Hồ Trần Anh Ngọc5/ Ngày giao nhiệm vụ: 14/02/20226/ Ngày hồn thành nhiệm vụ: 10/06/2022Thơng qua bộ môn Ngày...tháng...năm 2022 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Trang 10 LỜI NÓI ĐẦUKỹ thuật sấy là
TỔNG QUAN VỀ SẤY VÀ NGUYÊN LIỆU CÀ PHÊ
Khái niệm chung về quá trình sấy
Sấy là quá trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch khi có sự thay đổi trạng thái bốc hơi hoặc thăng hoa Kết quả là làm cho hàm lượng chất khô của vật liệu tăng lên Đây là một quá trình kỹ thuật rất phổ biến và rất quan trọng trong công nghiệp và đời sống.
Mục đích của quá trình sấy:
- Kéo dài thời gian bảo quản
- Tăng tính cảm quan cho thực phẩm
- Làm chín một phần sản phẩm thực phẩm
- Tạo hình cho sản phẩm thực phẩm
- Giảm nhẹ khối lượng thuận tiện cho quá trình vận chuyển
1.1.2 Nguyên lí 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 hơi ẩm thoát khỏi vật liệu.
Quá trình sấy là một 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 đố tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu, vận tốc của toàn bộ quá trình được quyết định bởi giai đoạn nào chậm nhất. Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở 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.
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.
Hai mặt của quá trình sấy cần nghiên cứu:
+ Mặt tĩnh lực học: tức là 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, tác nhân sấy từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy, lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy.
+ Mặt động lực học: tức là nghiên cứu mối quan hệ của 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 kiện thủy động lực học của tác nhân sấy để từ đó xác định được chế độ, tốc độ và thời gian sấy phù hợp.
1.1.3 Phân loại phương pháp sấy
Tiến hành bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng gió… (gọi là quá trình bay hơi tự nhiên).
+ Ưu điểm của phương pháp này là:
- Tiến hành một cách đơn giản, dễ dàng, không đòi hỏi kĩ thuật cao.
- Chi phí đầu tư thấp.
+ Nhưng bên cạnh đó phương pháp này lại đem theo rất nhiều nhược điểm:
- Khó điều chỉnh các thông số kĩ thuật khi sấy, phụ thuộc vào khí hậu.
- Cần diện tích lớn để thực hiện quá trình sấy.
- Độ ẩm sau khi sấy không điều chỉnh được để đảm bảo yêu cầu.
- Sản phẩm sấy không đều, dễ bị nhiễm bẩn, nhiễm vi sinh vật.
- Đòi hỏi sứa lao động, nhân công lớn.
- Tốn thời gian, năng suất thấp.
Thường được tiến hành trong các thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể chia ra thành nhiều dạng:
- Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò,…
- Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp 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 vât liệu sấy.
- Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không cao, nhiệt độ rất thấp, nên độ ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng.
Ngoài ra còn có sấy lạnh, sấy phun,… Ưu điểm của sấy nhân tạo đó là khắc phục được những nhược điểm của phương pháp sấy tự nhiên Nhưng cũng kéo theo những nhược điểm không tránh khỏi đó là tốn chi phí đầu tư trang thiết bị và chi phí để vận hành, hoạt động thiết bị đó thực hiện quá trình sấy.
1.1.4 Tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy và thiết bị sấy:
Tác nhân sấy là những chất dùng để tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy và đưa ẩm đi ra khỏi thiết bị sấy.
Trong quá trình sấy, cần có tác nhân sấy để thực hiện tách ẩm ra khỏi vật liệu để đảm bảo đưa vật liệu về độ ẩm an toàn Đồng thời, khi sấy môi trường bao quanh vật liệu sấy luôn luôn được bổ sung một lượng ẩm tách ra từ vật liệu Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối của buồng sấy sẽ tăng lên và quá trình thoát ẩm của vật liệu sẽ dừng lại,
Do đó có thể nhận tấy nhiệm vụ của tác nhân sấy:
+ Gia nhiệt cho vật liệu sấy
+ Tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy
+ Đưa ẩm ra khỏi thiết bị sấy
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 làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm Để tải ẩm đã bay hơi từ vật liệu 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 liệu sấy thải ra ngoài ( sấy chân không).
Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặc 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…
+ Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầu hết các loại sản phẩm Dùng không khí ẩm không làm sản phẩm sau khi sấy bị ô nhiễm cũng như làm thay đổi mùi vị của nó Tuy nhiên dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí (calorifer khí, hơi hay khí hoặc khói), nhiệt độ sấy không quá cao, thường nhỏ hơn 180 0 C vì nếu nhiệt độ quá cao thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí cao.
+ Khói lò: khói lò dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên 1000 0 C mà không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm gây mùi khói Vì vậy khói chỉ dùng cho các vật liệu không sợ ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ.
+ Hơi qua nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy nổ và thường có khả năng chịu được nhiệt độ cao Vì vậy sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt độ thường lớn hơn 100 0 C (sấy ở áp suất khí quyển).
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH
Các thông số ban đầu
Trong đồ án này, em có nhiệm vụ là tính toán thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy cà phê thóc Chọn các thông số cho tính toán như sau:
- Năng suất sấy: 2200kg/mẻ
- Độ ẩm vật liệu vào: 1 = 25%
- Độ ẩm vật liệu ra: 2 ,5%
Lượng ẩm được tách ra
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 vật liệu khô tuyệt đối
Tính các thông số của không khí
2.5.1 Tính trạng thái không khí ngoài trời
+ Phân áp bão hòa theo nhiệt độ: b 0
Trong đó: Pb: phân áp suất bão hòa của hơi nước (bar) t0: nhiệt độ không khí (ºC)
- j (CT VII.11, Tr95, [3]) Trong đó: x0: hàm ẩm ban đầu (kg/kgkkk) j o : độ ẩm tương đối của không khí
Pb: phân áp suất bão hòa của hơi nước (bar)
P: ấp suất khí quyển (bar)
+ Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm:
+ Thể tích riêng của không khí ẩm:
T: nhiệt độ không khí (K) j : độ ẩm tương đối của không khí
Pb: phân áp suất bão hòa của hơi nước (N/m 2 )
2.5.2 Tính toán không khí đưa ra khỏi calorifer
+ Hàm ẩm của không khí là không thay đổi: t1 = 80ºC, x1 = x0 = 0,0166 (kg/kgkkk)
+ Phân áp bão hòa hơi nước theo nhiệt độ: bh 1
= = + + Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm:
+ Thể tích riêng của không khí ẩm: v1 1
2.5.3 Tính toán không khí ra khỏi buồng sấy
Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm không đổi: I1= I2= 124,0257 (kJ/kgkkk)
Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi máy sấy: t2 = 38ºC
+ Phân áp suất bão hòa hơi nước theo nhiệt độ: bh 2
= = + + Thể tích riêng của không khí ẩm:
2.5.4 Kiểm tra nhiệt độ đọng sương
Tại nhiệt độ đọng sương ta có: j = 1
Từ công thức: ts ts bh
Áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ đọng sương: ts bh 2
Tra bảng và tính toán (bảng II.251, Tr314, [2]), ta có nhiệt độ tương ứng với P bh ts
= 0,0501 là nhiệt độ đọng sương: ts = 32,5ºC
Chênh lệch nhiệt độ đọng sương với nhiệt độ tác nhân sấy khi đi ra khỏi thiết bị sấy là:
2.5.5 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy (cân bằng theo lượng ẩm)
Coi không khí khô đi qua máy sấy không bị mất đi trong quá trình sấy Lượng không khí khô tiêu tốn trong quá trình sấy: L
Khi làm việc ổn định thì không khí sấy mang theo lượng ẩm: L.x1
Sau khi sấy lượng ẩm bốc ra từ vật liệu: w
Lượng ẩm không khí ra khỏi máy sấy: L.x2
Lúc này ta có phương trình cân bằng vật liệu theo lượng ẩm:
L.x1 + w = L.x2 (Suy ra từ công thức 7.13, Tr131, [5])
Vậy lượng không khí khô tiêu tốn cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong vật liệu:
= - (kgkkk/kg ẩm bay hơi)
Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy đi vào máy:
Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy đi ra khỏi máy sấy:
Lưu lượng thể tích trung bình:
=20222,0335(m 3 /h) = 5,617231 (m 3 /s) Đại lượng (đơn vị đo) Giá trị
G1: khối lượng vật liệu vào thùng sấy (kg/h) 2537,3333
G2: khối lượng vật liệu ra khỏi thùng sấy (kg/h) 2200
Gk: khối lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg/h) 1903 w1: độ ẩm vật liệu vào (%) 25 w2: độ ẩm vật liệu ra (%) 13,5 w: lượng ẩm được tách ra (%) 337,3333 l: lượng không khí khô để bốc hơi 1 kg ẩm (kgkkk/kg ẩm) 59,2024
L: lượng không khí khô để bốc hơi w kg ẩm (kgkkk/h) 19960,5503
Bảng 2.2 Bảng tổng kết cho tác nhân sấy t 0 (ºC) x(kg/kgkkk) (%) I(kJ/kgkkk)
Trước khi vào calorifer 25ºC 0,0166 81 67,226
Sau khi ra khỏi calorifer 80ºC 0,0166 5,47 124,0257
Sau khi ra khỏi buồng sấy 38ºC 0,0335 76,25 124,0257
CHƯƠNG 3 TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Tính cân bằng nhiệt lượng
Gọi: tvl1: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường tvl1 = to = 25 o C tvl2: nhiệt độ cuối của vật liệu sấy khi ra khỏi thiết bị sấy tvl2 = t2 – (5 10 o C) = 38 - 5 = 33 o C (Tr141, [5])
Cvl: nhiệt dung riêng của vật liệu, coi như không đổi trước và sau khi sấy Cvl1 Cvl2 = Cvl
Cn: nhiệt dung riêng của nước
Ta có, nhiệt dung riêng của vật liệu với w2:
Cvl = Ck.(1 – w2) + Cn.w2 (kJ/kg.K) (CT 7.40, Tr141, [5]) Trong đó:
Ck là nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối Ck = 1,547 ( kJ/kg.K)
Trong quá trình sấy lí thuyết thì không bổ sung nhiệt lượng thêm, không tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che cũng như là tổn thất nhiệt do thiết bị chuyển tải:
3.1.1 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy
+ Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào: qkkv qkkv = l.I0 (CT 7.16, Tr131, [5])
+ Nhiệt lượng do calorifer cung cấp: qs
+ Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: qvls qvls 2 vl vl1 n vl1
(kJ/kg) + Tổng lượng nhiệt vào:
3.1.2 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy
3.1.2.1 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: q kkr qkkr = l.I2 (CT 7.16, Tr131, [5])
3.1.2.2 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: q vlr qvlr 2 vl vl2
3.1.2.3 Nhiệt lượng tổn thất qua vỏ thiết bị ra môi trường xung quanh: q m m K.F t q w
Với: F: diện tích bề mặt xung quanh máy sấy Δtt : hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh w: lượng ẩm bay hơi ; K: hệ số truyền nhiệt
(W/m 2 K) (CT 7.42, Tr142, [5]) Trong đó: a 1 : hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của thùng sấy
: tổng nhiệt trở của máy sấy a 2 : hệ số cấp nhiệt của thành thùng ra môi trường xung quanh
Tính hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của thùng sấy
1 1 1 α =k.(α ' α '')+ Trong đó: α '1 là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức
(W/m 2 độ) α " 1 là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên (W/ m 2 độ) k là hệ số điều chỉnh, chọn k = 1,2
+ Nhiệt độ trung bình của không khí vào máy sấy:
= = = oC + Tra bảng và tính toán độ nhớt động của không khí trong phòng sấy: v = 18,868.10 -6 (m 2 /s) (Bảng I.255, Tr318, [2]) + Thời gian sấy:
Trong đó M’ = 10 -2 M , với M là hệ số phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt.
Chọn đường kính trung bình hạt cà phê là d = 8mm
Tra bảng 10.3 (Tr210, [5]), ta có:
Trong đó: V: thể tích thùng sấy (m 3 )
G1: khối lượng nguyên liệu vào thiết bị sấy (kg/h) t : thời gian sấy (h) g v : mật độ của khối hạt (kg/m 3 ) r: khối lượng riêng của vật liệu sấy (kg/m 3 ) b: hệ số điền đầy , b = 0,2 ÷ 0,3 ta chọn b = 0,2
= (m 3 ) + Tính đường kính và chiều dài thùng sấy:
D = hay L = 4D Khi đó đường kính thùng sấy được xác định:
Hình 1.3 Hệ thống sấy thùng quay
+ Tiết diện tự do của thùng sấy:
Theo bảng VII.25 (Tr123, [3]): hệ số điền đầy trong hệ thống sấy thùng quay chiếm khoảng từ 10÷25% thể tích thùng sấy Ta chọn: β = 0,25
= - 4 (m 2 ) + Tốc độ tác nhân sấy lý thuyết: lt tb td
- Chuẩn số Reynolds: lt lt ω D.ρ ω D
Với ν = 18,868.10 -6 (m 2 /s) là độ nhớt động học của không khí
D: kích thước hình học xác định theo đường kính tương đương
= - Chuẩn số Nuselt đối với chất khí:
Vì Re > 10 4 nên tác nhân sấy chuyển động tương ứng với chế độ chảy xoáy (rối)
(Tr13, [3]) Khi đó: Nu = 0,018.ε1.Re 0,8 (CT V.42, Tr16, [3]) Với: ε1 là hệ số phụ thuộc vào tỉ lệ L/D và Re
+ Mà ta có: Nu ' D 1 a l (Tr15, [3])
Trong đó: λ: hệ số dẫn nhiệt theo nhiệt độ ở 59 o C
= ỗ ỗ ố + ữ ữ ứố ỗ ỗ ữ ữ ứ ( CT I.36, Tr124, [2]) λ0: hệ số dẫn nhiệt ở 0 0 C c: hằng số phụ thuộc vào loại khí
T: nhiệt độ tuyệt đối của không khí có: c = 122, λ0 = 0,0201.
(CT V.39, Tr13, [3]) Trong đó: g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s 2 ) β: hệ số dãn nở thể tích
∆t: hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào và tác nhân sấy ra
Hệ số cấp nhiệt α1”: α1’’ λ.Nu D
Tính hệ số cấp nhiệt của thành thùng ra môi trường xung quanh
2 2 2 α =α ' α "+ Trong đó: α ' 2 : hệ số cấp nhiệt mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiên α " 2 : hệ số cấp nhiệt do bức xạ
Chọn nhiệt độ thành ngoài của máy sấy (phần tiếp xúc với không khí) là t3 33 0 C Đây là nhiệt độ thích hợp để tác nhân sấy sau khi truyền qua vách thùng và lớp cách nhiệt phía ngoài thùng sao cho không còn quá nóng, an toàn cho người lao động.
Thùng đặt nằm ngang với góc nghiêng nhỏ nên xem như là hệ số cấp nhiệt của ống nằm ngang khi không khí có thể tích lớn và chuyển động tự do.
Xem như nhiệt độ không đổi trong quá trình truyền qua bề dày thân thùng. Chọn vật liệu làm thùng sấy là CT3 và vật liệu cách nhiệt là bông thủy tinh
Tra bảng XII.7 (Tr313,[3]) ta được hệ số dẫn nhiệt của CT3 là 50 (W/m.độ) và bảng I.126 (Tr128, [2]) ta có được hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh là 0,0372 (W/m.độ) Lựa chọn các thông số kích thước bề dày thân thùng sấy, ta được bảng sau:
Bảng 3.1 Chọn bề dày thùng sấy
STT Đại lượng Kí hiệu
Giá trị chọn (m) Vật liệu
Hệ số dẫn nhiệt λ (W/m.độ)
2 Bề dày lớp cách nhiệt δ2 0,036 Bông thủy tinh 0,0372
3 Bề dày lớp bảo vệ δ3 0,006 CT3 50
Đường kính ngoài của vỏ thùng sấy:
Bảng 3.2 Các thông số của tác nhân sấy bên ngoài thùng sấy
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Nguồn công thức Giá trị
2 Hệ số dẫn nhiệt λ0 W/m.độ Bảng I.255,Tr318,[2] 0,02635
3 Độ nhớt μ0 Ns/m 2 Bảng I.255,Tr318,[2] 1,84.10 -5
4 Áp suất bão hòa pb At Bảng I.250,Tr312,[2] 0,0323
5 Khối lượng riêng ρ0 Kg/m 3 Bảng I.255,Tr318,[2] 1,185
6 Độ nhớt động v0 m 2 /s Bảng I.255,Tr318,[2] 1,553.10 -5
C0: hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối, C0 = 5,7
T1: nhiệt độ tuyệt đối của thành máy sấy ( 0 K), T1 = t3 + 273
T2: nhiệt độ của môi trường ( 0 K), T2 = t0 + 273 ε: độ đen của bề mặt ngoài máy sấy Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể: ε = 0,8 ÷ 1, chọn ε = 0,8 (Tr39, [3])
(33 273) (25 273) éỉ + ư ỉ + ứ ờỗỗ ữữ- ỗỗ ữữỳ ờỗố ứ ốữ ỗ ữứỳ ê ú ở ỷ
Hệ số truyền nhiệt K đối với tường hình ống có chiều dày không dày lắm so với đường kính, khi bỏ qua nhiệt trở của lớp cách nhiệt:
(W/m 2 độ) Đường kính trung bình máy sấy:
Bề mặt truyền nhiệt máy sấy bao gồm diện tích xung quanh và diện tích hai đầu của thùng:
Tính tổn thất nhiệt qua vỏ máy sấy:
Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài: đ đ tb c c ΔtΔtt ΔtΔtt ΔtΔtt ΔtΔtt ln ΔtΔtt
∆tđ: Hiệu số nhiệt độ của không khí tác nhân sấy vào và nhiệt độ môi trường,
∆tc: Hiệu số nhiệt độ của không khí tác nhân sấy ra và nhiệt độ môi trường, ∆tc
= 29,1185 o C Vậy: Tổn thất nhiệt từ vỏ máy sấy ra môi trường xung quanh: qm K.F t tb w
(kJ/kg ẩm) Tổng nhiệt ra là:
Sai số trong quá trình sấy lí thuyết: v r v
= - < 5%Sai số này là cho phép trong tính toán nên các lựa chọn thông số là chính xác.
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên: Hồ Nguyễn Long Vũ
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt – Điện lạnh
1/ Tên đề tài: Thiết kế hệ thống sấy thùng quay cà phê năng suất 2200kg/mẻ
2/ Các số liệu ban đầu:
- Nguyên liệu: Cà phê thóc ướt Arabica
- Năng suất sản xuất sản phẩm: 2200kg/mẻ
- Độ ẩm ban đầu của sản phẩm: w 1 = 25%
- Độ ẩm cuối cùng của sản phẩm: w 2 = 13,5%
- Nhiệt độ tác nhân sấy vào: t 1 = 80ºC
- Nhiệt độ tác nhân sấy ra: t 2 = 38ºC
3/ Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Chương 1: Tổng quan về sấy và nguyên liệu cà phê
- Chương 2: Tính cân bằng vật chất của quá trình
- Chương 3: Tính cân bằng năng lượng
- Chương 4: Tính toán thiết bị chính
- Chương 5: Tính toán thiết bị phụ trợ
Họ và tên giáo viên: TS Hồ Trần Anh Ngọc
6/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/06/2022
Thông qua bộ môn Ngày tháng năm 2022
TS GVC Hồ Trần Anh Ngọc
Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển mãi từ những năm 50 đến 60 ở các Viện và các trường đại học trên thế giới chủ yếu giải quyết những vấn đề kỹ thuật sấy các vật liệu cho công nghiệp và nông nghiệp.
Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ nghệ sấy các nông sản thành những sản phẩm khô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêm các mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô Đối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất Đặc biệt là sấy cà phê nhân, đó là thành phẩm để chế biến cà phê bột, cà phê sữa, các loại bánh cao cấp.v…v.
Do đặc thù của cà phê nhân khi sấy phải giữ được mùi thơm và màu sắc đặc trưng nên ta có thể dùng các thiết bị sấy như: sấy tháp, thùng quay, sấy hầm.v.v…
Trong đồ án này em có nhiệm vụ sấy cà phê nhân bằng thiết bị sấy thùng quay với năng suất 2200 kg /mẻ. Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính chất đào sâu chuyên ngành, do kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên em không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình thiết kế Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Thầy Cô trong khoa Cơ khí, bộ môn Cơ Nhiệt – Điện Lạnh và chỉ bảo tận tình của TS GVC Hồ Trần Anh Ngọc để em có thể hoàn thành tốt đồ án này.
Tôi xin cam đoan đồ án trên là công trình nghiên cứu của riêng bản thân mình dưới sự hướng dẫn của TS GVC Hồ Trần Anh Ngọc Những nhận định được nêu ra trong đồ án cũng là kết quả từ sự nghiên cứu trực tiếp, nghiêm túc, độc lập của bản thân tác giả dựa và các cơ sở tìm kiếm, hiểu biết và nghiên cứu tài liệu khoa học hay bản dịch khác đã được công bố Đồ án vẫn sẽ giúp đảm bảo được tính khách quan, trung thực và khoa học.
Nhận xét của người hướng dẫn
Nhận xét của người phản biện
Danh sách các bảng, hình vẽ……… v
Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt……… vi
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SẤY VÀ NGUYÊN LIỆU CÀ PHÊ 2
1.1 Khái niệm chung về quá trình sấy 2
1.1.2 Nguyên lí quá trình sấy 2
1.1.3 Phân loại phương pháp sấy 3
1.1.4 Tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy và thiết bị sấy: 4
1.2 Giới thiệu về nguyên liệu 6
1.2.1 Cấu tạo quả cà phê 6
1.2.2 Thành phần hóa học của cà phê 7
1.2.3 Quá trình sấy cà phê thóc 8
CHƯƠNG 2 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH 13
2.1 Các thông số ban đầu 13
2.2 Lượng ẩm được tách ra 13
2.3 Khối lượng vật liệu vào thùng sấy 13
2.4 Lượng vật liệu khô tuyệt đối 13
2.5 Tính các thông số của không khí 14
2.5.1 Tính trạng thái không khí ngoài trời 14
2.5.2 Tính toán không khí đưa ra khỏi calorifer 15
2.5.3 Tính toán không khí ra khỏi buồng sấy 16
2.5.4 Kiểm tra nhiệt độ đọng sương 17
2.5.5 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy (cân bằng theo lượng ẩm) 17
3.1 Tính cân bằng nhiệt lượng 20
3.1.1 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy 20
3.1.2 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy 21
3.2 Tính toán quá trình sấy thực tế 30
3.2.1 Nhiệt lượng bổ sung thực tế 30
3.2.2 Xác định các thông số của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực 31
3.2.3 Phương trình cân bằng nhiệt lượng: ∑qv = ∑qr 32
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 34
CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 35
5.1.1 Số liệu chọn và tính kích thước 35
5.1.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt 36
5.1.3 Tính bề mặt truyền nhiệt 41
5.1.4 Tính các ống truyền nhiệt và kích thước calorifer 42
5.3 Tính trở lực và chọn quạt 45
5.3.1 Tính trở lực của quá trình 46
DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cấu tạo của quả cà phê 6
Bảng 1.1 Tỷ lệ các thành phần cấu tạo hạt cà phê (% theo quả tươi)(Tr.23, [6]) 7
Bảng 1.2 Thành phần hóa học của nhân cà phê (Tr.25, [6]) 7
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống sấy thùng quay để sấy cà phê 10
Bảng 2.1 Bảng tổng kết cho vật liệu sấy 18
Bảng 2.2 Bảng tổng kết cho tác nhân sấy 19
Hình 1.3 Hệ thống sấy thùng quay 24
Bảng 3.1 Chọn bề dày thùng sấy 27
Bảng 3.2 Các thông số của tác nhân sấy bên ngoài thùng sấy 27
Bảng 5.1 Các giá trị tại ttb = 69,8969 o C 37
Hình 1.4 Mặt cắt của xyclon 44
Bảng 5.2 Các kích thước cơ bản của cyclon LIH – 24 44
Hình 1.5 Cấu tạo của quạt 46
Bảng 5.3 Các thông số của không khí trên đường ống (Tra bảng I.255, Tr318, [2]) 46
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 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 t0: nhiệt độ không khí (ºC) x0: hàm ẩm ban đầu (kg/kgkkk) j o: độ ẩm tương đối của không khí
Pb: phân áp suất bão hòa của hơi nước (bar)
P: ấp suất khí quyển (bar) v0: thể tích riêng của không khí ẩm (m 3 /kgkkk)
T: nhiệt độ không khí (K) j : độ ẩm tương đối của không khí tvl1: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường tvl1 = to = 25 o C tvl2: nhiệt độ cuối của vật liệu sấy khi ra khỏi thiết bị sấy
Cvl: nhiệt dung riêng của vật liệu, coi như không đổi trước và sau khi sấy Cvl1 = Cvl2 Cvl
Cn: nhiệt dung riêng của nước
Ck là nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối Ck = 1,547 ( kJ/kg.K)
F: diện tích bề mặt xung quanh máy sấy Δtt : hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh w: lượng ẩm bay hơi ; K: hệ số truyền nhiệt a 1: hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của thùng sấy
: tổng nhiệt trở của máy sấy a 2: hệ số cấp nhiệt của thành thùng ra môi trường xung quanh α '1 là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức (W/ m 2 độ) α " 1 là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên (W/ m 2 độ) k là hệ số điều chỉnh, chọn k = 1,2
G1: khối lượng nguyên liệu vào thiết bị sấy (kg/h) t : thời gian sấy (h) g v: mật độ của khối hạt (kg/m 3 ) r: khối lượng riêng của vật liệu sấy (kg/m 3 ) b: hệ số điền đầy , b = 0,2 ÷ 0,3 ta chọn b = 0,2 g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s 2 ) β: hệ số dãn nở thể tích
∆t: hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào và tác nhân sấy ra α '2 : hệ số cấp nhiệt mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiên α "2 : hệ số cấp nhiệt do bức xạ
C0: hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối, C0 = 5,7
T1: nhiệt độ tuyệt đối của thành máy sấy ( 0 K), T1 = t3 + 273
T2: nhiệt độ của môi trường ( 0 K), T2 = t0 + 273 ε: độ đen của bề mặt ngoài máy sấy
Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô.
Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước. n: số vòng quay của thùng sấy (vòng/phút) a: hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,063 (Dựa vào bảng VII.5, Tr123, [3])
: khối lượng riêng xốp trung bình, = 650 (kg/m 3 )
D, L: đường kính và chiều dài của thùng, (m).
H: chiều cao ống, H = 1,2 (m) r: ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg), r = 2183,085.10 3 (J/kg)
Hệ số A có giá trị phụ thuộc vào ttb
Chọn: tT = 129,3908 0 C (nhiệt độ thành ống trong của ống)
Fbm: bề mặt ngoài toàn bộ của ống kể cả bề mặt gân tính cho một đơn vị chiều dài ống, (m 2 )
Ftr: bề mặt trong của ống tính cho một đơn vị chiều dài ống, (m 2 ) α1: hệ số cấp nhiệt trong ống, (W/m 2 ) α2tt: hệ số cấp nhiệt thực tế, (W/m 2 )
Qt: lượng nhiệt thực tế calorifer cần cung cấp, (J/s)
K: hệ số truyền nhiệt, (W/m 2 độ) ttb
D = 59,7446 oC m: số ống xếp theo chiều ngang x': khoảng cách giữa 2 ống x": khoảng cách giữa ống ngoài cùng đến calorifer dg: đường kính của gân
∆Pm: trở lực do ma sát trong từng đoạn ống dẫn (N/m 2 )
∆Pcb : trở lực cục bộ do đột mở và đột thu (N/m 2 )
∆Pcyc: trở lực cục bộ do cyclon (N/m 2 )
∆Pc : trở lực cục bọ do calorifer (N/m 2 )
∆Pqđ : trở lực do áp suất động ở đầu ra của quạt đẩy (N/m 2 )
∆Pqh : trở lực do áp suất động ở đầu vào của quạt hút (N/m 2 )
∆Ps : trở lực của thùng quay (N/m 2 )
d: đường kính của thùng sấy
Trong những năm gần đây, cà phê là một mặt hàng nông nghiệp xuất khẩu quan trọng của Việt Nam có kim ngạch hàng năm từ 400 đến 600 triệu Đô la Mỹ, chỉ đứng sau gạo Cà phê đang giữ vị trí trong nền kinh tế nước ta.
Hiện nay cà phê Việt Nam đã xuất hiện khắp châu lục từ Bắc Mỹ, Tây Âu, Đông Âu đến Úc, Nam Á, Chất lượng của hạt cà phê Việt Nam phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Trong đó, quá trình bảo quản ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng, nhất là đối với các mặt hàng khô Thời gian của quá trình bảo quản này dài hay ngắn phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của thực phẩm Vì vậy, quá trình sấy cà phê hết sức quan trọng và ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm.
Yêu cầu đối với công nghệ sấy nông sản và thực phẩm là phải giải phóng thủy phần trong vật liệu sấy xuống mức cần thiết trong thời gian chấp nhận để được các yêu cầu nghiêm ngặt như: không tạo mùi lạ từ các tác nhân sấy, tổn thất vitamin, đường, đạm, tinh dầu thơm, chất khô ở mức thấp nhất Các chỉ số cảm quan phải hấp dẫn đối với người tiêu dùng.
Kỹ thuật sấy đã được nghiên cứu từ khá lâu và được ứng dụng phổ biển trong quá trình sấy hiện nay Đối với sản phẩm cà phê, người ta có khá nhiều sản phẩm sấy khác nhau như: sấy vỉ ngang, hầm sấy, sấy thùng quay, trong đó hệ thống sấy thùng quay đang được ứng dụng khá nhiều vì nó có nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp khác.
Trong đồ án này em có nhiệm vụ “Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy cà phê thóc với năng suất 2200kg sản phẩm /mẻ “.
TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ
Calorifer
Calorifer là thiết bị truyền nhiệt dùng để gia nhiệt gián tiếp cho không khí sấy, vai trò của calorifer là đốt nóng không khí từ nhiệt độ t0 đến t1 để cung cấp nhiệt lượng cho vật liệu sấy, đồng thời giảm độ ẩm tương đối để tăng khả năng nhận ẩm của nó.
Có 2 loại calorifer để đốt nóng không khí: calorifer khí hơi và calorifer khí khói Ta chọn calorifer khí hơi, đây là loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống là hơi nước bão hòa ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động Hệ số trao đổi nhiệt của nước ngưng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ống với không khí.
Nhiệt độ không khí vào calorifer bằng nhiệt độ môi trường: t1’ = t0 = 25 0 C Chất tải nhiệt đi trong ống là hơi nước bão hòa có Phnbh = 2,755 (at)
Nhiệt độ không khí ra khỏi calorifer bằng nhiệt độ không khí vào máy sấy: t2’ t1 = 80 0 C
5.1.1 Số liệu chọn và tính kích thước
Thiết bị được chọn là loại có ống chùm Không khí nóng đi ngoài ống, khói lò đi trong ống và chuyển động chéo dòng.
Chọn ống truyền nhiệt làm bằng đồng có các gân để nâng hệ số truyền nhiệt, hệ số dẫn nhiệt của đồng là l = 385 (W/m.độ) (Bảng 1.1, Tr8, [1])
+ Đường kính ngoài của ống: dng = 0,035 (m)
+ Đường kính trong của ống: dtr = 0,025 (m)
+ Đường kính của gân: dg = dng.1,4 = 0,035.1,4 = 0,049 (m)
+ Khoảng cách giữa hai gân: bg = 0,01 (m)
+ Chiều cao của gân: g ng d d 0,049 0,035 h 0,007
+ Chiều dày của ống: ng tr d d 0,035 0,025
- - d= = (m) + Bề dày của bước gân: b = 0,004 (m)
+ Chiều cao của ống: lô = 1,2 (m)
+ Số gân trong một ống: g g lô 1,2 m 120 b 0,01
= = (gân) + Tổng chiều dài của gân: Lg = b.mg = 0,004.120 = 0,48 (m)
+ Tổng chiều dài không gân: Lkg = lô – Lg = 1,2 – 0,48 = 0,72 (m)
5.1.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt
+Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy có hồi lưu (theo tính toán thực tế): l’ = 59,1676 (kg/kg ẩm)
+ Nhiệt độ không khí sau khi qua khỏi calorifer là: t1 = 80 0 C.
+ Thể tích riêng của không khí:
Tra bảng I.255 Trang 318, [2], ta có:
Khối lượng riêng của không khí ở các nhiệt độ 80C, 38C, 25C lần lượt là:
(kg/m 3 ) + Lưu lượng không khí đi vào calorifer:
Hiệu số trung bình của không khí trong calorifer: t tb t hnbh t tb
Chọn hơi có áp suất bão hòa: P hnbh 2,755(at)
+ Nhiệt độ hóa hơi nước bão hòa: t hnbh 129.6415 C
+ Ẩn nhiệt ngưng tụ: r2183,085.10 3 (J/kg) = 2183,085 (kJ/kg)
Chọn nhiệt độ hơi nước khi vào: t hn đ 129.6415 C
Chọn nhiệt độ hơi nước khi ra: t hnc 110 C đ đ o hn mt t t t 129,6415 25 104,6415 C
Suy ra: ttb 129,6415 59,7446 69,8969 C Ứng với giá trị t tb 69,8969 C ta có bảng giá trị sau:
Bảng 5.1 Các giá trị tại t tb = 69,8969 o C
(Tra bảng I.255, Tr318, [2]) Đại lượng Giá trị Đơn vị
Hệ số dẫn nhiệt () 2,969.10 W/m.độ Độ nhớt động (v) 20,01.10 6 m 2 /s
+ Diện tích phía trong của ống:
Ftr = π.dtr.lcalorifer = π.0,025.1,2 = 0,0942 (m 2 ) (Tr220, [5]) + Diện tích mặt ngoài của ống không gân:
Fng = .dng.lcalorifer = π.0,035.1,2 = 0,1319 (m 2 ) (Tr220, [5]) + Diện tích phần bề mặt ngoài của ống có gân:
Ta có: Fg = .dg.Lg +
+ Chọn số ống xếp hàng là: i = 29
+ Khoảng cách của ống ngoài cùng đến calorifer: x” = 0,015 (m)
+ Diện tích tiết diện ngang của calorifer:
+ Diện tích cản của gân:
+ Diện tích cản của ống:
+ Hệ số cấp nhiệt từ hơi nước bão hòa đến bề mặt ngang của ống:
H: chiều cao ống, H = 1,2 (m) r: ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg), r = 2183,085.10 3 (J/kg)
Hệ số A có giá trị phụ thuộc vào ttb
Chọn: tT = 129,3908 0 C (nhiệt độ thành ống trong của ống)
Tra bảng Trang 29, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học – Tập 2, ta được: A = 190,8548
Dt: Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ và nhiệt độ thành calorifer:
Vậy nhiệt lượng riêng là: q1 = α 1 Δtt = 20207,711.0,2507= 5066,0732 (W/m 2 )
5.1.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt α 2
+ Vận tốc của không khí: ωkk = tdo
= + Chuẩn số Nuselts (tính cho trường hợp dòng chảy ngang qua bao bên ngoài ống chùm có gân):
Vì 2300 < Re < 10 4 nên không khí trong calorifer chảy theo chế độ quá độ (Tr16, [3])
Bên cạnh đó: 3000 < Re < 25000 và dng/bg = 3,5 (Tr20, [3])
Trong đó: dng: đường kính ngoài của ống, dng = 0,035 (m) bg: bước của gân, bg = 0,01 (m) h: chiều cao gân, hg = 0,007 (m)
Chọn cách sắp xếp ống theo kiểu thẳng hàng, ta có:
= ỗỗố ữữữứ ỗỗố ữữữứ + Tính α2:
54,2657 b 0,01 l - a = = (W/m 2 độ) + Hệ số cấp nhiệt thực tế α2tt:
Dựa vào đồ thị hình V.17.b), Trang 20, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học – Tập 2, ta được: α2tt = 38,786 o C
+ Tổng nhiệt trở của tường: r t = d ồ l
Với: d: bề dày của ống, d = 0,0025 (m) l : hệ số dãn nhiệt của đồng, l = 385 (W/m.độ)
Fbm: bề mặt ngoài toàn bộ của ống kể cả bề mặt gân tính cho một đơn vị chiều dài ống, (m 2 )
Ftr: bề mặt trong của ống tính cho một đơn vị chiều dài ống, (m 2 ) α1: hệ số cấp nhiệt trong ống, (W/m 2 ) α2tt: hệ số cấp nhiệt thực tế, (W/m 2 ) ồ r t : tổng nhiệt trở của tường và cỏc lớp cặn bẩn, (m 2 độ/W)
(W/m 2 độ) Vậy nhiệt lượng riêng: q2 = K.tm = 38,4827.129,5162 = 4984,1258 (W/m 2 )
5.1.3 Tính bề mặt truyền nhiệt
+ Nhiệt lượng calorifer cần cung cấp cho tác nhân sấy:
+ Nhiệt lượng calorifer cần cung cấp: t s
+ Bề mặt truyền nhiệt: t tb
Qt: lượng nhiệt thực tế calorifer cần cung cấp, (J/s)
K: hệ số truyền nhiệt, (W/m 2 độ) ttb
5.1.4 Tính các ống truyền nhiệt và kích thước calorifer
+ Diện tích bề mặt trung bình của một ống: bm tr tb
(m 2 ) + Tổng số ống truyền nhiệt trong calorifer: tb
= = (ống)+ Số ống xếp theo chiều ngang: m 23 i 29
= = (ống) Vậy các kích thước của calorifer là:
+ Chiều dài của calorifer: Lx = 1,647 (m)
+ Chiều rộng của calorifer: Bx = (m – 1).x’ + 2.x’’ + m.dg
Trong đó: m: số ống xếp theo chiều ngang x': khoảng cách giữa 2 ống x": khoảng cách giữa ống ngoài cùng đến calorifer dg: đường kính của gân
+ Chiều cao của calorifer: Hx = H + 2.Hch
Trong đó: H: chiều cao ống, H = 1,2 (m)
Hch: chiều cao của lớp chắn, chọn Hch = 0,15 (m)
Tính và chọn cyclon
Khi thực hiện quá trình sấy, không khí nóng đi qua máy sấy thường mang theo rất nhiều hạt bụi nhỏ Để thu hồi khí thải và một phần vật liệu sấy bay theo tác nhân sấy trước khi thải ra môi trường người ta dùng cyclon, đặt cyclon ở đường ống ra của không khí.
Không khí vào cyclon chính là không khí sau khi ra khỏi máy sấy, có các thông số như sau:
+ t2 = 38 o C; + Khối lượng riêng: 38 = 1,1354 kg/m 3 (Bảng I.255, Tr318, [2]) + Ở nhiệt độ 38 o C thể tích riêng của không khí là:
+ Lưu lượng tác nhân sấy thực tế: L’ = 14515,7949 (kgkkk/h)
+ Lưu lượng không khí vào cyclon:
+ Gọi ∆Pcyclon là trở lực của cyclon, ta có:
Suy ra: ∆Pcyclon = r k 740 = 1,1354.740 = 651,718 (N/m 2 ) + Tốc độ quy ước:
Trong đó: ξ là hệ số phụ thuộc vào kiểu cyclon
Chọn loại cyclon là cyclon đơn (LIH – 24) thì ξ = 60 (Bảng III.10, Tr528, [2])
Hình 1.4 Mặt cắt của xyclon
Dựa vào đường kính ta chọn loại cyclon đơn LIH – 24 Đường kính trong D = 0,9544 (m), với các thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 5.2 Các kích thước cơ bản của cyclon LIH – 24
(Dựa vào bảng III.4, Tr524, [2])
Các thông số Kí hiệu CT Giá trị
Chiều cao cửa vào a (mm) 1,11D 1059,3603
Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 (mm) 2,11D 2013,739
Chiều cao phần hình trụ h2 (mm) 2,11D 2013,739
Chiều cao phần hình nón h3 (mm) 1,75D 1670,1626
Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h4 (mm) 0,4D 381,7515
Chiều cao chung H (mm) 4,26D 4065,653 Đường kính ngoài ống ra d1 (mm) 0,6D 572,6272 Đường kính trong của cửa tháo bụi d2 (mm) 0,4D 381,7515
Chiều rộng của cửa vào b1/b (mm) 0,26D/0,2D 1250
Chiều dài của cửa vào l (mm) 0,6D 572,6272
Khoảng cách từ tận cùng cyclon đến mặt bích h5 (mm) 0,32D 305,4012
Góc nghiêng giữa nắp và ống vào α 24 0 24 0 Đường kính trong của cyclon D (mm) 400 – 1000 954,4
Hệ số trở lực của cyclon 𝜉 60 60