thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

Trong thiết bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy ở trạng thái xáo trộn và trao đổi nhiệt đối lưu với tác nhân sấy.. Quá trình sấy đậu xanh hạt dùng làm thức ăn đòi hỏi đảm bảo tính vệ si

Trang 1

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất và đời sống Trong công nghiệp như chế biến nông – hải sản, chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xây dựng…, kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất Trong nông nghiệp, sấy là một trong những công đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch… Sản phẩm sau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Ở Đồ án môn học này, em xin trình bày về quy trình công nghệ và thiết bị sấy thùng quay để sấy đậu xanh nguyên hạt, năng suất 1 tấn/h theo sản phẩm

I. SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU

- Đậu xanh, còn gọi là lục đậu, boubour, haricotdore, green bean Tên khoa học:

Phaseolus aureus Roxb., Vigna aurea Roxb Thuộc họ đậu Fabaceae (Papilonaceae) Mô tả

cây: cây thảo, mọc đứng, ít phân nhánh, cao 0,6m , lá có 3 lá chét, lá chét hình trái xoan,

ba cạnh, màu lục sẫm, có lông nháp Hoa màu vàng hoặc lục, rất dày đặc, xếp thành chùm ở nách, quả nằm ngang hình trụ, có lông rồi nhẵn, có đầu nhọn ngắn Hạt 10–15, phân cách nhau bởi các vách, màu lục, bóng

- Đậu xanh, cùng với đậu nành, đậu đen, đậu trắng, đậu Hà Lan đều được xếp vào hàng họ đậu Đặc điểm chung của chúng là chứa nhiều protein (25 –50%) Do ở rễ của cây họ đậu có các nốt sần, ở đó các vi khuẩn cộng sinh phát triển, có khả năng lấy Nitơ từ không khí nên không những cung cấp đủ Nitơ cho cây mà còn làm cho đất đai thêm màu mỡ bằng nguồn Nitơ thừa thải ra

- Về mặt cấu tạo, họ đậu thuộc các hạt họ hòa thảo Chúng không có nội nhũ, nội nhũ của chúng bị mất trong quá trình hình thành hạt Cấu tạo chủ yếu của họ đậu gồm 3 phần: vỏ, tử diệp (lá mầm) và phôi (mộng)

- Thành phần hóa học của hạt đậu xanh: hạt đậu xanh có trung bình:

- Mỗi 100g đậu xanh cung cấp cho cơ thể:

- Đậu xanh được trồng ở khắp nước ta, lấy hạt chủ yếu làm thực phẩm, thường được chế biến ngay thành thức ăn Đậu xanh, ngoài protid còn có nhiều glucid, chủ yếu là tinh bột, và ít lipid Thành phần protein của nó chứa đầy đủ các acid amin không thay thế Tinh bột đậu xanh có tỷ lệ amyloza tương đối rất cao (45 – 50%), được dùng nhiều để chế biến miến, làm bánh kẹo …

- Vấn đề bảo quản đậu xanh cũng như các nguyên liệu họ đậu nói chung là khó, vì đậu là môi trường rất thích hợp cho các loại sâu mọt phá hoại Mặt khác, nếu điều kiện bảo quản không tốt như nhiệt độ, độ ẩm cao, đậu sẽ bị “sượng” (hóa già) làm giảm chất

Trang 2

lượng đậu Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượng ban đầu tốt, không sâu mọt và có độ ẩm an toàn Vì vậy, quá trình phơi, sấy hạt sau khi thu hoạch có vai trò rất quan trọng trong bảo quản, chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt.

II. QUY TRÌNH SẤY ĐẬU XANH HẠT

Đậu được thu hoạch từ đồng ruộng, người ta chặt cây và nhặt đậu ra Khi mới thu hoạch từ ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình 20 – 25% Đối với đậu xanh thu hoạch cả vỏ thì phải phơi, sấy sơ bộ tới độ khô nhất định mới tách, lấy hạt khỏi vỏ thuận lợi Việc đập và tách hạt đậu ra khỏi quả có thể làm bằng máy hoặc bằng tay Sau đó tiến hành làm sạch, tách những tạp chất trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi, đá, mảnh kim loại… lẫn vào hạt khi thu hoạch, tách hạt… Có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ (cỏ, rác, cành, lá…) lớn hơn hạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớp dưới cùng là đất, cát, rác vụn nhỏ hơn hạt Sau khi có khối đậu sạch thì tiến hành lấy mẫu đo độ ẩm bằng máy đo độ ẩm để xác định độ ẩm ban đầu Tiếp theo, người ta phân loại đậu theo loại 1, 2, 3… theo kích cỡ, có thể dùng sàng với các lớp lưới có đường kính lỗ khác nhau Sau khi phân loại, tiến hành sấy theo từng loại đậu Sau thời gian sấy phải kiểm tra lại độ ẩm, độ ẩm thành phẩm đạt 14% thì quá trình sấy kết thúc Sau khi sấy, đậu được làm nguội tự nhiên hoặc có quạt thổi để giảm nóng, tránh dùng không khí có độ ẩm cao để

Đậu xanhThu hoạchPhơi (sấy sơ bộ)

Phân loạiSấyLàm nguộiKiểm tra cỡ hạtĐóng góiThành phẩm

Trang 3

thông gió sẽ làm tăng độ ẩm hạt Tiếp theo, khối đậu được kiểm tra lại cỡ hạt để loại bỏ những hạt lép, hỏng sau khi sấy Có thể dùng sàng để phân loại hạt Cuối cùng, đậu được đóng gói theo yêu cầu thị trường: 50 kg, 25 kg, 10 kg, 5 kg, 1kg Sản phẩm đậu xanh nguyên hạt.

III. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH SẤY

- Muốn bảo quản lương thực hoặc chế biến sản phẩm có chất lượng cao, các loại hạt cần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quản hoặc chế biến Để thực hiện quá trình sấy có thể sử dụng nhiều hệ thống sấy như buồng sấy, hầm sâùy, tháp sấy, thùng sấy… Mỗi hệ thống có những ưu, khuyết điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau Chế độ sấy có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm vì sấy là một quá trình trao đổi nhiệt – chất phức tạp và làm thay đổi không những cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học của nguyên liệu

- Để sấy đậu xanh là nông sản dạng hạt, người ta thường dùng thiết bị sấy tháp hoặc sấy thùng quay Ở Đồ án môn học này, em chọn thiết bị sấy thùng quay, là thiết bị chuyên dùng để sấy vật liệu dạng hạt, cục nhỏ và được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch Trong thiết bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy ở trạng thái xáo trộn và trao đổi nhiệt đối lưu với tác nhân sấy Trong quá trình sấy, hạt được đảo trộn mạnh và tiếp xúc tốt với tác nhân sấy nên tốc độ sấy nhanh và hạt được sấy đều Hệ thống sấy thùng quay có thể làm việc liên tục với năng suất lớn

- Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khói lò Quá trình sấy đậu xanh hạt dùng làm thức ăn đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh cho sản phẩm, nên ở đây em chọn tác nhân sấy là không khí, được làm nóng trong caloriphe, nhiệt cung cấp cho không khí trong caloriphe là từ quá trình ngưng tụ hơi nước bão hòa Nhiệt độ tác nhân sấy được chọn phụ thuộc vào bản chất của hạt Có loại hạt sấy ở nhiệt độ cao vẫn giữ được tính chất vật lý, sinh lý và công nghệ, nhưng có loại không cho phép sấy ở nhiệt độ cao Đối với đậu xanh là loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, với nhiệt độ không khí sấy từ 40 – 55oC 1 Do đó, em chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào thùng sấy là 55oC, chế độ sấy cùng chiều

- Quá trình hoạt động của hệ thống:

Đậu xanh có độ ẩm ban đầu 20% được chuyển vào thùng sấy bằng băng tải và di chuyển trong thùng sấy cùng chiều với tác nhân, với độ chứa đầy 18% Thùng sấy hình trụ tròn, đặt nghiêng 1,7o so với mặt phẳng ngang, trên hệ thống con lăn đỡ và con lăn chặn Tốc độ quay thùng là 1 vòng/phút Hệ thống truyền động cho thùng quay gồm bánh răng vòng lắp trên vỏ thùng, động cơ truyền động và hộp giảm tốc Bên trong thùng có gắn các cánh nâng dọc theo đường sinh của thùng để nâng và đảo vật liệu, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy, tăng bề mặt trao đổi nhiệt giúp đẩy nhanh quá trình sấy Ở đầu nhập liệu của thùng, cánh nâng được bố trí xoắn đóng vai trò như cơ cấu hướng dòng cho vật liệu sấy đi vào thùng Khi thùng quay, hạt được mang lên cao tới góc rơi rồi đổ xuống, trong lúc đó tác nhân sấy nóng 55oC, được quạt hút vận chuyển đi với vận tốc 2,6 m/s, thổi qua, trao đổi nhiệt ẩm và làm khô hạt Nhờ độ nghiêng của thùng mà

Trang 4

hạt sẽ được vận chuyển dần ra phía tháo liệu Thời gian lưu của vật liệu trong thùng sấy là 0,8 giờ Kết thúc quá trình sấy, đậu xanh có độ ẩm 14%, được dẫn ra ngoài bằng băng tải, đưa vào hệ thống đóng bao Không khí nóng được đưa qua xyclon để lắng bụi rồi thải

ra ngoài

Hình 1 : Một số hệ thống sấy thùng quay

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

Trang 5

Vật liệu sấy là đậu xanh nguyên hạt có các thông số cơ bản như sau:

 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (theo nguyên liệu ẩm):

 Nhiệt dung riêng của vật liệu khô: [6]

Cvk = 1,2  1,7 kJ/kg.oK

Chọn Cvk = 1,5 kJ/kg.oK

 Đường kính trung bình của hạt vật liệu: d = 5 mm = 0,005m

 Năng suất (theo sản phẩm): G2 = 1000 kg/h

I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

1. Tính các thông số của tác nhân sấy:

1.1 Các công thức sử dụng: [1], [10]

Dùng tác nhân sấy là không khí

- Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:

5,235

42,402612

p x

.621,0

ϕ

−

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

- Enthapy của không khí ẩm:

).842,12500(.004,1).(

C

(CT 2.25, [10])với: Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 kJ/kgoK Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 kJ/kgoK

Trang 6

r : ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r =2500 kJ/kg

- Thể tích riêng của không khí ẩm:

b

T p

B M

RT v

288)

trong đó: o = 1,293 kg/m3: khối lượng riêng không khí khô ở điều kiện chuẩn

To = 273oK : nhiệt độ không khí ở điều kiện chuẩn

1.2 Tính các thông số của tác nhân sấy:

- Trạng thái không khí ngoài trời: được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặp thông số (to, o)

Do vật liệu sấy là đậu xanh có thể được trồng và thu hoạch nhiều vụ trong một năm, tuy nhiên tính theo mùa mưa, ít nắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanh năm Vì vậy,

ta chọn trạng thái A theo giá trị trung bình vào tháng 9 ở Thành phố Hồ Chí Minh: [1]

A: to = 27 oC

o = 84%

0355,0275,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

0355,0.84,0621,0

.621,

o b o

p x

ϕ

(kg/kgkk)

7213,76)27.842,12500.(

0194,027.004,1

).842,12500(

004,1

=+

+

=

++

I

9083,010.0355,0.84,010.981,0

)27327(

288

.288

o

T v

Trang 7

1556,0

981,0.0194,0

)621,0(

1

1 1

1

=+

=

+

=

x p

B x

b

ϕ

Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chất của vật liệu sấy và chế độ công nghệ quy định Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh Do đậu xanh là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm của vật liệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp bề mặt của hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong lòng vật liệu ra ngoài

Quy tắc sấy đối với loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp,

ví dụ như sấy một số loại đậu hạt chứa nhiều đạm thì nhiệt độ không khí sấy từ 40 – 55oC

Do đó, chọn điểm B: t1 = 55oC

x1 = xo = 0,0194 (kg/kgkk)

1556,0555,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

1 1

.621,

0

b

p B

p x

0194,055.004,1

).842,12500(

004,

1

=+

+

=

++

I

9931,010.1556,0.1915,010.981,0

)27355(288

288

5 5

1

1 1

T v

Với I2 = I1 = 105,8369 kJ/kgkk

 = 100%

Chọn t2 = 35oC

0558,0355,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

004,

0290,035.842,12500

35.004,18369,

105

842,12500

.004,1

2

2 2

+

−

=+

7844,0)0290,0621,0.(

0558,0

981,0.0290,

0)

621,0(

2

2 2

2

=+

=

x p

B x

b

ϕ

(kJ/kgkk)

 tđs ≈ 31oC

Trang 8

)27335(

288

.288

5 5

2

2 2

T v

- So sánh x2 với độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy:

Bảng 1 : Hàm ẩm cân bằng cb của vật liệu sấy (với vật liệu sấy là đậu nành): [5], [9]

(kg ẩm/kg chất khô)

-Ta thấy, tại điểm C (t2 = 35oC, 2 = 78,4%), hàm ẩm cân bằng của vật liệu sấy cb

≈ 0,128 (kg/kg)  Độ chứa ẩm của không khí x2 < cb, vật liệu sấy không hút ẩm trở lại

- Tóm lại, trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:

Bảng 2 : Trạng thái 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)

2. Tính cân bằng vật chất: [8]

- Năng suất thiết bị sấy theo nhập liệu:

10752

,01

14,01.10001

1

2 2

,0029,0

11

W

L

II. TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG [10]

Quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng, QBS = 0

Trang 9

Thiết bị sấy thùng quay không có thiết bị chuyển tải, QCT = 0

- Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:

 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L(I1 – Io)

 Nhiệt lượng 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 – Io)

 Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: QBC

 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.Cv2.tV2

Ca: nhiệt dung riêng của ẩm

Với ẩm là nước thì: Ca = Cn = 4,18 kJ/kgoK

= 1,5.(1 - 0,14) + 4,18.0,14

= 1,8752 (kJ/kgoK)

- Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy:

L(I2 – I1) + [(G1 - W)Cv1 + WCa].tv1 = L(I2 – Io) + QBC + G2.Cv2.tV2Đặt: Qv = G2Cv(tv2 – tv1) : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi

Mặt khác: G2 = G1 – W

Cv1 = Cv2 = Cv

- Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:

Q = L(I1 – Io) = L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv1

- Nhiệt lượng tiêu hao riêng (cho 1kg ẩm cần bốc hơi):

q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1

6,

5625 =

=

W Q

Trang 10

 Nhiệt do ẩm trong vật liệu đưa vào:

WCatv1 = 75.4,18.27 = 8464,5 (kJ/h)Ca.tv1 = 4,18.27 = 112,86 (kJ/kg ẩm)

 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che:

o Ca : nhiệt dung riêng của ẩm

Với ẩm là hơi nước thì: Ca = Cpa = 1,842 kJ/kgoK

⇒ Qhi = 75.[2500 + 1,842.(35 – 27)] = 188605,2 (kJ/h)

= 0,03.188605,2 = 5658,156 (kJ/h)

4421,7575

156,

 Với quá trình sấy lý thuyết: = 0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:

⇒ trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I1

(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:

l I

I2 = í + ∆

Tuy nhiên vì l chưa biết nên ta xác định độ chứa ẩm x2 trước thông qua t2 đã biết:

Trang 11

5901,37()35.842,12500[(

)]

5901,37()55.842,12500.[(

0194,0)3555(004,1

])[(

)(

2

1 2

2 1 2

=

−

−+

−

−+

∆

−+

−

=

t C r

t C r x t t C

i

i x t t C

x

pa

pa o

pk

í o pk

5365,105)35.842,12500(0274,035.004,1

).842,12500(

004,

2

=+

+

=

++

I

0558,0355,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

0558,0

981,0.0290,0)

621,0(

2

2 2

2

=+

=

x p

B x

b

ϕ

9442,010.0558,0.7436,010.981,0

)27335(288

.288

5 5

2

2 2

T v

- Tóm lại, trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế:

Bảng 3 : 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’)

Trang 12

Hình 2: Đồ thị I – d không khí ẩm

- Lượng tác nhân khô cần thiết:

Trang 13

,00274,0

11

W

L

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

Q = L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv1

= 9383,8531.(105,5365-76,7214) + 5658,156 + 5625,6 – 8464,5

= 273216,3084 (kJ/h)Lượng nhiệt cung cấp riêng:

8841,3642

2,

III. TÍNH THỜI GIAN SẤY [8]

1. Tính cường độ sấy:

- Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy:

452

7436,01915,0

42,402612

exp5

,235

42,402612

,0

0949,0.4675,0.378,01)27345(

273.293,1

378,01

o

ρ

- Chọn các thông số để tính cường độ sấy:

Bảng 4 : Các thông số chọn để tính cường độ sấy:

hiệu

Đơn vị

Khoảng giới hạn Tài liệu

tham

Chọn(kg/m3)

Trang 14

1 Tốc độ trung bình của

tác nhân trong thùng

sấy

2 Số vòng quay của

3 Hệ số chứa đầy của

vật liệu trong thùng  đơn vịphần Đối với thùng có cánh nâng,

5 Góc nghiêng tự nhiên

của vật liệu

 độ 24  32 (đối với đậu

nành)

6 Đường kính trung bình

7 Khối lượng riêng thể

tích vật liệu

Khi sử dụng dạng cánh nâng thì các thông số đặc trưng của cấu trúc dạng cánh: [8]

với: h : chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu, m

DT : đường kính trong của thùng sấy, m

Fc : bề mặt chứa vật liệu của cánh, m2

- Cường độ bay hơi thể tích A xác định theo công thức thực nghiệm đối với vật liệu dạng hạt:

65 , 0 max

2 5

,

W

W tg

tg B

n d

v A

ψ

αβ

trong đó:

 B : yếu tố cấu trúc của thùng quay

7407,0576,0.8.122,0

c

D

h Z D

F B

 Whmax : độ hút ẩm cực đại của vật liệu

Theo [8], trường hợp nếu W2  Whmax thì lấy 1

max

h

W W

Whmax được xác định theo công thức:

ϕ

ln1

max

h

W B

−

=

Trang 15

với: Wcb : độ ẩm cân bằng của vật liệu, %

B : hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ

Vì  < 1 ⇒ ln  < 0

⇒ để B > 0 thì

max

11

6,2.091,1.03,

1420(200.[

7123,10

)1420.(

18,0.650

2)]

(200[

).(

.2

2 1

−

=

W W A

W W

v βρ

= 47,37 (ph)

IV. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH [8]

1. Tính kích thước thùng quay:

- Thể tích thùng sấy:

0013,77123,10

- Chọn đường kính thùng, theo tiêu chuẩn: DT = 1,2m

- Chiều dài thùng:

1905,62,1

0013,7.4

⇒ thỏa điều kiện =4÷8

T

D L

Khi đó, thể tích của thùng sấy:

3513,75,6.4

2,1 4

2 2

=

=πD L π

Trang 16

1. Thời gian lưu:

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

80,01075

650.18,0.3513,7

⇒ thỏa điều kiện 1  

2. Kiểm tra tốc độ quay của thùng:

α

τ D tg

L k m n

T

1

=

trong đó: k1 : hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu

Trường hợp sấy xuôi chiều: k1 = 0,2  0,7  Chọn k1 = 0,5 m : hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng

Đối với cánh nâng, m = 0,5

7,1.2,1.01,48

5,6.5,0.5,0

D

L k m n

%100.1

9504,01

%100

ε

chọn n = 1 vg/ph là hợp lý

3. Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy:

Bảng 5 : Lưu lượng và khối lượng riêng không khí sấy tại các điểm của quá trình sấy thực:

Trạng thái không khí vào thiết bị sấy – B (trạng thái 2)

Trạng thái không khí

ra khỏi thiết bị sấy - C’ (trạng thái 3)

Ghi chú

144,8860181

,

93192

Trang 17

= 2,5249 (m3/s)

- Tiết diện chảy của tác nhân:

9274,04

2,1.)18,01(4)1()

%100.7226,2

6,27226,2

%100

chọn vk = 2,6 m/s là hợp lý

4. Tính bề dày cách nhiệt của thùng:

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

5.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng  1 :

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

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị – Công thứcNguồn Giá trị

3 Hệ số dẫn nhiệt k W/m.oK Bảng 30, [3] 0,02755

- Chế độ chảy của tác nhân sấy trong thiết bị:

Chuẩn số Reynolds:

5

5 1,7625.1010

.7702,1

2,1.6,2

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 <50

D L

Trang 18

- Chuẩn số Nusselt:

ε

Với: Re = 1,76.105

42,5

,1

02755,0.4382,321

 Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên ’ 2 :

- Do thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng  = 1,7o nên việc xác định hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên xem như là xác định hệ số cấp nhiệt của ống nằm ngang khi không khí có thể tích lớn chuyển động tự do Theo [3], đối với trường hợp này, các hằng số vật lý khi tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chất ở xa ống, tức là lấy theo nhiệt độ trung bình của không khí môi trường

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

2 Hệ số dẫn nhiệt o W/m.oK Bảng 30, [3] 0,02629

- Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem như nhiệt độ không đổi khi truyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ Sơ đồ truyền nhiệt:

Trang 19

- Chọn các bề dày của thùng:

Bảng 8 : Các bề dày thùng và vật liệu:

ST

T Đại lượng hiệuKý Giá trị chọn (m) Vật liệu Hệ số dẫn nhiệt (W/mK)

2 Bề dày lớp cách nhiệt 2 0,001 Bông thủy tinh 0,05

- Đường kính ngoài của thùng sấy:

Dng = DT + 2.( 1 + 2 + 3)

= 1,2 + 2.(0,008 + 0,001 + 0,001) = 1,22 (m)

- Chuẩn số Grashof: [2]

9 2

5 3

2 4 3 2

3 2

3

10.8849,1)27327.(

)10

22,1

81

,

9

)273(

).(

=+

o w ng o

ng o

ng

t

t t D g T

T D g T D

g

Gr

νν

,1

0263,0.9312,97

 Hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt ’’ 2 : [1]

δ1 : bề dày thân thùng

δ2 : bề dày lớp cách nhiệt

δ3 : bề dày lớp bảo vệ

Hình 3: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng

Trang 20

100100

7,5)

4 2

4 1 2 1 2

1

T T

T T F

trong đó: Qbx : nhiệt trao đổi do bức xạ, W

F : bề mặt bức xạ, m2 T1 : nhiệt độ của vật thể nóng, oK , T1 = Tw4 T2 : nhiệt độ của vật thể nguội, là nhiệt độ không khí bao quanh thùng,

oK , T2 = To : độ đen của hệ

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 bằng độ đen của vật thể: 1-2 ≈ 1 = 0,8  1

 Chọn e1-2 = 0,8

4456,5)

2735(

100

27327100

27335.8,0.7,5

)(

100100

7,5)(

4 4

2 1

4 2

4 1 2 1 2

1 2

T T

T T F

Q bx

εα

 Hệ số cấp nhiệt chung  2 : [1]

5560,74456,51103,2

2 2 2

=+

5.3 Hệ số truyền nhiệt K: [3]

- 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 cáu:

4718,35560,7

150

001,

005,0

001,

050

008,

03797,71

1

11

1

2

3

1 1

=+

++

+

=

++

5.4 Tính bề mặt truyền nhiệt F: [14]

- Đường kính trung bình của máy sấy:

21,12

219,12,

(W/m2.K)

Trang 21

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

0084,274

21,1 25

2 2

=+

=

+

=

ππ

t2đ, t2c : nhiệt độ môi trường xung quanh, t2đ = t2c = to = 27oC

- Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy:

tđ = t1đ – t2đ = 55 – 27 = 28 (oC)

tc = t1c – t2c = 35 – 27 = 8 (oC)

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

9647,158

28ln

828ln

c đ

tb

t t

t

(oC)

5.6 Tính lượng nhiệt mất mát ra xung quanh: [14]

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

- Theo phương trình truyền nhiệt:

8555,7175

.1000

3600.9647,15.0084,27

%100.4421,75

8555,714421,75

%100

5. Kiểm tra bề dày thùng: [15]

- Vật liệu chế tạo thùng chọn là thép CT3, có các tính chất sau:

Bảng 9 : Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng: [15]

(m2)

(J/kg ẩm)

Trang 22

1 Ứng suất tiêu chuẩn [σ*] N/mm2 Hình 1.1 140

4 Ứng suất cho phép [] N/mm2 [] = h.[σ*]

- Áp suất làm việc của hệ thống: thùng sấy làm việc ở áp suất thường (không có áp suất), theo [1], chiều dày thành thiết bị tính theo thiết bị làm việc với áp suất trong nhưng lấy p không bé hơn 0,1.106 N/m2

 áp suất làm việc của hệ thống, lấy: p = 0,1.106 N/m2 = 0,1 N/mm2

- Ta có :

25133095

,0.1

1,0.2,1]

[

2

m p

Hệ số bổ sung

do ăn mòn hóa

Hệ số bổ sung

do sai lệch khi

Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép làm thùng Với thùng bằng thép CT3, dày 8mm thì C3 = 0,8 mm (Bảng XIII.9, [1])

4 Hệ số quy tròn kích thước Co 5,75 Chọn

Trang 23

- Áp suất lớn nhất cho phép trong thân thiết bị:

76,1)08(1200

)08.(

95,0.140

2)(

).(

−

=

−+

−

=

a T

a h

C S D

C S

(N/mm2)Vậy thùng sấy có bề dày là 8mm, thỏa điều kiện làm việc p < [p]

6. Tính trở lực qua thùng sấy: [10]

Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp hạt nằm trên cánh và trên mặt thùng sấy 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 kinh nghiệm

- Chuẩn số Reynolds:

3659,73410

.9314,1

0910,1.005,0.6,2

,7.2.75,0

18,0)

10001075

m kg V

C v

1003659

,734

49085

,5

Re

100Re

49085,5

=+

+

=

++

ρ

ρρ

Trang 24

I

Động cơ

)/(8256,599)(

1443,61

005,0.81,9.2

0134,0.0910,1.6,2.5,6.2074,10

2

2 2

m N O

mmH

d g

C v

L a

V. THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG

1. Tính công suất quay thùng:

- Công suất cần thiết để quay thùng:

với: DT : đường kính trong của thùng, DT = 1,2m

LT : chiều dài thùng, LT = 6,5m

: hệ số phụ thuộc vào dạng cánh

Với cánh nâng, hệ số chứa đầy  = 0,18 thì  = 0,059 (Bảng VII.5, [1]) n : tốc độ quay của thùng, n = 1 vg/ph

 : khối lượng riêng xốp của vật liệu,  = 650 kg/m3

 N = 0,0013.DT2.LT..n.

= 0,0013.1,22.6,5.0,059.1.650 = 0,56 (kW)

- Chọn động cơ 4A100L8Y3, ([4]), có các đặc tính:

Công suất động cơ: Nđc = 1,5 kW

Vận tốc quay: nđc = 698 vg/ph

Hiệu suất:  = 74%

Hệ số công suất: cos = 0,65

Công suất làm viêc của động cơ:

Nlv = Nđc. = 1,5.074 = 1,11 (kW)

 thỏa điều kiện Nlv > N cần thiết để quay thùng

1. Chọn tỷ số truyền động: [4]

- Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống:

6981



Trang 25

- Chọn tỷ số truyền: i23 = 5

i12 = 4 . 6984.6 29,083

23 12

i i

829,096,0.93,0

74,0

2. Tính bộ truyền bánh răng [13]

Bộ truyền bánh răng truyền chuyển động từ tang dẫn động đến bánh răng lớn gắùn vào thùng Đây là cơ chế truyền động giữa hai trục song song nên ta sử dụng bộ truyền động bánh răng trụ (răng thẳng), truyền động hở, bánh răng ăn khớp ngoài

 Chọn vật liệu làm bánh răng:

 Bánh răng lớn: thép 45 thường hóa, có độ rắn HB 180

 Bánh răng nhỏ:

Hình 4: Sơ đồ hệ thống truyền động cho thùng: Sơ đồ hệ thống truyền động

Trang 26

- Đối với 2 bánh răng ăn khớp nhau, báng răng nhỏ làm việc nhiều, chân răng bé nên mòn nhiều và chóng bị gãy hơn bánh răng lớn, do vậy cần được chế tạo bằng vật liệu tốt hơn Nếu sử dụng 2 bánh răng cùng vật liệu thì phải có phương pháp nhiệt luyện để bánh răng nhỏ có độ rắn mặt răng lớn hơn.

- Bánh răng chịu tải trọng trung bình, sử dụng thép 45 thường hóa có các thông số

cơ tính:

Độ rắn HBbr nhỏ = (1,1 – 1,4)HBbr lớn = 1,1.180 = 198 Giới hạn bền: B = 600 N/mm2

Giới hạn chảy: C = 340 N/mm2

- Ứng suất uốn cho phép:

với: Giới hạn mỏi: -1 = 0,25.(sb + sch) + 50 = 285 (N/mm2)

Hệ số an toàn: n = 1,5 – 2,2  chọn n = 1,5

Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: K = 1,2 – 1,8 (trị số lớn dùng cho bánh răng thép thường hóa và tôi)  K = 1,8

8,1.5,1

285.5,

1

.5,