SẤY MUỐI BẰNG THÙNG QUAY

Trong những năm 70trở lại đây người ta đã đưa kỹ thuật sấy thành công nghệ sản xuất các mặt hàng nôngsản, hay thực phẩm khô… Không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làmphong phú th

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới các thầy, cô giáotrường Đại học Tôn Đức Thắng thành phố Hồ Chí Minh nói chung và các thầy côkhoa Khoa Học Ứng Dụng; bộ môn Hóa lý kỹ thuật nói riêng đã tận tình giảng dạy,truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Đồ án Qúa trình và thiết bị là môn học để sinh viên chúng em được áp dụng lýthuyết trong suốt thời gian học, đặc biết sẽ tiếp cận được quá trình thiết kế thiết bị hóahọc mà trước đây chỉ học qua sách vở, ngoài ra còn giúp chúng em nâng cao khả nănglàm việc nhóm và năng lực giải quyết vấn đề một cách nhanh chóng

Em chân thành cảm ơn thầy Võ Thanh Hưởng đã tận tình hỗ trợ, giúp đỡ,hướng dẫn em trong quá trình trình tính toán, xử lý, thiết kế hệ thống…trong suốt thờigian qua để em hoàn thành tốt đồ án

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn

Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2016

SV : Lê Quốc Cường

LỜI MỞ ĐẦU

Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển từ lâu đời Trong những năm 70trở lại đây người ta đã đưa kỹ thuật sấy thành công nghệ sản xuất các mặt hàng nôngsản, hay thực phẩm khô… Không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làmphong phú thêm các mặt hàng thực phẩm thuận tiện cho người tiêu dùng như : cà phê,muối, các loại bột, các gia vị khô, cá khô…

Nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm và đường bờ biển kéo dài rấtthuận lợi cho ngành công nghiệp sản xuất muối phát triển Do tính chất đặc thù củamuối có độ ẩm cao, dễ hút ẩm, nên việc lựa chọn thiết bị sấy đạt năng suất cao, tiếtkiệm năng lượng là hết sức cần thiết

So với nhiều phương pháp sấy khác, phương pháp sấy thùng quay là phươngpháp có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và là mộtphương pháp mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể

Em được giao thực hiện đề tài : “ Thiết kế hệ thống sấy để sấy muối ăn” với độ

ẩm đầu là 8% và độ ẩm sau là 0,2% với năng suất 2000 kg/h Do thời gian và kiếnthức còn hạn chế mặc dù đã cố gắng nhưng trong đề tài cũng không tránh khỏi nhữngsai sót Kính mong nhận được sự góp ý của Qúy thầy, cô để em rút kinh nghiệm vàhoàn thành tốt các môn học sau này

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN VẬT LIỆU

VÀ QUÁ TRÌNH SẤY.

1.1 Sơ lược về muối ăn

Công thức hóa học: NaCl

Muối ăn hay còn gọi là muối đây là một khoáng chất được con người đưa vào sửdụng trong món ăn như một thứ gia vị Có rất nhiều dạng muối ăn: muối thô, muốitinh, muối Iốt

Đây là một chất rắn dạng tinh thể màu trắng hay xám rất nhạt, thu được từ nướcbiển hay các mỏ muối Muối thu được từ nước biển có các tinh thể nhỏ hơn hoặc lớnhơn muối mỏ Trong tự nhiên muối ăn bao gồm chủ yếu là natri clorua (NaCl), nhưngcũng có chứa một ít khoáng chất khác (khoáng chất vi lượng) Muối ăn thu được từ

mỏ có thể có màu xám hơn vì dấu vết của các khoáng chất vi lượng Muối ăn là cầnthiết cho sự sống của mọi cơ thể sống, bao gồm cả con ngừơi

Công dụng của muối :

• Muối ăn tham gia vào việc điều chỉnh độ chứa nước của cơ thể (cânbằng lỏng) Muối ăn bắt bụộc cho sự sống, nhưng việc sử dụng quámức có thể làm tăng độ nguy hiểm cho sức khỏe, nhất là người cóbệnh cao huyết áp Trong việc nấu ăn làm gia vị muối ăn còn được

sử dụng như chất bảo quản

• Muối ăn còn được dùng làm chất bảo quản cho các thực phẩm, đểlàm một số món ăn như muối dưa, muối cà, làm nước mắm, Do cótính sát trùng nên muối ăn còn được pha loãng làm nước súc miệnghay rửa vết thương ngoài da

• Ngoài ra muối ăn không chỉ dùng để ăn mà còn dùng cho các việckhác trong ngành công nghiệp đặc biệt là ngành hóa chất

1.2 Sơ lược về quá trình sấy

1.2.1 Sơ lược về sấy

Trong công nghiệp hoá chất, thực phẩm quá trình tách nước ra khỏi vật liệu (làmkhô vật liệu) là rất quan trọng Tuỳ theo tính chất và độ ẩm của vật liệu, mức độ làmkhô của vật liệu mà tách nước ra khỏi vật liệu bằng những phương pháp sau:

• Phương pháp cơ học (sử dụng máy ép, lọc, ly tâm…)

• Phương pháp hoá lý (dùng CaCl2, acid H2SO4 để tách nước)

• Phương pháp nhiệt ( dùng nhiệt để bốc hơi nước trong vật liệu)

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Kết quả của quátrình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên Điều này có ý nghĩa quan

trọng về nhiều mặt:nhằm tăng khả năng bảo quản đối với nông sản và thực phẩm, làmtăng độ bền cơ học đối với sứ, làm tăng khả năng đốt cháy đối với than củi… Các vậtliệu sau khi sấy ra điều giảm khối lượng hoặc thể tích nên giảm được giá thành vậnchuyển.

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệtđể biến đổi trạng tháipha lỏng trong vật liệu thành hơi Cơ chế của quà trình được mô tả bằng bốn quá trình

cơ bản sau:

• Cấp nhiệt cho bề mặt nhiên liệu;

• Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào nhiên liệu;

• Khi nhận được nhiệt lượng, dòng ẩm di chuyển từ trong vật liệu ra bề mặt;

• Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu sẽ thoát ra môi trường xung quanh

Bốn quá trình này được thể hiện bằng sự truyền ẩm bên trong vật liệu và sự traođổi nhiệt ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu với môi trường xung quanh

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

• Sấy đối lưu;

• Sấy tiếp xúc;

• Sấy bức xạ, chân không hoặc thăng hoa

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

• Thiết bị sấy buồng: Vật liệu được sấy gián đoạn ở áp suất khí quyển Vật liệu

được xếp trên những khay hoặc xe đẩy, việc nạp và tháo nhiên liệu được thựchiện ở ngoài phòng sấy Nhược điểm của thiết bị loại nàylà thời gian sấy dài,vật liệu không được đảo trộn dẫn đến sấy không đều, bị mất nhiệt khi nạp vàtháo nhiên liệu, khó kiểm soát được quá trình

• Thiết bị sấy hầm: làm việc ở áp suất khí quyển và tác nhân sấy là không khí

hay khói lò Vật liệu được xếp trên các khay đặt trên xe goòng di chuyển dọctheo chiều dài hầm Chiều dài hầm có thể lên đến 60m, vận tốc chuyển độngcủa không khí trong hầm thường từ 2 – 3m/s Nhựơc điểm của thiết vị này làsấy không đều do sự phân lớp không khí nóng và lạnh theo chiều cao cảu hầm.Tuy nhiên, hầm sấy là loại thiết bị sấy dễ sử dụng các phương thức sấy khácnhau, dòng khí và vật liệu sấy có thể chuyển động cùng hoặc ngược chiều

• Thiết bị sấy thùng quay: Đây là loại thiết bị sấy được dùng rộng rãi trong cômg

nghiệp hoá chất và thực phẩm để sấy một số loại hoá chất, phân bón, ngũ cốc,bột đường… Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển tác nhân sấy có thể là khôngkhí hoặc khói lò Vận tốc chuyển động của tác nhân sấy trong thùng khoảng 2– 3m/s còn thùng quay với tốc độ 1 – 8 vòng/phút Ưu điểm là quá trình sấyđều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc của vật liệu và tác nhân sấy Tuynhiên, do vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị gãy vụn tạo ra bụi do đó làmgiảm phẩm chất của sản phẩm

• Thiết bị sấy phun: Đây là thiết bị dùng để sấy các vật liệu lỏng như sữa, dd đậu

nành, gelarin… Dd lỏng được phun thành dạng phun vào trong phòng sấy

Nhiệt độ dòng tác nhân có thể lên đến 750oC và phụ thuộc vào tính chịu nhiệtcủa vật liệu Ưu điểm chủ yếu cảu thiết bị là sấy nhanh thu được sản phẩm ởdạng bột mịn Nhược điểm là kích cỡ phòng sấy lớn, tiêu tốn nhiều năng lượng,thiết bị phức tạp nhất là ở cơ cấu phun bụi và hệ thống thu hồi sản phẩm.

• Thiết bị sấy tầng sôi

• Thiết bị sấy khí động.

1.2.2 Thiết bị sấy thùng quay

Hệ thống sấy thùng quay là hệ hệ thống sấy dùng để sấy các loại hạt, cục nhỏ

Nó được dùng rộng rãi trong công nghiệp để sấy các loại hạt So với cùng sấy muốibằng thiết bị sấy tầng sôi tuy không đạt được hiệu quả chất lượng bằng nhưng so vớimặt kinh tế thì sấy thùng quay luôn được lựa chọn ưu tiên trong công nghiệp Vì vậy,thiết bị chọn để sấy muối, em quyết định chọn thiết kế hệ thống sấy muối ăn bằng hệthống sấy thùng quay

Thiết bị sấy thùng quay gồm 1 thùng hình trụ đặt nghiên Toàn bộ tải trọng củathùng được đặt lên 2 bánh đai đỡ Bánh đai được đặt trên con lăn đỡ Thùng quayđược nhà bánh răng ăn khớp với bánh răng dẫn truyền động từ động cơ qua bộ phậngiảm tốc Không khí ngoài trời được quạt đẩy đưa vào caloriphe khí hơi gia nhiệt đến

150oC rồi vào thiết bị thùng quay Muối sau khi kết tinh được nạp liên tục vào thiết bịsấy bằng gàu tải Trong thùng quay, muối dược đảo trộn mạnh, được chuyển dọc theothùng nhờ các cánh nâng Cách cánh nâng vừa có tác dụng phân bố đều muối vừa cótác dụng tăng diện tích tiếp xúc giữa muối và không khí nóng, do đó trao đổi mạnh,tốc độ sấy nhanh, và độ đồng đều của sản phẩm cao Độ ẩm của muối giảm từ 8%xuống 0,2% Muối sau khi sấy theo cửa tháo liệu ra ngoài theo băng tải Không khísau khi sấy có nhiều bụi nên đi vào Cyclon để thu hồi bụi, sau đó không khí sạch đượcquạt hút thải ra ngoài môi trường, bụi được chứa ở bunke Sau sấy, muối được đónggói tiếp tục bảo quản hoặc vận chuyển đi tiêu thụ

CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.

2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

2.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ.

CHƯƠNG 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG

LƯỢNG.

 Vật liệu sấy là muối có các thông số sau :

- Độ ẩm đầu của vật liệu sấy : ω1=8%

- Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: ω2=0,2%

- Khối lượng riêng : ρ = 2350 kg/m3

- Khối lượng riêng xốp : ρv = 1020 kg/m3

- Nhiệt dung riêng của vật liệu khô : Cvl = 0,712 kJ/kg.K

- Đường kính hạt : Dtb = 0,5 mm

- Năng suất theo sản phẩm : G2 = 2000 kg/h

 Tính các thông số của tác nhân sấy

Do vật liệu sấy là muối, sau khi sấy cần phải có độ tinh trắng nên chọn tác nhânsấy là không khí , nó không gây đen hay bẩn sản phẩm muối

Trạng thái không khí ngoài trời được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằngcặp thông số (t0,φ0) Do vật liệu sấy là muối có thể thu hoạch từ nước biển.Vì vậy, tachọn trạng thái A theo giá trị nhiệt độ và độ ẩm trung bình của Ninh Thuận : t0 = 270C,

φ0 = 70% (tra theo bảng VII.1 – 97 [3])

- Áp suất hơi bão hòa : Pb0 = exp (12 – ), bar (CT 2.31/31-[1])

là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy.Theo kinh nghiệm sấy muối ta chọn t1= 2000C.Tính toán tương tự như trên

- Vì nhiệt độ sấy lớn hơn 1000C nên Pb1=Pb0 = 0,035 bar

- Lượng chứa ẩm : d1=d0=0,016 kg/kgkkk

 = 2,5 %

- Enthapy : I1=1,004x200+0,016x(2500+1,842x200) = 246,694 kJ/kgkkk

- Thể tích riêng của không khí : 1 = = 1,389 m3/kgkkk

Không khí ở trạng thái B được đưa vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy lýthuyết (I1=I2) Trạng thái đầu ra của thiết bị sấy là C (t2,φ2) Nhiệt độ ra khỏi thiết bịsấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt độ do tác nhân sấy mang đi là bé nhất, nhưng

phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa là tránh cho trạng thái C nằm trên đường bãohòa Đồng thời độ chứa ẩm của tác nhân sấy tại C phải nhỏ hơn độ ẩm cân bằng củavật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại Với I1=I2=246,694kJ/kgkkk Chọn nhiệt độ ra khỏi thiết bị sấy t2 = 900C

- Áp suất hơi bão hòa : Pb2= exp(12- ) = 0,691 bar

Bảng 3.1 : Trạng thái tác nhân sấy (không khí) trong quá trình sấy thực

Đại lượng Trạng thái không khí ban đầu (A)

Trạng thái không khí vào thiết bị sấy

- Lưu lượng thể tích tác nhân sấy : V = x Lk m3/h

Bảng 3.2 : Bảng đại lượng của vật liệu và không khí

4420,00Lượng thể tích trung bình V12 m3/h 4833,67

3.2 Tính cân bằng năng lượng.

 Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy lý thuyết

- Cân bằng nhiệt lượng cho quá trình sấy lý thuyết:

 Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy thực tế

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 di vậtliệu 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 QBS=QCT=0

Các thông số:

• Nhiệt độ vật liệu vào: tv1= 270C

• Nhiệt độ cuối của vật liệu sấy : tv2 = t1-(5÷100C) = 200-10=1900C

• Nhiệt dung riêng ẩm : Ca = 4,18 kJ/kg.K

• Nhiệt dung riêng vật liệu : Cv = Cvlx(1-ω2)+ Ca x ω2

= 0,712x(1-0,002)+4,18x0,002 = 0,719 kJ/kg.K

Ta xem Cv1 = Cv2 = Cv = 0,719 (Trang 135-[1])

Bảng 3.3 : Nhiệt lượng mang vào và mang ra của không khí và vật liệu.

Bảng 3.4 : Một số thông số của nhiệt lượng

Nhiệt lượng đun nóng

Nhiệt lượng cung cấp

cho quá trình sấy. Q L

kx(I2-I0)+Qvl+QmWxCaxtv1 kJ/h 912873

-Nhiệt lượng bổ sung

Bảng 3.5 : Các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực

trị Nhiệt lượng riêng

Nhiệt lượng riêng

Enthapy tại B I1 Ckxt1+d1x ih1 kJ/h 65,97

Enthapy tại C I2’ Ckxt2+d1x ih2 kJ/h 133

 Trạng thái không khí trong quá trình sấy thực

Bảng 3.6 : Các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực

Thông số Kí hiệu Đơn vị A B C

- Chọn đường kính thùng theo tiêu chuẩn DT=1,6 m

- Chiều dài thùng sấy : L = = = 10,56 m (Trang 214-[1])

 Chọn L = 11 m

Kiểm tra : = = 6,875 thỏa điều kiện = (3,5÷7) (CT 10.1/207-[1])

- Vậy thể tích thực của thùng sấy :

V = = = 22,11 m3.

- Tiết diện của thùng quay : F= = = 2,01 m2

Bảng 4.1 : Một số kích thước của thùng quay

Chiều dài L m 11

4.2 Thời gian sấy

Trong thiết bị chọn cánh đảo trộn có dạng cánh nâng, có các thông số sau :

• Chọn hệ số điền đầy : β = 0,15 % (Bảng VII.5/123 – [3])

• Hệ số lưu ý đến dạng cánh nâng sấy ngược chiều trong thùng : m = 0,5 ( Bảng VII.4/122-[3])

- Thời gian sấy vật liệu : (CT VII.53/123-[3])

Trong đó : khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng quay, với

= 1020 kg/m3 (Bảng 1.1/8-[2])

: độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật liệu (% khối lượng)

- Thời gian vật liệu lưu trú trong thùng quay :

m : hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m=0,5

k: hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí (sấy ngược chiều), k=1,5 (Bảng VII.4/122-[3])

: thời gian lưu của vật liệu trong thùng quay, phút

 Để đảm bảo ta chọn : = m/s.

4.5 Tính bề dày của thùng sấy

Vật liệu sấy là vật liệu có độ ăn mòn hóa học và làm việc ở nhiệt độ cao vì thếchọn vật liệu là 1X18H10T: thép không gỉ và chịu nhiệt (Bảng XII.7/313-[3]) Vìnhiệt độ làm việc do khí nóng mang vào nên nhiệt làm việc của thiết bị chọn là 2500C

Các thông số tính toán được :

- Áp suất làm việc bằng với áp suất khí quyển : p = 0,1x106 N/m2=0,1 N/mm2

- Ta dự kiến làm lớp cách nhiệt đồng thời là môi trường ăn mòn nên giới hạn antoàn là ɳ = 0,95 Với ứng suất tiêu chuẩn là : [*]=128 N/mm2

STT Hệ số bổ sung kích thước Kí hiệu Gía trị (mm) Ghi chú

1 Hệ số bổ sung do ăn mònhóa học. C1 2 Chọn theo thựcnghiệm (Trang

- Bề dày thực của thùng : (CT XIII.8/360-[3])

 Ta lấy : S = 5 mm

4.6 Tính bề dày cách nhiệt

Máy sấy có thể có hay không có bọc lớp cách nhiệt Để tránh nhiệt trong máysấy mất mát nhiều và đảm bảo nhiệt độ bên ngoài máy sấy có thể cho phép công nhânlàm việc bên cạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy

4.6.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng α1.

Bảng 4.3 : Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Nguồn-Công thức Gía trị

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 L/D < 50

- Chuẩn số Nusselt đối với không khí : Nu = 0,018xε1xRe0,8 (CT V.42/16-[3])Với ε1= f(Re,L/D), Re=0,048x106 và L/D=11/1,6=6.875

 Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên α2’.

Do thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng không lớn, nên việc xácđịnh hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên xem như là xác định hệ số cấp nhiệtcủa ống nằm ngang khi không khí có thể tích lớn chuyển động tự do Đốivới trường hợp này, các hằng số vật lý khi tính chuẩn số Nu, Gr theo nhiệt

độ trung bình của lưu chất ở xa ống, tức là lấy theo nhiệt độ trung bình củakhông khí môi trường Do hệ số dẫn nhiệt của thép không lớn nên xem nhưnhiệt độ không đổi khi truyền qua bề dày thân thùng và lớp cách nhiệt củathùng

Bảng 4.4 : Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy