Đồ án thiết kế sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

chất lượng sản phẩm vì sấy là một quá trình trao đổi nhiệt – chất phức tạp và làm thay đổikhông những cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học của nguyên liệu.- Để sấy đậu xanh là nô

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất và đờisống Trong công nghiệp như chế biến nông – hải sản, chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xâydựng…, kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất Trong nôngnghiệp, sấy là một trong những công đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch… Sảnphẩm sau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chếbiến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Ở Đồ án môn học này, em xin trình bày vềquy trình công nghệ và thiết bị sấy thùng quay để sấy đậu xanh nguyên hạt, năng suất 1 tấn/htheo sản phẩm

I. SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU

- Đậu xanh, còn gọi là lục đậu, boubour, haricotdore, green bean Tên khoa học:

Phaseolus aureus Roxb., Vigna aurea Roxb Thuộc họ đậu Fabaceae (Papilonaceae) Mô tả

cây: cây thảo, mọc đứng, ít phân nhánh, cao 0,6m , lá có 3 lá chét, lá chét hình trái xoan, bacạnh, màu lục sẫm, có lông nháp Hoa màu vàng hoặc lục, rất dày đặc, xếp thành chùm ởnách, quả nằm ngang hình trụ, có lông rồi nhẵn, có đầu nhọn ngắn Hạt 10–15, phân cáchnhau bởi các vách, màu lục, bóng

- Đậu xanh, cùng với đậu nành, đậu đen, đậu trắng, đậu Hà Lan đều được xếp vàohàng họ đậu Đặc điểm chung của chúng là chứa nhiều protein (25 –50%) Do ở rễ của cây họđậu có các nốt sần, ở đó các vi khuẩn cộng sinh phát triển, có khả năng lấy Nitơ từ không khínên không những cung cấp đủ Nitơ cho cây mà còn làm cho đất đai thêm màu mỡ bằngnguồn Nitơ thừa thải ra

- Về mặt cấu tạo, họ đậu thuộc các hạt họ hòa thảo Chúng không có nội nhũ, nội nhũcủa chúng bị mất trong quá trình hình thành hạt Cấu tạo chủ yếu của họ đậu gồm 3 phần: vỏ,

tử diệp (lá mầm) và phôi (mộng)

- Thành phần hóa học của hạt đậu xanh: hạt đậu xanh có trung bình:

13,7% nước 2,4% lipid 4,6% xenluloza

23% protit 52% glucid

- Mỗi 100g đậu xanh cung cấp cho cơ thể:

- Đậu xanh được trồng ở khắp nước ta, lấy hạt chủ yếu làm thực phẩm, thường đượcchế biến ngay thành thức ăn Đậu xanh, ngoài protid còn có nhiều glucid, chủ yếu là tinh bột,

và ít lipid Thành phần protein của nó chứa đầy đủ các acid amin không thay thế Tinh bộtđậu xanh có tỷ lệ amyloza tương đối rất cao (45 – 50%), được dùng nhiều để chế biến miến,làm bánh kẹo …

- Vấn đề bảo quản đậu xanh cũng như các nguyên liệu họ đậu nói chung là khó, vì đậu

là môi trường rất thích hợp cho các loại sâu mọt phá hoại Mặt khác, nếu điều kiện bảo quảnkhông tốt như nhiệt độ, độ ẩm cao, đậu sẽ bị “sượng” (hóa già) làm giảm chất lượng đậu.Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượng ban đầu tốt, không sâu mọt và có độ ẩm antoàn Vì vậy, quá trình phơi, sấy hạt sau khi thu hoạch có vai trò rất quan trọng trong bảoquản, chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt

II. QUY TRÌNH SẤY ĐẬU XANH HẠT

Đậu được thu hoạch từ đồng ruộng, người ta chặt cây và nhặt đậu ra Khi mới thuhoạch từ ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình 20 – 25% Đối với đậu xanh thuhoạch cả vỏ thì phải phơi, sấy sơ bộ tới độ khô nhất định mới tách, lấy hạt khỏi vỏ thuận lợi.Việc đập và tách hạt đậu ra khỏi quả có thể làm bằng máy hoặc bằng tay Sau đó tiến hànhlàm sạch, tách những tạp chất trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi, đá, mảnh kimloại… lẫn vào hạt khi thu hoạch, tách hạt… Có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ (cỏ,rác, cành, lá…) lớn hơn hạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớp dưới cùng là đất, cát, rácvụn nhỏ hơn hạt Sau khi có khối đậu sạch thì tiến hành lấy mẫu đo độ ẩm bằng máy đo độ

ẩm để xác định độ ẩm ban đầu Tiếp theo, người ta phân loại đậu theo loại 1, 2, 3… theo kích

cỡ, có thể dùng sàng với các lớp lưới có đường kính lỗ khác nhau Sau khi phân loại, tiếnhành sấy theo từng loại đậu Sau thời gian sấy phải kiểm tra lại độ ẩm, độ ẩm thành phẩm đạt14% thì quá trình sấy kết thúc Sau khi sấy, đậu được làm nguội tự nhiên hoặc có quạt thổi đểgiảm nóng, tránh dùng không khí có độ ẩm cao để thông gió sẽ làm tăng độ ẩm hạt Tiếptheo, khối đậu được kiểm tra lại cỡ hạt để loại bỏ những hạt lép, hỏng sau khi sấy Có thểdùng sàng để phân loại hạt Cuối cùng, đậu được đóng gói theo yêu cầu thị trường: 50 kg, 25

kg, 10 kg, 5 kg, 1kg Sản phẩm đậu xanh nguyên hạt

III. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH SẤY

- Muốn bảo quản lương thực hoặc chế biến sản phẩm có chất lượng cao, các loại hạtcần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quản hoặc chế biến Để thực hiện quá trình sấy có thể sửdụng nhiều hệ thống sấy như buồng sấy, hầm sâùy, tháp sấy, thùng sấy… Mỗi hệ thống cónhững ưu, khuyết điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau Chế độ sấy có ảnh hưởng rất lớn đến

Đậu xanhThu hoạchPhơi (sấy sơ bộ)

Phân loạiSấyLàm nguộiKiểm tra cỡ hạtĐóng gói

Thành phẩm

chất lượng sản phẩm vì sấy là một quá trình trao đổi nhiệt – chất phức tạp và làm thay đổikhông những cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học của nguyên liệu.

- Để sấy đậu xanh là nông sản dạng hạt, người ta thường dùng thiết bị sấy tháp hoặc sấythùng quay Ở Đồ án môn học này, em chọn thiết bị sấy thùng quay, là thiết bị chuyên dùng

để sấy vật liệu dạng hạt, cục nhỏ và được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch Trongthiết bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy ở trạng thái xáo trộn và trao đổi nhiệt đối lưu vớitác nhân sấy Trong quá trình sấy, hạt được đảo trộn mạnh và tiếp xúc tốt với tác nhân sấynên tốc độ sấy nhanh và hạt được sấy đều Hệ thống sấy thùng quay có thể làm việc liên tụcvới năng suất lớn

- Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khói lò Quátrình sấy đậu xanh hạt dùng làm thức ăn đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh cho sản phẩm, nên ởđây em chọn tác nhân sấy là không khí, được làm nóng trong caloriphe, nhiệt cung cấp chokhông khí trong caloriphe là từ quá trình ngưng tụ hơi nước bão hòa Nhiệt độ tác nhân sấyđược chọn phụ thuộc vào bản chất của hạt Có loại hạt sấy ở nhiệt độ cao vẫn giữ được tínhchất vật lý, sinh lý và công nghệ, nhưng có loại không cho phép sấy ở nhiệt độ cao Đối vớiđậu xanh là loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, với nhiệt độ khôngkhí sấy từ 40 – 55oC 1 Do đó, em chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào thùng sấy là 55oC, chế

độ sấy cùng chiều

- Quá trình hoạt động của hệ thống:

Đậu xanh có độ ẩm ban đầu 20% được chuyển vào thùng sấy bằng băng tải và dichuyển trong thùng sấy cùng chiều với tác nhân, với độ chứa đầy 18% Thùng sấy hình trụtròn, đặt nghiêng 1,7o so với mặt phẳng ngang, trên hệ thống con lăn đỡ và con lăn chặn Tốc

độ quay thùng là 1 vòng/phút Hệ thống truyền động cho thùng quay gồm bánh răng vòng lắptrên vỏ thùng, động cơ truyền động và hộp giảm tốc Bên trong thùng có gắn các cánh nângdọc theo đường sinh của thùng để nâng và đảo vật liệu, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa vậtliệu và tác nhân sấy, tăng bề mặt trao đổi nhiệt giúp đẩy nhanh quá trình sấy Ở đầu nhập liệucủa thùng, cánh nâng được bố trí xoắn đóng vai trò như cơ cấu hướng dòng cho vật liệu sấy

đi vào thùng Khi thùng quay, hạt được mang lên cao tới góc rơi rồi đổ xuống, trong lúc đótác nhân sấy nóng 55oC, được quạt hút vận chuyển đi với vận tốc 2,6 m/s, thổi qua, trao đổinhiệt ẩm và làm khô hạt Nhờ độ nghiêng của thùng mà hạt sẽ được vận chuyển dần ra phíatháo liệu Thời gian lưu của vật liệu trong thùng sấy là 0,8 giờ Kết thúc quá trình sấy, đậuxanh có độ ẩm 14%, được dẫn ra ngoài bằng băng tải, đưa vào hệ thống đóng bao Không khínóng được đưa qua xyclon để lắng bụi rồi thải ra ngoài

1 Theo Đoàn Dụ, Bùi Duy Hân, Võ Văn Mân, Lò sấy thủ công, NXB KHKT, Hà Nội, 1971.

Hình 1 : Một số hệ thống sấy thùng quay

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

Vật liệu sấy là đậu xanh nguyên hạt có các thông số cơ bản như sau:

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

 Khối lượng riêng của hạt vật liệu: [5]

 Nhiệt dung riêng của vật liệu khô: [6]

Cvk = 1,2 4 1,7 kJ/kg.oKChọn Cvk = 1,5 kJ/kg.oK

 Đường kính trung bình của hạt vật liệu: d = 5 mm = 0,005m

 Năng suất (theo sản phẩm): G2 = 1000 kg/h

I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

1. Tính các thông số của tác nhân sấy:

1.1 Các công thức sử dụng: [1], [10]

Dùng tác nhân sấy là không khí

- Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:

5,235

42,402612

p x

.621,0

ϕ

ϕ

−

với: B: áp suất khí trời, B = 1at = 0,981 bar

- Enthapy của không khí ẩm:

).842,12500(.004,1).(

C

(CT 2.25, [10])với: Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 kJ/kgoK Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 kJ/kgoK r : ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r =2500 kJ/kg

- Thể tích riêng của không khí ẩm:

b

T p

B M

RT v

288)

.( −ϕ = −ϕ

với: R : hằng số khí, R =8314 J/kmol.độ M : khối lượng không khí, M = 29 kg/kmol B, pb : áp suất khí trời và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong

không khí, N/m2

- Lưu lượng không khí ẩm:

o

k ρ 1 0,378.ϕ

trong đó: ρo = 1,293 kg/m 3: khối lượng riêng không khí khô ở điều kiện chuẩn

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

1.2 Tính các thông số của tác nhân sấy:

- Trạng thái không khí ngoài trời: được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặpthông số (to, ωo)

Do vật liệu sấy là đậu xanh có thể được trồng và thu hoạch nhiều vụ trong một năm,tuy nhiên tính theo mùa mưa, ít nắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanh năm Vì vậy, ta chọntrạng thái A theo giá trị trung bình vào tháng 9 ở Thành phố Hồ Chí Minh: [1]

A: to = 27 oC

ωo = 84%

0355,0275,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

0355,0.84,0621,0

.621,

o b o

p x

ϕ

ϕ

(kg/kgkk)

7213,76)27.842,12500.(

0194,027.004,1

).842,12500(

004,1

=+

+

=

++

I

9083,010.0355,0.84,010.981,0

)27327(288

.288

o

T v

ẩm của vật liệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp bề mặtcủa hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ tronglòng vật liệu ra ngoài

Quy tắc sấy đối với loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, ví dụnhư sấy một số loại đậu hạt chứa nhiều đạm thì nhiệt độ không khí sấy từ 40 – 55oC

Do đó, chọn điểm B: t1 = 55oC

x1 = xo = 0,0194 (kg/kgkk)

1556,0555,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

1 1

1 1

.621,

0

b

b

p B

p x

0194,055.004,1

).842,12500(

004,

1

=+

+

=

++

I

9931,010.1556,0.1915,010.981,0

)27355(

288

.288

5 5

1

1 1

T v

độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại

Với I2 = I1 = 105,8369 kJ/kgkk

ω = 100%

Chọn t2 = 35oC

0558,0355,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

004,

0290,035.842,12500

35.004,18369,

105

842,12500

.004,1

2

2 2

+

−

=+

7844,0)0290,0621,0.(

0558,0

981,0.0290,

0)

621,0(

2

2 2

2

=+

=+

=

x p

B x

b

ϕ

9465,010.0558,0.7844,010.981,0

)27335(

288

.288

5 5

2

2 2

T v

- So sánh x2 với độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy:

Bảng 1: Hàm ẩm cân bằng cb của vật liệu sấy (với vật liệu sấy là đậu nành): [5], [9]

-Ta thấy, tại điểm C (t2 = 35oC, ω2 = 78,4%), hàm ẩm cân bằng của vật liệu sấy cb ≈

0,128 (kg/kg)  Độ chứa ẩm của không khí x2 < cb, vật liệu sấy không hút ẩm trở lại

- Tóm lại, trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:

Bảng 2 : Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:

Đại lượng Trạng thái không khí

ban đầu (A)

Trạng thái không khí vàothiết bị sấy (B)

Trạng thái không khí rakhỏi thiết bị sấy (C)(kJ/kgkk)

 tđs ≈ 31oC

14,01.10001

1

1

2 2

,0029,0

W

- Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

503,1040194,0029,0

11

L

II. TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG [10]

Quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng, QBS = 0

Thiết bị sấy thùng quay không có thiết bị chuyển tải, QCT = 0

- Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:

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

 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 – Io)

 Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: QBC

 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.Cv2.tV2

o Cv1 = Cv2 = Cv : nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy

là như nhau Ở đây, Cv là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm 2:

Cv = Cvk(1-2) + Ca.2 ,kJ/kgoK äCa: nhiệt dung riêng của ẩm

Với ẩm là nước thì: Ca = Cn = 4,18 kJ/kgoK

⇒ Cv = Cvk(1-2) + Ca.2

= 1,5.(1 - 0,14) + 4,18.0,14

= 1,8752 (kJ/kgoK)

- Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy:

L(I2 – I1) + [(G1 - W)Cv1 + WCa].tv1 = L(I2 – Io) + QBC + G2.Cv2.tV2Đặt: Qv = G2Cv(tv2 – tv1) : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi

Mặt khác: G2 = G1 – W

Cv1 = Cv2 = Cv

- Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:

Q = L(I1 – Io) = L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv1

- Nhiệt lượng tiêu hao riêng (cho 1kg ẩm cần bốc hơi):

q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1trong đó:

6,

 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che:

o Ca : nhiệt dung riêng của ẩm

Với ẩm là hơi nước thì: Ca = Cpa = 1,842 kJ/kgoK

⇒ Qhi = 75.[2500 + 1,842.(35 – 27)] = 188605,2 (kJ/h)

⇒ QBC = 0,03.Qhi

= 0,03.188605,2 = 5658,156 (kJ/h)

4421,7575

156,

- Đặt: Catv1 – qBC – qv : nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho quá trình sấy thực,

là đại lượng đặc trưng cho sự sai khác giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết

 Với quá trình sấy lý thuyết: = 0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:

Q = L(I2 – Io) = 7837,742.(105,8369 – 76,7213) = 228200,399 (kJ/h)

q = l(I2 – Io)

I2 = í + ∆

Tuy nhiên vì l chưa biết nên ta xác định độ chứa ẩm x2 trước thông qua t2 đã biết:

0274,0)]

5901,37()35.842,12500[(

)]

5901,37()55.842,12500.[(

0194,0)3555(004,1

])[(

])[(

)(

)(

)(

)(

2

1 2

1 2

2 1 2

=

−

−+

−

−+

∆

−+

−

=

t C r

t C r x t t C

i

i x t t C

x

pa

pa o

pk

í o pk

5365,105)35.842,12500(0274,035.004,1

).842,12500(

004,

2

=+

+

=

++

I

0558,0355,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

0558,0

981,0.0290,

0)

621,0(

2

2 2

2

=+

=+

=

x p

B x

b

ϕ

9442,010.0558,0.7436,010.981,0

)27335(

288

.288

5 5

2

2 2

T v

- Tóm lại, trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế:

Bảng 3: Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực:

Đại lượng Trạng thái không khí

ban đầu (A)

Trạng thái không khí vàothiết bị sấy (B)

Trạng thái không khí rakhỏi thiết bị sấy (C’)

Hình 2: Đồ thị I – d không khí ẩm

- Lượng tác nhân khô cần thiết:

8531,93830194

,00274,0

W

Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

1180,1250194,00274,0

11

L

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

Q = L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv1

= 9383,8531.(105,5365-76,7214) + 5658,156 + 5625,6 – 8464,5

= 273216,3084 (kJ/h)Lượng nhiệt cung cấp riêng:

8841,3642

2,

3555

7436,01915,

42,402612

exp5

,235

42,402612

,0

0949,0.4675,0.378,01)27345(

273.293,1

378,01

Bảng 4 : Các thông số chọn để tính cường độ sấy:

STT Đại lượng hiệuKý Đơnvị Khoảng giới hạn tham khảoTài liệu Chọn

với: h : chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu, m

DT : đường kính trong của thùng sấy, m

Fc : bề mặt chứa vật liệu của cánh, m2

- Cường độ bay hơi thể tích A xác định theo công thức thực nghiệm đối với vật liệudạng hạt:

65 , 0 max

2 5

,

03,3

W

W tg

tg B

n d

v A

ψ

αβ

trong đó:

 B : yếu tố cấu trúc của thùng quay

7407,0576,0.8.122,0

c

D

h Z D

F B

 Whmax : độ hút ẩm cực đại của vật liệu

Theo [8], trường hợp nếu W2 〈 Whmax thì lấy 1

max

h

W W

Whmax được xác định theo công thức:

ϕ

ln1

max

h

cb W W

B : hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ.

Vì ω < 1 ⇒ ln ω < 0

⇒ để B > 0 thì

max

11

6,2.091,1.03,

1420(200.[

7123,10

)1420.(

18,0.650.2)]

(200[

).(

.2

2 1

−

−

=

W W A

W W

v βρ

0013,7.4

1905,

⇒ thỏa điều kiện =4÷8

T

T

D L

Khi đó, thể tích của thùng sấy:

3513,75,6.4

2,1 4

2 2

=

=

=πD L π

1. Thời gian lưu:

Thời gian mà vật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vật liệu đi hết chiều dài thùng):

650.18,0.3513,7

⇒ thỏa điều kiện τ1 〈τ

2. Kiểm tra tốc độ quay của thùng:

α

τ D tg

L k m n

T

T

1

1

=

trong đó: k1 : hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu

Trường hợp sấy xuôi chiều: k1 = 0,2 4 0,7  Chọn k1 = 0,5 m : hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng

Đối với cánh nâng, m = 0,5

7,1.2,1.01,48

5,6.5,0.5,

0

D

L k m n

%100.1

9504,01

%100

ε

 chọn n = 1 vg/ph là hợp lý.

3. Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy:

Bảng 5 : Lưu lượng và khối lượng riêng không khí sấy tại các điểm của quá trình sấy thực:

Trạng thái khôngkhí vào thiết bịsấy – B (trạng thái 2)

Trạng thái không khí

ra khỏi thiết bị sấy C’ (trạng thái 3)

-Ghichú

Độ ẩm ω (đơn

Bảng3Lưu

144,8860181

,

93192

2,1.)18,01(4)1()

5249,

%100.7226,2

6,27226,2

%100

v

v v

ε

 chọn v k = 2,6 m/s là hợp lý.

4. Tính bề dày cách nhiệt của thùng:

Máy sấy có thể có hay không có bọc lớp cách nhiệt Để tránh nhiệt trong máy sấy mấtmát nhiều và để đảm bảo nhiệt dộ bên ngoài máy sấy có thể cho phép công nhân làm việc bêncạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy

5.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng

 1 :

Bảng 6 : Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị – Công thứcNguồn Giá trị

.7702,1

2,1.6,2

sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên [2]

Vậy, quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đốilưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống có <50

ε

Với: Re = 1,76.105

42,5

- Hệ số cấp nhiệt 1:

380,72

,1

02755,0.4382,321

 Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên ’  2 :

- Do thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng = 1,7 o nên việc xác định hệ số cấpnhiệt do đối lưu tự nhiên xem như là xác định hệ số cấp nhiệt của ống nằm ngang khi khôngkhí có thể tích lớn chuyển động tự do Theo [3], đối với trường hợp này, các hằng số vật lýkhi tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chất ở xa ống, tức là lấy theonhiệt độ trung bình của không khí môi trường

Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:

– Công thức Giá trị

2 Hệ số dẫn nhiệt λo W/m.oK Bảng 30, [3] 0,02629

3 Độ nhớt µo Ns/m2 Bảng I.114, [1] 1,8464.10-5

- Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem như nhiệt độ không đổi khi truyền qua bềdày thân thùng và lớp bảo vệ Sơ đồ truyền nhiệt:

5 3

2 4 3 2

3 2

3

10.8849,1)27327.(

)10.5875,1(

)2735.(

22,1.81,9

)273(

).(

=+

o w ng o

ng o

ng

t

t t D g T

T D g T D

g Gr

νν

νβ

- Chuẩn số Nusselt: [1]

Nu = 0,47 Gr0,25 = 0,47 (1,8849.10 9)0,25 = 97,9312

- Hệ số cấp nhiệt ’ 2 :

1103,222

,1

0263,0.9312,97

100100

7,5)

4 2

4 1 2 1 2

1

T T

T T F

: độ đen của hệ

Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn

bề mặt vật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể:

1-2 ≈ 1 = 0,8 4 1

 Chọn e1-2 = 0,8

(CT V.135, [1])

2735(

100

273

27100

27335.8,0.7,5

)(

100100

7,5)(

4 4

2 1

4 2

4 1 2 1 2

1 2

T T

T T F

Q bx

εα

 Hệ số cấp nhiệt chung  2 : [1]

5560,74456,51103,2

2 2 2

=+

150

001,005,0

001,050

008,03797,71

1

11

1

2

3 1 1

=+

++

+

=

++

219,12,1

- Bề mặt truyền nhiệt: gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặt đầu củathùng:

0084,274

21,1 25,6.21,1

4

2

2 2

=+

=

+

=

ππ

π

T tb

D L

D F

5.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí

bên ngoài t  tb : [14]

- Gọi: t1đ, t1c : nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy khi đi qua thùng sấy

tđ1 = t1 = 55oCtc1 = t2 = 35oC t2đ, t2c : nhiệt độ môi trường xung quanh, t2đ = t2c = to = 27oC

- Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy:

t

đ = t1đ – t2đ = 55 – 27 = 28 ( oC)t

(W/m2.K)

(m2)

28ln

828ln

c ñ tb

t t

t t t

(oC)

5.6 Tính lượng nhiệt mất mát ra xung quanh: [14]

- Xem nhiệt truyền từ bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đến môi trường bênngoài là ổn định Lượng nhiệt đó chính là lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh khibốc hơi 1kg ẩm qxq Đối với máy sấy thùng quay thì lượng nhiệt mất mát ra môi trường xungquanh này cũng là nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che qBC

- Theo phương trình truyền nhiệt:

8555,7175

.1000

3600.9647,15.0084,27.4720,3

xq

- So sánh với lượng nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che đã giả thiết ban đầu:

%75,4

%100.4421,75

8555,714421,75

%100

q

q q

ε

 giả thiết về chiều dày lớp cách nhiệt ban đầu là hợp lý.

5. Kiểm tra bề dày thùng: [15]

- Vật liệu chế tạo thùng chọn là thép CT3, có các tính chất sau:

Bảng 9 : Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng: [15]

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị – Công thứcNguồn Giá trị

1 Ứng suất tiêu chuẩn [σ*] N/mm2 Hình 1.1 140

,0.1,0

140

]

h

p ϕσ

Do đó bề dày tối thiểu của thân thùng:

)(10.5,495,0.140.2

1,0.2,1]

[2

m p

D S

(J/kg ẩm)

STT bổ sung kíchHệ số

thước

Kíhiệu

 thỏa điều kiện − <0,1

T

a

D

C S

- Áp suất lớn nhất cho phép trong thân thiết bị:

76,1)08(1200

)08.(

95,0.140

2)(

).(

]

[2]

−+

−

=

−+

−

=

a T

a h

C S D

C S

(N/mm2)Vậy thùng sấy có bề dày là 8mm, thỏa điều kiện làm việc p < [p]

6. Tính trở lực qua thùng sấy: [10]

Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp hạt nằm trêncánh và trên mặt thùng sấy mà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và các cánh từ trênxuống Do đó, trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấy có những đặc thù riêng và được tínhtheo các công thức kinh nghiệm

- Chuẩn số Reynolds:

3659,73410

.9314,1

0910,1.005,0.6,2

- Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy:

)/(4678,835

,7.2.75,0

18,0)

10001075

.(

25,0

.2.75,0

)

.(

25,0

3

2 1

m kg V

d g

C v

L a

2 ρ

1003659

,734

49085

,5

Re

100Re

49085,5

=+

+

=

++

ρ

ρρ

9870,0

9870,011

2

−

=ζ

ζ

C

)/(8256,599)(

1443,61

005,0.81,9.2

0134,0.0910,1.6,2.5,6.2074,10

2

2 2

2 2

m N O

mmH

d g

C v

L a

1. Tính công suất quay thùng:

- Công suất cần thiết để quay thùng:

N = 0,0013.DT2.LT .n.  kW (CT VII.54, [1])với: DT : đường kính trong của thùng, DT = 1,2m

I

Động cơ

Cơng suất làm viêc của động cơ:

Do tỷ số truyền quá lớn nên phải sử dụng hệ thống truyền động giảm tốc cho thùng

Sử dụng bộ phận giảm tốc 2 cấp kiểu trục vít – bánh răng Hệ thống truyền động như sau:trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít này truyền động qua bánh vít (giảm cấp i01), từbánh vít qua bánh răng nhỏ của hộp giảm tốc, rồi qua bánh răng lớn (giảm cấp i12), sau đĩ rakhỏi hộp giảm tốc, truyền qua tang dẫn động và đến thùng qua bánh răng lớn gắn vào thùng(giảm cấp i23)

- Chọn tỷ số truyền: i23 = 5

i12 = 4

6.4

698 23

12

i i

 Chọn hbr = 0,93 (Bảng 2.3, [4]) Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ được che kín (trong hộp giảm tốc): hbr’

= 0,96 – 0,98

 Chọn hbr’ = 0,96 (Bảng 2.3, [4]) Hiệu suất của bộ truyền trục vít:

829,096,0.93,0

74,0

=

br br

đc trv

ηη

ηη

Bảng 11 : Bảng sơ đồ truyền động

Trục

Hình 4: Sơ đồ hệ thống truyền động cho thùng: Sơ đồ hệ thống truyền động

có độ rắn mặt răng lớn hơn.

- Bánh răng chịu tải trọng trung bình, sử dụng thép 45 thường hóa có các thông số cơtính:

Độ rắn HBbr nhỏ = (1,1 – 1,4)HBbr lớn = 1,1.180 = 198 Giới hạn bền: B = 600 N/mm2

K n

u

.5,

285.5,

1

.5,

K n

u

σ

σσ

 Tính mođun sơ bộ:

6

][

10.19

n Z y

K N m

 N3 : công suất truyền của bộ truyền

Đối với bộ truyền bánh răng trụ hở có hệ số truyền br = 0,93 –0,95 chọn br = 0,93

93,0

56,

  : hệ số độ mòn răng

Với độ mòn 20%  = 1,5

 m : hệ số chiều dài răng, m = 10 – 12  chọn m = 12

 Z : số răng

o Với bánh răng nhỏ (chủ động) quay bằng động cơ :

 K : hệ số tải trọng, chọn sơ bộ K = 1,5 (bánh răng đặt ở đầu trục)

Tính mođun theo bánh răng có tích y.[ ] u nhỏ, còn nếu bánh răng cùng vật liệu thìtích y.[ ] u lấy của bánh răng nhỏ:

)(224,95,1.28.12.33,158.411,0

5,1.5,1.6021,0.10.19

][

10.19

K N m

m u

=

=

=

ψσ

γ

 Chọn mođun theo tiêu chuẩn (theo TCVN 1064-71) : m = 10 mm

 Kiểm nghiệm sức bền uốn răng:

[ ]u u

n Z b m y

K N

σ

γ

10.192 6

10012,

 làm tròn A = 835mm Số răng bánh nhỏ:

78,27)16(10

835

2)1(

2

+

=+

=

i m

A Z

 Z1 = 28 răng

 chọn Z1 = 28 rănglúc đầu là hợp lý

Xem vận tốc quay thùng bằng vận tốc quay của bánh răng lớn và bằng 1vg/ph

 Vận tốc quay của bánh răng nhỏ: nII = i nI = 6.1 = 6 (vg/ph) Vận tốc vòng:

1000.60

5.835

2)

1(1000.60

5,1.2,1.6021,0.10.19

10.19

2 2

6 2 6

mm N

n Z b m y

 u < [ ] u  hệ an toàn về uốn.

 Tính kích thước chủ yếu của cặp bánh răng:

S T

T Thông số Ký hiệu Công thức tính

Bánh răngdẫn (Bánhrăng nhỏ)

Bánh răng bịdẫn (bánh rănglớn)

7 Chiều cao chânrăng hc (mm) hc = 1,25m 12,5

8 Chiều cao đỉnhrăng hđ (mm) hđ = m 10

10 Khoảng cách giữa2 tâm bánh răng A (mm)

2

)(21 2

2 1

Z Z m

D D A