đồ án qttb thiết kế hệ thống sấy tháp năng suất 9 tấn h

Chương I: Tổng quan về công nghệ, thiết bị sấyMục đích: Tăng năng suất cao, chi phí vận chuyển giảm, vốn đầu tư thấp nhất nhưng giữ được những đặc tính tốt đặc trưng của sản phẩm: độ dẻo

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 3

Chương I: Tổng quan về công nghệ, thiết bị sấy 4

I,Công nghệ 4

1 Các phương pháp sấy 4

2 Tác nhân sấy 5

3, Chất tải nhiệt 6

4,Nguồn nhiên liệu 8

II,.Thiết bị sấy 9

Chương II: Động học quá trình sấy 15

I.Đặc điểm diễn biến của quá trình sấy 15

1, Giai đoạn làm nóng vật 15

2, Giai đoạn tốc độ sấy không đổi 15

3, Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần 16

II Các quy luật cơ bản của quá trình sấy 17

Chương III: Thiết kế, tính toán thiết bị sấy tháp 18

I Chọn sơ bộ kết cấu 19

1, Chọn chế độ sấy 19

2, Tính toán quá trình cháy và quá trình hòa trộn 21

3, Tính cân bằng ẩm cho từng vùng 25

4, Quá trình sấy lý thuyết 26

5, Tính các tổn thất nhiệt 29

6, Xây dựng quá trình sấy thực 31

7, Cân bằng nhiệt 34

8, Tính nhiên liệu tiêu hao 37

9, Tính toán vùng làm mát 38

10,Chọn dạng, bố trí kênh dẫn và kênh thải 39

II Tính toán thiết bị phụ trợ hệ thống 41

1,Buồng đốt 41

2, Thiết bị lọc và khử bụi từ lò đốt 43

3, Chọn quạt 44

III Bản vẽ 44

LỜI NÓI ĐẦU

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 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 thực phẩm

Cây ngô là một trong những cây lương thực trồng phổ biến ở cácnước trên thế giới, rất dễ trồng, thích hợp với các điều kiện khí hậu khác nhau nên cả những nước nhiệt,ôn và hàn đới đều trồng được

Ở nước ta ngô được trồng nhiều ở các vùng đồng bằng trung và miền núi cho năng suất cao

Hầu hết các bộ phận của cây ngô đều được tận dung triệt để trong các ngành CNTP và một số ngành công nghiệp nhẹ Số sản phẩm chế biến từ ngô có thể liệt kê đến 2000 loại khác nhau.Tuy nhiên, phần quan trọng nhất vẫn là hạt ngô, hạt ngô có thể được sử dụng trực tiếp dạng nguyên hoặc đưa đi chế biến tiếp Sấy làm cho

độ ẩm của thực phẩm thấp, bề mặt ngoài hẹp, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật cũng như tiêu diệt vi sinh vật trong quá trình sấy, đảm bảo vệ sinh cho thực phẩm Trong đồ án môn học này với đề tài

về sấy tháp ngô em xin được trình bày dưới đây

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 và chỉ bảo tận tình của PGS.TS Lê Nguyên Đương để em có thể hoàn thành tốt đồ án này

Sinh viên

Đặng Thu Hòa

Chương I: Tổng quan về công nghệ, thiết bị sấy

độ dẻo, giòn, dai, màu sắc hương vị, độ bóng sáng của sản phẩm, không nứt mẻ, cong vênh, tăng khả năng bảo quản

Yêu cầu tác động cơ bản đến vật ẩm là:

-cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho ẩm trong vật hóa hơi

-lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường

Quá trình hóa hơi của ẩm lỏng trong vật là bay hơi nên có thể xảy ra

ở bất kì nhiệt độ nào

1 Các phương pháp sấy

a Phương pháp sấy đối lưu

Việc cấp nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu (

tự nhiên hay cưỡng bức ).Trường hợp này, môi chất làm nhiệm vụ cấp nhiệt

b Phương pháp sấy bức xạ

Trong phương pháp này, việc gia nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng trao đổi nhiệt bức xạ Người ta dùng đèn hồng ngoại hay các bề mặt rắn

có nhiệt độ cao hơn để bức xạ nhiệt tới vật ẩm

c.Phương pháp sấy tiếp xúc

Việc cấp nhiệt cho vật liệu sấy thực hiện bằng dẫn nhiệt do vật sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn

d Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần

Người ta để vật ẩm trong điện trường tần số cao Vật ẩm sẽ được nóng lên Trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt

Kết luận: Từ đề bài và điều kiện, chọn phương pháp sấy đối lưu.

2 Tác nhân sấy

a, Định nghĩa:

Là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy.Nhiệm vụ: -Gia nhiệt cho vật sấy

-Tải ẩm: Mang ẩm từ bề mặt vào môi trường

-Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt

b, Các loại tác nhân sấy

Không khí nóng

Không khí ẩm là loại tác nhân sấy thông dụng nhất

-Nhiệt độ không khí để sấy không thể quá cao.( Thường < 500 độ C)

Vì nếu nhiệt độ cao hơn làm ảnh hưởng lớn đến thiết bị nên phải sử dụng các vật liệu như thép hợp kim hay gốm sứ chi phí cao

Khói lò

Ưu điểm:-Phạm vi nhiệt độ rộng từ hàng chục đến hàng nghìn độ C-Không cần calorife

Nhược điểm: -Có thể làm ô nhiễm sản phẩm sấy

- chỉ dùng cho các vật liệu không sợ bị ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, 1

số loại hạt có vỏ

Hỗn hợp không khí hơi và hơi nước

- Dùng khi cần có độ ẩm tương đối cao

Hơi quá nhiệt

Hơi quá nhiệt dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao

và sản phẩm sấy là chất dễ cháy nổ

Kết luận: Từ đề bài và điều kiện, chọn khói lò

Ưu điểm: -Áp suất sử dụng thấp hơn khi dùng hơi

-Lò nước nóng có cấu tạo đơn giản hơn, giá thành rẻ hơn

-Nhiệt dung riêng của nước lớn nên thiết bị gọn gàng

Nhược: -Nhiệt độ bị hạn chế ( thường < 100) nếu dùng ở nhiệt độ caohơn phải dùng nước áp suất cao

- Nhiệt dung riêng bé hơn nước nên lưu lượng lớn hơn so với nước khi cùng công suất

-Giá thành đắt hơn nước

Khói lò

Ưu: -Không phải trang bị lò hơi nên vốn đầu tư ít hơn

Nhược: -calorife khí-khói làm việc ở nhiệt độ cao cần dùng vật liệu chịu nhiệt

-Khói lò có hệ số truyền nhiệt thấp nên diện tích bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với dùng hơi nước hay chất lỏng

Nhược: -Giá thành nhiên liệu cao

Kết luận: Từ đề bài và điều kiện, chọn khói lò

4,Nguồn nhiên liệu

Mục đích: để gia nhiệt cho không khí

Điện (calorife điện)

Ưu điểm:

-Thiết bị gọn nhẹ, sạch sẽ

- Dễ điều chỉnh nhiệt độ của tác nhân.

Nhược điểm:

-chi phí lớn

Nhiên liệu( than, củi,…)(calorife khí - khói)

-Ưu: Rẻ, thiết bị đơn giản

Nhược: -Cồng kềnh

-Khó điều chỉnh nhiệt độ tác nhân

-Bẩn

3 Hơi nước (dùng calorife khí - hơi)

Chọn nguồn nhiên liệu Than củi

II,.Thiết bị sấy

a,Thiết bị sấy đối lưu

Sử dụng phương pháp truyền nhiệt đối lưu :

-Tác nhân sấy đồng thời là chất mang nhiệt để cung cấp năng lượng cho vật liệu sấy và mang ẩm thoát ra từ vật liệu sấy thải vào môi trường Thường sử dụng không khí nóng hoặc khói lò

Thiết bị sấy buồng

-Thường dùng để sấy các vật liệu dạng cục, hạt với năng suất không lớn lắm

-Làm việc theo chu kì

-Buồng sấy có thể làm bằng thép tấm 2 lớp, giữa có cách nhiệt hoặc đơn giản xây bằng gạch đỏ có cách nhiệt hoặc không

-Dung lượng: Từ mấy dm ->mấy m , nhỏ.3 3

-Tác nhân sấy: Thường là không khí nóng hoặc khói lò

Không khí được đốt nóng nhờ calorife điện hoặc calorife khí-khói Calorife đc đặt dưới các thiết bị đỡ vật liệu hoặc 2 bên sườn buồng sấy.-Cấu tạo đơn giản dễ vận hành không yêu cầu mặt bằng lớn nhưng năng suất không cao, khó cơ giới hóa, vốn đầu từ không đáng kể, do đó thiết bị buồng sấy thích hợp với các xí nghiệp bé, lao động thủ công là chính, chưa có điều kiện kinh phí để xây dựng các thiết bị sấy khác có năng suất cao, dễ cơ giới hóa

Thiết bị sấy hầm

-Sấy vật liệu dạng cục hạt, với năng suất cao và dễ dàng cơ giới hóa.-Khác với sấy buồng sấy từng mẻ, thiết bị sấy hầm vật liệu sấy được đưa vào và lấy ra gần như liên tục

-Hầm sấy thường dài từ 10-15m hoặc lớn hơn, xây bằng gạch đỏ có cách nhiệt hoặc không

-Thiết bị chuyền tải thường là xe goong hoặc băng tải

-Tác nhân sấy: Chủ yếu là không khí nóng

-Calorife dùng để gia nhiệt cho không khí thường là calorife khí- hơi hoặc khí-khói, tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu là hơi nước hay khói lò, thường được bố trí trên nóc hầm sấy Có 2 cách đưa tác nhân sấy hầm từ trên xuống hoặc đưa vào từ 2 bên

Thiết bị sấy tháp

-Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và đặc điểm:

Hệ thống máy sấy gồm calorifer hoặc cấp nhiệt trực tiếp từ buồng đốt hòa trộn với không khí tươi, hệ thống quạt và các thiết

bị phụ trợ khác

Tháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và chiều dài Trong tháp sấy người ta bố trí hệ thống kênh dẫn và thải tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy (đặc điểm này khác với các thiết bị sấy buồng vàhầm) Tác nhân sấy từ kênh dẫn gió nóng luồng lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình trao đổi nhiệt sấy và nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài Vật liệu sấy chuyển động từ trên xuống dưới từ tính tự chảy do trọng lượng bản thân của chúng Tháp sấy nhận nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa dòng tác nhânchuyển động vừa ngược chiều vừa cắt ngang và do dẫn nhiệt từ

bề mặt kênh dẫn và kênh thải qua lớp vật liệu nằm trên các bề mặt đó Vì vậy trong thiết bị sấy tháp, nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được gồm 2 thành phần: thành phần đối lưu giữa tác nhân sấy với khối lượng hạt và thành phần dẫn nhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệu nằm trên đó.Khi sấy hạt di chuyển từ trên cao (do gàu tải hoặc vít tải đưa lên)xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc dzích dzắc trong tháp sấy Để tăng năng suất thiết bị ngoài phương pháp mởrộng dung lượng của tháp thì ở một mức độ đáng kể người ta còntìm cách tăng tốc độ tác nhân chuyển động qua lớp hạt Tốc độ này có thể từ 0.2 ÷ 0.3m/s đến 0.6 ÷ 0.7 m/s hoặc lớn hơn Tuy nhiên, tốc độ tác nhân khi ra khỏi ống góp kênh thải theo kinh nghiệm không nên vượt quá 6m/s để tránh hạt bị cuốn theo tác nhân đi vào hệ thống thải ẩm (đọng lại trong các đoạn ống, dẫn đến quạt thải…)

Các loại máy sấy tháp phổ biến:

Máy sấy tháp tam giác

Máy sấy tháp tròn

Máy sấy tháp hình thoi

_Là thiết bị chuyên dụng để sấy các loại hạt cứng như thóc, ngô, đậu,

…

-Đặc điểm khác với sấy buồng và sấy hầm là các kênh thông gió nóng và các kênh thải ẩm được bố trí xen kẽ ngay trong lớp vật liệu sấy Tác nhân sấy từ kênh gió nóng luồn lách qua lớp vật liệu thực hiện quá trình sấy rồi nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải ra ngoài

Trong thiết bị sấy tháp nhiệt lượng vật liệu sấy gồm có hai thành phần:

-Thành phần đối lưu giữa tác nhân sấy với khối hạt

-Thành phần dẫn nhiệt giữa bề mặt các kênh gió nóng, kênh thải ẩm với chính lớp vật liệu nằm trên đó

-Hệ số truyền nhiệt giữa tác nhân và lớp hạt có thể xác định bằng công thức thực nghiệm của V.W

Có thể xác định lượng chứa ẩm của trạng thái B theo công thức:

=

Thay các hệ số hệ số không khí thừa của từng giai đoạn và các đại lượng đã biết, ta tìm được:

Để xác định ta xác định phân áp suất hơi nước bão hòa ứng với nhiệt

độ từng giai đoạn theo công thức:

Pbi = exp ( 12 – )

Khi đó ứng với = 110 và = 140C ta tìm được:

đó ta thay P và vào công thức: bi

= 1.7%;= 0.7%

Từ đặc trưng của quá trình sấy lí thuyết I = const, khi biết ( I , d11 11) (I ,12

d12) và t ,t chúng ta dễ dàng xác định được các điểm biểu diễn trạng 21 22

thái của TNS C , C12 11 ra khỏi các vùng sấy

Từ C11 C chúng ta xác định được trên đồ thị I -d lượng chứa ẩm sau 12

quá trình sáy vùng 1 d , và vùng 2 d , độ ẩm tương đối φ và φ210 220 210 220 Đương nhiên những thông số này có thể tìm bằng giải tích :

2i0 =

:

= 2500 + 1.842

Thay tương ứng bằng 45 và 60 ta tìm được =2583 kJ/kg và = 2610kJ/kg Tiếp đó, thay , và vào công thức xác định lượng chứa ẩm ta được: = 0.0412 kg ẩm/kgkk; = 0.0478 kg ẩm/kgkk.

Độ ẩm tương đối của TNS sau quá trình sấy lý thuyết

Cũng như các thông số khác, độ ẩm tương đối có thể xác định trực tiếp bằng đồ thị I-d hoặc xác định bằng giải tích theo công thức:

=

:

= exp ( 12 – )

=45 và = 60 ta tìm được = 0.0949bar và = 0.1967 bar

Khi đó thay các giá trị đã biết ta tìm được: = 65% và = 36 %;

TNS lý thuyết cần thiết của các buồng sấy là

Tổn thất nhiệt do TNS mang đi:

Để tính năng lượng này trước hết ta tính nhiệt dung riêng C của ngô vi

khi ra khỏi 2 vùng sấy

C vi = (1- ) C + C 2i k a ω 2i

Với C là nhiệt dung riêng của nướca

Khi đó, nếu ta chọn nhiệt dung riêng của vật liệu khô C = 1.7 kJ/kg.K k

Tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh

Như chúng ta đã biết tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh tính theo công thức:

q =

Trong đó: K là hệ số truyền nhiệt

K = 1/()

Để xác định tổn thất này ta cần tính diện tích xung quanh tháp sấy

F = 2(L+B)H = 2× (3+2)×12.6 = 126 m²

Theo kinh nghiệm ta chia chiều cao của tháp theo các vùng với tỉ lệ Vùng sấy 1/Vùng sấy 2/ Vùng làm mát = 1.5/1/1 Do đó diện tích xung quanh của 3 vùng tương ứng là == 36 m² = 54 m²

Để tính , ta xác định sơ bộ tốc độ tác nhân đi trong TBS và tốc độ 1 2

không khí ngoài TBS Chọn tác nhân trong TBS qua các lớp hạt 0.3 m/s Tốc độ không khí trong gian máy 0.1m/s

6 Xây dựng quá trình sấy thực

Tổng tổn thất của các vùng sấy được tính như sau:

= C – (qn vi+q )mti

Thay C = 4.1868kJ/kg.K và t =20 và các giá trị q vào ta cóa 0

= C – (qn v1+qmt1) = 4,1868×20 – (838+ 104) = -858.3 kJ/ kg ẩm

= C – (qnt0 v2+qmt2) = 4,1868×20 – (1983+ 129) = -2028.3 kJ/ kg ẩm

Xác định các thông số của TNS sau quá trình sấy thực

Cũng như các thiết bị sấy đối lưu hác từ I , t , và Δ ( i = 1, 2) chúng ta 1i 2i i

hoàn toàn có thể xác định được trên đồ thị I – d trạng thái tác nhân sấy sau qúa trình sấy thực C ( i = 1, 2)i

Lượng chứa ẩm của tác nhân sấy ra khỏi các vùng sấy thực d 2i

Trước hết ta tính nhiệt dung riêng dẫn xuất ta có

Độ ẩm tương đối của TNS ra khỏi các vùng sấy còn tương đối nhỏ, nhất

là φ Như vậy chọn nhiệt dộ TNS ra khỏi các vùng còn chưa hợp lý về22

mặt kinh tế Chúng ta chọn lại t = 40và t = 45và tiến hành tính toán lại 21 2

Với =140 và = 0.7 % ta tìm được =1,186 Với =45 và = 41 % ta tìm được =0,95

ra sai số Như vậy sai số trên dưới 10% là có thể chấp nhận được Sai số

đó được tính cho các vùng như sau

8 Tính nhiên liệu tiêu hao

Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1h cho từng vùng sấy được tính theo công thức:

b = qW/Qi c.bd

Đối với vùng sấy 1: b = = 82 kg/h1

Đối với vùng sấy 2: b = = 74 kg/h2

Tổng nhiên liệu tiêu hao cho cả 2 vùng là: b= 74+82= 156 kg/h

9 Tính toán vùng làm mát

Nhiệt dung riêng trung bình của VLS:

C v3 = Catb3 + (1-ω tb3 )C k = 4.18 0.145 + (1- 0.145)1.7 = 2.06 kJ/kgKLấy và nhiệt độ VLS ra khỏi buồng làm mát = thì nhiệt lượng VLS nhả cho không khí bằng:

Trạng thái không khí vào buồng làm mát: ( = (20 C,85%) được đốt nóng o

đến = 25 C với lượng chứa ẩm bằng:o

10 Tính toán các thông số của tháp sấy

*Chọn dạng bố trí kênh dẫn kênh thải:

Chúng ta chọn cách bố trí và kích thước các kênh dẫn kênh thải như hình

vẽ Do đó trên một tiết diện ngang ta có thể bố trí được 10 hàng và theochiều cao 62 hàng

Ở vùng sấy 1 ta đặt 26 hàng theo chiều cao gồm 13 hàng thuộc kênh dẫn

và 13 hàng thuộc kênh thải Ở vùng sấy 2 ta có 18 kênh trong đó 9 kênhdẫn và 9 kênh thải Để đảm bảo diều kiện tác nhân vào kênh thải khôngnên vượt quá 6 m/s trong buồng làm mát ta đặt 9 kênh dẫn và 9 kênhthải

Từ cách bố trí và kích thước của các kênh dẫn và kênh thải như trên, chúng ta tính được tốc của TNS đi trong kênh:

Diện tích của 10 kênh trên 1 tiết diện ngang F là h

II Tính toán thiết bị phụ hệ thống

Bên cạnh việc nghiên cứu về cơ chế sấy vật liệu là chủ yếu trong buồng sấy thì việc nghiên cứu các bộ phận của máy sấy cũng không kém phần quan trọng Việc nắm vững cấu tạo, nguyên lý hoạt độngvà tính toán các thông số cơ bản của thiết bị phụ trợ đó là hết sức cần thiết

Các thiết bị phụ của máy sấy gồm:

- Buồng đốt cung cáp nhiệt cho máy sấy

- Quat thổi cấp tác nân vào buồng sây

- Thiết bị lọc và thiết bị thải bụi từ buồng sấy

1 Buồng đốt

Đặc điểm và mục đích của buồng đốt

Buồng đốt trong hệ thóng sấy thường được dùng với 2 mục đích sau:

- Buồng đốt tạo ra khói lò có nhiệt độ cao dùng làm dịch thể nóng cung cấp nhiệt hòa trộn với không khí để đưa vào buồng sấy

- Buồng đót tạo ra khói lò có nhiệt độ thích hợp dùng để làm tác nhân sấy trực tiếp cấp vào máy sấy