Tính toán thiết kế máy sấy thùng quay sấy đường

ĐỒ ÁN I QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SẤY THÙNG QUAY SẤY ĐƯỜNG VỚI NĂNG SUẤT 1400KGH MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 PHẦN I TỔNG QUAN 4 1 1 Giới thiệu phương pháp sấy 4 1 2 Khái niệm chu. Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong các công nghệ sản xuất và đời sống thực tế. Đặc biệt, trong các ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng,… kỹ thuật sấy đống một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.

***** ĐỒ ÁN I QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN THIẾT KẾ SẤY THÙNG QUAY SẤY ĐƯỜNG VỚI NĂNG SUẤT 1400KG/H MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .3 PHẦN I TỔNG QUAN .4 1.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP SẤY 1.2 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SẤY 1.3 a Định nghĩa b Phân loại c Ngun lí q trình sấy .6 d Tác nhân sấy e Thiết bị sấy .7 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUAY PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY ĐƯỜNG 10 CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 10 2.1.1 Tính thơng số tác nhân sấy theo lý thuyết .11 2.1.1.1 Thơng số trạng thái khơng khí trời (A) 11 2.1.1.2 Thơng số trạng thái khơng khí sau qua caloriphe (B) 12 2.1.1.3 Thơng số trạng thái khơng khí khỏi thiết bị sấy(C) 12 2.1.2 Tính thơng số tác nhân sấy theo thực tế 14 2.1.3 Tính thơng số vật liệu 19 2.1.3.1 Tính cân vật chất 19 2.1.3.2 Tính thời gian sấy 20 2.1.3.3 Nhiệt đốt nóng cho phép: 20 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 21 2.2.1 Tính tốn thiết bị chính: 21 2.2.2 Chiều cao lớp vật liệu chứa thùng .22 2.2.3 Tính bề dày thùng 22 2.2.4 Tính trở lực qua thùng sấy 25 2.2.5 Chọn kích thước cánh đảo thùng 26 2.2.6 Tính toán cách nhiệt thùng sấy .27 2.2.6.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên thùng sấy α 28 2.2.6.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành thùng sấy đến môi trường xung quanh α 29 2.2.6.3 Hệ số truyền nhiệt của thùng K .31 2.2.6.4 Tính bề mặt truyền nhiệt F .31 2.2.6.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình tác nhân sấy khơng khí bên ngồi Δttb 31 2.2.6.6 Tính nhiệt lượng mát xung quanh .32 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 32 2.3.1 Tính calorife cấp nhiệt 32 2.3.2 Tính trở lực chọn quạt 34 2.3.3 Tính tốn cơng suất động quay 37 LỜI KẾT 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 LỜI MỞ ĐẦU Sấy q trình cơng nghệ sử dụng nhiều công nghệ sản xuất đời sống thực tế Đặc biệt, ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng,… kỹ thuật sấy đống vai trò quan trọng dây chuyền sản xuất Sản phẩm sau sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Đường sản phẩm công nghiệp thực phẩm Đường saccarose có vị tự nhiên, loại thực phẩm bổ dưỡng, cung cấp nhiều lượng cho người Đường sản phẩm dùng trực tiếp dùng làm nguyên liệu ngành công nghệ sản suất thực phẩm như: công nghệ sản xuất đồ hộp, công nghệ sản xuất bánh kẹo, mứt, nước giải khát,… Một trình quan trọng công nghệ sản xuất sấy đường tinh thể đường tạo Sấy giúp cho công việc bảo quản vận chuyển đường thuận lợi, đồng thời đường thành phẩm bảo đảm chất lượng giá trị cảm quan Do tính chất thành phần đường sấy phải giữ tính chất giá trị cảm quan giá trị dinh dưỡng nên sử dụng mơt số loại thiết bị sấy thùng quay, sấy sàn rung, sấy tầng sôi,… nhiên thông dụng sấy kiểu sấy thùng quay với tác nhân sấy khơng khí nóng Trên sở kiến thức học hướng dẫn cô giáo ThS Phạm Thanh Hương đồ án môn học này, em xin trình bày “ Tính tốn thiết kế sấy thùng quay sấy đường với suất 1400 kg/h ” với nội dung bao gồm phần sau: Phần I: Tổng quan Phần II: Tính tốn cơng nghệ sấy đường Do trình dộ, kinh nghiệm nghiên cứu tài liệu tham khảo cịn hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót q trình tính tốn, thiết kế dồ án này, mong thầy cô bạn góp ý, bảo để em bổ sung, củng cố kiến thức cho thân Em xin chân thành cảm ơn! PHẦN I TỔNG QUAN 1.1Giới thiệu phương pháp sấy Đường saccarose có cơng thức phân tử C 12H22O11, cấu tạo từ đường đơn Glucose Fructose, trọng lượng phân tử 342,3 đvC Tinh thể saccarose suốt không màu, không mùi, có vị ngọt; khối lượng riêng: 1,5879 g/cm Nhiệt độ nóng chảy: 180 – 1860C; dễ tan nước với độ hòa tan cao, tỷ lệ với nhiệt độ Ở trạng thái kết tinh, đường saccarose không hút ẩm, độ hút ẩm phụ thuộc vào tạp chất lẫn tinh thể đường, độ tạp chất lớn khả hút ẩm cao Đường saccarose khơng có tính khử Trong mơi trường axit kiềm mạnh, saccarose bị thủy phân tạo thành glucose frucrose Dưới tác dụng nhiệt độ cao (1600C) đường saccarose bị nóng chảy nhiệt độ lớn 180 0C bị caramen hóa Trong tự nhiên, đường saccrose có nhiều mía, củ cải đường, nốt, công nghiệp, đường saccarose sản xuất chủ yếu từ mía củ cải đường Ở Việt Nam, nguyên liệu chủ yếu sản xuất đường mía Quy trình sản xuất đường từ ngun liệu mía sau: Ngun liệu Ép Làm nước mía Cơ đặc nước mía Nấu đường Thành phẩm Bao gói Sấy Ly tâm Kết tinh Quá trình sấy đường tương đối dễ tinh thể đường saccarose khơng ngậm nước, chủ yếu tách ẩm bề mặt tinh thể, mặt khác độ ẩm ban đầu đường nhỏ Vì vậy, thiết bị sấy không phức tạp sấy xong bắt buộc phải làm nguội đến nhiệt độ phòng để tạo điều kiện bảo quản tốt cho sau 1.2Khái niệm chung sấy a Định nghĩa Sấy trình tách ẩm khỏi bề mặt vật liệu nhờ sử dụng nhiệt Q trình sấy nhằm mục đích giảm bớt khối lượng, tăng độ bền vật liệu; bảo quán tốt vật liệu thời gian dài, sản phẩm nông sản, lương thực, thực phẩm; giảm lượng tiêu tốn trình vận chuyển vật liệu; để đảm bảo thông số kỹ thuật cho q trình gia cơng vật liệu b Phân loại Quá trình sấy bao gồm phương thức:  Sấy tự nhiên: phương pháp sử dụng trực tiếp lượng tự nhiên lượng mặt trời, lượng gió,… để làm bay nước Phương pháp đơn giản, không tốn lượng, rẻ tiền nhiên không điều chỉnh tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên suất thấp, phụ thuộc vào thời tiết, cần diện tích bề mặt lớn, điều kiện vệ sinh kém,… Do phương pháp áp dụng cho sản xuất quy mô nhỏ lẻ, hộ gia đình  Sấy nhân tạo: phương pháp sấy sử dụng nguồn lượng người tọa ra, thường tiến hành thiết bị sấy, cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà kỹ thuật sấy chia làm dạng: - Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với khơng khí nóng, khói lị,…( gọi tác nhân sấy ) - Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc ới nhiệt độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua vách ngăn - Sấy tia hồng ngoại: phương thức sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn điện phát truyền cho vật liệu sấy - Sấy dòng điện cao tần: phương pháp sấy dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng toàn chiều dày lớp vật liệu - Sấy thăng hoa: phương pháp sấy môi trường có độ chân khơng cao, nhiệt độ thấp nên ẩm tự vật liệu đóng băng bay trừ trạng thái rắn thành mà không qua trạng thái lỏng c Ngun lí q trình sấy Quá trình sấy trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm q trình khuếch tán bên bên vật liệu rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp nghĩa trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha long sang pha hới sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu Động lực trình chênh lệch độ ẩm lòng vật liệu bên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha xảy áp suất bề mặt vật liệu lớn áp suất riêng phần nước mơi trường khơng khí xung quanh Vận tốc tồn q trình quy định giai đoạn chậm Ngoài tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ yếu tố thúc đẩy cản trở trình di chuyển ẩm từ vật liệu sấy bền mặt vật liệu sấy Trong q trình sấy mơi trường khơng khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng lớn trực tiếp đến vận tốc sấy Do cần nghiên cứu tính chất thơng số q trình sấy d Tác nhân sấy Tác nhân sấy chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách từ vật liệu sấy Trong q trình sấy, mơi trường buồng sấy ln bổ sung ẩm từ vật liệu sấy Nếu dộ ẩm khơng mang độ ẩm tương đối buồng sấy tăng lên đến lúc đạt cân vật liệu sấy môi trường buồng sấy, q trình ẩm vật liệu sấy ngừng lại Vì nhiệm vụ tác nhân sấy: - Gia nhiệt cho vật liệu sấy Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng nhiệt Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy thực hay nhiều nhiệm vụ Các loại tác nhân sấy: - - - Không khí ẩm: loại tác nhân sấy thơng dụng nhất, dùng cho hầu hết loại sản phẩm Dùng khơng khí ẩm có nhiều ưu điểm: khơng khí có sẵn tự nhiên, khơng độc, khơng làm sản phẩm sau sấy ô nhiễm thay đổi mùi vị Tuy nhiên, dùng khơng khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm gia nhiệt không khí (caloripher khí –hơi bay khí – khói), nhiệt độ sấy khơng q cao Thường nhỏ 5000C nhiệt độ cao thiết bị trao đổi nhiệt phải chế tạo thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt Khói lị: khói lị dùng làm tác nhân sấy nâng nhiệt độsấy lên 10000C mà không cần thiết bị gia nhiệt, nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm bụi chất có hại CO2, SO2,… Hơi nhiệt: tác nhân sấy dùng cho loại sản phẩm dễ bị cháy nổ có khả chịu nhiệt độ cao Hỗn hợp khơng khí nước: Tác nhân sấy dùng độ ẩm tương đối cao e Thiết bị sấy Do điều kiện sấy trường hợp sấy khác nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác đề phù hợp với loại vật liệu sấy riêng biệt Có nhiều cách phân loại thiết bị sấy: - - Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy khơng khí hay thiết bị sấy khói lị, ngồi cịn có nhiều thiết bị sấy phương pháp đặc biệt sấy thăng hoa, sấy tia hồng ngoại, sấy dòng điện cao tần,… Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy áp suất thường Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho trình sấy: Thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy xạ,… Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải Dựa vào chiều chuyển động tác nhân sấy: chiều hay ngược chiều  Chọn thiết bị, tác nhân phương án sấy: - Chọn thiết bị sấy: Căn vào ưu nhược điểm loại thiết bị sấy đặcđiểm vậ liệu sấy đường ta chọn thiết bị sấy hệt thống sấy thùng quay Hệ thống sấy thùng quay hệ thống sấy chuyên dùng để sấy vật liệu hạt, cục nhỏ Loại thiết bị dùng rộng rãi công nghệ sau: thu hoạch để sấy vật liệu ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ - - Chọn tác nhân sấy: Đường sản phẩm thực phẩm dùng để ăn trực tiếp dùng làm nguyên liệu chế biến sản xuất sản phẩm thực phẩm, dược phẩm khác yêu cầu q trình sấy phải sạch, khơng bị nhiễm, bám bụi Mặt khác, sấy đường không sấy nhiệt độ cao Do ta chọn tác nhân sấy khơng khí nóng Chọn phương án sấy: Đường sấy liên tục với tác nhân khơng khí nóng Vật liệu tác nhân sấy qua xyclon thu hồi bụi đường thải khí ngồi mơi trường 1.3 Giới thiệu hệ thống sấy thùng quay Cấu tạo hệ thống sấy thùng quay thùng sấy hình trụ trịng đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang khoảng 1-5 độ Có vành đai trượt lăn đỡ thùng quay Khonagr cách lăn điều chỉnh để thay đổi góc nghiêng thùng Thùng quay với tốc độ 1,5 – vòng/phút nhờ động điện thông qua hộp giảm tốc Bên thùng có lắp cánh đảo để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất đạt cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm Hệ thống sấy thùng quay làm việc áp suất khí Tác nhân sấy khơng khí hay khí lị Tác nhân sấy vật liệu chuyển động chiều ngược chiều Vận tốc tác nhân sấy thùng không 3m/s để tránh vật liệu bị nhanh khỏi thùng Vật liệu ướt qua phễu nạp liệu vào thùng sấy đầu cao Thân thùng quay tròn vật liệu sấy vừa bị xáo trộn, vừa dần từ đầu cao xuống đầu thấp thùng Nó chuyển động nhờ đêm chắn Đệm chắn vừa phân bố vật liệu theo tiết diện thùng, vừa xáo trộn vật liệu, làm cho vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy tốt Quá trình vật liệu thùng quay, tác nhân sấy vật liệu sấy trao đổi nhiệt ẩm cho Vật liệu hết chiều dài thùng sấy lấy vầ vận chuyển cào kho nhờ tải tác nhân sấy qua xyclon để thu hồi vật liệu sấy theo khí thải thải ngồi mơi trường  Ưu, nhược điểm hệ thống sấy thùng quay: - Ưu điểm: + Quá trình sấy đặn mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt vật liệu sấy tác nhân sấy + Cường độ làm việc tính theo lượng ẩm cao, lên tới 100kg/m3.h + Thiết bị đơn giản, dễ vận hành, chiếm diện tích mặt nhỏ - Nhược điểm: + Vật liệu dễ bị vỡ vụn, làm giảm chất lượng sản phẩm + Cần có xyclon để lọc bụi vật liệu sấy tạo nhiều bụi + Tiếng ồn lớn quạt tạo PHẦN II: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY ĐƯỜNG Chương 1: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Thông số - Năng suất nhập liệu tính theo sản phẩm: G1 = 1400kg/h Độ ẩm ban đầu đường: ω 1=2 % Độ ẩm sau sấy đường: ω 2=0,2 % Khối lượng riêng thể tích đường: ρ x = 990+27u kg/m3 Hệ số đầy: β=0,25 Nhiệt độ khơng khí trước vào thùng: 90oC Nhiệt độ khơng khí khỏi thùng: 40oC Cường độ bốc ẩm: A=8kg/ m3.h Lấy không khí bên ngồi có nhiệt độ t = 27oC độ ẩm j0 = 85% Công thức dùng xác định thông số tác nhân sấy Dùng tác nhân sấy khơng khí  Áp suất bão hịa nước khơng khí ẩm theo nhiệt độ: ( pb=exp 12− 4026,42 o 235,5+t C ) (bar) (CT 2.11/14[1])  Độ chứa ẩm d: d=0,621 ϕ p b (kg/kgkk) B−ϕ p b (CT2.15/15-[1]) Với B: áp suất khí trời B = 1at = 0,981bar  Enthapy khơng khí ẩm I =C pk t+ d( r +C pa t)=1,004 t+d ( 2500+ 1,842.t) (KJ/kgkk) (CT 2.17/15-[1]) Trong đó: - Cpk: nhiệt dung riêng khơng khí khơ, Cpk = 1,004 kJ/kgoK Cpa: nhiệt dung riêng nước, Cpa = 1,842 kJ/kgoK r: ẩn nhiệt hóa nước, r =2500 kJ/kg x – hàm ẩm ( kg ẩn/kgkk) ... sấy đường ta chọn thiết bị sấy hệt thống sấy thùng quay Hệ thống sấy thùng quay hệ thống sấy chuyên dùng để sấy vật liệu hạt, cục nhỏ Loại thiết bị dùng rộng rãi công nghệ sau: thu hoạch để sấy. .. sấy chân không hay thiết bị sấy áp suất thường Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho trình sấy: Thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy xạ,… Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, ... phải giữ tính chất giá trị cảm quan giá trị dinh dưỡng nên sử dụng môt số loại thiết bị sấy thùng quay, sấy sàn rung, sấy tầng sôi,… nhiên thông dụng sấy kiểu sấy thùng quay với tác nhân sấy khơng