Thiết kế máy sấy thùng quay sấy cà phê năng suất 200 kg giờ

Hình 1.5 : Sơ đồ nguyên lý máy sấy Việc cung cấp năng lượng nhiệt cho vật liệu trong quá trình sấy được tiến hành theo các phương... Năng lượng mặt trời còn có thể được dùng làm nóng trư

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY

-o0o -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUAY SẤY CÀ PHÊ NĂNG SUẤT 200 (KG/GIỜ)

GVHD : Thầy Nguyễn Văn Thạnh SVTH : Huỳnh Triệu Trọng Nhân MSSV : 20801441

LỜI CÁM ƠN

Lời đầu tiên, em xin cảm ơn tất cả quý Thầy/Cô trong Khoa Cơ Khí cũng như quý Thầy/Cô ở Trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã trang bị những kiến thức quý báu cũng như đã giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy Nguyễn Văn Thạnh, người đã tận tình chỉ dạy cho em phương pháp, cung cấp rất nhiều kiến thức chuyên sâu để thực hiện

đề tài Trong quá trình làm luận văn em đã tiếp thu từ Thầy rất nhiều điều quý báu là hành trang cho em bước vào công việc và cuộc sống sau này

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy/Cô đã dành thời gian quý báu

để nhận xét và chấm Luận văn tốt nghiệp Đây sẽ là nhưng đóng góp rất quý giá cho em

để hoàn thiện và phát triển đề tài ngày một tốt hơn, đưa vào ứng dụng thực tiễn trong sản xuất

Xin gửi lời cám ơn đến các bạn trong nhóm luận văn do thầy Nguyễn Văn Thạnh hướng dẫn đã nhiệt tình giúp đỡ mình trong quá trình học tập tại trường và quá trình làm luận văn

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn

ĐH Bách Khoa Tp HCM, ngày 30 tháng 12 năm 2013

Huỳnh Triệu Trọng Nhân

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Thiết bị sấy thùng quay sấy có thể sấy các loại nông sản với năng suất cao So với các cách thông thường (phơi bằng ánh sáng mặt trời) phải cần một lượng thời gian rất lớn (có thể 1 đến 2 ngày) nhưng vẫn bị hạn chế năng suất do điều kiện tự nhiên và diện tích sân bãi Với thiết bị này người nông dân có thể dễ dàng sấy một lượng lớn nông sản mà không cần quan tâm đến điều kiện tự nhiên Đề tài này t ập trung vào việc thiết hế hệ thống cơ khí, thời gian sấy và nhiệt độ sấy cần thiết sao cho đảm bảo sản phẩm sấy đạt yêu cầu về nhiệt độ

và chất lượng

Trên thị trường có rất nhiều loại máy sấy khác nhau cả về mẫu mã và kiểu dáng Đề tài luận văn này tập trung vào một loại máy sấy là sấy thùng quay dùng để sấy cà phê với năng suất 200 (kg/giờ)

MỤC LỤC

TRANG BÌA……….i

LỜI CÁM ƠN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH HÌNH VẼ vi

DANH SÁCH BẢNG BIỂU vii

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ SẤY 1

1.1 Cấu tạo giải phẫu quả cà phê : 1

1.1.1 Tính chất vật lý của cà phê nhân: 2

1.1.2 Quy trình sản xuất: 2

1.2 Các loại sấy cà phê hay dùng : 5

1.2.1 Sấy tự nhiên : Quá trình phơi vật liệu ngoài trời, không có sử dụng thiết bị 5

1.2.2 Thùng sấy 8

1.2.3 Buồng sấy : 9

1.2.4 Lò sấy 10

1.2.5 Hầm sấy 10

1.2.6 Máy sấy thùng quay 11

CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY 13

2.1 Tổng quan về máy sấy chuẩn bị thiết kế: 13

2.1.1 Máy sấy thùng quay 13

2.2 Lựa chọn các phương án thiết kế: 16

2.2.1 Thiết bị sấy thùng quay sử dụng bộ truyền bánh răng: 16

2.2.2 Thiết bị sấy thùng quay sử dụng bộ truyền bánh ma sát: 17

2.2.3 Thiết bị sấy thùng quay sử bộ truyền đai: 18

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ KẾT CẤU MÁY: 19

3.1 Tính toán thiết bị sấy 19

3.2 Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực: 24

3.3 Tính thời gian sấy: 29

3.4 Tính toán thiết bị chính: 29

Xác định các kích thước cơ bản cho thùng sấy: 29

Tính tốc độ của tác nhân sấy trong thiết bị: 32

Tính trở lực qua thùng sấy: 32

Tính chọn cánh đảo trộn: 33

Hình 3.2 : Chiều cao của lớp vật liệu chứa trong thùng: 35

3.5 Thiết kế bộ phận truyền động: 35

Chọn động cơ: 35

Chọn tỉ số truyền động: 36

Tính bộ truyền ma sát: 37

Tính trở lực và chọn quạt: 58

CHƯƠNG IV : AN TOÀN VÀ VỆ SINH 60

CHƯƠNG V : KẾT LUẬN 62

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Cấu tạo hạt cà phê……… 1

Hình 1.2 : Cây cà phê……… 2

Hình 1.3 : Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (phương pháp ướt)………3

Hình 1.4 : Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (phương pháp khô)……… 4

Hình 1.5 : Sơ đồ nguyên lý máy sấy………4

Hình 1.6 : Sơ đồ thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời………5

Hình 1.7 : Sấy bằng năng lượng mặt trời có kệ để nguyên liệu………5

Hình 1.8 : Hệ thống sấy bằng năng lượng mặt trời có trữ nhiệt……… 5

Hình 1.9 : Phơi cà phê tươi……… 6

Hình 1.10 : Thùng sấy……….6

Hình 1.11 : Buồng sấy que hàn……… 6

Hình 1.12 : Lò sấy……… 7

Hình 1.13 : Hầm sấy……… 7

Hình 1.14 : Máy sấy thùng quay………8

Hình 2.1 : Sơ đồ máy sấy thùng quay……….12

Hình 2.2 : Máy sấy thùng quay sử dụng bộ truyền bánh răng………13

Hình 2.3 : Thùng quay sử dụng truyền động ma sát……… 14

Hình 3.1 : Cánh đảo trộn………47

Hình 3.2 : Chiều cao của lớp vật liệu chứa trong thùng……….47

Hình 3.3 : Động cơ giảm tốc Watt mã số SUA 507B 70 91S6……… 48

Hình 3.4 : Bố trí con lăn……….49

Hình 3.5 : Biến thiên nhiệt độ dọc theo chiều dài calorife………49

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 : Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết 12

Bảng 3.2 : Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực……….15

Bảng 3.3 : Bảng thông số của thùng quay………19

Bảng 3.4 : Thông số đặc tính của khung làm thiết bị……… 20

Bảng 3.5 : Thông số của một số loại bulong……….21

Bảng 3.6 : Hệ thống ống……… 22

Bảng 3.7 : Thông số của calorife……… 24

Bảng 3.8 : Kích thước của calorife……… 25

Bảng 3.9 : Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống……….31

Bảng 3.10 : Thông số của hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống………34

Bảng 3.11 : Kích thước của xyclon……… 34

Bảng 3.12 : Hiệu suất làm sạch của xyclon……… 34

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ SẤY

1.1 Cấu tạo giải phẫu quả cà phê :

Quả cà phê gồm có những phần sau:

1.Vỏ quả 2.Lớp thịt, vỏ thịt 3.Vỏ trấu

4.Vỏ lụa 5.Nhân Hình 1.1: Cấu tạo hạt cà phê

Hình 1.2 : Cây cà phê Lớp vỏ quả : là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ của cà phê chè mềm hơn cà phê vối

và cà phê mít

Dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt, gọi là trung bì

Hạt cà phê sau khi loại các chất nhờn và khô gọi là cà phê thóc, vì bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ gọi là vỏ trấu tức là nội bì

Sát cà phê thóc còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có màu sắc và đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê

Trong cùng là nhân cà phê Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có những tế bào nhỏ, trong có chứa những chất dầu Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân (thông thường là 2 nhân)

1.1.1 Tính chất vật lý của cà phê nhân:

Cà phê nhân được bóc ra từ cà phê thóc Có hình dáng bầu dục, có chiều dài khoảng 1cm, rộng 0,5cm

Khối lượng riêng : ρ = 650 kg/m3

Nhiệt dung riêng : c = 0.37 (kcal/kg 0C)

Độ ẩm khi ướt : ω1 = 28% ; sau khi phơi khô : ω2 = 12%

1.1.2 Quy trình sản xuất:

Sản xuất cà phê nhân nhằm mục đích loại bỏ các lớp vỏ bao bọc quanh hạt nhân cà phê để thu được cà phê nhân Để cà phê nhân có một giá trị thương phẩm cao, chúng ta phải sấy khô đến mức độ nhất định (nhà chế biến yêu cầu) Rồi sau đó tiếp tục các quá trình chế biến tinh khiết hơn (cà phê rang, cà phê bột thô…)

Trong kĩ thuật sản xuất cà phê nhân có 2 phương pháp chính:

Phương pháp sản xuất ướt : gồm 2 giai đoạn chính:

Giai đoạn xát tươi và phơi sấy loại bỏ các lớp vỏ, thịt và các chất nhờn bên ngoài và phơi sấy khô đến mức độ nhất định

Giai đoạn xay xát, loại bỏ các lớp vỏ trấu và một phần vỏ lụa, tạo thành cà phê nhân

Hình 1.3 : Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (phương pháp ướt) Phương pháp sàn xuất khô:

chỉ có một giai đoạn là sau khi phơi quả cà phê đến mức độ nhất định, dùng máy xát khô loại bỏ các lớp vỏ bao bọc nhân, không cần qua giai đoạn sản xuất cà phê thóc

Hình 1.4 : Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (phương pháp khô)

Quả cà phê

Thu nhận và bảo quản

Sang phân loại và làm sạch

Xát tươi Rửa

So sánh 2 phương án ta thấy:

Phương pháp chế biến khô tuy đơn giản, ít tốn năng lượng, nhân công nhưng phương pháp này còn nhiều hạn chế là phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Nó chỉ phù hợp với nơi có điều kiện khí hậu nắng nhiều mưa ít, không đáp ứng được những yêu cầu về mặt chất lượng

Phương pháp chế biến ướt phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị và năng lượng hơn, đồng thời đòi hỏi dây chuyền công nghệ cũng như thao tác kĩ thuật cao Đồng thời rút ngắn được thời gian sản xuất, tăng năng suất của nhà máy và nâng cao chất lượng sản phẩm cà phê nhân

Khái niệm, phân loại & đặc điểm của quá trình sấy :

Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, kết quả của quá trình sấy

là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt biến đổi trạng thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và

người ta thường gọi là ẩm

Hình 1.5 : Sơ đồ nguyên lý máy sấy Việc cung cấp năng lượng nhiệt cho vật liệu trong quá trình sấy được tiến hành theo các phương

Cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ

Ngoài ra còn có các phương pháp sấy đặc biệt khác như sấy cao tần, sấy thăng hoa

Sấy là một điển hình về quá trình không thuận nghịch và không ổn định, trong đó hàm ẩm của vật liệu biến đổi theo cả không gian và thời gian mà bản thân quá trình tự tiến dần tới trạng thái cân bằng Quá trình sấy xảy ra đồng thời 4 quá trình :

Truyền nhiệt cho vật liệu

Chuyển pha từ lỏng sang hơi

Tách ẩm vào môi trường xung quanh

Dẫn ẩm trong lòng vật liệu

Ẩm trong vật liệu tồn tại ở các trạng thái : liên kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý Sấy chỉ tách được toàn bộ ẩm liên kết hóa lý, một phần ẩm liên kết hóa lý và không tách được ẩm liên kết hóa học Phần ẩm trong vật liệu tách được khi sấy gọi là ẩm tự do, phần không tách được gọi

là ẩm liên kết

1.2 Các loại sấy cà phê hay dùng :

1.2.1 Sấy tự nhiên : Quá trình phơi vật liệu ngoài trời, không có sử dụng thiết bị

Sấy bằng cách phơi nắng (không có sử dụng thiết bị sấy) được sử dụng rộng rãi nhất trong chế biến nông sản

Trong các phương pháp phức tạp hơn (sấy bằng năng lượng mặt trời), năng lượng mặt trời được thu nhận để làm nóng không khí Sau đó không khí nóng được sử dụng để sấy

Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời có thể phân ra các loại sau :

Thiết bị sấy trực tiếp có tuần hoàn khí tự nhiên (gồm thiết bị thu năng lượng kết hợp với buồng sấy)

Thiết bị sấy trực tiếp có bộ phận thu năng lư ợng riêng biệt

Thiết bị sấy gián tiếp có dẫn nhiệt cưỡng bức (thiết bị thu năng lư ợng và buồng sấy riêng biệt) Thiết bị:

Có nhiều kiểu thiết kế thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời khác nhau

Những thiết bị nhỏ: thường có công suất nhỏ, tốc độ sấy và chất lượng cải tiến không đáng kể so với phương pháp sấy phơi (có đảm bảo vệsinh), do đó ít được sử dụng

Hình 1.6 : Sơ đồ thiết bị sấy bằng năng lư ợng mặt trời 1: Tấm xuyên sáng 2 : Vật liệu sấy 3 : Lưới đỡ 4 : Máng đựng

1: Tấm xuyên sáng 2 : kệ để nguyên liệu 3 : Vật liệu sấy

Hình 1.7 : Sấy bằng năng lượng mặt trời có kệ để nguyên liệu

Những thiết bị lớn hơn, có sử dụng quạt chạy bằng năng lượng mặt trời với công suất 200-400 kg

mẻ đang được sử dụng nhiều ở các nước vùng Địa trung hải để sản xuất trái cây sấy xuất khẩu cho thị trường châu Âu

Năng lượng mặt trời còn có thể được dùng làm nóng trước không khí ở các thiết bị sấy vận hành bằng nhiên liệu để tiết kiệm một phần năng lượng

1: hệ thống thu nhiệt 2 : bộ lưu trữ nhiệt 3 : quạt

Hình1.9 : Phơi cà phê tươi Hình 1.8 : Hệ thống sấy bằng năng lư ợng mặt trời có trữ nhiệt

Ưu điểm:

Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư và vận hành thấp

không đòi hỏi cung cấp năng lượng lớn và nhân công lành nghề

Có thể sấy lượng lớn vụ mùa với chi phí thấp

Nhược điểm:

Kiểm soát điều kiện sấy rất kém

Tốc độ sấy chậm hơn so với với sấy bằng thiết bị, do đó chất lượng sản phẩm cũng kém dao động hơn

Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết và thời gian trong ngày

Đòi hỏi nhiều nhân công

1.2.2 Thùng sấy

Cấu tạo : là một thùng chứa hình trụ hoặc hình hộp có đáy dạng lưới Không khí nóng thổi

lên từ phía đáy của nguyên liệu với vận tốc tương đối thấp (ví dụ : 0,5 m/s)

Yêu cầu đối với nguyên liệu : do thiết bị sấy có thể cao vài mét, yêu cầu nguyên liệu phải đủ độ cứng cơ học để chống lại sức ép, duy trì khoảng trống giữa các hạt, giúp không khí nóng có thể xuyên qua được

Ứng dụng : Do có sức chứa lớn, giá thành và chi phí hoạt động thấp chúng được sử dụng chủ yếu

để sấy kết thúc sau khi sản phẩm được sấy trước bằng các thiết bị sấy khác Chúng có thể được dùng để cân bằng ẩm sản phẩm sau khi sấy

1.2.3 Buồng sấy :

Cấu tạo : gồm có một buồng cách nhiệt với các khay lưới hoặc đột lỗ, mỗi khay chứa một lớp mỏng nguyên liệu (dày 2-6cm) Không khí nóng thổi vào với tốc độ 0,5-5 m/s qua hệ thống ống dẫn và van đổi hướng để cung cấp không khí đồng nhất qua các khay Các thiết bị đun nóng phụ trợ có thể được đặt thêm ở phía trên hoặc dọc bên các khay để tăng tốc độ sấy Ứng dụng : Dùng trong sản xuất nhỏ (1-20 tấn/ngày) hoặc trong thử nghiệm Chúng có giá thành, chi phí bảo dưỡng thấp và có thể sử dụng linh hoạt để sấy các loại nguyên liệu khác nhau Tuy nhiên, điều kiện sấy tương đối khó kiểm soát và chất lượng sản phẩm dao động do sự phân phối nhiệt đến nguyên liệu không đồng đều

Hình 1.11 : Buồng sấy que hàn

1.2.4 Lò sấy

Buồng lò sấy

Hình 1.12 : Lò sấy Đây là những toà nhà 2 tầng trong đó sàn nhà có giát gỗ mỏng được đặt phía trên lò đốt Không khí nóng và sản phẩm cháy từ lò đốt xuyên qua lớp nguyên liệu có độ dày đến 20 cm Chúng được sử dụng theo truyền thống để sấy táo ở Mỹ hoặc hoa hớp-lông ở châu Âu, tuy nhiên việc kiểm soát điều kiện sấy rất khó khăn và thời gian sấy tương đối lâu

Ưu điểm là sức chứa lớn, dễ xây dựng và bảo dưỡng với chi phí thấp

1.2.5 Hầm sấy

Cấu tạo : các khay chứa nguyên liệu được chất lên các xe goòng, được lập trình để chuyển động qua hầm cách nhiệt có tác nhân sấy chuyển động theo một hoặc nhiều hướng khác nhau như mô tả trong bảng 2.1 Sản phẩm sau khi ra khỏi hầm có thể được sấy kết thúc trong các thùng sấy Một hầm sấy tiêu biểu dài 20 m có 12-15 xe goòng với tổng sức chứa 5000 kg nguyên liệu

Khu vực sấy hầm

Hình 1.13 : Hầm sấy Ứng dụng : do khả năng sấy lượng lớn nguyên liệu trong một thời gian tương đối ngắn, chúng được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, phương pháp này hiện đã bị thay thế bằng phương pháp sấy băng chuyền và sấy tầng sôi do hiệu suất năng lượng của sấy hầm thấp hơn, chi phí lao động cao hơn và chất lượng sản phẩm không tốt bằng

1.2.6 Máy sấy thùng quay

Máy sấy thùng quay

Hình 1.14 : Máy sấy thùng quay

Cấu tạo : một thùng chứa kim loại hình trụ hơi nghiêng (khoảng 5o) quay tròn quanh trục được gắn với các cánh hướng ở bên trong để nguyên liệu đổ xuống xuyên qua dòng khí chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều qua máy sấy Diện tích bề mặt của nguyên liệu được phơi bày tối đa trong không khí nên tốc độ sấy cao và chất lượng sản phẩm sấy đồng đều

Ứng dụng : Đặc biệt thích hợp cho các loại nguyên liệu có khuynh hướng bị rối hoặc dính vào nhau trong băng chuyền hoặc khay sấy Tuy nhiên, do sự hư hại do va đập, cọ xát trong máy, chúng chỉ hạn chế sử dụng cho tương đối ít loại sản phẩm (ví dụ : sấy hạt đậu, hạt cacao )

Ưu điểm :

Vật liệu được nạp liên tục vào thùng, không làm gián đoạn quá trình sấy

Tiết kiệm thời gian và chi phí cho quá trình cấp liệu

Động cơ được đặt ở giữa nên lực phân bố đồng đều, momen khởi động và momen quay thấp Nhược điểm :

Vật liệu thoát ra liên tục nên độ khô của chúng không đồng đều

Ta chọn máy sấy thùng quay vì thiết bị sấy thùng quay là thiết bị chuyên dùng để sấy hạt loại thiết bị này được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các vật ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ Trong hệ thống này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy,

do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, và độ đồng đều của sản phẩm cao Ngoài ra, thiết bị còn có thể làm việc với năng suất lớn

2 CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY

THÙNG QUAY

2.1 Tổng quan về máy sấy chuẩn bị thiết kế:

2.1.1 Máy sấy thùng quay

Sau khi nguyên liệu ẩm được đưa vào trong máy từ phía đầu thùng quay, máy bắt đầu quay tròn

và các cánh bên trong làm nhiệm vụ đảo đều nguyên liệu Nguyên liệu được đảo đều như vậy sẽ tiếp xúc với khí nóng đầy đủ và được tách hơi ẩm bay ra Trong suốt quá trình đảo và sấy như vậy, nguyên liệu được di chuyển từ phía đầu thùng quay tới phía cuố i thùng và đạt độ khô cần thiết, và cuối cùng nguyên liệu được thoát ra ngoài qua bộ van cánh sao

Sử dụng nguyên lý đảo nguyên liệu dưới tác động của nhiệt cấp từ lò nhiệt Nguyên liệu được di chuyển và đánh tơi bởi lưỡi cuốn và không khí chứa nhiệt Các hạt nguyên liệu bị va đập vào thành ống dưới tác động của vận tốc gió chứa nhiệt làm cho nguyên liệu thoát ẩm nhanh và đều

Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy làm việc liên tục chuyên dùng để sấy vật liệu hạt , cục nhỏ như : cát, than đá ,các loại quặng…

Máy sấy thùng quay là 1 thùng hình trụ đặt nghiêng 1- 6 độ, có 2 vành đai đỡ, vành đai này tỳ vào con lăn đỡ khi thùng quay Vật liệu vào sấy qua phễu nạp liệu.Vật liệu trong thùng không quá 20 – 25% thể tích thùng Sau khi sấy xong ,thành phẩm qua bộ phận tháo sản phẩm ra ngoài Bên trong thùng có lắp các cánh để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất sấy đạt được cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm còn đầu thùng 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 và vật liệu có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều ở bên trong thùng Phía đầu chỗ nạp liệu bên trong thùng sấy có lắp các cánh xoắn 1 đoạn khoảng 700 – 1000mm, chiều dài của đoạn này phụ thuộc vào đường kính của thùng Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng 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 dụng phân phối vừa có tác dụng phân phối đều cho vật liệu theo tiết diên thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy

Cấu tạo của đệm ngăn(Cánh trộn) Phụ thuộc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm của nó

Các loại đệm ngăn dùng phổ biến là:

Đệm ngăn mái chèo nâng và loại phối hợp: Dùng khi sấy những vật liệu cực to, ẩm, có xu hướng đóng vón Loại này có hệ số chất đầy vật liệu không quá 0.1 - 0.2

Đệm ngăn hình quạt có những khoảng thông với nhau

Đệm ngăn phân phối hình chữ nhật và kiểu vạt áo được xếp trên toàn bộ tiêt diện của thùng được dùng để sấy các vật liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng quay vật liệu đảo trộn nhiều lần, bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy lớn

Đệm ngăn kiểu phân khu: Để sấy các vật liệu đã được đập nhỏ, bụi Loại này chỉ cho phép hệ số điền đầy khoảng 0,15 - 0,25

Nếu nhiệt độ sấy cần lớn hơn 2000C thì dùng khói lò nhưng không dùng

Hình 2.1 : Sơ đồ máy sấy thùng quay

1 : lò sấy 2 : bộ phận cấp liệu 3 : máng 4 : thùng quay 5 : bánh răng tải

6 : thân thùng quay 7 : bộ phận thoát khí 8 : sàng lọc khí 9 : quạt thổi bụi Máy sấy thùng quay gồm 1 thùng hình trụ đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang 1÷60 Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ Bánh đai được đặt trên bốn con lăn đỡ,

khoảng cách giữa 2 con lăn cùng 1 bệ đỡ có thể thay đổi để điều chỉnh các góc nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnh thời gian lưu vật liệu trong thùng Thùng quay được là nhờ có bánh ma sát Bánh ma sát ăn khớp với với bánh dẫn động nhận truyền động của động cơ qua bộ giảm tốc Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng qua phễu chứa và được chuyển động dọc theo thùng nhờ các đệm 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 Cấu tạo 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 quay 5÷8vòng/phút Vật liệu khô ở cuối máy sấy được tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm rồi nhờ băng tải xích vận chuyển vào kho

Khói lò hay không khí thải được quạt hút vào hệ thống tách bụi để tách những hạt bụi bị cuốn theo khí thải Các hạt bụi thô được tách ra, hồi lưu trở lại băng tải xích Khí sạch thải ra ngoài

Ưu điểm :

Vật liệu được nạp liên tục vào thùng, không làm gián đoạn quá trình sấy

Tiết kiệm thời gian và chi phí cho quá trình cấp liệu

Động cơ được đặt ở giữa nên lực phân bố đồng đều, momen khởi động và momen quay thấp Nhược điểm :

Vật liệu thoát ra liên tục nên độ khô của chúng không đồng đều

2.2 Lựa chọn các phương án thiết kế:

2.2.1 Thiết bị sấy thùng quay sử dụng bộ truyền bánh răng:

Ưu điểm :

Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn

- Tỷ số truyền không đổi

- Hiệu suất cao (0,97 ( 0,99)

- Có thể làm việc với vận tốc lớn, công suất lớn

- Có tuổi thọ và độ tin cậy cao

Nhược điểm:

- Chế tạo phức tạp

- Đòi hỏi độ chính xác cao

- Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn

Phạm vi sử dụng:

Bộ truyền bánh răng được sử dụng trong hầu hết các thiết bị cơ khí Trong đó bộ truyền bánh răng thân khai được sử dụng rộng rãi nhất, các bộ truyền còn lại tùy thuộc vào kết cấu máy.Tỉ số truyền lớn, dùng cho cơ cấu có momen xoắn lớn

2.2.2 Thiết bị sấy thùng quay sử dụng bộ truyền bánh ma sát:

Ưu điểm :

Truyền cơ năng và tốc độ mà không thể thay đổi tỉ số truyền

Cấu tạo đơn giản

Làm việc êm, không ồn

Nhược điểm :

Lực tác dụng lên ổ đĩa khá lớn

Do có trượt giữa các bánh khi làm việc nên tỷ số truyền không ổn định dẫn đến tốc độ của trục dằn không chính xác

Khả năng tải không cao so với truyền động bánh răng

Thích hợp với công suất nhỏ và vừa dưới 20kw (công suất lớn thì kích thước bộ truyền lớn và lực

ép lớn)

Tốc độ truyền không quá 15-20 m/s

Tỉ số truyền i < 7

Hình 2.3 : Thùng quay sử dụng truyền động ma sát

2.2.3 Thiết bị sấy thùng quay sử bộ truyền đai:

Ưu điểm:

Có khả năng truyền cơ năng giữa các trục xa nhau

Làm việc êm, không ồn

Giữ an toàn cho các chi tiết máy khi quá tải

Kết cấu đơn giản, dễ chăm sóc và bảo quản

Giá thành chế tạo rẻ

Nhược điểm:

So với bộ truyền bánh răng có cùng công suất truyền, kích thước của bộ truyền đai lớn hơn nhiều

Truyền động không tức thời, tỉ số truyền không ổn định

Lực tác dụng lên trục và ổ lớn

Làm việc với tốc độ cao thì đai nhanh hỏng

Lựa chọn phương án:

Dựa vào yêu cầu thiết kế, ta chọn phương án sử dụng bánh ma sát:

Lực của thùng quay ép lên bánh ma sát đủ lớn

Chế tạo đơn giản

Tránh quá tải

Dễ thay thế và bảo dưỡng

3 CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ KẾT CẤU MÁY:

3.1 Tính toán thiết bị sấy

Vật liệu sấy là cà phê hạt, có các thông số vật lý cơ bản như sau:

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

1, 2 : độ ẩm tương đối của vật liệu sấy ở đầu vào, ra của thiết bị sấy

W (kg/h) : lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ

Gk (kg/h) : khối lượng vật liệu khô tuyệt đối

Phương trình cân bằng vật chất:

(Trang 127–[1])

Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ:

Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

Năng suất của sản phẩm say khi vào thùng sấy:

Tính cân bằng năng lượng:

Công thức xác định các thông số của tác nhân sấy:

( )0.621

1

a b

a b

P P

d P

Enthalpy: (CT 2.24/29–[1])

Trong đó:

ik, ia (kJ/kg) : enthalpy của 1kg không khí khô và 1kg hơi nước

Cpk = 1.004 (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của không khí khô

Cpa = 1.842 (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của hơi nước

r = 2,500 (kJ/kg) : ẩn nhiệt hóa hơi của nước

Trong đó, Pa, Pb lấy đơn vị là N/m2

Xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:

Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):

Không khí ngoài trời có:

o bo

p d

Enthalpy:

Thể tích riêng:

Thông số trạng thái của khí nóng sau buồng đốt (B’), buồng hòa trộn (B):

Không khí đƣợc quạt đƣa vào caloriphe và đƣợc đốt nóng đẳng ẩm (d1 = do) đến trạng thái B (d1,

t1) Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy

Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chất của vật liệu sấy và chế

độ công nghệ quy định Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B đƣợc chọn trong khoảng 70 -750C đối với

p d

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 ẩm trở lại

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)

Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy lý thuyết:

Giả sử lượng khí vào, ra thiết bị sấy là không đổi, kí hiệu là (kg/h)

Theo phương trình cân bằng vật chất:

Nhiệt lượng tiêu hao riêng:

3.2 Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực:

Trong thiết bị sấy thực, ngoài tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi, trong thiết bị sấy thùng quay, còn có tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt, và tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi QV Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không có thiết bị chuyển tải, do đó Q = 0, Q = 0

W

Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào:

Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy:

Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi :

Nhiệt vật lý của vật liệu sấy mang ra :

Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường : Qmt

Cân bằng nhiệt lượng vào ra thiết bị sấy, ta có:

Vậy nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực:

Đặt : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi

CV (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm 2

Ck = 1.7 (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của vật liệu khô

Ca = 4.1868 (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của ẩm

: nhiệt độ vật liệu sấy vào thiết bị, lấy bằng nhiệt độ môi trường

: nhiệt độ ra khỏi thiết bị sấy của vật liệu sấy Ta chọn nhỏ hơn nhiệt

độ đầu ra của tác nhân sấy 3–5C

Vậy

Xác định Ca.tV1:

Xác định qmt :

Tổn thất nhiệt ra môi trường qmt thường chiếm khoảng 3–5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích

Trong đó nhiệt tiêu hao hữu ích được xác định:

Các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực:

Độ chứa ẩm của tác nhân sấy:

0.059 1

0.0307

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)

Nhiệt lượng tiêu hao để bốc hơi 1kg ẩm:

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực:

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái trước khi vào buồng sấy:

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái ra khỏi buồng sấy: