thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy cà phê vối với năng suất 1700kgh

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: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất. Đặc biệt là sấy cà phê. Cà phê là một mặt hàng nông sản xuất khẩu lớn, mang lại giá trị kinh tế cao và có triển vọng phát triển mạnh ở nước ta trong thời gian tới. Đặc biệt là khâu chế biến và sản xuất. Đặc biệt để có được hương vị thơm ngon, đậm đà của cà phê thì quá trình sấy là vô cùng quan trọng. Có nhiều phương pháp cũng như thiết bị sấy khác nhau như sấy thùng quay, sấy hầm, sấy tháp...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc  -* -

2 Số liệu ban đầu:

Năng suất sấy : 1700kg/h

Nhiệt độ môi trường : 25 0C

- Tính toán công nghệ – thiết bị chính

- Tính cân bằng nhiệt lượng

- Tính toán thiết bị truyền nhiệt – thiết bị phụ

5 Ngày giao nhiệm vụ: 2/2015

6 Ngày hoàn thành : 12/05/2015

Huế, ngày 12 tháng 5năm 2015

Trưởng bộ môn CNSTH Giáo viên hướng dẫn

TS Nguyễn Thị Thủy Tiên

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong giai đoạn hiện nay của nước ta, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóathúc đẩy nhiều ngành công nghiệp phát triển Kèm theo đó thì nhu cầu con ngườicũng ngày càng tăng đòi hỏi các sản phẩm thực phẩm phải phải ngày càng tốt hơn.Chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều yếu tố khác nhau nhưng trong đó độ ẩm là mộttrong những yếu tố quan trọng cần được chú ý đến, nhất là đối với mặt hàng khô.Thời gian bảo quản dài hay ngắn phụ thuộc vào độ ẩm của thực phẩm Có nhiềuphương pháp tách ẩm khỏi vật liệu trong đó có phương pháp sấy đã và đang được sửdụng phổ biến hiện nay

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

Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ nghệ sấy các nông sảnthành những sản phẩm khô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làmphong 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 đểsấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm nănglượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp với từng loại nguyên vậtliệu để đạt được chất lượng cao nhất Đặc biệt là sấy cà phê Cà phê là một mặthàng nông sản xuất khẩu lớn, mang lại giá trị kinh tế cao và có triển vọng phát triểnmạnh ở nước ta trong thời gian tới Đặc biệt là khâu chế biến và sản xuất Đặc biệt để

có được hương vị thơm ngon, đậm đà của cà phê thì quá trình sấy là vô cùng quantrọng Có nhiều phương pháp cũng như thiết bị sấy khác nhau như sấy thùng quay,sấy hầm, sấy tháp

Trong đồ án này em có nhiệm vụ “Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy cà phê nhân với năng suất 1700kg/h”

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ SẤY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

1 Khái niệm chung về quá trình sấy:

1.1 Khái niệm:

Sấy là quá trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch khi có sự thayđổi trạng thái bốc hơi hoặc thăng hoa Kết quả là làm cho hàm lượng chất khô của vậtliệu tăng lên Đây là một quá trình kỹ thuật rất phổ biến và rất quan trọng trong côngnghiệp và đời sống

Mục đích:

- Làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở)

- Tăng thời gian bảo quản, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng sinh hóa

- Tạo hình cho sản phẩm

- Tăng độ bền cho sản phẩm như gỗ, vật liệu là gốm sứ

- Tăng tính cảm quan cho sản phẩm…

1.2. Nguyên lý của quá trình sấy:

Sấy là quá trình làm khô vật liệu ẩm khi được cung cấp năng lượng theo trình tự:gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để làm khuếch tán ẩm trong vật liệu, đưa hơi ẩm thoátkhỏi vật liệu

Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phứctạp vì nó bao gồm cả quá trình khuyếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắnđồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trìnhchuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi rakhỏi vật liệu ban đầu, vận tốc của toàn bộ quá trình được quy định bởi giai đoạn nàochậm nhất Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu vàbên trên bề mặt vật liệu Quá trình khuyếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suấthơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trườngkhông khí xung quanh Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thứcđẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt vật liệusấy

Trong quá trình sấy thì nhiệt độ và môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnhhưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy Do vậy khi nghiên cứu quá trình sấy thìphải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy:

- Mặt tĩnh lực học: tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta sẽtìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và của các tácnhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượngnhiệt cần thiết cho quá trình sấy.

- Mặt động lực học: nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vậtliệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất, cấu trúc, kíchthước của vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy để từ đóxác định được chế độ sấy và thời gian sấy thích hợp

- Thực hiện đơn giản, không cần kỹ thuật cao

- Chi phí đầu tư, vận hành thấp, ít tốn nhiệt năng

- Bề mặt trao đổi nhiệt lớn

* Nhược điểm:

- Khó thực hiện cơ giới hóa, không điều chỉnh được nhiệt độ cần thiết

- Cường độ sấy không cao, sản phẩm sấy không đồng đều

- Chiếm diện tích mặt bằng lớn

- Sản phẩm không đạt vệ sinh do nhiễm bụi, vi sinh vật

- Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết, thời gian sấy dài

- Sử dụng nhiều nhân công, tốn thời gian, năng suất thấp

- Vật liệu sau khi sấy còn lượng ẩm khá cao

Thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vậtliệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹthuât sấy có thể chia ra nhiều dạng:

- Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tácnhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò…

- Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy,

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

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

do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy

- Sấy bằng dòng điện cao tần: phương pháp dùng dòng điện cao tần để đốt nóngtoàn bộ chiều dày của vât liệu sấy

- Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không cao, nhiệt

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

* Ưu điểm:

- Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên

- Kiểm soát được sản phẩm ra vào, nhiệt độ cung cấp

- Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu

- Tốn ít mặt bằng, nhân công

*Nhược điểm:

- Tốn chi phí đầu tư trang thiết bị, cán bộ kỹ thuật, chi phí năng lượng

1.4 Tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chọn thiết bị sấy

Những chất dùng để đưa lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy

Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy :

- Gia nhiệt cho vật sấy

- Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường

- Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt

- Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầu hết các

loại sản phẩm Dùng không khí ẩm không làm sản phẩm sau khi sấy bị ô nhiễm và thayđổi mùi vị Tuy nhiên dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ gianhiệt không khí (caloriphe khí, hơi hay khí hoặc khói), nhiệt độ sấy không quá cao,thường nhỏ hơn 5000C vì nếu nhiệt độ cao quá thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạobằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt

- Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên

10000C mà không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm gâymùi khói Vì vậy khói chỉ dung cho các vật liệu không sợ ô nhiễm như gỗ, đồ gốm,một số loại hạt có vỏ

- Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy

nổ và có khả năng chịu được nhiệt độ cao Vì vậy sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt độthường lớn hơn 1000C (sấy ở áp suất khí quyển)

1.4.3. Thiết bị sấy

Phân loại, thiết bị sấy: Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp khác nhau nên

có nhiều cách để phân loại thiết bị sấy:

- Dựa vào áp suất làm việc: có thiết bị sấy chân không và thiết bị sấy ở áp suấtthường.

- Dựa vào phương thức làm việc: có sấy liên tục và sấy gián đoạn

- Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc,thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ

- Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấythùng quay, sấy phun

- Dựa vào chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy: sấy cùng

chiều, ngược chiều, giao chiều

1.4.4 Hệ thống sấy đối lưu:

Sấy đối lưu là dùng không khí nóng hoặc khói lò làm tác nhân sấy, tiếp xúctrực tiếp với vật liệu sấy, làm cho ẩm (nước) trong vật liệu sấy bay hơi rồi đi theo tácnhân sấy Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều, hoặc cắt ngangdòng sản phẩm Sau thời gian sấy nào đó ta thu được sản phẩm theo yêu cầu Sấy đốilưu có thể thực hiện theo mẻ hoặc liên tục, sản phẩm sấy có thể lấy ra khỏi buồng sấytheo mẻ hoặc liên tục tương ứng với nạp liệu vào

2. Giới thiệu về nguyên liệu

2.1 Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê

1 Vỏ quả

2 Lớp vỏ thịt

3 Vỏ trấu

4 Vỏ lụa

5 Nhân.

Hình 1: Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê

Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ của cà phê chè mềmhơn cà phê vối

Lớp vỏ thịt: là phần dưới lớp vỏ mỏng còn gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chèmềm chứa nhiều chất ngọt và dễ xay xát hơn

Lớp vỏ trấu: hạt cà phê sau khi loại vỏ quả, vỏ thịt và phơi khô gọi là cà phêthóc Vì bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng chứa nhiều chất xơ gọi là vỏ trấu hay còngọi là nội bì Vỏ trấu cà phê chè mỏng và dễ dập hơn cà phê vối

Lớp vỏ lụa: xát cà phê thóc còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa Chúng cómàu sắc và đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê Vỏ lụa cà phê chè có màu trắngbạc rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến

Nhân cà phê: nằm ở phần trong cùng Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3nhân Thông thường thì có 2 nhân

2.2 Thành phần hóa học của nhân cà phê

Bảng 1: Thành phần hóa học của nhân cà phê

2.3. Quy trình sản xuất cà phê nhân

Trong kỹ thuật chế biến cà phê nhân người ta dùng 2 phương pháp chính : -Phương pháp ướt

-Phương pháp khô

*Phương pháp sản xuất ướt:

Quả cà phê tươi sau khi phân loại và làm sạch rồi chuyển sang xát tươi (bóc vỏquả) và loại bỏ các lớp vỏ, thịt và các chất nhờn bên ngoài và phơi sấy khô đến mức

độ nhất định

*Phương pháp sản xuất khô:

Chỉ có một giai đoạn chính là phơi quả cà phê tươi đến mức độ nhất định thìtạo thành quả cà phê thóc khô

- So sánh 2 phương pháp ta thấy :

Phương pháp chế biến khô tuy đơn giản, ít tốn năng lượng, nhân công nhưngphương pháp này có nhiều hạn chế là phụ thuộc vào điều kiện thời tiết 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 kỹ thuật cao hơn Nhưngphương pháp này thích hợp với mọi hoàn cảnh, mọi điều kiện khí hậu thời tiết Đồngthời rút ngắn được thời gian sản xuất, tăng năng suất của nhà máy và nâng cao chấtlượng sản phẩm cà phê

3 Chọn thiết bị sấy và phương thức sấy:

3.1 Thiết bị sấy:

Sấy thùng quay thuộc hệ thống sấy đối lưu, chuyên dùng sấy hạt đậu, sấy ca cao,cục nhỏ, nguyên liệu có khuynh hướng bị rối hoặc dính vào nhau trên băng chuyềnhoặc khay Cấu tạo chính hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn, đặtnghiêng so với mặt phẳng nằm ngang, có 2 vành đai trượt trên các con lăn tựa khithùng quay Khoảng cách giữa các con lăn có thể điều chỉnh để thay đổi góc nghiêngcủa thùng Thùng quay với vận tốc 1 - 8 vòng/phút, vận tốc của không khí đi trongthùng khoảng 2 - 3 m/s

Bên trong thùng có các đệm chắn, các đệm chắn này vừa có tác dụng phân bốvật liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu vừa tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệusấy và tác nhân sấy

Ngoài ra còn có hệ thống quạt là tạo ra dòng chảy của tác nhân sấy có lưu lượngtheo yêu cầu kỹ thuật Bộ phận calorife để gia nhiệt cho tác nhân sấy Cyclon để thuhồi bụi trước khi thải ra môi trường

Ưu điểm của máy sấy thùng quay là quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp

xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100 kg ẩm/m3h.Thiết bị gọn, có thể cơ khí hóa và tự động hóa toàn bộ khâu sấy Tuy nhiên, máy sấy

thùng quay có nhược điểm là vật liệu bị đảo lộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn, nên

trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm

3.2 Chế độ sấy:

Ta chọn chế độ sấy liên tục cho chất lượng sản phẩm tốt, thao tác nhẹ nhàng

Hệ thông sấy tĩnh

Quả cà phê tươi Tiếp nhận Tách tạp chất, phân loa loại loại

Bể xiphông Tách vỏ quả Đánh nhớt

4. Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (theo phương pháp ướt)

Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (phương pháp ướt):

Đóng bao - bảo quản

Cà phê thóc

Hơi nước

5

3 4

Nguyên liệu

4.1 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Nguyên liệu là cà phê quả tươi, có độ chín hơn 90% Cà phê quả phải có độchín đều, nguyên liệu phải được chế biến ngay sau 24h thu hái Cà phê sau khi thu

hoạch về được đưa vào sàng phân loại và tách tạp chất nhằm loại ra những tạp chất,

đất đá lẫn trong nguyên liệu đồng thời phân loại được quả to, nhỏ, làm tăng độ đồng

đều cho nguyên liệu Sau khi ra khỏi sàng phân loại thì đi vào bể xi phông để phân

loại quả cà phê xanh, không đảm bảo chất lượng; làm mềm vỏ tạo điều kiện thuận lợi

cho bóc sau này được dễ dàng Cà phê chính phẩm sau khi ra khỏi bể xi phông thì

đến máy bóc vỏ quả và vỏ thịt Tại đây vỏ quả và vỏ thịt bị xé nhờ dòng nước phun

với áp lực cao Cà phê chính phẩm sau khi tách vỏ thì đưa vào thiết bị đánh nhớt,

mục đích của công đoạn này là loại bỏ lớp nhớt dính trên vỏ, sau đó được đưa qua hệ

thống sấy tĩnh rồi đưa vào thiết bị sấy thùng quay để đưa độ ẩm của cà phê về 10

-12% thuận lợi cho quá trình bảo quản chế biến sau này Sau khi cà phê được sấy xong

nếu chưa có đơn đặt hàng thì được đóng bao, bảo quản

4.2 Thyết minh sơ đồ hệ thống:

Sơ đồ hệ thống

Bụi

Nước ngưng Sản phẩm

1 calorifer 2 quạt đẩy 3.Thùng sấy

4 Tháo sản phẩm 5 quạt hút 6 cyclon

Thuyết minh

Tác nhân sấy là không khí nóng, tác nhân tải nhiệt là hơi nước bão hòa

Khí

thải

Cà phê được đưa vào đầu cao của thùng sấy một cách liên tục Tác nhân sấy vàvật liệu sấy đi cùng chiều.

Tại thùng sấy, Cà phê sẽ đi sâu vào thùng sấy, được xáo trộn bởi các cánh đảokhi thùng quay, Cà phê đi từ đầu cao xuống đầu thấp của thùng sấy Đồng thời sẽdiễn ra quá trình trao đổi ẩm giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy

Vật liệu khô được tháo qua cơ cấu tháo liệu rồi nhờ cơ cấu băng tải vận chuyền

đi đóng gói Cơ cấu băng tải còn có tác dụng làm nguội Cà phê tự nhiên trước khithành phẩm

Không khí ở điều kiện thường được quạt đẩy đưa vào calorife để tiến hành gianhiệt lên 820C rồi sau đó đưa vào thùng sấy Tại đây xảy ra quá trình trao đổi ẩm giữavật liệu sấy và tác nhân sấy Nhiệt độ sấy sẽ giảm dần và khi vật liệu ra khỏi thùngsấy thì nhiệt độ còn 370C

Không khí ra khỏi thùng sấy có lẫn bụi, hỗn hợp này được dẫn vào cyclon giữlại những hạt vật liệu bị kéo theo, không khí sạch được thải ra ngoài môi trường nhờquạt hút

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH CỦA MÁY SẤY

1 Thành lập cân bằng của vật liệu sấy:

Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy cà phê với năng suất 1700 kg/h:.

Số liệu ban đầu:

Năng suất sấy: 1700kg/h

G1,G2: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy, (Kg/h)

Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy , (Kg/h)

W1, W2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy,tính theo % khối lượng vật liệuướt

W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy, (Kg/h)

L: Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy, (Kg/h)

xo: Hàm ẩm của không khí trước khi vào calorife sưởi, (Kg/Kg kkk)

x1, x2: Hàm ẩm của không khí trước khi vào máy sấy (sau khi đi qua calorife

1.1 Lượng ẩm được tách ra :

(Nguyễn Bin Sổ tay QT & thiết bị công nghệ hóa học Tập 2 trang 165)

(kg/h)

1.2 Khối lượng vật liệu trước khi vào thùng sấy:

G1 = G2 + W (Nguyễn Bin Sổ tay QT & thiết bị công nghệ hóa học Tập 2

-trang 165)

G1 = 1700 + 268,421 = 1968,421 (kg/h)

1.3 Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

( Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công nghệ hóa học Tập 2 - trang 165)

Gk = = 1496 (kg/h)

2 Tính toán thiết bị chính

2.1 Tính thời gian sấy:

(w1 - w2) = M (0,185 + 3) (CT 10.12 /210 - Tính toán và thiết kế hệ thống sấy

G1: khối lượng vật liệu vào máy sấy (kg/h)

: thời gian sấy (giờ)

: hệ số điền đầy, = 0,2 – 0,3 chọn = 0,2

: khối lượng riêng của vật liệu sấy (kg/m3)

2.3 Xác định đường kính và chiều dài thùng sấy:

Ta chọn tỉ lệ hay L = 5D (10.1/207 - Tính toán và thiết kế hệ thống sấy – Trần Văn Phú)

Khi đó đường kính thùng sấy được xác định:

Chọn D = 1,897 m Nên chiều dài thùng sấy L = 5.1,897 = 9,485 (m)

2.3 Số vòng quay của thùng sấy (n):

n = (CT VII.52/124 - Sổ tay QT&TB Tập 2)

Trong đó:

α: Góc nghiêng của thùng quay, độ Thường góc nghiêng của thùng dài là 2,5 ÷

30, còn thùng ngắn đến 60, chọn α = 30 => tgα = 0,0524

m: Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m = 1

k: Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, k = 1,2

τ : Thời gian sấy (phút)

 n = =1,087(vòng/phút)

2.4 Công suất của thiết bị:

N = 0,13.10-2.D3.L a.n (VII.54/123 - Sổ tay QT&TB Tập 2)

Trong đó:

n : Số vòng quay của thùng sấy

a : Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,063

ρ : khối lượng riêng xốp trung bình, ρ = 650 (kg/m3.)

D, L : Đường kính và chiều dài của thùng, (m)

 N = 0,13.10-2.1,8973.9,485.0,063.1,087.650 = 3,747 (KW/h)

3 Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng :

3.1 Trạng thái không khí bên ngoài :

Hàm ẩm ban đầu:

(VII.11/95 – sổ tay QT&TB tập 2)

Vơi P: áp suất hơi bão hòa của không khí ngoài trời,

lấy P = 0,981 bar

Pbh0 : áp suất hơi bão hòa ở 250C

(CT 2.31/31 - Tính toán và thiết kế hệ thống sấy - Trần

Văn Phú)

= 0,032(bar)

Hàm nhiệt ẩm của không khí :

(VII.14/96 - Sổ tay QT&TB Tập 2)

=25 + (2493 + 1,97.25).0,017= 68,218 (kJ/kgkkk)

Thể tích riêng của không khí ẩm:

v0 = = = 0,899 (m3/kgkk)

(VII.8/94 - Sổ tay QT&TB Tập 2)

3.2 Tính toán không khí đưa vào calorife:

t1 = 82oC x1 = xo= 0,017 (kg/kgkk)

Pbh1 = exp = exp = 0,506(bar)

Pbh2 = exp = exp = 0,062 (bar)

Ta có I2 = t2 + (2493+1,97.t2).x2

 x2 = = = 0,035 (kg/kgkkk)

 φ2 = = = 0,843 =8,43%

 v2 = = = 0,961 (m3/kgkkk)

3.4 Tính nhiệt độ điểm sương.

Ở nhiệt độ điểm sương ta có φ = 1

Ta có: pbh2 = 0,062 bar = 0,0608 at với x = 0,035 và pa = 0,981 bar

Áp suất hơi bão hòa tại t0

s là (φ = 1 ở ts)pbhts = = = 0,052 at

Từ bảng I.250/312 – QT&TB tập 1 ts = 33,4570C

t2 – ts = 37 – 33,457 = 3,510C (thỏa mãn yêu cầu)

Bảng 2: Các thông số của không khí

to (oC) x(kg/kgkkk)  (%) I (kJ/kgkkk)Trước khi vào

(kg kkk/kg ẩm bay hơi) (VII.20/102-Sổ tay QT&TB Tập 2)

Khi qua calorife sưởi không khí chỉ thay đổi nhiệt độ mà không thay đổi hàm

ẩm, nghĩa là x1 = x0 Do vậy ta có:

(kg kkk/kg ẩm bay hơi)

l = = = 55,556 (kg kkk/kg ẩm bay hơi)

- Lượng không khí khô tiêu tốn (L) để làm bốc hơi W kg ẩm trong vật liệu:

(kg kkk/h) (VII.21/102-Sổ tay QT&TB Tập 2)

L = = 145912,278 (kg kkk/h)

Bảng 3: Tổng kết cho vật liệu sấy

Vtb = = = 15150,876(m3/h) = 4,209 (m3/s)

4 Cân bằng nhiệt lượng:

Cn: nhiệt dung riêng của nước Cn = 4,18 (kJ/kgoK)

Ckhô = 1,55 KJ/kgđộ: nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối

 Cvl = 4,18.012 + 1,55.(1 - 0,12) = 1,866 (kJ/kgoK)

4.1 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy:

a) Nhiệt lượng mang vào do tác nhân sấy: (qkkv)

qvls = (Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công nghệ hóa học Tập 2 - trang 198).

qvls = + 4,18.25 = 446,600(kJ/kg ẩm)

* Vậy tổng lượng nhiệt mang vào:

= qkkv + qs + qvls = 3789,919 + 3272,748+ 446,600

= 7509,267 (kJ/kg ẩm)

4.2 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy:

a) Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang ra: (qkkr)

qkkr = l.I2 = 55,556.127,127= 7062,668 (kJ/kg ẩm)

(Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công nghệ hóa học Tập 2 - trang 198)

b) Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: (qvlr)

qvlr = = = 378,176(kJ/kg ẩm)

(Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công nghệ hóa học Tập 2 - trang 198).

c) Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh:

 Tổn thất qua vỏ máy:

Trong đó:

F: Bề mặt xung quanh của máy sấy

: Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh

K: Hệ số truyền nhiệt (W/m2.K)

Trong đó:

: Tổng nhiệt trở của thành máy sấy

: Hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấy

- Tốc độ sấy lí thuyết: ωlt = = = 1,862(m/s)

- Chuẩn số Reynolds:

Re = = = = 8,926

(Công thức I.225/318- Sổ tay QT&TB Tập1)

Với ω là vận tốc trung bình trong máy sấy

v = 1,9786.10-5 m2/s là độ nhớt động học của không khí

L: kích thước hình học xác định theo đường kính tương đương

Re = 8,739.105 > 104 nên tính theo chế độ chảy xoáy

- Chuẩn Nuxen đối với chất khí:

Nu = 0,018.εl.Re 0,8 (Công thức V.42/16 - Sổ tay QT&TB Tập2)

Trong đó: ε1 phụ thuộc vào tỷ số và Re

(Công thức I.36/124 - Sổ tay QT&TB Tập1)

λ0: hệ số dẫn nhiệt 0 0C

c: hằng số phụ thuộc vào loại khí

T: nhiệt độ tuyệt đối của không khí

Tra bảng I.122 STQT&TB T1 trang 124 ta có: c = 122, λ0 = 0,0201

Bảng 4: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:

Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên nên xem nhiệt độ không đổi khi truyền qua

Bảng 5 : Chọn bề dày thùng và vật liệu:

STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị chọn

Hệ số dẫnnhiệt

(W/mK)

(W/m2K)

(Công thức V.135/41 - Sổ tay QT&TB Tập2)

Trong đó:

C0 = 5,7: Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối

T1 : Nhiệt độ tuyệt đối của thành máy sấy, oK , T1 = t3

T2 : Nhiệt độ của môi trường, oK , T2 = to

ε : Độ đen của bề mặt ngoài của máy sấy

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

F = π Dtb.LT + 2 = 3,14 2.9,485 + 2 = 65,879 (m2)

 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh:

(oC)

Mà = 82 - 25 = 570C Hiệu số nhiệt độ của không khí vào máy sấy

và nhiệt độ môi trường

= 37 - 25 = 120C Hiệu số nhiệt độ của không khí ra khỏi máy sấy

và nhiệt độ môi trường

=> = = 28,881 (oC)

Nên tổn thất qua vỏ máy sấy là:

qtt = = = 2,445(KJ/Kg ẩm )Tổn thất nhiệt động học: