đồ án công nghệ tôi tìm hiểu và nghiên cứu phương pháp sấy đậu xanh nguyên hạt bằng thiết bị sấy thùng quay với năng suất 700kgh

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY 1. Gioi thiệu về phương pháp sấy 2. Cấu trúc hệ thống sấy 2.1 Các bộ phận cơ bản của hệ thống sấy 2.1.1 Buồng sấy 2.1.2 Bộ phận cung cấp nhiệt 2.1.3 Bộ phận thông gió và tải ẩm 2.1.4 Bộ phận cấp vật liệu và lấy sản phẩm 2.1.5 Hệ thống đo lường và điều khiển 2.2 Các dạng cấu trúc hệ thống sấy 2.2.1 Hệ thống sấy công thức nhỏ 2.2.2 Hệ thống sấy công suất lớn 3. Sơ lược về nguyên liệu 4. Qúa trình sấy 5. Phương pháp thực hiện quá trình sấy PHẦN 2:TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH I. Tính cân bằng vật chất 1. Tính các thông số của tác nhân sấy 1.1 Các công thức sử dụng 1.2 Tính các thông số của tác nhân sấy 2. Tính cân vật chất II. Tính cân bằng năng lượng III. Các thông số đặc trưng của thùng quay 1. Tính thời gian sấy 1.1 Tính cường độ sấy 1.2 Tính thời gian sấy 2. Tính kích thước thùng quay 3. Thời gian lưu 4. Kiểm tra tốc độ quay của thùng 5. Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy 6. Tính bề dày cách nhiệt của thùng 6.1 Hệ số cách nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành bên trong của thùng α1 6.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh α2 6.3 Hệ số truyền nhiệt K 6.4 Tính bề mặt truyền nhiệt F 6.5 Tính hiệu số nhiệt trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài ∆ttb 6.6 Tính lượng nhiệt mất mát ra xung quanh 6.7 Kiểm tra bề dày của thùng 6.8 Tính trở lực qua thùng sấy PHẦN III. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ I. Thiết kế bộ phận truyền động 1. Tính công suất thùng quay 2. Chọn tỷ số truyền động 3. Tính bộ truyền bánh răng 3.1 Chọn vật liệu làm bánh răng 3.2 Tính modun sơ bộ 3.3 Kiểm tra sức bền uốn răng 3.4 Tính kích thước chủ yếu của cặp bánh răng II. Chọn kích thước cánh đảo trong thùng PHẦN IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ I. Tính Calorifer cấp nhiệt 1. Tính hiệu số trung bình 2. Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài ống α26 2.1 Các thông số của không khí ngoài ống 2.2 Tính hệ số cấp nhiệt α2 3. Tính hệ số cấp nhiệt phía trong ống α1 4. Hệ số truyền nhiệt K 5. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước Calorifer II. Tính và chọn Xyclon III. Tính trở lực và chọn quạt 1. Tính trở lực qua thùng sấy 2. Chọn quạt cho hệ thống sấy thùng quay LỜI NÓI ĐẦU

2.2.2 Hệ thống sấy công suất lớn

3 Sơ lược về nguyên liệu

II Tính cân bằng năng lượng

III Các thông số đặc trưng của thùng quay

1 Tính thời gian sấy

1.1 Tính cường độ sấy

1.2 Tính thời gian sấy

2 Tính kích thước thùng quay

3 Thời gian lưu

4 Kiểm tra tốc độ quay của thùng

5 Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy

6 Tính bề dày cách nhiệt của thùng

6.1 Hệ số cách nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành bên trong của

thùng α1

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

6.6 Tính lượng nhiệt mất mát ra xung quanh

6.7 Kiểm tra bề dày của thùng

3.3 Kiểm tra sức bền uốn răng

3.4 Tính kích thước chủ yếu của cặp bánh răng

II Chọn kích thước cánh đảo trong thùng

PHẦN IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

I Tính Calorifer cấp nhiệt

1 Tính hiệu số trung bình

2 Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài ống α2[6]

2.1 Các thông số của không khí ngoài ống

2 Chọn quạt cho hệ thống sấy thùng quay

LỜI NÓI ĐẦU

Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt.Như vậy phơi nắng là biện pháp sấy tự nhiên rất đơn giản dược áp dụng lâu đời trong đời sống.Tuy nhiên phơi nắng cũng bị nhiều hạn chế chẳng hạn như diện tích để phơi không đủ rộng hoặc là còn phải phụ thuộc vào thời tiết đặc biệt rất bất lợi khi trời mưa nếu nguyên liệu bị dính nước thì sẽ năng suất đạt sẽ không cao.Vì vậy trong các lĩnh vực sản xuất trong nền kinh tế ngày càng phát triển thì người ta phải áp dụng biện pháp sấy nhân tạo.

Sự phát triển về sấy đã trải qua thời gian dài và hình thành nên một học thuyết bao gồm 3 giai đoạn :Lý thuyết sấy, công nghệ sấy, và kĩ thuật sấy các viện nghiên cứu và trường đại học trên thế giới nghiên cứu ứng dụng giải quyết những vấn đề về kĩ thuật sấy các vật liệu cho công nghiệp và nông nghiệp.

Trong những năm trở lại đây người ta đã đưa kĩ thuật sấy nông sản thành những sản phẩm khô,không những làm tăng thêm thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêm các mặt hàng nông sản như: trái cây, cà phê, tiêu, sữa, bột cá khô, thịt khô……Đối với nước ta có khí hậu nhiệt đới ẩm việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các vật liệu có ý nghĩa đặc biệt:kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp với từng loại nguyên liệu

để đạt được chất lượng tốt nhất đặc biệt là sấy đậu xanh nguyên hạt đó là thành phần để chế biến bột, sữa, ngũ cốc….

Do đăc thù đậu xanh khi sấy phải giữ nguyên được màu sắc đặc trưng nên ta

có thể dụng các thiết bị sấy đặc trưng như: sấy tháp, sấy thùng quay, sấy hầm….

Trong đồ án này chúng tôi tìm hiểu và nghiên cứu phương pháp sấy đậu xanh nguyên hạt bằng thiết bị sấy thùng quay với năng suất 700kg/h.

Đây là lần đầu tiên tiếp nhận đồ án môn học quá trình thiết bị về thiết kế hệ thống sấy mang tính chất tìm hiểu sâu chuyên ngành, do kiến thức và tài liệu còn hạn chết nên chúng tôi không tránh khỏi những sai sót trong quá trình tiến hành làm đồ án mong hội đồng bảo vệ đồ án thông cảm và giúp đỡ để chúng tôi có thể hoàn thành nhiệm vụ.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu để chúng tôi hoàn thành tốt đồ án này.

Vũng tàu ,ngày …tháng…năm 2012 Nhóm sinh viên: Lê Thị Mỹ Vân

Lâm Quốc Việt

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY

1 Gioi thiệu về hệ thống sấy

Trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm quá trình tách nước ra khỏi vật

liệu(làm khô vật liệu) là rất quan trọng Tùy theo tính chất và độ ẩm của vật liệu mà thực hiện một trong các phương pháp tách nước ra khỏi vật liệu sau đây:

-Phương pháp cơ học(sử dụng máy ép,lọc,ly tâm…)

- Phương pháp hóa lý(dung cali clorous,acid sulfuric để tách nước)

-Phương pháp nhiệt(dùng nhiệt dể bốc hơi nước trong vật liệu)

Sấy là quá trình bốc hơi nước ra khỏi vât liệu bằng nhiệt Nhiêt cung cấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn nhiệt, đối lưu,bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường

có tần số cao.Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ bền và bảo quản được tốt hơn.

Trong quá trình sấy nước cho bay hơi ở nhiệt độ bất kì do sự khuếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu và sự chênh lệch bởi áp suất riêng phần của hơi nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.Sấy là một quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian.

Qúa trình sấy được khảo sát ở 2 mặt: tĩnh lực học và động lực học.

-Tĩnh lực học sẽ xác định được mối quan hệ giũa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất –năng lượng, từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và nhiệt lượng cần thiết.

-Trong động lực học sẽ khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian và các thông số của quá trình.Ví dụ như tính chất và cấu trúc của vật liệu,các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy và thời gian sấy thích hợp.

II.1.2 Bộ phận cung cấp nhiệt

Tùy theo hệ thống sấy khác nhau, bộ phận cấp nhiệt cũng khác nhau.ví dụ: trong thiết bị sấy bức xạ, bộ phận cấp nhiệt khá đơn giản, có thể là các đèn hồng ngoại,các ống dây điện trở,hay các tấm bức xạ gia nhiệt bằng chất lỏng hay khí đốt Thiết bị sấy đối lưu dùng môi chất sấy là không khí,chất tải nhiệt

là hơi nước thì bộ phận cấp nhiệt là calorifer khí-hơi Nếu chất thải là khói thì

bộ phận cấp nhiệt là calorifer khí-khói.

II.1.3 Bộ phận thông gió và tải ẩm

Bộ phận này có tải ẩm từ vật liệu sấy vào môi trường Khi sấy bức xạ việc thông gió còn có nhiệm vụ bảo vệ vật sấy khỏi quá nhiệt.

Các thiết bị sấy dưới áp suất khí quyển đều dùng môi chất đối lưu(tự nhiên hay cưỡng bức) để tải ẩm.Trong các thiết bị này đều cần tạo điều kiện thông gió tốt trên bề mặt vật liệu để ẩm thoát ra từ vật được môi chất mang đi dễ dàng.Khi thông gió cưỡng bức bộ phận này gồm: các quạt gió,các đường ống dẫn gió vào buồng sấy,đường hồi(nếu có), ống thoát khí…

II.1.4 Bộ phận cấp vật liệu và lấy sản phẩm

Bộ phận này cũng khác nhau tùy thuộc vào thiết bị sấy.Trong thiết bị sấy buồng và hầm vật liệu sấy để trên các khay đặt thành tầng trên các xe gong, các xe được đẩy vào buồng chứa và lấy sản phẩm ra từ các xe goong.Việc đẩy

xe vào và lấy xe ra có thể bằng thủ công hay cơ khí.Trong thiết bị sấy hầm dùng băng tải, vật liệu được đưa vào và lấy ra bằng băng tải.Trong thiết bị sấy phun,vật liệu được đưa vào bằng bơm qua vòi phun.Sản phẩm được lấy ra dưới dạng bột bằng các hạt và vít tải.

II.1.5 Hệ thống đo lường và điều khiển

Hệ thống này có nhiệm vụ đo nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm tương đối của môi chất Sấy tại các vị trí cần thiết t1, φ 1,t2 φ2… đo nhiệt độ khói lò.tự động điều chỉnh nhiệt độ,độ ẩm môi chất vào thiết bị nhằm duy trì chế độ sấy theo đúng yêu cầu.

II.2 Các dạng cấu trúc hệ thống sấy:

2.2.1 Hệ thống sấy công thức nhỏ

Hệ thống sấy thường có cấu trúc dạng tủ, đa số là kiểu sấy đối lưu,cưỡng bức, một số kiểu sấy bức xạ,sấy bằng điện trường tần số cao.các thiết bị sấy loại này thường được chể tạo hang loạt có thể điều khiển tự động nhiệt độ môi chất sấy.Vật liệu thường được đựng trong các khay đưa vào buồng sấy bằng thủ công và đặt trên giá đỡ trong buồng.Loại thiết bị này có thể sấy nhiều loại sản phẩm khác nhau.

2.2.2 Hệ thống sấy công suất lớn:

Hệ thống sấy này có cấu trúc rất đa dạng tùy thuộc vào phương pháp sấy Trong hệ thống này cần bố trí hợp lí giữa buồng sấy và các thiết bị khác như:

Bộ phận cấp nhiệt,cấp hơi nước,cấp khói,bộ phận cấp vật liệu và lấy sản phẩm

4.sơ lược về nguyên liệu

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:

23% protit 52% glucid

- 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 đậụ 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 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.

5.Quy trình sấy đậu xanh

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 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.

6.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 khơng khí trong caloriphe là từ quá trình ngưng tụ hơi nước bão hịa Nhiệt độ tác nhân sấy được chọn phụ thuộc vào bản chất của hạt Cĩ loại hạt vẫn sấy ở nhiệt độ cao vẫn giữ được tính chất vật lí, sinh lý cơng nghệ, nhưng cĩ loại hạt khơng cho sấy ở nhiệt độ cao Đơi với đậu xanh là loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp với nhiệt độ khơng khí từ 40-55°C.Do đĩ tơi chọn nhiệt độ đưa vào tác nhân sấy là 55°C, 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 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 tốn thiết bị sấy

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):

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

 Năng suất (theo sản phẩm): G2 = 700 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:

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

- Enthapy của không khí ẩm:

I=Cpk.t+x(r+Cpa.t )=1,004.t+x(2500+1,842.t ) ,kJ/kgkk

(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

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

- Thể tích riêng của không khí ẩm:

v = RT

M ( B−ϕ p b)=

288 T

B−ϕ p b ,m3/kgkk (CT VII.8, [1])với: R : hằng số khí, R =8314 J/kmol.độ

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,

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

- 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 Thanh Phố Vũng Tàu : [1]

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

(kJ/kgkk)

(kJ/kgkk)

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:

l= L

W =

13577 ,58

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

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

o Ca : nhiệt dung riêng của ẩm.

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

 Với quá trình sấy lý thuyết: = 0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:

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

Bảng 1 : 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’)

- Lượng tác nhân khô cần thiết:

1.Tính thời gian sấy[8]

- Chọn các thông số để tính cường độ sấy:

Bảng 2 : Các thông số chọn để tính cường độ sấy:

STT Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Khoảng giới hạn Tài liệu tham

khảo

Chọn

1 Tốc độ trung bình của

tác nhân trong thùng

3 Hệ số chứa đầy của

vật liệu trong thùng

5 Góc nghiêng tự nhiên

của vật liệu

 độ 24  32 (đối với đậu

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

h

F c

D T2=0,122

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:

 B : yếu tố cấu trúc của thùng quay

B= ( Fc

DT2 ) Z √ D hT=0 , 122 8. √ 0 , 576=0 ,7407

 Whmax : độ hút ẩm cực đại của vật liệu

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

2 Tính kích th ước thùng quay c thùng quay :

- Thể tích thùng sấy:

VT= W

A =

78,75 10,7123 =7,35 (m3)

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

- Chiều dài thùng:

L T=4 V T

πDD T2=

4 7 ,35

πD 1,22=6,5 (m)Chọn LT = 6,5m ⇒

L T

D T=

6,51,2=5 , 42

⇒ thỏa điều kiện

3Thời gian lưu

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

τ1=V T β ρ v

7 ,3513 0, 18 560

778 ,75 =0 ,94 (h) = 56,8 (ph)

⇒ thỏa điều kiện 1  

4.Ki m tra t c đ quay c a thùng: ểm tra tốc độ quay của thùng: ốc độ quay của thùng: ộ quay của thùng: ủa thùng:

n '

= m k1 L T

τ1 D T tg α ,vg/phtrong 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

chọn n = 1 vg/ph là hợp lý

5.Ki m tra v n t c tác nhân s y: ểm tra tốc độ quay của thùng: ận tốc tác nhân sấy: ốc độ quay của thùng: ấy

Bảng 3 : Lưu lượng và khối lượng riêng không khí sấy tại các điểm của quá trình sấy thực:

Đại

lượng Ký hiệu – Đơn vị Trạng thái không khí ban Trạng thái không khí vào thiết bị Trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy - Ghi chú

đầu – A(trạng thái 1)

sấy – B(trạng thái 2) C’ (trạng thái 3)Nhiệt

Bảng 3

chọn vk = 2,6 m/s là hợp lý

6.Tính b dày cách nhi t c a thùng ề dày cách nhiệt của thùng ệt của thùng ủa thùng:

Maý sấy cĩ thể cĩ hay khơng lớp boc cách nhiệt.Để tránh nhiệt trong máy sấy mất mát nhiều và để đảm bảo nhiệt độ bên ngồi máy sấy cĩ thể cho phép cơng nhân làm việc bêncạnh được thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy

6.1 Hệ số cách nhiệt từ dịng tác nhân sấy đến thành bên trong của thùng

α 1

Bảng 4 : Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Nguồn– Công thức Giá trị

2 Nhiệt độ trung bình tk oC (III.1) 47,5

l = 1,135(Bảng II-2, [2])

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

4 Độ nhớt k Ns/m2 Bảng I.114, [1] 1,9314.10-5

5 Khối lượng riêng k kg/m3 (III.1) 1,0910

6 Độ nhớt động k m2/s ν k=μ k

ρ k 1,7702.10-5

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

Chuẩn số Reynolds:

6.2.1 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

tw1

1 2 3tk

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 5 : Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Nguồn– Công thức Giá trị

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

3 Độ nhớt o Ns/m2 Bảng I.114, [1] 1,8464.10-5

4 Áp suất hơi bão hòa pb bar (II) 0,0355

5 Khối lượng riêng o kg/m3 CT1.11, [8] 1,1631

6 Độ nhớt động o m2/s

- 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:

- Chọn các bề dày của thùng:

Bảng 6 : Các bề dày thùng và vật liệu:

ST

T Đại lượng

Ký hiệu

Giá trị chọn (m) Vật liệu

Hệ số dẫn nhiệt

 (W/mK)

1 : bề dày thân thùng

2 : bề dày lớp cách nhiệt

3 : bề dày lớp bảo vệ

Hình 1: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng

1 Bề dày thùng 1 0,008 CT3 50

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

3 Bề dày lớp bảo vệ 3 0,001 CT3 50

- Đường kính ngoài của thùng sấy:

- Chuẩn số Nusselt: [1]

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

(CT V.135, [1])