Đồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờĐồ án Kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh 3 tấn nguyên liệugiờ
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
Khái niệm chung về quá trình sấy
Sấy là một hoạt động nhằm loại bỏ nước hoặc bất kỳ các chất dễ bay hơi khác chứa trong cơ thể của vật liệu khi có sự thay đổi trạng thái bốc hơi hoặc thăng hoa.
Sấy là quá trình dùng nhiệt để làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu và nó xảy ra đồng thời giữa hai quá trình truyền nhiệt và ẩm trong vật liệu sấy.
- Làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở).
- Tăng thời gian bảo quản.
- Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng sinh hóa.
- Tạo hình cho sản phẩm.
- Tăng độ bền cho sản phẩm như gỗ, vật liệu là gốm sứ.
- Tăng tính cảm quan cho sản phẩm
1.1.3 Phân loại quá trình sấy
Gồm có hai loại là sấy tự nhiên và sấy nhân tạo.
Dùng năng lượng có sẵn trong thiên nhiên để thực hiện quá trình sấy Ưu điểm: không tốn năng lượng, đơn giản rẻ tiền.
+ Tốn nhân công mặt bằng xây dựng.
+ Khó điều chỉnh các thông số trong quá trình sấy.
+ Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết.
+ Vật liệu sau khi sấy còn lượng ẩm khá cao.
Dùng thiết bị để thực hiện quá trình sấy, phải cung cấp nhiệt lượng từ bên ngoài 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
+ Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò
+ Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn.
+ Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy.
+ Sấy bằng dòng điện cao tần: phương pháp dùng dòng điện cao tần để đốt nóng toàn bộ chiều dày của vật liệu sấy. Ưu điểm:
+ Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên.
+ Kiểm soát được sản phẩm ra vào, nhiệt độ cung cấp.
+ Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.
+ Tốn ít mặt bằng, nhân công.
Tốn chi phí đầu tư trang thiết bị, cán bộ kỹ thuật, chi phí năng lượng.
1.1.4 Nguyên lý của quá trình sấy
Sấy là quá trình làm khô vật liệu ẩm khi được cung cấp năng lượng theo trình tự: gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để làm khuếch tán ẩm trong vật liệu, đưa ẩm thoát ra khỏi vật liệu.
Quá trình sấy là quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu, vận tốc của toàn bộ quá trình được qui định bởi gian đoạn nào chậm nhất. Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt vật liệu sấy.
Trong quá trình sấy thì nhiệt độ và môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy Do vậy khi nghiên cứu quá trình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy:
+ Mặt tỉnh lực học: tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta sẽ tìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và của các tác nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy.
+ Mặt động lực học: nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất, cấu trúc, kích thước của vật liệu sấy và các điều kiên thủy động học của tác nhân sấy để từ đó xác định chế độ sấy và thời gian sấy thích hợp.
Tác nhân sấy, các thiết bị sấy
Là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật sấy Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại.
Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy:
+ Gia nhiệt cho vật sấy.
+ Tải ẩm mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường.
+ Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.
Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện một trong các nhiệm vụ trên.
Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm từ vật liệu sấy thậm chí còn làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm Để tải ẩm đã bay hơi từ vật sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp:
- Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt.
- Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy thải ra ngoài (sấy chân không).
Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặt biệt quan trọng vì nó đóng vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng và khói lò, hơi quá nhiệt, chất lỏng…
1.2.1.2 Các tác nhân sấy thường dùng
- Không khí ẩm: là không khí có chứa hơi nước, trạng thái của không khí ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy và bảo quản sản phẩm sấy Khi để một vật liệu ẩm trong môi trường không khí khô thì nước ở trong nguyên liệu sẽ bay hơi Quá trình bay hơi sẽ dừng lại khi nào áp suất hơi trong không khí có trị số bằng áp suất hơi nước bão hòa ở cùng nhiệt độ đó, lúc đó ta có hỗn hợp không khí bão hòa hơi nước.
- Khói lò: là sản phẩm khí của quá trình đốt cháy một chất nào đó Khối lượng, thành phần và các thông số trạng thái của khói lò phụ thuộc vào thành phần của chất đốt và phương pháp đốt cháy.
+ Ưu điểm: cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp ráp Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong khoảng rất rộng, đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife, giảm tiêu hao điện năng, nâng cao được hiệu quả sử dụng
+ Nhược điểm: gây bụi bẩn, dễ gây hỏa hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hóa học không cần thiết, ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm nên ít được sử dụng trong công nghiệp.
- Hơi quá nhiệt: được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy nổ, có khả năng chịu được nhiệt cao Vì vậy sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt độ thường lớn hơn 100 0 C ( sấy ở áp suất khí quyển).
Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp khác nhau nên có nhiều cách để phân loại thiết bị sấy:
- Dựa vào tác nhân sấy: có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò, các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng dòng điện cao tần.
- Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường.
- Dựa vào phương thức làm việc: có sấy liên tục và sấy gián đoạn
- Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ
- Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy phun.
- Dựa vào chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy: sấy cùng chiều, ngược chiều, giao chiều.
Vật liệu sấy
1.3.1 Giới thiệu chung Đậu xanh hay đỗ xanh là cây đậu có danh pháp hai phần Vigna radiata có kích thước hạt nhỏ (đường kính khoảng 2–2,5 mm) Đậu xanh thuộc loại cây thảo mọc đứng Lá mọc kép 3 chia, có lông hai mặt Hoa màu vàng lục mọc ở kẽ lá Quả hình trụ thẳng, mảnh nhưng số lượng nhiều, có lông trong chứa hạt hình tròn hơi thuôn, kích thước nhỏ, màu xanh, ruột màu vàng, có mầm ở giữa.
- Cấu tạo của hạt đậu xanh: hạt đậu xanh có cấu tạo giống các hạt họ đậu là không có nội nhũ, gồm 3 phần: vỏ, từ diệp, phôi.
+ Vỏ: là loại hạt trần nên vỏ được cấu tạo từ vỏ quả và vỏ hạt Vỏ là bộ phận có chức năng bảo vệ phôi và từ diệp khỏi tác dụng cơ học, hóa học của môi trường Vỏ chiếm khoảng 7% so với khối lượng toàn hạt Trong vỏ không có chất dinh dưỡng, thành phần chủ yếu của vỏ là cellulose, hemicellulose và licthin.
+ Từ diệp: chiếm 90% khối lượng hạt đậu, hạt đậu có 2 từ diệp Từ diệp được cấu tạo từ những tế bào lớn thành mỏng, giữa các tế bào là các khoảng trống.
+ Phôi: phôi chiếm 3% khối lượng toàn hạt, gồm 2 phần chính là chồi mầm và rễ mầm, phôi là phần phát triển thành cây non khi hạt nảy mầm do đó phôi chứa nhiều chất dinh dưỡng, chủ yếu là protein, glucid hòa tan và lipid.
Ngoài ra trong hạt đậu xanh còn chứa một hàm lượng nhỏ các chất béo, vitamin (A, B1, B2, niacin) và một số chất khoáng (Na, K, Ca, P, Fe, Cu), một số enzyme như lipase, traferase, hydrolase, lypoxygennase
Vì vậy vấn đề bảo quản đậu xanh cũng như các nguyên liệu họ đậu nói chung là khó, vì đậu là môi trường rất dễ cho các loại sâu mọt phá hoại Mặt khác nếu điều kiện bảo quản không tốt như nhiệt độ, độ ẩm cao đậu sẽ bị “ sượng ” (hóa già) làm giảm chất lượng đậu Muốn có chất lượng ban đầu tốt, không sâu mọt và có độ ẩm an toàn thì quá trình phơi, sấy hạt sau khi thu hoạch có vai trò rất quan trọng trong việc bảo quản, chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt.
1.3.2 Tác dụng của đậu xanh đối với sức khỏe
- Chữa bệnh gút hiệu quả với đậu xanh
Theo Đông y, đậu xanh có tác dụng thanh nhiệt giải độc, trừ phiền nhiệt,bớt sưng phù, điều hòa ngũ tạng, nấu ăn bổ mát và trừ được các bệnh thuộc nhiệt Vỏ đậu xanh không độc, có tác dụng giải nhiệt độc,dùng chữa mụn, ung nhọt…
- Đậu xanh giúp tim khỏe
Bảng: 1Thành phần hóa học của đậu xanh
Thành phần Tỉ lệ glucid 52% protid 32%
Nước 13,7% cellulosa 4,6% Đậu xanh chứa các chất kháng viêm và mức cao vitamin B phức hợp, có công dụng tăng thêm sức khỏe các mạch máu Ngoài ra, đậu xanh còn giúp giảm mức triglyceride và cholesterol xấu, nên rất có ích cho sức khỏe tim
- Đậu xanh làm giảm nguy cơ ung thư vú và tuyến tiền liệt
Vỏ đậu xanh có chứa nhiều hoạt chất thuộc nhóm flavonoid, có tác dụng ức chế sự tăng trưởng của các tế bào ung thư đặc biệt là làm giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư vú và tuyến tiền liệt
- Đậu xanh giúp ngừa ung thư dạ dày Đậu xanh chứa hàm lượng cao chất chống ôxy hóa coumestrol – một loại polyphenol giúp bảo vệ sức khỏe Ngoài ra, các hợp chất phytonutrient chứa trong đậu xanh còn có tác dụng phòng tránh ung thư dạ dày.
- Đậu xanh giúp tăng cường hệ miễn dịch
Chất xơ trong đậu xanh còn có khả năng loại bỏ các độc tố trong cơ thể, do đó giúp ngăn ngừa chứng ung thư ruột kết Đậu xanh tốt cho người tiểu đường và giảm cân. Đậu xanh còn là nguồn cung cấp chất xơ hòa tan Chất này đi qua đường tiêu hóa, lấy đi những chất béo thừa và loại bỏ khỏi cơ thể trước khi hấp thụ, nhất là cholesterol Do đó, đậu xanh giúp người béo kiềm chế sự thèm ăn và giảm lượng chất béo nguy hiểm cho cơ thể Đồng thời đậu xanh giúp ổn định lượng đường trong máu sau bữa ăn nên rất tốt cho người bệnh tiểu đường.
Chính vì đậu xanh có rất nhiều tác dụng đối với sức khỏe như thế nên trong quá trình chế biến và bảo quản đòi hỏi phải giữ lại được chất dinh dưỡng của đậu xanh Trong đó quá trình sấy phù hợp cũng ảnh hưởng lớn đến việc giữ lại những chất dinh dưỡng này.
1.3.3 Quy trình sấy đậu xanh Đậu xanhThu hoạchPhơi (sấy sơ) Đập, tách hạt Đậu thu hoạch từ đồng ruộng người ta chặt cây và nhặt hạt đậu ra Khi mới thu hoạch từ đồng ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình từ 20-25% Đối với đậu xanh thu hoạch cả quả thì phải phơi hoặc sấy sơ bộ tới độ ẩm nhất định mới tách, lấy hạt khỏi vỏ quả thuận lợi Việc đập và tách hạt ra khỏi quả có thể làm bằng máy hoặc bằng tay sau đó tiến hành làm sạch, tách các tạp chất có trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi, đá lẫn vào hạt khi thu hoạch Tách hạt có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ lớn hơn hạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớp dưới cùng là đất, cát, rác vụn nhỏ hơn hạt Sau khi có khối đậu xanh thì tiến hành lấy mẫu đo độ ẩm bằng máy đo độ ẩm để xác định độ ẩm ban đầu Tiếp theo người ta phân loại đậu theo loại 1, 2, 3 theo kích cỡ, có thể dùng sàng với các lớp dưới có đường kính lỡ khác nhau Sau khi phân loại, tiến hành sấy theo từng loại đậu, sau thời gian sấy phải kiểm tra lại độ ẩm thành phẩm đạt dưới 10% thì quá trình sấy kết thúc Sau khi sấy đậu được làm nguội tự nhiên hoặc có quạt thổi để giảm bớt nóng, tránh dùng không khí có độ ẩm cao để thông gió sẽ làm tăng độ ẩm của hạt Tiếp theo khối đậu được kiểm tra lại cở hạt để lọa bỏ những hạt lép, hỏng sau khi sấy Cuối cùng đậu được đóng gói theo yêu cầu thị trường: 50kg, 25kg, 10kg, 5kg, 1kg tạo sản phẩm đậu xanh nguyên hạt.
Phân loại Sấy Làm nguội
Kiểm tra cở hạt Đóng gói
Chọn phương pháp sấy
1.4.1 Chọn thiết bị sấy Đậu xanh là nông sản dạng hạt nên người ta thường dùng thiết bị sấy thùng quay. Loại thiết bị này được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các vật liệu dạng hạt có kích thước nhỏ Sấy thùng quay là loại thiết bị sấy đối lưu nên vật liệu được dào trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy, do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, độ đồng đều của sản phẩm cao Ngoài ra thiết bị còn có thể làm việc với năng suất lớn nên e chọn thiết bị này để sấy đậu xanh nguyên hạt với năng suất 3 tấn/h. Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khói lò. Tuy nhiên quá trình sấy đậu xanh hạt dùng làm thức ăn đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh cho sản phẩm nên ở đây em chọn tác nhân sấy là không khí nóng, nhiệt cung cấp cho không khí trong calorife là từ khói lò Nhiệt độ tác nhân sấy được chọn phụ thuộc vào bản chất của hạt, có loại hạt sấy ở nhiệt độ cao vẫn giữ được tính chất vật lý, sinh lý và công nghệ, nhưng lại có loại hạt không cho phép sấy ở nhiệt độ cao Đối với đậu xanh là loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, với nhiệt độ không khí sấy từ 40-55 0 C Do đó em chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào là 55 0 C.
1.4.2 Quá trình hoạt động của hệ thống
1.4.2.1 Sơ đồ hệ thống sấy thùng quay
Hình: 1 Sơ đồ hệ thống sấy thùng quay
1.Quạt đẩy 4.Thùng sấy 7.Quạt hút
3.Cơ cấu nạp liệu và dẫn khí vào 6.Cylon
1.4.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Đậu xanh có độ ẩm ban đầu 22% được chuyển vào thùng sấy bằng băng tải và di chuyển trong thùng sấy cùng chiều với tác nhân sấy, với độ chứa đầy 25% Thùng sấy hình trụ tròn, đặt nghiêng 2 0 so với mặt phẳng ngang, trên hệ thống con lăn đỡ và con lăn chạy Hệ thống truyền động cho thùng quay gồm bánh răng vòng lắp trên vỏ thùng, động cơ truyền động và hộp giảm tốc Bên trong thùng có gắn các cánh nâng dọc theo đường sin của thùng để nâng và đảo vật liệu, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy, tăng bề mặt trao đổi nhiệt giúp đẩy nhanh quá trình sấy Ở đầu nhập liệu của thùng, cánh nâng được bố trí xoắn đóng vai trò như cơ cấu hướng dòng cho vật liệu đi vào thùng sấy Khi thùng quay, hạt được mang lên cao tới góc rơi rồi đổ xuống, trong lúc đó tác nhân sấy nóng 55 0 C, được quạt hút vận chuyển thổi qua trao đổi nhiệt ẩm và làm khô hạt Nhờ độ nghiêng của thùng mà hạt sẽ được vận chuyển dần ra phía tháo liệu Kết thúc quá trình sấy, đậu xanh có độ ẩm 13% được dẫn ra ngoài bằng băng tải, đưa vào hệ thống đóng bao Không khí nóng được đưa qua xyclon để lắng bụi rồi thải ra ngoài.
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH
Các thông số ban đầu
Vật liệu sấy là đậu xanh nguyên hạt có các thông số cơ bản sau:
Năng suất sấy nhập liệu:G1 = 3000kg/h
Nhiệt độ môi trường:t0 = 25 0 C Độ ẩm tương đối: φ = 65% Độ ẩm vật liệu vào: ω1 = 22% Độ ẩm vật liệu ra: ω2 = 13%
Nhiệt độ tác nhấn sấy vào:t1 = 55 0 C
Nhiệt độ tác nhân sấy ra:t2 = 33 0 C
Các thông số tác nhân sấy
Ta kí hiệu các đại lượng như sau:
G1, G2: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy (kg/h).
1, 2: 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).
Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (kg/h). d0: Hàm ẩm của không khí ngoài trời (kg ẩm/kgkkk). d1: Hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kgkkk). d2: Hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kgkkk).
2.3 Lượng ẩm được tách ra
100−w 1 (trang 113 – [2]) Trong đó: w: lượng ẩm được tách ra (%)
G1, G2: lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy (kg/h) w1: độ ẩm của vật liệu trước khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt w2 : độ ẩm của vật liệu sau khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt
Khối lượng vật liệu vào thùng sấy
Lượng hơi ẩm bốc trong 1 giờ
Năng suất của sản phẩm sấy
Lượng vật liệu khô tuyệt đối
TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Tính cân bằng nhiệt lượng sấy lý thuyết
3.1.1 Tính thông số của tác nhân sấy
Dùng tác nhân sấy là không khí nóng
Áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ: pb¿exp( 12− 4026,42235,5+t ) (bar) (CT 2.11/14-[2]) Trong đó: p b : áp suất bão hòa của hơi nước (bar) t: nhiệt độ tác nhân sấy (°C)
Hàm ẩm ban đầu: d=0,621 φ 0 × p b 0 p−φ 0 × p b 0 (kg/kgkkk) (CT 2.15/15-[2])
Trong đó: d: hàm ẩm ban đầu (kg ẩm /kg kkk) φ:độ ẩm tương đối của không khí (phần đơn vị) p b : áp suất bão hòa của hơi nước (bar) p: áp suất khí quyển (bar) ( p = 1at = 0,981bar)
Enthapy của không khí ẩm:
I = Ck.t + x ( r + Ch.t) (CT 2.17/15- [6]) Trong đó:
I: nhiệt lượng riêng của không khí ẩm (kJ/kg kkk)
Ck: nhiệt dung riêng của không khí khô, Ck = 1,004 kJ/kg.°K
Ch: nhiệt dung riêng của hơi nước, Ch = 1,97 kJ/kg.°K r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước r $93 kJ/kg
Thể tích riêng của không khí ẩm: v 0 = 288×T 0 p−φ 0 × p b (m 3 /kgkkk) (CT VII.8/94-[2]) Trong đó: v 0 : thể tích riêng của không khí ẩm (m 3 /kg kkk) p , p b : áp suất khí quyển và áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí, (N/m 2 ). T: nhiệt độ của không khí, (°K) φ:độ ẩm tương đối của không khí (phần đơn vị)
3.1.2 Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A)
Trạng thái không khí ngoải trời được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặp thông số (to, 0)
Chọn A có: to = 25 0 C và 0 = 65% (do đậu nành được trồng nhiều vụ trong năm nên tính theo mùa mưa, ít nắng đề thiết bị làm việc tốt quanh năm nên ta chọn nhiệt độ không khí trung bình năm ở thành phố Bình Phước từ 22 0 C - 27 0 C và độ ẩm tương đối của không khí trung bình từ 60 - 70%.
Áp suất hơi bảo hòa: p b0 = exp(12- 235,5+t 4026,42
Pb: phân áp suất bão hòa của hơi nước (bar) t0: nhiệt độ không khí (ºC)
Trong đó: d0: hàm ẩm ban đầu (kg/kgkkk) φ: độ ẩm tương đối của không khí
Pb: phân áp suất bão hòa của hơi nước (bar)
(CT 2.18/15-[2]) Thể tích riêng của không khí ẩm: v 0 = p 288 −φ ×T 0
Với: v0: thể tích riêng của không khí ẩm (m 3 /kgkkk)
T: nhiệt độ không khí (K) φ 0 : độ ẩm tương đối của không khí
Pb: phân áp suất bão hòa của hơi nước (N/m 2 )
3.1.3 Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B)
Không khí được quạt đưa vào Caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 = d0) đến trạng thái P (d1, t1) Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng quay.
Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy , do tính chất của vật liệu sấy và quy trình công nghệ quy định Nhiệt độ của tác nhân sấy ở P được chọn phải thấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột Do đậu xanh là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm của vật liệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm vật liệu ra ngoài. Đậu xanh được sấy nhằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, khoảng 40 - 55 0 C.
Phân áp bão hòa hơi nước theo nhiệt độ: p bh 1 =exp ( 12- 235,5 4026,42 +t
Độ ẩm tương đối: φ 1 = p d 1 × p bh 1 (0,621+d 1 ) = 0,1556 0,0132 ×( 0,621+ ×0,981 0,0132) = 0,1312 = 13,12%
Thể tích riêng của không khí ẩm:
3.1.4 Thông số trạng thái không khí khi ra khỏi thiết bị sấy (C)
Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị để thực hiện quá trình sấy lý thuyết (I1
= I2), trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C(t2, φ 2).
Nhiệt của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất do tác nhân sấy mang đi là bé nhất, nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa là tránh trạng thái
C nằm trên đường bảo hòa Đồng thời, độ chứa ẩm của tác nhân sấy tại C phải nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.
Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là: t2 = 33°C
Phân áp suất bão hòa hơi nước theo nhiệt độ: p bh 2 =exp ( 12- 235,5+t 4026,42
Độ chứa ẩm tương đối: φ 2 = p d 2 × p bh 2 ×(0,621+d 2 ) = 0,05×( 0,022 0,621+ × 0,981 0,022) = 0,6713
Tóm lại, trạng thái của các tác nhân sấy trong quá trình sấy thực: Đại lượng Trạng thái không khí ban đầu(A)
Trạng thái không khí vào thiết bị sấy (B)
Trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C) t ( o C) 25 50 33
Bảng: 2 Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết
So sánh x 2 với độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy:
Bảng 3: Độ ẩm cân bằng φ cb của vật liệu sấy t ° C Độ ẩm không khí, %
Bảng: 3 Độ ẩm cân bằng φ cb của vật liệu sấy
Ta thấy, tại điểm C t2 = 33°C, φ 2 = 67,13%), hàm ẩm cân bằng của vật liệu sấy φ cb = 0,123 (kg/kg) → Độ chứa ẩm của không khí x2 < φ cb , vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.
Người ta gọi thiết bị sấy lý tưởng là thiết bị sấy thỏa mản các điều kiện sau đây: -Nhiệt lượng bổ sung QBS = 0
-Tổn thất nhiệt qua các kết cấu bao che QBC = 0
-Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải QCt = 0
-Tổn thất do vật liệu sấy mang đi QV = 0
-Chỉ có tổn thất do tác nhân sấy mang đi
Do không có nhiệt lượng bổ sung và các loại tổn thất nên nhiệt lượng cần thiết để bốc hơi ẩm trong vật liệu sấy được lấy ngay chính nhiệt lượng của tác nhân sấy và sau đó ẩm dưới dạng hơi lại quay trở lại tác nhân và mang trả lại cho tác nhân một nhiệt lượng đúng bằng thế, nhiệt lượng này thể hiện dưới dạng nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt vật lý của hơi nước Vì vậy người ta xem quá trình sấy lý tưởng là quá trình đẳng entanpy. Đây là đặc trưng cơ bản của quá trình sấy lý thuyết.
Giả sử lượng khí vào ra thiết bị sấy là không đổi, kí hiệu là: L (kg/h)
Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:
L d 1 +G 1 ω 1 =L d 2 +G 2 ω 2 (CT 7.12/130 – [1]) Lượng không khí khô cần thiết:
0,022−0,01325266,4773(kg/h) (CT 7.13/131 – [1]) Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm: l= L
(CT 7.14/131 – [1]) Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết:
(CT 7.15/131 – [1]) Nhiệt lượng tiêu hao riêng: q 0 =Q 0
Tính toán quá trình sấy thực tế
Một thiết bị sấy ngoài tổn thất do tác nhân sấy mang đi còn có thể có nhiệt lượng bổ sung QBS và luôn luôn tồn tại tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che QBC, tổn thất nhiệt do thiết bị sấy chuyển tải và tổn thất nhiệt lượng do vật liệu sấy mang đi QV.
Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không có thiết bị chuyền tải, do đó QBS=0, QCT=0
Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:
+ Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào: L0.I0
+ Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorifer: L0(I1-I0)
+ Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [ ( G 1 − W ) C V 1 +W C a ] t V 1
Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:
+ Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L0(I2-I0)
+ Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: QBC
+ Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.CV2.tV2
+ tV1: Nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường: tv1 = to 25 o C
+ tV2: Nhiệt độ cuối cùa vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy: tv2 = t2 – (5 0 C) = 33 – 5 = 28 o C, ta chọn nhỏ hơn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy 3-
Cv1 = Cv2 = Cv: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy là như nhau Ở đây nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở 2 = 13 %
Cv = Cvk(1-2) + Ca 2, kJ/kg 0 K (CT 7.40/141-[1])
Với: Ca: nhiệt dung riêng của ẩm, Ca = Cn = 4,18 KJ/kg 0 K (trang 29 – [1])
Cvk=1,42 (kJ/kg.K): Nhiệt dung riêng của vật liệu khô.
Ta có: Cv = Cvk(1-2) + Ca 2= 1,42.(1 - 0,13) + 4,18.0,13 = 1,7788 [kJ/kg.K]
Cân bằng nhiệt lượng vào ra thiết bị sấy, ta có:
L(I1-I0) + QBS + GCT.CCT.tCT1 + [(G1-W)CV1 + WCa]tV1
Vậy nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực:
Q = L(I1-I0) = L(I2-I0) - QBS + QBC + GCTCCT(tCT2 - tCT1) + G2CV2(tV2 –tV1) - WCatV1 Đặt QCT = GCTCCT(tCT2-tCT1), QV = G2CV2(tV2 –tV1) tương ứng là tổn thất do thiết bị chuyển tải và tổn thất do vật liệu sấy mang đi ta được:
Q = L(I1-I0)= L(I2-I0) + QV + QBC - WCatV1 (CT 7.18/135 – [1]) Xét cho 1 kg ẩm cần bốc hơi: q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1 (CT7.19/135 – [1])
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:
Qv = G2Cv(tv2 – tv1) &89,655.1,7788.(28 – 25) = 14353,075 (kJ/h) q v =Q v
Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che:
Tổn thất nhiêt qua cơ cấu bao che hay qua môi trường QBC thường chiếm khoảng 3 - 5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích QBC = (0,03-0,05)Qhi
Trong đó : Qhi: là nhiệt hữu ích cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu:
Với rtv1: ẩn nhiệt hóa hơi chủa nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vảo, rtv1%00 kJ/kg
QBC = 0,04.Qhi= 0,04 780435,7439 = 31217,4298 (kj/h) q BC =Q BC
310,345 0,5894 (kJ/kg ẩm) (CT 7.20/135 – [1]) Đặt Δ=C a t V 1 −q BC −q V : Nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho quá trình sấy thực, là đại lượng đặc trưng cho sự sai khác giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết.
Quá trình sấy lý thuyết: Δ=0
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:
Q = L(I2 – Io) = 35266,4773 (89,56−58,708) = 1088041,358 (KJ/h) q = l(I1 – Io)= 113,6364 (89,56- 58,708) = 3505,9102 (KJ/kg ẩm)
Quá trình sấy thực tế: Δ≠ 0 Δ=C a t V 1 −q BC −q V = 4,18.25 - 100,5894 – 46,2488 = -42,338 [kJ/kg ẩm]
=> Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I1 (vậy đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết).
Từ đó ta xác định lại các tính chất của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy.
Tuy nhiên vì chưa biết l nên ta xác định độ chứa ẩm d2 trước thông qua t2 đã biết: Độ chứa ẩm của tác nhân sấy d 2 =C pk (t 1 −t 2 )+d o (i 1 −Δ)
Áp suất hơi bão hòa p bh 2 =exp ( 12- 235,5+t 4026,42
Độ ẩm tương đối: φ 2 = p d 2 × p bh 2 ×(0,621+d 2 ) = 0,05× 0,02189 (0,621+ × 0,981 0,02189) = 0,668
Lượng tác nhân khô cần thiết:
Lượng tác nhân tiêu hao riêng: l= L
Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Đường kính của thùng sấy
+ β : Hệ số chứa, giá trị từ 20% ÷ 30%
+ω : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy, ω=2m/s ÷3m/s
+V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy (m 3 /h)
V 2 =L v 2 5712,89 0,933212,99 (m 3 /h) Chọn: hệ số chứa β = 25%, vận tốc ω =3m/s
Dựa vào kích thước chuẩn (BảngXIII.6/359–[4]), ta chon D t =2,4 (m).
Kiểm tra lại tốc độ tác nhân sấy
(trang 218 – [1])Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:
Tiết diện tự do của thùng sấy
Vận tốc tác nhân sấy v ' k =V
Sai số so với vận tốc chọn ε=v k '
Sai số nhỏ nên ta vẫn chấp nhận vận tốc ban đầu là : ω=2,72 m /s ¿
Chiều dài của thùng sấy
Chọn tỉ lệ D L =¿ 3,5÷7, ta chọn D L =¿ 5 (trang 121-[4])
Thể tích thùng sấy
Cường độ bay hơi ẩm
W: Lượng ẩm bay hơi (kg/h)
A: Cường độ bay hơi ẩm ( kg/m 3 h)
Vt: thể tích của thùng (m 3 )
Thời gian sấy
Trong đó: Hệ số M phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt cho bảng sau: d(mm
Bảng: 4 Quan hệ giữa hệ số M với đường kính hạt d (mm)
Ta có d=4mm, theo bảng trên ta có M=0,83.10-2 τ= 0,22−0,13
Thời gian lưu của vật liệu
Thời gian lưu mà lật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vật liệu di hết chiều dài của thùng): τ 1 =V T β ρ v
Với ρ v 00 -1400kg/m 3 chọn ρ v == 1000 kg/m 3 τ 1 > τ do đó thỏa mản điều kiện.
Số vòng quay của thùng
Trong đó: n ’ : số vòng quay của thùng.
L: là chiều dài của thùng.
: Góc nghiêng của thùng quay, độ Thường góc nghiêng của thùng dài là 2.5-3 0 , còn thùng ngắn đến 6 0 , chọn =2 0 tg = 0,035 m: Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m = 0,5 k: Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, k = 0,65
: Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay, phút n ' = 0,5.0,65.12
Tính bề dày cách nhiệt của thùng
Máy sấy có thề có hay không lớp cách nhiệt,để tránh nhiệt trong máy sấy mất mát nhiều và để đảm bảo nhiệt độ bên ngoài thùng sấy có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy.
4.8.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy α 1
T Thông số Kí hiệu Đơn vị Tài liệu tham khaỏ Giá trị
3 Hệ số dẩn nhiệt k W/m o K Phụ lục
4 Độ nhớt k Ns/m 2 Phụ lục 6/350[1] 1,935.10 -5
5 Khối lượng riêng k kg/m 3 Phụ lục 6/350[1] 1,1105
Bảng: 5 Các hệ số của không khí bên trong thùng sấy
Chế độ chảy của tác nhân trong thiết bị:
ℜ¿ω D t ν k = 2,72.2,4 1,746.10 −5 =3,374.10 5 (CT V.36/13 – [4]) Re> 10 4 => dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy Quá trình truyền nhiệt trong quá trình trong thùng xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy(rối), là quá trình truyền nhiệt do sự trộn lẩn của các lớp lưu chất trong và ngoài xa trục của dòng chả Có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên Vậy, quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống có D L là nhiệt độ thích hợp để nhiệt từ tác nhân sấy sau khi truyền nhiệt qua vách thùng và lớp cách nhiệt đến phía thành ngoài của thùng thì không còn nóng, an toàn cho người làm việc.
Do hệ số dẩn nhiệt của thép lớn nên nhiệt độ xem như không đổi khi truyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ.
Hình: 2 Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng
Trong đó: δ 1 : bề dày thân thùng δ 2 : bề dày lớp cách nhiệt δ 3 : bề dày lớp bảo vệ
Giá trị chọn(m) Vật liệu Hệ số dẫn nhiệt
2 Bề dày lớp cách nhiệt 2 0,005 Bông thủy tinh 0,0372
3 Bề dày lớp bảo vệ 3 0,005 CT3 50,2
Bảng: 7 Các bề dày thùng và vật liệu Đường kính ngoài của thùng sấy:
Hệ số cấp nhiệt α 2 ' : α 2 ' =Nu λ o
Hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt α 2 ¿: α 2 ″ = Q bx
-Qbx: nhiệt trao đổi do bức xạ, W
-T1: nhiệt độ của vật thề nóng, 0 K, T1= Tw4
-T2: nhiệt độ của vật thể nguội là nhiệt độ không khí bao quanh thùng, 0 K,T2=T0
- ε 1− 2: độ đen của hệ. Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thề, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thề : ε 1−2 =0,8-1
Hệ số cấp nhiệt chung : α 2 = α 2 ' + α 2 '' = 1, 071 + 5, 075 = 6, 146 (W/m 2 độ)
4.8.4 Bề mặt truyền nhiệt F Đường kính trung bình của máy sấy:
Bề mặt truyền nhiệt: gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặt đầu của thùng:
4.8.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh
Mà ∆ t δ = t1 – t0 = 55 - 25 = 30 0 C: Hiệu số nhiệt độ của không khí vào máy sấy và nhiệt độ môi trường
∆ t m = t2 – t0 = 33 - 25 = 8 o C: Hiệu số nhiệt độ của không khí ra khỏi máy sấy và nhiệt độ môi trường
4.8.6 Tính nhiệt lượng mất mát ra xung quanh
Xem nhiệt truyền tử bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đến môi trường bên ngoải là ổn định Lượng nhiệt đó chính là nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh khi bốc hơi 1 kg ẩm qxq Đối với máy sấy thùng quay thì lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh này cũng là nhiệt tồn thất qua cơ cấu bao che qBC
Theo phương trình truyền nhiệt: q xq = k × F × ∆ t tb
4.8.7 Kiểm tra bề dày thùng
Vật liệu chế tạo thùng chọn là CT3, có các tính chất sau: γ Thông số Kí hiệu Đơn vị Nguồn - CT Gía trị
1 Ứng suất tiêu chuẩn ¿ N/mm 2 Hình 1.1/22[5] 140
2 Giới hạn an toàn [ρ] Đơn vị Trang 26-[5] 1
3 Hệ số bền mối hàn [φ] Đơn vị Bảng 1.7/25-[5] 0,95
4 Ứng suất cho phép [σ] N/mm 2 [σ]= φ h.¿ 140
Bảng: 8 Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng
Thùng sấy có hình dạng nằm ngang, chế tạo bằng phương pháp hàn, thùng làm việc ở áp suất khí quyển.
Hệ số hiệu chỉnh η :đối với thiết bị có bọc cách nhiệt, chọn η =0,95 Ứng suất cho phép:
9,81.10 4 10 −6 0,9588>25 do đó bề dày tối thiểu thùng được xác định theo công thức:
Hệ số bổ sung kích thước:
STT Hệ số bổ sung kích thước Kí hiệu Gía trị
1 Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học Ca 0 Đối với vật liệu bền trong môi trường có độ ăn mòn hóa học không lớn hơn 0,05 mm/ năm
2 Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học Cb 1 Do nguyên liệu là các hạt rắn chuyển động, va đập trong thiết bị. Gía trị Cb chọn theo thực nghiệm. 3
Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo Cc 0,8
Phụ thuộc theo chiều dày của tấm thép làm thùng Với thùng bằng thép CT3 dày 8 mm thì Cc= 0,8 mm
4 Hệ số quy tròn kích thước Co 5,4 Chọn
Bảng:9 Hệ số bổ sung kích thước
=> C = Ca + Cb + Cc + Co= 0+1+0,8+5,4=7,2 (mm)
Bề dày thực của thân thùng
→ Giả thiết bề dày thùng 8 mm là chấp nhận được
T < 1 Áp suất lớn nhất cho phép thân thiết bị
→ Vậy thùng sấy có bề dày là 8 mm, thỏa điều kiện làm việc p < [p]
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
Tính buồng đốt
Do hệ thống sấy cần thiết để sấy đậu xanh, do đó không cần phải có công suất lớn Vì vậy, ở đây ta dùng buồng đốt thủ công ghi phẳng.
Cấu tạo của bồng đuốt ghi phẳng được trình bày ở hình bên dưới:
Hình: 3 Sơ đồ buồng đốt ghi phẳng
Loại ghi thanh được dùng nhiều với các loại than có kích thước trung bình và lớn Loại ghi này chế tạo đơn giản, thay thế dễ dàng nhưng không dùng được với loại than vụn và khó khăn trong việc đánh xỉ Để bảo vệ khi không bị quá nhiệt khi làm việc, ta trải lên mặt ghi một lớp xỉ mỏng, sau đó mới đến lớp than.
Các kích thước cơ bản của buồng đốt
Bảng: 10 Thành phần nguyên liệu than sử dụng 5.1.1 Các thông số khói
Nhiệt trị cao của nguyên liệu
Nhiệt trị thấp của nguyên liệu
Lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy
L 0 : hệ số không khí thừa của buồng đốt: bđ = 1,5–1,8 Chọn bđ = 1,5
Lượng hơi nước trong khói lò sau buồng đốt
Khối lượng khói khô sau buồng đốt
Độ chứa ẩm của khói lò sau buồng đốt d 1 , =G a
5.1.2 Enthalpy của khói lò sau buồng đốt
5.1.3 Nhiệt độ của khói lò sau buồng đốt t 1 ' = I 1 '
5.1.4 Thể tích riêng sau buồng đốt ν 1 ' = 288×(947,714+273)×1 0 −5
5.1.5 Lượng nhiên liệu (than) tiêu hao để bốc hơi 1 kg ẩm m= q
Trong đó η bd =0 ,6: hiệu suất của buổng đốt
5.1.6 Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1h
5.1.7 Lượng khói khô cần thiết trong 1h
5.1.8 Lưu lượng thể tích khói
5.1.9 Diện tích bề mặt ghi lò
B,24kg/h: lượng than cần cung cấp,(kg/h)
Q t = 23548,78(kJ/kg): Nhiệt trị thấp của than(kj/kg) rF5000( W/m 2 ): cường độ nhiệt của ghi,(bảng 3-1/30-[6])
465000 =1,3(m 2 ) Đối với than antraxit, chon tỷ lệ mắt ghi F f =0.15
Vậy diện tích mắt ghi: f=0,15.1,3=0,195(m 2 )
Chiều ngang(N), dài(L) của buông đốt:
Chiều dài buồng đốt là chiều dài mà sản phẩm cháy chuyển động dọc theo nó đi vào buồng hòa trộn Ở buồng đốt thủ công, ta chọn chiều ngang lớn hơn chiều dài , để có thề trải dều than, thao tác nhe nhàng và đánh xỉ bớt khó khăn.
Caloriphe
Caloriphe là thiết bị truyền nhiệt dủng đề gia nhiệt gián tiếp cho không khí sấy Trong kỹ thuật thường dùng hai loại caloriphe là caloriphe khí- khói và caloriphe khí-hơi Ở đây ta chọn caloriphe khí – khói.
5.2.1 Chọn kích thước của caloriphe
Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Ống
Chiều dài L M 1,2 Đường kính ngoài d 2 M 0,057 Đường kính trong d 1 M 0,05
Bước ống ngang dòng lưu chất s 1 M 0,1
Bước ống dọc dòng lưu chất ngoài ống s 2 M 0,1
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống (thép CT2) λ W/mK 57
Bảng: 11 Một số kích thước của caloriphe
Chọn nhiệt độ của khói vào caloriphe là: t kv %0 0 C
Nhiệt độ của không khí vào caloriphe là t kkv % 0 C
Chọn nhiệt độ của không khí ra khỏi caloriphe là:t kr U 0 C
Lượng khói khô cần thiết trong 1 h: L1’40,6(kg/h)=0,317(kg/s)
Lưu lượng thể tich khói: V 1 ’ 40,6.3,74B65,8(m 3 /h)=1,185(m 3 /s)
Lưu lượng không khí vào caloriphe:V kk 1909,47(m 3 /h)=8,86(m 3 /s)
Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực
Nhiệt độ của khói ra khỏi caloriphe t 1r =t 1 v − Q
1,185.1,165 1,005"0° C 5.2.2 Hiệu số nhiệt độ trung bình
∆ t tb =∆ t max −∆ t min ln∆t max
5.2.3 Hệ số trao đổi nhiệt giữa khói và bề mặt ống α 1 a 1 =ϕ b a 1 đ
Trong đó: a 1đ : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ϕ b : hệ số xét đến trao đổi nhiệt bức xạ Ta chọn ϕ b =0,15
Với nhiệt độ trung bình của khói là: t tb1%0+220
2 #5℃ ta tìm được: λ 1 =4,305.1 0 −2 W/m đô v 1 7,419.10 −6 m 2 /s ρ 1 =0,701kg/m 3
Giả sử vận tốc dòng khói là 2,5m (m/s) ở đường ống 0,4 (m)
Vận tốc của khói thổi vào caloriphe ω c =2,5.0,4 2
Trong đó: Đối với khói, trị số tiêu chuẩn ít thay đổi nên ( Pr f
Hệ số ε f , phụ thuộc vào chiều dài ống, ta có d L = 0,05 1,2 $ Vậy ε f =1,09
Nu f =0,021.ℜ f 0,8 Pr 0,43 f ( Pr Pr w f ) 0,25 ε f =0,021 213795,131 0,8 0,663 0,43 1,0952,286 a 1đ =Nu f λ f d 52,286.4,305.10 −2
5.2.4 Hệ số trao đổi nhiệt giữa bề mặt ngoài của ống với không khí α 2
Nhiệt độ trung bình của không khí: t tb2U+25
2 @℃ từ đó ta tra bảng có các thông số sau: ρ 2 =1,128kg/m 3 λ 2 =2,76.10 −2 W/m đô v 2 ,96.10 −6 m 2 /s
Vận tốc của dòng khí trong ống dẫn trước khi vào caloriphe có đường kinh là 0,5m ω ô2 = V π D ô 2 2
Vận tốc của dòng khí khi vào cửa của caloriphe đường kính 0,25m ω=ω ô2 D ô 2 2 d 2 =6,035 0, 5 2
Chuẩn số Reynolds của dòng không khí
Chuẩn số Nusselt của không khí
Chọn số ống trên một hàng là m, số hàng z=6, khi đó: m=n zT
Thiết kế bộ phận truyền động
5.3.1 Tính công suất quay thùng
-n: số vòng quay của thùng: 1 vòng/phút
-a: hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,071 (bảng VII.5/123-[4])-: khối lượng riêng xốp trung bình, = 750 kg/m3
- Dt,Lt: đường kính và chiều dài của thùng
Chọn động cơ A02-71-8, có đặc tính sau: (bảng 2P/323- [7]) -Công suất động cơ: N đc kW
-Vận tốc quay: n đc s0vòng/phút
Công suất động cơ làm việc: N lv =N đc η.0,89,57(kw)
Thỏa điều kiện N lv >N cần thiết để quay thùng
5.3.2 Chọn tỷ số truyền động
Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống: i c = n đc n thùng r5
Do tỷ số truyền quá lớn nên phải sử dụng hệ thống truyền động giảm tốc cho thùng Sử dụng bộ phận giảm tốc 2 cấp kiểu trục vít – bánh răng Hệ thống truyền động như sau: trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít này truyền động qua bánh vít ( giảm cấp i01), từ bánh vít qua bánh răng hỏ của hộp giảm tốc, rồi qua bánh răng lướn (giảm cấp i12 ), sau đó ra khỏi hộp giảm tốc, truyền qua tang dẫn động và đến thùng quay bánh răng lớn gắn vào thùng (giảm cấp i23).
Hình: 4 Sơ đồ hệ thống truyền động cho thùng
Công suất để quay thùng: N’ = N η = 11,5 0,89 = 13 (kW)
Trong đó, theo bảng 2–1/27–[7] chọn hiệu suất các bộ truyền như sau:
- Bộ truyền bánh răng trụ hở: hở = 0,94.
- Bộ truyền bánh răng trụ kín: kín = 0,96
Hiệu suất của bộ truyền trục vít: tv = η đc η hở η kín
Thông số Trục Động cơ Trục I Trục II Trục III
Bảng: 12 Sơ đồ chuyển động
5.3.3 Tính bộ truyền bánh răng
Bộ truyền bánh răng truyền chuyển động từ tang dẫn động đến bánh răng lớn gắn vào thùng Đây là cơ chế tuyền động giữa hai trục song song nên ta sử dụng bộ truyền động bánh răng trụ (răng thẳng), truyền động hở, bánh răng ăn khớp ngoài.
Chọn vật liệu làm bánh răng:
+ vật liệu: thép 45 cường hóa
+ Đối với 2 bánh răng ăn khớp nhau, bánh răng nhỏ làm việc nhiều, chân răng bé nên mòn nhiều và chóng bị gãy hơn bánh răng lớn, do vậy cần được chế tạo bằng vật liệu tốt hơn Nếu sử dụng 2 bánh răng cùng vật liệu thì phải có phương pháp nhiệt luyện để
+ Bánh răng chịu tải trọng trung bình, sử dụng thép C45 thường hóa có các thông số cơ tính:
-Giới hạn chảy: σc = 290 N/mm 2 Ứng suất uốn cho phép:
–1 (N/mm 2 ): giới hạn mỏi uốn – 1=0 , 45.580 &1 ¿ ¿ n: Hệ số an toàn Chọn n = 1,5
K σ : Hệ số tập trung ứng suất ở chân Chọn K σ =1,8
Xác định khoảng cách trục A, số răng và chiều rộng của bánh răng
Chọn modun theo tiêu chuẩn (bảng 3-1/34-): m = 20 mm
Khoảng cách trục được xác định theo công thức sau: m=(0,01÷0,02) A
Chọn khoảng cách trục giữa 2 bánh răng A = 1500 mm
Số răng bánh dẫn nhỏ Z 1 = m 2 ( i+ A 1 ) = 10 2,1500 ( 4 +1 ) ` răng
Số răng bánh dẫn lớn: Z 2=i Z 1 =4.35$0răng
Chiều rộng bánh răng: b=ψ m m 20@0mm
Kiểm tra sức bền uống răng σ u 10 6 N K y m 2 b Z n≤[σ] u (CT 3-33/50-[7])
Hệ số dạng răng y được xác định theo bảng 3-18/52
-bánh răng lớn: y= 0,517 Ứng suất tại chân bánh răng nhỏ: σ u 10 6 N K y m 2 b Z n= 19.10 6 10,9 1,8
0,499.20 2 400 60 4,45 (N/mm2) ≤ [σ] u Ứng suất tại chân bánh răng lớn: σ u 10 6 N K y m 2 b Z n= 19.10 6 10,9 1,8
0,517.20 2 400 240,78 (N/mm 2 ) ≤ [ σ ] u Suy ra: σ u ≤[σ] u , nên bánh răng thỏa điều kiện bền uốn của răng.
T Thông số Ký hiệu Công thức tính Bánh răng dẫn (bánh răng nhỏ)
5 Đường kính vòng đỉnh Dđ Dđ = D + 2m 1240 4840
6 Đường kính vòng đáy Dc Dc = D - 2,5m 1150 4750
7 Chiều cao chân răng hc hc = 1,25 m 25
8 Chiều cao đỉnh răng hđ hđ = m 20
9 Chiều cao răng h h = hđ + hc 45
10 Khoảng cách giữa 2 tâm bánh răng
Bảng: 13 Kích thước chủ yếu của cặp bánh răng
Chọn kích thước cánh đảo
5.4.1 Chọn kích thước cánh đảo đầu thùng
Sử dụng cánh đảo dạng xoắn ở đầu thùng để dẫn vật liệu vào thùng với các thông số sau:
-số cánh trên một mặt cắt: 10 cánh
F c : bề mặt chứa vật liệu của cánh.
Ta lắp 1 đoạn cánh chiều dài 600 mm dọc theo chiều dài, vật liệu chế tạo cánh là thép CT3 ρ = 7850 kg/m 3
Số cánh cần lắp là 10 cánh
Khối lượng 1 cánh đảo trộn: m = ρ v c = ρ F c δ = 7850.0,703.0,005 = 27,6 (kg)
5.4.2 Chọn kích thước cánh đảo trong thùng
Sử dụng cánh nâng có các thông số đặc trưng như sau: (Bảng 6.1/177, [8]):
D T 2 =0,122 Với: h: chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu
F c : bề mặt chứa vật liệu của cánh.
0,34+0,15=1,4 (mm) Chiều dày cánh: δ = 5mm
- Số cánh trên một mặt cắt: 10 cánh.
Với chiều dài thùng sấy L T m ta lắp 9 đoạn cánh dọc theo chiều dài thùng, ở đầu nhập liệu của thùng lắp cánh xoắn để dẫn vật liệu vào thùng.
Vật liệu chế tạo cánh là thép CT3, ρ = 7850 kg/m 3
Số cánh cần lắp: z = 10 L t − L đảo đầu
1,1 = 10.12−0,6 1,4 = 81 cánh Khối lượng 1 cánh đảo trộn: m = ρ v c = ρ F c δ = 7850.0,703.0,005 = 27,6 (kg)
- Khối lượng của cánh trong thùng:
Tính vành đai
Chọn sơ bộ bề rộng vành đai: B = 100mm
Bề dày vành đai: đối với thùng tải trọng nặng chọn h= 2,6 B 8,46 (mm)
Vật liệu làm vành đai: chọn thép CT3, ρ = 7850 Kg/m 3
- Khoảng cách giữa gân và thân thùng để lắp chân đế: 50 mm Đường kính ngoài vành đai:
Tính Cyclon
Do yêu cầu về độ chính xác cũng như khí thải người ta dùng tác nhân khí nóng Trong quá trình sấy, không khí nóng chuyển động với vận tốc lớn nên một phần đậu xanh sẽ theo không khí ra ngoài Để thu hồi khí thải và đậu xanh người ta đặt ở đường ống ra của không khí nóng một cyclon để tách nhiều hơn.
5.6.2 Tính toán Ở nhiệt độ 33 0 C thể tích riêng của không khí là :
33 0 = 1,149 1 = 0,87 (m3/kg) Lưu lượng khí vào cyclon chính là lượng tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy:
Gọi ∆ P là trở lực của cyclon thì:
540