Đồ Án i quá trình và thiết bị Đề tài thiết kế hệ thống sấy ngô thùng quay năng suất 800kgh

Do tính chất và thành phần của vật liệu sấy phải giữ được những tính chất vềgiá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng nên có thể sử dụng một số thiết bị như sấy thùng quay,buồng sấy, hầm sấ

TỔNG QUAN

TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1.1.1 Nguồn gốc và phân loại cây ngô

Ngô là cây lương thực quan trọng trên toàn thế giới bên cạnh lúa mì và lúa gạo Ở các nước thuộc Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi, Người ta sử dụng ngô làm lương thực chính cho người với phưương thức rất đa dạng theo vùng địa lý và tập quán từng nơi.

Ngô là cây thức ăn chăn nuôi quan trọng nhất hiện nay: 70% chất tinh trong thức ăn tổng hợp của gia súc từ ngô Ngô còn là thức ăn xanh và và ủ chua lý tưởng cho đại gia súc đặc biệt là bò sữa Gần đây ngô còn là cây thực phẩm Người ta dùng bắp ngô bao tử làm rau cao cấp vì nó sạch và có hàm lượng dinh dưỡng cao Ngô nếp, ngô đường được dùng làm quả ăn tươi hoặc đống hộp làm thực phẩm xuất khẩu Ngô còn là nguyên liệu của ngành công nghiệp lương thực – thực phẩm và công nghiệp nhẹ để sản xuất rượu, cồn, tinh bột, dầu, glucose, bánh kẹo…

Chính vì tầm quan trọng của nó trong nền kinh tế như vậy, cho nên cây ngô được toàn thế giới gieo trồng và hình thành 4 vùng sinh thái cây ngô chính là: vùng ôn đới, vùng cận nhiệt đới, vùng nhiệt đới cao và vùng nhiệt đới thấp Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới thấp Cây ngô đã được đưa vào sản xuất cách đây 300 năm Những năm gần đây, nhờ có các chính sách khuyến khích của nhà nước và có nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật, đặc biệt là về giống, cây ngô đã có những tăng trưởng đáng kể về diện tích, năng xuất và sản lượng, đông thời đã hình thành 8 vùng trồng ngô chính trong cả nước

1.1.2 Đặc điểm nông sinh học của cây ngô

Cơ quan sinh dưỡng của ngô gồm: rễ, thân và lá làm nhiệm vụ duy trì đời sống cá thể. Hạt được coi là cơ quan khởi đầu của cây.

Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 4 bộ phân chính: vỏ hạt, lớp alơron, phôi và nội nhũ Phía dưới hạt có gốc hạt gắn liền với lõi ngô Vỏ hạt bao bọc xung quanh, màu sắc vỏ hạt tùy thuộc vào từng giống, nằm sau lớp vỏ hạt là lớp aleron bao bọc lấy nội nhũ và phôi. Nội nhũ là thành phần chính 70-78% trọng lượng hạt, thành phần chủ yếu là tinh bột, ngoài ra còn có protein, lipid, vitamin, khoáng và enzyme để nuôi phôi phát triển Phôi ngô lớn(chiếm 8 -15%) nên cần chú trọng bảo quản.

 Vỏ hạt (chiếm 6–9% khối lượng hạt ngô): là một màng nhẵn bao bọc xung quanh hạt có màu trắng, màu tím hoặc vàng tùy thuộc vào giống.

 Lớp aleron (6–8%): nằm sau vỏ hạt bao bọc lấy nội nhũ và phôi.

 Nội nhũ (70–85%): là bộ phận chính chứa đầy các chất dinh dưỡng để nuôi phôi Nội nhũ chứa tinh bột Tinh bột nội nhũ gồm 3 loại: bột, sừng và pha lê Đặc điểm và màu sắc nội nhũ là căn cứ để phân loại ngô.

 Phôi (8–15%): bao gồm lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ mầm, và chồi mầm Phôi ngô chiếm gần 1/3 thể tích hạt, bao quanh phôi có lớp tế bào xốp giúp cho vận chuyển nước vào phôi và ngược lại thuận lợi.

 Chân hạt: gúp hạt đính chặt vào bắp ngô.

Bảng 1: Thành phần hóa học gần đúng các thành phần chính của hạt ngô (%)

Thành phần hóa học Vỏ hạt Nội nhũ Mầm

Theo nguồn: Watson, 1987 (theo Ngô – Nguồn dinh dưỡng của loài người, FAO, 1995)

Trên thế giới, ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng, diện tích đứng thứ 3 sau lúa mì và lúa nước; sản lượng thứ hai và năng suất cao nhất trong các cây ngũ cốc Một số nước như Trung Quốc, Mỹ, Braxin chủ yếu là sử dụng ngô lai trong gieo trồng và cũng là những nước có diện tích trồng ngô lớn.Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới được thể hiện qua bảng 1.2

Bảng 2: Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 2007

Tên nước Diện tích Năng suất Sản lượng

(Triệu ha) (Tạ/ha) (triệu tấn)

(Nguồn: Số liệu thống kê của FAO, 2008)

Qua bảng 1.2 cho thấy, Mỹ là nước có diện tích, năng suất, sản lượng lớn nhất đạt 30,08 triệu ha, với tổng sản lượng đạt 280,22 triệu tấn, năng suất bình quân đạt 100,64 tạ/ha. Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và là cây màu quan trọng nhất được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác.Ở nước ta ngô được trồng ở hầu hết các địa phương có đất cao dễ thoát hơi nước Những vùng trồng ngô lớn là Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, miền núi phía Bắc, Trung du đồng bằng Sông Hồng, Duyên hải Miền Trung

Vấn đề bảo quản ngô nhìn chung là khó khăn vì ngô là môi trường thuận lợi rất thích hợp cho sâu mọt phá hoại Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượng ban đầu tốt, có độ ẩm an toàn Vì vậy quá trình sấy hạt sau thu hoạch có vai trò quan trọng trong bảo quản, chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt Với phương pháp này sẽ bảo quản được lâu hơn, dể dàng vận chuyển và ứng dụng cho nhiều quá trình chế biến các sản phẩm khác.

TỒNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

1.2.1 Bản chất của quá trình sấy

Sấy là qúa trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, là quá trình khuếch tán do sự chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.

1.1.1 Phân loại quá trình sấy

Người ta phân biệt ra 2 loại:

 Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió Tuy nhiên, phơi nắng bị hạn chế lớn là cần diện tích sân phơi rộng và phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong mùa mưa

 Sấy nhân tạo: là quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dung dến tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt.Quá trính sấy này nhân, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên.

Và cũng có nhiều cách phân loại:

 Dựa vào tác nhân sấy:

 Sấy bằng không khí hay khói lò.

 Sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tầng.

 Dựa vào áp suất làm việc:

 Dựa vào phương pháp làm việc:

 Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho qúa trình sấy:

 Máy sấy tiếp xúc hoặc máy sấy đối lưu.

 Máy sấy bức xạ hoặc máy sấy bằng dòng điện cao tầng

 Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun…

 Dựa vào chuyển động tương hỗ của tác nhân sấy và vật liệu sấy: sấy xuôi chiều, ngược chiều, chéo dòng…

1.2.2 Phương pháp thực hiện Để nâng cao giá trị sử dụng nhiều mặt của ngô thì các công đoạn sau thu hoạch như làm khô, bảo quản và chế biến nhằm làm giảm tổn thất cũng như duy trì chất lượng ngô là việc làm vô cùng quan trọng và cần thiết Khi bảo quản ngô hạt phải đặc biệt quan tâm tới tình trạng phôi ngô vì phôi ngô dễ hút ẩm, có sức hấp dẫn mọt cao, dễ hư hỏng Đặc biệt sẽ xảy ra quá trình hô hấp trong quá trình bảo quản.

Mục tiêu của bảo quản: giữ được đến mức tối đa số lượng và chất lượng của đối tượng bảo quản trong suốt quá trình bảo quản Ngô hạt không có vỏ như vỏ trấu, nếu điều kiện bảo quản không tốt (ngô chưa chín già, phơi chưa thật khô, dụng cụ chứa đựng không kín )thì chim, chuột, mốc, mọt có thể phá hỏng hoàn toàn cả kho ngô trong vòng vài ba tháng Vì vậy cần làm ngô khô đến độ ẩm 12-13% để có thể bảo quản an toàn, hạn chế mức độ hư hỏng.

Có thể làm khô ngô khô bằng hai cách: Phơi nắng hoặc sấy Nhưng trong đề tài này yêu cầu sử dụng phương pháp sấy cho nên muốn bảo quản lương thực hoặc chế biến sản phẩm chất lượng cao, các loại hạt cần được sấy xuống độ ẩm bảo quản hoặc chế biến Để thực hiện quá trình sấy có thể sử dụng nhiều hệ thống như buồng sấy, hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy…Mỗi hệ thống đều có những ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau. Chế độ sấy có ảnh hưởng rất lớn chất lượng sản phẩm vì sấy là quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất phức tạp và không những làm thay đổi cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học của nguyện liệu Để sấy ngô là nông sản dạng hạt, người ta thường dùng thiết bị sấy tháp hoặc sấy thùng quay

Hệ thống sấy thùng quay là một hệ thống sấy đối lưu Cấu tạo chính là một thùng sấy hình trụ tròn được đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang một khoảng 1÷5 độ Có hai vành đai trượt trên các con lăn đỡ khi thùng quay Khoảng cách giữa các con lăn có thể điều chỉnh được để thay đổi góc nghiêng của thùng Thùng sấy quay với tốc độ 0,5÷8 vòng/phút nhờ một động cơ điện thông qua một hộp giảm tốc Bên trong thùng sấy có lắp cánh đảo để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất đạt cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm Hệ thống sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển Tác nhân sấy có thể là không khí sạch hay khói lò Tác nhân sấy và vật liệu sấy có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều Vận tốc của tác nhân sấy đi trong thùng không quá 3 m/s để tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.

Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khói lò Quá trình sấy bắp đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh an toàn cho thực phẩm nên ở đây ta chọn tác nhân sấy là không khí, được đun nóng bởi caloriphe, nhiệt cung cấp cho không khí trong caloriphe là từ lò hơi Nhiệt độ tác nhân sấy phụ thuộc vào bản của hạt Nguyên liệu là bắp là nguyên liệu chứa nhiều tinh bột, cho nên nhiệt độ sấy phụ thuộc vào nhiệt độ hồ hóa tinh bột, nhiệt độ hồ hóa tinh bột ngô là khoảng 62 0 C-72 0 C, do đó cần chọn nhiệt độ tác nhân sấy phù hợp, không cao cũng không thấp, mục đích là đẩy nhanh quá trình sấy và không làm cho nhiệt độ của nguyên liệu vượt quá nhiệt độ hồ hóa, vì vậy em chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào thùng sấy là 60 0 C Ngô được sấy liên tục với tác nhân là không khí nóng Dựa vào tính chất vật liệu của ngô nên ta chọn phương thức sấy cùng chiều vì tốc độ sấy ban đầu cao, ít bị co ngót, sản phẩm ít bị biến tính, giảm nguy cơ hư hỏng do vi sinh vật, tránh sấy quá khô và tác nhân sấy khỏi mang theo vật liệu sấy như sấy ngược chiều Mặt khác, với nhiệt độ tác nhân sấy ban đầu không cao lắm thì khi sấy cùng chiều vật liệu sấy và tác nhân sấy sẽ tiếp xúc tốt hơn, quá trình sấy diễn ra nhanh hơn Sau khi sấy, ngô được tháo ra qua cửa tháo sản phẩm, còn tác nhân sấy sẽ đi qua ống thải khí và thải khí ra ngoài môi trường. Để giảm thời gian sấy ta phải tăng tốc độ tác nhân sấy bằng hệ thống quạt ly tâm hay hướng trục Dựa vào nguyên liệu là ngô ta chọn chế độ sấy cùng chiều vì phương pháp này có cường độ cao, thời gian sấy giảm, sản phẩm ra khỏi hầm đã nguội, kinh tế hơn, áp dụng cho các sản phẩm không cần để ý tới cong vênh, nứt nẻ, còn sấy ngược chiều thì thành phẩm phải có chất lương cao nhưng không được không cong vênh và nứt nẻ

Các cánh trộn trong thùng chứa có tác dụng phân phối đều cho vật liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu để tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, cấu tạo của cánh trộn phụ thuộc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm của nó.

Các loại cánh đảo phổ biến như :

- Cánh đảo nâng , đổ: dùng để sấy vật liệu có kích thước lớn, dễ bám dính vào thùng thì dùng cánh nâng vật sấy lên cao rồi đổ xuống tạo mưa hạt.

- Cánh đảo phân chia (phân phối): dùng với vật sấy có kích thước nhỏ hơn, dễ chảy.

- Cánh đảo hình quạt: được dùng cho trường hợp vật sấy có kích thước lớn và có trọng lượng riêng lớn.

- Cánh đảo trộn: dùng cho vật sấy có kích thước nhỏ như bột. a) b) c) d) e)

Hình 1: Các dạng cánh đảo a-Cánh nâng, đổ; b,c-Cánh phân chia; d-Cánh hình quạt; e-Cánh đảo trộn. Ưu điểm:

+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy

+ Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100kg ẩm bay hơi/m 3 h.

+ Thiết bị có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.

+ Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn Do đó trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy.

+ Thiết bị cồng kềnh, chiềm nhiều diện tích.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Vật liệu sấy là bắp hạt sau khi được rửa sạch, đề cho ráo nước tuốt ra khỏi cùi, được cho vào buồng chứa, sau đó được nhập liệu vào thùng sấy bằng hệ thống gầu tải Bắp hạt khi vào thùng sấy có độ ẩm ban đầu là 22%, chuyển động cùng chiều với tác nhân sấy Tác nhân sấy sử dụng là không khí được gia nhiêt bằng lò hơi qua hệ thống caloriphe khí - hơi Dòng tác nhân sấy được gia tốc bằng quạt đẩy đặt ở trước thiết bị, và quạt hút đặt cuối thiết bị.Thùng sấy có dạng hình trụ đặt nằm nghiêng một góc 1-5 0 C so với mặt phẳng ngang,được đặt trên một hệ thống các con lăn đỡ và chặn Chuyển động quay của thùng được thực hiện nhờ bộ truyền động từ động cơ sang hộp giảm tốc đến bánh răng gắn trên thùng Bên trong thùng có gắn các cánh nâng, dùng để nâng và đảo trộn vật liệu sấy, mục đích là tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, do đó tăng bề mặt truyền nhiệt, tăng cường trao đổi nhiệt để quá trình sấy diễn ra triệt để Trong thùng sấy, bắp hạt được nâng lên đến độ cao nhất định, sau đó rơi xuống Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng Khi đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiết cho quá trình bảo quản là 12% -13% Sản phẩm bắp (ngô) hạt sau khi sấy được đưa vào buồng tháo liệu, sau khi qua cửa tháo liệu sẽ được băng tải đưa ra ngoài và vào hệ thống bao gói, để bảo quản hay dùng vào các mục đích chế biến khác Dòng tác nhân sấy sau khi qua buồng sấy chứa nhiều bụi, do đó cần phải đưa qua một hệ thống lọc bụi để tránh thải bụi bẩn vào không khí gây ô nhiễm Ở đây, ta sử dụng hệ thống lọc bụi bằng cyclon đơn Không khí sau khi lọc bụi sẽ được thải vào môi trường.Phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua cửa thu bụi của cyclon và được xử lý riêng.

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

TÍNH THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY

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

Trạng thái không khí ngoải trời được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặp thông số (to, 0)

Chọn A có : to ( 0 C và 0 = 79% Áp suất hơi bảo hòa p b o =exp( 12 − 235,5+t 4026,42 o ) = exp ( 12 − 235,5+ 4026,42 28 ) =0,0376 (bar)

2.2.2 Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B) hông khí đượ1c quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đếno caloriphe vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến đượ1c đốt n ng đ ng m (d1 đ nóng đẳng ẩm (d1 đến ẳng ẩm (d1 đến ẩm (d1 đến ến trạng thái B (d1,t1) Trạng thái B c ng l trạng thái cu.a tác nh n sấy ũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng quay Nhiệt ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ân sấy vào thùng quay Nhiệt vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đếno thùng quay hi tNhiệt ệt đ t1 tại điểm B l nhi t đ cao nhất cu.a tác nh n sấy , do tính chất cu.a ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ệt ân sấy vào thùng quay Nhiệt vật liệu sấy và ệtt li u sấy vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến quy tr nh công ngh quy đi 1nh hi t đ cu.a tác nh n sấy ợ B đượ1c cho1n pha.i thấp hợnệt Nhiệt ệt ân sấy vào thùng quay Nhiệt nhi t đ h h a cu.a tinh ệt óng đẳng ẩm (d1 đến b t o ngô l loại hạt gi u tinh Do ngô là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm của vật ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến b t, an đ u khi đ m cu.a b ầu khi độ ẩm của vật ẩm (d1 đến vật liệu sấy vàt li u sấy c n cao, n u ệt ến vật liệu sấy và ệtt li u ti p ến xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bộtc i tác nh n sấy nhi t đ cao th l p hạt tinh ân sấy vào thùng quay Nhiệt ệt ới tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột b t i 1 h h a tạo th nh m t l p keo mo.ng i 1t kín m t thoát m t l ng t li u ra b óng đẳng ẩm (d1 đến vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ới tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột b bề mặt thoát ẩm từ lòng vật liệu ra ặt thoát ẩm từ lòng vật liệu ra ẩm (d1 đến ừ lòng vật liệu ra vật liệu sấy và ệt ngo i.ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến gô đượ1c sấy nh m mu1c đích cho ngư i sư du1ng y pha.i sấy ợ nhi t đ thấp,

Nhiệt ằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, ời sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, v vật liệu sấy và ệt khoa.ng 40 650 -650C C. o đ , cho1n điểm B t1e0 d1 = 0,0194(kg kgkkk)

Do ngô là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm của vật óng đẳng ẩm (d1 đến : t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk) C vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến /kgkkk)

 Áp suất hơi bảo hòa p b 1 =exp( 12 − 235,5+ 4026,42 t 1 ) =exp ( 12 − 235,5 4026,42 +65 ) =0,247 ¿

Tử độ chứa ẩm suy ra độ ẩm tương đối φ1 =0,247 0,0194 ×( 0,621+ × 0,981 0,0194 )= 0,120

2.1 CÁC THÔNG SỐ TÁC NHÂN SẤY VÀ CÔNG THỨC SỬ DỤNG

Ta kí hiệu các đại lượng như sau:

G1,G2:Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy (kg/h).

1,2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo % khối lượng vật liệu ướt

W:Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (kg/h).

Gk:Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (kg/h) d0:Hàm ẩm của không khí ngoài trời(kg ẩm/kg kkk) d1:Hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk) d2: Hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk)

Dùng tác nhân sấy là không khí

 Áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ: p b = exp ( 12 − 235,54026,42+t o C ) [bar] (CT 2.11/14-[1])

 Độ chứa ẩm d d=0,621 B − ϕ p ϕ p b b [kg/kgkkk] (CT 2.15/15-[1]) Với B: áp suất khí trời B t = 0,981bar

 Enthapy của không khí ẩm

 Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 kJ/kg o K

 Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 kJ/kg o K

 r : ần nhiệt hóa hơi của nước r %00 kJ/kg

 Thể tích riêng của không khí ẩm v= RT

M: khối lượng không khí,M= 29 kg/kmol

B,pb: áp suất khí trời và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí, N/m 2

T: nhiệt độ của không khí, 0 K

2.2.3 Thông số trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy(C) hông khí ợ trạng thái B đượ1c đ y ẩm (d1 đến vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đếno thi t i 1 để thư1c hi n quá tr nh sấy lến b ệt ý thuy t( 1= 2), trạng thái không khí ợ đ u ra cu.a thi t i 1 sấy l (t2, 2).ến ! ! ầu khi độ ẩm của vật ến b ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến C ᵩ2). hi t cu.a tác nh n sấy ra kho.i thi t i 1 sấy t2 tùy cho1n sao cho tô.n thất do tác nh n

Nhiệt ệt ân sấy vào thùng quay Nhiệt ến b ân sấy vào thùng quay Nhiệt sấy mang đi l ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến b# nhất, nhưng pha.i tránh hi n tượ1ng đo1ng sượng, ngh a l tránh trạng tháiệt ĩa là tránh trạng thái ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến n m trên đư ng a.o h a ng th i, đ ch a m cu.a tác nh n sấy tại pha.i nho hợn

C ằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, ời sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, b Đ ời sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, ứa ẩm của tác nhân sấy tại C phải nhỏ hơn ẩm (d1 đến ân sấy vào thùng quay Nhiệt C. đ m c n ẩm (d1 đến ân sấy vào thùng quay Nhiệt bằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp,ng cu.a vật liệu sấy và ệtt li u sấy tại điểm đ để óng đẳng ẩm (d1 đến vật liệu sấy và ệtt li u sấy không h t m trợ lại.úc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột ẩm (d1 đến i, nthalpy 1= 26,083 k kgkk

Với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột Enthalpy:I1=I26,083 kj/kgkk : t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk)! ! j/kgkkk) ho1n nhi t đ đ u ra cu.a thi t i 1 sấy l t270

C ệt ầu khi độ ẩm của vật ến b ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến C.

 Áp suất hơi bảo hòa p b 2 =exp( 12 − 235,5+t 4026,42 2 ) =exp ( 12 − 235,5+37 4026,42 ) =0,062 ¿

Bảng 3: Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết Đại lượng Trạng thái không khí ban đầu(A)

Trạng thái không khí vào thiết bị sấy (B)

Trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C) t ( o C) 28 65 37

I (kJ/kgkk) 77,613 116,083 116,083 pb (bar) 0,0376 0,247 0,062 v (m 3 /kgkk) 0,912 1,023 0,956

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

 Phương trình cân bằng vật chấthượng tr nh c n ân sấy vào thùng quay Nhiệt bằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp,ng vật liệu sấy vàt chất

 Lượng hơi ẩm bốc trong 1 giờ

 Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

 Năng suất của sản phẩm sấy:

CÂN BẰNG NÂNG LƯỢNG CHO THUYẾT BỊ SẤY LÝ THUYẾT

gư i ta go1i thi t i 1 sấy l tượ.ng l thi t i 1 sấy tho.a ma.n các đi u ki n sau đ y

Nhiệt ời sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, ến b ý ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ến b ề mặt thoát ẩm từ lòng vật liệu ra ệt ân sấy vào thùng quay Nhiệt : t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk)

 Nhiệt ệthi t lượ1ng ô sung B QBS=0 S=0

 Tô.n thất nhi t qua các k t cấu ao che B =0ệt ến b QBS=0 C.

 Tô.n thất nhi t do thi t i 1 truy n ta.i ệt ến b ề mặt thoát ẩm từ lòng vật liệu ra QBS.t=0

 Tô.n thất do vật liệu sấy và ệtt li u sấy mang đi QBS=0V=0

 C.hỉ c tô.n thất do tác nh n sấy mang đióng đẳng ẩm (d1 đến ân sấy vào thùng quay Nhiệt o không c nhi t lượ1ng ô sung Do ngô là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm của vật óng đẳng ẩm (d1 đến ệt b vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến các loại tô.n thất nên nhi t lượ1ng c n thi t đểệt ầu khi độ ẩm của vật ến ốc hợi m trong t li u sấy đượ1c lấy ngay chính nhi t lượ1ng cu.a tác nh n sấy sau đ b ẩm (d1 đến vật liệu sấy và ệt ệt ân sấy vào thùng quay Nhiệt vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến óng đẳng ẩm (d1 đến m dư i dạng hợi lại quay trợ lại tác nh n mang tra lại cho tác nh n m t nhi t lượ1ng ẩm (d1 đến ới tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột ân sấy vào thùng quay Nhiệt vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ân sấy vào thùng quay Nhiệt ệt đ ng úc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột bằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp,ng th , nhi t lượ1ng n y thể hi n dư i dạng nhi t n h a hợi ến ệt ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ệt ới tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột ệt ẩm (d1 đến óng đẳng ẩm (d1 đến vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến nhi t ệt vật liệu sấy và ýt l cu.a hợi nư c ới tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột V vật liệu sấy vày ngư i ta em quá tr nh sấy l tượ.ng l quá tr nh đ ng entanpy ời sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, x ý ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ẳng ẩm (d1 đến Đân sấy vào thùng quay Nhiệt ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đếny l đ c trưng cợ a.n cu.a quá tr nh sấy l thuy t.ặt thoát ẩm từ lòng vật liệu ra b ý ến

Gia sư lượ1ng khí vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đếno ra thi t i 1 sấy l không đô.i, kí hi u l 0 (kg h)ến b ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ệt ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến : t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk) L0 (kg/h) /kgkkk)

Theo phượng tr nh c n ân sấy vào thùng quay Nhiệt bằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp,ng vật liệu sấy vàt chất ta cóng đẳng ẩm (d1 đến: t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk)

 Lượng không khí khô cần thiết

 Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm: l 0=L 0

 Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết

 Nhiệt lượng tiêu hao riêng: q 0 =Q 0

Hình 2: Đồ thị I – d quá trình sấy lý thuyết

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ SẤY THỰC

Một thiết bị sấy ngoài tổn thất do tác nhân sấy mang đi còn có thề có nhiệt lượng bổ sung QBS và luôn luôn tồn tại tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che QBC, tồn thất nhiệt do thiết bị sấy chuyển tải và tổn thất nhiệt lượng do vật liệu sấy mang đi QV.

Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không có thiết bị chuyển tải, dó đó QBS=0, QCT=0.

 Nhiệt lượng đưa vào hệ thống sấy gồm:

 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorifer: L(I1-I2)

 Nhiệt lượng bổ sung QBS

 Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang vào : GCTCCTtCT1

 Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang vào: [(G1-W)CV1+WCa]tV1

 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:

 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi L(I2-I0)

 Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che: QBC

 Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang ra : GCTCCTtCT2

 Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang ra: G2CV2tV2.

 tV1 : nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường: tv1 = to 28 o C

 tV2: nhiệt độ cuối cùa vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy: tv2 = t2 – (5 0 C) = 37 – 5 = 32 o C , ta chọn nhỏ hơn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy 3-5 0 C.

Cv1 = Cv2 = Cv: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy là như nhau Ở đây nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở 2 % :

Cv = Cvk(1-2) + Ca 2,kJ/kg o K (CT 7.40/141-[1])

Với: Ca: nhiệt dung riêng của ẩm, Ca=Cn=4,18KJ/kg 0 K

Cvk=1,47(kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của vật kiêu khô.

=> Cv = Cvk(1-2) + Ca 2= 1,47.(1 - 0,14) + 4,18.0,14=1,8494(kJ/kg.K)

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

L(I1-I0)+Q BS + GCTCCTtCT1+ [(G1-W)CV1+WCa]tV1

- Vậy nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực:

Q = L(I1-I0)= L(I2-I0) - Q BS +QBC + GCTCCT (tCT2-tCT1)+ G2CV2 (tV2 –t V1 ) -WCatV1 Đặt QCT= GCTCCT (tCT2-tCT1), QV= G2CV2 (tV2 –t V1 ) tương ứng là tổn thất do thiết bị chuyển tải và tổn thất do vật liệu sấy mang đi ta được:

- Xét cho 1 kg ẩm cần bốc hơi: q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1

 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:

Qv = G2Cv(tv2 – tv1) = 697,674 1,8494.(32 – 28) = 5161,113 (kJ/h) q v =Q v

 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che

Tổn thất nhiêt qua cơ cấu bao che hay qua môi trường QBC thường chiếm khoảng 3- 5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích QBC = (0,03-0,05)Qhi

Trong đó : Qhi: là nhiệt hữu ích cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu:

Với rtv1: ẩn nhiệt hóa hơi chủa nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vảo, rtv1%00 kJ/kg

QBC = 0,03.Qhi= 0,03 257511,360 w25,341(kj/h) q BC =Q BC

W w25,341 102,326 u,497 (kj/kg ẩm) Đặt Δ=C a t V 1 −q BC −q V :nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho quá trình sấy thực, là đại lượng đặc trưng cho sự sai khác giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết

 Quá trình sấy lý thuyết: Δ=0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:

Q = L(I2 – Io) 21,207(116,083-77,613)39351,833 (KJ/h) q = l(I1 – Io),207(116,083-77,613)316,383(KJ/kg ẩm)

 Quá trình sấy thực tế: Δ≠0 Δ=C a t V 1 −q BC −q V =4,18.28-75,497-50,438= -8,895(kJ/kg ẩm)

=> Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I1 (vậy đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết)

Từ đó ta xác định lại các tính chất của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy

Tuy nhên vì chưa biết l nên ta xác định độ chứa ẩm d2 trước thông qua t2 đã biết:

 Độ chứa ẩm của tác nhân sấy d 2 =C pk (t 1 − t 2 )+d o (i 1 − Δ)

(i 2 − Δ) (CT 7.31/138–[1]) Trong đó i1%00+1,842.65&19,73KJ/kg) i2%00+ 1,842.37&58,154(kJ/kg)

 Áp suất hơi bảo hòa p b 2 =exp( 12 − 235,5+t 4026,42 2 ) =exp ( 12 − 235,5+37 4026,42 ) =0,062 ¿

=>Lượng tác nhân khô cần thiết:

 Lượng tác nhân tiêu hao riêng: l= L

 Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:

Bảng 4: Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực Đại lượng Trạng thái không khí ban đầu(A)

Trạng thái không khí vào thiết bị sấy (B)

Trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C) t ( o C) 26 65 37

I (kJ/kgkk) 71,202 116,083 101,352 pb (bar) 0,0335 0,247 0,062 v (m 3 /kgkk) 0,903 1.032 0,947

Hình 3: Đồ thị I - d biểu diễn cho quá trình sấy thực

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

2.6.1 Đường kính của thùng sấy

√ 1− β ∗ √ V ω (CTVII.49-trang 121-[5]) Trong đó: + β : Hệ số chứa, giá trị từ 20% ÷ 30%

+ ω : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy, ω=2 m / s ÷ 3 m / s

+V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy (m 3 /ℎ)

Chọn: hệ số chứa β = 20%, vận tốc ω =3m/s

Dựa vào kích thước chuẩn ta chọn D t =1,6(m).

Kiểm tra lại tốc độ tác nhân sấy

Ta có t1 = 65 0 C => ρ 1 =1,0445(Kg/m 3 ) (Tra bảng I.255 trang 318-[3]) Vậy V0 = L.v0 = 18272,5.0,912= 16664,52 (m 3 /h) = 4,629(m 3 /s)

 Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:

 Tiết diện tự do của thùng sấy

 Vận tốc tác nhân sấy: v ' k =V

 Sai số so với vận tốc chọn ε=v k ' − v k v k ' 100 %=3,109−2,986

3,109 100 %=3,946 % Sai số nhỏ nên ta vẫn chấp nhận vẫn tốc ban đầu là: ω=2,986 ( m/ s)

Chọn tỉ lệ D L =¿3,5-7, ta chọn D L =4,5 (trang 121-[5])

2.6.4 Cường độ bay hơi ẩm

11.1 M −0,27 (CT 8.10/115-[1]) Trong đó hệ số M phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt cho bảng sau:

Ta c d = 7,5mm, theo a.ng trên ta c M=0,5.10óng đẳng ẩm (d1 đến b óng đẳng ẩm (d1 đến -2

2.6.6 Thời gian lưu của vật liệu

Th i gian lưu m l t li u lưu tr trong thùng (th i gian ời sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ật liệu sấy và ệt úc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột ời sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, vật liệu sấy và ệtt li u di h t chi u d i cu.aến ề mặt thoát ẩm từ lòng vật liệu ra ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến thùng): t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk) τ 1 =V T β ρ v

=> τ 1 > τ do đó thỏa mản điều kiện.

2.6.7 Số vòng quay của thùng

Ta có: n , = τ D m k L t tgα ( CTVII.52/122 –[5]) Trong đó :

+ n ’ : số vòng quay của thùng.

+ L: là chiều dài của thùng.

+  : Góc nghiêng của thùng quay, độ Thường góc nghiêng của thùng dài là 2.5-3 0 , còn thùng ngắn đến 6 0 , chọn  =3 0  tg = 0,047

+ m : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m = 0,5

+ k : Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, k = 0,65

+  : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay, phút

2.6.8 Tính bề dày cách nhiệt của thùng

Máy sấy có thề có hay không lớp cách nhiệt,để tránh nhiệt trong máy sấy mất mát nhiều và để đảm bảo nhiệt độ bên ngoài thùng sấy có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy

2.6.8.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy số cấp nhi t t d ng tác nh n sấy đ n ên trong cu.a thùng sấyệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy ừ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy òng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy ân sấy đến bên trong của thùng sấy ến bên trong của thùng sấy bên trong của thùng sấy

Bảng 6: Các hệ số của không khí bên trong thùng sấy.

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Tài liệu tham khaỏ Giá trị

2 Nhiệt độ trung bình tk oC 50

3 Hệ số dẩn nhiệt k W/m o K Phụ lục 6/350[2] 0,0283

4 Độ nhớt  k Ns/m 2 Phụ lục 6/350[2] 1,96.10 -5

5 Khối lượng riêng  k kg/m 3 Phụ lục 6/350[2] 1,093

 Chế độ chảy của tác nhân trong thiết bị:

Re> 10 4 => dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy Quá trình truyền nhiệt trong quá trình trong thùng xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy (rối), là quá trình truyền nhiệt do sự trộn lẫn của các lớp lưu chất trong và ngoài xa trục của dòng chảy Có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên Vậy, quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống có D L < 50

Trong đóng đẳng ẩm (d1 đến : t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk) ε l =f ( ℜ , D L )

 Hệ số cấp nhiệt α 1: α 1 =Nu λ k

2.6.8.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh

Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Tải liệu tham khảo Giá trị

2 Hệ số dẫn nhiệt  k W/m o K Phụ lục 6/350[2] 0,0265

3 Độ nhớt  k Ns/m 2 Phụ lục 6/350[2] 1,815.10 -5

4 Áp suất hơi bảo hòa pk bar 0,0335

5 Khối lượng riêng  k kg/m 3 Phụ lục 6/350[2] 1,173

Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng ( phía tiếp xúc với không khí ): tw4 = 34 o C => là nhiệt độ thích hợp để nhiệt từ tác nhân sấy sau khi truyền nhiệt qua vách thùng và lớp cách nhiệt đến phía thành ngoài của thùng thì không còn nóng, an toàn cho người làm việc.

Do hệ số dẩn nhiệt của thép lớn nên nhiệt độ xem như không đổi khi truyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ.

Hình 4: Sơ đổ truyền nhiệt qua vách thùng δ 1 : bề dày thân thùng δ 2 : bề dày lớp cách nhiệt δ 3 : bề dày lớp bảo vệ

 Chọn bề dày thùng: to tw

Bảng 8: Các bề dày thùng và vật liệu

STT Đại lượng Kí hiệu

Giá trị chọn(m) Vật liệu Hệ số dẫn nhiệt

2 Bề dày lớp cách nhiệt  2 0,01 Bông thủy tinh 0,05

3 Bề dày lớp bảo vệ  3 0,001 CT3 50

-Đường kính ngoài của thùng sấy:

- Hệ số cấp nhiệt α 2 ' : α 2 ' =Nu λ o

- Hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệtα 2 ¿ : α 2 ″ = Q bx

Trong đóng đẳng ẩm (d1 đến: t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk)

+ QBSx: t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk) nhi t trao đô.i do ệt bứa ẩm của tác nhân sấy tại C phải nhỏ hơn x Wc ạ,

+ F: t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk) bề mặt thoát ẩm từ lòng vật liệu ra ặt thoát ẩm từ lòng vật liệu ra bứa ẩm của tác nhân sấy tại C phải nhỏ hơn x m t c ạ,m2

+ T1 nhi t đ cu.a : t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk) ệt vật liệu sấy vàt th n ng, 0 , T1= T 4ề mặt thoát ẩm từ lòng vật liệu ra óng đẳng ẩm (d1 đến w4

+ T2 nhi t đ cu.a : t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk) ệt vật liệu sấy vàt thể ngu i l nhi t đ không khí ao quanh ào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 đến ệt b thùng,0 ,T2=T0

+ ε 1− 2: độ đen của hệ. Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thề, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thề : ε 1−2=0,8-1

- Hệ số cấp nhiệt chung: α 2=α 2 '

- Hệ số truyền nhiêt K đối với tường hình ống có chiều dày không dày lắm so với đường kính:

2.6.8.4 Tính bề mặt truyền nhiệt F

- Đường kính trung bình của máy sấy:

- Bề mặt truyền nhiệt: gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặt đầu của thùng:

2.6.8.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhâ sấy và không khí bên ngoài

+t1đ, t1c: nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của tác nhân sấy khi qua thùng sấy tđ1 = t1 = 65 o C tc1 = t2 = 37 o C +t2đ, t2c: nhiệt độ môi trường xung quanh, , t2đ = t2c = to = 28 o C

- Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy: Δt đ = t1đ – t2đ = 65 – 28 7 ( o C) Δt c = t1c – t2c = 37 – 28 = 9 ( o C)

- Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài: Δt tb =Δt đ − Δt c ln Δt đ Δ t c

2.6.8.6 Tính nhiệt lượng mất mát ra xung quanh

- Xem nhiệt truyền tử bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đến môi trường bên ngoải là ổn định Lượng nhiệt đó chính là nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh khi bốc hơi 1 kg ẩm qxq Đối với máy sấy thùng quay thì lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh này cũng là nhiệt tồn thất qua cơ cấu bao che qBC

- Theo phương trình truyền nhiệt: qxq = K F ∆ t tb

2.6.8 C.ho1n kích thư c cánh đa.o trong thùngới tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột ư du1ng cánh n ng c các thông số đ c trưng như sau

S=0 ân sấy vào thùng quay Nhiệt óng đẳng ẩm (d1 đến ặt thoát ẩm từ lòng vật liệu ra : t1e0 C và d1 = 0,0194(kg/kgkkk)

+Góc gấp của cánh nâng: 0 0

+Thông số đặc trưng cho cấu trúc cánh:

- Chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu:

- Diện tích bề mặt chứa vật liệu của cánh:

Hình 5: Dạng cánh đảo trộn.

+Chiều cao cánh đảo: a= 80 mm

+Vật liệu chế tạo cánh là thép không rỉ X18H10T, y00(kg/m 3 )

+Số cánh trên một mặt cắt: 16 cánh

- Khối lượng 1 cánh đảo: m=ρ V C =ρ F C dy00.0,312 7,2.1 0 −3 ,747(kg)

- Khối lượng của cánh trong thùng: m cánℎ =z m.17,74790,748(kg)

2.6.9 Chiều cao lớp vật liệu chứa trong thùng

Hình 6: Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng

- Tỷ lệ chứa đầy vật liệu trong thùng: β=F cd

Trong đó: F1:tiết diện ngang của thùng (m 2 )

Fcđ:Tiết diện chứa đầy (m 2 )

- Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng:

2.6.10 Chọn kích thước của các chi trong thiết bị thùng quay:

 Thân thùng trước và sau của thùng quay:

- Chiều dài thùng trước d00mm

- Chiều rộng thùng trước r0mm

- Chiều cao thùng trước h60mm

- Kích thước thùng sau tương tự như thùng trước.

 Chân đỡ :làm bằng thép CT3

 Phễu nhập liệu:làm bằng thép CT3

- Miệng phễu lớn hình vuông cạnh dài: a= 890mm

- Miệng phễu nhỏ hình vuông cạnh dài: bE0mm

 Con quay phân phối nguyên liệu:làm bằng thép CT3

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

TÍNH CHỌN CALORIPHE

Trong kỹ thuật sấy thường sử dụng hai loại calorife để đốt nóng không khí calorife khí

- hơi và calorife khí – khói.

Calorife được chọn để gia nhiệt cho tác nhân sấy ở đây là calorife khí – hơi loại thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm: hơi nước bão hòa ngưng tụ đi trong ống và không khí chuyển động ngoài ống.

Vì hệ số truyền nhiệt của nước ngưng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống với không khí nên bên ngoài ống (phía không khí) được làm thêm cánh tản nhiệt để tăng cường truyền nhiệt.

Vậy calorife sử dụng là loại ống chùm với ống có cánh đặt đứng.

 Nhiệt lượng mà calorife cần cung cấp cho tác nhân sấy là:

L – là lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy (kg/h)

I1, I0 – là entanpy của tác nhân sấy trước và sau khi ra khỏi calorife

 Công suất nhiệt của calorife là:

Do nhiệt độ của tác nhân sấy không quá cao nên ta chọn lò hơi có áp suất bão hòa là 2 bar Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo áp suất và ẩn nhiệt hóa hơi r = 2207 kJ/kg.độ Nhiệt độ hơi nước bão hòa là 120 o C.

 Lưu lượng hơi cần cung cấp là:

 Tiêu hao hơi cho một calorife là:

 Bề mặt truyền nhiệt calorife F được tính theo công thức:

 Hiệu nhiệt độ ở vị trí đầu calorife: Δt 1=t s −t v2 0−32 o C

 Hiệu nhiệt độ ở vị trí cuối calorife: Δt 2=t s −t r2 0−65U o C Δt tb = Δt 1 − Δt 2 ln Δt 1 Δt 2

C k : Hệ số truyền nhiệt của caloriphe (W/m 2 ) Ta chọn k= 30,5 W/m 2 K (bảng 17.5, TT và TK HTS) với lưu tốc không khí là 10 kg/m 2 s (tra bảng 4 - Phụ lục 1- [6])

Từ F= 345,530 m 2 ta tra bảng 4 - Phụ lục 1 – [2], ta chọn caloriphe KΦ6 kiểu II có:

Bảng 9: Thông số caloriphe Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2)

Diện tích tiết diện khí qua (m2)

Diện tích tiết diện môi chất đi qua (m2)

Kích thước (mm) Đường kính ống môi chất vào (m)

TÍNH XYCLON

Khi tác nhân sấy không khí nóng đi qua máy sấy hường có mang theo rất nhiều hạt bụi nhỏ, chúng cần được thu hồi đề làm sạch môi trường không khí thải

Trong hệ thống này sấy thùng quay dùng xyclon đơn Chọn loại xyclon đơn ЦH-15H-15 với góc nghiên cửa vào δ 0 Loại này đảm bảo độ làm sạch bụi lớn nhât với hệ số sức cản thủy lực nhỏ nhất. Đối với xyclon ЦH-15H-15 thì chọn đường kính từ 40 800mm Hệ này làm sạch bụi càng tăng nếu bán kính xyclon càng bé, vì vậy nên dùng xyclon có bán kính nhỏ Năng suất của xyclon đơn của xyclon đơn khá lớ, muốn tăng năng suất có thể ghép nhiều xyclon làm việc song song.

 Lưu lượng khí vào xyclon chính là lượng tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy:

 Đường kính xyclon: Chòn 1 xyclon, đường kính De0mm, dùng khi năng suất của xyclon ЦH-15H-15 từ 7650  8920 m 3 /h (bảng III.5/524-[3])

 Kích thước cơ bản của xyclon ЦH-15H-15

Bảng 10: Kích thước cơ bản của xyclon đơn loại ЦH-15 H-15

STT Kích thước của xyclon ЦH-15H-15 Kí hiệu Công thức Giá trị Đơn vị

1 Đường kính trong của xyclon D 650 mm

3 Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 1,74D 1131

4 Chiều cao phần hình trụ h2 2,26D 2035

5 Chiều cao phần hình nón h3 2,0D 1300

6 Chiêu cao phần bên ngoài ống tâm h4 0,3D 195

8 Đường kính ngoài của ống d1 0,6D 390

9 Đường kính trong của cửa tháo bụi d2 0,3D 195

11 Chiều dài của ống cửa vào l 0,6D 390

12 Khoảng cách từ tận cùng xyclon đến mặt bích h5 0,32D 208

13 Góc nghiên giửa nắp và ống vào α 15 Độ h2 h5 h3 h4 a h1 a l

TÍNH CHỌN QUẠT

Trong hệ thống sấy, quạt là bộ phận vận chuyển không khí và tạo ra áp suất cho dòng khí đi qua các thiết bị: caloriphe, thùng sấy, đường ống, xyclon Nhiệm vụ của hệ thống quạt là tạo ra dòng chảy của tác nhân sấy qua thùng sấy có lưu lượng đúng như quá trình sấy yêu cầu Năng suất của quạt đặc trưng bởi thể tích khí đi vào hay đi ra thiết bị sấy.Trong thiết bị sấy thường, để vận chuyển tác nhân sấy thường dùng 2 loại quạt ly tâm và hướng trục Theo áp suất tạo ra có thể chia làm 3 loại:

- Quạt áp suất thấp, tổng cột áp tạo ra đến 100 mmH2O.

- Quạt trung áp, tổng cột áp tạo ra 100 - 300 mmH2O.

- Quạt áp cao, tổng cột áp tạo ra đến 300 - 1500 mmH2O. Để chọn loại quạt nào phụ thuộc vào thông số đăc trưng của hệ thống sấy, trở lực mà quạt phải khắc phục.

Trở lực qua thùng sấy

Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp hạt nằm trên cánh và trên mặt thùng mà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và các cánh từ trên xuống

Do đó, trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấy có những đặc thù riêng và được tính theo các công thức thực nghiệm:

Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy t f 1e+37

2 Q o C ,các thông số của không khí nóng như sau: Độ nhớt động học: k =1,93.10 -5 m 2 /s

Khối lượng riêng: k=1,093 kg/m 3 Độ nhớt: μ k = 1,935.10 -5 Ns/m 3

1,935.10 − 5 7,632 Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy: G1+G2 ρ=0,25.(G1+G2) β

0,75.2.5 =9,984 kg/m 3 (CT 10.2/213 – [2]) Trở lực của dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy: Δ P ℎ at =a L v k 2 ρ k C

Trong đó: a: hệ số thủy động a=5,85+490

C: hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt

Trở lực xyclon và buồng đốt Theo kinh nghiê1m trợ lư1c cu.a Xyclon Δ p x mm H 2 O , trở lực qua Caloriphe Δ p c mm H 2 O Trở lực cục bộ và các trở lực phụ lấy 5% Tổng trở lực quạt phải khắc phục:

∆ p t =1,05.( ∆ p ℎạ t +∆ p x +∆ p c ) = 1,05.( 23,736+ 20 + 14) = 60,623 mm H 2 O Áp suất động của khí thoát

Chọn quạt cho hệ thống sấy thùng quay

Dựa vào năng suất Vtb= 17998,413 m 3 /h và cột áp Δ p=8 2,906(mm H 2 O) theo phụ lục

3, trang 197-[6], dựa vào đồ thị đặc tuyến của quạt ly tâm ta chọn quạt Π 4 − 70, N ° 7có hiệu suất 0,7.

N= k × 3600 V × ρ ×102 0 × ∆ p × ρ ×n q , kW (CT 17.38 – 334 – [2]) Trong đó: k: hệ số dự phòng, có thể lấy k= 1,1 ÷ 1,2; chọn k= 1,2.

V: lưu lượng ở nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy, m 3 /h. n q : hiệu suất của quạt, n q = 0,7.

∆ p: tổng cột áp mà quạt phải khắc phục, mmH2O. ρ 0 :khối lượng riêng của không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn, ρ 0= 1,293 kg/m 3 ρ: khối lượng riêng của không khí ẩm, ở 25 o C thìρ= 1,185 kg/m 3

Thông qua đồ án thiết kế hệ thống sấy thùng quay, em đã được ôn lại các kiến thức lý thuyết đã học trong học phần Quá trình và thiết bị chuyển khối và các môn học khác, đã học được cách tính toán và thiết kế một hệ thống sấy thùng quay thực tế Đồ án đã giúp em làm quen với việc tìm tài liệu và tra cứu, học cách tính toán cơ khí và giúp em nắm được mối quan hệ giữa lý thuyết và thực tế. Đối với hệ thống sấy thùng quay này, việc thiết kế, tính toán dựa trên nhiều vào các công thức thực nghiệm, được cho trong nhiều tài liệu khác nhau. Mặt khác do không có nhiều tài liệu tham khảo, nên trong quá trình tính toán em không tránh khỏi sai số trong quá trình thiết kế. Để có thể thiết kế được chính xác, ta cần lập hệ thống hoạt động thử để kiểm tra và chọn chế độ làm việc tối ưu Đồng thời, việc thiết kế hệ thống dựa trên nhiều tài liệu lý thuyết chứ không có trong thực tế kinh nghiệm, nên có nhiều điều chưa thật hợp lý, em rất mong nhận được sự hướng dẫn, góp ý thêm của các thầy cô để hệ thống hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn !