Thiết kế thiết bị sấy đường kiểu thùng quay năng suất nhập liệu 4000 kg/h

Thiết kế thiết bị sấy đường kiểu thùng quay năng suất nhập liệu 4000 kg/h

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH ẢNH

LỜI MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp.Trong nông nghiệp, sấy là một trong những công đoạn quan trọng của công nghệ sauthu hoạch Trong công nghiệp như công nghiệp chế biến nông – hải sản, công nghiệpchế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng,… Kỹ thuật sấy cũng đóng mộtvai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất

Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu mộtcách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phảiđảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp Chẳng hạn,trong chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xây dựng, sản phẩm sau khi sấy phải đảm bảo duytrì màu sắc, hương vị các vi lượng Trong sấy thóc phải đảm bảo thóc sau khi sấy có tỉ

lệ nứt gãy khi xay xát là thấp nhất,…

Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bịnhư: thiết bị sấy (buồng sấy, hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy,…), thiết bị đốt nóng tácnhân (caloriphe) hoặc thiết bị lạnh để làm khô tác nhân, quạt, bơm và một số thiết bịphụ khác như buồng đốt, xyclon,… Chúng ta gọi hệ thống các thiết bị thực hiện mộtquá trình sấy cụ thể nào đó là một hệ thống sấy

Hình 1.1 Đường saccharose

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1.Giới thiệu đầu đề đồ án

Từ lâu, con người đã biết sấy khô vật liệu bằng nhiều cách khác nhau Ngày nay,

kỹ thuật sản xuất phát triển và vai trò của ngành sấy ngày càng quan trọng trong việcsấy khô để đảm bảo thực phẩm Vì vậy, sấy được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

và đời sống Trong quy trình công nghệ sản xuất của nhiều nhà máy đều phải có côngđoạn sấy khô để bảo quản được lâu hơn Công nghệ này ngày càng phát triển trongngành hải sản, rau quả và các ngành thực phẩm khác Các sản phẩm thực phẩm dạnghạt như đường, cà phê,…

Đường là loại thực phẩm có ý nghĩa rất quan trọng đói với dinh dưỡng của cơ thểcon người Nó là hợp phần chính không thể thiếu trong thức ăn hằng ngày của chúng

ta Đường còn là nguyên liệu quan trọng của nhiều ngành công nghệ khác như: đồ hộp,bánh kẹo,… Vì vậy cần phải sấy khô và bảo quản lâu dài Tuy nhiên, các nhu cầu sấyđường này còn rất đa dạng và có nhiều phương thức sấy và thiết bị sấy khác nhau.Trong đồ án môn học này, chúng em sẽ trình bày về quy trình công nghệ và thiết

kế thiết bị sấy thùng quay để sấy đường với năng suất nhập liệu 4000 kg/h

1.2.Giới thiệu về nguyên liệu

Đường saccharose là chất có vị ngọt tự

nhiên, là loại thực phẩm bổ dưỡng cung cấp

nhiều năng lượng cho cơ thể con người

Đường có thể dùng trực tiếp hay dùng làm

nguyên liệu trong công nghệ sản xuất thực

phẩm như: công nghệ sản xuất đồ hộp, làm

bánh kẹo, làm mứt, nước giải khát…

Một trong những công đoạn quan trọng

hỗ trợ đắc lực trong công nghệ sản sản xuất

đường là giai đoạn sấy đường sau khi tinh thể

đường được tạo ra Việc sấy đường đã giúp cho việc bảo quản và vận chuyển đườngđược thuận lợi nên công đoạn sấy đường là công đoạn không thể thiếu trong côngnghệ sản xuất đường cát

Tính chất nguyên liệu: Đường saccharose là thành phần chính quan trọng nhấtcủa cây mía, là sản phẩm của công nghệ sản xuất đường.

1.2.1.Tính chất vật lý

+ Là chất rắn kết tinh, không màu, trong suốt, vị ngọt

+ Khối lượng riêng: 1587,9 kg/m3

+ Không tan trong dầu hỏa, alcohol, CS2, benzene,…

+ Dễ tan trong nước, độ tan tỉ lệ thuận với nhiệt độ

Bảng 1.1 Độ hòa tan của đường saccharose trong nước Nhiệt độ Độ hòa tan g Nhiệt độ Độ hòa tan g

o C Saccharose/100g nước o C Saccharose/100g nước

Trong môi trường có tính acid (pH < 7) đường saccharose bị thủy phân thànhglucose và fructose

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

Phản ứng trên là phản ứng nghịch đảo đường

Dung dịch đường có tính acid yếu nên tác dụng được với các chất kiềm tạo thànhsaccharose Phản ứng kiềm áp dụng trong sản xuất đường là phản ứng với mono vàdicanxi saccharate dễ bị phân hủy, trisaccharate khó bị phân hủy Đặc tính này củatrisaccharate được ứng dụng để lấy đường saccharose ra khỏi mật củ cải

Điều kiện pH > 8 - 9 và bị nung nóng trong thời gian dài, đường saccharose bịphân hủy tạo thành các hợp chất có màu vàng và vàng nâu

1.3.Phương pháp sấy và các loại thiết bị sấy

1.3.1.Quá trình sấy

H +

Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Như phơinắng là biện pháp sấy tự nhiên rất đơn giản được áp dụng lâu đời trong nhân gian Tuynhiên phơi nắng cũng bị hạn chế do diện tích sân phơi phải lớn, phụ thuộc vào thờitiết, đặc biệt bất lợi trong mùa mưa Vì vậy, trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế

xã hội người ta phải áp dụng biện pháp sấy nhân tạo

Kết quả của quá trình sấy: hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên, có ý nghĩaquan trọng trên từng phương diện khác nhau Đối với nông sản và thực phẩm nhằmtăng cường tính bền vững trong bảo quản, đối với các nhiên liệu (than , củi) được nângcao lượng nhiệt cháy, gốm sứ được tăng độ bền cơ học,… Nói chung các vật liệu sấyđều được giảm giá thành trong vận chuyển

Nguyên tắc quá trình sấy là cung cấp năng lượng để biến đổi trạng thái pha lỏngtrong vật liệu thành hơi Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa phalỏng là nước và người ta thường gọi là ẩm Như vậy trong thực tế, có thể xem sấy làquá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng nhiệt

Việc cung cấp năng lượng nhiệt cho vật liệu trong quá trình sấy đực tiến hànhtheo các phương pháp truyền nhiệt đã biết Như vậy có các tên gọi tương ứng: cấpnhiệt bằng đối lưu gọi là sấy đối lưu, cung cấp nhiệt bằng nhiệt gọi là sấy tiếp xúc, còncấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ

Phương pháp sấy được chia thành 2 loại:

• Sấy tự nhiên: phơi trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời, nhờ tác nhân sấy là nắng vàgió

− Ưu điểm: đơn giản, đầu tư ít vốn, bề mặt trao đổi nhiệt lớn, dòng nhiệt bức xạ

từ mặt trời tới vật có mật độ lớn (1000 w/M)

+ Khó thực hiện cơ giới hóa, chi phí lao động nhiều

+ Sản phẩm dễ bị ô nhiễm do bụi, vi sinh vật

+ Chiếm diện tích bề mặt sản xuất lớn

• Sấy bằng cấp nhiệt: là quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhânsấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt,… và nó được hút ra khỏi thiết bị saukhi sấy xong Quá trình sấy nhanh và triệt để hơn so với sấy tự nhiên

1.3.2.Tác nhân sấy và chất tải nhiệt

Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩmhóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường Nếu ẩm thoát ra khỏi vật

liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc hơi ẩm từ vật liệu sấy,

để tải ẩm đã bay ra từ vật liệu sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp sau:

− Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt

− Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật liệu sấy ra ngoài ( sấy chân không).Trong sấy đối lưu, vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó đóng vai tròvừa giải nhiệt vừa tải ẩm Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng, khói nóng,hỗn hợp không khí nóng và khói, hơi quá nhiệt, chất lỏng Chất tải nhiệt có thể dùng làhơi nước hay khói để gia nhiệt cho tác nhân sấy và các bề mặt truyền nhiệt cho vậtliệu

Dùng khói làm chất tải nhiệt thì hệ thống thiết bị sẽ đơn giản hơn, giá thành thiết

bị thấp hơn so với dùng hơi nước vì không cần dùng lò hơi

Dùng hơi nước làm chất tải nhiệt có ưu điểm là caloriphe khí – hơi cấu tạo gọnnhẹ, vì có hệ số truyền nhiệt lớn và thường có thể làm cánh ở phía không khí, việc điềuchỉnh nhiệt độ môi chất sấy dễ dàng Thiết bị không bị bám bẩn do khói, lại làm việc ởnhiệt độ thấp nên tuổi thọ cao hơn so với caloriphe khí – khói

1.3.3.Các loại thiết bị sấy

Vì sản phẩm đem sấy có rất nhiều loại và điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấyrất khác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:

− Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy không khí hoặc thiết bị sấy khói lò, ngoài ra còn cócác thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoạihay bằng dòng điện cao tần

− Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường

− Dựa vào phương thức làm việc: sấy liên tục hay sấy gián đoạn

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, sấy thùng quay,sấy phun, sấy tầng sôi,…

và giao chiều

Một số thiết bị sấy:

Hầm sấy làm việc ở áp suất khí quyển và dùng tác nhân sấy là không khí hoặckhói lò Vật liệu được xếp trên các khay đặt trên xe goòng di chuyển dọc theo chiềudài hầm Có thể cho tác nhân sấy tuần hoàn để tăng tốc độ và độ ẩm của tác nhân sấy

sinh và sửa chữa

• Nhược điểm: sấy không đồng đều giữa các lóp vật liệu, cường độ sấy thấp

b) Thiết bị sấy băng tải

Không khí đước hút qua cửa vào và được đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết nhờbuồng đốt Vật liệu sấy được cung cấp liên tục ở phễu nạp liệu Trong thiết bị, vật liệu

di chuyển từ băng tải trên xuống các băng tải dưới, đến băng tải cuối cùng thì vật liệukhô được đổ vào ngăn chứa sản phẩm Còn khí nóng đi ngược chiều từ dưới lên

trong công nghiệp thực phẩm

• Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, không sấy được vật liệu giòn dễ vỡ

c) Thiết bị sấy khí thổi

Vật liệu được cấp vào phễu, nhờ cơ cấu nhập liệu được cấp vào buồng sấy Tácnhân sấy được quạt thổi qua cloriphe được đun nóng đến nhiệt độ cần thiết và đưa vàobuồng sấy

Vật liệu sấy bị cuốn theo dòng tác nhân sấy chuyển động từ dưới lên, rồi rơi vàoxyclon để tách vật liệu sấy khỏi khí thải

có thể sấy ở nhiệt độ cao

• Nhược điểm: khó điều chỉnh quá trình sấy, dễ gây cháy nổ khi sấy các vật liệu

dễ cháy

d) Thiết bị sấy phun

Vật liệu sấy từ bồn được bơm phun vào buồng sấy thông qua cơ cấu phun, khínóng từ bộ phận lọc khí đi vào caloriphe thổi ngược chiều vào dòng vật liệu phun Vậtliệu sau khi khô được tách ra ngoài thông qua thiết bị thu hồi xyclon Tác nhân sấy từngoài qua lưới lọc bụi, vào buồng đốt 4 để đun tác nhân sấy lên nhiệt độ yêu cầu vàthổi vào buồng sấy Sau khi thực hiện xong tác nhân được đưa qua thiết bị xyclon vàthải ra ngoài

• Ưu điểm: cường độ sấy cao, thời gian sấy ngắn, năng suất lớn.

dụng sấy các nguyên liệu dạng lỏng

1.4.Phương án thiết kế

1.4.1.Chọn thiết bị sấy

Mỗi loại vật liệu sấy sẽ thích hợp với một số phương pháp sấy và một số kiểuthiết bị sấy nhất định, đồng thời đối với một số vật liệu nó còn ảnh hưởng đến chế độsấy thích hợp Chính vì vậy mà việc chọn thiết bị sấy tiến hành qua 2 giai đoạn:

+ Chọn sơ bộ phương pháp sấy và chế độ sấy thích hợp ở một thiết bị sấy có thểdùng cho vật liệu đó

+ Trên cơ sở một số thiết bị đã chọn, tính toán kinh tế kỹ thuật để chọn kiểuthiết bị thích hợp nhất

Để tạo ra hiệu suất cao, trước khi thiết kế một thiết bị sấy cần tìm hiểu quá trìnhcông nghệ khác có liên quan, đặc biệt là công đoạn trước và sau sấy

Vì đường là vật liệu dạng hạt nên ta chọn thiết bị sấy thùng quay, hệ thống sấythùng quay cũng là hệ thống sấy đối lưu

Đây là loại thiết bị quan trọng được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất,thực phẩm để sấy một số loại hóa chất phân đạm, ngũ cốc, bột đường,… nói chung làcác loại vật liệu rời có khả năng kết dính Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển, tácnhân sấy có thể là không khí hoặc khói lò Trong bài này nhóm em sử dụng không khílàm tác nhân sấy Vật liệu sấy và tác nhân sấy chuyển động cùng chiều

− Chọn chế độ sấy: căn cứ vào mỗi yêu cầu nhiêt độ, độ ẩm của vật liệu sấy có thể chịuđược mà chúng ta chọn chế độ sấy thích hợp Trong sấy đường đòi hỏi nhiệt độ sấykhông cao, độ ẩm tương đối bé Vì vậy, ta có thể chọn chế độ sấy thông thường

việc:

+ Phương pháp xuôi chiều: khi vật liệu ở trạng thái ẩm chịu được sấy với nhiệt

độ cao tốt hơn ở trạng thái khô, khi nhiệt độ cao vật liệu bị hỏng, khi độ hút

ẩm của vật liệu nhỏ

nhanh, khi vật liệu chịu được nhiệt độ cao hoặc khi nhiệt độ hút ẩm và độhút ẩm của vật liệu lớn

1.4.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy thùng quay

vít tải, xyclon thu hồi bụi, buổng đốt, phễu nhập liệu, cánh đảo, cửa tháo sản phẩm

− Nguyên lý hoạt động: vật liệu sấy được nhập qua phễu rồi vào thùng ở đầu cao đượcchuyển động trong thùng nhờ cánh đảo Cánh đảo vừa phân bố, vừa xáo trộn đều vậtliệu làm vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy tốt hơn Vật liệu chuyển động đến cuốithùng thì khô và được đưa ra ngoài qua cửa thảo sản phẩm và vít tải.

Tác nhân sấy (không khí nóng, khói lò,…) từ ngoài vào buồng đốt được gia nhiệtđến nhiệt độ cần thiết rồi vào thùng sấy theo chiều song song cùng chiều hoặc ngượcchiều với vật liệu Vận tốc của tác nhân sấy trong thùng khoảng 2 – 3 m/s Sau khi sấyxong, tác nhân được cho qua xyclon để giữ lại những hạt vật liệu bị kéo theo rồi thải rangoài

1.4.3.Ưu, nhược điểm của thiết bị

• Ưu điểm: quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc tốt giữa vật liệu và tácnhân sấy, cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được cao

• Nhược điểm: do vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị gãy vụn, tạo ra bụi, do đó trongmột số trường hợp làm giảm phẩm chất của sản phẩm Có cấu tạo khá phức tạp dothiết bị sấy và vật liệu sấy đều chuyển động

1.4.4.Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy

Tốc độ sấy phụ thuộc vào một số yếu tố chủ yếu sau:

− Bản chất của vật liệu sấy như câu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm,…

riêng của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh

− Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối và độ ẩm tới hạn của vật liệu

− Chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của không khí sấy, nhiệt độ cuối cao thìnhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấy tăng Tuy nhiên, nhiệt độcuối không nên quá cao vì sẽ không sử dụng nhiệt triệt để

− Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy

Cơ cấu nhập liệu

Đường sau sấy

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ sấy đường thùng quay

Chương 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1.Sơ đồ quy trình công nghệ

2.2.Thuyết minh quy trình công nghệ

Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn Trong

đó có đặt cánh xáo trộn Thùng đặt nghiêng với mặt phẳng ngang một góc alpha vớitốc độ quay 1-10 vòng/phút

Vật liệu (đường) sau khi ly tâm sẽ được đưa đến gầu tải để vận chuyển lên caocho vào phểu nhập liệu rồi nhờ cơ cấu nhập liệu đưa vào thùng sấy Vật liệu sấy đi vàothùng sấy cùng chiều với tác nhân sấy (không khí nóng) Thùng sấy quay tròn, vật liệu

sấy vừa xáo trộn vừa đi dần từ đầu cao của thùng xuống đầu thấp Trong quá trình sấy,tác nhân và vật liệu sấy trao đổi nhiệt ẩm cho nhau.

vào caloriphe và được gia nhiệt tới nhiệt độ sấy rồi vào thùng theo chiều song songcùng chiều với vật liệu sấy

Vật liệu đi hết chiều dài thùng sấy được lấy ra và vận chuyển đến công đoạn tiếptheo nhờ băng tải, còn tác nhân sấy được quạt hút đưa qua xyclon để lọc và thu hồi bụiđường, không khí sạch được thải ra ngoài môi trường

Để tăng quá trình xáo trộn và sự tiếp xúc của vật liệu với tác nhân sấy, ta bố trítrong thùng sấy có các cánh đảo

Nhiệt độ đầu ra của đường khá cao nên cần phải được làm nguội Có hai cáchthực hiện quá trình làm nguội đường như sau:

tải

Chương 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG

LƯỢNG 3.1.Các thông số

Năng suất nhập liệu đầu vào G1=4000 kg/h

Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: ω1= 1,2% = 0,012

Độ ẩm lúc sau của vật liệu sấy: ω2= 0,8% = 0,008

Khối lượng riêng của đường : ρv = 1587,9 kg/m3

Nhiệt dung riêng của đường: Cd = 996 + 1,26T (J/kg.K)

Đường kính tương đương hạt đường: d = 0,8 mm

Chọn quá trình sấy xuôi chiều

Địa điểm đặt thiết bị sấy: Tp.HCM

3.1.1.Công thức dùng xác định các thông số của tác nhân sấy

5,235

42,402612

Trong đó:

• Ck = 1,004 kJ.K – nhiệt dung riêng của không khí khô

• Ch = 1,842 kJ/kg.K – nhiệt dung riêng của hơi nước

• r0 = 2500 kJ/kg - ẩn nhiệt hóa của hơi nước

• P, Pb – áp suất khí trời và phần áp suất bão hòa của hơi nước trong khôngkhí (N/m)

V = v.L (m3/kg)

Với:

• v: thể tích riêng của không khí ẩm (m3/h)

Trong đó:

• ρo = 1,293 (kg/m3): khối lượng riêng không khí khô ở điều kiện chuẩn

• To = 273oK: nhiệt độ không khí ở điều kiện chuẩn

3.1.2.Xác định các thông số trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết

Trạng thái không khí ngoài trời được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằngthông số (to, φo)

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

Do địa điểm đặt thiết bị là Thành phố Hồ Chí Minh nên chọn trạng thái A theogiá trị trung bình cả năm tại Tp.HCM: A (to = 27,2oC; φo = 77%)

 Áp suất hơi bão hòa:

b) Thông số trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy (B)

Không khí ngoài trời từ trạng thái (A) được đưa vào caloriphe nhờ quạt đẩy vàđược đốt nóng đẳng ẩm đến trạng thái B(d1, t1) để đưa vào thùng sấy

Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, được quy định bởitính chất của vật liệu sấy và chế độ công nghệ và được chọn ở phần trên Do đường bịbiến màu khi nhiệt độ trên 105oC nên ta cần nhiệt độ tác nhân sấy thấp hơn nhiệt độnày Chọn:

c) Thông số trạng thái của tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy (C)

Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy.Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt do tácnhân sấy mang đi là bé nhất nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương (nghĩa là tránhtrạng thái C nằm trên đường bão hòa) Đồng thời, hàm ẩm của tác nhân sấy tại C phảinhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trởlại

Với quá trình sấy lý thuyết ta có: I2 = I1 = 136,74 (kJ/kgkkk); = 100 %

Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết tóm tắt như ở bảng 3.1.

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

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)

 Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

 Lượng vật liệu sau sấy:

 Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

3.3.Tính cân bằng năng lượng cho quá trình sấy

Vì quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng và thiết bị sấy thùng quay không

có thiết bị chuyền tải => Qbs = Qvc = 0 Như vậy:

• Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:

− Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L(I1 – I0)

− Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G1 – W)Cv1 + WCa].tv1

• Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:

− Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L(I2 – I0)

− Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: Qbc

− Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.Cv2.tv2.

Ca – nhiệt dung riêng của ẩm (nước): Ca = Cn = 4180 J/kg.K

Ck – nhiệt dung riêng của vật liệu khô: Cvk = 996 + 1,26T (J/kg.độ)

Cvk = 996 + 1,26Tv2 = 996 + 1,26(273 + 35) = 1384,08 J/kg

=> Cv2 = Cvk(1 – ω2) + Ca.ω2 = 1384,08.(1 – 0,008) + 4180.0,008

= 1406,4 (J/kg.K) = 1,4064 (kJ/kg.K)

L(I1 – I0) + [(G1 – W)Cv1 + W.Ca]tv1 = L(I2 –I0) + Qbc + G2.Cv2.tv2

Đặt Qv – tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: Qv =G2Cv2(tv2 – tv1)

− Với quá trình sấy lý thuyết: = 0

− Với quá trình sấy thực tế: 0 và được tính như sau:

⇒ ∆ = Catv1 – qbc – qv = 113,696 – 86,27 – 2709,41 = -2681,984 (kJ/kg ẩm)

Vì < 0 => Catv1 < qbc + qv => I2 < I1 => trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấythực nằm dưới đường I1 (đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết)

Từ đó xác định lại các tính chất của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy:

Vì chưa biết l nên xác định độ chứa ẩm thông qua t2

i1 = 2500 + 1,842.90 = 2665,78 (kJ/kg)

i2 = 2500 + 1,842.40 = 2573,68 (kJ/kg)Xác định hàm ẩm ứng với quá trình sấy thực thông qua t2 đã biết:

Áp dụng các công thức tương ứng đã nêu ở mục 3.1.1, các thông số khác của tácnhân sấy ở đầu ra của thùng sấy trong quá trình sấy thực (C’) được xác định như sau:

 Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:

Q’ = L’.(

' 2

I

– I o) + Qbc + Qv – W.Ca.tv1

= 1680,21.(109,65 – 71,68 ) + 1391,558 + 43702,74 – 1833,92

= 107057,95 (kJ/h)

Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 3.2 Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế

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’)

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 4.1.Tính toán các thông số kích thước

4.1.1.Tính đường kính - chiều dài của thiết bị

Với thiết bị sấy đường sử dụng cánh nâng:

− Chọn tốc độ sấy của thùng: n = 1 vòng/phút

− Chọn góc nghiêng của thùng = 50

 Thể tích của thùng sấy tính theo lý thuyết

Thời gian lưu của vật liệu trong thùng:

Trong đó:

• kl – hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu Trường hợp sấy xuôichiều: kl = 0.2 – 0.7 => chọn kl = 0.3

• m – hệ số lưu ý đến dạng cánh trọng thùng Đối với cánh nâng: m = 0.5

Để quá trình sấy đạt yêu cầu về các thông số đầu ra của vật liệu thì

Chọn

⇒ Chọn DT = 0,8 m; LT = 3,8 m

 Khi đó thể tích thực của thùng sấy

 Thời gian lưu của vật liệu theo thông số thùng đã chọn

So sánh giữa thời gian lưu vật liệu và thời gian sấy:

Thời gian lưu vật liệu trong thùng sấy bằng thời gian sấy

 Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy trong thùng:

 Tiết diện tự do của thùng sấy:

 Tốc độ tác nhân sấy đi trong thùng:

Bảng 4.1 Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng

1 Ứng suất tiêu chuẩn []* 140 N/mm2 Hình 1.2/16,[8]

(CT 1.9/17,[8])

Ứng suất của vật liệu: [] = * = 140.0,95 = 133 N/mm2

Kiểm tra điều kiện:

Chiều dày tối thiểu của thùng:

Kiểm tra các điều kiện:

{Phú, 2002 #1}Áp suất lớn nhất cho phép trong thân thiết bị:

=> thỏa điều kiện [p] > p = 0,1.106 N/m2

4.3.Tính cách nhiệt cho thùng sấy

Để giúp máy sấy không bị mất mát nhiệt lượng và để đảm bảo nhiệt độ bên ngoàimáy sấy không quá cao, có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnh được ta nên bọclớp cánh nhiệt cho máy sấy

4.3.1.Tính hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng

Bảng 4.3 Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy (Phụ lục 6/350,[1])

ST

Kí hiệu Giá trị Đơn vị

4.3.2.Tính hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy môi trường xung quanh

Do thùng sấy đặt trong phân xưởng sản xuất, quá trình truyền nhiệt từ thànhngoài của thùng đến môi trường xung quanh là quá trình truyền nhiệt do đối lưu tựnhiên (bỏ qua quá trình truyền nhiệt do bức xạ nhiệt) Hệ số cấp nhiệt được xác địnhmột cách gần đúng là hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên của ống nằm ngang (vì thùngsấy đặt nằm ngang với góc nghiêng nhỏ α = 5°) Trong trường hợp này, các hằng sốvật lý khi tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chất ở xa ống (tức

là theo nhiệt độ trung bình của không khí trong môi trường xung quanh)

Bảng 4.4 Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy (Phụ lục 6/350,[1])

Hình 4.1 Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng

Để nhiệt độ thành ngoài của thùng (phía tiếp xúc với không khí) không còn quánóng, an toàn cho người làm việc, chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng tw4 = 40oC

Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên có thể xem như nhiệt độ không đổi khi

truyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ, ta có sơ đồ truyền nhiệt như hình 4.1.

Chọn các bề dày của thùng theo bảng

Bảng 4.5 Các bề dày thùng và vật liệu

ST

T Đại lượng

Kí hiệu Vật liệu

Giá trị chọn (m)

Hệ số dẫn nhiệt (W/mK)

Dng = DT + 2.() = 0,8 + 2.(0,005 + 0,012 + 0,001) = 0,836 m

Nu = 0.47Gr0,25 = 0,47.()0.25 = 83,28 (CT V.78/25,[3])