đồ án môn học thiết kế hệ thống thùng quay

Phần I: Tổng quan 1. tổng quan về nguyên liệu đậu xanh 5 1.1. Nguồn gốc đậu xanh 5 1.2. Cấu tạo và thành phần hóa học đậu xanh 6 1.2.1. Cấu tạo 6 1.2.2. Thành phần hóa học 6 1.3 Chức năng và ứng dụng của đậu xanh 7 2. Tổng quan về quá trình sấy 7 2.1. Giới thiệu chung 8 2.2. Các phương pháp sấy 8 2.3. Phân loại hệ thống sấy 8 2.4.Phân loại vật liệu sấy 10 2.5. Các giai đoạn trong quá trình sấy 11 2.6. Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy 11 2.6.1. Quá trình khuếch tán nội 11 2.6.2. Quá trình khuếch tán ngoại 12 2.6.3. Mối quan hệ giữa hai quá trình khuếch tán 13 3. lựa chọn thông số quá trình sấy 13 4. Quy trình sấy đậu xanh 14 5. công nghệ sấy thùng quay 15 5.1. Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay 15 5.2. Ưu, nhược điểm của phương pháp 16 5.3 Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay 16 Phần 2: Tính toán thiết bị sấy 17 1. Tính toán quá trình sấy lý thuyết và thực tế 17 1.1. Tính các thông số của tác nhân sấy 17 1.1.1. Trạng thái không khí ban đầu 17 1.1.2. Xác định thông số không khí ngoài trời 18 1.2. Tính cân bằng vật chất 20 1.3. Tính cân băng năng lượng 21 2. các thông số đặc trưng của thiết bị sấy thùng quay 25 2.1. Tính cường độ sấy 25 2.2. Tính thời gian sấy 27 3. tính toán thiết bị chính 27 3.1. Tính kích thước thùng quay 27 3.2. Thời gian lưu 27 3.3 Kiểm tra tốc độ quay của thùng 27 3.4. Tính bề dày cách nhiệt của thùng 28 3.4.1. Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng α1 28 3.4.2. Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh α2 29 3.4.3. Hệ số truyền nhiệt K 32 3.4.4. Tính bề mặt truyền nhiệt F 32 3.4.5. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài Δttb 32 3.4.6. Tính lượng nhiệt mất mát ra xung quanh 33 3.5. Kiểm tra bề dày thùng 33 3.6. Tính trở lực qua thùng sấy 35 3.7. Chọn kích thước cánh đảo trong thùng 36 4. Tính toán thiết bị phụ 37 4.1. tính calorifer cấp nhiệt 37 4.2. Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ngồi ống α2 39 4.3. Tính hệ số cấp nhiệt phía trong ống α1 43 4.4. Hệ số truyền nhiệt K 44 4.5. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước calorifer 45 4.6. Trở lực qua calorifer 45 5. Thiết kế bộ phận truyền động 46 5.1. Tính công suất quay thùng 46 5.2. Chọn tỷ số truyền động 47 5.3. Tính bộ truyền bánh răng 48 6. Tính vành đai và con lăn đỡ 51 6.1. Tính tải trọng thùng sấy 51 6.2. Tính con lăn đỡ 53 7. Tính và chọn xyclon 54 8. Tính trở lực và chọn quạt 56 8.1. Thiết kế đường ống 56 8.2. Tính trở lực đường ống 58 8.3. Tính trở lực cho hệ thống 63  

LỜI NÓI ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất vàđời sống Trong công nghiệp như chế biến nông – hải sản, chế biến gỗ, sản xuất vậtliệu 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 sauthu hoạch… Sản phẩm sau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảoquản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Ở Đồ án mônhọc này, chúng tôi xin trình bày về quy trình công nghệ và thiết bị sấy thùng quay đểsấy đậu xanh nguyên hạt, năng suất 1500kg/h theo sản phẩm

Để có thể thực hiên tốt được đồ án môn học này chúng tôi xin chân thành cảm ơn

sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của Th.S Nguyễn Quốc Hải

Vũng tàu, ngày…tháng…năm 2013

Mục lục

Phần I: Tổng quan

1 tổng quan về nguyên liệu đậu xanh 5

1.1 Nguồn gốc đậu xanh 5

1.2 Cấu tạo và thành phần hóa học đậu xanh 6

1.2.1 Cấu tạo 6

1.2.2 Thành phần hóa học 6

1.3 Chức năng và ứng dụng của đậu xanh 7

2 Tổng quan về quá trình sấy 7

2.1 Giới thiệu chung 8

2.2 Các phương pháp sấy 8

2.3 Phân loại hệ thống sấy 8

2.4.Phân loại vật liệu sấy 10

2.5 Các giai đoạn trong quá trình sấy 11

2.6 Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy 11

2.6.1 Quá trình khuếch tán nội 11

2.6.2 Quá trình khuếch tán ngoại 12

2.6.3 Mối quan hệ giữa hai quá trình khuếch tán 13

3 lựa chọn thông số quá trình sấy 13

4 Quy trình sấy đậu xanh 14

5 công nghệ sấy thùng quay 15

5.1 Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay 15

5.2 Ưu, nhược điểm của phương pháp 16

5.3 Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay 16

Phần 2: Tính toán thiết bị sấy 17

1 Tính toán quá trình sấy lý thuyết và thực tế 17

1.1 Tính các thông số của tác nhân sấy 17

1.1.1 Trạng thái không khí ban đầu 17

1.1.2 Xác định thông số không khí ngoài trời 18

1.2 Tính cân bằng vật chất 20

1.3 Tính cân băng năng lượng 21

2 các thông s đ c tr ng c a thi t b s y thùng quayố đặc trưng của thiết bị sấy thùng quay ặc trưng của thiết bị sấy thùng quay ưng của thiết bị sấy thùng quay ủa thiết bị sấy thùng quay ết bị sấy thùng quay ị sấy thùng quay ấy thùng quay 25

2.1 Tính cường độ sấy 25

2.2 Tính thời gian sấy 27

3 tính toán thiết bị chính 27

3.1 Tính kích thước thùng quay 27

3.2 Thời gian lưu 27

3.3 Kiểm tra tốc độ quay của thùng 27

3.4 Tính bề dày cách nhiệt của thùng 28

3.4.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng α1 28

3.4.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh α2 .29

3.4.3 Hệ số truyền nhiệt K 32

3.4.4 Tính bề mặt truyền nhiệt F 32

3.4.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài Δtttb .32

3.4.6 Tính lượng nhiệt mất mát ra xung quanh 33

3.5 Kiểm tra bề dày thùng 33

3.6 Tính trở lực qua thùng sấy 35

3.7 Chọn kích thước cánh đảo trong thùng 36

4 Tính toán thiết bị phụ 37

4.1 tính calorifer cấp nhiệt 37

4.2 Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ngồi ống α2 39

4.3 Tính hệ số cấp nhiệt phía trong ống α1 43

4.4 Hệ số truyền nhiệt K 44

4.5 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước calorifer 45

4.6 Trở lực qua calorifer 45

5 Thiết kế bộ phận truyền động 46

5.1 Tính công suất quay thùng 46

5.2 Chọn tỷ số truyền động 47

5.3 Tính bộ truyền bánh răng 48

6 Tính vành đai và con lăn đỡ 51

6.1 Tính tải trọng thùng sấy 51

6.2 Tính con lăn đỡ 53

7 Tính và chọn xyclon 54

8 Tính trở lực và chọn quạt 56

8.1 Thiết kế đường ống 56

8.2 Tính trở lực đường ống 58

8.3 Tính trở lực cho hệ thống 63

Q

CÔNG NGHỆ SẤY THÙNG QUAY ĐẬU XANH

Phần 1: Tổng quan

1 Tổng quan về nguyên liệu đậu xanh

1.1 Nguồn gốc đậu xanh

- 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 hìnhtrái 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.Các hạt được phân cách nhau bởi các vách có màu lục, bóng và có đường kính trungbình vào khoảng 2-2,5mm

Hình 1: hạt đậu xanh

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

1.2 Cấu tạo và thành phần hóa học đậu xanh

1.2.1 Cấu tạo

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

1.2.2 Thành phần hóa học

- 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, thườngđược chế biến ngay thành thức ăn Đậu xanh, ngoài protid còn có nhiều glucid, chủyếu là tinh bột, và ít lipid Thành phần protein của nó chứa đầy đủ các acid aminkhông 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 cũngnhư các nguyên liệu họ đậu nói chung là khó, vì đậu là môi trường rất thích hợp chocác 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 lâudài 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, chếbiến cũng như nâng cao chất lượng hạt

1.3Chức năng và ứng dụng của đậu xanh

- Đậu xanh vị ngọt, hơi tanh, tính hàn, không độc, bổ nguyên khí, thanh nhiệtmát gan, giải được trăm thứ độc, có thể làm sạch mát nước tiểu, chữa lở loét, làm sáng

mắt, nhuận họng, hạ huyết áp, mát buồng mật, bổ dạ dày, hết đi tả, thích hợp với cácbệnh nhân say nắng, miệng khát, người nóng, thấp nhiệt, ung nhọt, viêm tuyến má, đậumùa, nhìn mọi vật không rõ

- Đậu xanh là loại thức ăn nhiều kali, ít natri Người thường xuyên ăn đậu xanh

và chế phẩm của nó huyết áp của họ sẽ thấp Trong đậu xanh còn có thành phần hạhuyết mỡ hữu hiệu, nó còn giúp cho cơ thể phòng chống chứng xơ cứng động mạch vàbệnh cao huyết áp, đồng thời có công hiệu bảo vệ gan và giải độc

- Trong đời sống hàng ngày, đậu xanh được dùng làm rất nhiều món như nấucanh, chè, làm bánh, xay thành bột làm miến, rang vàng tán bột làm thực phẩm ngũcốc dinh dưỡng Lá đậu xanh được tận dụng làm dưa nhưng không phổ biến Vỏ đậuxanh có tính nóng, giúp giảm bớt mờ mắt, vì vậy nhiều người thường nấu cả vỏ, không

bỏ đi

2 Tổng quan về quá trình sấy

2.1 Giới thiệu chung

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu Quá trìnhnày có thể tiến hành bay hơi tự nhiên bằng năng lượng tự nhiên như: năng lượng mặttrời, năng lượng gió… (gọi là quá trình phơi hay sấy tự nhiên) Dùng phương pháp nàythì đỡ tốn nhiệt năng, nhưng không chủ động điều chỉnh được vận tốc của quá trìnhtheo yêu cầu kĩ thuật, năng suất thấp… Bởi vậy trong các ngày công nghiệp người tathường tiến hành quá trình sấy nhân tạo (dùng nguồn năng lượng do con người tạo ra)

Mục đích của quá trình sấy là làm giảm hàm lượng ẩm trong vật liệu, tăng hàmlượng chất khô, tạo ra nhiều tính chất đặc trưng cho sản phẩm, làm giảm hoạt độ nướctrong nguyên liệu nên ức chế hệ vi sinh vật và một số enzyme, giúp kéo dài thời gianbảo quản sản phẩm Đồng thời quá trình sấy có thể cải thiện một vài chỉ tiêu chấtlượng của sản phẩm

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng (nhiệt năng) để biến đổitrạng thái của pha lỏng (nước) trong vật liệu thành hơi Đây là quá trình không ổnđịnh, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian

2.2 Các phương pháp sấy

Tùy theo phương pháp truyền nhiệt, trong kĩ thuật sấy có các phương pháp sau:

+ Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không

khí nóng, khói lò,… (gọi là tác nhân sấy)

+ Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với

vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn

+ Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng

ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy

+ Sấy bằng dòng điện cao tần: là 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 thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao,

nhiệt độ rất thấp nên ẩm độ tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắnthành hơi không qua trạng thái lỏng

+ Sấy tầng sôi: là phương pháp sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, thích hợp cho sấy

là các xe goòng thì người ta gọi là hệ thống sấy kiểu xe goòng

-Hệ thống sấy hầm

Trong hệ thống sấy hầm thiết bị sấy là một hầm sấy dài, vật liệu sấy vào ở đầunày và ra ở đầu kia của hầm Thiết bị chuyển tải trong hệ thống sấy hầm thường là xegoòng hoặc là băng tải Đặc điểm chủ yếu của hệ thống sấy hầm là bán liên tục hoặcliên tục Cũng như hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm có thể sấy được nhiều dạngvật liệu sấy Tuy nhiên do cấu tạo nên năng suất của hệ thống sấy hầm cao hơn hệthống sấy buồng

- Hệ thống sấy tháp

Trong hệ thống sấy này thiết bị sấy là một tháp sấy, trong đó người ta đặt mộtloạt kênh dẫn và kênh thải tác nhân sấy xen kẽ nhau Vật liệu sấy trong hệ thống sấytháp là dạng hạt tự chảy từ trên xuống dưới Tác nhân sấy từ các kênh dẫn xuyên qualớp hạt chuyển động đi vào các kênh thải để ra ngoài Như vậy, hệ thống sấy tháp là hệthống sấy chuyên dùng để sấy hạt Cùng dạng với hệ thống sấy tháp chúng ta cũnggặp những hệ thống sấy tương tự, ở đó hạt chuyển động từ trên xuống còn tác nhân sấy

đi ngang qua lớp hạt thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm Hệ thống sấy tháp là hệthống sấy liên tục

- Hệ thống sấy thùng quay

Thiết bị sấy trong hệ thống sấy thùng quay như tên gọi là một thùng sấy hìnhtrụ tròn đặt nghiêng một góc nào đó Trong thùng sấy người ta bố trí các cánh xáo trộn.Khi thùng quay, vật liệu sấy vừa chuyển động từ đầu này đến đầu kia của thùng sấyvừa bị xáo trộn từ trên xuống dưới Tác nhân sấy cũng vào ở đầu này và ra ở đầu kiacủa thùng sấy Như vậy, hệ thống sấy thùng quay cũng là hệ thống sấy chuyên dùng đểsấy hạt hoặc cục nhỏ và có thể làm việc liên tục

- Hệ thống sấy khí động

Có rất nhiều hệ thống sấy khí động Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này có thể

là một ống tròn hoặc hình phễu, trong đó tác nhân sấy có tốc độ cao vừa làm nhiệm vụsấy vừa làm nhiệm vụ vận chuyển vật liệu sấy từ đầu này đến đầu kia của thiết bị sấy.Tốc độ của tác nhân sấy có thể đạt (40 ÷50) m/s Vật liệu sấy trong các hệ thống sấynày phải là những hạt, mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi trong quá trình sấy thường là độ

ẩm bề mặt

- Hệ thống sấy tầng sôi

Trong hệ thống sấy tầng sôi, thiết bị sấy là một buồng sấy, trong đó người ta bốtrí ghi đỡ vật liệu sấy Tác nhân sấy có thông số thích hợp được đưa vào dưới ghi vàlàm cho vật liệu sấy chuyển động bập bùng trên ghi như hình ảnh bọt nước sôi Vì vậy,người ta gọi là hệ thống sấy tầng sôi Đây cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để sấyhạt Hạt khô nhẹ hơn sẽ ở phần trên của lớp sôi và được lấy ra khỏi thiết bị sấy mộtcách liên tục Trong hệ thống sấy tầng sôi, truyền nhiệt và ẩm giữa tác nhân sấy và vật

liệu sấy rất tốt nên trong cá hệ thống sấy hạt hiện có thì hệ thống sấy tầng sôi có năngsuất lớn, thời gian sấy nhanh và vật liệu sấy được sấy rất đều.

và được lấy ra ngoài hoặc liên tục hoặc định kỳ

2.4.Phân loại vật liệu sấy

Vật liệu ẩm được chia thành 3 nhóm khác nhau tùy theo tính chất keo – vật lý

và đặc biệt là khả năng thay đổi kích thước hình học trong quá trình tách ẩm của vậtliệu:

+ Vật liệu thể keo: có tính chất đàn hồi, kích thước của vật liệu thay đổi lớn khi

độ ẩm thay đổi Cụ thể là khi tách ẩm kích thước của vật liệu co lại rất lớn, nhưng khihút ẩm nó lại trương nở ra Ví dụ như: Gelatin, Aga-Aga,…

+ Vật liệu mao quản xốp: có cấu trúc gồm những mao quản Kích thước của vật

liệu không thay đổi khi độ ẩm thay đổi Ví dụ như: Silicagel, than hoạt tính, than gỗ,…

+ Vật liệu keo mao quản: là những vật liệu có tính chất trung gian của hai nhóm

trên Nghĩa là chúng có tính đàn hồi và các mao quản của chúng có khả năng hấp thụnước Thuộc về nhóm này là các vật liệu có nguồn gốc thực vật

2.5 Các giai đoạn trong quá trình sấy

+ Giai đoạn 1: Giai đoạn đốt nóng nguyên liệu

Tại thời điểm bắt đầu quá trình sấy, nếu nhiệt độ của nguyên liệu thấp hơn nhiệt

độ bay hơi của đoạn nhiệt của không khí thì nhiệt độ của nguyên liệu sẽ tăng lên Giaiđoạn đốt nóng nguyên liệu thường diễn ra nhanh và độ ẩm của nguyên liệu chỉ giảm điít

+ Giai đoạn 2: Giai đoạn sấy đẳng tốc

Trong giai đoạn này độ ẩm của nguyên liệu sẽ giảm tuyến tính theo thời giansấy Tốc độ sấy trong giai đoạn này là một hằng số Theo lý thuyết, giai đoạn sấy đẳngtốc sẽ kéo dài đến thời điểm khi độ ẩm của nguyên liệu đạt tới giá trị độ ẩm tới hạn wk

+ Giai đoạn 3: Giai đoạn sấy giảm tốc

Khi độ ẩm nguyên liệu đạt giá trị độ ẩm tới hạn, tốc độ sấy sẽ giảm dần Khi độ

ẩm của nguyên liệu đạt giá trị độ ẩm cân bằng, độ ẩm nguyên liệu không thể giảm thấphơn được nữa, tốc độ sấy bằng 0 Quá trình sấy xem như kết thúc

2.6 Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy

2.6.1 Quá trình khuếch tán nội

Quá trình khuếch tán nội là quá trình chuyển dịch ẩm từ các lớp bên trong ralớp bề mặt của vật liệu ẩm Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch nồng độ

ẩm giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt Ngoài ra, quá trình khuếch tán nội còndiễn ra do quá trình chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt Quanghiên cứu ta thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độthấp Vì vậy, tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyểndưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng dịch chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thểcùng chiều hoặc ngược chiều với nhau

Ta có thể biểu thị tốc độ khuếch tán nội bằng phương trình sau:

dW

dt = k.F dc dx

Trong đó:

W: là lượng nước khuếch tán, (kg)

dt: là thời gian khuếch tán, (h)

F: là diện tích bề mặt khuếch tán, (m2)

k: là hệ số khuếch tán

dc

dx : là gradien độ ẩm

Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trìnhthoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều nhau sẽkìm hãm sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy.

2.6.2 Quá trình khuếch tán ngoại

Sự định kỳ chuyển hơi nước trên bề mặt nguyên liệu vào không khí gọi là quátrình khuếch tán ngoại Lượng nước bay hơi trong khuếch tán ngoại thực hiện dướiđiều kiện áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu (E) lớn hơn áp suất riêngphần của hơi nước trong không khí (e)

Lượng nước bay hơi trong quá trình khuếch tán ngoại thực hiện được dưới điềukiện áp suất hơi nước bão hòa (E) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong

không khí (e) Sự chênh lệch đó là ∆P = E – e Lượng hơi nước bay hơi tỷ lệ thuận với

∆P, với bề mặt bay hơi và thời gian làm khô:

W: là lượng nước bay hơi, (kg)

F: là diện tích bề mặt bay hơi, (m2)

dt: thời gian bay hơi, (h)

B: là hệ số bay hơi

2.6.3 Mối quan hệ giữa hai quá trình khuếch tán

Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có một mối quan hệ chặt chẽ với nhau, quátrình khuếch tán nội là động lực của quá trình khuếch tán ngoại và ngược lại Tức làkhi khuếch tán ngoại được tiến hành thì khếch tán nội mới có thể được tiếp tục và nhưthế ẩm độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần Tuy nhiên trong quá trình sấy ta

phải sao cho hai quá trình này ngang bằng với nhau, tránh trường hợp khuếch tánngoại lớn hơn khuếch tán nội Vì khi đó sẽ làm cho sự bay hơi ở lớp bề mặt diễn ramãnh liệt làm cho bề mặt của sản phẩm khô cứng, hạn chế sự thoát ẩm Khi xảy rahiện tượng đó ta khắc phục bằng cách sấy gián đoạn (quá trình ủ ẩm) mục đích là đểthúc đẩy quá trình khuếch tán nội.

3 lựa chọn thông số quá trình sấy

- Muốn bảo quản lương thực hoặc chế biến sản phẩm có chất lượng cao, cácloại hạt cần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quản hoặc chế biến Để thực hiện quá trìnhsấy có thể sử dụng nhiều hệ thống sấy như buồng sấy, hầm sấy, 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 hóahọc của nguyên liệu

- Để sấy đậu xanh là nông sản dạng hạt, người ta thường dùng thiết bị sấy tháphoặc sấy thùng quay Ở Đồ án môn học này do vật liệu sấy là vật liệu dạng hạt, cụcnhỏ và cần được sấy sau khi thu hoạch để bảo quản tốt nên nên chọn thiết bị sấy thùngquay là thích hợp nhất Trong thiết bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy ở trạng tháixáo trộn và trao đổi nhiệt đối lưu với tác nhân sấy Trong quá trình sấy, hạt được đảotrộn 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 sảnphẩm, nên ở đây chúng tôi lựa chọn tác nhân sấy là không khí, được làm nóng trongcaloriphe, nhiệt cung cấp cho không khí trong caloriphe là từ quá trình ngưng tụ hơinước bão hòa Nhiệt độ tác nhân sấy được chọn phụ thuộc vào bản chất của hạt Cóloại 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 chứalượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, với nhiệt độ không khí sấy từ 40 – 55 0C Do

đó, chúng tôi chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào thùng sấy là 55 0C, chế độ sấy cùngchiều

4 Quy trình sấy đậu xanh

- Đậu được thu hoạch từ đồng ruộng, người ta chặt cây và nhặt đậu ra Khi mớithu hoạch từ ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao Đối với đậu xanh thu hoạch cả vỏ thìphải 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 làmsạch, tách những tạp chất trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi, đá, mảnh kimloại… 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 đậutheo loại 1, 2, 3… theo kích cỡ, có thể dùng sàng với các lớp lưới có đường kính lỗkhác nhau Sau khi phân loại, tiến hành sấy theo từng loại đậu Sau thời gian sấy phảikiểm tra lại độ ẩm, độ ẩm thành phẩm đạt 15% 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

5 công nghệ sấy thùng quay

5.1 Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay

Máy sấy thùng quay là 1 thùng hình trụ đặt nghiêng 1- 60, có 2 vành đai đỡ, vành đainày tỳ vào con lăn đỡ khi thùng quay Vật liệu vào sấy qua phễu nạp liệu.Vật liệutrong thùng không quá 20 – 25% thể tích thùng Sau khi sấy xong ,thành phẩm qua bộphận tháo sản phẩm ra ngoài Bên trong thùng có lắp các cánh để xáo trộn vật liệu làmcho hiệu suất sấy đạt được cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm còn đầuthùng cắm vào lò đốt hoặc nối với ống tạo tác nhấn sấy.Giữa thùng quay, hộp tháo và

lò có cơ cấu bịt kín để không khí nóng và khói lò không thoát ra ngoài Ngoài ra còn

có xyclone để thu hồi sản phẩm bay theo và thải khí sạch ra môi trường.Khí nóng vàvật liệu có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều ở bên trong thùng Phía đầu chỗ nạpliệu bên trong thùng sấy có lắp các cánh xoắn 1 đoạn khoảng 700 – 1000mm, chiều dàicủa đoạn này phụ thuộc vào đường kính của thùng.Tốc độ khói lò hoặc không khínóng đi trong thùng không được >3m/s để tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.Vận tốc quay của thùng là 5–8 vòng /phút.Các đệm ngăn trong thùng vừa có tác dụngphân phối vừa có tác dụng phân phối đều cho vật liệu theo tiết diên thùng, đảo trộn vậtliệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy.Cấu tạo của đệmngăn(Cánh trộn) phụ thuộc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm cửa nó

5.2.Ưu, nhược điểm của phương pháp

5.3: Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay

Máy sấy thùng quay gồm 1thùng hình trụ đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang 1÷60.Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ 6Bánh đai được đặt trênbốn con lăn đỡ, khoảng cách giữa 2 con lăn cùng 1 bệ đỡ có thể thay đổi để điều chỉnhcác góc nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnh thời gian lưu vật liệu trongthùng Thùng quay được là nhờ có bánh răng Bánh răng ăn khớp với với bánh răngdẫn động nhận truyền động của động cơ qua bộ giảm tốc.Vật liệu ướt được nạp liêntục vào đầu cao của thùng qua phễu chứa và được chuyển động dọc theo thùng nhờ cácđệm ngăn Các đệm ngăn vừa có tác dụng phân bố đều nật liệu theo tiết diện thùng,đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Cấutạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật liệu sấy tính chất và độ ẩm của nó.Vận tốc của khói lò hay không khí nóng đi trong máy sấy khoảng 2÷3 m/s,thùng quay5÷8 vòng/phút Vật liệu khô ở cuối máy sấy đươc tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm rồinhờ băng tải xích vận chuyển vào kho.Khói lò hay không khí thải được quạt hút vào hệthống tách bụi,… để tách những hạt bụi bị cuốn theo khí thải Các hạt bụi thô đượctách ra, hồi lưu trở lại băng tải xích Khí sạch thải ra ngoài

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

1 Tính toán quá trình sấy lý thuyết và thực tế

1.1 Tính các thông số của tác nhân sấy

1.1.1 Trạng thái không khí ban đầu

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):

Năng suất (theo sản phẩm): G2 = 1500 kg/h

- Trạng thái không khí ngồi trời: được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằngcặp 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, tachọn trạng thái A như sauA: to = 30oC

o = 80

1.1.2 Xác định thông số không khí ngoài trời

Ta có nhiệt độ không khí và ẩm độ không khí (t0; φ0) = (300C; 80%)

- Phân áp bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ của không khíban đầu

Quy tắc sấy đối với loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, ví dụnhư sấy một số loại đậu hạt chứa nhiều đạm thì nhiệt độ không khí sấy từ 40 – 55oC.

- Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy

lý thuyết (I1 = I2) Trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C (t2, 2)

Nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt

do tác nhân sấy mang đi là bé nhất, nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa làtránh trạng thái C nằm trên đường bão hòa Đồng thời, độ chứa ẩm của tác nhân sấy tại

C phải nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút

Trạng thái khôngkhí vào thiết bị sấy

(B)

Trạng thái khôngkhí ra khỏi thiết bị sấy

1.3 Tính cân bằng năng lượng

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

Tổng nhiệt lượng vào là:

Q1=L(I1 – Io)+[(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

rtv1 : ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào, rtv1 = 2500 kJ/kg

Ca : nhiệt dung riêng của ẩm

Với ẩm là hơi nước thì: Ca = Cpa = 1.842 kJ/kgoK

 Với quá trình sấy lý thuyết: Δt= 0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:

Trạng thái khôngkhí vào thiết bị sấy

(B)

Trạng thái khôngkhí ra khỏi thiết bị sấy

1 Tốc độ trung bình của tác nhân

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 vậtliệu dạng hạt:

3.2 Thời gian lưu

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

3.3 Kiểm tra tốc độ quay của thùng

n '= m k1.L T

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 = 0,7 m : hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng

Đối với cánh nâng, m = 0,5 ⇒

3.4 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 mấtmát nhiều và để đảm bảo nhiệt dộ bên ngồi máy sấy có thể cho phép công nhân làmviệc bên cạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy

3.4.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng α 1 Bảng 4 : Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:

S

Kíhiệu

Chế độ chảy của tác nhân sấy trong thiết bị:

Có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên [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

3.4.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường α 2 :

Quá trình truyền nhiệt từ thành ngồi của thiết bị sấy đến môi trường xung quanh

là quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên và do bức xạ nhiệt

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

- Do thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng α = 1,7o nên việc xác định hệ sốcấp 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, cáchằng số vật lý khi tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chất ở xaống, 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:

S

Kíhiệu

- Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng (phía tiếp xúc với không khí): tw4 = 35oC 

là nhiệt độ thích hợp để nhiệt từ tác nhân sấy sau khi truyền qua vách thùng và lớpcách nhiệt đến phía thành ngồi của thùng thì không còn quá nóng, an toàn cho ngườilàm việc

- 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:

Hệ số dẫnnhiệt

Qbx : nhiệt trao đổi do bức xạ, W

(CT V.135, [1])

Hình 1: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng

(CT V.39/13, [1])

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

ε1: độ đen của hệ do đó chọn n = 1 vg/ph là hợp lý

Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vậtthể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể: ε1-2 ≈ ε1 = 0,8  1

(W/m2K)

t2đ, t2c : nhiệt độ môi trường xung quanh, t2đ = t2c = to = 30oC

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

=16 , 37

(oC)

3.4.6 Tính lượng nhiệt mất mát ra xung quanh

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

- Theo phương trình truyền nhiệt:

q xq=K F Δt tb

3 , 186 57 , 76.16 ,37 3600

3.5 Kiểm tra bề dày thùng

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

Bảng 7: Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng

(J/kg ẩm)

(m2)

- 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 trongnhưng 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

Kíhiệu

Do nguyên liệu là các hạt rắnchuyển động, va đập trong thiết bị.Giá trị Cb chọn theo thực nghiệm