ĐỒ án 3 đề tài tính toán, thiết kế hệ thống sấy tinh bột sắn sử dụng hệ thống sấy khí động

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH TINH BỘT SẮN VÀ CÔNG NGHỆ SẤY TINH BỘT SẮN 1.1 Nguồn gốc của tinh bột sắn

Cấu tạo của tinh bột

Tinh bột chủ yếu tập trung trong thịt củ, chiếm từ 95-95% và tồn tại dưới dạng liên kết vật lý chắc chắn với xơ, tạo thành các mạch xoắn theo hình dạng của xơ thịt củ Khoảng 4-5% tinh bột có mặt trong phần vỏ lụa của củ.

Cấu trúc trúc hóa học của tinh bột sắn thuộc lớp đường tổng hợp : (C6H10O5)n

Tinh bột thuần khiết có kích thước từ 5 đến 80μm và không hòa tan trong nước khi chưa được xử lý, điều này giúp giữ nguyên các tính chất hóa lý của nó.

Nhiệt hồ hóa của nó khoảng từ 55÷ 60°C [14] Đây là một tính chất quan trọng cần phải chú ý trong quá trinh sấy.

Tinh bột sắn đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm thức ăn chăn nuôi, sản xuất bột ngọt, cồn, maltodextrin, lysine, acid citric, siro glucose, đường glucose tinh thể, mạch nha giàu maltose, cũng như trong các sản phẩm bánh kẹo, mì ăn liền và miến.

Liên kết ẩm trong tinh bột sắn

Tinh bột chứa liên kết ẩm hấp phụ và liên kết hóa học, với khoảng 10% liên quan đến việc tách ẩm, dẫn đến sự biến đổi phức tạp của sản phẩm Trong quá trình chế biến tinh bột, ẩm cần tách chủ yếu là ẩm bề mặt, đặc biệt là ẩm dính ướt trên bề mặt vật liệu, vì đặc điểm của liên kết này rất dễ tách.

Bảng 2: chỉ tiêu chất lượng của tinh bột sắn

Chỉ tiêu chất lượng Tiêu chuẩn việt nam TCVN

4.Hàm lượng trong tổng số (%) ≤0,2

5.Hàm lương protein cao nhất ≤0,5

SVTH: Trần Văn Tướng MSSV: 20154295 4

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com

Quy trình sản xuất tinh bột sắn

Hình 1.2 sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn [14]

1 Bóc vỏ nguyên liệu từ kho chứa được xe xúc đưa vào phễu phân phối từ đây sắn được chuyển lên thiết bị tách vỏ nhờ vào băng tải cao su.

Thiết bị tách vỏ được cấu tạo từ các thanh sắt song song, tạo thành rọ tròn rỗng với khe hở cho phép bụi đất, tạp chất và vỏ gỗ rơi ra ngoài Bên trong, có các gờ xoắn tròn kết hợp với một động cơ do công nhân điều khiển, giúp điều chỉnh lượng sắn vào thiết bị rửa Khi động cơ quay, thiết bị cũng quay theo, tạo ra lực ma sát giữa sắn và thành thiết bị cũng như giữa các củ với nhau, giúp loại bỏ vỏ gỗ và đất đá, trong khi sắn tiếp tục di chuyển qua thiết bị rửa.

Hình1.3 hệ thống máy bóc và làm sạch vỏ

Thiết bị rửa được cấu tạo từ hai thùng chứa hình máng, bên trong trang bị các cánh khuấy giúp đánh khuấy và vận chuyển sắn đến băng tải Hệ thống vòi phun nước được lắp đặt phía trên để rửa nguyên liệu, trong khi các lỗ ở phía dưới cho phép đất đá, vỏ và nước thoát ra ngoài.

Sau khi nguyên liệu được xả xuống thùng, củ mì sẽ được đảo trộn bởi các cánh khuấy gắn trên hai trục quay kết nối với động cơ Lực va đập giữa các cánh khuấy và nguyên liệu, cùng với vòi phun nước từ trên xuống, giúp củ sắn được rửa sạch Sau khi rửa xong, củ sắn sẽ được cánh khuấy đẩy đến băng tải cao su để vận chuyển đến thiết bị băm mài.

3.1 Băm: sau khi sắn được rửa xong sẽ được băng tải chuyển đến máy băm Qúa trình chặt khúc nguyên liệu được tiến hành trong máy chặt khúc Bộ phận chính của máy là các dao gắn chặt vào trục quay nhờ động cơ, đáy thiết bị được gắn các tấm thép đặt song song với nhau tạo nên những khe hở có kích thước đúng bằng bề dày của lát cắt và đảm bảo không cho nguyên liệu rơi xuống dưới trước khi được chặt thành các khúc nhỏ.

Nguyên liệu sau khi được chặt thành nhiều khúc nhỏ sẽ lọt qua các khe hở ở đáy thiết bị và rơi vào máy mài.

Quá trình mài xát diễn ra trong máy mài, có cấu tạo gồm một khối kim loại hình trụ tròn Mặt ngoài của hình trụ được trang bị các răng cưa nhỏ, trong khi đó, trục máy được bọc bởi lớp vỏ thép cứng để chịu lực trong quá trình hoạt động Bề mặt tang quay của máy đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả mài xát.

Máy mài có thiết kế dạng răng cưa, giúp tạo ra lực nghiền mài xát hiệu quả, từ đó làm nhỏ nguyên liệu một cách nhanh chóng Để tải xuống tài liệu TIEU LUAN MOI, vui lòng liên hệ qua email skknchat123@gmail.com.

Nguyên liệu sau khi qua máy mài rồi rơi vào hầm chứa chờ bơm qua bộ phận tách xác.

1 đế máy 4.Moto 7 Khe lắp dao

2 roto 5.Hộp che giây đai 8 Tấm kê

3 vỏ máy 6.Trục máy 9 Tấm sàng

Dịch sữa tinh bột từ máy mài được bơm qua thiết bị tách xác thô, nơi sơ bã và phân tử lớn bị giữ lại trên lưới lọc Những chất này sau đó được hòa với nước sạch để lọc và chiết xuất lần cuối, nhằm thu hồi triệt để tinh bột còn lại Dịch sữa tinh bột chảy qua lưới lọc sẽ được chứa trong thùng, chờ bơm đi tách dịch bào lần 1, với nồng độ chất khô điều chỉnh trong khoảng 3 - 5 Be.

Quá trình phân ly tách dịch bào diễn ra trong máy ly tâm, dựa vào sự chênh lệch tỉ trọng giữa dịch bào và tinh bột Máy ly tâm sử dụng lực ly tâm để tách dịch bào ra khỏi dịch sữa tinh bột Dịch sữa tinh bột được bơm từ thùng chứa qua hai decanter với lưu lượng điều tiết khoảng 20 – 25 m3/h Khi dịch sữa tinh bột vào thiết bị, tốc độ ly tâm sẽ giúp quá trình tách biệt diễn ra hiệu quả.

Tải xuống TIEU LUAN MOI tại địa chỉ skknchat123@gmail.com Trong quá trình hoạt động, tinh bột bị văng ra xung quanh bên trong thiết bị và được vít tải kéo ngược để đưa tinh bột ra ngoài Đồng thời, nước được bổ sung vào để kiểm soát độ đặc của dung dịch từ 5 đến 15 Be.

Sau khi tách dịch bào lần 1, dịch sữa tinh bột được bơm qua thiết bị tách xác tinh Phần xác không lọt qua lưới sẽ được chiết và lọc lần cuối cùng cùng với bã thô để thu hồi triệt để lượng tinh bột Dịch sữa tinh bột sau đó sẽ được lọc qua vải để tiếp tục tách dịch bào lần 2.

Trong quá trình này người ta vẫn cho nước vào lien tục để hiệu chỉnh nồng độ từ

Sau khi tách bã từ thùng chứa, dịch sữa bột được bơm qua hai máy phân ly để tách dịch bào lần hai Trước khi vào máy, dịch sữa bột đi qua hai cyclone nhằm loại bỏ cặn bã và bụi đất Với tốc độ quay 4500 vòng/phút, tinh bột sẽ lắng xuống phía dưới, trong khi nước thải được tách ra phía trên và thoát ra ngoài.

Trong công đoạn này ta tiếp tục cho nước vào để điều chỉnh nồng độ 8 – 14 Be, pH= 6,0-6,5, lưu lượng nước vào 5m3/h

Sau khi hoàn tất quá trình tách dịch bào lần thứ hai, dịch sữa bột sẽ được dẫn xuống thùng chứa và bơm đến thiết bị tách bã mịn Thiết bị này có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động tương tự như trong quá trình tách xác thô và xác tinh, nhưng điểm khác biệt là lớp vải lọc bên trong có kích thước lỗ nhỏ hơn, chỉ cho phép tinh bột đi qua, trong khi phần bã mịn sẽ được giữ lại và thoát ra ngoài cùng với bã thô qua khu chiết ép kiệt.

Lượng bã thô, tinh và mịn được đưa đến thiết bị tách xác, trong đó dịch sữa có nồng độ tinh bột thấp sẽ được bơm về phục vụ cho máy mài Phần bã sau khi tách sẽ được thu hồi dưới dạng bã ướt nếu sử dụng thiết bị ống kép, hoặc thu được bã thô khi qua thiết bị ép băng.

Sữa tinh bột thuần khiết sau khi chiết xuất đạt nồng độ 18-22 Be sẽ được bơm qua máy ly tâm để tách bớt nước và thu tinh bột Phần nước lọt qua vải và lưới lọc của máy ly tâm có hàm lượng tinh bột thấp nhưng vẫn chứa một lượng tinh bột, do đó cần được đưa vào máy mài để thu hồi và tiết kiệm nguồn nước Tinh bột thu được sau quá trình ly tâm có độ ẩm từ 31-34%.

Chọn phương pháp sấy tinh bột

Phương sấy gồm có: phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh

Phương pháp sấy lạnh là kỹ thuật sấy mà nhiệt độ của sản phẩm và môi trường sấy thấp hơn nhiệt độ xung quanh Phương pháp này thường được áp dụng cho hải sản và các vật liệu có giá trị cao, giúp bảo vệ tính chất vật lý và hóa học của chúng khi tiếp xúc với nhiệt độ cao.

Hệ thống sấy lạnh thường phức tạp giá thành cao, chi phí vận hành tốn kém.

Phương pháp sấy nóng dây là một trong những phương pháp sấy phổ biến, trong đó nhiệt độ của tác nhân sấy và vật liệu sấy cao hơn nhiệt độ môi trường Phương pháp này thích hợp cho việc sấy các loại vật liệu có tính chất vật lý ổn định và không yêu cầu chất lượng cao Hệ thống sấy bằng phương pháp này có cấu trúc đơn giản, giúp giảm giá thành và chi phí vận hành.

Căn cứ vào tính chất của tinh bột, và yêu cầu về chất lượng của tinh bột ta chọn phương pháp sấy nóng.

Lựa chọn hệ thống sấy

Trong phương pháp sấy nóng, các hệ thống sấy được phân loại dựa trên cách cấp nhiệt, bao gồm sấy đối lưu, sấy bức xạ, sấy tiếp xúc và các hệ thống khác Để tối ưu hóa quá trình sấy, cần xem xét đặc điểm cấu tạo và liên kết ẩm trong tinh bột, từ đó lựa chọn hệ thống sấy đối lưu sấy khí động cho phù hợp.

Hệ thống sấy khí động là giải pháp tiết kiệm chi phí đầu tư và bảo trì, đồng thời mang lại tốc độ sấy nhanh chóng, lý tưởng cho các loại vật liệu có kích thước nhỏ.

TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ SẤY KHÍ ĐỘNG SẤY TINH BỘT SẮN

Nhiệm vụ thiết kế

Thiết kế hệ thống sấy tinh bột sắn bằng hệ thống sấy khí động công suất thiết bị 120 tấn/ngày, đêm.

Đặc điểm, nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy khí động

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy khí động [3]

Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy bắt đầu khi tác nhân sấy được hút vào từ phía dưới và di chuyển dọc theo ống sấy Vật liệu sấy được đưa vào từ phễu qua cơ cấu và vào ống sấy, nơi có cơ cấu venturi giúp phân phối vật liệu Trong quá trình này, vật liệu sẽ bị cuốn theo khí sấy, diễn ra quá trình tách ẩm Sau khi ra khỏi ống sấy, khí sẽ đi vào bộ phận tách bụi, nơi bụi lắng xuống phễu Một phần bụi có thể được hồi lưu, trong khi phần còn lại được xử lý qua thiết bị lọc bụi tay áo để loại bỏ hoàn toàn bụi trước khi xả ra môi trường.

Chọn môi chất sấy và chất tải nhiệt

2.3.1Tính chất vật lý của tinh bột liên quan đến quá trình sấy.

• Khối lượng riêng: ρ = 775,86 kg/m 3 khi đã sấy khô, ρ 20,8 kg/m 3 khi đưa vào sấy.

• Nhiệt dung riêng: C p = 1,5 kJ/kgK

• Kích thước hạt: d = 5÷80μm không hòa tan vào nước khi chưa m

• Nhiệt độ sấy cho phép không quá ( 55÷65) 0 C

• Hệ số dẫn nhiệt λ = 0,09 W/mK.

2.3.2 Chọn môi chất sấy và chất tải nhiệt:

Sản phẩm sau khi sấy cần phải đảm bảo sạch sẽ và có độ trắng nhất định, vì vậy việc lựa chọn tác nhân sấy phù hợp là rất quan trọng.

Ngoài ra nhiệt độ hồ hóa của tinh bột từ 55÷ 65°C nên khi chọn nhiệt độ tác nhân sấy phải chú ý điều kiện này.

 Chọn tác nhân sấy là không khí nóng :

• Ra khỏi thiết bị sấy t 2 = 70°C.

Chọn chất tải nhiệt là khói nóng để gia nhiệt cho không khí thông qua calorife.

Chọn chế độ sấy

Chọn chế độ sấy đối lưu giúp không khí nóng di chuyển với vận tốc lớn, tạo điều kiện cho tinh bột và không khí nóng thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm hiệu quả Cần lưu ý rằng trong quá trình sấy, nhiệt độ hồ hóa của tinh bột không được vượt quá 70 o C để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

+Tốc độ của không khí trong quá trình sấy là ω m/s, sau đó ta sẽ tính kiểm tra lại khi tính nhiệt quá trình sấy. τs, w1 w2 t1 t2 ω

Tốc độ đốt nóng hạt tinh bột trong quá trình sấy 200 o C/phút

Tính toán các kích thước cơ bản của hệ thống

Dựa vào tiêu chuẩn Re và tiêu chuẩn Phêđôrov để tính tốc độ ω1

Tiêu chuẩn Phêđôrov d td đề cập đến đường kính tương đương của tinh bột khi đưa vào ống sấy, với giá trị d td = 0,009mm do tinh bột ở dạng nhão và kết dính thành các cục lớn hơn Khối lượng riêng của tinh bột được xác định là ρv = 20 kg/m³ khi đưa vào sấy Ngoài ra, ρk là khối lượng riêng của không khí và ν k là độ nhớt động học của không khí, trong khi gia tốc trọng trường g được xác định là 9,8 m/s².

Nhiệt độ trung bình của không khí t = 0,5.( t1 + t2 ) = 115 o C tra bảng thông số vật lý của không khí khô ta được: ρk = 0,897 kg/m 3 νk = 24,7 10 -6 m 2 /s

Chọn tốc độ làm việc w theo tốc độ tới hạn[2/261]: w = (1,3÷1,6) w1 nên ta chọn w = 15 m/s là thoải mãn

2.5.2 Chiều dài cơ bản của ống sấy

Chiều dài cơ bản của ống sấy[2/261]:

TÍNH TOÁN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY KHÍ ĐỘNG

Lượng ẩm cần bốc hơi: W

Là lượng ẩm cần bốc hơi trong một đơn vị thời gian.

G2: khối lượng sản phẩm ra khỏi thiết bị sấy G 2 = 120 tấn/ngày, đêm. G

2 5000kg/h Độ ẩm ban đầu ω1 = 38% Độ ẩm cuối ω2 %.

Khối lượng tinh bột đưa vào hệ thống sấy

Tính toán quá trình sấy lý thuyết

3.3.1 Tính toán thông số vật lý của không khí tại các điểm

Theo điều kiện khí hậu ta chọn:

• φ 0 = 85% Điểm O = t 0 ∩ φ 0 Ở nhiệt độ 20 o C ta có:

 P obh = 0,023 bar Độ chứa ẩm của không khí:

 I 0 = 51,4 kJ/kgkkk Điểm 1= t1 (d1=d0=constand) do quá trình (0-1) là quá trình gia nhiệt nên có độ chứa ẩm không đổi ta có:

 d1P 0,0124 φ1= P 1bh (ρd 1 +0,622) = 6,117(ρ0,0124+0,622) = 0,0032 Điểm 2=t2∩(I2=I1= cons’t) do quá trình bay hơi đoạn nhiệt tacó:

• I 2 =I 1 = 194,82 kJ/kgkkk Độ chứa ẩm:

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com d 2 P 0,0474 φ2= P 2bh (ρd 2 +0,622) = 0,309(ρ0,0474+0,622) =0,23 φ2#%

3.3.2 Lượng không khí khô lý thuyết

• Lượng không khí khô cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm l 0 = 1 = 1 = 28,57 kgkkk/kg ẩm d 2 −ρd 1 0,0474−ρ0,0124

• Lượng không khí khô cần thiết để làm bay hơi W kg ẩm/s

3.3.3 Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết

Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm q 0 = l 0 (I 1 -I 0 ) = 28,57.( 194,82– 51,4) = 4097,51 kJ/kg ẩm Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi W kg ẩm/s

3.3.4 Tính toán sơ bộ các kích thước cơ bản của ống sấy

3.3.4.1Đường kính của ống sấy

Vk: Lưu lượng thể tích khí trong ống sấy

L0: lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy L0,64 kg/s vk: thể tích riêng của khí trong ống sấy vk= 1 = 1 = 1,115

V k = 16,64.1,115= 18,55 m 3 /s w k : tốc độ không khí trong ống sấy w k = 15 m/s.

3.3.4.2 Tính chiều dài ống sấy

• Chiều dài phần bổ sung của ống sấy (để tính đến phần hai đầu của ống sấy) [2/261]

• Chiều dài của ống sấy:

3.4 Tính toán quá trình sấy thực

3.4.1 Xây dựng quá trình sấy thực và xác định lượng không khí khô cần thiết

Hình 3.2 mô tả dòng nhiệt trong quá trình sấy

Từ phương trình cân bằng nhiệt thiết bị sấy[3]:

Q + Q bs + LI 0 + G 2 C m t m1 + WC n t m1 + G vt C vt t m1 = G 2 C m t m2 + G vt C vt t m2 + Q 5 + LI 2

Q + Qbs = L( I2 - I0 ) -WCntm1 + G2Cm (tm2-tm1) + GvtCvt (tm2- tm1) + Q5

Q + Qbs = Q2 - WCntm1 +Qm +Qvt + Q5 (2) Với:

+ Q 2 = L( I 2 - I 0 ) - Tổn thất nhiệt theo tác nhân sấy.

+ Q m = G 2 C m (t m2 -t m1 ) - Tổn thất nhiệt theo vật liệu sấy.

+ Qvt = GvtCvt (tm2- tm1) - Tổn thất nhiệt do thiết bị vận chuyển.

+ WCntm1 : Nhiệt hữu ích mang vào theo ẩm.

Chia 2 vế phương trình (*) cho W ta có: q +q bs = q 2 - C n t m1 + q m + q vt + q 5 (3)

Theo quá trình sấy lý thuyết: q = l (I1-I0)

Tải xuống TIEU LUAN MOI tại địa chỉ: skknchat123@gmail.com Công thức liên quan đến sự cân bằng nhiệt được thể hiện qua các biến số: qbs + l (I1-I0) = l (I2-I0) - Cntm1 + qm + qvt + q5 và l (I2-I1) = qbs + Cntm1 – qm - qvt - q5 Đặt qbs + Cntm1 – qm - qvt - q5 để tính tổn thất nhiệt phụ cần thiết cho việc bay hơi 1 kg ẩm.

(I 2 -I 1 ) ⇒ I = I + Δ : entanpi cuối quá trình sấy thực (3.6)

Xây dựng quá trình sấy thực trên đồ thị I-d :

Hình 3.3 đồ thị I-d quá trình sấy thực

Từ một điểm C0 I = I1 = const, vẽ đường thẳng song song trục I Trên đường thẳng này ta đặt doạn C 0 E 0 thoả mãn đẳng thức:

Nối B (điểm biểu diễn trạng thái tác nhân sấy trước khi sấy) với E0 tại t=t2= const tại điểm C, trong đó C là điểm thể hiện trạng thái của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực tế.

+ 0 thì E 0 nằm dưới C 0 Đối với tác nhân sấy trong thiết bị khí động này ta có:

= Cn 1i - qm - q5 (nhiệt có ích- tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi- tổn thất nhiệt ra môi trường)

3.4.2 Tính tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra

Tổn thất này là do khi vật liệu sấy đưa vào với nhiệt độ thấp khi ra có nhiệt độ cao.

Nhiệt độ vật liệu sấy lấy theo điều kiện: t v2 = t 2 – (7÷12) 0 C, ở đây ta lấy : tv2= 70-10 = 60 0 C , q m = G 2 C v ( t v 2 − t 0 )

C v : nhiệt dung riêng của tinh bột sắn[2/21], C = 1,381+0,0218ω (3.8) C= 1,381+0,0281.0,12=1,384 kJ/kgđộ t 0 : nhiệt độ vật liệu sấy đưa vào t 0 = 20℃

W: lượng ẩm cần bốc hơi W 96,774kg/h

3.4.3 Tổn thất nhiệt ra môi trường q 5

Công thức tính toán lượng nhiệt tỏa ra từ ống sấy được mô tả bởi phương trình Q mt = α 2 (t w3 - t f ).πd 3 L kJ/kg, trong đó t w3 là nhiệt độ bề mặt ngoài của ống, được chọn trong khoảng 40 đến 50 độ C để đảm bảo an toàn khi thao tác, với giá trị cụ thể là 40 độ C Nhiệt độ môi trường tf2 được xác định là 20 độ C Hệ số tỏa nhiệt α 2 từ mặt ống ra ngoài không khí được tính theo công thức α 2 = 1,715.(t w3 - t f2 ) 0,333 W/m 2 K, và với các giá trị đã cho, α 2 được tính là 4,65 W/m 2 K Đường kính ngoài cùng của ống sấy được ký hiệu là d3.

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com t f2 t f1

2 lớp cách nhiệt bông thủy tinh

3 lớp thép làm ống sấy t w3 t w2 t w1 d1 d2 d3 hình 3.4 cấu tạo của ống sấy

Theo phương trình cân bằng nhiệt cho dòng nhiệt qua 1m chiều dài ống trụ, mật độ dòng nhiệt tỏa ra từ bề mặt ống ra môi trường được xác định bởi công thức: qmt = α2 (t w3 - t f2)π.d3 (W/m) Trong đó, qmt là mật độ dòng nhiệt, α là hệ số truyền nhiệt, tw3 là nhiệt độ bề mặt ống, tf2 là nhiệt độ môi trường, và d là đường kính ống.

Mật độ dòng nhiệt do dòng không khí chuyển động tỏa ra cho bề mặt trong của ống tính cho 1m chiều dài được xác định bằng công thức q1 = α1 (tf1 - tw1)π.d1 (W/m) Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức của tác nhân sấy với bề mặt trong của ống được tính là α1 = 7,5w^0,78 = 62W/m²K khi vận tốc dòng không khí w = 15m/s Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong ống được tính bằng tf1 = 0,5.(t1 + t2), trong đó t1 và t2 là nhiệt độ tại hai điểm khác nhau trong ống.

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com d1: đường kính trong của ống

+ q 2 : mật độ dòng nhiệt truyền qua 1m chiều dài vách ống theo [1], w/m q 2 =

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống là yếu tố quan trọng trong thiết kế ống thép, với giá trị λ 1 = 46 W/mK Nhiệt độ bề mặt ngoài của vách giữa lớp thép và lớp cách nhiệt được ký hiệu là t W2, trong khi đường kính ngoài của ống thép được ký hiệu là d2.

+q 3 : mật độ dòng nhiệt truyền qua 1m chiều dài lớp cách nhiệt theo [1] q 3 =

2 2 λ2 hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh, λ2= 0,04

Do lớp tôn bọc bên ngoài rất mỏng, có thể bỏ qua ảnh hưởng của nó trong tính toán Công thức tính độ dày tổng quát được thể hiện như sau: d3 = d1 + 2δ1 + 2δ2, trong đó δ1 là chiều dày ống sấy và δ2 là chiều dày lớp cách nhiệt.

Lấy δ 1 = 6mm sẽ kiểm tra lại trong phần tính toán cơ khí Và lấy δ 2 theo chiều dầy lớp cách nhiệt tiêu chẩn

Bảng 3 Số liệu tính toán δ d

Theo từ bảng số liệu tính toán ta được:

Vậy tổn thất nhiệt ra môi trường:

Qmt = qmt.L= 400,84.51,75= 20743,47 W (3.17) q 5 = 3,6 = 3,6×P20743,47 = 35,61 kJ/kg ẩm (3.18)

Ca: nhiệt dung của nước

3.4.5 Xác định thông số trong quá trình sấy thực

Hình 3.5 đồ thị I-d của quá trình sấy thực[3]

Tính toán entanpi và độ chứa ẩm:

 { 2 d 2′ = 46,36 g/kgkk Độ ẩm tương đối φ 2 ’ : φ2 ’ B.d 2 '

3.4.6 Lượng không khí tiêu hao trong quá trình sấy thực

Lượng không khí thực tế để làm bay hơi 1kg ẩm l = ′ 1000 = 1000 ),4 kg kk/kgẩm (3.21) d2−ρd1 46,36−ρ12,4

Lượng không khí thực tế để làm bay hơi W kg ẩm/h

3.4.7 Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực tế

Lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm: q=l.(I1-I0) = 29,4.(194,82-51,4) = 4216,55 kJ/kgẩm (3.23) Lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi W kgẩm/h

3.4.8 Hiệu suất của thiết bị η q

(3.24) q q1: nhiệt lượng có ích: q1= i2 - Catv1= (2493+1,97t2) - Catv1 (3.25) i2: entanpi của hơi ẩm ra khỏi ống sấy, i2=(2493+1,97t2) kJ/kg ẩm q1= (2493 +1,97.70) –

3.4.9 Tính sai số kiểm tra quá trình tính toán

Tính theo phương trình cân bằng nhiệt ta có: q’ = q1 + q2 + qmt q1: nhiệt lượng có ích: q 1 = i 2 – C a t v1 = ( 2493 + 1,97t v2 ) - C a t v1 q1 = ( 2493 + 1,97 60) – 4,186.20 = 2527,48 kJ/kgẩm q2: tổn thất do tác nhân sấy mang đi; q 2 = l.C.(t 2 – t 0 ) = 29,4.(70 - 20) = 1470 kJ/kgẩm  q’

= 25 27,48 +1470 +34,07 = 4031,55 kJ/kgẩm Vậy sai số tương đối trong quá trình tính toán: ε = q − q' = | 4216,55−ρ4031,55 | = 0,044 q 4216,55

Với sai số như trên thì kết quả tính toán được xem là đúng

3.4.10 Tính lại kích thước của ống sấy

Q’: tổng nhiệt lượng đốt nóng vật liệu sấy Q v và nhiệt lượng có ích Q 1 :

Q’ = 276801 + 5340861 = 5617662 kW α: hệ số trao đổi nhiệt giữa dòng tác nhân sấy và dòng vật liệu sấy xác định theo thực nghiệm theo giới hạn Fe: α Nu.λ k

Nu = 0,83Fe 0,74 = 0,83.269,157 0,74 = 52,15 λ k : hệ số dẫn nhiệt của không khí ta có t tb = 115 o C nên ta tra được λ k =0,0326

F: Tổng bề mặt của n hạt:

9.10 −ρ5 1120 Δt: độ chênh nhiệt độ trung bình giữa dòng tác nhân sấy và dòng vật liệu sấy: Δt = ( t 1 − t v1 ) − ( t 2 − t v 2 )

 τs, = 188,89.297619,05.49,26 = 6,94 s ≈ τs, chọn nên không cần tính lại các kích thước của ống sấy

3.4.11 Tính tổn thất áp suất theo chiều dài ống

∆P: tổng tổn thất áp suất của thiết bị sấy, Pa

∆P L : trở lực ma sát của đường ống sấy và đường ống dẫn tác nhân sấy, Pa

∆P V : tổn thất trong ống sấy theo chiều cao của ống

∆P z ∗ : tổn thất áp suất do ma sát của hạt vật liệu tác động, Pa

∆P G : tổn thất do chiều cao đẩy chất rắn, Pa

∆P c : tổn thất do trở lực cục bộ, Pa

L: chiều dài ống sấy, m d: đường kính trong của ống sấy , m ρ: khối lượng riêng của không khí, kg/m 3 w: tốc độ của không khí f: hệ số trở lực ma sát

• Độ nhỏm của ống sấy R= 20 àm vậy ta cú hệ số ma sỏt

• ρ ∗ : khối lượng riêng tương đối

Chỉ số Froude liên quan tới vận tốc khí

10 a a,b phụ thuộc vào kích thước hạt a = 1,44d + 1,96 = 1,44.9 10 −ρ3 + 1,96 = 1,97 b = 1,1d + 2,5 = 1,1.9 10 −ρ3 + 2,5 = 2,51 1 μ = 10 1,97 4,28 2,51 = 0,412 ρ ∗ =μ v ρ a = 0,412.

• λ ∗ z : hệ số ma sát của vật liệu

Theo Konno và Saito hệ số ma sát của vật liệu λ z ∗ = 4.

2 ξ: hệ số trở lực cục bộ ξ = 0,9

Suy ra tổng tổn thất thiết bị:

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

Lựa chọn vật liệu chế tạo thiết bị

Chọn vật liệu chế tạo là Thép 201 với các thông số đi kèm như sau:

Mô đun đàn hồi, E 197000 N/mm²

Giới hạn bền kéo, σ k 685 N/mm²

Giới hạn bền chảy, σ c 292 N/mm²

Tính chiều dày của ống sấy

P: áp suất làm việc của quá trình, P=1 (at) = 101325 (N/m²).

D: đường kính ống, m. φ: hệ số bền của mối hàn.

[σ]: ứng suất cho phép của vật liệu, N/m².

Giới hạn bền kéo: σ k = 685 (ρMPa).

Giới hạn bền chảy: σ c = 292 (ρMPa). Ứng suất kéo và chảy cho phép của vật liệu:

SVTH: Trần Văn Tướng MSSV: 20154295

292 [σ c ] = 1,5 1 = 194,67 (ρMPa) Ứng suất cho phép của vật liệu là: 194,47 10 6 (ρPa)

Suy ra: bỏ qua thành phần áp suất dưới mẫu trong công thức tính bề dầy của ống sấy.

Để xác định độ dư ăn mòn cho thiết bị, ta thường chọn tuổi thọ từ 15-20 năm và tốc độ ăn mòn của vật liệu, với c1 được chọn là 1mm Độ dư này nhằm bù đắp cho dung sai âm và độ không chính xác khi gia công tấm vật liệu, vì vậy c2 được chọn là 2mm Cuối cùng, c3 đại diện cho độ dư do bào mòn thiết bị và được chọn là 1mm.

Kiểm tra bền theo áp suất thử: σ = [D t +(ρS−ρC)].P

P th : áp suất thử thủy lực.

Tra bảng suy ra: P th = 1,25P

Vậy chiều dầy ống là S=6mm

chọn bích nối ống sấy

Hình 4.1 bích thiết bị Bulong và bích đều được làm từ thép SUS 201 Với các thông số như sau:

D D b D 1 D o Bulông h δ đệm ệm d b z mm cái mm

tính chọn tai treo

Tính toán & thiết kế hệ thống sấy khí động GVHD:TS Nguyễn Đặng Bình Thành

• Khối lượng ống sấy m = 10008 kg Tải trọng tác dụng lên tai treo:

Số lượng tai treo 4 cái tải trọng tác dụng lên 1 tai treo 2,5.10 4 N

Hình 4.2 tai treo Bảng 4 Thông số tai treo

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ

Thiết bị Cyclone thu hồi tinh bột

Các thông số đầu vào

• Ta có lưu lượng khí cần xử lý

Cách tính các kích thước cơ bản của xyclon và ống trung tâm:

Nếu kênh dẫn có tiết diện hình chữ nhật với kích thước b/a = (1,5÷2) thì bán kính trung tâm R1 nên lấy theo quan hệ:

Tính đường kính của xyclon D xác định theo công thức thực nghiệm sau[2/320]:

Đường kính hạt tinh bột (d_k) và khối lượng riêng của một hạt (ρ_v) là những yếu tố quan trọng trong quá trình sấy Khối lượng của tác nhân sấy (ρ_k) cùng với chiều rộng của tiết diện kênh dẫn (a) cũng ảnh hưởng đến hiệu suất sấy Hệ số hình dáng (φ) được sử dụng để xác định tính chất của hạt; nếu hạt có hình tròn, φ sẽ là 2,75, trong khi hạt có hình dáng mảnh sẽ có φ là 3,94.

Kích thước cơ bản của xyclon.

Đường kính ống trung tâm (D1) và đường kính phần nhỏ nhất của phễu (d) là những yếu tố quan trọng trong thiết kế xyclon Chiều dài phần ống trung tâm cắm vào xyclon (h1) cùng với chiều cao phần trụ của xyclon (h2) và chiều cao phễu (h3) ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của thiết bị Ngoài ra, chiều dài tiết diện kênh dẫn vào xyclon (b) cũng cần được xem xét để tối ưu hóa quá trình phân tách.

Xác định chiều dài ống trung tâm cắm vào xyclon h1

Tính chiều cao phần hình trụ của xyclon h 2 : h2 = h1 + 2a , m Tính chiều cao phần côn của xyclon:

Với tgm hệ số ma sát.

Do lưu lượng khí cần xử lý lớn nên ta sử dụng hệ thống

Lưu lượng 1 Cyclone cần xử lý: V858,25 m³/h

Thông số kích thước của Xyclone như sau[2/321]:

Trờ lực do cyclone gây ra là:

Theo ct tr.229 thiết kế hệ thống thiết bị sấy -TS Hoàng Văn Chước

(5.5) c ΔP c với ξ = 110 hệ số trở lực ΔP =

Chọn vật liệu chế tạo Cyclne thép 201, có khối lượng riêng ρ = 7860 kg/m 3

Chọn chiều dày cyclone t c =4 mm vậy D n = 1,208 m

V=0,044 m 3 vậy mc =0.044.8000.4 1408kg 5.2 Thiết bị lọc bụi tay áo

Các thông số đầu vào :

- Nồng độ bụi khí vào : C b2 = 12 g/m 3

- Chọn khí nén để rũ bụi có áp suất : P = 3 atm Tổng bề mặt lọc bụi :

2 2 m m h η: Hiệu suất làm việc của bề mặt , η = 85%

Chọn ống vải lọc bụi hình tròn có : đường kính d= 0,4 m

Chiều dài ống tay áo l= 3 m

Số tay áo cần là : n =

Trờ lực qua thiết bị lọc bụi : ΔPlb = A.ν n ( Pa) (5.9)

A : hệ số thực nghiệm với từng loại vải kể đến độ hao mòn và bẩn A%… 0,25 chọn A n: hệ số thực nghiệm , n=1,25 1,3 chọn n

Sơ bộ tổng tổn thất áp suất trong lá trình sấy gồm :

- Tổn thất qua thiết bị sấy

- Tổn thất qua lọc bụi tay áo ΣΔP = 683 + 65000 + 7521 = 73204 Pa = 0,72 at Công suất của quạt

Hình 5.2 Các kiểu cấp liệu vật liệu sấy

(f) a- van trượt; b- van quay; c- Khay nạp bảng; d- vít tải; e- van côn; f- van chữ L

Chọn kiểu cấp liệu vít tải

Hình 5.4 Kiểu cấp vật liệu sấy vít tải

Tham khảo tài liệu [10] đưa ra các kích thước của Venturi kết nối như sau hình 5.5 Venturi kết nối

Tính chọn quạt hút