Đồ Án thiết bị Đề tài thiết kế máy sấy thùng quay Để sấy cà phê thóc với năng suất 5 tấnmẻ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh PhúcNHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Bích Nhun

TỔNG QUAN

Giới thiệu về cà phê thóc

Hình 1.1 Một số hình ảnh về nguyên liệu (cà phê arabica) [12]

Cây cà phê có nguồn gốc từ EthioPia (cây cà phê chè) và vùng Bắc Phi(cây cà phê vối), sau đó được mang sang trồng ở Mỹ Latinh và Châu Á.

Hiện nay, nghề trồng và sản xuất cà phê chủ yếu tập trung ở các nước đang phát triển như Brazil, Việt Nam, Ấn Độ, Trung Quốc trong khi đó các quốc gia tiêu thụ cà phê lại là những nước có điều kiện kinh tế phát triển như các nước Châu Âu, Mỹ, Canada, …

Cà phê là một loại đồ uống rất đặc biệt vì nó có mùi thơm riêng biệt, hấp dẫn, khi uống có tác dụng kích thích thần kinh, làm cho tinh thần sảng khoái. Chính vì vậy mà cà phê đã được giao lưu trên thế giới đến những nước có mức sống cao và trở thành loại đồ uống dùng trong sinh hoạt của giới “thượng lưu”. Lượng cà phê lưu thông trên thế giới vào khoảng 6,5 triệu tấn/năm Nhiều nước coi cà phê là một nhu yếu phẩm được dự trữ quốc gia hoặc tính vào chi phí tiền lương cho người dân.

Hạt cà phê khi chín chứa đầy đủ các loại chất dinh dưỡng như : glucid, lipid, vitamin, cafein, Đặc biệt cà phê còn chứa một số mùi đặc trưng, khi chế biến có mùi thom riêng biệt và hấp dẫn.

Do đó các sản phẩm chế biến từ cà phê rất nhiều Từ những sản phẩm mà cà phê là nguyên liệu chính như cà phê rang xay, cà phê hòa tan đến những sản phẩm mà cà phê được bổ sung vào tạo mùi vị cho sản phẩm như bánh kẹo, đồ uống

1.1.1 Các giống cà phê trên thế giới

Những loại cà phê thường được trồng ở nước ta cũng như ở các nước khác đều thuộc 4 loại chủ yếu sau:

1.1.2 Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê :

Hình 1 2 Cấu tạo giải phẫu hạt cà phê [13].

Quả cà phê gồm có những phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa, nhân.

Vỏ là lớp màng mỏng, dai, thành phần chủ yếu là xenlulose, chiếm khoảng

Bên trong là lớp mang màu, khi quả xanh lớp mang màu là clorofit, khi quả chín lớp mang màu là antoxian.

Phía ngoài vỏ được phủ lớp sáp mỏng có tác dụng chống thoát ẩm cho quả,lớp này mất dần khi quả chín.

Thịt quả xếp theo lớp vỏ quả, là lớp khá dày (1,5 - 2mm) gồm những tế bào mềm, không có cafein, tanin, nhiều đường và pectin, chiếm khoảng

Khi quả xanh, lớp thịt quả có tác dụng dự trữ chất dinh dưỡng và cung cấp chất dinh dưỡng cho hạt phát triển Khi quả chín, lớp thịt quả chuyển sang giai đoạn phân giải.

Tiếp theo lớp thịt quả là lớp vỏ trấu, hay còn gọi vỏ thóc, vỏ cứng, chiếm khoảng 6 - 7,5% khối lượng quả.

Thành phần chủ yếu là xenlulose, muối khoáng và một lượng chất béo Lớp vỏ cứng thực chất là một màng bán thấm thô giữ nhiệm vụ bảo vệ cho nhân.

Nhân của một quả thường có hai hạt, bao bọc bên ngoài mỗi hạt là lớp vỏ lụa, bên trong là phôi và nhũ Nhân chiếm khoảng 30% khối lượng quả.

Vỏ lụa là màng rất mỏng, thực chất là màng bán thấm tinh Nhũ chứa toàn bộ chất dinh dưỡng của hạt, còn phôi chứa rễ và mầm.

Bảng 1.1 Tỷ lệ các thành phần cấu tạo quả cà phê (% theo quả tươi)(Tr.23,[6])

Thành phần Cà phê chè (%) Cà phê vối (%)

1.2.3 Thành phần hóa học của nhân cà phê:

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của nhân cà phê (Tr.25, [6]).

Thành phần Tính bằng g/100g mẫu

Giới thiệu về quá trình sấy

Sấy là quá trình tách hơi ẩm ra khỏi vật liệu rắn hoặc lỏng Với mục đích làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở), tăng độ bền vật liệu (như gốm, sứ, gỗ ) và để bảo quản trong một thời gian dài, nhất là đối với lương thực, thực phẩm.

Mục đích của quá trình sấy: [5]

-Tăng thời gian bảo quản, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng hóa sinh.

-Tạo hình cho sản phẩm.

-Làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở).

-Tăng độ bền cho sản phẩm như vật liệu gốm sứ gỗ…

-Tăng tính cảm quan cho sản phẩm.

1.2.2 Nguyên lý của quá trình sấy

Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuyếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu Quá trình khuyếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí chung quanh Vận tốc của toàn bộ quá trình được quy định bởi giai đoạn nào chậm nhất Ngoài ra tùy phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt vật liệu sấy.

Trong các quá trình sấy thì môi trường sấy không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy Do vậy cần nghiên cứu tính chất và các thông số cơ bản của không khí ẩm.

Tóm lại nghiên cứu quá trình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy:

- Mặt tĩnh lực học: tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân nhiệt lượng ta sẽ tìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và của tác nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình.

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

1.2.3 Phân loại a Sấy tự nhiên : dùng năng lượng sẵn có trong thiên nhiên để thực hiện quá trình sấy như: năng lượng mặt trời, năng lượng gió,

+ Thực hiện đơn giản không cần kỹ thuật cao.

+ Chi phí đầu tư vận hành thấp.

+ Bề mặt trao đổi nhiệt lớn.

+ Khó điều chỉnh các thông số trong quá trình sấy.

+ Cường độ sấy không cao, sản phẩm sấy không đồng đều.

+ Chiếm điện tích mặt bằng lớn.

+ Sản phẩm không đạt vệ sinh do nhiễm bụi, vi sinh vật.

+ Vật liệu sau khi sấy còn lượng ẩm khá cao.

+ Sử dụng nhiều nhân công, tốn thời gian.

+ Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết (độ ẩm, tốc độ gió), thời gian sấy dài. b Sấy nhân tạo: Sấy nhân tạo là phương pháp sấy được thực hiện bằng các thiết bị sấy, trong đó tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với vật liệu sấy để tải ẩm ra bên ngoài

Tùy theo phương pháp cung cấp nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể chia ra nhiều dạng:

- Sấy đối lưu: Phương pháp sấy cho nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, tác nhân sấy là không khí nóng, khói lò, …

- Sấy tiếp xúc: Phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn.

- Sấy thăng hoa: Phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt độ thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và hơi bay từ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng.

- Sấy bằng tia hồng ngoại: Phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền qua vật liệu sấy.

- Sấy bằng dòng điện cao tần: Phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu sấy.

+ Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên.

+ Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.

+ Kiểm soát được độ ẩm của vật liệu sấy và sản phẩm ra cũng như nhiệt độ cung cấp.

+ Tốn ít mặt bằng, nhân công.

Phương pháp sấy cà phê thóc

Sau khi người ta thu hoạch cà phê thì bắt đầu đi thu nhận Sau khi thu nhận xong thì người ta đem đi rữa và phân loại Thông thường các nhà máy chế biến cà phê phương pháp làm sạch và phân loại thường dùng là sang rung và bể xiphong, kết thúc giai đoạn rữa và phân loại cà phê được đem đi bóc vỏ quả và bóc lớp thịt quả Cà phê sau khi được làm ráo sẽ đem đi sấy tĩnh đến khi đạt độ ẩm 40% thì đưa vào sấy thùng quay để sấy cà phê đạt độ ẩm phù hợp là 12,5%. Kết thúc giai đoạn sấy thùng quay thì đem đi làm nguội,và cuối cùng thu được cà phê thóc khô.

Chọn thiết bị sấy và tác nhân sấy

Căn cứ vào dạng vật sấy, đặc điểm cấu tạo của vật liệu sấy mà người ta chọn hệ thống sấy cho phù hợp.

Sấy thùng quay là một thiết bị chuyên dung để sấy hạt Loại thiết bị này được dung rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các vật ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy, do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy mạnh và độ đồng đều sản phẩm cao Ngoài ra thiết bị còn làm việc với năng suất lớn.

- Trong HTS đối lưu tác nhân sấy có nhiều dạng: không khí - khói lò, không khí - hơi nước bão hòa Mỗi loại có những tính chất khác nhau phù hợp cho từng hệ thống sấy và đặc biệt là vật liệu sấy Vật liệu sấy của chúng ta ở đây là cà phê thóc vì nó chỉ còn lớp vỏ trấu bên ngoài nên trong quá trình sấy bảo đảm không bị nhiễm bụi bẩn, nhiễm độc và yêu cầu nhiệt độ sấy không quá cao nên ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng và chất tải nhiệt là hơi nước để tiện cho việc điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy khi cần thiết.

- Thông thường chiều chuyển động của tác nhân sấy có thể cùng chiều, ngược chiều hay chéo dòng Dựa vào tính chất vật liệu của cà phê 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.

- Thiết bị làm việc gián đoạn vì sau một thời gian sấy sản phẩm đủ độ ẩm yêu cầu thì thiết bị bắt đầu dừng hoạt động và tháo sản phẩm ra Như vậy có thể điều chỉnh được lượng sản phẩm ra nếu không đạt yêu cầu.

Hệ thống sấy thùng quay

Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn.

Trong đó có các cánh trộn được bố trí để đảo trộn nguyên liệu cần sấy một cách đồng đều Thùng sấy quay với tốc độ 1,5 – 8 vòng/phút Nhờ một động cơ điện thông hộp giảm tốc Vật liệu sấy từ thùng chứa được đưa vào thùng sấy cùng với tác nhân sấy Khi đó thùng sấy quay tròn , đồng thời vật liệu sấy vừa được đảo đều vừa di chuyển từ đầu cao của thùng sấy đến đầu thấp.

Trong quá trình sấy tác nhân sấy và vật liệu sấy trao đổi nhiệt cho nhau. Vật liệu sấy đi hết chiều dài thùng sấy được lấy ra và vận chuyển vào kho nhờ một băng tải còn tác nhân sấy đi qua xyclon để thu hồi vật liệu cuốn theo còn khí thải được thải ra môi trường. Để góp phần tăng cường đão trộn và trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy người ta bố trí trong thùng sấy hệ thống các cánh đảo.

1.5.1 Sơ đồ hệ thống sấy cà phê thóc

Hình 1 3 Sơ đồ hệ thống sấy thùng quay để sấy cà phê thóc

- Sau khi tham khảo một số mẫu máy sấy thùng quay chuyên dụng, em chọn mẫu sấy thùng quay của Công Ty TNHH Một Thành Viên Đèo Sa Mù trên website để lấy làm mẫu thiết kế cho đồ án này.

- Vật liệu sấy là cà phê đã qua phân loại được tách lớp vỏ cơm và qua hệ thống sấy tĩnh để nâng nhiệt độ lên gần nhiệt độ của tác nhân sấy, để tránh hiện tượng chênh lệch nhiệt độ quá cao giữa tác nhân sấy và cà phê gây ra hiện tượng cháy cà phê Độ ẩm của cà phê lúc này là 40%.

- Tác nhân sấy là không khí được quạt đẩy số 1 đưa vào calorife gia nhiệt để nâng nhiệt độ lên 78 °C Tác nhân sấy vào được dàn đều làm cho diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy lớn, lúc này lượng nhiệt cung cấp cho tác nhân sấy và vật liệu sấy cao làm cho lượng ẩm trên bề mặt vật liệu thoát ra nhanh hơn nên tốc độ sấy nhanh hơn nhiệt độ tác nhân sấy sẽ giảm dần khi vật liệu ra khỏi thùng sấy thì nhiệt độ còn 33 °C

- Nguyên liệu được gàu tải nâng lên và đưa vật liệu vào vít tải ,ở đây vít tải sẽ vận chuyển vật liệu vào thùng quay Tại các cửa nạp liệu cà phê sẽ đi vào đầy thùng sấy sau đó tác nhân sấy vào và khởi động hệ thống sấy Cà phê được các cánh đảo trộn đảo đều tăng cường bề mặt trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy.

- Trong thùng sấy, cà phê thóc được nâng lên ở độ cao nhất định rồi rơi xuống Trong quá trình đó vật liệu được trao đổi nhiệt với tác nhân sấy và làm bay hơi ẩm, hơi ẩm và bụi được thoát ra ngoài bởi các lỗ trên thân thùng Khi cà phê đảm bảo độ ẩm yêu cầu cần thiết cho quá trình bảo quản thì được tháo ra ngoài.

- Sản phẩm sau khi sấy được tháo ra ngoài Còn tác nhân sấy được thoát ra nhờ các lỗ trên thân thùng.

1.5.3 Đặc điểm của máy sấy thùng quay

Hình 1.4 Cấu tạo bên trong thùng quay Cấu tạo máy sấy:

+ Một quạt đẩy để đẩy để đẩy khí nóng cung cấp cho thùng sấy trong suốt quá trình sấy

+ Calorife cung cấp khí nóng cho máy sấy Nguyên liệu là hơi nước được truyền đi qua thiết bị trao đổi nhiệt trước khi quạt thổi vào thùng.

+ Thùng quay là nơi diễn ra quá trình sấy, khí nóng được chuyển vào tâm thùng sấy, nhờ tác dụng của các cánh đảo cà sẽ giảm dần độ ẩm.

+ Gàu tải nạp liệu là bộ phận chuyển nguyên liệu vào thùng sấy.

Hình 1.5 Thiết bị sấy trống quay.

Hình 1.6 Thiết bị sấy thùng quay của cty TNHH MTV Đèo Sa Mù [14]

Từ những đặc điểm trên e thiết kế thiết bị dựa trên thiết bị của Cty TNHHMTV Đèo Sa Mù.

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH

Số liệu ban đầu

Trong đồ án này, em có nhiệm vụ là tính toán thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy cà phê thóc với năng suất là 5 tấn/mẽ Giả thiết máy sấy một mẻ mất 20 giờ Vậy năng suất trung bình trong một giờ của máy là:

Chọn các thông số cho tính toán như sau:

- Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy : ω 1 = 40 %

- Độ ẩm cuối của vật liệu sấy :ω 2 = 12,5%

- Khối lượng riêng của vật liệu sấy : ρ = 650 (kg/ m 3 )

- Nhiệt độ môi trường : 21,6 °C (Bảng VII.1, tr100, [2])

- Nhiệt độ tác nhân sấy vào : 78 °C

- Nhiệt độ tác nhân ra : 33 °C

- Nhiệt độ cho phép của hạt: th = 20 - 10lgτ +τ + 2350

Nên nhiệt độ tác nhân sấy ra t 2 = 33 °C là phù hợp với quá trình sấy.

Lượng ẩm bốc ra trong quá trình sấy

Gọi W lượng ẩm bốc ra trong quá trình sấy tính theo công thức:

W: lượng ẩm được tách ra

G 1 : khối lượng vật liệu trước khi vào thùng

G 2 : sau khi ra khỏi máy sấy thùng ω 1 : độ ẩm ban đầu của vật liệu ω 2 : độ ẩm cuối của vật liệu (tính theo khối lượng chung, %)

100 - ω 1= 250 40 100−40 −12,5 = 114,5833 (kg/h)Vậy lượng ẩm ẩm bốc ra trong quá trình sấy là : 114,5833 (kg/h)

Khối lượng vật liệu vào thùng sấy

Gọi G 1 khối lượng vật liệu vào thùng sấy tính theo công thức:

W: lượng ẩm được tách ra

G 2 : khối lượng vật liệu sau khi ra khỏi máy sấy thùng

Vậy khối lượng vật liệu vào thùng sấy là là : 364,5833 (kg/h)

Lượng vật liệu khô tuyệt đối

Gọi G k khối lượng vật liệu khô tuyệt đối tính theo công thức:

G 2 : khối lượng vật liệu sau khi sấy; G 2 %0(kg/h) ω 2 : độ ẩm cuối của vật liệu ; ω 2 ,5 ¿%)

100 = 250 100−12,5 100 = 218,75 (kg/h)Vậy khối lượng vật liệu khô tuyệt đối là : 218,75 (kg/h)

Tính các thông số của không khí

2.5.1 Tính trạng thái không khí ngoài trời

- Phân áp bão hòa theo thiệt độ

P b : phân áp suất bão hòa hơi nước (bar) t 0 : nhiệt độ không khí ℃ với t 0 = 21,6

- Hàm ẩm ban đầu x 0 = 0,622× φ P 0 P b kq - φ 0 P b (CT VII.11, tr95, [2]) x 0 : hàm ẩm ban đầu (kg/kgkkk) φ 0 : độ ẩm tương đối của không khí

P b : phân áp suất bão hòa hơi nước (bar)

P kq : áp suất khí quyển (bar), lấy P kq =1 Pa =0,981 (bar)

- Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm

Với: t 0 là nhiệt độ không khí (℃)

- Thể tích riêng của không khí v 0 = 288 T P 0 kq - φ 0 P b (CT VII.8,tr94,[2]) Trong đó v 0 : thể tích riêng của không khí ẩm (m 3 /kgτ +kkk)

T 0 : nhiệt độ không khí ( °K) φ 0 : độ ẩm tương đối của không khí

P kq : là áp suất khí quyển (N/m 2 )

P b : phân áp suất bão hòa hơi nước (N/m 2 )

2.5.2 Tính toán không khí đưa ra khỏi calorife

- Hàm ẩm của không khí là không thay đổi t 1 = 78℃, x 1 = x 0 = 0,0113 (kg/kgkkk)

- Phân áp bão hòa hơi nước theo nhiệt độ

- Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm

- Thể tích riêng của không khí ẩm v 1 = 288 T P 1 kq - φ 1 P bh1 (CT VII.8,tr94,

2.5.3 Tính toán không khí ra khỏi buồng sấy

Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm không đổi: I 1= I 2 = 114,153 (kJ/kgkkk) Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi máy sấy: t 2 = 33℃

- Phân áp suất bão hòa hơi nước theo nhiệt độ

Ta lại có: x 2 = 0,622 × φ P 2 P bh2 kq - φ 2 P bh2 (CT VII.11, tr95,

- Thể tích riêng của không khí v 2 = 288 T P 2 kq - φ 2 P bh2 (CT VII.8, tr94,

Kiểm tra nhiệt độ đọng sương

Tại nhiệt độ đọng sương ta có: φ = 1

Từ công thức x 2= 0,622 × φ P 2 P bh2 kq - φ 2 P bh2 (CT VII.11, tr95,

→ Áp suất bão hòa tại nhiệt độ đọng sương:

Tra bảng và tính toán (bảng I.251, tr314, [1]) ta có nhiệt độ tương ứng với

P bh t s = 0,0476 là nhiệt độ đọng sương t s 1,9℃

Chênh lệch nhiệt độ đọng sương với nhiệt độ tác nhân sấy khi đi ra khỏi thiết bị sấy là:

→ Chênh lệch nhiệt độ này là hợp lý, vậy thông số đã chọn là chính xác.

Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy (cân bằng theo lượng ẩm)

Ta xem không khí khô đi qua máy sấy không bị mất đi trong trong quá trình sấy.

Lượng không khí khô tiêu tốn trong quá trình sấy: L

Khi làm việc ổn định thì không khí sấy mang theo lượng ẩm: L × x 1

Sau khi sấy lượng ẩm bốc ra từ vật liệu: w

Lượng ẩm không khí ra khỏi máy sấy: L× x 2

Lúc này ta có phương trình cân bằng vật liệu theo lượng ẩm:

L × x 1 + W=L × x 2 (suy ra từ công thức 7.13, tr131,[7])

Vậy lượng không khí khô tiêu tốn cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong vật liệu: l = L W = 1 x

= 1 0,0 317 - 0,01 366 = 55,355 (kgkkk/kg ẩm bay hơi)

- Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy đi vào máy:

L: Lượng không khí khô tiêu tốn ; L= 6342,7639 (kgkkk/h) v1 : Thể tích riêng của không khí ẩm ; v1=1,053 (m 3 /kgτ +kkk) v 2: Thể tích riêng của không khí ; v 2= 0,9441(m 3 /kgτ +kkk ¿

Vậy Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy đi vào máy là : 6679,497 (m 3 /h)

- Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy đi ra khỏi máy sấy:

L: Lượng không khí khô tiêu tốn ; L= 6342,7639 (kgkkk/h) v 2: Thể tích riêng của không khí ; v 2= 0,9441(m 3 /kgτ +kkk ¿

Vậy Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy đi ra khỏi máy là : 6679,497 ( m 3 /h)

- Lưu lượng thể tích trung bình:

Bảng 2.1 Bảng tổng kết cân bằng cho vật liệu.

Thông số Đơn vị Giá trị

Khối lượng vật liệu trước khi vào máy sấy (G1) Kg/h 364,583

Khối lượng vật liệu sau khi ra khỏi máy sấy

Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối ( G k) Kg/h 218,75 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (ω 1 ¿ % 40 Độ ẩm cuối của vật liệu sấy ( ω 2) % 12,5

Lượng ẩm được tách ra (W) Kg/h 114,5833

Lượng không khí khô để bốc hơi 1 kg ẩm (l) (kgkkk/kh ẩm) 55,355 Lượng không khí để bốc hơi w kg ẩm (L) (kgkkk/h) 6342,7639

Bảng 2.2 Bảng tổng kết tác nhân sấy.

Sau khi ra khỏi calorife 78 0,01366 4,9 114,153

Sau khi ra khỏi thùng sấy 33 0,0317 95,23 114,153

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Tính cân bằng nhiệt lượng

Gọi: t vl1 : nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường t vl1= t 0= 21,6 t vl2 : nhiệt độ cuối của vật liệu sấy khi ra khỏi máy sấy t vl2 = t 2 – (5 ÷ 10) = 3 3 - 5 = 28 ℃ (tr141, [7])

C vl : nhiệt dung riêng của vật liệu, coi như không đổi trước và sau khi sấy

C n : nhiệt dung riêng của nước

Ta có, nhiệt dung riêng của vật liệu với ω 2

C vl = C k ( 1 - ω 2) + C n ω 2 (kJ/kg.K) (CT 7.40, tr141,

C k : là nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối C k = 1,547 (kJ/kg.K)

Trong lý thuyết thì không bổ sung nhiệt lượng thêm, không tổn thất nhiệt do kết cấu bao che cũng như là tổn thất nhiệt do thiết bị chuyển tải:

3.1.1 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy: a Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào: q kkv q kkv = l I 0 CT 7.16, tr131, [7])

= 55,355 × 56,236112,9524 (kJ/kgkk ẩm) b Nhiệt lượng do calorife cung cấp: q s q s = l( I 1 - I 0 ¿ (CT 7.16, tr131,

= 55,355 × (114,153 – 56,236) = 3206,0392 (kJ/kg) c Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: q vls q vls = G 2 C vl T vl1

114,5833 + 4,1816 × 21,6 = 176,8105(kJ/kg) d Tổng lượng nhiệt vào:

3.1.2 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy a Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: q kkr q kkr = l I 2 (CT 7.16, tr131,

= 55,355 × 114,153 = 6318,9917 (kJ/kg) b Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: q vlr q vlr = G 2 C vl t vl2

114,5833 = 112,114 (kJ/kg) c Lượng nhiệt tổn thất qua vỏ thiết bị ra môi trường xung quanh: q m q m = KF ∆ t

F: diện tích bề mặt xung quanh máy sấy.

∆ t : hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh.

Trong đó α 1 : hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của thùng sấy.

∑ δ λ : tổng nhiệt trở của máy sấy. α 2 : hệ số cấp hiệt của thành thùng ra môi trường xung quanh.

* Tính hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của thùng sấy

Trong đó α 1 ' : hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức (W/m 2 độ). α 1 '' : hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên (W/m 2 độ). k: hệ số điều chỉnh, k= 1,2 ÷ 1,3.Chọn k=1,2

+ Nhiệt độ trung bình của không khí vào máy sấy t tb = t 1 + t 2

Chọn thời gian sấy t h 00 phút

Gọi V là thể tích thùng sấy, ta có:

G1: khối lượng nguyên liệu vào thiết bị sấy (kg/h) ; G1= 364,5833 (kg/mẽ) τ: thời gian sấy (h). ρ: khối lượng riêng của vật liệu sấy (kg/m 3 ); ρe0(kg/ m 3 ) β: hệ số điền đầy, β = 0,2 ÷ 0,3 ta chọn β = 0,25

+ Thời gian mà vật liệu lưu trú trong thùng sấy (thời gian vật liệu đi hết chiều dài thùng )

Gọi t’ là thời gian mà vật liệu lưu trú trong thùng sấy. t , = G V.β ρ

364,5833 = 20(h) Suy ra :thõa mãn điều kiện t ≥ t ,

+ Tính đường kính và chiều dài thùng sấy

+ Khi đó đường kính thùng sấy được xác định

+ Tiết diện tự do của thùng sấy

Theo bảng (VII.25, tr123, [2]): hệ số điền đầy trong hệ thống sấy thùng quay chiếm khoảng 10 ÷ 25% thể tích thùng sấy Ta chọn β =0,25

+ Tốc độ tác nhân sấy lý thuyết

+ Chế độ chảy của tác nhân sấy trong thiết bị

R e = W lt Dρ m = W lt D v (CTV.36, tr13, [2]) Với w lt :vận tốc trung bình trong máy sấy ( s m )

D: kích thước hình học xác định theo đường kính tương đương (m). v: độ nhớt động học của không khí (m 2 /s).

Tra bảng và tính toán độ nhớt động của không khí trong phòng sấy

Nhiệt độ trung bình của không khí vào máy sấy: t tb = t 1 + t 2

Tại áp suất khí quyển P= 1 (at) , nhiệt độ T = 50℃ v = 17,95 × 10 -6 (m 2 /s)

Tại áp suất khí quyển P= 1 (at) , nhiệt độ T = 60℃ v = 18,97 × 10 -6 (m 2 /s)

Dùng phương pháp nội suy để tìm v tại áp suất khí quyển P = 1 (at), nhiệt độ

Vậy hệ số Reynolds có giá trị:

- Chuẩn số Nuselt đối với chất khí

Vì R e > 10 5 nên tác nhân sấy chuyển động tương ứng với chế độ chảy xoáy (rối) (tr13, [2])

Khi đó Nu= 0,018ε 1 R e 0,8 (CTV.42, tr16,

Với ε 1 là hệ số phụ thuộc vào tỉ lệ L/D và R e

Mà ta có: Nu = α 1 ' D λ ( tr15,

Trong đó λ : là hệ số dẫn nhiệt theo nhiệt độ ở 55,5 0 λ = λ 0 273 + C

C: hằng số phụ thuộc vào loại khí.

T: nhiệt độ tuyệt đối của không khí

Tra bảng I.122 trang 124 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập

→ Hệ số cấp nhiệt α 1 ' α 1 ' = D λNu = 0,0182 × 155,472

Trong đó g: là gia tốc trọng trường g =9,81( s m 2 ) β: hệ số giản nở thể tích

∆ t : hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào và tác nhân sấy ra

LINK Excel.Sheet.12 C : ¿ Users ¿ ASUS ¿ Documents ¿ đồ án xlsx Sheet1!R85C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT

→ Hệ số cấp nhiệt α 1 '' α 1 '' = λNu

* Tính hệ số cấp nhiệt của thành thùng ra môi trường xung quanh

Trong đó α 2 ' : hệ số cấp nhiệt mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiên α 2 '' : hệ số cấp nhiệt do bức xạ

Chọn nhiệt độ thành ngoài máy sấy (phần tiếp xúc với không khí) là t 3 = 28 ℃ Đây là nhiệt độ thích hợp để tác nhân sấy sau khi truyền qua thùng và lớp cách nhiệt phía ngoài thùng sao cho không còn quá nóng, an toàn cho người lao động.

Thùng đặt nằm ngang nên hệ số cấp nhiệt của ống nằm ngang khi không khí có thể tích lớn và chuyển động tự do.

Xem như nhiệt độ không đổi trong quá trình truyền qua bề dày thân thùng. Chọn vật liệu làm thùng sấy là CT3 và vật liệu cách nhiệt là bông thủy tinh.

Tra bảng XII.7 (tr313, [2]) ta được hệ số dẫn nhiệt của CT3 là 50 (W/m.độ) và bảng I.126, (tr128, [1]) ta có được hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh là 0,0372 (W/m.độ) lựa chọn các kích thước bề dày thân thùng sấy, ta được bảng sau:

Bảng 3.1 Chọn bề dày thùng sấy.

Vật liệu Hệ số dẫn nhiệt λ W m.độ

2 Bề dày lớp cách nhiệt δ 2 0,035 Bông thủy tinh 0,0372

3 Bề dày lớp bảo vệ δ 3 0,006 CT3 50

→ Đường kính ngoài của vỏ thùng sấy:

Vậy đường kính vỏ ngoài của thùng sấy là 2,5282 m.

Bảng 3.2 Các thông số của tác nhân sấy bên ngoài thùng sấy.

Thông số Ký hiệu Đơn vị Nguồn công thức Giá trị

2 Hệ số dẫn nhiệt λ o W m.độ Bảng I.255, tr318, [1] 0,0261

3 Độ nhớt μ 0 Ns/ m 2 Bảng I.255, tr318, [1] 18,23 ×10 -6

4 Áp suất bão hòa P b At Bảng I.250, tr312, [1] 0,0265

5 Khối lượng riêng ρ 0 Kg/m 3 Bảng I.255, tr318, [1] 1,1985

6 Độ nhớt động v 0 m 2 /s Bảng I.255, tr318, [1] 15,206 ×10 -6

→ Hệ số cấp nhiệt α 2 ' α 2 ' = λ D 0 Nu ngτ + = 0,0261 × 184,9387

C 0 : hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối, C 0 = 5,7

T 1 : nhiệt độ tuyệt đối của thành máy sấy ( °K), T 1= t 3 + 273

T 2 : nhiệt độ của môi trường (°K), T 2= t 0 + 273 ε : độ đen của bề mặt ngoài máy sấy Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vật thể nên độ đen của hệ xem như là độ đen của vật thể: ε = 0,8 ÷ 1 , chọn ε = 0,8

Hệ số truyền nhiệt K đối với tường hình ống có chiều dày không dày lắm so với đường kính, khi bỏ qua nhiệt trở của lớp cách nhiệt:

* Tính bề mặt truyền nhiệt F

- Đường kính trung bình máy sấy

Bề mặt truyền nhiệt của máy sấy bao gồm diện tích xung quanh và diện tích hai đầu của thùng:

Vậy bề mặt truyền nhiệt F là 85,171 m 2

* Tính tổn thất nhiệt qua vỏ máy sấy

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

∆t đ : hiệu số nhiệt độ của không khí tác nhân sấy vào và nhiệt độ môi trường

∆ t c : hiệu số nhiệt độ của không khí tác nhân sấy ra và nhiệt độ môi trường,

Vậy tổn thất nhiệt từ vỏ máy sấy ra môi trường xung quanh: q m = KF∆t tb

+ Sai số trong quá trình sấy lý thuyết:

=> Sai số này là cho phép trong tính toán nên các lựa chọn thông số là chính xác.

Tính toán quá trình sấy thực tế

3.2.1 Nhiệt lượng bổ sung thực tế

- Tìm giá trị ∆ (nhiệt lượng bổ sung thực tế)

- Nhiệt lượng để làm nóng vật liệu: q vl = G 2 C vl

Nên nhiệt lượng làm nóng là 49,454 kj/kg.

3.2.2 Xác định các thông số của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực

- Nhiệt dung riêng dẫn xuất của tác nhân sấy trước khi sấy

C dx ( x 1 ) = C pk + C pa x 1 (CT 7.9, tr130, [7]) Trong đó:

C pk : nhiệt dung riêng của không khí khô

C pa : nhiệt dung riêng của hơi nước

Suy ra: C dx( x 1)=1,004 + 1,842 × 0,013 66 = 1, 0291 ( kJ kgτ +kkk )

- Lượng ẩm chứa x 2 của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực: i 2 ' = 2500 + C pa × t 2 (CT 7.10, tr138, [9])

Ta có: x 2 ' = x 1 + C dx ( x 1) × ( t 1 - t 2 ) i 2 ' - ∆ (CT 7.9, tr130, [7])

- Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm:

- Lượng tác nhân sấy cần thiết cho quá trình sấy trực tiếp: l ' = 1 x

- Lượng tác nhân sấy thực tế:

Phương trình cân bằng nhiệt lượng qv=qr

- Nhiệt lượng do calorife sưởi cung cấp: q s '= l ' ( I 2 ' - I 0 )

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: q vls= 176,81 (kJ/kg ẩm)

- Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào: q kkv112,9524 (kJ/kgτ +kk ẩm)

- Tổng nhiệt lượng mang vào:

- Nhiệt do không khí mang ra: q kkr ' =l ' I 2 '

- Nhiệt do vật liệu sấy mang ra : q vlr = 112,114(kJ/kg ẩm)

- Nhiệt do tổn thất qua vỏ máy sấy ra môi trường xung quanh: q m = 15,2424 (kJ/kg ẩm)

- Tổng nhiệt lượng mang ra:

Vậy sai số nhiệt vào và nhiệt ra:

 Sai số này là cho phép nên các thông số đã chọn phù hợp với yêu cầu.

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

Tính toán kích thước thùng sấy

Theo như đã tính toán lựa chọn ở phần cân bằng nhiệt lượng, ta có các thông số kỹ thuật của thiết bị chính như sau:

- Tiết diện tự do của thùng sấy: F td =3,4675 (m 2 )

- Tính số vòng quay của thùng: n= m × k × L τ × D × tgτ +α

Trong đó m, k: hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh và chiều chuyển động của khí.

Dựa vào bảng VII.4, tr122, [2]: với dạng cánh chia khoàn có cánh nâng m = 1và tác nhân sấy chuyển động cùng chiều nên k = 3

L, D: chiều dài và đường kính của thùng, (m) α : góc nghiêng của thùng so với mặt phẳng ngang.

Do thùng nằm lệch với mặt phẳng nên α = 0,3

1200 × 2,4262 × tgτ +(0,3) = 1,909 ( vòngτ + phút ) Khi đó công suất cần thiết để quay thùng là:

Trong đó: n: số vòng quay của thùng sấy (vòng/phút) a: hệ số phụ thuộc vào dạng cánh

(bảng VII.5, tr123, [2]) ρ: khối lượng riêng xốp trung bình, ρ = 650 (kg/m 3 )

L, D: chiều dài và đường kính của thùng, (m)

Nên công suất cần để quay thùng là 15,883 kW/h.

Bảng 4.1 Bảng tổng kết cho thiết bị chính Đại lượng (đơn vị) Giá trị

Ftd: tiết diện tự do của thùng (m 2 ) 3,4676 n: số vòng quay của thùng (vòng/phút) 1,909

N: công suất cần thiết để quay thùng (kw/h) 15,883

Calorife

Calorife là thiết bị truyền nhiệt dùng để gia nhiệt gián tiếp cho không khí sấy, vai trò của calorife là đốt nóng không khí từ nhiệt độ t 0 đến t 1 để cung cấp nhiệt lượng cho vật liệu sấy, đồng thời giảm độ ẩm tương đối để tăng khả năng nhận ẩm của nó Có 2 loại calorife để đốt nóng không khí: calorife khi hơi và calorife khí khói Ta chọn calorife khí hơi, đây là loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống là hơi nước bão hòa ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động Hệ số trao đổi nhiệt của nước ngưng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ống với không khí.

Nhiệt độ không khí vào calorife bằng nhiệt độ môi trường t 1 ' = t 0 = 21,6

Chất tải nhiệt đi trong ống là hơi nước bão hòa có P hnbh =2,0301 (at) ứng với t = 120 (CT 1.251, tr315, [1])

Nhiệt độ không khí ra khỏi calorife bằng nhiệt độ không khí vào máy sấy: t 2 '= t 1= 78

4.2.1 Số liệu chọn và kích thước

Thiết bị được chọn là loại ống chùm Không khí nóng đi ngoài ống, hơi nước bão hòa đi trong ống và chuyển động chéo dòng.

Chọn ống truyền nhiệt làm bằng đồng có các gân để nâng hệ số truyền nhiệt, hệ số dẫn nhiệt của đồng là λ = 385 (W/m.độ) (bảng 1.1, tr5, [10])

- Đường kính ngoài của ống: d ngτ += 0,035 (m)

- Đường kính trong của ống: d tr= 0,030 (m)

- Đường kính của gân: d gτ += d ngτ + × 1,4 = 0,03 5 × 1,4 = 0,049 (m)

- Khoảng cách giữa 2 gân: b gτ + LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R172C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,01 (m)

- Chiều cao của gân: h = d gτ + - d ngτ +

- Chiều dày của ống: d = d ngτ + - d tr

- Bề dày của bước gân: b LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R175C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,008 (m)

- Số gân trong một ống: m gτ += l b ô gτ + 1

LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R172C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,01

- Tổng chiều dài của gân: L gτ += b m gτ + LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R175C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,008 × LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R177C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 100

- Tổng chiều dài không gân: L kgτ += l ô - L gτ + 1 - LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R178C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,8

4.2.2 Xác nhận bề mặt truyền nhiệt a Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy có hồi lưu (theo tính toán thực tế) l ' =54,226 (kgkkk/kg ẩm)

L ' = 6213,4(kgkkk/h) b Nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi calorife t 1 = 78 c Thể tích riêng của không khí

Tra bảng I.255, tr318, [1] ta có:

Khối lượng riêng của không khí ở các nhiệt độ 78℃, 35℃, 21,6℃ lần lượt là: ρ 78 = 1,0057 (kg/m 3 ) ρ 33 = 1,1539 (kg/m 3 ¿ ρ 21,6 = 1,1985 (kg/m 3 )

2 = 0,914 (kg/m 3 ¿ d Lưu lượng không khí đi vào calorife:

Thay số ta được: V’=0,914 × 6213,4 = 5681,2486 (m 3 /h) = 1,5781 (m 3 /s) e Hệ số cấp nhiệt α 1

- Hiệu số trung bình củkhông khí trong calorife t= t hnbh - ∆ t tb

- Chọn hơi có áp suất bão hòa: P hnbh = 2,0301 (at)

Tra bảng I.250, tr313, [1] ta có:

- Nhiệt hóa hơi nước bão hòa: t hnbh = 120 ℃

- Ẩn nhiệt ngưng tụ: r= 2207 × 10 3 (J/kg)= 2207000 (kJ/kg)

- Chọn nhiệt độ hơi nước khi vào: t hnđ 0℃

- Chọn nhiệt độ hơi nước khi ra: t hnc LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R200C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 105 ℃

∆ t c = t hnc - t 1 = LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R200C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 105 - 78 = 27 ℃

U,2117 Suy ra t tb = 120 - 55,2117 = 64,7883 Ứng với giá trị t d,7883℃ ta có bảng giá trị sau:

Bảng 4.2 Các giá trị tại t tb = 64,7883 ℃ (tra bảng I.255, tr318, [1]) Đại lượng Đơn vị Giá trị

Hệ số dẫn nhiệt (λ) W/m.độ 2,93 × 10 -2 Độ nhớt động (v) Ns/m 2 19,46 × 10 -6

- Diện tích phía trong của ống :

- Diện tích mặt ngoài của ống không gân:

- Diện tích phần bề mặt ngoài của ống có gân:

3,14 × 0,049 × LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R178C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,8 + (

F kgτ + = L kgτ + × π × d ngτ + LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R179C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,2 × 3,14 × 0,035

- Chọn số ống xếp hàng là i = 2 8

- Khoảng cách giữa hai ống x ' = 0,015 ( m )

- Khoảng cách của ống ngoài cùng đến calorife x '' = 0,01 ( m )

2 × LINK Excel.Sheet.12 D : ¿ đồ án 123 xlsx Sheet1!R226C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,01 + (28 - 1) × 0,015 + 28 × LINK Excel.Sheet.12 D : ¿ đồ án 123 xlsx Sheet1!R171C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,04 9

- Diện tích tiết diện ngang của calorife:

- Diện tích cản của gân:

F cgτ + = d gτ + L gτ + i 0,049 × LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R178C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,8 × LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R224C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 2 8

- Diện tích cản của ống:

F cô = d ngτ + L kgτ + I 0,035 × LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R179C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,2 × 28

- Diện tích của phần tự do:

- Hệ số cấp nhiệt từ hơi nước bão hòa đến bề mặt ngang của ống:

H: là chiều cao ống, H= 1m r: ẩn nhiệt hóa hơi, r=2207× 10 3 (J/kg)

Hệ số A có giá trị phụ thuộc vào t tbchọn t t= 119,86 ℃ t t : nhiệt độ bề mặt tường

Tra bảng tr29, [2] ta được: A = 187,9677

∆ t : hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ và nhiệt độ thành calorife:

Vậy nhiệt lượng riêng là: q 1 = α 1 × ∆ t =24157,8 × 0,14 = 3382,09 (W/m 2 ) f Tính hệ số cấp nhiệt α 2

- Vận tốc của không khí: ω kk = V

3,1349 × LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R172C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,01 19,46 × 10 -6

Chuẩn số nuselts (tính cho trường hợp dòng chảy ngang qua bao bên ngoài ống chùm có gân)

Vì Re < 10 4 nên không khí trong calorife chảy theo chế độ quá độ

Bên cạnh đó 3000 ¿ Re < 25000và 3< d ngτ + bgτ + ¿ 3,2 < 4,8 (tr20, [2])

Nên ta có: Nu = C( d b ngτ + gτ + ) -0,54 × ( h b gτ +

Trong đó d ngτ + : đường kính ngoài của ống, d ngτ += 0,035 m b gτ + : bước của gân b gτ + LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R172C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,01 m h: chiều cao của gân h = 0,006 m

Chọn cách sắp xếp ống theo kiểu thẳng hàng, ta có:

LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R172C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,01

LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R172C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,01

LINK Excel.Sheet.12 D:\\DO_AN.xlsx Sheet1!R172C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,01

- Hệ số cấp nhiệt thực tế α 2tt

Dựa vào đồ thị V17 b), tr20, [2] ta được α 2tt= 27 g Tính hệ số truyền nhiệt K

- Tổng nhiệt trở của trường

∑ r t = d l (tr60, sổ tay QTTB tập 3)

Với d là bề dày của ống, d= 0,0025 m λ: hệ số dẫn nhiệt của đồng, λ = 385 (W/m.độ)

F bm : bề mặt ngoài toàn bộ của ống kể cả bề mặt gân tính cho một đơn vị chiều dài ống, F bm =0,146(m 2 )

F tr : bề mặt trong của ống tính cho một đơn vị chiều dài ống, F tr = 0,0942 (m 2 ) α 1 : hệ số cấp nhiệt trong ống, α 1 $161,95 (W/m 2 ) α 2tt : hệ số cấp nhiệt thực tế, α 2tt ' (W/m 2 ) r t : tổng nhiệt trở của tường và các lớp cặn bẩn, (m 2 đ ộ/ ¿W)

Sai số này là cho phép nên các kích thước đã lựa chọn là chính xác.

4.2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt

- Nhiệt lượng calorife cần cung cấp cho tác nhân sấy:

- Chọn hiệu suất calorife N = 0,95 (tr351, [7])

- Nhiệt lượng calorife cần cung cấp

Q t : lượng nhiệt thực tế calorife cần cung cấp, (J/s)

K: hệ số truyền nhiệt, (W/m 2 độ ¿

4.2.4 Tính các ống truyền nhiệt và kích thước calorife

- Diện tích bề mặt trung bình của một ống

- Tổng số ống truyền nhiệt trong calorife: n = F F tb = 72,1656 0,1201 = 600 (ốngτ +)

- Số ống xếp theo chiều ngang: m = n i = 600 28 ! (ống)

- Vậy các kích thước của calorife là:

Trong đó: m: số ống xếp theo chiều ngang x ' : khoảng cách giữa 2 ống x '' : khoảng cách giữa ống ngoài cùng đến calorife d gτ + : đường kính của gân

H ch : chiều cao của lớp chắn, chọn H ch= 0,15 (m )

Tính trở lực và chọn quạt

Quạt là một bộ phận chuyển dòng khí và tạo áp suất cho dòng khí đi vào thiết bị calorife, máy sấy, đường ống và cylon.

Năng lượng do quạt tạo ra cung cấp cho dòng khí áp suất động học để di chuyển và một phần khắc phục trở lực trên đường ống.

+ Một quạt vừa hút khí đưa vào calorifer

4.2.1 Tính trở lực của quá trình

Ta có: Áp suất do quạt tạo ra: ∆P

∆P = ∆Pm +∆Pcb + ∆Pc + ∆Pqh + ∆Ps

∆Pm: trở lực do ma sát trong từng đoạn ống dẫn (N/m 2 )

∆Pcb: trở lực cục bộ do đột mở và đột thu (N/m 2 )

∆Pc : trở lực cục bọ do calorifer (N/m 2 )

∆Pqh : trở lực do áp suất động ở đầu vào của quạt hút (N/m 2 )

∆Ps: trở lực của thùng quay (N/m 2 )

Bảng 4.3 Các thông số của không khí trên dường ống(Bảng I.255, tr 318, [1])

Sau khi ra khỏi calorife

Sau khi ra khỏi buồng sấy

V '' LINK Excel Sheet 12 D:\\đồ án 123.xlsx Sheet 1 !R 305 C 4 : R 306 C 4 ¿ ¿ ¿ ¿ MERGEFORMAT

V ''' LINK Excel Sheet 12 D:\\đồ án 123.xlsx Sheet 1 !R 305 C 5 : R 306 C 5 ¿ ¿ ¿ ¿ MERGEFORMAT

5384,5324 ρ(kg/m 3 ¿ ρ ' = 1,1985 ρ '' = 1,0057 ρ ''' LINK Excel Sheet 12 D:\\đồ án 123.xlsx Sheet 1 !R 307 C 5 : R 308 C 5 ¿ ¿ ¿ ¿ MERGEFORMAT

4.2.1.1 Trở lực ống dẫn từ bộ lọc không khí đến quạt hút

- Chọn đường ống có đường kính : d 1 = 0, 3 (m)

- Chọn chiều dài ống dẫn từ bộ lọc không khí đến quạt đẩy : l1 = 0,6 (m)

- Vận tốc dòng khí trong ống: ω 1 = V 1

V 1 ' : lưu lượng không khí vào quạt đẩy

Trong đó v l : độ nhớt động của không khí ứng với trạng thái không khí ngoài trời t 1 = t 0= 21,6 ℃ v 1 = v ' = 14,5206 × 10 -6 (m 2 /s) ρ 1 = ρ ' = 1,1985(kg/m 3 )

Vì Re > 4000 nên không khí trong ống theo chế độ chảy xoáy Ở chế độ chảy xoáy, ta có thể dùng công thức sau để xác định hệ số ma sát cho cả 3 khu vực:

√ λ 1 = −2lgτ + ⁡ [ ( 6,81 Re ) 0,9 + ∆ 3,7 ] (CT II.65, tr380, [1])

∆: độ nhám tương đối, ∆ = ε d td d td : đường kính tương đương của ống, d 1= 0,3 (m) ε: độ nhám tuyệt đối, chọn ε = 10 -4 m (bảng II.15, tr381, [1])

Vậy trở lực đường ống từ bộ lọc không khí đến quạt đẩy:

4.2.1.2 Trở lực đường ống từ quạt đẩy đến góc khuỷu

- Chọn đường ống có đường kính : d 2= 0, 3 (m)

- Chọn chiều dài ống dẫn từ miệng quạt đẩy đến góc khuỷu : l 2= 1,2 (m)

- Vận tốc dòng khí trong ống: ω 2 = ω 1 = 20,373 (m/s)

Trong đó v 2 : độ nhớt động của không khí ứng với trạng thái không khí ngoài trời. t 2 = t 0= 21,6 ℃ v 2 = v ' =15,206 × 10 -6 (m 2 /s) ρ 2 = ρ ' LINK Excel.Sheet.12 D : ¿ nhiệt độ 76 xlsx Sheet1!R307C3:R308C3 \a \t \u \* MERGEFORMAT

Vì Re > 4000 nên không khí trong ống chảy xoáy nên: λ 2 = λ 1 = 0,0162

Vậy trở lực đường ống từ góc khuỷu đến calorife:

4.2.1.3 Trở lực đường ống từ góc khuỷu đến calorife

- Chọn đường ống có đường kính : d 3= 0,3 (m)

- Chọn chiều dài ống dẫn từ góc khuỷu đến calorife : l 3 = 1,2 (m)

- Vận tốc dòng khí trong ống: ω 3 = V 3

V 3 ' : lưu lượng không khí ra khỏi calorife

Vì Re > 4000 nên không khí trong ống theo chế độ chảy xoáy λ 3 = λ 1 =0,0162

Vậy trở lực đường ống từ calorife đến trước thùng sấy là:

4.2.1.4 Trở lực đường ống từ calorifer đến thùng chứa nguyên liệu

- Chọn đường ống có đường kính : d 4= 0,3 (m)

- Chọn chiều dài ống dẫn từ calorifer đến thùng chứa nguyên liệu : l 4 = 1,2 (m)

- Vận tốc dòng khí trong ống: ω 4 = V 4

V 4 ' : lưu lượng không khí ra khỏi calorife

V 4 ' = L ' × V '' = 6213,4 × LINK Excel.Sheet.12 D : ¿ nhiệt độ76 xlsx Sheet1!R307C4:R308C4 \a \t \u \* MERGEFORMAT

4 (CT V.36, tr13, [2]) v 4 : độ nhớt động của không khí sau khi ra khỏi calorife, t 4 = 78 ℃;v 4 = v '' = 20,87 × 10 -6 (m 2 /s), ρ 4 = ρ ''' = LINK Excel.Sheet.12 D : ¿ nhiệt độ 76 xlsx Sheet1!R307C4:R308C4 \a \t \u \* MERGEFORMAT

Vì Re > 4000 nên không khí trong ống theo chế độ chảy xoáy

+ Ở chế độ chảy xoáy, ta có thể dùng công thức sau để xác định hệ số ma sát cho cả 3 khu vực:

√ λ 4 = -2lgτ + [ ( 6,81 Re ) 0,9 + 3,7 ∆ ] (CT II.15, tr381, [1])

∆ : độ nhám tương đối, ∆ = ε d td d td : đường kính tương đương của ống, d 4 = 0,3 (m) ε: độ nhám tuyệt đối, chọn ε = 10 -4 m (bảng II.15, tr381, [1])

→ λ 4 = LINK Excel.Sheet.12 D :¿ nhiệt độ 76 xlsx Sheet1!R353C5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,01 98

Vậy trở lực đường ống từ calorife đến trước thùng sấy là:

4.2.1.5 Trở lực do ma sát trong thùng sấy

- Lưu lượng thể tích trung bình trong thùng sấy

- Vận tốc không khí trong thùng sấy: ω 5 = F V tb td = 1,6 05 9 3,4676 = 0,4631 (m/s) (tr219, [7]) Ở nhiệt độ trung bình trong thùng sấy 55,5℃ ρ 5 = 1,07 37 (kg/m 3 ); v 5 = 18,49× 10 -6 (m 2 /s)

Re= ω 5 D v LINK Word.Document.12 D : ¿ ĐỒ ÁN ĐÃ HOÀN THÀNH docx OLE_LINK13 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,46 31 × 2,4 262

Vì Re > 4000 nên không khí trong ống theo chế độ chảy xoáy Ở chế độ chảy xoáy, ta có thể dùng công thức sau để xác định hệ số ma sát cho cả 3 khu vực:

√ λ 5 = -2lgτ + [ ( 6,81 Re ) 0,9 + ∆ 3,7 ] (CT II.65, tr380, [1])

∆ : độ nhám tương đối, ∆ = ε d td d : đường kính thùng sấy ε : độ nhám tuyệt đối, chọn ε = 10 -4 m (bảng II.15, tr381, [1])

Trở lực do ma sát trong thùng sấy:

Vậy trở lực do ma sát:

= ∆P ms1 + ∆P ms2 + ∆P ms3 + ∆P ms4+ ∆P ms5

4.2.2 Tính tổng trở lực cục bộ

4.2.2.1 Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống đến calorife ω 0 F 0 ω 1 F 1

- Diện tích mặt cắt ngang đường ống :

- Diện tích mặt cắt ngang calorife :

F 1 = B x H = 1,349 × LINK Excel.Sheet.12 D : ¿ đồ án 123 xlsx Sheet 1! R 265 C 5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 1 = 1,349 (m 2 )

- Đường kính tương đương : d tđ = 4 F 0 ϴ 0 (bảng II.16, tr382, [1])

∅ 0 :chu vi mặt cắt ngang của đường ống

= LINK Excel.Sheet.12 D : ¿ đồ án 123 xlsx Sheet 1 ! R 402C 5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,3 (m )

Vì Re > 4000 nên không khí trong ống theo chế độ chảy xoáy

Mặt khác Re > 3,5× 10 3 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N°13, tr388, [1]

4.2.2.2 Trở lực cục bộ do đột thu từ calorife vào đường ống ω 1 F 1 ω 2 F 2

- Diện tích mặt cắt ngang đường ống : F 0= π d 0 2

- Diện tích mặt cắt ngang calorife :

F 1 = B x H = 1,349 × LINK Excel.Sheet.12 D : ¿ đồ án 123 xlsx Sheet 1! R 265 C 5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 1 = 1,349 (m 2 )

- Đường kính tương đương : d tđ = 4 F 0 ϴ 0 (bảng II.16, tr382, [1])

∅ 0 :chu vi mặt cắt ngang của đường ống

= LINK Excel.Sheet.12 D : ¿ đồ án 123 xlsx Sheet 1 ! R 402C 5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 0,3 (m )

Vì Re > 4000 nên không khí trong ống theo chế độ chảy xoáy

Mặt khác Re > 3,5× 10 3 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N°13, tr388, [1]

4.2.2.3 Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống vào thùng sấy

- Chiều dài thùng tiếp liệu : 2,8 m

- Chọn chiều rộng thùng tiếp liệu : 1,5 m

- Diện tích mặt chắt ngang của thùng tiếp liệu : F tl = 2, 8 × 1,5 = 4,2 ( m 2 )

Vì Re > 3,5× 10 3 nên giá trị hệ số trở lực tra theo bảng N°13, tr388, [1]

- Tổng trở lực cục bộ:

- Nhiệt độ trung bình của không khí nóng trong calorife t tb = 78 + 21,6

- Tại nhiệt độ này các thông số của không khí ρ 49,8 = LINK Excel.Sheet.12 D : ¿Copy of nhiệt độ 76 3 xlsx Sheet 1 ! R 437 C 5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 1, 0937

- Vận tốc không khí trong calorife : ω = L '

Với F H x B x = LINK Excel.Sheet.12 D : ¿ đồ án 123 xlsx Sheet 1! R 263 C 5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 1,3 × 1,349 =1,7537 ( m 2 )

Do ống xếp theo kiểu hành lang nên: ξ = ( 6+9m ) ( S d ) -0,23 Re -0,26 (CT II.72, tr404, [1])

Với s là khoảng cách giữa các trục ống theo phương cắt ngang của dòng chuyển động (theo chiều rộng của dòng) s = d ngτ + + x ' = 0,035 + 0,015 = 0,0 5 ( m )

Trong đó m: số dãy ống chùm theo phương chuyển động chọn m = 21 d: đường kính ống d = d gτ + = 0,049 (m)

Vậy trở lực do calorife:

2 ¿ 25,4924 × LINK Excel.Sheet.12 D :¿ Copy of nhiệt độ 76 3 xlsx Sheet 1! R 437C 5 \a \t \u \* MERGEFORMAT 1, 0973 ×

4.2.5 Tính trở lực thùng quay

Vậy tổng toàn bộ trở lực quạt phải khắc phục là:

Tính và chọn quạt

Không khí được coi là ít bẩn nên năng suất quạt được lấy bằng lưu lượng thể tích không khí theo tính toán ở điều kiện làm việc:

- Tổn thất quạt đẩy cần khắc phục:

H p : trở lực tính toán của hệ thống, H p = 419,6969

T: nhiệt độ làm việc của khí T = T 0 = 21,6 ℃

B: áp suất tại chỗ đặt quạt B = 735,6 mmHgτ + ρ: khối lượng riêng của khí ở điều kiện tiêu chuẩn ρ = 1,293 ( kgτ + m 3 ) ρ k : khối lượng riêng của không khí ở điều kiện làm việc, ρ k = 1, 1986 ( kgτ + m 3 )

Chọn loại quạt ly tâm II.9-57 N ° 5 (hình II.56, tr486, [1])

- Công suất trên trục động cơ điện

1000 × η qđ × η tr × 3600(KW) (CT II.239a, tr463, [1])

Trong đó: η qđ : hiệu suất của quạt, tra đồ thị đặc tuyến hình II.58, tr489, [1] η qđ = 0,6 38 η tr : hiệu suất truyền động của trục, trục của quạt nối với trục của động cơ bằng khớp trục nên: η tr = 0,98 (tr463, [1])

Công suất thiết lập đối với động cơ điện

Với k3 = 1,1: hệ số dự trữ (Bảng II.48/Tr464,[1])