Thiết kế sấy thùng quay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO THIẾT KẾ SẤY THÙNG QUAY SVTH Niên học 2021 2022 CHƯƠNG 1 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - - BÁO CÁO THIẾT KẾ SẤY THÙNG QUAY SVTH: Niên học: 2021-2022 CHƯƠNG TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA Q TRÌNH Các thơng số ban đầu Tính tốn thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy nhân cà phê Chọn thơng số cho tính tốn sau: Năng suất ban đầu: 5000kg/Vl/mẻ Độ ẩm vật liệu vào: ω1 = 28% Độ ẩm vật liệu ra: ω2 =12% Nhiệt độ môi trường: t0 = 250C Độ ẩm tương đối: ϕ0 = 80% Thời gian sấy: t=3h Nhiệt độ TNS vào: t1 = 800C Nhiệt độ TNS ra: t2 = 400C Nguồn nhiệt: Khí nóng Địa điểm: Gia Lai Lượng ẩm tách w = G1 w1 - w w - w2 = G2 100 - w 100 - w1 Trong đó: w: lượng ẩm tách (%) G1, G2: lượng vật liệu trước vào sau khỏi máy sấy (kg/vl/mẻ) w1: độ ẩm vật liệu trước sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt w2 : độ ẩm vật liệu sau sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt Suy ra: w= 5000 (kg/vl/1 mẻ) Khối lượng sản phẩm sấy G2 = G1 - w =5000 – 909,09 = 4090,1(kg/1 mẻ) Lượng vật liệu khô tuyệt đối G k = G1 100 - w1 100 - w = G 100 100 = (kgvl) Tính thơng số khơng khí 5.1 Tính trạng thái khơng khí ngồi trời + Phân áp bão hòa theo nhiệt độ: t=25 ºC => Pbh=0,03166(bar) Pb= =0,81.0,03166=0,02535 (bar) + Hàm ẩm ban đầu: + Nhiệt lượng riêng khơng khí ẩm: Io= 1,004.25+0,0161(2500,77+1,84.25)=66,1(kJ/kgkkk) 5.2 Tính tốn khơng khí đưa khỏi calorifer + Hàm ẩm khơng khí khơng thay đổi: t1 = 80ºC, d1 = d0 = 0,0161 (kg/kgkkk) + Phân áp bão hòa nước theo nhiệt độ: Pbh1=0,48(bar) => + Nhiệt lượng riêng khơng khí ẩm: I1=1,004.80+0,0161(2500,77+1,84.80)=122,94(kJ/kgkkk) 5.3 Tính tốn khơng khí khỏi buồng sấy Nhiệt lượng riêng khơng khí ẩm khơng đổi: I 1= I2= 122,94(kJ/kgkkk) Nhiệt độ tác nhân sấy khỏi máy sấy: t = 40ºC + Phân áp suất bão hịa nước theo nhiệt độ: + Ta có: I1 = I2 = 122,94(kJ/kgkkk) I2 =1,004.40+(2500,77+1,84.40)= 122,94 kJ/kgkkk =>=0,049 kg/kgkkk + Ta lại có: => 5.4 Cân vật liệu cho tác nhân sấy (cân theo lượng ẩm) Coi khơng khí khơ qua máy sấy khơng bị q trình sấy Lượng khơng khí khơ tiêu tốn trình sấy: L Khi làm việc ổn định khơng khí sấy mang theo lượng ẩm: L.d1 Sau sấy lượng ẩm bốc từ vật liệu: w Lượng ẩm khơng khí khỏi máy sấy: L.d2 Lúc ta có phương trình cân vật liệu theo lượng ẩm: L.d1 + w = L.d2 L= Vậy lượng khơng khí khơ tiêu tốn cần thiết để làm bốc 1kg ẩm vật liệu: l= (kgkkk/kg ẩm bay hơi) : Bảng 1.1 Bảng tổng kết cho vật liệu sấy Đại lượng (đơn vị đo) Giá trị G1: khối lượng vật liệu vào thùng sấy (kg/vl/1 mẻ) 5000 G2: khối lượng vật liệu khỏi thùng sấy (kg/vl/ mẻ) 4090,1 Gk: khối lượng vật liệu khô tuyệt đối (kgvl) 3600 w1: độ ẩm vật liệu vào (%) 28 w2: độ ẩm vật liệu (%) 12 w: lượng ẩm tách () 909,09 l: lượng khơng khí khơ để bốc kg ẩm (kgkkk/kg ẩm) 62,839 L: lượng khơng khí khơ để bốc w kg ẩm (kgkkk/h) 19042,1 Bảng 1.2 Bảng tổng kết cho tác nhân sấy t0(ºC) d(kg/kgkkk) ϕ(%) I(kJ/kgkkk) Trước vào calorifer 25ºC 0,01636 80 66,1 Sau khỏi calorifer 80ºC 0,01636 5,2 122,94 Sau khỏi buồng sấy 40ºC 0,03245 66 122,94 CHƯƠNG TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Đường kính chiều dài thùng sấy: Ta có: L/D=3,5-7 Chọn tỉ lệ: L/D=3 Khi đường kính thùng sấy xác định: V===> D=2.94(m)  L ==5.2,507=8.82 + Tiết diện tự thùng sấy: π.D Ftd = ( 1β- ) Hệ số điền đầy hệ thống sấy thùng quay chiếm khoảng từ 10÷25% thể tích thùng sấy Ta chọn: β = 0,25 + Tốc độ tác nhân sấy lý thuyết: (m/s) Bảng 2.1 Chọn bề dày thùng sấy Giá trị Vật liệu chọn (m) Hệ số dẫn nhiệt λ (W/m.độ) STT Đại lượng Kí hiệu Bề dày thùng δ1 0,008 CT3 50 Bề dày lớp cách nhiệt δ2 0,001 Bông thủy tinh 0,05 Bề dày lớp bảo vệ δ3 0,001 CT3 50 Đường kính ngồi vỏ thùng sấy: Dng = D + 2.( δ1 + δ2 +δ3) = 2,94 + 2.(0,008 + 0,001 + 0,001) = 2,96 (m) + Chuẩn số Gratkov: m2/s  Hệ số truyền nhiệt K: Hệ số truyền nhiệt K tường hình ống có chiều dày khơng dày so với đường kính, bỏ qua nhiệt trở lớp cách nhiệt: K= (W/m2.độ)  Tính bề mặt truyền nhiệt F: Đường kính trung bình máy sấy: Dtb = ==2,95(m) Bề mặt truyền nhiệt máy sấy bao gồm diện tích xung quanh diện tích hai đầu thùng: Fπ.D = Ltb + π.D 2tb == 94,41 (m2)  Tính tổn thất nhiệt qua vỏ máy sấy: Hiệu số nhiệt độ trung bình tác nhân sấy khơng khí bên ngồi: Δt tb = Δt đ - Δt c Δt ln đ Δt c Trong đó: ∆tđ: Hiệu số nhiệt độ khơng khí tác nhân sấy vào nhiệt độ môi trường, ∆tđ = t1 – t0 = 80 – 25 = 550C ∆tc: Hiệu số nhiệt độ khơng khí tác nhân sấy nhiệt độ môi trường, ∆t c = t2 – t0 = 40 – 25 = 15oC  = 30,78oC Vậy: Tổn thất nhiệt từ vỏ máy sấy môi trường xung quanh: qm = = =12,65(kJ/kg ẩm) Tổng nhiệt là: ∑ qr = qkkr + qvlr + qm = 7869,55 + 293,38 + 162,65 = 8175,58(kJ/kg ẩm) Tính tốn q trình sấy thực tế 2.1 Nhiệt lượng bổ sung thực tế Tìm giá trị ∆ (lượng nhiệt bổ sung thực tế): ∆ = Cn.t0 - (qvl + qm) Nhiệt lượng để làm nóng vật liệu: = qvl G C vl (t vl2 - t vl1 ) w =83,818(kJ/kg) Suy ra: ∆ = 4,1816.25 – (83,818 + 12,65) = 8,072 (kJ/kg) 2.2 Xác định thông số tác nhân sấy trình sấy thực + Nhiệt dung riêng dẫn xuất tác nhân sấy trước sấy: Cdx(d1) = Cpk + Cpa.x1 Trong : Cpk : nhiệt dung riêng khơng khí khơ Cpa : nhiệt dung riêng nước Chọn Cpk = 1,004 ; Cpa = 1,842 Suy ra: Cdx(d1) = 1,004 + 1,842.0,01636 = 1,0341 (kJ/kgkkk) + Lượng ẩm chứa d2 tác nhân sấy sau trình sấy thực: i'2 = 2500 + 1,842.t2 = 2500 + 1,842.40 = 2573,68 (kJ/kg) Ta có:+ = =0,0323 (kg ẩm/kgkkk) + Nhiệt lượng riêng khơng khí ẩm: I'2 = Cpk.t2 +.i'2 = 1,004.40 + 0,0323.2573,68= 123,189(kg/kgkkk) + Độ ẩm tương đối: =0,03226 => + Lượng tác nhân sấy cần thiết cho trình sấy thực tế: (kgkkk/kg ẩm) + Lượng tác nhân sấy thực tế: L’ = l’.w = 63,879.909,09 = 58088,123 (kgkkk/h) 2.3 Phương trình cân nhiệt lượng: ∑q v = ∑qr 2.3.1 Nhiệt vào + Nhiệt lượng calorifer sưởi cung cấp: q s' = l’.( I'2 – I0) = 62,73.(123,189– 66,815) = 3536,34(kJ/kg ẩm) + Nhiệt lượng vật liệu sấy mang vào: qvls = 876,44 (kJ/kg ẩm) + Nhiệt lượng tác nhân sấy mang vào: qkkv = 4223(kJ/kg ẩm) + Tổng lượng nhiệt mang vào: ∑ q'v qs' = + qvls + qkkv = 3645,96+3876,44+4223= 8745,4 (kJ/kg ẩm) 2.3.2 Nhiệt + Nhiệt khơng khí mang ra: q'kkr = l’ I'2 = 63,897.123,16 = 7869,55 (kJ/kg ẩm) + Nhiệt vật liệu sấy mang ra: qvlr = 293,36 (kJ/kg ẩm) + Nhiệt tổn thất qua vỏ máy sấy môi trường xung quanh: qm = 12,65 (kJ/kg ẩm) + Tổng lượng nhiệt mang ra: ∑ q'r = q'kkr + qvlr + qm = 7869,55+293,38+12.65 = 8175,58 (kJ/kg ẩm) CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH Theo tính tốn lựa chọn phần cân nhiệt lượng, ta có thơng số kĩ thuật thiết bị sau: + Thời gian sấy: t = 3(h) = 180 (phút) + Thể tích thùng sấy: V = 25.64(m3) + Đường kính thùng sấy: D = 2,94 (m) + Chiều dài thùng sấy: L = 8,82 (m) n= + Tính số vịng quay thùng: m.k.L t D.tga Trong đó: + m, k: hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh chiều chuyển động khí Với dạng cánh nâng m = 0,5 tác nhân sấy chuyển động chiều, chọn k = + L, D: đường kính chiều dài thùng, (m) + α: góc nghiêng thùng so với mặt phẳng ngang Đối với thùng dài: α = 2,5÷3o, chọn α = 2,5 Nên: n== 0,409( vịng/phút) + Công suất cần thiết để quay thùng: -2 N = 0,13.10 D L.a.n r Trong đó: n: số vòng quay thùng sấy (vòng/phút) a: hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,063 ρ: khối lượng riêng xốp trung bình, ρ = 650 (kg/m3) D, L: đường kính chiều dài thùng, (m) Nên: N = 0,13.10-2.(2,94)3.8,82.0,063.0,409.650 = 4,88 (kW/h) KẾT LUẬN Thiết bị chính: + Chiều dài: 8,82 (m) + Đường kính: 2,94 (m) + Tốc độ quay: 0,409 (vòng/phút) + Thời gian sấy: 180p (phút) 10 ... dài thùng sấy: Ta có: L/D=3,5-7 Chọn tỉ lệ: L/D=3 Khi đường kính thùng sấy xác định: V===> D=2.94(m)  L ==5.2,507=8.82 + Tiết diện tự thùng sấy: π.D Ftd = ( 1β- ) Hệ số điền đầy hệ thống sấy thùng. .. nhân sấy (cân theo lượng ẩm) Coi khơng khí khơ qua máy sấy khơng bị q trình sấy Lượng khơng khí khơ tiêu tốn trình sấy: L Khi làm việc ổn định khơng khí sấy mang theo lượng ẩm: L.d1 Sau sấy lượng... hơi) : Bảng 1.1 Bảng tổng kết cho vật liệu sấy Đại lượng (đơn vị đo) Giá trị G1: khối lượng vật liệu vào thùng sấy (kg/vl/1 mẻ) 5000 G2: khối lượng vật liệu khỏi thùng sấy (kg/vl/ mẻ) 4090,1 Gk: