 (w/mđộ) v

δ1 δ2 δ3

Lưu thể nóng (không khí nóng) chuyển động trong phòng do đối lưu tự nhiên(vì

có sự chênh lệch nhiệt độ) và do cưỡng bức ( quạt) Không khí chuyển động theo chế độ chảy xoáy(do Re>104)

Gọi α1 là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấy

ttb = 77.5

2

8570

=

Chuẩn số Gratket : Đặt trưng cho tác dụng tương hổ của lực ma sát phân tử

và lực nâng do chênh lệch khối lượng riêng ở các điểm có nhiệt độ cao khác của dòng,ký hiệu Gr

γ

Δ

với g là gia tốc trọng trường g=9.8(m/s2 )

Hph Chiều cao của phòng sấy ,m

Δt1 = ttbk-tT1= 85-77.5 = 7.5 , T=ttbk +273=358K

358

*10

*09.21

5.7

*2

*8.9

12 2 3

− =3.69*109

2 1

i i i

T

T t t

λδ

Mà

3

3 2

2 1 1 3

δλ

δλ

δλ

δ

+ +

δ _ Bề dày lớp vữa có λ1 =λ2 = 1 2(w/mđộ)

m

2.0

2.02.1

01.02.1

01.0

=+

2

t

Δ =tT2-tkk = 39-26 = 13 (0C)

Chuẩn số Gratkev là

3 2

2

3

10

*74.122731310

*024.16

13

*17.2

*81

Nu = 0.47*Gr0.25 = 157.9

17.2

0267.0

*9.157

4 1

T T

t t

C

kk T

o n

ε

Với

n

ε :Độ đen của vữa lấy ε = 0.9 n

Co:Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối ,lấy C0=5.67

31226

39

76.5

*9

2 //

2 /

α = + = 2.11+5.91 = 8.02 Nhiệt tải riêng từ bề mặt của tường ngoài đến môi trường không khí

q2 = α2*Δt2 = 8 02 * 13 = 104 3 ,KJ/kg ẩm

7.113

3.1047

=Δ

maz

q q

Vậy tổn thất qua tường

Qt=3.6*k*F*Δt tb

Mà F = 2*L*H+2*R*H=2*5.2*2+2*1.4029*2=26.4(m)

276 0 11 8

1 58 7 1

1 1

1

1 3 1 2 1

= +

+

= +

α

7.57ln

2 1

2

ΔΔ

Δ

−Δ

=Δ

t t

t t

t tb oC

Từ đó:QT = 3.6*1.88*26.4*57.7 = 10309.6 (KJ)

5 313

6 10309

1 058 0

15 0 55 1

02 0 58 7 1

1 1

1

1

2 3

3 2

2 1

= +

+ +

= + + +

αλ

δλ

δα

3.542

1 5 0

005 0 58 7 1

1 1

1 1

2 4

4 1

= +

+

= + +

αλ

δα

qc=

5 313

5 4493

q1=50W/m Do đó tổn thất qua nền bằng:

Qn=3.6*Fn*q1=3.6 (5.2*1.4029)50=1313.1 (KJ/h)

Suy ra qn=

5 313

1 1313

=

W

Q n

=4.19 (KJ/kg ẩm) Như vậy tổng tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu bao che ra môi trường xung quanh bằng:

Qmt=Qt+Qc+Qtr+Qn=16658.5 (KJ/h)

qmt=

5 313

5 16658