đồ án môn học quá trình thiết bị đề tài thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đường năng suất 1800kgh

• Phương pháp nhiệt: dùng nhiệt năng làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu là phươngpháp được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và trong đời sống, vì vậy trongchương này chỉ để cập phư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

2 Lê Thị Phương LinhMSSV: 21128041GVHD:TS Đặng Đình Khôi

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCMKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-oOo -NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊGiảng viên hướng dẫn: TS Đặng Đình Khôi

1 Tên đồ án: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy tiêu hạt năng suất 1800kg/h2 Các số liệu ban đầu:

Năng suất sản phẩm sấy: 1800 kg/hĐộ ẩm nguyên liệu đầu vào 3%Độ ẩm sản phẩm sau sấy 0,05%Tác nhân sấy là không khí nóngCác số liệu khác tự chọn

3 Yêu cầu về phần thuyết minh và tính toán:

1) Tổng quan về sản phẩm và qui trình công nghệ sấy liên quan2) Đề nghị qui trình sấy tiêu hạt

3) Tính cân bằng vật chất-năng lượng4) Tính cấu tạo thiết bị chính

5) Chọn các thiết bị phụ phù hợp6) Kết luận

4 Yêu cầu về trình bày bản vẽ:

01 bản vẽ qui trình khổ A1 và 01 bản vẽ khổ A3 kẹp trong tập thuyết minh01 bản vẽ cấu tạo thiết bị chính khổ A1

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 23/02/20246 Ngày hoàn thành đồ án: 30/06/2024

TP Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 02 năm 2024

TS Đặng Đình Khôi

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

- GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪNMÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2023 – 2024

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVHD: TS Đặng Đình Khôi

2 Sinh viên: Huỳnh Minh Hiếu3 MSSV: 21128020

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đường năng suất 1800kg/h 5 Kết quả đánh giá:

1 Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế 0 – 1,02 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,53 Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế 0 – 0,754 Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế 0 – 0,755 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,56 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,07 Hoàn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm 0 – 0,758 Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao 0 – 0,75

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….)10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6 Các nhận xét khác (nếu có)

7 Kết luận

Được phép bảo vệ :  Không được phép bảo vệ : 

Ngày tháng năm 2024

Người nhận xét

(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦAGIÁO VIÊN PHẢN BIỆNMÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2023 – 2024

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVHD: TS Đặng Đình Khôi

2 Sinh viên: Huỳnh Minh Hiếu3 MSSV: 21128020

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đường năng suất 1800kg/h 5 Kết quả đánh giá:

điểmĐiểm số

1Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,52Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,53Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,04Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 – 1,05Trả lời được các câu hỏi phản biện 0 – 3,0

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….)10

Ghi chú: GV PHẢN BIỆN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm6 Các nhận xét khác (nếu có)

Ngày tháng năm 2024 Người phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨMBỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦAGIÁO VIÊN HƯỚNG DẪNMÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2023 – 2024

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVHD: TS Đặng Đình Khôi

2 Sinh viên: Lê Thị Phương Linh3 MSSV: 21128041

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đường năng suất 1800kg/h 5 Kết quả đánh giá:

1 Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế 0 – 1,02 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,53 Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế 0 – 0,754 Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế 0 – 0,755 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,56 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,07 Hoàn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm 0 – 0,758 Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao 0 – 0,75

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….)10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6 Các nhận xét khác (nếu có)

7 Kết luận

Được phép bảo vệ:  Không được phép bảo vệ: 

Ngày tháng năm 2024

Người nhận xét

(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦAGIÁO VIÊN PHẢN BIỆNMÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2023 – 2024

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVHD: TS Đặng Đình Khôi

2 Sinh viên: Lê Thị Phương Linh3 MSSV: 18128074

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đường năng suất 1800kg/h

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….)10

Ghi chú: GV PHẢN BIỆN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm6 Các nhận xét khác (nếu có)

Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giảng viên trong Trường Đạihọc Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh nói chung và các thầy cô trong khoa Công

nghệ Hóa học và Thực phẩm nói riêng đã dạy dỗ cho chúng em kiến thức về các mônđại cương, giúp chúng em có được những cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiệngiúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo điềukiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồán môn quá trình và thiết bị

MỤC LỤ

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Giới thiệu về nguyên liệu và sản phẩm sấy 2

1.1.1 Đặc điểm của cây mía 2

1.1.2.3 Tính chất của nguyên liệu đường mía 3

1.1.2.4 Sản xuất đường mía 4

1.2 Khái niệm chung về sấy 5

1.2.1 Nguyên lý sấy đường 6

1.2.2 Phân loại các thiết sấy 7

1.2.3 Các giai đoạn của quá trình sấy 10

1.2.4 Thiết bị sấy và chế độ sấy 12

1.2.4.1 Thiết bị sấy 12

1.2.4.2 Chế độ sấy 12

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 13

1.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí 13

1.3.2 Ảnh hưởng của tốc độ gió 13

1.3.3 Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí 13

1.3.4 Ảnh hưởng của kích thước và bản chất của nguyên liệu 14

1.4 Chọn tác nhân sấy, chế độ sấy 14

1.5 Chọn phương án sấy và thiết bị sấy thùng quay đường 15

1.5.1 Chọn phương án sấy 15

1.5.2 Chọn thiết bị sấy 16

1.5.3 Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay 17

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 20

2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sấy thùng quay đường mía 20

2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ sấy thùng quay đường mía 20

2.2.1 Vật liệu 20

2.2.2 Tác nhân sấy 21

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 22

3.1 Các số liệu ban đầu 22

3.2 Tính toán cân bằng vật chất 22

3.2.1 Các công thức sử dụng 22

3.2.2 Thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết 24

3.2.2.1 Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A) 24

3.2.2.2 Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua calorifer (B) 25

3.2.2.3 Thông số trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C) 26

3.2.3 Cân bằng vật chất cho vật liệu sấy 27

3.2.4 Lượng vật liệu vào máy Cân bằng vật chất theo tác nhân sấy (cânbằng theo lượng ẩm) 27

3.3 Tính toán cân bằng năng lượng cho quá trình sấy 29

3.3.1 Cân bằng năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết 29

3.3.2 Cân bằng năng lượng cho quá trình sấy thực tế 30

Cân bằng nhiệt lượng vào ra tiết bị sấy, ta có: 31

3.3.3 Tính toán quá trình sấy thực tế 32

3.3.3.1 Quá trình sấy lý thuyết (∆ = 0) 32

4.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 42

4.6 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài 42

4.7 Nhiệt lượng mất mát xung quanh 43

4.8 Kiểm tra bề dày thùng 43

4.9 Cường độ bốc hơi ẩm thực tế 45

4.10.Thời gian lưu của vật liệu 45

4.11.Kiểm tra tốc độ quay của thùng 45

4.12.Công suất cần thiết để quay thùng 45

4.13.Chọn kích thước cánh đảo trong thùng 46

4.14.Chiều cao lớp vật liệu chứa trong thùng 49

4.15.Tính thiết bị truyền động 49

4.15.1 Phân phối tỷ số truyền động cho hệ thống truyền động: 50

4.15.2 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng: 57

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Đồ thị biểu diễn bản chất của quá trình sấy 11

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình sấy hạt tiêu 20

Hình 3.1: Đồ thị I – d của quá trình sấy lý thuyết 24

Hình 4.1: Sơ đổ truyền nhiệt qua vách thùng 40

Hình 4.2 Cánh nâng trong thùng sấy 47

Hình 4.3: Các kích thước cánh nâng của trong thùng sấy 47

Hình 4.3 Sơ đồ truyền động 50

Hình 5.1: Calorifer 64

Hình 5.2: Kích thước ống và cánh tản nhiệt 65

Hình 5.3: Cấu tạo và kích thước Cyclone đơn 72

Hình 5 4: Cấu tạo băng vải cao su 75

Hình 5.5: Cấu tạo của gầu 75

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Trạng thái của các tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết 28

Bảng 3.2: Bảng tổng kết cho quá trình sấy lý thuyết 29

Bảng 3.3: Trạng thái của các tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế 35

Bảng 3.4: Bảng tổng kết cho quá trình sấy thực tế 35

Bảng 4.1: Các hệ số không khí trong thùng sấy 38

Bảng 4.2: Các thông số của tác nhân sấy bên ngoài thùng sấy 39

Bảng 4.3: Chọn bề dày thùng và vật liệu 41

Bảng 4.4: Các thông số của thép CT3 43

Bảng 4.5: Các thông số kỹ thuật của cánh nâng trong thùng sấy 48

Bảng 4.6: Bảng sơ đồ truyền động 51

Bảng 4.7: Các thông số cơ tính của các vật liệu dùng chế tạo các bánh răng 52

Bảng 4.8: Bảng kết quả tính toán ứng suất tiếp xúc cho phép 53

Bảng 4.9: Bảng kết quả tính toán ứng suất uốn cho phép 54

Bảng 4.10: Kết quả xác định giá trị môdun 58

Bảng 4.11: Các quan hệ hình học chủ yếu của bộ truyền 59

Bảng 5.1: Các thông số của tác nhân qua calorifer 65

Bảng 5.2: Các giá trị tại ttb = 71 ,368oC 69

Bảng 5.3: Kích thước gầu tải 76

LỜI MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất và đờisống Đặc biệt trong nghành công nghệ thực phẩm , chế biến bảo quản , hóa chất, sảnxuất vật liệu xây dựng…kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyềnsản xuất.

Do tính chất và thành phần của đường khi sấy phải giữ được các tính chất về giá trịcảm quan nên dùng mốt số loại thiết bị như sấy thùng quay, sấy sàn rung, sấy tầngsôi…

Trong phạm vi đồ án môn học này, chúng em có nhiệm vụ “Thiết kế thiết bị sấythùng quay sấy đường năng suất 1800kg/h”

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song vẫn còn rất nhiều thiếu sót vì đây là lần đầu tiênchúng em được thực hiện đồ án Bên cạnh đó trình độ tự nghiên cứu và khả năng tưduy còn giới hạn nên đồ án của nhóm không thể tránh nhiều thiếu sót Qua đồ án này,chúng em kính mong thầy cô chỉ bảo để có thể hoàn thiện tốt hơn vào những lần sau

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1.Giới thiệu về nguyên liệu và sản phẩm sấy

1.1.1 Đặc điểm của cây mía1.1.1.1 Tổng quát

Mía là tên gọi chung của một số loài trong chi Mía (Saccharum), bên cạnh các loàilau, lách Chúng là các loại cỏ sống lâu năm, thuộc tông Andropogoneae của họ Hòathảo (Poaceae), Mía phát triển tốt ở khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm của châu Âu, châuÁ, châu Phi Chúng có thân to mập, chia đốt, chứa nhiều đường, cao từ 2-6 m Tất cảcác dạng mía đường được trồng ngày nay đều là các dạng lai ghép nội chi phức tạp.Chúng được trồng để thu hoạch nhằm sản xuất đường.

Loài mía Ấn Độ (Saccharum barberi Jesw): Có nguồn gốc ở phía bắc Ấn Độ, Thânnhỏ, lỏng hình trụ màu xanh hoặc vàng Tỷ lệ xơ cao, đường trung bình, chin sớm,thích ứng cao, đẻ nhánh nhiều khả năng tái sinh mạnh.

Loài mía dại thân nhỏ (Saccharum spontaneum L.) Mọc dã sinh từ sườn núiHimalaya đến nam Ấn Độ Thân nhỏ, vỏ cứng, nhiều xơ, đường rất thấp Tínhthích ứng rộng Sức sinh trưởng rất mạnh, đẻ khỏe.

1.1.2 Đặc điểm của đường mía1.1.1.3 Tổng quát về đường

Đường hay chính xác hơn là đường ăn là tên gọi chung của những hợp chất hóa họcở dạng tinh thể thuộc nhóm phân tử cacbohydrat.

1.1.1.4 Phân loại

Đường đơn, hay monosaccharide, có vị ngọt đặc trưng bao gồm những chất như:Glucose, còn gọi là đường nho; Fructose, còn gọi là đường trái cây hay đường hoaquả; Galactose, còn gọi là đường sữa

Đường đôi, hay disaccharide, có vị ngọt đặc trưng bao gồm những chất như:Sucrose, hay còn gọi là đường mía, đường kính, đường cát, đường phèn, đường ăn,v.v Maltose, hay còn gọi là đường mạch nha; Lactose, hay còn gọi là đường sữa;Trisaccharide; Oligosaccharide

Đường đa, hay polysaccharide, bao gồm những polyme như tinh bột, cellulose, vàkitin

Đường hóa học, những chất ngọt tổng hợp.

1.1.1.5 Tính chất của nguyên liệu đường mía

Cấu tạo hóa học: Đường mía có thành phần chủ yếu là đường saccharose, ngoài racòn có đường khử Sucrose (Công thức phân tử: C12H22O11) là một loại đường đôithuộc nhóm Oligosaccharide, là disaccharide của glucose và fructose Saccharose đượctạo thành từ một gốc alpha glucose và beta fructose liên kết với nhau bằng liên kết 1,2glucoside

3

Tính chất vật lý của đường: Là chất rắn kết tinh không màu, không mùi, trong suốt,có vị ngọt; khối lượng riêng:1,5879 g/cm2; nhiệt độ nóng chảy:180-186 ; không tan℃; không tantrong nước, rượu, dầu hỏa, benzen…; hòa tan giới hạn trong anilin, ethyl acetate,phenol và NH3; dễ tan trong nước, độ hòa tan tỉ lệ thuận với nhiệt độ; nhiệt lượngriêng: 16473 kJ/g; nhiệt dung riêng: 0,9019 kJ/kg.độ

Tính chất hóa học của đường: Trong môi trường acid pH< 7 đườngsaccharose bị thủy phân thành glucose và fructose Tốc độ chuyển hóa đườngsaccharose chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ và nồng độ ion H+ Ngoài ra, rất nhiềuloại vi sinh vật tao ra enzyme chuyển hóa cũng làm tăng tốc độ chuyển hóađường Những góc chết của thiết bị và những nơi vệ sinh không sạch sẽ dẫn đếnquá trình chuyển hóa đường tăng rất mạnh Trong môi trường kiềm, dung dịchđường có tính acid yếu nên tác dụng được với các chất kiềm tạo thànhsaccharate Tác dụng của nhiệt độ: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, đườngsaccharose bị mất nước tạo thành caramen là sản phẩm có màu nâu nhưcaramenlen, caramenlin, caramenlan Glucose, fructose bị phân hủy, tạo thànhaxit lactic, axit glucosacarit, axit focmic, lacton Gây vị lạ cho sản phẩm đường.

1.1.1.6 Sản xuất đường mía

Phương pháp sản xuất đường từ mía gồm các giai đoạn chính sau:

Giai đoạn 1: Mía được nghiền, ép đồng thời phun nước vào để hòa tan đường, sauđó đưa vào bồn chứa.

Giai đoạn 2: Nước mía được đun với 1L vôi tôi (khoảng vài phần nghìn) ở nhiệtđộ khoảng 60 để vôi tôi tạo kết tủa với các acid hữu cơ và protein có lẫn trong nước℃; không tanmía, sau đó lọc bỏ kết tủa.

Giai đoạn 3: Tẩy màu

nước đường bằng khí SO2 hoặc NaHSO3.

Giai đoạn 4: Cô đặc nước đường ở nhiệt độ 100 ℃; không tan

Giai đoạn 5: Nước đường sau khi cô đặc được làm lạnh và đưa vào máy li tâm đểthu lấy đường kết tinh.

Giai đoạn 6: Đường thành phẩm được đưa đi sấy, sàng và làm nguội, sau đóđóng bao, cho ra sản phẩm cuối cùng.

1.2 Khái niệm chung về sấy

Tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch là một quá trình kỹ thuật rất phổbiến và rất quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là các ngành hóa chấtvà thực phẩm Với mục đích: bảo quản tốt vật liệu hoặc để giảm năng lượng tiêu tốntrong quá trình vận chuyển vật liệu, hoặc để đảm bảo các thông số kỹ thuật cho cácquá trình gia công vật liệu tiếp theo Tùy theo tính chất và độ ẩm của vật liệu, tùy theoyêu cầu và mức độ làm khô vật liệu mà người ta tiến hành các phương pháp tách ẩm rakhỏi vật liệu theo các cách sau:

• Phương pháp cơ học là dùng các máy ép, máy lọc, máy ly tâm để tách nước,phương pháp này được dùng khi không cần tách triệt để mà chỉ cần tách sơ bộ mộtlượng nước ra khỏi vật liệu.

• Phương pháp hóa lý là dùng một hóa chất có tính hút nước cao để tách ẩm ra khỏivật liệu như CaCl2 khan, H2SO4 đậm đặc, silicagel Phương pháp này có khả năngtách được tương đối triệt để ẩm ra khỏi vật liệu, nhưng đắt và phức tạp nên phươngpháp này dùng chủ yếu để hút ẩm trong một hỗn hợp khí để bảo quản máy và thiết bị.

5

• Phương pháp nhiệt: dùng nhiệt năng làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu là phươngpháp được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và trong đời sống, vì vậy trongchương này chỉ để cập phương pháp tách ẩm theo phương pháp sấy.

Quá trình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi.Sấy không chỉ đơn thuần là tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu mà là một quátrình công nghệ phức tạp, đòi hỏi vật liệu sau khi sấy phải đảm bảo chất lượngvà mức chi phí năng lượng thấp Với mục đích giảm bớt khối lượng, giảm côngchuyên chở, kho tồn…), tăng độ bền vật liệu (như gốm, sứ, gỗ…), bảo quản tốttrong một thời gian dài, nhất là đối với lương thực, thực phẩm.

1.2.1 Nguyên lý sấy đường

Quá trình sấy là quá trình tách ẩm (chủ yếu là nước và hơi nước) khỏi vật liệu sấyđể thải vào môi trường Ẩm có mặt trong vật liệu nhận được năng lượng theo mộtphương thức nào đó tách khỏi vật liệu sấy và dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt,từ bề mặt vật vào môi trường xung quanh.

Quá trình sấy là một quá trình truyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạpvì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồng thờivới quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyểnlượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệuban đầu, vận tốc của toàn bộ quá trình được quyết định bởi giai đoạn nào chậm nhất.[1]

Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bềmặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bềmặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khíxung quanh.

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 sẽtìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy, tác nhân sấy từ

đố xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy, lượng nhiệt cần thiết choquá trình sấy.

- Mặt động lực học: tức là nghiên cứu mối quan hệ của sự biến thiên của độ ẩm vậtliệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất, cấu trúc, kích thướccủa vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy để từ đó xác địnhđược chế độ, tốc độ và thời gian sấy phù hợp.

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

1.2.2 Phân loại các thiết sấy

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểu thiết bị sấykhác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:

+ Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò,ngoài ra còn có các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấybằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tần.

+ Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở ấp suất thường.+ Dựa vào phương pháp làm việc: sấy liên tục hay sấy gián đoạn.

+ Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, hoặcthiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ.

+ Dựa vào cấu tạo thiệt bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay,sấy phun, sấy tầng sôi.

+ Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: cùng chiều, nghịchchiều và giao chiều.

7

1.1.1.7 Phòng sấy

Trong phòng sấy vật liệu được sấy gián đoạn ở áp suất khí quyển Vật liệu được xếptrên những khuya hoặc xe đẩy Việc nạp liệu và tháo liệu được thực hiện ở bên ngoàiphòng sấy.

Ưu điểm: thiết bị sấy đối lưu có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, vốn đầu tư ít, đặc biệtlà có thể sấy mọi dạng vật liệu.

Nhược điểm: sấy đối lưu có thời gian sấy dài vì vật liệu không được đảo trộn, sấykhông đều, vật liệu sấy khi nạp và tháo liệu bị mất nhiệt qua cửa, khó kiểm tra quátrình sấy.

1.1.1.8 Hầm sấy

Làm việc ở áp suất khí quyển và dùng tác nhân sấy là không khí hay khói lò Vật liệuđược xếp trên các khay đặt trên xe goòng di chuyển dọc theo chiều dài hầm Có thểcho tác nhân sấy tuần hoàn để tăng tốc độ và độ ẩm của tác nhân sấy Chiều dài củahầm có thể lên đến 60m nhưng không nên lớn hơn vì như vậy trở lực của hệ thốngtăng lên nhiều Vận tốc chuyển động của không khí trong hầm thường từ 2 ÷ 3 m/s.Ưu điểm: hầm sấy là loại thiết bị sấy dễ sử dụng các phương thức sấy khác nhau, dòngkhí và vật liệu sấy có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều hoặc đặt các quạtdọc tường hầm để thổi thẳng góc với dòng vật liệu.

Nhược điểm: hầm sấy có quá trình sấy không đều do sự phân lớp không khí nóng vàlạnh theo chiều cao của hầm, khi tốc độ dòng khí nhỏ, vật liệu liệu không được xáotrộn đều.

1.1.1.9 Sấy thùng quay

Đây là loại thiết bị sấy quan trọng được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, thựcphẩm để sấy một số loại hóa chất, phân đạm, ngũ cốc, bột đường Nói chung là cácloại vật liệu rời có khả năng kết dính

Thiết bị làm việc của ấp suất khí quyển, gồm một thùng hình trụ đặt nghiêng và quayđược nhờ động cơ và bộ phận truyền động, có hai vành đai để trượt trên các con lăntựa trên thùng quay Vật liệu ướt vào thùng ở đầu cao, được đảo trộn và di chuyển nhờcánh đảo, sấy khô bằng không khí hoặc khói lò rồi ra ở phía đầu thấp, dòng khí trướckhi thải được đi qua các bộ phận thu hồi để tách lấy sản phẩm.

Ưu điểm: quá trình sấy của thùng quay đều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc tốtgiữa vật liệu và tác nhân sấy, cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được cao.

Nhược điểm: sấy bằng thùng quay thì vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị gãy vụn, tạora bụi, do đó trong một số trường hợp làm giảm chất lượng của sản phẩm.

1.1.1.11.Sấy thăng hoa

Nguyên lý: ẩm được tách khỏi vật liệu bằng cách thăng hoa, nghĩa là chuyển thẳng ẩmtừ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi, không qua qua trạng thái lỏng, vật liệu được sấyở nhiệt độ thấp trong trạng thái đóng rắn tại độ chân không cao (0,1 ÷ 1 mmHg).

Ưu điểm: sấy thăng hoa cho ra sản phẩm có chất lượng cao, vật liệu ít bị biến chất, bảotồn được các vitamin và dễ hấp thụ nước để trở lại trạng thái ban đầu Tuy nhiên hiệnnay phương pháp này còn phức tạp và đắt nên mới chỉ được áp dụng rộng rãi trong sảnsuất dược phẩm để sấy các chất kháng sinh và một vài loại thực phẩm có chất lượng cao.

9

Ưu điểm: sấy bức xạ có thể sấy vật liệu mỏng (như bề mặt sơn) Quá trình sấy rấtnhanh, thiết bị gọn, dễ điều chỉnh nhiệt độ, tổn thất nhiệt ít.

Nhược điểm: phương pháp sấy này tiêu tốn nhiều năng lượng, vật liệu được đốt nóngkhông đều do sấy nhanh trên bề mặt, nhiệt truyền sâu vào trong vật liệu chậm hơn,không tiện để sấy các loại vật liệu dày.

1.1.1.13.Sấy phun

Thiết bị sấy này dùng để sấy các loại vật liệu lỏng như sữa trứng, dung dịch đậu nành,gelatin, albumin Dung dịnh lỏng được phun thành dạng sương vào trong phòng sấy,quá trình sấy diễn ra rất nhanh đến mức không kịp đốt nóng vật liệu lên quá giới hạncho phép do đó có thể sử dụng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao.

Ưu điểm: sấy phun là phương pháp có quá trình sấy diễn ra nhanh chóng Sản phẩmsấy thu được ở dạng bột mịn và đồng đều.

Nhược điểm: thiết bị sấy phun gây tiêu tốn nhiều năng lượng, thiết bị có kết cấu phứctạp Nhất là ở cơ cấu phun sương và hệ thống thu hồi sản phẩm.

Đường cong tốc độ sấyĐường biểu diễn nhiệt độ của vật liệu sấyW(%)

Ngoài ra còn có các dạng thiết bị sấy đối lưu khác như tháp sấy, sấy tầng sôi, sấy vít tải.

Thông thường, mỗi vật liệu sấy đòi hỏi phương pháp và chế độ sấy riêng Vì vậy, căncứ vào đặc điểm của vật liệu sấy, chất lượng của sản phẩm mà ta sẽ chọn chế độ vàphương pháp sáy tối ưu Sau đó, tùy theo năng suất, hiệu quả kinh tế mà lựa chọn, thiếtkế và chế tạo hệ thông sấy phù hợp.

1.2.3 Các giai đoạn của quá trình sấy

Đường cong sấy là đường cong biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm vật liệu theo thời giansấy (r):

Đường biểu diễn nhiệt độ của vật liệu sấy thể hiện được sự biến thiên nhiệt độ của vậtliệu trong suốt quá trình sấy.

11

Thời gian (giờ)Đường cong sấy

Hình 1.1 Đồ thị biểu diễn bản chất của quá trình sấy

Quá trình sấy mọi vật ướt đến độ ẩm cân bằng gồm hai giai đoạn:

Giai đoạn đun nóng vật liệu là tăng nhiệt độ để ẩm có thể bốc hơi được Giai đoạn nàyxảy ra nhanh với thời gian không đáng kể.

Giai đoạn tốc độ sấy không đỗi: tốc độ khuếch tán ẩm từ trong vật liệu ra bề mặt lớnhơn tốc độ bốc hơi ẩm trên bề mặt vật liệu nên bề mặt vật liệu luôn bão hòa ẩm Tốcđộ sấy trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bốc hơi ẩm trên bề mặt vàphụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, tốc độ, độ ẩm của không khí sấy.Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: do vật liệu đã tương đối khô, chỉ còn dạng ẩm liên kếtnên bề mặt bốc hơi bị co hẹp lại dần và đi sâu vào lòng vật liệu, tốc độ khuếch tán ẩmsẽ chậm dần Tốc độ sấy trong gian đoạn này cũng giảm theo và phụ thuộc chủ yếuvào tốc độ khuếch tán ẩm và các yếu tốc bên trong vật liệu Nhiệt độ của tác nhân sấytrong giai đoạn này phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép của vật liệu.

1.2.4 Thiết bị sấy và chế độ sấy1.1.1.14.Thiết bị sấy

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểuthiết bị sấy khác nhau vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:

Thiết bị sấy đối lưu: Dùng phương pháp sấy đối lưu Đây là phương phápthông dụng nhất Thiết bị sấy gồm: thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm, thiết bịsấy thùng quay,

Thiết bị sấy bức xạ: Dùng phương pháp sấy bức xạ Thiết bị này dùng thíchhợp cho 1 số sản phẩm.

Thiết bị sấy tiếp xúc: Dùng phương pháp sấy tiếp xúc, có các kiểu: Thiết bịsấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu lò quay; Thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng;Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần: dùng phương pháp điện trường cao tần;Thiết bị sấy thăng hoa: Dùng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa, việc loạiẩm phải dùng máy hút chân không kết hợp bình ngưng kết Cuối cùng là thiết bịsấy chân không thông thường: Thiết bị này thải ẩm bằng máy hút chân không,không cấp nhiệt bằng đối lưu mà cấp nhiệt theo bức xạ và dẫn nhiệt.

1.1.1.15.Chế độ sấy

Chế độ sấy là cách thức tổ chức quá trình truyền nhiệt truyền chất giữa tácnhân sấy và vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất, chấtlượng sản phẩm yêu cầu và chi phí vận hành cũng như chi phí năng lượng là hợplý.

4 Chế độ sấy hồi lưu và đốt nóng trung gian.

13

1.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

1.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí

Không khí là yếu tố tác động trực tiếp lên sản phẩm, nhiệt độ không khí có ảnh hưởngrất lớn tới tốc độ sấy và chất lượng sản phẩm sấy Nếu các yếu tố như: độ ẩm khôngkhí, vận tốc gió… không đổi thì nhiệt độ không khí tăng dẫn đến sấy khô càng nhanh.Nhưng nếu nhiệt độ không khí tăng quá cao thì sẽ làm cho bề mặt ngoài của sản phẩmbị cháy, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, đồng thời tạo thành lớp màng cứng, cảntrở hơi ẩm từ bên trong thoát ra Vì vậy, cần phải chọn nhiệt độ sấy thích hợp

1.3.2 Ảnh hưởng của tốc độ gió

Nếu vận tốc gió quá lớn thì tốc độ bốc hơi ẩm sẽ nhanh và ngược lại Do đó cầnchọn tốc độ gió phù hợp.

1.3.3 Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí

Độ ẩm tương đối của không khí là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến tốc độ sấy.Khi độ ẩm nhỏ thì áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí nhỏ, tốc độ sấy sẽnhanh và ngược lại.

Theo thực nghiệm cho thấy, nếu độ ẩm không khí > 65% thì tốc độ sấy sẽ giảm rõrệt, thời gian sấy sẽ kéo dài dẫn đến nguyên liệu dễ hỏng Nếu độ ẩm không khí > 80%thì quá trình sấy dừng lại và xảy ra hiện tượng nguyên liệu hút ẩm.

Độ ẩm không khí nhỏ thì tốc độ sấy nhanh nhưng độ ẩm quá nhỏ sẽ tạo ramàng cứng ở bề mặt nguyên liệu và kết quả là tốc độ làm khô cũng không đượcnhanh.

1.3.4 Ảnh hưởng của kích thước và bản chất của nguyên liệu

Nguyên liệu có kích thước càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh và ngược lại.Diện tích bề mặt càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh vì tốc độ làm khô tỉ lệ thuậnvới diện tích bề mặt và bề dày nguyên liệu.

Đối với nguyên liệu to dày thì nên cắt nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc và giảm bềdày nguyên liệu nhằm tăng tốc độ sấy Còn nếu chiều dày của nguyên liệukhông đều thì làm khô ở các điểm khác nhau sẽ khác nhau.

1.4 Chọn tác nhân sấy, chế độ sấy

Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy.Trong quá trình sấy, môi trường bên trong buồng sấy luôn được bổ sung thêm lượngẩm thoát ra từ vật liệu sấy Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đốitrong buồng sấy sẽ tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật liệusấy và môi trường trong buồng sấy từ đó quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừnglại.

Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy là, gia nhiệt cho vật sấy, sau đó vận chuyển ẩmtách ra từ vật sấy ra khỏi thiết bị sấy trong quá trình sấy, bảo vệ vật liệu ẩm không đểnhiệt độ của nó tăng quá nhiệt độ cho phép, tránh đi sự phân hủy của vật liệu sấy.Ngoài ra, tác nhân sấy còn ngăn ngừa cháy nổ trong quá trình sấy Đối với các vật liệuẩm dễ bị cháy nổ hoặc các chất thoát ra từ vật liệu ẩm có khả năng gây cháy nổ.

Tác nhân sấy thường là các chất khí như: không khí ẩm (khí quyển), hỗn hợp sảnphẩm cháy của nhiên liệu và không khí ẩm (khói nóng/ khói lò), hơi quá nhiệt.

+ Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy có sẵn trong tự nhiên và được dùng thôngdụng nhất có thể dùng cho hầu hết các loại sản phẩm sấy Dùng không khí ẩm khônglàm bẩn sản phẩm sau khi sấy và không thay đổi mùi vị cũng như tính chất của vật liệusấy Tuy nhiên dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiệt

15

không khí (calorifer khí, hơi hay khí hoặc khói), nhiệt độ sấy không quá cao, thườngnhỏ hơn 5000C vì nếu nhiệt độ quá cao thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằngthép hợp kim hay gốm sứ với chi phí cao.

+ Khói lò: khói lò cũng được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên10000C mà không cần thiết bị gia nhiệt tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm, gây mùikhói.

+ Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy nổvà có khả năng chịu được nhiệt độ cao.

+ Chất lỏng cũng được sử dụng làm tác nhân sấy, như các loại dầu, một sốloại muối nóng chảy,

1.5 Chọn phương án sấy và thiết bị sấy thùng quay đường

1.5.1 Chọn phương án sấy

Đường được sấy liên tục trong thiết bị sấy thùng quay với tác nhân là khôngkhí nóng Vật liệu và tác nhân đi vào cùng một chiều sau khi sấy không khí sẽ điqua hệ thống cyclone thu hồi bụi đường và đường thành phẩm được tháo ra quacửa tháo nguyên liệu.

1.5.2 Chọn thiết bị sấy

Thiết bị sấy được chọn ở đây là hệ thống sấy thùng quay là một hệ thống sấy đốilưu Được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các loại hạt ngũ cốc.Cấu tạo chính hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn Thùng sấy đượcđặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang theo tỉ lệ 1/15-1/50 Thùng sấy quay với tốc độ(1,5-8) vòng/phút nhờ một động cơ điện thông qua một hộp giảm tốc.Vật liệu vàophễu chứa đi vào thùng sấy cùng chiều thùng sấy quay tròn, vật liệu sấy vừa bị xáo

trộn vừa đi đầu cao xuống đầu thấp Trong quá trình này tác nhân sấy và vật liệu sấytrao đổi nhiệt và ẩm cho nhau.

Ưu và nhược điểm của thiết bị sấy thùng quay so với các thiết bị sấy khác:

Ưu điểm: Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ sự tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy vàtác nhân sấy Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100kg ẩm bay hơi/m3h Thiết bị gọn có thểcơ khí và tự động hóa hoàn toàn.

Nhược điểm: vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị vỡ vụn tạo ra nhiều bụi Dođó nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy.

1.5.3 Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay

Ghi chú

17

1 Quạt đẩy2 Calorifer3 Gàu tải

4 Thùng nhập liệu5 Thùng quay6 Bánh răng7 Động cơ8 Hộp số9 Vành đai

10 Thùng chứa sản phẩm11 Cyclon

12 Quạt hút

Máy sấy thùng quay gồm 1 thùng hình trụ (6) đặt nghiêng với mặt phẳng nằmngang 1-60 Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ (9).

Bánh đai được đặt trên bồn con lăn đỡ, khoảng cách giữa 2 con lăn cùng 1 bệđỡ có thể thay đổi để điều chỉnh các góc nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnhthời gian lưu vật liệu trong thùng Thùng quay được là nhờ có bánh răng (10).Bánh răng (10) ăn khớp với bánh răng dẫn động nhận truyền động của động cơ(7) qua bộ giảm tốc.

Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng phễu chứa (4) và đượcchuyển dọc theo thùng nhờ các cánh đảo Các cánh đảo vừa có tác dụng phân bốđều vật liệu theo tiết diện của thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếpxúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Vận tốc của không khí nóng đi trong máysấy khoảng 2-3 m/s, thùng quay 5-8 vòng/phút Vật liệu khô ở cuối máy sấyđược tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm (11) rồi nhờ băng tải xích (13) vận chuyểnvào kho.

Không khí thải đi qua hệ thống tách bụi, để tách những hạt bụi cuốn theo khíthải Các hạt bụi nhỏ được tách ra, hồi lưu trở lại bằng tải xích (13) Khí sạch bịquạt hút (14) thải ra ngoài.

17

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1.6 Sơ đồ quy trình công nghệ sấy thùng quay đường mía

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình sấy hạt tiêu

1.7.Thuyết minh quy trình công nghệ sấy thùng quay đường mía

1.7.1 Vật liệu

Đường sau khi ly tâm sẽ được đưa đến gầu tải để vận chuyển lên cao rồi đưa vậtliệu vào cơ cấu nhập liệu vào thùng sấy Tại thùng sấy, đường sẽ đi sâu vào thùng sấy,được xáo trộn bởi các cánh đảo khi thùng quay Đồng thời thông qua quá trình trao đổiẩm với tác nhân sấy Quá trình cứ thế diễn ra từ khi đường bắt đầu vào thùng sấy và rakhỏi thùng để đạt được độ ẩm theo yêu cầu kỹ thuật Ở cuối thùng sấy, đường sau khiđược tách ẩm sẽ được tháo liệu ra ngoài, được vận chuyển bằng hệ thống băng tải.Nhiệt độ đầu ra của đường khá cao nên phải được làm nguội Có 2 cách làm nguộiđường như sau: dùng luồng không khí lạnh, khô thổi cưỡng bức để làm nguội; làmnguội tự nhiên bằng cách lợi dụng độ dài thích hợp của hệ thống băng tải.

1.7.2 Tác nhân sấy

Không khí ở điều kiện bình thường được quạt đẩy đưa vào hệ thống qua ống dẫnkhí vào calorifer để tiến hành trao đổi nhiệt, nâng nhiệt độ lên, sau đó được dẫn vàothùng sấy Do đó có sự mất mát nhiệt trên đường ống dẫn nên khi tác nhân sấy vào tớithùng quay nhiệt độ còn 90 độ C Tại thùng sấy, tác nhân sấy sẽ tiến hành quá trìnhtruyền nhiệt và dẫn ẩm ra khỏi vật liệu sấy Nhiệt độ tác nhân sấy giảm dần và khi rakhỏi thùng sấy chỉ còn 40 độ C Trong không khí ra khỏi thùng có lẫn bụi đường, hỗnhợp khí bụi này được dẫn vào cyclon để lọc và thu bụi đường, không khí sạch đượcthải ra ngoài môi trường Calorifer được gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà ở áp suất 2atm từ lò hơi, nhiên liệu dùng đốt lò hơi có thể là xác mía hoặc dầu FO.

19

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

1.8 Các số liệu ban đầu

Vật liệu sấy là hạt lúa có các thông số cơ bản sau:Năng suất sản phẩm sấy: G2 = 1800 Kg/h

Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (theo vật liệu ướt): ω1 = 3%Độ ẩm cuối của vật liệu sấy (theo vật liệu ướt): ω2 =0,05%

Khối lượng riêng của hạt vật liệu: ρr = kg/m3 (phụ lục 4/230 – [2])Khối lượng riêng khối hạt: ρv = kg/m3 = kg/m3 (phụ lục 4/230 – [2])

Nhiệt dung riêng của vật liệu khô: Ck = kJ/kg.K, (Tr 20 – [3])Chọn Ck = 1,45 kJ/kg.K

1.9 Tính toán cân bằng vật chất

Ta kí hiệu các đại lượng như sau:

G1, G2: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy (kg/h).Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h).

ω1, ω2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy (tính theo % khối lượng vật liệuướt).

W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (kg/h).L: Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h).

d0: Hàm ẩm của không khí trước khi vào calorifer (kg ẩm/kg kk).

d1, d2: Hàm ẩm của không khí trước khi vào máy sấy (sau khi đi qua calorifer)và sau khi ra khỏi máy sấy (kg ẩm/kg kk)

1.9.1 Các công thức sử dụng

Dùng tác nhân sấy là không khí

Áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:

pb=e¿ ¿

, (bar) (CT 2.29/30 – [3])

ik, ia (kJ/kg) : Enthalpy của 1kg không khí khô và 1kg hơi nước.Cpk = 1,004 (kJ/kg.K): Nhiệt dung riêng của không khí khô.Cpa = 1,842 (kJ/kg.K): Nhiệt dung riêng của hơi nước.r = 2500 (kJ/kg): Ẩn nhiệt hóa hơi của nước.

Trong đó: R = 8314 (J/kmol.K): Hằng số khí lý tưởng T: Nhiệt độ không khí ẩm (K)

M = 29 (kg/kmol): Khối lượng mol của không khí

P, pb (N/m2): Áp suất khí quyển và áp suất bão hòa của hơi nước

1.9.2 Thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết.

 Điểm A (t0, φ0) là trạng thái không khí bên ngoài.

 Điểm B (t1, φ1) là trạng thái không khí sau khi đi qua calorifer. Điểm C (t2, φ2) là trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy.

3.1.1.1 Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A)

Trạng thái không khí ngoài trời được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằngcặp thông số (to, o).

Nhiệt độ trung bình của không khí tại TP Hồ Chí Minh từ khoảng 340C và độẩm trung bình khoảng 68 - 84%

Nên chọn A: to = 34 và φₒ = ℃; không tan 77%.

Các thông số của trạng thái không khí trước khi vào calorifer được xác định nhưsau:

Áp suất hơi bão hòa:

Pb0 =e¿¿= e(12 ,031− 4026,42

235+34¿ )= 0,0530 (bar)Độ chứa ẩm:

I0 = 1,004.t0 + d0.(2500 + 1,842.t0) = 1,004.34 + 0,027.(2500 + 1,842.34)

= 103,2381 ( kJ/kg kkk)

Thể tích riêng:vo = M(РRT

a−φₒ Рbₒ) = Р288 T

a−φₒ Рbₒ = 288.(34+273)

0,981.105−0,77 0, 053 10⁵ = 0,9404 (m3/kg kk)

3.1.1.2 Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua calorifer (B)

Không khí được quạt đưa vào calorifer và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 = d0) đếntrạng thái B (d1, t1), là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng quay.

Nhiệt độ t1 tại B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chất của vật liệusấy và quy trình công nghệ quy định Nhiệt độ của tác nhân sấy tại B được chọnphải phải trong khoảng từ 90 , vì ở khoảng nhiệt độ này đường sẽ không bị℃; không tanphân hủy, biến chất và đảm bảo được chất lượng đầu ra.

Do đó, chọn điểm B: t1 = 90 ℃; không tan

Quá trình là đẳng ẩm: d1 = d0 = 0,0270 kg ẩm/kg kkÁp suất hơi bão hòa:

Pb1 = e¿¿ = e(12 ,031− 4026,42

235+90) = 0,6991 (bar)Độ ẩm tương đối:

φ1 = Рa.d

Рb(0 , 621+d) = 0,6991(0 ,621+0 ,0270)0 , 981 0 , 0270 = 0,0584Enthalpy:

I1 = 1,004.t1 + d1.(2500 + 1,842.t1)

= 1,004.90 + 0,0270.(2500 + 1,842.90 ) = 162,2436 ( kJ/kg kk)

Thể tích riêng:v1 = Р288 T₁

a−φ ₁ Рb₁ = 288.(90+273)

0,981.105−0, 0375 0, 6991 10⁵ = 1,112 (m3/kg kk)

3.1.1.3 Thông số trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C)

Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị để thực hiện quá trình sấy lýthuyết (I1 = I2), trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là: C (t2, 2).

Nhiệt của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất do tácnhân sấy mang đi là bé nhất, nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa làtránh trạng thái C nằm trên đường bão hòa Đồng thời, độ chứa ẩm của tác nhânsấy tại C phải nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệusấy không hút ẩm trở lại.

Với enthalpy là: I2 = I1 = 162,2436 kJ/kg kk Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là t2 = 40 ℃; không tanÁp suất hơi bão hòa:

Pb2 = e¿¿ = e(12 ,031− 4026,42

235+40) = 0,0735 (bar)Độ chứa ẩm:

d2 = 2500+1,842.tІ₂−1,004.t ₂₂ =162, 2436−1,004 402500+1,842 40 = 0,0474 (kg ẩm/kg kk)Độ ẩm tương đối:

φ₂ = РРa.d

b(0 , 621+d) = 0, 0735(0 , 621+0 , 0474)0 , 981 0 , 0474 = 0,9472Thể tích riêng:

W = G2 .ω1−ω₁−ω₂₁ = 1800.0,03−0, 0005

25

Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

Gk = G1(1 – ω1) = G2(1 – ω2) = 1800.(1 – 0,0005) = 1799,1 (kg/h)

(CT 7.4/127 – [3])Lượng vật liệu vào máy sấy :

L0= Wd2−d0=