Thiết kế thiết bị sấy thóc bằng phương pháp tầng sôi với năng suất 5 tấn giờ

Trong quá trình công nghệ của rất nhiều sản phẩm đều có giai đoạn sấy khô để bảo quản sản phẩm dài ngày, đó là các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như thóc, ngô, đậu… Kỹ thuật sấy là một n

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công nghiệp và đời sống, kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng Trong quá trình công nghệ của rất nhiều sản phẩm đều có giai đoạn sấy khô để bảo quản sản phẩm dài ngày, đó là các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như thóc, ngô, đậu…

Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển mãi từ những năm 50 đến 60 ở các viện và các trường đại học trên thế giới, chủ yếu giải quyết những vấn đề kỹ thuật sấy các vật liệu cho công nghiệp và nông nghiệp

Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ thuật sấy các nông sản thành những sản phẩm khô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêm các mặt hàng sản phẩm như : trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô, thịt khô Đối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để sấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất

Trong luận văn này em có nhiệm vụ thiết kế thiết bị sấy thóc bằng phương pháp tầng sôi với năng suất 5 tấn /giờ

Đây là lần đầu tiên em tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy Do kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình thiết kế

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy Bùi Trọng Hiếu trong suốt quá trình làm luận văn để em có thể hoàn thành tốt luận văn này

TPHCM, Ngày 20 Tháng 12 Năm 2012 Sinh Viên Thực Hiện

Nguyễn Trọng Đức

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY THÓC 1

1.1.Sơ lược về thóc lúa, tính chất 1

1.2.Sơ lược về quá trình sấy thóc 2

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY THÓC 7

2.1.Các phương án sấy thóc 7

2.1.1 Phương án 1 : Sử dụng máy sấy tháp 7

2.1.2 Phương án 2 : Sử dụng máy sấy thùng quay 8

2.1.3 phương án 3 : Sử dụng máy sấy tĩnh vỉ ngang 10

2.1.4 phương án 4 : Sử dụng máy sấy tầng sôi 12

2.2.Lựa chọn phương án sấy thóc 13

CHƯƠNG 3 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 15

3.1 Cân bằng vật chất 15

3.1.1 Đối với không khí 15

3.1.2 Đối với vật liệu sấy 17

3.1.3 Năng suất tách ẩm 18

3.2 Cân bằng năng lượng 19

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH CỦA MÁY SẤY TẦNG SÔI 22

4.1 Xác định tốc độ tới hạn dưới 22

4.2 Tốc độ của tác nhân trong tầng sôi 23

4.3 Xác định tốc độ tới hạn trên 24

4.4 Thời gian sấy 24

4.5 Kích thước thiết bị 27

4.5.1 Lưới phân phối 27

4.5.2 Chiều cao buồng sấy 28

4.6 Bề dày thiết bị 29

4.6.1 Lưới 29

4.6.2 Buồng sấy 30

4.7 Bộ phận nhập liệu 31

4.7.1 Tính chọn động cơ vít tải 31

4.7.2.Tính chọn hộp giảm tốc 33

4.7.3 Tính toán trục vít của vít tải 35

4.7.4 Triển khai bánh vít 40

4.7.5 Tính toán chọn khớp nối 42

4.7.6 Tính toán chọn ổ 45

4.8 Bộ phận tháo liệu 47

CHƯƠNG 5 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ CỦA MÁY SẤY TẦNG SÔI 48

5.1 Tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt ( Calorife) 48

5.2 Tính chọn cyclon 53

5.3 Tính chọn quạt 55

5.3.1 Tính toán trở lực 55

5.3.2 Chọn quạt 61

5.4 Tính đáy và nắp thiết bị sấy 63

5.4.1 Nắp thiết bị 63

5.4.2 Đáy thiết bị 64

5.4.3 Chọn bích 64

5.4.4 Tính chọn tai đỡ 65

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 67

6.1.Điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ 67

6.1.1.Chọn mạch mở máy động cơ 67

6.1.2.Chọn mạch điều chỉnh tốc độ động cơ 69

6.2.Điều khiển nhiệt độ trong buồng sấy 72

6.2.1.Phân tích công nghệ lò sấy công nghiệp 72

6.2.2.Khối cảm biến nhiệt độ 72

6.2.3.Khối xử lý dữ liệu 75

6.2.4.Khối hiển thị số 75

CHƯƠNG 7 BẢO TRÌ, BẢO DƯỠNG 78

CHƯƠNG 8 KẾT LUẬN 80

Tài liệu tham khảo 81

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY

1.1 SƠ LƯỢC VỀ THÓC LÚA ,TÍNH CHẤT

Lúa là nguồn lương thực chính của ½ số dân trên thế giới Lúa là loại cây ưa nóng và ẩm, do đó lúa thường được trồng nhiều ở các vùng có khí hậu ôn đới và cận nhiệt đới Năng suất của lúa nước là cao nhất, nên lúa thường được trồng ở các châu thổ sông lớn Nước ta có khí hậu và hệ thống sông ngòi rất phù hợp cho việc phát triển cây lúa

Thành phần hóa học của hạt lúa gồm chủ yếu là tinh bột, protein, xenlulose Ngoài ra trong hạt lúa còn chứa một số chất khác với hàm lượng ít hơn so với 3 thành phần kể trên như: đường, tro, chất béo, sinh tố Thành phần hóa học của hạt lúa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, đất đai trồng trọt, khí hậu và chế độ chăm sóc Thành phần hóa học của hạt thóc :

Hiện nay, Việt Nam đang đứng thứ hai trên thế giới về lượng gạo xuất khẩu trên thế giới, và tiếp tục đẩy mạnh việc xuất khẩu gạo sang các nước trên thế giới

Đây là một trong những nguồn thu ngoại tệ chính của đất nước

1.2 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH SẤY THÓC

Sản phẩm nông sản của ta ngày một nhiều,nhất là các sản phẩm đặc sản của vùng nhiệt đới có giá trị xuất khẩu cao,ngày càng chiếm tỷ trọng lớn trong toàn bộ thu nhập của ngành nông nghiệp.Các sản phẩm này muốn bảo quản được tốt thì phải có độ

ẩm nhỏ,nhưng ở độ ẩm này ít khi có được sau khi thu hoạch.Vì vậy hầu hết các sản phẩm nông nghiệp cần phải thông qua quá trình phơi sấy để làm khô để đảm bảo yêu cầu của bảo quản.Sấy là phương pháp tương đối hiệu quả,tạo nên tiền đề để bảo quản tốt sản phẩm.Mặt khác có nhiều sản phẩm chỉ có thông qua khâu phơi,sấy mới đảm bảo phẩm chất tốt nâng cao được giá trị thương phẩm như chè,cà phê,thuốc lá,gỗ… Hạt và các sản phẩm nông nghiệp trước khi nhập kho bảo quản đều phải có độ

ẩm ở mức độ an toàn

Điều kiện thích hợp của độ ẩm để bảo quản hạt là ở giới hạn từ 12-14%.Phần lớn hạt thu hoạch về có độ ẩm cao hơn,trong điều kiện những mùa mưa độ ẩm của khí quyển cao nên sự thoát hơi nước tự nhiên của hạt chậm lại,cho nên có nhiều trường hợp hạt ngô,lúa…nhập kho có độ ẩm lên tới 20-30%.Với độ ẩm của hạt lớn hơn 14% thì hoạt động sống tăng,hô hấp mạnh,lô hạt bị nóng và ẩm thêm.Đó là những điều kiện thuận lợi để cho sự phát triển của vi sinh vật và côn trùng.Để tránh hiện tượng trên ta phải đảm bảo độ ẩm của hạt ở 14%.Do đó đối với một nước nông nghiệp nhiệt đới như nước ta,khí hậu nóng ẩm mưa nhiều thì sấy là một việc làm rất quan trọng

Tùy theo mục đích và thời hạn sử dụng mà yêu cầu về độ ẩm của thóc sau khi sấy cũng khác nhau (Hình 1.2)

Độ ẩm (%) Mục đích/thời gian bảo quản

14 Độ thu hồi gạo trong xay xát cao nhất

14 - 18 Bảo quản tạm thời 2-3 tuần

Hình 1.2 : Độ ẩm yêu cầu của lúa đối với các mục đích và thời hạn sử dụng khác nhau

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Kết quả của quá trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên Điều này có ý nghĩa quan trọng về nhiều mặt: đối với các nông sản và thực phẩm nhằm tăng khả năng bảo quản; đối với gốm sứ làm tăng độ bền cơ học, đối với than củi làm tăng khả năng bốc cháy… Các vật liệu sau khi sấy đều giảm khối lượng hoặc cả thể tích nên giảm được giá thành vận chuyển

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi Cơ chế của quá trình sấy trong thiết bị được diễn tả bởi 4 quá trình cơ bản sau :

1.Dòng nhiệt q m cấp nhiệt cho bề mặt vật liệu

2 dòng nhiệt q dẫn từ bề mặt vào vật liệu

3 khi nhận được nhiệt lượng q, dòng ẩm J di chuyển từ vật liệu ra bề mặt

4.dòng ẩm J m từ bề mặt vật liệu tách vào môi trường xung quanh

Bốn quá trình này được thể hiện bằng sự truyền vận bên trong vật liệu và

sự trao đổi nhiệt ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu vào môi trường xung quanh

Hình 1.3: Cơ chế quá trình sấy

Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bị sấy ra 3 nhóm chính:

+ Sấy đối lưu + Sấy tiếp xúc + Sấy bức xạ,chân không hoặc thăng hoa Trong các thiết bị sấy đối lưu, tác nhân sấy đồng thời là chất mang năng lượng, nhiệt độ để cung cấp cho vật liệu sấy và mang ẩm thoát ra từ vật liệu sấy vào môi trường Tác nhân sấy trong thiết bị đối lưu thường là không khí nóng hoặc khói lò

Theo kết cấu nhóm thiết bị sấy đối lưu có thể gặp các dạng thiết bị sấy sau: + TBS buồng

BẢNG TÓM TẮT ĐẶC TÍNH CHỦ YẾU CỦA CÁC MÁY ĐỐI LƯU THÔNG DỤNG

Kiểu thiết

bị sấy

Cách làm việc

Sản phẩm sấy Chế độ sấy và tiêu hao nhiệt riêng

-Nhiệt độ tác nhân sấy 60 ÷250oC -Tiêu hao nhiệt riêng q=6000÷10000 [kJ/kg ẩm]

TBS hầm Liên tục Nhiều loại sản phẩm

cũng như kiểu buồng sấy

-Nhiệt độ tác nhân sấy 50÷130 oC -Tiêu hao nhiệt riêng q=5000÷8000 [kJ/kg ẩm]

Nhiệt độ tác nhân sấy:

-Khi sấy than,quặng 650÷850 oC -Khi sấy ngũ cốc 60÷120 oC -Năng suất bốc hơi ẩm A=50÷150 [kg ẩm/m3]

-Tiêu hao nhiệt riêng q=3500÷5000 [kJ/kg ẩm]

Muối,quặng,ngũ cốc Nhiệt độ tác nhân sấy:

-Khi sấy than quặng 60÷180 oC -Tiêu hao nhiệt riêng q=5000÷6500 [kJ/kg ẩm]

TBS phun Liên tục Sữa và các loại dung

dịch khác

Khi t=130÷150 oC -A=2÷4 [kg ẩm/ m3h]

Khi t=300÷400[kg ẩm/ m3h]

-A=8÷12 [kg ẩm/ m3h]

Khi t=500÷700 oC

Cường độ bay hơi ẩm -A=100÷300 [kg ẩm/m3h]

Tiêu hao nhiệt riêng q=3000÷12000 [ kJ/kg ẩm]

TBS khí

động

Liên tục Vật liệu dạng hạt ( ẩm tự

do),than cám,các chất kết tinh…

-Vận tốc dòng khí 10÷40 m/s -Tiêu hao nhiệt riêng q=4200÷6700 [kJ/kg ẩm]

CHƯƠNG 2 : LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY THÓC

2.1.CÁC PHƯƠNG ÁN SẤY THÓC

2.1.1.Phương án 1: Sử dụng máy sấy tháp để sấy thóc

 Ứng dụng của máy sấy tháp:

Thiết bị sấy tháp là thiết bị sấy chuyên dùng để sấy các loại hạt cứng như

thóc,ngô đậu…có độ ẩm ban đầu không lớn lắm 20 30% và có thể tự dịch chuyển

dễ dàng từ đỉnh tháp xuống dưới nhờ chính trọng lượng của nó.Đôi khi trong thiết bị sấy tháp người ta còn đặt các kết cấu cơ khí để làm chậm hoặc tăng cường tốc độ dịch chuyển của khối hạt.Sản phẩm trong thiết bị sấy tháp có thể lấy ra liên tục hay định kỳ

 Cấu tạo,nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

Hình 2.1: Máy sấy tháp

1 Lò đốt 3.Phếu cấp nhiên liệu sấy 5 Tháp sấy

2 Quạt đẩy 4 Gàu tải

Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của thiết bị sấy tháp có thể có dạng như hình 2.1

Hệ thống sấy tháp gồm calorifer,hệ thống quạt và các thiết bị phụ khác

Tháp sấy là một không gian hình hộp mà chiều cao lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và chiều dài Trong tháp sấy người ta bố trí một hệ thống kênh dẫn và thải tác nhân xen kẽ nhau ngay trong lớp vật liệu sấy

Khi sấy, hạt di chuyển từ trên cao xuống mặt đất theo chuyển động thẳng đứng hoặc zic-zắc trong tháp sấy

 Ưu nhược điểm của hệ thống sấy tháp :

 Ưu điểm :

- Chất lượng sấy cao hơn như tăng độ đồng đều độ ẩm của lúa sau khi sấy

- Tiết kiệm được nhiều lao động thủ công

- Có thể tiến hành sấy liên tục

 Nhược điểm :

- Nhiều máy sấy tháp không thể sấy lúa có độ ẩm cao

- Sản phẩm sau khi sấy còn lẫn nhiều tạp chất

- Thiết bị phức tạp

2.1.2.Phương án 2 : Sử dụng máy sấy thùng quay để sấy thóc

 Ứng dụng của máy sấy thùng quay :

Thiết bị sấy thùng quay cũng là một thiết bị sấy chuyên dùng để sấy các hạt dạng rời, các loại muối kim loại vô cơ trong sản xuất hóa chất, bột nhão, bã bia, phân bón, vật liệu sản xuất xi măng, than cám, cát… Tác nhân sấy là không khí nóng hoặc khói lò

 Cấu tao, nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

Hình 2.2 : Cấu tạo,nguyên lý máy sấy thùng quay

Thiết bị sấy thùng quay gồm thùng sấy hình trụ tròn,calorifer và quạt hút ẩm Trong thùng sấy đặt các cánh xáo trộn và đôi khi còn tạo thành các vùng riêng biệt Nhờ các cánh xáo trộn mà vật liệu sấy được đưa lên và rơi xuống để tăng cường quá trình trao đồi nhiệt ẩm Trong thùng quay tùy theo tính chất của vật liệu sấy, người ta

có thể đặt các cánh xáo trộn, vách ngăn để tăng cường quá trình sấy

Thường vật liệu sấy từ phễu nạp liệu đi vào thùng sấy cùng chiều với tác nhân Sau khi thực hiện quá trình sấy tác nhân được đưa qua cyclon để thu hồi một phần sản phẩm bay theo và thải vào môi trường

 Ưu nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay :

 Ưu điểm :

- Tạo ra sản phẩm sấy đồng đều

- Tốc độ sấy nhanh do sự tiếp xúc trực tiếp và tối đa giữa vật liệu sấy

và tác nhân sấy nhờ có sự đảo trộn khi thùng quay

- Cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được

- Thiết bị gọn

 Nhược điểm :

- Do quá trình đảo trộn, vật liệu bị gãy vụn tạo ra bụi Nên trong một

số trường hợp làm giảm phẩm chất của sản phẩm, làm giảm giá trị kinh tế

2.1.3 Phương án 3 : Sử dụng máy sấy tĩnh vỉ ngang để sấy thóc

 Ứng dụng của máy sấy tĩnh vỉ ngang :

Máy sấy tĩnh vỉ ngang sử dụng lò đốt trấu là loại máy sấy đang được sử dụng phổ biến nhất ở ĐBSCL Các máy sấy này thường có năng suất từ 6-50 tấn/mẻ, với thời gian sấy dao động từ 12 đến 48h tùy theo độ ẩm ban đầu và cuối cùng của lúa được sấy

Hình 2.3:Máy sấy tĩnh vỉ ngang, 6 tấn/mẻ

 Cấu tao, nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

Hình 2.4 :Sơ đồ máy sấy SV-500

7 Cửa tháo sản phẩm 8 Buồng sấy 9 Đồng hồ chỉ thị nhiệt độ

Máy sấy tĩnh vỉ ngang là loại máy sấy có cấu tạo đơn giản, với mức đầu tư thấp trong các loại máy sấy có cùng một công suất Máy sấy tĩnh vỉ ngang có thể sấy được các loại nông sản dạng hạt , lá, quả…và các loại vật liệu khác

 Ưu nhược điểm của máy sấy tĩnh vỉ ngang :

 Ưu điểm :

- Lắp đặt đơn giản

- Vận hành dễ dàng

- Chi phí đầu tư thấp

- Công nghệ sấy đơn giản, phù hợp với nông dân

- Máy sấy vỉ ngang chủ yếu hoạt động dựa vào một motor quạt, nên chi phí điện thấp

 Nhược điểm :

- Cần diên tích mặt bằng lớn để lắp đặt

- Máy sấy vỉ ngang là loại máy sấy tĩnh, sấy theo mẻ nên mỗi mẻ cần đạt được ít nhất 50% công suất thì mới có thể bắt đầu một mẻ sấy

- Đối với nhu cầu sấy lớn, vài chục tấn đến hàng trăm tấn trở lên trong một ngày và cần áp dụng quá trình tự động hóa cùng với các công đoạn xử lý khác hay cần sấy liên tục thì máy sấy vỉ ngang còn nhiều hạn chế

- Thời gian sấy kéo dài

- Độ ẩm không đồng đều

2.1.4.Phương án 4 : sử dụng máy sấy tầng sôi để sấy thóc

 Ứng dụng của máy sấy tầng sôi :

Thiết bị sấy tầng sôi là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt.Cũng giống như các hệ thống sấy khác,hệ thống sấy tầng sôi được dùng rất phổ biến trong công nghệ sau thu hoạch

Kỹ thuật sấy tầng sôi được ứng dụng để sấy hạt có kích thước trong phạm vi từ 50-2000 µm.Do đó thiết bị sấy tầng sôi đang có sức cạnh tranh với những kiểu sấy truyền thống khác như:sấy thùng quay,băng tải,khí động…

 Cấu tao,nguyên lý hoạt động và đặc điểm :

Hình 2.5 :Cấu tạo,nguyên lý máy sấy tầng sôi

1: Quạt 4: Thiết bị sấy 7: Cyclon

3: Lưới phân phối khí 6: Cửa tháo liệu

Bộ phận chính của TBS tầng sôi là một buồng sấy, phía dưới buồng sấy đặt ghi

lò Ghi buồng sấy là một tấm thép có đặt nhiều lỗ thích hợp hoặc lưỡi thép để tác nhân sấy đi qua nhưng hạt không lọt xuống được Tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp được thổi từ dưới lên để đi qua lớp vật liệu Với tốc độ đủ lớn, tác nhân sấy nâng các hạt vật liệu lên và làm cho lớp hạt xáo trộn Quá trình sôi này là quá trình trao đổi nhiệt ẩm mãnh liệt nhất giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy Các vật liệu khô hơn nên nhẹ hơn nên nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi và ở một độ cao nào đóù hạt sẽ được đưa

ra ngoài theo đường tháo liệu

 Ưu nhược điểm của máy sấy tầng sôi :

 Ưu điểm :

- Năng suất sấy cao

- Vật liệu sấy khô đều

- Có thể tiến hành sấy liên tục

- Hệ thống thiết bị sấy tương đối đơn giản

- Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy

- Có thể điều chỉnh thời gian sấy

 Nhược điểm :

- Trở lực lớp sôi lớn

- Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi

- Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều

2.2.LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN SẤY THÓC

Dựa vào đặc điểm cấu tạo và ưu nhược điểm của từng phương án, em chọn máy sấy tầng sôi để sấy thóc

* Yêu cầu của bài toán thiết kế:

Thiết kế hệ thống tầng sôi để sấy thóc với năng suất 5000 kg/h (thành phẩm) Với hệ thống thiết bị sấy tầng sôi,chủ yếu dùng để sấy thóc đã qua phơi nắng sau khi thu hoạch,giúp cho việc bảo quản tốt hơn, phục vụ cho việc xuất khẩu Do đó ta chọn

độ ẩm của thóc trước khi sấy không cao lắm, và độ ẩm sau khi sấy thích hợp cho sự bảo quản

CHƯƠNG 3 :CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 3.1.CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Các ký hiệu sử dụng:

G1: năng suất nhập liệu của vật liệu sấy

G2: năng suất sản phẩm sau khi sấy

1: độ ẩm của VLS trước quá trình sấy

2: độ ẩm của VLS sau quá trình sấy

d1 : hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô trước khi vào sấy

d2 : hàm ẩm của không khí trên căn bản không khí khô sau khi vào sấy

W : năng suất tách ẩm

L: lượng không khí khô lý thuyết đi qua HTS trong 1 giờ

l : lượng không khí khô cần thiết để tách 1kg ẩm ra khỏi vật liệu

3.1.1.Đối với không khí :

Chọn trạng thái ban đầu của không khí:

42 , 4026 12

42 , 4026 12

621,0

P p

P d

0473,0.8,0.621,

0 C t d r C t

I  pk   ph

(3.3)

=1,004.320,0249.25001,842.3295,8457 Kj/kgkk

Ở đây,C pk và C ph tương ứng là nhiệt dung riêng của không khí khô và của hơi nước quá nhiệt ;r là ẩn nhiệt hóa hơi

 Không khí vào thiết bị sấy:

Theo tài liệu nghiên cứu của Viện Cơ Điện & Công Nghệ thì lúa nước sau thu hoạch thường sấy ở nhiệt độ 600C.Vì ở nhiệt độ này đường và chất béo không bị biến dạng và không nứt vỏ

Chọn nhiệt độ vào buồng sấy của không khí : t1 = 600C

Không khí vào Calorifer nhận nhiệt từ khói lò và tăng lên nhiệt độ t1 =

600C.Quá trình đốt nóng trong calorifer là quá trình có d=const nên d10  d0  0 , 0249

kg ẩm/kgkk

Thông số của không khí trước khi vào TBS, có thể xác định entanpy I1 và độ ẩm tương đối  trên đồ thị I-d nhờ cặp thông số (1 t1; d0)= (600;0,0249).Cũng có thể tính theo công thức:

2419 , 125 ) 60 842 , 1 2500 (

0249 , 0 60 004 , 1 ) 842 , 1 2500 (

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

Độ ẩm tương đối 10 :

 Không khí ra khỏi thiết bị sấy:

Xác định nhiệt độ bầu ướt tư :

Trạng thái ban đầu của không khí ẩm là điểm 1 (0,0249;60 ).Từ 1 theo đường I=const kéo thẳng đên đường   100%,giao điểm của đường I và   100% tại 2.Giá trị của đường đẳng nhiệt đi qua giao điểm 2 này được gọi là nhiệt độ bầu ướt.Theo đồ thị I-d ta có tư =32oC

Thường ta lấy giá trị t2 = 1,15.tư =1,15.32 ≈370C

% 2 , 19 ) 0249 , 0 621 , 0 (

1968 , 0

0249 , 0 98 , 0 )

621 , 0 (

.

10 1

d P

b



Lượng chứa ẩm d20 : ( Theo công thức (5.5),[1])

2

2 1 10 10

20

)).(

.(

i

t t d C d

) 37 60 (

0499 , 1 0249 ,

ứng với độ chứa hơi d10

Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ 370C :

0623 , 0 37 5 , 235

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

Độ ẩm tương đối 20 : ( Theo công thức (5.6),[1])

)621,0.(

20 2

20 20

d P

d P





( 3.5)

) 0343 , 0 621 , 0 (

0623 , 0

0343 , 0 98 , 0

0343 , 0 37 004 , 1 ) (

Nhận xét:Trong quá trình sấy lý thuyết thì I10 I20 const

3.1.2 Đối với vậy liệu sấy (thóc):

Theo tài liệu kỹ thuật sấy nông sản của Trần Văn Phú-Lê Nguyên Đương ta có

được các thông số kích thước sau:

Diện tích bề mặt riêng khối lượng: f = 1,31 m2/kg

Khối lượng riêng xốp: v = 500 Kg/m3

Vật liệu trước khi vào thiết bị sấy: ta chọn

1 = 320C

1 = 20 % Vật liệu sau khi ra khỏi thiết bị sấy: ta chọn

2= 400C 2 = 13% , đây là độ ẩm thích hợp để bảo quản thóc

13,02,0





kg/h Khối lượng hạt đưa vào HTS G1:

G1 = G2 + W = 5000 + 437,5 = 5437,5 Kg/h (3.7) Lượng không khí khô cần thiết để bay hơi 1 Kg ẩm: Theo công thức (5.8),[1])

0 20

1

d d

* Nhiệt lượng vào:

- nhiệt lượng do không khí mang vào: LI0

- nhiệt lượng do VLS mang vào: G2Cvl1+CnW1

- nhiệt lượng do calorife cung cấp: Qc

Tổng nhiệt lượng vào: LI0+ G2Cvl1+ CnW1+ Qc

* Nhiệt lượng ra:

- Nhiệt lượng do không khí ra: LI2

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2Cvl2

- Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy: Qm

Tổng nhiệt lượng ra:

C - q q ) I (I

) (I2 I0 l I1 I0

l     

l I

I2  1 Đối với quá trình sấy lý thuyết: =0

qc=l.(I20-I0)=106,3830.(125,2357-95,8457)= 3126,60 kj/kg ẩm Đối với quá trình sấy thực tế: lúc này giá trị  sẽ khác 0

Nhiệt dung riêng của nước:

Cn = 4,18 KJ/Kg oK Nhiệt dung riêng của vật liệu:

K Kg KJ

C vl  1 , 5 ( 1  0 , 13 )  4 , 18  0 , 13  1 , 85 / 0Với 1,5 là nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối

Qvl=G2Cvl(2-1)=50001,85(40-27)=120250 KJ/h

am Kg KJ W

Q

q vl

5 , 437

Khi đó thông số TNS sau quá trình sấy thực tại điểm 2 như sau:

Lượng chứa ẩm d2: ( Theo công thức (5.19),[1])

) ).(

(

2

2 1 10 10

2

t C r

t t d C d d

ph

dx (3.11)

0327,068,524)37.842,12500(

)3760.(

0499,10249

Độ ẩm tương đối  sau quá trình sấy thực: ( Theo công thức (5.21),[1]) 2

%69,78)0327,0621,0.(

0623,0

0327,0.98,0

)13.3()

621,0.(

2 2

2 2

d p b



Ta có thể biểu diễn chu trình sấy lý thuyết và thực tế trên giản đồ I-d, hình biểu diễn

có dạng như sau:

Hình 3.1 : Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết và quá trình sấy thực

 Lượng tác nhân cần thực tế: ( Theo công thức (5.17),[1])

h Kg

d d W L

/ 74 , 56089 0249

, 0 0327 , 0

1

5 , 437

14 3 1

0 2

Q

5,437

10.57,







CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH CỦA MÁY SẤY

TẦNG SÔI THÓC

Các thông số của tác nhân không khí trong thiết bị sấy tầng sôi:

Nhiệt độ tác nhân vào: t1 = 60oC

Nhiệt độ tác nhân ra: t2 = 37oC

Nhiệt độ tính toán trung bình: t = 48.5oC

Ở điều kiện t = 48.5oC theo phụ lục 6,[1] thông số nhiệt vật lý của không khí khô ta được :

k r td

v

g d

Ar





.

6

3 3

10 66 , 6 1227

, 1 ) 10 8015 , 17 (

81 , 9 ) 1227 , 1 1150 ( ) 10 76 , 2 (







Chuẩn số Reynolds tới hạn:

Do tiêu chuẩn Archimedes tính theo d td nên độ xốp 0lấy bằng 0,4

Nên: ( Theo công thức (10.9),[1])

).75,11

.(

150Re

3 0 3

0 0 1





Ar th





 ( 4.2)

3895 , 117

229 , 5 25 ,



Ar Ar

Tốc độ tới hạn :

td

k th th

10.8015,17.3895,117

4.2.TỐC ĐỘ CỦA TÁC NHÂN TRONG TẦNG SÔI

Tốc độ lơ lửng khi Re >100 : ( Theo công thức (10.43),[1])

k

r td

d w



 76 , 2

1150.10.76,2.76,2

g v

w Ly

k k

k

.3

1227,1.)64,4(

.

k

k r k k

g Ly V

1227,1(

)1227,11150.(

81,9.10.525,19.46,5583

6,4

6 , 4



4.3.XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ TỚI HẠN TRÊN

Khi vật liệu bắt đầu bị lôi cuốn:  = 1

Chuẩn số Reynolds: ( Theo công thức (6.65),[2])

10 66 , 6

66 , 6

) 16 , 1291 (

) 10 4 ( Re

5 3 3

g Ly w

k

k r k th

/ 26 , 8 )

1227 , 1 (

) 1227 , 1 1150 ( 81 , 9 19,525.10

3232

11 4 )

(

3

2

6 -

3

2 2

Vận tốc chủ đạo của dòng khí qua lưới phân phối: vak

Theo hình 6.17 : Sơ đồ biểu diễn sự hình thành lớp giả lỏng trên mặt lưới phân phối,[2] Nhận thấy :

Ở trạng thái tầng sôi: v ak 2.w th2 (4.12)

Chọn: vak =2 w th2 = 2.8,26 = 16,52 m/s

4.4 THỜI GIAN SẤY

Thời gian sấy là một thông số đặc biệt quan trọng được sử dụng tính toán thiết

kế và vận hành thiết bị sấy Thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại vật liệu sấy, hình dáng vật liệu sấy, kích thước hình học vật liệu sấy, độ ẩm đầu, độ ẩm cuối, loại thiết bị sấy, phương pháp cung cấp nhiệt và một số yếu tố khác Do việc xác định thời gian sấy bằng phương pháp giải tích gặp nhiều khó khăn Do đó trong việc tính toán thực tế các thiết bị sấy, người ta sử dụng nhiều phương pháp khá phổ biến và cho kết quả tương đối phù hợp với thực tế Đó là các phương pháp:

-Phương pháp xác định thời gian sấy ở hai giai đoạn sấy 12( bỏ qua giai đoạn đốt nóng vật liệu)

-Phương pháp xác định thời gian sấy theo phương pháp gần đúng

-Phương pháp xác định thời gian sấy cho cả 3 giai đoạn

-Phương pháp xác định thời gian sấy theo phương pháp LuiKob

-Phương pháp xác định thời gian sấy theo G.K Phylonhenko

Ta sử dụng phương pháp xác định thời gian sấy bỏ qua giai đoạn đốt nóng vật liệu để tính toán Tương ứng với quá trình sấy chúng ta có các giai đoạn sấy như sau :

- Giai đoạn làm nóng vật ( bỏ qua giai doạn đốt nóng vật liệu)

- Giai đoạn sấy đẳng tốc

- Giai đoạn sấy giảm tốc

Độ ẩm tới hạn của thóc là: k = 13,5% (tính trên căn bản vật liệu khô tuyệt đối:

Wk=15,6%), nên quá trình sấy thóc từ 1 = 40% đến k = 13,5% là giai đoạn sấy đẳng tốc và từ k = 13,5% đến 2 = 13% là giai đoạn sấy giảm tốc

Chuẩn số Reynolds:

85 , 1018 10

8015 , 17 7 , 0

10 76 , 2 6 , 4



Chuẩn số Fedorov:

1193 , 96 1227 , 1 ) 10 8015 , 17 (

3

81 , 9 ).

1227 , 1 1150 ( 4 10 76 , 2

3

) (

4

2 6 3

k r td

g d

Re 01 ,

Nu

( 4.13) Chọn chiều cao lớp hạt ban đầu ở trạng thái tĩnh h0 = 0,05 m

Suy ra : Nu 5 , 3

Hệ số cấp nhiệt của tác nhân đến vật liệu:

K h m Kj d

Nu K

td k

0 2 3

2

/ 9275 , 155 10

76 , 2

10 15 , 10 3 , 5 8 , 0

) 14 4 (

Với K là hệ số hiệu chỉnh, lấy K=0,8

Tốc độ sấy đẳng tốc:

N  J m.f (4.15) Trong đó:

Jm: cường độ bay hơi của dòng ẩm (kg/m2h) f: diện tích bề mặt riêng khối lượng của vật liệu (m2/kg) Theo công thức (3.8),[2] ta có :

r

t r

q



 (4.16) t: nhiệt độ trung bình của tác nhân trong buồng sấy

2500

) 32 5 , 48 (

W

W kq

91 , 3 60 675 , 0

156 , 0 2 , 0

17 4

1 1

W N

52,213,0

156,0lg.3,2.60.675,0

156,0

18.4lg

3,2

2 2





 



4.5 KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ

4.5.1 Lưới phân phối:

Diện tích: ( Theo công thức (10.34),[1])

k k G

V

L F

 3600

74,56089

F

F V

59

,3







k ak d

G V

v F F

Chọn lưới có cách đục như sau:

Hình 4.1 : Kết cấu lưới phân phối

Diện tích lưới: t2

2

57 , 1 4

2 d  d

d: Đường kính lỗ lưới

59 , 3 57 ,

F

d G

mm

t  7



4.5.2.chiều cao buồng sấy:

Bao gôm chiều cao lớp giả lỏng và chiều cao buồng phân ly

Chiều cao lớp giả lỏng: ( Theo công thức (6.64),[2])

3 , 73

0733 , 0 7 , 0 1

56 , 0 1 05 , 0

22 4 1

h 4  0  200Chiều cao buồng phân ly:

Chiều cao này có thể xác định bằng công thức thực nghiệm: ( Theo công thức (6.84),[2])

max

25 , 0 65 , 0

) (

) (

08 , 0

v

v F

Fr D

H

k d

96 , 27 10

76 , 2 81 , 9

6 , 4

24 4

V Fr

Tuy nhiên để đảm bảo cho quá trình hoạt động, ta chọn chiều cao buồng phân ly bằng 2,5 lần chiều cao lớp tầng sôi

mm

h p  2 , 5  200  500Đường kính buồng phân ly : buồng phân ly phải có đường kính lớn hơn đường kính vùng tầng sôi để đảm bảo quá trình phân ly được tốt Khả năng phân ly phụ thuộc khá nhiều vào đường kính buồng phân ly

Chọn:

m

F D

m F

F

pl pl

G pl

23 , 2 4

9 , 3 3 3 , 1 3

m mm

h h

75

50005,03

25.40

75 81 , 9

26 4

m N F

G g P

2

2 2

t

d t

D

d n

C S

4107 , 0 10 140

25 , 245 187 , 0 96 ,

Buồng sấy làm việc

Thân buồng sấy chịu tác dụng của lực nén chiều chục

Theo điều kiện bền khi l 5D ta cĩ: Theo cơng thức XIII.8, sổ tay Quá Trình và Thiết Bị Cơng nghệ Hĩa Chất,[]

75 , 735



C: hệ số bổ sung

Chọn bề dày của buồng sấy : S=2 mm

4.7.BỘ PHẬN NHẬP LIỆU

Chọn bộ phận nhập liệu dạng vít tải vì vật liệu vận chuyển trong máng kín do

đó không tổn thất rơi vãi Vít tải vận chuyển thóc lên độ cao 2,5m đạt năng suất 5T/h

2

k n S

D

Q  T/h (4.30) Trong đó:

Q=5T/h

D: Đường kính vòng ngoài của cánh vít, m n: số vòng quay của trục vít, v/ph Chọn sơ bộ n= 60 vòng/phút Số vòng quay lớn nhất của trục vít có thể xác định theo công thức thực nghiệm: ( Theo công thức (1.28),[])

D

k

nmax  t v/ph (4.31) Trong đó

kt: hệ số của mức độ vận chuyển Đối với vật liệu hạt kt=30÷60, chọn

kt=60

S: bước vít, s = (0,8 ÷ 1)D chọn s=D, m

: khối lượng riêng của thóc, T/m3 1150.10-3 T/m3

k: hệ số chứa đầy, đối với thóc ta chọn bằng 0,4

3

3

4 , 0 10 1150 118 60

5 4

k

125 , 0

60

Thỏa mãn điều kiện làm việc nmax n chon

Công suất động cơ trên trục vít của vít tải : ( Theo công thức (1.29),[4])

Q: năng suất vít tải, T/h L: chiều dài vít, chọn L=5 m 0:hệ số cản chuyển động, đối với thóc ta chọn 0 3

H: độ cao nâng vật liệu, H= 2,5m

k d:hệ số động lực ( k d 1,151,25), chọn k d 1,2



N0 286,10 W Công suất động cơ để truyền động vít tải: ( Theo công thức (1.30),[4])

0. 4 33



k N

25 , 1 10 , 286

Vận tốc quay ( vòng/phút)

dn T

Tmax

dn

k T T

2p=4 ; n db=1500 vòng/phút

Kích thước cơ bản của động cơ 4A71 : ( Theo bảng P1.7 : KÍCH THƯỚC CỦA

ĐỘNG CƠ 4A,[6])

Hình 4.2: Kích thước bao của động cơ 4A

Kiểu Số

cực

Kích thước khuôn khổ, mm

Kích thước lắp đặt, mm Khối

lượng,

kg

l30 h31 d30 l1 l10 l31 d1 d10 b10 h 4A71 4 285 203 170 40 90 45 19 7 112 71 15,1

Tốc độ quay của trục nhanh không quá 1500 vòng/phút

Dựa vào tỷ số truyền giữa trục động cơ và trục vít, ta chọn hộp giảm tốc có:

83,2260

Hình 4.3 : Kích thước bao của hộp giảm tốc

Kích thước trục vào và trục ra hộp giảm tốc ZQ250, chọn trục ra kiểu Z :

Hình 4.4: Kích thước trục vào và các kiểu trục ra hộp giảm tốc

Tốc độ quay thực của trục vít :

p v

34,23

4.7.3.Tính toán trục vít của vít tải:

Mômen xoắn trên trục vít : ( Theo công thức (9.8),[7])

n

N975

M0  0 ( KG.m) (4.34) Trong đó:

N0: Công suất trên trục vít để băng làm việc

n : Số vòng quay của trục vít

65 , 4 60

2861 , 0 975

M0: Mômen xoắn trên trục vít

125,0



D

s tg

Tải trọng ngang tác dụng lên trục vít đặt giữa hai gối đỡ trục: ( Theo công thức (9.10),[7])

  4.36

2 0

KG L D k

l M

P n 

Trong đó :

L : Chiều dài băng tải, L =5 m

l : Khoảng cách giữa các gối đỡ, l =2,5 m

5,2.65,4.2

P

pd  d   (4.37) Tải trọng ngang phân bố đều trên trục vít :

21 , 256

5 , 2

14 , 53

0,93

5

65,4

Sơ đồ các tải trọng tác dụng lên trục vít :

Trục vít được xem như một dầm liên tục,ổ treo trung gian được xem như các gối đỡ.Dầm được chia làm 2 đoạn

Trục vít dùng để vận chuyển thóc nên chủ yếu chịu tác dụng của mômen xoắn

M0 và tải trọng ngang Pn phân bố đều trên trục vít, còn tải trọng dọc Pd phân bố đều trên trục vít thì gây uốn trục, nên khi tính sức bền trục thì xét ảnh hưởng của Pd

Sơ đồ tải trọng phân bố nên trục vít do M0 gây ra :

Hình 4.5: Sơ đồ tải trọng phân bố lên trục vít do M 0 gây ra

Sơ đồ tải trọng dọc phân bố lên trục vít do Pd gây ra :

Hình 4.6: Sơ đồ tải trọng dọc phân bố lên trục vít do P d gây ra

Sơ đồ tải trọng ngang phân bố lên trục vít do Pn gây ra :