đồ án môn học quá trình thiết bị thiết kế hệ thống sấy đường thùng quay năng suất 1500 kgh

CV1=CV2=Cv: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy là như nhau.. Cv là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khi có độ ẩm W2.-Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy th

Tp Hồ Chí Minh, tháng … năm 2020

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2021

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

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

3 Yêu cầu về phần thuyết minh và tính toán:

1) Tổng quan về sản phẩm và qui trình công nghệ sấy liên quan2) Thuyết minh quy trình.

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

5) Tính các thiết bị phụ 6) Kết luận

4 Yêu cầu về trình bày bản vẽ:

+Bản vẽ qui trình khổ A1 và 01 bản vẽ khổ A3 kẹp trong tập thuyết minh+Bản vẽ cấu tạo thiết bị chính khổ A1 và 01 bản in khổ A3 đóng chung quyểnthuyết minh.

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/03/20216 Ngày hoàn thành đồ án: 16/08/2021

Tp Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 08 năm 2021

TS.Phạm Hoàng Huy Phước Lợi

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN: 10

Giới thiệu phương pháp và quy trình công nghệ của sản phẩm: 10

1.1 Khái niệm chung về sấy: 10

1.2 Chọn tác nhân sấy, chế độ sấy: 12

1.3 Giới thiệu về nguyên liệu và sản phẩm sấy: 14

1.4 Chọn phương án sấy và thiết bị sấy: 16

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 19

2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ: 19

2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ: 19

CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 21

3.1 Cân bằng vật chất: 21

3.2 Cân bằng năng lượng: 26

PHẦN IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 31

4.1 Tính thiết bị chính: 31

4.2 Chiều cao vật liệu sấy: 33

4.3 Bề dày thùng: 34

4.5 Tính trở lực cho thùng sấy: 37

4.6 Tính tồn cách nhiệt cho thùng sấy: 38

4.7 Thiết kế hệ thống truyền động cho thùng quay: 43

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 54

5.1 Tính và chọn xyclon: 54

5.2 Calorifer: 56

5.3 Tính trở lực và chọn quạt 65

Tài liệu tham khảo: 85

CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG3.1 Cân bằng vật chất:

3.1.1.Tính các thông số của tác nhân sấy:

3.1.1.1:Các công thức sử dụng:-Dùng tác nhân sấy là không khí.-Áp suất hơi bão hòa:

B: áp suất khí trời, (B=1at=0,981 bar)

-Enthapy của không khí ẩm:

I = Cpk t+x (r +Cpa t)= 1,004.t + x.(2493 + 1,97.t) ,[KgkkKg ] ,(P95-[2])Với :

Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 Kg KKJCpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,97 Kg KKJ

r : ẩn nhiệt hóa hơi của nước , r = 2493 KJKg

-Thể tích riêng của không khí ẩm :

R : hằng số khí ,R=8314 Kg KJ

M : khối lượng không khí, M = 29 KmolKg

B, pb :áp suất khí trời và áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí , N

-Lưu lượng không khí ẩm :

V=v.LVới :

L : lưu lượng của không khí khô, Kgh v : thể tích riêng của không khí ẩm, m3

h

-Khối lượng riêng của không khí ẩm :

ρk=ρ0 T0T.(1−

m3 : khối lượng riêng của không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn.

T0 = 273 K : Nhiệt độ không khí ở điều kiện tiêu chuẩn.

3.1.1.2 : Tính các thông số của của tác nhân sấy :

- Trạng thái không khí ngoài trời : được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng các thông số t0, φ0.

Chọn trạng thái A theo giá trị ở thành phố Hồ Chí Minh.A :{t0=27 Co.

φ0=85 %

Pb0 = exp(12- 4026,42

235,5+t0) = exp(12-235,5+274026,42 ) = 0,0355, bar.

x0 =0,621(B−φφ0 Pb 0

0 Pb 0) = 0,621(0,981−0,85.0,03550,85.0,0355 ) = 0,0197 ,KgkkkKgI0 = Cpk t+x (r +Cpa t)= 1,004.t + x.(2493 + 1,97.t)

= 1,004.27+0,0197(2493+1,97.27)=77,2679,KgkkKgv0 = B−φ288 T0

C :{I2=I1=142,6949 Kg

Kgkkω=100 %tds=37 C❑0

Tráng thái không khí ra khỏi thiết bị (C)

Bảng 1: Số liệu trạng thái của tác nhân sấy lý thuyết

3.1.2 Thành lập cân bằng vật chất của máy sấy:

Vật liệu cần sấy là đường có thành phần như sau:

- Năng suất tính sản phẩm: G2= 36 tấn/ngày = 1500kg/h- Độ ẩm vật liệu vào máy sấy: W1 = 3%

- Độ ẩm vật liệu ra khỏi máy sấy: W2 = 0.05%- Nhiệt độ sấy cho phép: t1 = 900C- Nhiệt độ ra của tác nhân sấy: t2 = 400C- Chất tải nhiệt là hơi nước bão hòa

- Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều

Lượng tác nhân khô cần thiết:L = xW

3.2 Cân bằng năng lượng:

Quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng, QBS=0.Thiết bị sấy thùng quay không có thiết chuyển tải, QCT=0.-Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:

 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L(I1-I0) Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G1-W).CV1+W.Ca].tV1.-Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:

 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L(I2-I0). Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: QBC.

 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.CV2tV2.Với:

tV1 : nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường:tV1 = t0 = 270C.

tV2: Nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy:tV2=t2-(5~10)=40-5=35 0C

CV1=CV2=Cv: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy là như nhau Cv là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khi có độ ẩm W2.

-Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:Q=L(I1-I0)=L(I2-I0)+QBC+QV-WCatV1

-Nhiệt lượng tiêu hao riêng cho 1Kg ẩm cần bốc hơi:q=l(I1-I0)=l(Ì2-I0) + qBC+qv-CatV1

Trong đó:qBC=QBC

W ,(KgẩmKJ )Với:

+Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:

Qv=G2Cv(tV2-tV1)= 1500 1,634(35-27)=19608 (KJh ) qv=Qv

W =44,69719608=438,687 (KgẩmKJ ) Với quá trình sấy lý thuyết:

-Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:

Q=L(I2-I0)= 2212,723(142,8759-77,2679)=145172,3306 (KJh )q=l((I2-I0)= 49,505(142,8759-77,2679)=3247,924 (KgẩmKJ )

 Với quá trình sấy thực tế:

-Đặt ∆= CatV1- qBC-qv: là nhiệt lượng riêng chó quá trình sấy thực.∆= CatV1- qBC-qv=1,842.27-75,722-438,687 =-464,675 (KgẩmKJ )

 I2<I1

 Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực phẩm nằm dưới đường I1

( đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết).-Thông số mới của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy:x2= Cpk(t1−t2)+x0(i1−∆)

Tráng thái không khí ra khỏi thiết bị(C)

Bảng 3: Số liệu trạng thái của tác nhân sấy thực tế

-Lượng tác nhân khô cần thiết:L = xW

2−x1 =0,0368−0,019744,697 = 2613,8596, Kgh -Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

l = WL = x 1

2−x1 = 0,0368−0,01971 = 58,4795 (KgẩmKgkk )-Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:

=2613,8596(134,871-77,2679)+ 3384,564+19608-44,697.1,842.27 =171336,0193 (KJh )

-Nhiệt lượng tiêu hao riêng cho 1Kg ẩm cần bốc hơi:q=l(I1-I0)=l(Ì2-I0) + qBC+qv-CatV1

=58,4795(134,871-77,2679)+ 75,722+438,687-1,842.27 =3822,2755 (KgẩmKJ )

-Hiệu suất sấy :

η=Qh iQ =

112812,8144

PHẦN IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH4.1 Tính thiết bị chính:

D = 3,5 ÷ 7 (P112-[6])Chọn L = 3,5.D

=55,37.1,33 tan ⁡(2)0,5.1,25.4,66 = 1,13 ≈ 1 [ vòngphút]Trong đó:

+α: góc nghiện của thúng quay, [độ].

+m: hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m=0,5 (cánh nâng)(P122-[2])+k: hệ số phụ thuộc chiều chuyển động của không khí (sấy ngược chiều k =1,2) (P122-[2])

4.2 Chiều cao vật liệu sấy:

Ứng suất cho phép Nmm2

Khối lượng riêng kgm3

Bảng 4: Số liệu trạng thái của tác nhân sấy thực tế

Ứng suất cho phép của vật liệu:

Góc gấp của cánh đảo: λ = 1400 Hình 3: Cánh đảo

 FC = a.c + b.cChọn các kích thước:

4.5 Tính trở lực cho thùng sấy:

Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:

4.6 Tính tồn cách nhiệt cho thùng sấy:

Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:

6Độ nhớt động νk 2,01.10-5

Bảng 6: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy

α1 = Nu λDD

m2 K](P41-[2])

Hệ số cấp nhiệt từ thành ngồi của thùng đến môi trường xung quanh:

Trong đó:

δ1 : Bề dày thân thùng.δ2 : Bề dày lớp cách nhiệt.δ3 : Bề dày lớp bảo vệ.

Bảng bề dày thùng:

Thông sốKý hiệu Giá trị [m]

Vật liệuHệ số dẩn nhiệt λLớp cách nhiệt δ2 0,01 Bông thuỷ tinh 0,04

Chuẩn số Granshof:

Gr = g Dng3

Hệ số truyền nhiệt của thùng:

K =

=

∆t1 = tđ1 – tđ2 =90 - 27 =630C∆t2 = tc2 – tc1 = 40 – 27 =130C

Công suất động cơ: Nđc = 2,2 [KW]

Vận tốc quay: nđc = 720 [vòngphút]

Công suất làm việc của động cơ:

Nđclv = Nđc.Hđc = 2,2.0,81 = 1,782 [KW]Với Nđclv > Nthùng: động cơ đủ điều kiện để quay thùng.

4.7.2 Tỷ số truyền động:

Tỳ số truyền chung của động cơ toàn hệ thống:

-Bộ truyền bánh răng trụ kín trong hộp giảm tốc: Hkín = 0,96

Loại bánh răng

Tên nhãn hiệuGiới hạn bền kéo

Độ rắn

Đường kính phôi

Bánh răng lớn Thép 35 thường

Bánh răng nhỏ

Thép 45 thường hoá

[σ]Notx: Ứng suất cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài, [ N

k’N : Hệ số chu kì ứng suất tiếp xúc, tính theo công thức.k’N = √6 N0

No: Số chu kỳ cơ sở của đường cong tiếp xúc mỏi.Ntđ: Số chu lỳ tương đương.

Trường hợp bánh răng chịu tải trọng thay đổi:Ntđ = N = 60.u.n.T

n :Số vòng quay trong 1 phút của bánh răng [vòngphút].T : Tổng số giờ làm việc của bánh răng [h].u : Số lần ăn khớp khi bánh răng quay 1 vòng [lần].

Bánh răng lớn Bánh răng nhỏ Nguồn

Ứng suất uốn cho phép:

Khi bánh răng làm việc hai mặt:

Bánh răng nhỏ Bánh răng lớn Nguồn

Với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:A ≥ (i± 1).3

 Thoả điều kiện.

Vận tốc vòng v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:

K = Ktt.Kđ (P47-[4])Trong đó:

Ktt: Hệ số tập trung tải trọng với tải trọng không đổi thì Ktt=1.

Kđ: Hệ số tải trọng động, chọn theo cấp chính xác chế tạo, vận tốc vòng, độ rắn mặt răng Vận tóc vòng <1, cấp chính xác 9, độ rắn mặt răng ≤ 350 Vậy Kđ = 1,1.

 K = Ktt.Kđ = 1.1,1 =1,1.So sánh: |Ksơ bộ−K|

K .100 = : |1,4−1,1|

1,1 .100 = 27,27 % >5%Điều chình lại trị số trục A

√19,1.106 K N

Trong đó:

m: môđun của bánh răng thẳng.

y, Z, n: Hệ số dạng răng, số răng và số vòng quay trong một phút của bánh răng đang tính.

Ψm : Chiều dài tương đối của răng đối với bánh răng thẳng: Ψm = mbBánh răng nhỏ Bánh răng lớn Nguồn

σu = 19,1.106 K N

y m2 Z n b

Do đó:σu1 = 19,1.10

mm2] ≤[σ ]u Thoả điều kiện.

Tính kích thước chủ yếu của cặp bánh răng:(P36-[4])

Công thức Bánh răngdẫn

Bánhrăng bị

dẫn1 Khoảng cách trục A

Asơ bộ.√3 KKsơ bộ

4 Chiều cao đầurăng

6 Đường kính vòngchia

7 Đường kính vònglăn

8 Đường kính vòngđỉnh răng

9 Đường kính vòngchân răng

Bảng 12: Kích thước của cặp bánh răng

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ5.1 Tính và chọn xyclon:

Khi thực hiện quá trình sấy, không khí nóng đi qua máy sấy thường mang theorất 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 củakhông khí.

Không khí vào cyclon chính là không khí sau khi ra khỏi máy sấy, có các thôngsố như sau:

+ t2 = 40oC; + Khối lượng riêng: 38= 1,102 kg/m3 (Bảng I.255, P318-[1])+ Ở nhiệt độ 40oC thể tích riêng của không khí là:

540 <

< 740 (Tr522 , [2]) ; Chọn

= 740Suy ra: ∆Pcyclon = r 740 = 1,1354.740 = 840,196 (N/mk2)+ Tốc độ quy ước:

(CT III.48, P522-[1])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, P528-[1])Nên: ωq=√2.840,19660.1,1354 (m/s)

+ Đường kính của cyclon:

(CT III.47, P522-[1])

¿√0,785.4,9665 36002317,923412 = 0,4063 (m) ; chọn D = 0.5 (m)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 13: Các kích thước cơ bản của cyclon LIH – 24

(Bảng III.4, P524- [1])

Đường kính trong của cửa tháo bụi d2 (mm) 0,4D 200

Khoảng cách từ tận cùng cyclon đến

Đường kính trong của cyclon D (mm) 400 – 1000 500

5.2 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 lượngcho 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 Tachọn calorifer khí hơi, đây là loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống là hơinước bão hòa ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động Hệ số trao đổi nhiệtcủa nước ngưng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ống vớikhông khí.

Nhiệt độ không khí vào calorifer bằng nhiệt độ môi trường: t1’ = t0 = 400CChất 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 = 900C.

+ Chiều cao của gân:

+ Chiều cao của ống: lô = 1,2 (m)

+ Số gân trong một ống: g

5.2.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt:

+Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy có hồi lưu (theo tính toán thựctế):

l’ = 58,4795 (kg/kg ẩm)L’= 2613,8596 (kg/h)

+ Nhiệt độ không khí sau khi qua khỏi calorifer là: t1 = 900C.

+ Thể tích riêng của không khí: (Tra bảng I.255 P318- [1])Khối lượng riêng của không khí ở các nhiệt độ 90C, 40C, 27C lần lượt là:

1,102=0,907 (kg/m3)

V27= 1

1,1629=0,860 (kg/m3) Vtb=V90+V40+V27

t 

Chọn hơi có áp suất bão hòa: Phnbh 2,755(at)Tra bảng I.251 (Tr315, [2])

+ Nhiệt độ hóa hơi nước bão hòa: thnbh 129.6415 C

+ Ẩn nhiệt ngưng tụ: r 2183,085.10 3(J/kg) = 2183,085 (kJ/kg)Chọn nhiệt độ hơi nước khi vào: thnđ 129.6415 C

Chọn nhiệt độ hơi nước khi ra: thnc 110 C

Ứng với giá trị ttb = 66,4066 OC ta có bảng giá trị sau:

(Tra bảng I.255, P318- [1])

(m2) Fkg = Lkg .dng

= 0,72.π.0,035 = 0,0792 (m2)Nên:

Fbm= 0,2956 + 0,0792 = 0,3747 (m2)+ Chọn số ống xếp hàng là: i = 29

+ Khoảng cách giữa 2 ống: x’ = 0,007 (m)

+ Khoảng cách của ống ngoài cùng đến calorifer: x” = 0,015 (m)+ Chiều dài của calorifer:

Lx = 2.x” + (i – 1).x’ + i.dg

= 2.0,015 + (29 – 1).0,007 + 29.0,049 = 1,647 (m)+ Diện tích tiết diện ngang của calorifer:

Fx = Lx.lô = 1,647.1,2 = 1,9764 (m2)+ Diện tích cản của gân:

Fcg = dg.Lg.i = 0,049.0,48.29 = 0,6821 (m2)+ Diện tích cản của ống:

Fcô = dng.Lkg.i = 0,035.0,72.29 = 0,7308 (m2)+ Diện tích của phần tự do:

t.Ha =

D (W/m2.C) (CT V.101, P28, [2])Trong đó:

tt

Tra bảng P29-[2], , ta được: A = 190,8548t

D : Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ và nhiệt độ thành calorifer:t

D = thnbh – tT = 129,6415 - 129,3908 = 0,2507 0C

Nên:

(m/s) + Chuẩn số Reynolds:

(CT V.36, P13, [2])

bg )0,54.(bhg)0,14 Rnn Pr0,4 (CT V.57, P20, [2])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: C = 0,116 ; n = 0,72 ; Pr = 0,694 (Tr20, [3])

Nên:

Nu=0,166.(0,0350,01 )0,54.(0,0070,01 )0,14.(3296,7747)0,72 0,6940,4=18,2774

+ Tính α2:

Dựa vào đồ thị hình V.17.b), P20-[2], ta được: α2tt = 38,786oC

11 F

(CT V.58, P20, [10])Trong đó:

Fbm: bề mặt ngoài toàn bộ của ống kể cả bề mặt gân tính cho một đơn vịchiều dài ống, (m2)

Ftr: bề mặt trong của ống tính cho một đơn vị chiều dài ống, (m2)α1: hệ số cấp nhiệt trong ống, (W/m2)

q2 = K.tm = 38,4827.129,5162 = 4984,1258 (W/m2)+ Tính sai số:

5066,0732 4984,1258

.100 1,6176%5066,0732

< 5%

Sai số này là cho phép nên các kích thước đã lựa chọn là phù hợp.

5.2.6.Tính các ống truyền nhiệt và kích thước calorifer

+ Diện tích bề mặt trung bình của một ống:

+ Chiều rộng của calorifer: Bx = (m – 1).x’ + 2.x’’ + m.dg

Trong đó: H: chiều cao ống, H = 1,2 (m)

Hch: chiều cao của lớp chắn, chọn Hch = 0,15 (m)Nên: Hx = 1,2 + 2.0,15 = 1,5 (m)

5.3 Tính trở lực và chọn quạt

Có 2 loại quạt:

Quạt đẩy để đẩy không khí từ calorifer vào thùng sấy.

Quạt hút ở cuối hệ thống để hút không khí thải vào cyclone lọc bụi.

5.3.1 Tính trở lực của quá trình- Trở lực qua cyclone

Hệ số trở lực qua cyclone được tính theo công thức sau:

× ρ

2 N/m2 (CT III.50, P522 [1])

 , là hệ số trở lực phụ thuộc vào kiểu cyclone; tra bảng ta có  = 60 , là khối lượng riêng của không khí  = 1,1 kg/m3

thay số vào ta có: ΔPρxyclon=60×4,9666

εΦ=

(P380, [I])Trở lực từ quạt đến calorifer là:

ΔPρ1=λ ×LΦ× ρ ×

w: vận tốc không khí trong calorifer.

ρ: khối lượng riêng của không khí tại nhiệt độ cần tính.

Vận tốc không khí trong calorifer là: