Đồ án thiết kế kỹ thuật hóa học đề tài thiết kế hệ thống sấy đường loại thùng quay

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Các từ viết tắt: TLTK Tài liệu tham khảo Ký hiệu: ? Cường độ bốc hơi ẩm ?? ?⁄ 3∙ ℎ ? Khoảng cách trục của hai bánh răng ?? ? Hệ số phụ thuộc loại cá

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT HÓA HỌC

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY ĐƯỜNG LOẠI THÙNG QUAY

SVTH: Trần Ngọc Diệp MSSV: 1810068

GVHD: PGS TS Nguyễn Hữu Hiếu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Khoa Kỹ Thuật Hóa Học

Bộ môn Quá trình và Thiết bị

3.1 Thuyết minh và tính toán

I Tổng quan: giới thiệu về quá trình, thiết bị và tính chất nguyên liệu

II Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ

III Tính cân bằng vật chất và năng lượng

LỜI CẢM ƠN

Trên hết, con xin cảm ơn mẹ và gia đình đã luôn tạo điều kiện để con theo đuổi ước

mơ của mình và luôn là chỗ dựa vững chắc để con có thể học tập và làm việc trong một

tinh thần thoải mái nhất

Tiếp theo, con xin cảm ơn thầy PGS TS Nguyễn Hữu Hiếu, giảng viên bộ môn

Quá trình và Thiết bị đã luôn truyền cảm hứng và tận tình hướng dẫn nhóm chúng con để

hoàn thành đồ án này, đặc biệt là trong tình hình dịch bệnh COVID đang hoành hành tại

TP HCM

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong nhóm đồ án hướng dẫn bởi thầy

PGS TS Nguyễn Hữu Hiếu đã nhiệt tình làm việc, hỗ trợ lẫn nhau và gắn kết với nhau để

cùng giải quyết những vấn đề trong quá trình thực hiện đề tài đồ án

Trần Ngọc Diệp

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU x

PHẦN 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về quá trình và thiết bị sấy 1

1.1.1 Phân loại theo dạng của nhập liệu và sản phẩm 1

1.1.2 Phân loại theo phương thức vận hành – theo mẻ hoặc liên tục 1

1.1.3 Phân loại theo phương thức truyền nhiệt – đối lưu, dẫn nhiệt, bức xạ hoặc dùng dòng điện cao tần 3

1.1.4 Phân loại theo trạng thái của vật liệu rắn – tĩnh, động, tầng sôi hoặc phân tán 4

1.1.5 Phân loại theo sự tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy – song song, vuông góc, tuần hoàn xuyên qua 6

1.1.6 Phân loại theo hướng đi của tác nhân sấy so với vật liệu sấy – cùng chiều, ngược chiều, xuyên qua 8

1.2 Tổng quan về vật liệu sấy – đường sucrose 9

1.2.1 Các tính chất hóa lý của đường sucrose 9

1.2.2 Tổng quan về quy trình sản xuất đường sucrose trong công nghiệp 11

1.3 Lựa chọn thiết bị sấy đường sucrose 11

1.4 Lựa chọn tác nhân sấy đường sucrose 12

PHẦN 2: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 13

2.1 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ 13

2.2 Bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ 14

PHẦN 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 16

3.1 Cân bằng vật chất 16

3.1 Cân bằng năng lượng 17

3.2.1 Quá trình sấy lý thuyết 18

PHẦN 4: TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH 25

4.1 Tính công nghệ cho thùng sấy 25

4.1.1 Đường kính, chiều dài và thể tích thùng sấy 25

4.1.2 Thời gian sấy lý thuyết và thực tế của vật liệu sấy và số vòng quay của thùng sấy 27

4.1.3 Kích thước và số cánh đảo (cánh nâng) trong thùng sấy 28

4.1.4 Lớp cách nhiệt cho thùng sấy 30

4.1.5 Trở lực qua thùng sấy 34

4.2 Tính cơ khí cho thùng sấy 35

4.2.1 Tính bề dày thùng sấy 35

4.2.2 Tính chọn bộ phận truyền động cho thùng sấy 37

4.2.3 Tính vành đai 45

4.2.4 Tính con lăn 46

4.3 Bảng kết quả tính thiết bị chính 49

PHẦN 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 53

5.1 Tính calorifier 53

5.1.1 Tính hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy không khí phía ngoài ống 𝜶𝒕𝒏𝒔 55

5.1.2 Tính hệ số cấp nhiệt của hơi nước phía trong ống 𝜶𝒎 58

5.1.3 Tính hệ số truyền nhiệt tổng quát K 59

5.1.4 Kiểm tra lại việc chọn 𝒕𝒘 59

5.1.5 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước calorifier 59

5.1.6 Tính trở lực qua calorifier 60

5.2 Tính và chọn gầu tải nhập liệu 61

5.2.1 Bộ phận kéo 61

5.2.2 Gầu 61

5.2.3 Tang dẫn động 61

5.2.4 Năng suất và công suất của gầu tải 62

5.3 Tính và chọn cyclone 62

5.4.1 Tính trở lực ma sát trên đường ống 65

5.4.2 Tính trở lực cục bộ 73

5.4.3 Tính tổn thất cột áp động của quạt 76

5.4.4 Tính tổn thất cột áp mà quạt cần khắc phục 76

5.4.5 Tính và chọn quạt đẩy 77

5.4.6 Tính và chọn quạt hút 77

5.5 Bảng kết quả tính và chọn thiết bị phụ 78

PHẦN 6: KẾT LUẬN 82

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Một số tính chất hóa lý của đường sucrose 11

Bảng 3.1 Các thông số trạng thái của không khí ẩm trong quá trình sấy lý thuyết 19

Bảng 3.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm trong quá trình sấy thực tế 23

Bảng 4.1 Chế độ sấy đường cát [5] 25

Bảng 4.2 Các thông số đặc trưng cho các dạng cánh đảo trong thùng sấy [6] 26

Bảng 4.3 Các hệ số dùng để tính số vòng quay của thùng sấy [6] 28

Bảng 4.4 Thông số thép chế tạo thùng sấy 30

Bảng 4.5 Thông số bề dày thùng sấy 30

Bảng 4.6 Thông số vật lý của không khí nóng trong thùng sấy 31

Bảng 4.7 𝜀𝑙 = 𝑓𝑅𝑒, 𝐿𝑡𝐷𝑡 32

Bảng 4.8 Thông số vật lý của không khí ngoài thùng thùng sấy 32

Bảng 4.9 Hệ số C và n của lưu chất đối lưu tự nhiên trong không gian rộng 33

Bảng 4.10 Thông số thép chế tạo thùng sấy 35

Bảng 4.11 Thông số kỹ thuật của động cơ quay thùng sấy 37

Bảng 4.12 Các trị số hiệu suất của bộ truyền động [9] 39

Bảng 4.13 Thông số truyền động 39

Bảng 4.14 Thông số cơ tính của các bánh răng 40

Bảng 4.15 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng 44

Bảng 4.16 Thông số hình học của gân để lắp vành đai và chân đế 46

Bảng 4.17 Phân bố khối lượng của thùng sấy 47

Bảng 4.18 Kết quả tính công nghệ thiết bị chính 50

Bảng 4.19 Kết quả tính cơ khí thiết bị chính 51

Bảng 5.1 Các thông số của các dòng đi qua calorifier 53

Bảng 5.2 Một số kích thước của calorifier 54

Bảng 5.3 Các thông số của tác nhân sấy không khí di chuyển ngoài ống 55

Bảng 5.4 Các thông số của hơi nước bão hòa phía trong ống 58

Bảng 5.5 Các kích thước cơ bản của cyclone đơn loại ЦН – 15 [12] 64

Bảng 5.7 Bảng thiết kế đường ống 66 Bảng 5.8 Các thông số của không khí trên đường ống 66 Bảng 5.9 Kết quả tính và chọn thiết bị phụ 79

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Một thiết bị sấy mâm của Systemengitech 2

Hình 1.2 Thiết bị sấy sữa bột của centrifugalspraydryer 2

Hình 1.3 Một thiết bị sấy băng tải của Rudnick & Enners 3

Hình 1.4 Thiết bị sấy thùng quay trong thực tế 3

Hình 1.5 Vật liệu rắn ở trạng thái tĩnh (thiết bị sấy mâm) [1] 4

Hình 1.6 Vật liệu rắn ở trạng thái động [1] 5

Hình 1.7 Vật liệu rắn ở trạng thái động trong một thiết bị sấy thùng quay [1] 5

Hình 1.8 Vật liệu rắn ở trạng thái tầng sôi [1] 6

Hình 1.9 Vật liệu rắn ở dạng phân tán ở đầu vào của một thiết bị sấy phun [1] 6

Hình 1.10 Dòng tác nhân sấy song song với vật liệu rắn ở trạng thái tĩnh [1] 7

Hình 1.11 Dòng tác nhân sấy vuông góc với vật liệu rắn trong một thiết bị sấy băng tải [1] 7

Hình 1.12 Dòng tác nhân sấy tuần hoàn xuyên qua vật liệu sấy [1] 7

Hình 1.13 Dòng tác nhân sấy đi xuyên qua vật liệu sấy trong thiết bị sấy tầng sôi hay thiết bị sấy băng tải [1] 8

Hình 1.14 Dòng tác nhân sấy và vật liệu sấy cùng chiều [1] 9

Hình 1.15 Đường trắng hay còn gọi là đường cát 10

Hình 1.16 Cấu tạo của đường sucrose 10

Hình 2.1 Sơ đồ khối quy trình sản xuất đường mía 14

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sấy đường bằng thiết bị sấy thùng quay 15

Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị sấy thùng quay 16

Hình 3.2 Giản đồ Carrier của không khí trong quá trình sấy lý thuyết 20

Hình 3.3 Giản đồ Carrier của không khí trong quá trình sấy lý thuyết (đường ABC) và quá trình sấy thực tế (đường ABC’) 24

Hình 4.1 Cánh nâng trong thiết bị sấy thùng quay [6] 25

Hình 4.2 Hình dạng và thông số kích thước cánh nâng 29

Hình 4.3 Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng sấy 31

Hình 4.5 Phân tích lực tác dụng lên con lăn đỡ 48

Hình 5.1 Các kích thước của cánh tròn 53

Hình 5.2 Sơ đồ truyền nhiệt của 2 dòng lưu chất trong calorifier 55

Hình 5.3 Các kích thước cơ bản của cyclone đơn loại ЦН – 15 63

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Các từ viết tắt:

TLTK Tài liệu tham khảo

Ký hiệu:

𝐴 Cường độ bốc hơi ẩm (𝑘𝑔 (𝑚⁄ 3∙ ℎ))

𝐴 Khoảng cách trục của hai bánh răng (𝑚𝑚)

𝑎 Hệ số phụ thuộc loại cánh và hệ số chứa đầy của thùng sấy khi tính công suất

cần thiết để quay thùng

𝑎 Khoảng cách giữa hai gầu trên bộ phận kéo (𝑚𝑚)

𝐶 Nhiệt dung riêng của nước ở 𝑡𝑣𝑙đ (𝑘𝐽 (𝑘𝑔 ∙ 𝐾)⁄ )

𝐶 Hệ số của lưu chất đối lưu tự nhiên trong không gian rộng liên quan đến

(𝐺𝑟 ∙ 𝑃𝑟)

𝐶𝑝ℎ Nhiệt dung riêng của ẩm chứa trong không khí khô (𝑘𝐽 (𝑘𝑔 ∙ 𝐾)⁄ )

𝐶𝑝𝑘 Nhiệt dung riêng của không khí khô (𝑘𝐽 (𝑘𝑔 ∙ 𝐾)⁄ )

𝐶𝑣𝑙 Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy (𝑘𝐽 (𝑘𝑔 ∙ 𝐾)⁄ )

𝐶𝑣𝑙 Hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt

𝐷𝑡𝑑 Đường kính tang dẫn động của gầu tải (𝑚𝑚)

𝐷𝑑 Đường kính của ống dẫn khí trong hệ thống (𝑚)

𝐷𝑒 Đường kính vòng đỉnh răng của bánh răng (𝑚𝑚)

Đường kính vòng chân răng của bánh răng (𝑚𝑚)

𝐷𝑛đ Đường kính ngoài của vành đai (𝑚𝑚)

𝐷𝑛𝑔 Đường kính ngoài cùng của thùng sấy (𝑚)

𝐷𝑜 Đường kính ngoài tính đến hết lớp vỏ của thùng sấy (𝑚)

𝐷𝑡 Đường kính trong của thùng sấy (𝑚)

𝐷𝑡𝑐 Đường kính trong của calorifier (𝑚)

𝐷𝑡đ Đường kính trong của vành đai (𝑚𝑚)

𝑑𝐴 Hàm ẩm của tác nhân sấy trước khi qua calorifier (𝑘𝑔 ẩ𝑚 𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘⁄ )

𝑑𝐵 Hàm ẩm của tác nhân sấy sau khi qua calorifier (𝑘𝑔 ẩ𝑚 𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘⁄ )

𝑑𝐶 Hàm ẩm của tác nhân sấy sau khi ra khỏi thùng sấy (𝑘𝑔 ẩ𝑚 𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘⁄ )

𝑑𝑐 Đường kính cánh trên ống của calorifier (𝑚)

𝑑𝑐𝑐 Đường kính con lăn chặn (𝑚𝑚)

𝑑𝐸 Đường kính tương đương của ống trong calorifier (𝑚)

𝑑𝑙 Đường kính vòng lăn của bánh răng (𝑚𝑚)

𝑑𝑛𝑜 Đường kính ngoài ống của calorifier (𝑚)

𝑑𝑡𝑜 Đường kính trong ống của calorifier (𝑚)

𝑑𝑣 Đường kính cửa vào của calorifier

𝑑𝑣𝑙 Đường kính trung bình của hạt vật liệu sấy (𝑚)

𝐹𝑐 Diện tích bề mặt chứa vật liệu của cánh (𝑚2)

𝐹𝑐𝑙 Diện tích phần cánh của một ống trong calorifier (𝑚2)

𝐹𝑚𝑎𝑥 Lực tác dụng lớn nhất lên con lăn chặn (𝑁)

𝐹𝑜𝑙 Diện tích phần không làm cánh của một ống trong calorifier (𝑚2)

𝐹𝑡 Diện tích bề mặt trong các ống của calorifier (𝑚2)

𝐹𝑡𝑑 Diện tích tự do của thùng sấy (𝑚2)

𝑓 Hệ số ma sát giữa vành đai và con lăn

𝐺 Lưu lượng không khí khô tuyệt đối qua thiết bị sấy (𝑘𝑔 ℎ⁄ )

𝑔 Lưu lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm (𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑔 ẩ𝑚⁄ )

𝑔 Gia tốc trọng trường (𝑚 𝑠⁄ ) 2

𝐻 Enthalpy của không khí ẩm (𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘⁄ )

𝐻 Chiều cao nâng vật liệu của gầu tải (𝑚)

𝐻𝐴 Enthalpy của tác nhân sấy trước khi qua calorifier (𝑘𝑔 ẩ𝑚 𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘⁄ )

𝐻𝐵 Enthalpy của tác nhân sấy sau khi qua calorifier (𝑘𝑔 ẩ𝑚 𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘⁄ )

𝐻𝐶 Enthalpy của tác nhân sấy sau khi ra khỏi thùng sấy (𝑘𝑔 ẩ𝑚 𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘⁄ )

𝐻đ Áp suất toàn phần của quạt đẩy (𝑁 𝑚⁄ 2)

𝐻ℎ Áp suất toàn phần của quạt đẩy( )

ℎ Chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu (𝑚)

ℎ𝑐 Chiều dài cánh trên ống của calorifier (𝑚)

ℎ1 Bề dày gân để lắp vành đai (𝑚𝑚)

ℎ2 Chiều rộng gân để lắp vành đai (𝑚𝑚)

ℎ3 Chiều dài gân để lắp vành đai (𝑚𝑚)

𝑖 Thể tích của một gầu (𝑙 ℎ𝑜ặ𝑐 𝑚3)

𝑖𝑐 Tỉ số truyền động chung của hệ thống sấy thùng quay

𝑖ℎ Tỉ số truyền của hộp giảm tốc

𝑖01 Tỉ số truyền từ động cơ sang bánh vít

𝑖12 Tỉ số truyền giữa hai bánh răng trụ

𝑖23 Tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng ngoài hộp giảm tốc

𝐾

𝐾 Hệ số truyền nhiệt tổng quát của calorifier (𝑊 (𝑚⁄ 2∙ 𝐾))

𝐾𝜎 Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng đối với bánh răng thép thường hóa

𝑘𝑙 Hệ số lưu ý đặc tính chuyển động của tác nhân sấy với vật liệu sấy

𝑘𝑙 Hệ số truyền nhiệt tổng quát với thiết bị hình trụ (𝑊 (𝑚 ∙ 𝐾)⁄ )

𝐿 Chiều dài ống trong calorifier (𝑚)

𝐿1 Lưu lượng vật liệu trước khi sấy (𝑘𝑔 ℎ⁄ )

𝐿2 Lưu lượng vật liệu sau khi sấy (𝑘𝑔 ℎ⁄ )

𝑀𝑥 Moment xoắn của bánh răng (𝑁 𝑚𝑚⁄ )

𝑚 Hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng

𝑚 Module pháp của bánh răng trụ răng thẳng (𝑚𝑚)

𝑚𝑏𝑟𝑙 Khối lượng bánh răng lớn (𝑘𝑔)

𝑚𝑐 Tổng khối lượng của cánh nâng trong thùng sấy (𝑘𝑔)

𝑚𝑡 Tổng khối lượng thùng sấy (𝑘𝑔)

𝑚𝑣đ Khối lượng hai vành đai (𝑘𝑔)

𝑚𝑣𝑙 Khối lượng vật liệu sấy trong thời gian sấy (𝑘𝑔)

𝑚𝑣ỏ Khối lượng lớp vỏ thùng sấy (𝑘𝑔)

𝑁 Công suất cần thiết để quay thùng (𝑘𝑊)

𝑁 Lực ép của con lăn đỡ lên bệ (𝑁)

𝑁đ𝑐 Công suất đầu ra của động cơ thùng sấy (𝑘𝑊)

𝑁đđ Công suất trên trục động cơ điện của quạt đẩy (𝑘𝑊)

𝑁đℎ Công suất trên trục động cơ điện của quạt hút (𝑘𝑊)

𝑁đ𝑐𝑔 Công suất của gầu tải (𝑘𝑊)

𝑁𝑙𝑣 Công suất động cơ thùng sấy làm việc (𝑘𝑊)

𝑛 Hệ số của lưu chất đối lưu tự nhiên trong không gian rộng liên quan đến

(𝐺𝑟 ∙ 𝑃𝑟)

𝑛 Hệ số an toàn đối với bánh răng thép thường hóa

𝑛𝑐 Số cánh trên một ống của calorifier (𝑐á𝑛ℎ)

𝑛𝑜 Tổng số ống trong calorifier (ố𝑛𝑔)

𝑛2 Số vòng quay trục thứ 2 (𝑣ò𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡⁄ )

𝑃 Áp suất thiết kế (𝑃𝑎 ℎ𝑜ặ𝑐 𝑝𝑠𝑖)

𝑃𝑎 Áp suất làm việc ngoài tối đa cho phép (𝑝𝑠𝑖)

𝑃𝑟 Lực hướng tâm của bánh răng (𝑁)

𝑝𝑐 Áp suất hơi bão hòa của hơi nước gia nhiệt trong calorifier (𝑎𝑡)

𝑝ℎ𝑚𝑎𝑥 Áp suất hơi bão hòa của hơi nước ứng với nhiệt độ bầu khô của không khí

ẩm (𝑁 𝑚⁄ 2)

𝑄 Nhiệt lượng cung cấp cho thiết bị sấy (𝑘𝐽 ℎ⁄ ℎ𝑜ặ𝑐 𝑘𝑊)

𝑄𝑐 Nhiệt lượng mang vào do calorifier (𝑘𝐽 ℎ⁄ ℎ𝑜ặ𝑐 𝑘𝑊)

𝑄đ Năng suất quạt đẩy (𝑚3⁄ ) ℎ

𝑄ℎ Năng suất quạt hút (𝑚3⁄ ) ℎ

𝑄𝑔 Năng suất của gầu tải (𝑘𝑔 ℎ⁄ ℎ𝑜ặ𝑐 𝑡ấ𝑛 ℎ⁄ )

𝑄𝑚 Nhiệt lượng tổn thất do cơ cấu bao che được giả sử (𝑘𝐽 ℎ⁄ ℎ𝑜ặ𝑐 𝑘𝑊)

𝑄𝑚′ Nhiệt lượng tổn thất do cơ cấu bao che được tính (𝑘𝐽 ℎ⁄ ℎ𝑜ặ𝑐 𝑘𝑊)

𝑄𝑡 Tải trọng của thùng sấy tác động lên con lăn (𝑁)

𝑄𝑣𝑙 Nhiệt lượng đun nóng vật liệu sấy (𝑘𝐽 ℎ⁄ ℎ𝑜ặ𝑐 𝑘𝑊)

𝑞 Nhiệt lượng để bốc hơi 1 kg ẩm hay cung cấp cho calorifier (𝑘𝐽 𝑘𝑔⁄ )

𝑞 Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách phẳng của ống trong calorifier tính theo

hệ số truyền nhiệt tổng quát (𝑊 𝑚⁄ 2)

𝑞𝑐 Nhiệt lượng mang vào do calorifier trong quá trình sấy (𝑘𝐽 𝑘𝑔⁄ )

𝑞1 Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách phẳng của ống trong calorifier tính theo

hệ số cấp nhiệt của hơi nước phía trong ống (𝑊 𝑚⁄ 2)

𝑟 Ẩn nhiệt hóa hơi của nước (𝑘𝐽 𝑘𝑔⁄ )

𝑟𝑚 Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa phía trong ống của calorifier ở nhiệt

độ 𝑡𝑚 (𝐽 𝑘𝑔⁄ )

𝑟1 Bán kính trong của thùng sấy (𝑚)

𝑟2 Bán kính tính đến mặt trong của lớp cách nhiệt thùng sấy (𝑚)

𝑟3 Bán kính tính đến mặt trong của lớp bảo vệ thùng sấy (𝑚)

𝑟4 Bán kính tính đến mặt ngoài của lớp bảo vệ thùng sấy (𝑚)

𝑆 Lực đẩy con lăn đỡ theo chiều ngang (𝑁)

𝑠1 Bước ống ngang dòng lưu chất của calorifier (𝑚)

𝑠2 Bước ống dọc dòng lưu chất ngoài ống của calorifier (𝑚)

𝑠2′ Bước ống chéo với bố trí ống so le tam giác đều trong calorifier

𝑇 Phản lực của mỗi con lăn đỡ lên vành đai (𝑁)

𝑇𝑤1 Nhiệt độ bề mặt trong của thùng sấy (℃)

𝑇𝑤4 Nhiệt độ bề mặt ngoài của lớp bảo vệ (℃)

𝑡𝐴 Nhiệt độ tác nhân sấy trước khi qua calorifier (℃)

𝑡𝐵 Nhiệt độ tác nhân sấy sau khi qua calorifier (℃)

𝑡𝐶 Nhiệt độ tác nhân sấy sau khi ra khỏi thùng sấy (℃)

𝑡𝑐 Nhiệt độ hơi bão hòa gia nhiệt trong calorifier (℃)

𝑡𝑐 Khoảng cách giữa hai cánh liên tiếp trên ống của calorifier (𝑚)

𝑡𝑘 Nhiệt độ bầu khô của không khí ẩm (℃)

𝑡𝑘𝑡𝑏 Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thùng sấy (℃)

𝑡𝑚 Nhiệt độ trung bình của màng nước ngưng tụ trên ống của calorifier (℃)

𝑡𝑜 Nhiệt độ trung bình của không khí ngoài thùng thùng sấy (℃)

𝑡𝑡𝑛𝑠 Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy không khí di chuyển ngoài ống của

calorifier (℃)

𝑡ư Nhiệt độ bầu ướt của không khí ẩm (℃)

𝑡𝑣𝑙đ Nhiệt độ vật liệu sấy trước khi vào thiết bị sấy (℃)

𝑡𝑣𝑙𝑐 Nhiệt độ vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy (℃)

𝑡𝑤 Nhiệt độ thành ống của calorifier phía tiếp xúc hơi ngưng (℃)

𝑡2 Bề dày lớp cách nhiệt (𝑚)

𝑉𝑏𝑢𝑛𝑘𝑒 Thể tích làm việc của bunke chứa bụi (𝑚3)

𝑉𝐴 Lưu lượng tác nhân sấy trước khi qua calorifier (𝑚3⁄ ) ℎ

𝑉𝐶 Lưu lượng tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy (𝑚3⁄ ) ℎ

𝑉𝑐𝑦𝑐𝑙𝑜𝑛𝑒 Lưu lượng khí vào cyclone (𝑚3⁄ ℎ𝑜ặ𝑐 𝑚ℎ 3⁄ ) 𝑠

𝑉𝑘 Lưu lượng không khí vào calorifier (𝑚3⁄ ℎ𝑜ặ𝑐 𝑚ℎ 3⁄ ) 𝑠

𝑉𝑡 Thể tích thùng sấy (𝑚3)

𝑉𝑣ỏ Thể tích lớp vỏ thùng sấy (𝑚3)

𝑣𝑏 Vận tốc của cơ cấu kéo bằng băng của gầu tải (𝑚 𝑠⁄ )

𝑣𝐶 Thể tích riêng của tác nhân sấy sau khi ra khỏi thùng sấy (𝑚3⁄𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘)

𝑣ℎ Thể tích riêng của tác nhân sấy (𝑚3⁄𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘)

𝑊 Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy (𝑘𝑔 ℎ⁄ )

𝑥1 Độ ẩm vật liệu trên vật liệu ướt trước khi sấy (%)

𝑥2 Độ ẩm vật liệu trên vật liệu ướt sau khi sấy (%)

𝑍 số răng tương đương của bánh răng (𝑟ă𝑛𝑔)

𝑧 Tổng số cánh nâng cần lắp trong thùng sấy (𝑐á𝑛ℎ)

Ký hiệu Hy Lạp:

𝛼𝑐 Hệ số cấp nhiệt của cánh trên ống trong calorifier (𝑊 (𝑚⁄ 2∙ 𝐾))

𝛼𝑚 Hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ trên ống đứng, màng nước ngưng tụ chảy

tầng (𝑊 (𝑚⁄ 2∙ 𝐾))

𝛼𝑡𝑛𝑠 Hệ số cấp nhiệt tương đương của không khí phía ngoài ống có cánh trong

calorifier (𝑊 (𝑚⁄ 2∙ 𝐾))

𝛼1 Hệ số cấp nhiệt của không khí nóng trong thùng sấy (𝑊 (𝑚⁄ 2∙ 𝐾))

𝛼2 Hệ số cấp nhiệt của không khí ngoài thùng sấy (𝑊 (𝑚⁄ 2∙ 𝐾))

𝛽 Hệ số điền đầy của thùng sấy (%)

Δ Đại lượng đặt trưng cho sự khác biệt giữa sấy lý thuyết và thực tế (𝑘𝐽 𝑘𝑔⁄ )

Δ𝑡𝑙𝑜𝑔 Nhiệt độ trung bình log của không khí trong và ngoài thùng sấy (𝐾)

Δ𝑡𝑙𝑜𝑔 Nhiệt độ trung bình log của hai dòng lưu chất qua calorifier (𝐾)

Δ𝑡𝑐 Hiệu số nhiệt độ của hai dòng lưu chất ở đầu ra của calorifier (℃ ℎ𝑜ặ𝑐 𝐾)

Δ𝑡đ Hiệu số nhiệt độ của hai dòng lưu chất ở đầu vào của calorifier (℃ ℎ𝑜ặ𝑐 𝐾)

Δ𝑡𝑙 Chênh lệch nhiệt độ lớn giữa không khí trong và ngoài thùng sấy

(℃ ℎ𝑜ặ𝑐 𝐾)

Δ𝑡𝑛 Chênh lệch nhiệt độ nhỏ giữa không khí trong và ngoài thùng sấy

(℃ ℎ𝑜ặ𝑐 𝐾)

𝛿𝑐 Bề dày cánh trên ống của calorifier (𝑚)

𝛿𝑜 Bề dày ống của calorifier (𝑚)

𝜀𝑐 Hệ số làm cánh trên ống của calorifier

𝜀𝑙 Hệ số liên quan đến 𝑅𝑒 𝑣à 𝐿𝑡⁄𝐷𝑡

𝜂 Hiệu suất làm sạch của cyclone (%)

𝜂𝑐 Hiệu suất cánh tròn trên ống của calorifier

𝜂𝑔 Hiệu suất của gầu tải băng

𝜂𝑞đ Hiệu suất của quạt đẩy

𝜂𝑞ℎ Hiệu suất của quạt hút

𝜂𝑡𝑟 Hiệu suất truyền động của trục trong quạt

𝜂𝑡𝑟𝑣 Hiệu suất của bộ truyền trục vít

𝜂12 Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ kín trong hộp giảm tốc

𝜂23 Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ hở ngoài hộp giảm tốc

𝜆 Hệ số dẫn nhiệt của thép CT20 (𝑊 (𝑚 ∙ 𝐾)⁄ )

𝜆𝑘 Hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình 𝑡𝑘𝑡𝑏 (𝑊 (𝑚 ∙ 𝐾)⁄ )

𝜆𝑚 Hệ số dẫn nhiệt của hơi nước bão hòa phía trong ống của calorifier ở nhiệt độ

𝑡𝑚 (𝑊 (𝑚 ∙ 𝐾)⁄ )

𝜆𝑜 Hệ số dẫn nhiệt của không khí ngoài thùng thùng sấy ở nhiệt độ trung bình

𝑡𝑜 (𝑊 (𝑚 ∙ 𝐾)⁄ )

𝜆𝑡 Hệ số dẫn nhiệt của thép 304 (𝑊 (𝑚 ∙ 𝐾)⁄ )

𝜆𝑏𝑡𝑡 Hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh (𝑊 (𝑚 ∙ 𝐾)⁄ )

𝜆𝑡𝑛𝑠 Hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy di chuyển ngoài ống của calorifier ở nhiệt

độ trung bình 𝑡𝑡𝑛𝑠 (𝑊 (𝑚 ∙ 𝐾)⁄ )

𝜇𝑘 Độ nhớt động lực của tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình 𝑡𝑘𝑡𝑏 (𝑁 ∙ 𝑠 𝑚⁄ 2)

𝜇𝑚 Độ nhớt động lực của hơi nước bão hòa phía trong ống của calorifier ở nhiệt

𝜇𝑜 Độ nhớt động lực của không khí ngoài thùng thùng sấy ở nhiệt độ trung bình

𝑡𝑜 (𝑁 ∙ 𝑠 𝑚⁄ 2)

𝜇𝑡𝑛𝑠 Độ nhớt động lực của tác nhân sấy di chuyển ngoài ống của calorifier ở nhiệt

độ trung bình 𝑡𝑡𝑛𝑠 (𝑁 ∙ 𝑠 𝑚⁄ 2)

𝜈𝑘 Độ nhớt động học của tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình 𝑡𝑘𝑡𝑏 (𝑚2⁄ ) 𝑠

𝜈𝑜 Độ nhớt động học của không khí ngoài thùng thùng sấy ở nhiệt độ trung bình

𝑡𝑜 (𝑚2⁄ ) 𝑠

𝜈𝑡𝑛𝑠 Độ nhớt động học của tác nhân sấy di chuyển ngoài ống của calorifier ở nhiệt

độ trung bình 𝑡𝑡𝑛𝑠 (𝑚2⁄ ) 𝑠

𝜉 Hệ số trở lực qua thiết bị

𝜌 Khối lượng riêng không khí ở điều kiện chuẩn (𝑘𝑔 𝑚⁄ 3)

𝜌𝐶 Khối lượng riêng tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình 𝑡𝐶 (𝑘𝑔 𝑚⁄ 3)

𝜌𝑑𝑥 Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt vật liệu sấy (𝑘𝑔 𝑚⁄ 3)

𝜌𝑘 Khối lượng riêng tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình 𝑡𝑘𝑡𝑏 (𝑘𝑔 𝑚⁄ 3)

𝜌𝑚 Khối lượng riêng của hơi nước bão hòa phía trong ống của calorifier ở nhiệt

độ 𝑡𝑚 (𝑘𝑔 𝑚⁄ 3)

𝜌𝑜 Khối lượng riêng của không khí ngoài thùng thùng sấy ở nhiệt độ trung bình

𝑡𝑜 (𝑘𝑔 𝑚⁄ 3)

𝜌𝑠 Khối lượng riêng của thép 304 (𝑘𝑔 𝑚⁄ 3)

𝜌𝑡𝑛𝑠 Khối lượng riêng của tác nhân sấy di chuyển ngoài ống của calorifier ở nhiệt

độ trung bình 𝑡𝑡𝑛𝑠 (𝑘𝑔 𝑚⁄ 3)

𝜌𝑣𝑙 Khối lượng riêng của vật liệu sấy (𝑘𝑔 𝑚⁄ 3)

𝜌35 Khối lượng riêng của thép C35 (𝑘𝑔 𝑚⁄ 3)

𝜎𝑏𝑘 Giới hạn bền kéo của bánh răng (𝑁 𝑚𝑚⁄ 2)

𝜎𝑐ℎ Giới hạn chảy của bánh răng (𝑁 𝑚𝑚⁄ 2)

𝜎𝑢 Ứng suất uốn tại chân răng của bánh răng (𝑁 𝑚𝑚⁄ 2)

𝜎−1 Giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ đối xứng của thép (𝑁 𝑚𝑚⁄ 2)

[𝜎] Ứng suất uốn cho phép khi răng làm việc một mặt (𝑁 𝑚𝑚⁄ 2)

𝜏 Thời gian sấy lý thuyết (ℎ ℎ𝑜ặ𝑐 𝑝ℎú𝑡)

𝜏𝑙 Thời gian lưu của vật liệu sấy hay thời gian sấy thực tế (ℎ ℎ𝑜ặ𝑐 𝑝ℎú𝑡)

𝜑 Độ ẩm tương đối (độ bão hòa hơi nước) của không khí ẩm (%)

𝜑 Hệ số chứa đầy vật liệu trong gầu

𝜓𝑚 Chiều dài tương đối của răng đối với bánh răng trụ răng thẳng

𝜔 Tốc độ của tác nhân sấy (𝑚 𝑠⁄ )

𝜔𝑑 Tốc độ dòng khí trong đường ống dẫn khí của hệ thống (𝑚 𝑠⁄ )

𝜔𝑚𝑎𝑥 Tốc độ dòng khí tại khe hẹp nhất của calorifier (𝑚 𝑠⁄ )

𝜔𝑞 Tốc độ quy ước của khí trong cyclone (𝑚 𝑠⁄ )

𝜔𝑣 Tốc độ của dòng khí tại cửa vào calorifier do mở đột ngột (𝑚 𝑠⁄ )

PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về quá trình và thiết bị sấy

Sấy là một quá trình truyền nhiệt và truyền khối, tách những chất dễ bay hơi, thông thường là nước, ra khỏi vật liệu ẩm Để tách ẩm ra khỏi vật liệu ẩm, cần một lượng nhiệt nhất định Lượng nhiệt này có thể được cung cấp cho vật liệu ẩm dưới các hình thức truyền nhiệt khác nhau là dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc dùng năng lượng điện trường có tần số cao Khi tách một phần hoặc hoàn toàn ẩm ra khỏi vật liệu tùy theo yêu cầu công nghệ, vật liệu sẽ giảm khối lượng, tăng độ bền và bảo quản được lâu hơn; do đó, quá trình sấy được ứng dụng rỗng rãi trong nhiều ngành sản xuất, đặc biệt là trong công nghệ thực phẩm và dược phẩm do hạn chế quá trình phát triển của vi khuẩn Nhờ vậy, sấy là một trong những

kỹ thuật có vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp và đời sống từ xưa cho đến nay, góp phần vào sự phát triển của nền công nghiệp, nông nghiệp và kinh tế của địa phương, quốc gia và thế giới

Để thiết kế hay vận hành một thiết bị sấy, quá trình truyền nhiệt và truyền khối không chỉ là mối quan tâm duy nhất, mà bên cạnh đó còn có một yếu tố vô cùng quan trọng

đó chính là chất lượng và tính chất của sản phẩm (màu, mùi, vị, khối lượng riêng, độ cứng, kết cấu…)

Thiết bị sấy có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau như theo phương pháp sấy, theo chế độ sấy… Một cách phân loại hiệu quả cũng đóng một phần rất quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị sấy phù hợp theo yêu cầu công nghệ Do đó, đồ án này phân loại thiết bị sấy theo các tiêu chí sau:

1.1.1 Phân loại theo dạng của nhập liệu và sản phẩm

Đa số các thiết bị sấy được dùng để sấy các vật liệu rời, nhưng thực tế, nhập liệu

có thể ở rất nhiều dạng khác nhau, từ dạng dung dịch hay nhũ tương, cho đến hỗn hợp nhão, dạng bột hay dạng hạt Do đó, dạng của nhập liệu và sản phẩm là một yếu tố cốt lõi để lựa chọn thiết bị sấy

1.1.2 Phân loại theo phương thức vận hành – theo mẻ hoặc liên tục

Phần lớn thiết bị sấy gián đoạn hay theo mẻ được sử dụng khi năng suất yêu cầu

quy trình theo mẻ Một số thiết bị sấy theo mẻ phổ biến như thiết bị sấy mâm, thiết bị sấy phun, thiết bị sấy thùng quay… được thể hiện ở Hình 1.1 và Hình 1.2

Hình 1.1 Một thiết bị sấy mâm của Systemengitech

Hình 1.2 Thiết bị sấy sữa bột của centrifugalspraydryer

Thiết bị sấy liên tục thường được sử dụng khi năng suất yêu cầu cao (trên

1 tấn h⁄ ), tốc độ sấy cao, và khi toàn bộ quá trình sản xuất là liên tục Một số thiết bị

sấy liên tục phổ biến như thiết bị sấy băng tải, thiết bị sấy thùng quay… được thể hiện

ở Hình 1.3 và Hình 1.4

Hình 1.3 Một thiết bị sấy băng tải của Rudnick & Enners

Hình 1.4 Thiết bị sấy thùng quay trong thực tế

1.1.3 Phân loại theo phương thức truyền nhiệt – đối lưu, dẫn nhiệt, bức xạ hoặc

dùng dòng điện cao tần

Thiết bị sấy đối lưu có thể đạt được nhiệt độ sấy lên đến 1000 K, nhiệt độ giới hạn cho đại đa số các vật liệu sấy quen thuộc Khi yêu cầu nhiệt độ sấy cao hơn, phương pháp sấy bức xạ thường được sử dụng Đối với thiết bị sấy đối lưu, khi độ ẩm sản phẩm

Hiệu suất thiết bị sấy đối lưu tăng khi tăng nhiệt độ đầu vào của dòng tác nhân sấy với cùng một nhiệt độ đầu ra Và do cần một lượng lớn tác nhân sấy để vận hành quá trình sấy đối lưu, thiết bị thu hồi bụi có thể sẽ rất lớn và đắt tiền, đặc biệt là khi sấy các vật liệu rời có kích thước rất nhỏ

Thiết bị sấy bằng phương pháp dẫn nhiệt có nhiệt độ bề mặt dẫn nhiệt thường từ dưới điểm đông đặc đối với thiết bị sấy thăng hoa, cho đến trên 800 K; thích hợp để sấy

ở áp suất thấp, cho phép thu hồi các dung môi và tránh hình thành hỗn hợp nổ hoặc quá trình oxy hóa của các chất dễ phân hủy

Thiết bị sấy bằng bức xạ hồng ngoại phụ thuộc vào sự truyền của năng lượng bức xạ để bay hơi ẩm Năng lượng này có thể được cung cấp bằng đèn hồng ngoại, bằng điện trở, hoặc các vật liệu chịu lửa được nung đỏ Thiết bị sấy bức xạ thường không phổ biến trong ngành công nghiệp hóa học để tách ẩm mà dùng để nung nóng các tấm vật liệu mỏng

Thiết bị sấy dùng dòng điện cao tần phù hợp dùng cho các vật liệu có cấu tạo hình học phức tạp như gỗ, vật liệu xốp rỗng, gốm sứ…

1.1.4 Phân loại theo trạng thái của vật liệu rắn – tĩnh, động, tầng sôi hoặc phân tán

Quá trình truyền nhiệt và truyền khối trong thiết bị sấy phân tán nhanh hơn nhiều

so với thiết bị sấy vật liệu rắn tĩnh hoặc chuyển động thành dòng, do đó thường được

sử dụng khi yêu cầu tốc độ sấy cao, thời gian sấy ngắn hay công suất lớn Còn thiết bị sấy vật liệu rắn tĩnh hoặc chuyển động thành dòng rất thích hợp cho các vật liệu cần sấy chậm và cần thời gian lưu dài Các trạng thái của vật liệu rắn được thể hiện ở Hình 1.5, Hình 1.6, Hình 1.7, Hình 1.8 và Hình 1.9

Hình 1.5 Vật liệu rắn ở trạng thái tĩnh (thiết bị sấy mâm) [1]

Hình 1.6 Vật liệu rắn ở trạng thái động [1]

Hình 1.7 Vật liệu rắn ở trạng thái động trong một thiết bị sấy thùng quay [1]

Hình 1.8 Vật liệu rắn ở trạng thái tầng sôi [1]

Hình 1.9 Vật liệu rắn ở dạng phân tán ở đầu vào của một thiết bị sấy phun [1]

1.1.5 Phân loại theo sự tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy – song song, vuông

góc, tuần hoàn xuyên qua

Sự tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy được trình bày ở Hình 1.10, Hình 1.11 và Hình 1.12

Hình 1.10 Dòng tác nhân sấy song song với vật liệu rắn ở trạng thái tĩnh [1]

Hình 1.11 Dòng tác nhân sấy vuông góc với vật liệu rắn trong một thiết bị sấy băng

tải [1]

Hình 1.12 Dòng tác nhân sấy tuần hoàn xuyên qua vật liệu sấy [1]

1.1.6 Phân loại theo hướng đi của tác nhân sấy so với vật liệu sấy – cùng chiều,

ngược chiều, xuyên qua

Sự khác biệt giữa các hướng đi của tác nhân sấy so với vật liệu sấy nằm ở phân

bố nhiệt độ của chúng dọc theo thiết bị sấy Khi tác nhân sấy đi xuyên qua vật liệu sấy

ở Hình 1.13, tất cả các hạt rắn đều tiếp xúc với tác nhân sấy có cùng nhiệt độ, và nhiệt

độ của chúng tiến đến nhiệt độ của tác nhân sấy ở gần cuối quá trình sấy

Hình 1.13 Dòng tác nhân sấy đi xuyên qua vật liệu sấy trong thiết bị sấy tầng sôi hay

thiết bị sấy băng tải [1]

Đối với dòng tác nhân sấy và vật liệu sấy cùng chiều ở Hình 1.14, nhiệt độ tác nhân sấy giảm dần dọc theo thiết bị sấy, và nhiệt độ vật liệu sấy ở đầu ra thiết bị thấp hơn nhiều so với khi sấy với tác nhân sấy đi xuyên qua chúng Do đó, thiết bị sấy cùng chiều rất thích hợp sấy các vật liệu dễ biến tính bởi nhiệt độ

Hình 1.14 Dòng tác nhân sấy và vật liệu sấy cùng chiều [1]

Mặt khác, trong quá trình sấy ngược chiều, vật liệu sấy ở điểm cuối được tiếp xúc với tác nhân sấy có nhiệt độ cao nhất và khô nhất, vì vậy nó thường được dùng để tận dụng nhiệt của tác nhân sấy khi yêu cầu độ ẩm vật liệu sấy đầu ra thấp, không phù hợp với các vật liệu dễ biến tính bởi nhiệt

1.2 Tổng quan về vật liệu sấy – đường sucrose

1.2.1 Các tính chất hóa lý của đường sucrose

Trong thực tế, có nhiều loại đường khác nhau, trong đó, loại phổ biến và thông dụng nhất là đường sucrose, hay còn có tên thường gọi là đường trắng, đường cát… dùng trong thực phẩm, dược phẩm… Hình ảnh thực tế quen thuộc của đường cát được thể hiện ở Hình 1.15

Hình 1.15 Đường trắng hay còn gọi là đường cát

Đường sucrose có công thức hóa học là C12H22O11 và cấu tạo của nó được thể hiện ở Hình 1.16 Đường sucrose là một disaccharide, được tạo thành từ hai monosaccharide là glucose và fructose Một số tính chất hóa lý của đường sucrose được trình bày ở Bảng 1.1

Hình 1.16 Cấu tạo của đường sucrose

Bảng 1.1 Một số tính chất hóa lý của đường sucrose

1.2.2 Tổng quan về quy trình sản xuất đường sucrose trong công nghiệp

Đường sucrose là một carbohydrate tự nhiên có trong thành phần của nhiều loại thực vật, nhưng thông thường, chỉ có mía và củ cải đường là chứa một lượng đường sucrose đáng kể để sản xuất

Đường thành phẩm có nhiều dạng khác nhau Trong đó, đường cát (granulated sugar) là dạng phổ biến nhất dùng trong sản xuất và gia đình; đường bột (icing sugar)

là dạng bột của đường cát và thường được thêm vào một ít tinh bột ngô để chống vón cục; đường nâu là đường cát có chứa rỉ đường (molasses)

Một cách tổng quát, quy trình sản xuất đường đối với hai loại nguyên liệu là mía

và củ cải đường là rất giống nhau, điểm khác biệt lớn nhất là ở khâu ép và lọc dịch đường Đối với mía, đường chủ yếu nằm ở thân cây, trong khi ở củ cải đường thì được chứa trong rễ cây Thân cây mía được cắt nhỏ, sau đó đem đi ép dịch đường bằng máy

ép Dịch đường này sẽ được lọc để loại bỏ bùn đất và bã cây Còn đối với củ cải đường,

rễ của chúng sẽ được cắt sợi và đem đi trích ly và lọc trong tháp phun Các dịch đường thu được từ mía hoặc củ cải đường như trên sẽ được cô đặc thành dạng syrup đặc, sau

đó đem đi kết tinh đường để tạo thành một hỗn hợp đường và rỉ đường Cuối cùng, hỗn hợp này được lọc ly tâm để tách đường và rỉ đường ra, trước khi đem đi sấy, làm mát

và lưu trữ Đường thô cũng được sản xuất bằng quy trình tương tự nhưng bỏ bớt các công đoạn lọc và tinh chế, sau đó chúng được chuyển đến các nhà máy tinh chế đường thô, nơi mà chúng sẽ được nung chảy, lọc và tinh chế trước khi kết tinh lại một lần nữa

1.3 Lựa chọn thiết bị sấy đường sucrose

Có rất nhiều cách và tiêu chí để lựa chọn một thiết bị sấy cho quy trình sấy một vật liệu ẩm cho trước Căn cứ vào các tính chất hóa lý của đường sucrose được trình bày ở mục

1.2.1, cũng như kích thước hạt của đường cát nằm trong khoảng từ 0.3 đến 0.55 mm, ta lựa

chọn thiết bị sấy thùng quay do các đặc điểm như thích hợp cho sấy vật liệu rời dạng hạt

có kích thước khoảng 0.5 mm trở lên, năng suất cao hơn so với thiết bị sấy tầng sôi, giá thành rẻ hơn so với phương pháp sấy bằng dòng điện cao tần Bên cạnh đó, thiết bị sấy thùng quay là loại thiết bị sấy truyền thống và là phương pháp sấy phổ biến nhất cho công nghệ sấy đường sucrose, có thể vận hành ở cả hai chế độ: liên tục hoặc gián đoạn

1.4 Lựa chọn tác nhân sấy đường sucrose

Đường sucrose là thực phẩm cho con người, phải có độ an toàn và sạch tuyệt đối,

do đó, tác nhân sấy được lựa chọn để sấy đường sucrose là không khí ẩm được gia nhiệt qua calorifier khí – khói

PHẦN 2: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ

Quy trình sản xuất đường mía được trình bày theo sơ đồ khối ở Hình 2.1 Trong đó đường hoàn toàn có thể được sản xuất từ mía hoặc củ cải đường, sau công đoạn lọc ly tâm

để tách tinh thể đường ra khỏi rỉ đường, tinh thể đường ẩm được đưa vào hệ thống sấy thùng quay với tác nhân sấy là không khí nóng được gia nhiệt bởi calorifier khí – hơi Đường sau khi hoàn thành công đoạn sấy sẽ được tháo ra qua hệ thống băng tải để tiếp tục các công đoạn tiếp theo là đóng gói và lưu trữ Tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy sẽ được hút vào cyclone để loại bỏ bụi và đường bị lôi cuốn theo, sau đó theo quạt hút ra ngoài

Hình 2.1 Sơ đồ khối quy trình sản xuất đường mía

2.2 Bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ

Sơ đồ quy trình sấy đường được thể hiện ở Hình 2.1, gồm: (1) cyclone; (2) quạt, (3) băng tải; (4) thùng sấy; (5) bệ đỡ; (6) gầu tải; (7) phễu nhập liệu; (8) calorifier ống

PHẦN 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 3.1 Cân bằng vật chất

Giả sử thiết bị sấy được vận hành ở nhà máy đường Biên Hòa, Đồng Nai Khí hậu

ở tỉnh Đồng Nai theo Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia có nhiệt độ trung bình năm là 27℃ và độ ẩm trung bình năm là 80% Đây là trạng thái không khí trước khi qua calorifier khi tính toán ở các phần sau Tiếp theo, không khí được quạt thổi qua calorifier khí – khói và gia nhiệt với hàm ẩm không đổi Ở đây, đồ án này chọn gia nhiệt không khí đến 80℃ do nhiệt độ nóng chảy của đường sucrose là 186℃ Không khí nóng sau đó vào thiết bị sấy thùng quay, thực hiện quá trình sấy đường Sơ đồ thiết bị sấy được thể hiện ở Hình 3.1 với 3 mốc trạng thái của không khí: trước khi qua calorifier (A), sau khi qua calorifier hay trước khi vào thiết bị sấy (B), sau khi ra khỏi thiết bị sấy (C)

Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị sấy thùng quay

Theo sơ đồ thiết bị sấy Hình 3.1, ta có phương trình cân bằng vật chất:

𝑊 = 𝐿1− 𝐿2 = 𝐿1𝑥1− 𝐿2𝑥2Năng suất sản phẩm:

Trong quá trình sấy, xem như không có tổn thất vật liệu sấy, do đó lượng vật liệu khô tuyệt đối không đổi trong suốt quá trình sấy:

𝐿𝑘 = 𝐿1(1 − 𝑥1) = 1000(1 − 8 100⁄ ) = 920 𝑘𝑔 ℎ⁄

3.1 Cân bằng năng lượng

Phương trình cân bằng năng lượng dựa trên sơ đồ thiết bị sấy Hình 3.2 như sau: Nhiệt lượng mang vào:

Từ đó rút ra nhiệt lượng cung cấp cho thiết bị sấy:

𝑄 = 𝑄𝑐 = 𝐺(𝐻𝐶− 𝐻𝐴) + 𝐿2𝐶𝑣𝑙(𝑡𝑣𝑙𝑐 − 𝑡𝑣𝑙đ) + 𝑄𝑚− 𝑊𝐶𝑡𝑣𝑙đĐặt nhiệt lượng đun nóng vật liệu sấy:

𝑄𝑣𝑙 = 𝐿2𝐶𝑣𝑙(𝑡𝑣𝑙𝑐 − 𝑡𝑣𝑙đ)

Ta có:

𝑄 = 𝑄𝑐 = 𝐺(𝐻𝐶 − 𝐻𝐴) + 𝑄𝑣𝑙 + 𝑄𝑚− 𝑊𝐶𝑡𝑣𝑙đĐặt nhiệt lượng tổn thất chung (vì nhiệt lượng này không làm bốc hơi nước trong vật liệu sấy):

∑ 𝑄 = 𝑄𝑣𝑙 + 𝑄𝑚

Ta có:

𝑄 = 𝑄𝑐 = 𝐺(𝐻𝐶 − 𝐻𝐴) + ∑ 𝑄 − 𝑊𝐶𝑡𝑣𝑙đ

Chia phương trình trên cho 𝑊 sẽ được nhiệt lượng để bốc hơi 1 kg ẩm cũng là nhiệt lượng cung cấp cho calorifier:

𝐶𝑡𝑣𝑙đ − ∑ 𝑞 = Δ Khi đó:

𝑞𝑐 =𝐻𝐶 − 𝐻𝐴

𝑑𝐶 − 𝑑𝐴 − Δ = 𝑔(𝐻𝐶 − 𝐻𝐴) − Δ

Δ là đại lượng đặt trưng cho sự khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết và quá trình sấy thực tế

3.2.1 Quá trình sấy lý thuyết

Quá trình sấy lý thuyết có Δ = 0 Khi đó:

𝑞𝑐 = 𝑔(𝐻𝐶− 𝐻𝐴) Mặt khác, khi qua calorifier, không khí được gia nhiệt từ nhiệt độ 𝑡𝐴 đến 𝑡𝐵, nên enthalpy của không khí tăng từ 𝐻𝐴 đến 𝐻𝐶 Do đó 𝑞𝑐 có thể tính theo phương trình cân bằng năng lượng cho calorifier:

𝑞𝑐 = 𝑔(𝐻𝐵 − 𝐻𝐴)

Từ 2 phương trình trên, ta rút ra:

𝐻𝐶 = 𝐻𝐵Vậy trong quá trình sấy lý thuyết, enthalpy của không khí không thay đổi Hay nói cách khác, trong quá trình sấy lý thuyết, một phần nhiệt lượng của không khí có bị mất đi cũng chỉ để làm bốc hơi ẩm trong vật liệu, hơi ẩm mang nhiệt lượng đó sau đó nhập lại vào dòng không khí Ta có các thông số trạng thái của không khí trong quá trình sấy lý thuyết được trình bày ở Bảng 3.1 và Hình 3.2 Đồ án này chọn nhiệt độ ra khỏi thiết bị sấy (nhiệt độ bầu khô) của không khí là 37℃ do theo giản đồ Carrier, xác

128,35 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘⁄ là 𝑡𝑠 = 34,8℃ Cần chọn nhiệt độ cuối quá trình sấy lớn hơn nhiệt

độ đọng sương để tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên bề mặt vật liệu

Trong quá trình sấy, xem như không có tổn thất không khí khô, và lượng không khí này nhận thêm lượng ẩm bốc hơi là 𝑊 Ta có cân bằng ẩm cho dòng không khí:

Thông số

Trạng thái không khí trước khi qua calorifier (A)

Trạng thái không khí sau khi qua calorifier (B)

Trạng thái không khí ẩm sau khi ra khỏi thiết bị sấy (C)