Đồ án chuyên đề về sấy thùng quay.

Đồ án quá trình và thiết bị thường dành cho sinh viên các trường kĩ thuật hóa học trong các trường đại học kĩ thuật. Giúp các bạn có thể hoàn thành bài tập một cách nhanh chóng. giúp cho các bạn lười có thể hoàn thành bai đúng thời gian, các bạn có thời gian đi chơi, đi bar, còn tụi con nhà nghèo ngồi làm bài post lên kiếm chút tiền.

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sảnxuất 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 dâychuyền sản xuất Trong nông nghiệp, sấy là một trong những công đoạn quan trọngcủa 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 lượngsản 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 vànghoặc lục, rất dày đặc, xếp thành chùm ở nách, quả nằm ngang hình trụ, có lông rồinhẵn, 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 đượcxếp 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, cókhả năng lấy Nitơ từ không khí nên không những cung cấp đủ Nitơ cho cây mà cònlàm 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 họđậu 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

- 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 nhiềuglucid, chủ yếu là tinh bột, và ít lipid Thành phần protein của nó chứa đầy đủ cácacid 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 làkhó, 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” (hóagià) làm giảm chất lượng đậu Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượngban đầu tốt, không sâu mọt và có độ ẩm an toàn Vì vậy, quá trình phơi, sấy hạtsau khi thu hoạch có vai trò rất quan trọng trong bảo quản, chế biến cũng như nângcao chất lượng hạt.

Đậu được thu hoạch từ đồng ruộng, người ta chặt cây và nhặt đậu ra Khimới thu hoạch từ ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình 20 – 25% Đối vớiđậu 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 bằngmáy hoặc bằng tay Sau đó tiến hành làm sạch, tách những tạp chất trong hạt nhưcỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi, đá, mảnh kim loại… lẫn vào hạt khi thu hoạch, tách

Đậu xanh

Thu hoạch

Phơi (sấy sơ bộ)

hạt… Có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ (cỏ, rác, cành, lá…) lớn hơn hạtnên 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 đểxác định độ ẩm ban đầu Tiếp theo, người ta phân loại đậu theo loại 1, 2, 3… theokích cỡ, có thể dùng sàng với các lớp lưới có đường kính lỗ khác nhau Sau khiphân loại, tiến hành sấy theo từng loại đậu Sau thời gian sấy phải kiểm tra lại độẩm, độ ẩm thành phẩm đạt 14% thì quá trình sấy kết thúc Sau khi sấy, đậu đượclàm nguội tự nhiên hoặc có quạt thổi để giảm nóng, tránh dùng không khí có độẩm cao để thông gió sẽ làm tăng độ ẩm hạt Tiếp theo, khối đậu được kiểm tra lạicỡ hạt để loại bỏ những hạt lép, hỏng sau khi sấy Có thể dùng sàng để phân loạihạt 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, cácloại hạt cần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quản hoặc chế biến Để thực hiện quátrình 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 khácnhau Chế độ sấy có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm vì sấy là một quátrình trao đổi nhiệt – chất phức tạp và làm thay đổi không những cấu trúc vật lýmà còn cả thành phần hóa học của nguyên liệu

- Để sấy đậu xanh là nông sản dạng hạt, người ta thường dùng thiết bị sấytháp 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 rãitrong công nghệ sau thu hoạch Trong thiết bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy ởtrạng 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 vàhạt được sấy đều Hệ thống sấy thùng quay có thể làm việc liên tục với năng suấtlớn

- Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khóilò Quá trình sấy đậu xanh hạt dùng làm thức ăn đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh chosản phẩm, nên ở đây em 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.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 nguyênliệu 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 độsấy cùng chiều

1 Theo Đoàn Dụ, Bùi Duy Hân, Võ Văn Mân, Lò sấy thủ công, NXB KHKT, Hà Nội, 1971.

- Quá trình hoạt động của hệ thống:

Đậu xanh có độ ẩm ban đầu 20% được chuyển vào thùng sấy bằng băng tảivà 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 thốngcon lăn đỡ và con lăn chặn Tốc độ quay thùng là 1 vòng/phút Hệ thống truyềnđộng cho thùng quay gồm bánh răng vòng lắp trên vỏ thùng, động cơ truyền độngvà hộp giảm tốc Bên trong thùng có gắn các cánh nâng dọc theo đường sinh củathùng để nâng và đảo vật liệu, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tácnhân sấy, tăng bề mặt trao đổi nhiệt giúp đẩy nhanh quá trình sấy Ở đầu nhập liệucủa thùng, cánh nâng được bố trí xoắn đóng vai trò như cơ cấu hướng dòng cho vậtliệu sấy đi vào thùng Khi thùng quay, hạt được mang lên cao tới góc rơi rồi đổxuống, trong lúc đó tác nhân sấy nóng 55oC, được quạt hút vận chuyển đi với vậntốc 2,6 m/s, thổi qua, trao đổi nhiệt ẩm và làm khô hạt Nhờ độ nghiêng của thùngmà hạt sẽ được vận chuyển dần ra phía tháo liệu Thời gian lưu của vật liệu trongthùng sấy là 0,8 giờ Kết thúc quá trình sấy, đậu xanh có độ ẩm 14%, được dẫn rangoài bằng băng tải, đưa vào hệ thống đóng bao Không khí nóng được đưa quaxyclon để lắng bụi rồi thải ra ngoài

Hình 1 : Một số hệ thống sấy thùng quay

PHẦN 2: TÍNH TOÁN 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 = 1000 kg/h

I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

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:

p

o b

5 , 235

42 , 4026 12

p x

.

621 , 0







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

- Enthapy của không khí ẩm:

) 842 , 1 2500 ( 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 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 )

.

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, N/m2

- Lưu lượng không khí ẩm:

với: L : lưu lượng không khí khô, kg/h

v : thể tìch riêng của không khí ẩm, m3/h

- Khối lượng riêng của không khí ẩm:

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 địnhbằng cặp thông số (to, o)

Do vật liệu sấy là đậu xanh có thể được trồng và thu hoạch nhiều vụ trongmột năm, tuy nhiên tính theo mùa mưa, ít nắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanhnăm Vì vậy, ta chọn trạng thái A theo giá trị trung bình vào tháng 9 ở Thành phốHồ Chí Minh: [1]

A: to = 27 oC

o = 84%

0355 , 0 27 5 , 235

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

0355,0.84,0621,0

.621,

o b o

p x





(kg/kgkk)

7213 , 76 ) 27 842 , 1 2500 (

0194 , 0 27 004

,

1

) 842 , 1 2500 (

) 273 27 ( 288

288

o

T v

- Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (x1 = xo)đến trạng thái B (x1, t1) Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùngsấy

Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chấtcủa vật liệu sấy và chế độ công nghệ quy định Nhiệt độ của tác nhân sấy ở Bđược chọn phải thấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh Do đậu xanh làloại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm của vật liệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếpxúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp bề mặt của hạt tinh bột bị hồ hóa và tạothành 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 độthấp, ví dụ như sấy một số loại đậu hạt chứa nhiều đạm thì nhiệt độ không khí sấytừ 40 – 55oC

Do đó, chọn điểm B: t1 = 55oC

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

(kJ/kgkk)

1915 , 0 ) 0194 , 0 621 , 0 (

1556 , 0

981 , 0 0194 , 0

) 621 , 0 (

.

1

1 1

B x b



1556 , 0 55 5 , 235

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

1 1

.621

,0

b

b

p B

p x

0194 , 0 55 004 ,

1

) 842 , 1 2500 (

004 ,

) 273 55 (

288

.

288

5 5

1

1 1

T v

Với I2 = I1 = 105,8369 kJ/kgkk

 = 100%

Chọn t2 = 35oC

0558 , 0 35 5 , 235

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

004 ,

0290 , 0 35 842 , 1 2500

35 004 , 1 8369 , 105

842 , 1 2500

004 , 1

2

2 2

7844 , 0 ) 0290 , 0 621 , 0 (

0558 , 0

981 , 0 0290 ,

0 )

621 , 0 (

2

2 2

B x

b



9465 , 0 10 0558 , 0 7844 , 0 10 981 , 0

) 273 35 (

288

.

288

5 5

2

2 2

T v

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

[5], [9]

(kg ẩm/kg chất khô)

30 - 0,0563 0,06 0,068 0,0846 0,103 0,142 0,199 0,304

(kJ/kgkk)

 tđs ≈ 31oC

20 0,054 0,065 0,071 0,08 0,095 0,116 0,153 0,209

-Ta thấy, tại điểm C (t2 = 35oC, 2 = 78,4%), hàm ẩm cân bằng của vật liệusấy cb  0,128 (kg/kg)  Độ chứa ẩm của không khí x2 < cb, vật liệu sấy không hútẩm 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 khívào thiết bị sấy (B) ra khỏi thiết bị sấy (C)Trạng thái không khí

2. Tính cân bằng vật chất: [8]

- Năng suất thiết bị sấy theo nhập liệu:

1075 2

, 0 1

14 , 0 1 1000 1

1 1

2 2

, 0 029 , 0

W

- Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

503 , 104 0194 , 0 029 , 0

1 1

L

II. TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG [10]

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

Cv = Cvk(1-2) + Ca.2 ,kJ/kgoK ä

Ca: nhiệt dung riêng của ẩm

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

6 , 5625

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

Qhi = W.[rtv1 + Ca(t2 – tv1)] [8]

với:

o rtv1 : ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào,

rtv1 = 2500 kJ/kg

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)

 QBC = 0,03.Qhi

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

4421 , 75 75

156 , 5658

 Với quá trình sấy lý thuyết: = 0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:

Q = L(I2 – Io) = 7837,742.(105,8369 – 76,7213) = 228200,399 (kJ/h)

I2  í 

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

0274 , 0 )]

5901 , 37 ( ) 35 842 , 1 2500 [(

)]

5901 , 37 ( ) 55 842 , 1 2500 [(

0194 , 0 ) 35 55 ( 004 ,

1

] ) [(

] ) [(

) (

) (

) (

) (

2

1 2

1 2

2 1 2

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 , 1 2500 ( 0274 , 0 35 004

,

1

) 842 , 1 2500 (

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

0558 , 0

981 , 0 0290 ,

0 )

621 , 0 (

2

2 2

B x

b



9442 , 0 10 0558 , 0 7436 , 0 10 981 , 0

) 273 35 (

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 khívào thiết bị sấy (B) Trạng thái không khíra khỏi thiết bị sấy

Hình 2: Đồ thị I – d không khí ẩm

- Lượng tác nhân khô cần thiết:

8531 , 9383 0194

, 0 0274 , 0

W

Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

1180 , 125 0194 , 0 0274 , 0

1 1

8841 , 3642

2 , 188605





 Q Q hi



III. TÍNH THỜI GIAN SẤY [8]

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

45 2

35 55

7436 , 0 1915 , 0

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

, 0

0949 , 0 4675 , 0 378 , 0 1 ) 273 45 (

273 293 , 1

378 , 0 1

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

STT Đại lượng hiệuKý Đơnvị Khoảng giới hạn Tài liệutham

khảo

Chọn

1 Tốc độ trung bình

của tác nhân trong

3 Hệ số chứa đầy của

vật liệu trong thùng 

phầnđơnvị

Đối với thùng cócánh nâng,

nhiên của vật liệu

 độ 24  32 (đối với

đậu nành)

6 Đường kính trung

7 Khối lượng riêng

thể tích vật liệu 

v kg/m3 560  784 [5], [12] 650

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

576 , 0



T D

h

; 2 0,122

T

c D F

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 vớivật liệu dạng hạt:

65 , 0 max

2 5

,

.

03 ,

W

W tg

tg B

n d

v A

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:

 ln 1

1

max B W

 ln

1 1

max

h

cb W W B

6 , 2 091 , 1 03 ,

14 20 ( 200 [

7123 , 10

) 14 20 (

18 , 0 650

2 )]

( 200 [

) (

2

2 1

W W

- Thể tích thùng sấy:

0013 , 7 7123 , 10

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

- Chiều dài thùng:

1905 , 6 2 , 1

0013 , 7 4

1905 , 6

 thỏa điều kiện  4  8

T

T

D L

Khi đó, thể tích của thùng sấy:

3513 , 7 5 , 6 4

2 , 1 4

2 2





D L 

2. Thời gian lưu:

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

80 , 0 1075

650 18 , 0 3513 , 7

 thỏa điều kiện 1  



 D tg

L k m n

T

T

.

1

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

.

1

D

L k m n

% 100 1

9504 , 0 1

% 100



chọn n = 1 vg/ph là hợp lý.chọn n = 1 vg/ph là hợp lý

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

Trạng tháikhông khí vàothiết bị sấy – B (trạng thái 2)

Trạng thái khôngkhí ra khỏi thiết bịsấy - C’ (trạng thái

3)

Ghichú

lượng

riêng

- Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:

6622 , 9089 2

144 , 8860 181

, 9319 2

2 1

2 , 1 ) 18 , 0 1 ( 4 ) 1 ( ).

5249 , 2

%100.7226,2

6,27226,2

%100

v

v v



chọn vchọn n = 1 vg/ph là hợp lý k = 2,6 m/s là hợp lý

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

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

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

6 Độ nhớt động k m2/s

k

k k





  1,7702.10-5

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

Chuẩn số Reynolds:

5 1 , 7625 10 10

7702 , 1

2 , 1 6 , 2



Re > 104  dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy Quá trình truyền nhiệttrong thùng xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy rối, làquá trình truyền nhiệt do sự trộn lẫn của các lớp lưu chất trong và ngoài xa trụccủa dòng chảy 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 truyềnnhiệt do đối lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống có  50

l Re,



42 , 5

, 1

02755 , 0 4382 , 321

5.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi

trường xung quanh  2 :

Quá trình truyền nhiệt từ thành ngoài của thiết bị sấy đến môi trường xungquanh là quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên và do bức xạ nhiệt

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

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

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

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

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

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

 l = 1,135 (Bảng II-2, [2])

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

6 Độ nhớt động o m2/s

k

k k





  1,5875.10-5

- 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 thùngvà lớp cách nhiệt đến phía thành ngoài của thùng thì không còn quá nóng, an toàncho người làm việc

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

- Chọn các bề dày của thùng:

Bảng 8 : Các bề dày thùng và vật liệu:

STT 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 thủytinh 0,05

- Đường kính ngoài của thùng sấy:

1 : bề dày thân thùng

2 : bề dày lớp cách nhiệt

3 : bề dày lớp bảo vệ

Hình 3: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng

9 2

5 3

2 4 3 2

3 2

3

10 8849 , 1 ) 273 27 (

) 10 5875 , 1 (

) 27 35 (

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

, 1

0263 , 0 9312 , 97

Nu 

) (

100 100

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 quanhthùng, oK , T2 = To

: độ đen của hệ chọn n = 1 vg/ph là hợp lý

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

 Chọn e1-2 = 0,8

4456 , 5 )

27 35 (

100

273 27 100

273 35 8 , 0 7 , 5

) (

100 100

7 , 5 ) (

4 4

2 1

4 2

4 1 2 1 2

1 2

T T

T T F

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 sovới đường kính, khi bỏ qua nhiệt trở của lớp cáu:

(CT V.135, [1])



(W/m2.K)(CT V.134, [1])(W/m2.K)

4718 , 3 5560 , 7

1 50

001 , 0 05 , 0

001 , 0 50

008 , 0 3797 , 7 1

1

1 1

1

2

3 1 1

5.4 Tính bề mặt truyền nhiệt F: [14]

- Đường kính trung bình của máy sấy:

21 , 1 2

219 , 1 2 , 1

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

0084 , 27 4

21 , 1 2 5 , 6 21 , 1

4

2

2 2

5.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và

không khí bên ngoài tt tb : [14]

- Gọi: t1đ, t1c : nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy khi đi qua thùng sấy

tđ1 = t1 = 55oC

tc1 = t2 = 35oC 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:

t

đ = t1đ – t2đ = 55 – 27 = 28 (oC)t

c = t1c – t2c = 35 – 27 = 8 (oC)

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

9647 , 15 8

28 ln

8 28 ln

c đ tb

t t

t t t

(oC)

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

qBC

- Theo phương trình truyền nhiệt:

(W/m2.K)

(m2)

8555 , 71 75

1000

3600 9647 , 15 0084 , 27 4720 , 3

.

xq

- So sánh với lượng nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che đã giả thiết ban đầu:

% 75 , 4

% 100 4421 , 75

8555 , 71 4421 , 75

% 100

q q



giả thiết về chiều dày lớp cách nhiệt ban đầu là hợp lý.chọn n = 1 vg/ph là hợp lý

- 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]

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

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

3 Hệ số bền mối hàn %h đơn vị Bảng 1.7 0,95

4 Ứng suất cho phép [ ]] N/mm2 [ ] = ] %h.[*]

- Áp suất làm việc của hệ thống: thùng sấy làm việc ở áp suất thường (khôngcó áp suất), theo [1], chiều dày thành thiết bị tính theo thiết bị làm việc với áp suấttrong 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 :

25 1330 95

, 0 1 , 0

140

] [

1 , 0 2 , 1 ].

[ 2

m p

D S

Hệ số bổ sung

do bào mòn cơ

Do nguyên liệu là các hạt rắn chuyểnđộng, va đập trong thiết bị Giá trị Cb chọntheo thực nghiệm

3 Hệ số bổ sung do sai lệch khi

0 8

 thỏa điều kiện   0 , 1

T

a

D

C S

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

76 , 1 ) 0 8 ( 1200

) 0 8 (

95 , 0 140

2 ) (

) (

].

[ 2 ]

a h

C S D

C S

Vậy thùng sấy có bề dày là 8mm, thỏa điều kiện làm việc p < [p]

7. Tính trở lực qua thùng sấy: [10]

Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp hạtnằm trên cánh và trên mặt thùng sấy mà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng vàcác cánh từ trên xuống Do đó, trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấy có nhữngđặc thù riêng và được tính theo các công thức kinh nghiệm

- Chuẩn số Reynolds:

3659 , 734 10

9314 , 1

0910 , 1 005 , 0 6 , 2





- Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy:

) / ( 4678 , 8 35

, 7 2 75 , 0

18 , 0 ).

1000 1075 (

25 , 0

2 75 , 0

).

.(

25 , 0

3

2 1

m kg V

G G dx

C v

L a

hạt 2

.

trong đó:

 a : hệ số thủy động

2074 , 10 3659 , 734

100 3659

, 734

490 85

, 5

Re

100 Re

490 85 , 5

9870 , 0 1 1

1443 , 61

005 , 0 81 , 9 2

0134 , 0 0910 , 1 6 , 2 5 , 6 2074 , 10

2

.

2 2

2 2

m N O

mmH

d g

C v L a

V. THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG

- Công suất cần thiết để quay thùng:

N = 0,0013.DT2.LT .n kWkW (CT VII.54, [1])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/m  3

 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 %

(CT 10.20, [10])



I

Động cơ

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

2. Chọn tỷ số truyền động: [4]

- Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống:

698 1

Do tỷ số truyền quá lớn nên phải sử dụng hệ thống truyền động giảm tốccho thùng Sử dụng bộ phận giảm tốc 2 cấp kiểu trục vít – bánh răng Hệ thốngtruyền động như sau: trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít này truyền độngqua bánh vít (giảm cấp i01), từ bánh vít qua bánh răng nhỏ của hộp giảm tốc, rồiqua bánh răng lớn (giảm cấp i12), sau đó ra khỏi hộp giảm tốc, truyền qua tang dẫnđộng và đến thùng qua bánh răng lớn gắn vào thùng (giảm cấp i23)

- Chọn tỷ số truyền: i23 = 5

i12 = 4

6 4

698 23

12

i i

 Chọn hbr = 0,93 (Bảng 2.3, [4]) Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ được che kín (trong hộp giảmtốc): hbr’ = 0,96 – 0,98

 Chọn hbr’ = 0,96 (Bảng 2.3, [4]) Hiệu suất của bộ truyền trục vít:

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

829 , 0 96 , 0 93 , 0

74 , 0



br br

đc trv

Vận tốc quay n

Bộ truyền bánh răng truyền chuyển động từ tang dẫn động đến bánh rănglớn gắùn vào thùng Đây là cơ chế truyền động giữa hai trục song song nên ta sửdụng bộ truyền động bánh răng trụ (răng thẳng), truyền động hở, bánh răng ănkhớp ngoài

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

 Bánh răng nhỏ:

- Đối với 2 bánh răng ăn khớp nhau, báng răng nhỏ làm việc nhiều, chân răngbé nên mòn nhiều và chóng bị gãy hơn bánh răng lớn, do vậy cần được chế tạobằng vật liệu tốt hơn Nếu sử dụng 2 bánh răng cùng vật liệu thì phải có phươngpháp 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 cácthông 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:

u

5 ,

1 1



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 chobánh răng thép thường hóa và tôi)  K] = 1,8

8 , 1 5 , 1

285 5 , 1

5 ,

mm N K

 Tính mođun sơ bộ:

6

] [

10 19

n Z y

K N m

 N3 : công suất truyền của bộ truyền

Đối với bộ truyền bánh răng trụ hở có hệ số truyền br = 0,93 –0,95  chọn br = 0,93

93 , 0

56 ,

  : hệ số độ mòn răng

Với độ mòn 20%  = 1,5

 m : hệ số chiều dài răng, m = 10 – 12  chọn m = 12

 y : hệ số dạng răng, phụ thuộc Z

o Bánh răng nhỏ: y = 0,411

o Bánh răng lớn: y = 0,488

 K : hệ số tải trọng, chọn sơ bộ K = 1,5 (bánh răng đặt ở đầu trục)Tính mođun theo bánh răng có tích y.[ ]]u nhỏ, còn nếu bánh răng cùng vậtliệu thì tích y.[ ]]u lấy của bánh răng nhỏ:

) ( 224 , 9 5 , 1 28 12 33 , 158 411 , 0

5 , 1 5 , 1 6021 , 0 10 19

] [

10 19

K N m

m u

 Chọn mođun theo tiêu chuẩn (theo TCVN 1064-71) : m = 10 mm

 u u

n Z b m y

K N





.

10 19

2 6

o Kt : hệ số tải trọng tập trung

Với độ rắn mặt răng HB < 350  Chọn Kt = 1

o Kđ : hệ số tải trọng động, phụ thuộc vậb tốc tiếp tuyến và cấpchính xác của bánh răng

Gọi A: khoảng cách giữa 2 tâm bánh răng

m = (0,01 – 0,02).A

 chọn m = 0,012A

012 , 0

10 012

78 , 27 ) 1 6 ( 10

835 2 ) 1 (

A Z

 Z1 = 28 răng

 chọn Z1 = 28 rănglúc đầu là hợp lý

Xem vận tốc quay thùng bằng vận tốc quay của bánh răng lớn và bằng1vg/ph

 Vận tốc quay của bánh răng nhỏ: nII = i nI = 6.1 = 6 (vg/ph) Vận tốc vòng:

) / ( 0729 , 0 ) 1 5 (

1000 60

5 835 2 )

1 ( 1000 60

5 , 1 2 , 1 6021 , 0 10 19

.

10 19

2 2

6 2 6

mm N

n Z b m y

K N u







 ]u < [ ]]u  hệ an toàn về uốn

S T

T Thông số Ký hiệu Công thức tính

Bánh răngdẫn (Bánhrăng nhỏ)

Bánh răng bịdẫn (bánhrăng lớn)

3 Số răng Z (răng) 28 140

4 Đường kínhvòng lăn D (mm) D = Z.m 280 1400

5 Đường kínhvòng đỉnh Dđ (mm) Dđ = D + 2m 300 1420

6 Đường kínhvòng đáy Dc (mm) Dc = D – 2,5m 255 1375

7 Chiều cao chânrăng hc (mm) hc = 1,25m 12,5

8 Chiều cao đỉnhrăng hđ (mm) hđ = m 10

9 Chiều cao răng h (mm) h = hđ + hc 22,5

2 1

Z Z m

D D A

- Sử dụng cánh nâng có các thông số đặc trưng như sau: (Bảng 6.1, [8]):

 Hệ số chứa đầy: = 18%

 Góc gấp của cánh: = 140% o

  0 , 576

T D

với: h: chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu DT : đường kính thùng

Fc : bề mặt chứa vật liệu của cánh

Hình 5: Hình dạng một số cánh đảo trong thùng