1 thiết kế hệ thống sấy thùng quay ( sấy đậu xanh nguyên hạt )

Ở Đồ án môn học này, em chọn thiết bị sấy thùng quay, là thiết bịchuyên dùng để sấy vật liệu dạng hạt, cục nhỏ và được dùng rộng rãi trong công nghệ sauthu hoạch.. Trong thiết bị sấy thù

PHẦN 1: MỞ 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 vật liệuxây dựng…, kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất Trongnông 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, vậnchuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Ở Đồ án môn học này, emxin trình bày về quy trình công nghệ và thiết bị sấy thùng quay để sấy đậu xanh nguyênhạt, 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 thànhchùm 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 vàohàng họ đậu Đặc điểm chung của chúng là chứa nhiều protein (25 –50%) Do ở rễ củacây họ đậu có các nốt sần, ở đó các vi khuẩn cộng sinh phát triển, có khả năng lấy Nitơ từkhông khí nên không những cung cấp đủ Nitơ cho cây mà còn làm cho đất đai thêm màumỡ bằng nguồn Nitơ thừa thải ra

- Về mặt cấu tạo, họ đậu thuộc các hạt họ hòa thảo Chúng không có nội nhũ, nộinhũ của 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)

- 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 đượcchế biến ngay thành thức ăn Đậu xanh, ngoài protid còn có nhiều glucid, chủ yếu là tinhbột, 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 chếbiến miến, làm bánh kẹo …

- Vấn đề bảo quản đậu xanh cũng như các nguyên liệu họ đậu nói chung là khó, vìđậu là môi trường rất thích hợp cho các loại sâu mọt phá hoại Mặt khác, nếu điều kiệnbảo 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 mọtvà có độ ẩm an toàn Vì vậy, quá trình phơi, sấy hạt sau khi thu hoạch có vai trò rất quantrọng 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 thuhoạch từ ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình 20 – 25% Đối với đậu xanh thuhoạch cả vỏ thì phải phơi, sấy sơ bộ tới độ khô nhất định mới tách, lấy hạt khỏi vỏ thuậnlợi Việc đập và tách hạt đậu ra khỏi quả có thể làm bằng máy hoặc bằng tay Sau đó tiếnhành 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 chấthữu cơ (cỏ, rác, cành, lá…) lớn hơn hạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớp dưới cùnglà đất, cát, rác vụn nhỏ hơn hạt Sau khi có khối đậu sạch thì tiến hành lấy mẫu đo độ ẩmbằng máy đo độ ẩm để xác định độ ẩm ban đầu Tiếp theo, người ta phân loại đậu theoloại 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 độẩm, độ ẩm thành phẩm đạt 14% thì quá trình sấy kết thúc Sau khi sấy, đậu được làmnguội 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

thông gió sẽ làm tăng độ ẩm hạt Tiếp theo, khối đậu được kiểm tra lại cỡ hạt để loại bỏnhững hạt lép, hỏng sau khi sấy Có thể dùng sàng để phân loại hạt Cuối cùng, đậu đượcđóng gói theo yêu cầu thị trường: 50 kg, 25 kg, 10 kg, 5 kg, 1kg Sản phẩm đậu xanhnguyên 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 hạtcần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quản hoặc chế biến Để thực hiện quá trình sấy cóthể sử dụng nhiều hệ thống sấy như buồng sấy, hầm sâùy, tháp sấy, thùng sấy… Mỗi hệthống có những ưu, khuyết điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau Chế độ sấy có ảnhhưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm vì sấy là một quá trình trao đổi nhiệt – chất phứctạp và làm thay đổi không những cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học củanguyên liệu

- Để sấy đậu xanh là nông sản dạng hạt, người ta thường dùng thiết bị sấy tháp hoặcsấy thùng quay Ở Đồ án môn học này, em chọn thiết bị sấy thùng quay, là thiết bịchuyên dùng để sấy vật liệu dạng hạt, cục nhỏ và được dùng rộng rãi trong công nghệ sauthu hoạch Trong thiết bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy ở trạng thái xáo trộn và traođổi nhiệt đối lưu với tác nhân sấy Trong quá trình sấy, hạt được đảo trộn mạnh và tiếpxúc tốt với tác nhân sấy nên tốc độ sấy nhanh và hạt được sấy đều Hệ thống sấy thùngquay 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 cungcấp cho không khí trong caloriphe là từ quá trình ngưng tụ hơi nước bão hòa Nhiệt độ tácnhân sấy được chọn phụ thuộc vào bản chất của hạt Có loại hạt sấy ở nhiệt độ cao vẫngiữ được tính chất vật lý, sinh lý và công nghệ, nhưng có loại không cho phép sấy ở nhiệtđộ 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 vàothùng 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 dichuyển trong thùng sấy cùng chiều với tác nhân, với độ chứa đầy 18% Thùng sấy hìnhtrụ tròn, đặt nghiêng 1,7o so với mặt phẳng ngang, trên hệ thống con lăn đỡ và con lănchặn Tốc độ quay thùng là 1 vòng/phút Hệ thống truyền động cho thùng quay gồm bánhrăng vòng lắp trên vỏ thùng, động cơ truyền động và hộp giảm tốc Bên trong thùng cógắn các cánh nâng dọc theo đường sinh của thùng để nâng và đảo vật liệu, làm tăng diệntích tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy, tăng bề mặt trao đổi nhiệt giúp đẩy nhanh quátrình sấy Ở đầu nhập liệu của thùng, cánh nâng được bố trí xoắn đóng vai trò như cơ cấuhướng dòng cho vật liệu sấy đi vào thùng Khi thùng quay, hạt được mang lên cao tới gócrơi rồi đổ xuống, trong lúc đó tác nhân sấy nóng 55oC, được quạt hút vận chuyển đi vớivận tốc 2,6 m/s, thổi qua, trao đổi nhiệt ẩm và làm khô hạt Nhờ độ nghiêng của thùng mà

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

hạt sẽ được vận chuyển dần ra phía tháo liệu Thời gian lưu của vật liệu trong thùng sấylà 0,8 giờ Kết thúc quá trình sấy, đậu xanh có độ ẩm 14%, được dẫn ra ngoài bằng băngtải, 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

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.oKChọn 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

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

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 bằngcặp thông số (to, o)

Do vật liệu sấy là đậu xanh có thể được trồng và thu hoạch nhiều vụ trong mộtnăm, 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

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

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

(kJ/kgkk)

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 vậtliệu sấy và chế độ công nghệ quy định Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phảithấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh Do đậu xanh là loại hạt giàu tinh bột, banđầu khi độ ẩm của vật liệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độcao thì lớp bề mặt của hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bềmặt 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

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

)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)

toC 20 30 40 Độ ẩm không khí, %50 60 70 80 90 100

-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 khívào thiết bị sấy (B)

Trạng thái không khí rakhỏi 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

1

2 2

,0029,0

W

- Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

503,1040194,0029,0

11

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 äCa: nhiệt dung riêng của ẩm

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

⇒ Cv = Cvk(1-2) + Ca.2

= 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 – Catv1trong đó:

6,

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)

⇒ QBC = 0,03.Qhi

= 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:

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

⇒ 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:

5901,37()35.842,12500[(

)]

5901,37()55.842,12500.[(

0194,0)3555(004,1

])[(

])[(

)(

)(

)(

)(

2

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 khívào thiết bị sấy (B) Trạng thái không khí rakhỏi thiết bị sấy (C’)

Hình 2: Đồ thị I – d không khí ẩmLượng tác nhân khô cần thiết:

,00274,0

W

Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

1180,1250194,00274,0

11

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

Đơnvị

Khoảng giới hạn Tài liệu

tham

Chọn(kg/m3)

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 cócánh 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]

576,0

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 liệudạng hạt:

65 , 0 max

2 5

,

03,3

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:

ln1

max

h

W B

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

T

D L

Khi đó, thể tích của thùng sấy:

2,1 4

2 2

=

=

=πD L π

1. Thời gian lưu:

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

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

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

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 khôngkhí vào thiết bịsấy – B (trạng thái 2)

Trạng thái không khí

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

-Ghichú

- Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:

6622,90892

144,8860181

,

93192

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

5249,2

%100.7226,2

6,27226,2

%100

v

v v

ε

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 sấymất mát nhiều và để đảm bảo nhiệt dộ bên ngoài máy sấy có thể cho phép công nhânlàm 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 dođối lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống có <50

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 = 1,7 o 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 khikhông khí có thể tích lớn chuyển động tự do Theo [3], đối với trường hợp này, các hằngsố vật lý khi tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chất ở xa ống, tứclà lấy theo nhiệt độ trung bình của không khí môi trường

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

 εl = 1,135 (Bảng II-2, [2])

- Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem như nhiệt độ không đổi khi truyền quabề 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:

ST

T Đại lượng

Kýhiệu

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:

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.(

)10.5875,1(

)2735.(

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

νβ

- Chuẩn số Nusselt: [1]

Nu = 0,47 Gr0,25 = 0,47 (1,8849.10 9)0,25 = 97,9312

- Hệ số cấp nhiệt ’2 :

1103,222

,1

0263,0.9312,97

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

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

)(

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 lớnhơn bề mặt vật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen củavật thể: 1-2 ≈ 1 = 0,8  1

 Chọn e1-2 = 0,8

4456,5)

2735(

100

273

27100

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 vớiđường 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:

(CT V.135, [1])



(W/m2.K)

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

(W/m2.K)

219,12,1

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

0084,274

21,1 25,6.21,1

4

2

2 2

=+

=

+

=

ππ

π

T tb

D L

D F

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

bên ngoài t  tb : [14]

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

tđ1 = t1 = 55oCtc1 = 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:

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 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 bênngoài là ổn định Lượng nhiệt đó chính là lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanhkhi bốc hơi 1kg ẩm qxq Đối với máy sấy thùng quay thì lượng nhiệt mất mát ra môi trườngxung quanh này cũng là nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che qBC

- Theo phương trình truyền nhiệt:

8555,7175

.1000

3600.9647,15.0084,27.4720,3

xq

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

%75,4

%100.4421,75

8555,714421,75

%100

q

q q

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]

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

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 ápsuất), theo [1], chiều dày thành thiết bị tính theo thiết bị làm việc với áp suất trong nhưnglấy 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

,0.1,0

140

]

h

p ϕσ

Do đó bề dày tối thiểu của thân thùng:

)(10.5,495,0.140.2

1,0.2,1]

[2

m p

D S

Giá trị

1

Hệ số bổ sung

do ăn mòn hóa

Đối với vật liệu bền trong môi trường có độ ănmòn hóa học không lớn hơn 0,05 mm/năm 2

Hệ số bổ sung

do bào mòn cơ

học

Do nguyên liệu là các hạt rắn chuyển động, vađập trong thiết bị Giá trị Cb chọn theo thựcnghiệm

3 Hệ số bổ sung do sai lệch khi

S = S’ + C = (0,45 + 7,55).10-3 = 8.10-3 (m)

 giả thiết bề dày thùng 8 mm là chấp nhận được

- Kiểm tra:

0067,01200

 thỏa điều kiện − <0,1

T

a

D

C S

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

76,1)08(1200

)08.(

95,0.140

2)(

).(

]

[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 trêncánh và trên mặt thùng sấy mà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và các cánh từ trênxuống Do đó, trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấy có những đặc thù riêng và đượctính theo các công thức kinh nghiệm

- Chuẩn số Reynolds:

3659,73410

.9314,1

0910,1.005,0.6,2

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

)/(4678,835

,7.2.75,0

18,0)

10001075

.(

25,0

.2.75,0

)

.(

25,0

3

2 1

m kg V

C v

L a

2 ρ

1003659

,734

49085

,5

Re

100Re

49085,5

=+

+

=

++

với : = − =650−6508,4678=0,9870

v

dx v

ρ

ρρ

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

1. Tính công suất quay thùng:

- Công suất cần thiết để quay thùng:

N = 0,0013.DT2.LT .n.  k W (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 

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

Do tỷ số truyền quá lớn nên phải sử dụng hệ thống truyền động giảm tốc chothùng Sử dụng bộ phận giảm tốc 2 cấp kiểu trục vít – bánh răng Hệ thống truyền động



I

Động cơ

như sau: trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít này truyền động qua bánh vít (giảmcấp i01), từ bánh vít qua bánh răng nhỏ của hộp giảm tốc, rồi qua bánh răng lớn (giảm cấpi12), sau đó ra khỏi hộp giảm tốc, truyền qua tang dẫn động và đến thùng qua bánh rănglớn gắn vào thùng (giảm cấp i23)

- Chọn tỷ số truyền: i23 = 5

i12 = 4 . 6984.6 29,083

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 giảm tốc):hbr’ = 0,96 – 0,98

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

829,096,0.93,0

74,0

=

br br

đc trv

ηη

ηη

Bảng 11 : Bảng sơ đồ truyền động

Trục

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

2. Tính bộ truyền bánh răng [13]

Bộ truyền bánh răng truyền chuyển động từ tang dẫn động đến bánh răng lớn gắùnvào thùng Đây là cơ chế truyền động giữa hai trục song song nên ta sử dụng bộ truyềnđộng 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:

- Đối với 2 bánh răng ăn khớp nhau, báng răng nhỏ làm việc nhiều, chân răng bénên mòn nhiều và chóng bị gãy hơn bánh răng lớn, do vậy cần được chế tạo bằng vật liệutốt hơn Nếu sử dụng 2 bánh răng cùng vật liệu thì phải có phương pháp nhiệt luyện đểbánh 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:

[ ]

σ

σσ

K n

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,

K n

u

σ

σσ

 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 vật liệuthì tích y.[]u lấy của bánh răng nhỏ:

)(224,95,1.28.12.33,158.411,0

5,1.5,1.6021,0.10.19

][

10.19

K N m

m u

=

=

=

ψσ

γ

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

 Kiểm nghiệm sức bền uốn răng:

10.192 6

với:

 b : chiều dài răng, mm

b = m m =12.10 = 120 (mm)

 K = Kt.Kđ : hệ số tải trọng

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 cấp chính xáccủa bánh răng

Gọi A: khoảng cách giữa 2 tâm bánh răng

m = (0,01 – 0,02).A

 chọn m = 0,012A

 A = 0,012m =0,10012=833,33(mm)

 làm tròn A = 835mm Số răng bánh nhỏ:

78,27)16(10

835

2)1(

2

+

=+

=

i m

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 bằng 1vg/ph

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

)/(0729,0)15.(

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

 u < [ ] u  hệ an toàn về uốn.

 Tính kích thước chủ yếu của cặp bánh răng:

S T

T Thông số Ký hiệu Công thức tính

Bánh răngdẫn (Bánhrăng nhỏ)

Bánh răng bịdẫn (bánh rănglớn)

5 Đường kính vòngđỉnh Dđ (mm) Dđ = D + 2m 300 1420

6 Đường kính vòngđáy Dc (mm) Dc = D – 2,5m 255 1375

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

2 1

Z Z m

D D A