THIÊT KÊ THIÊT BỊ SẤY THÙNG QUAY CÀ PHÊ NHÂN NĂNG SUẤT 800KGH

Sấy là một khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ, được sử dụng phổ biên ở nhiều ngành công nghiệp chê biên nông lâm hải sản. Sấy không chỉ đơn thuần SẤY là tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu mà là một quá trình công nghệ phức tạp, đòi hỏi vậy liệu sau khi sấy phải đảm bảo chất lượng theo một chỉ tiêu nào đó với mức chi phí năng lượng ( điện năng, nhiệt năng) tối thiểu. Chẳng hạn, khi sấy cà rốt thì không được nức nẻ, cong vênh hoặc khi sấy thực phẩm thì phải đảm bảo giữ được màu sắc, hương vị và chất lượng của sản phẩm…

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIÊT BỊ

THIÊT KÊ THIÊT BỊ SẤY THÙNG QUAY CÀ

PHÊ NHÂN NĂNG SUẤT 800KG/H

Giảng viên hướng dẫn: Phan Huy Trình Sinh viên thực hiện: Nguyễn Bá Vi Hòa MSSV: 2004140087

Lớp: 05DHHH3

TP.HCM, tháng 6 năm 2017

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIÊT KÊ THIÊT BỊ SẤY THÙNG QUAY CÀ

PHÊ NHÂN NĂNG SUẤT 800KG/H

TP.HCM, tháng 6 năm 2017

2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Nhận xét:

Điểm đánh giá:

Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 ( Ký tên, ghi rõ họ và tên)

4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Nhận xét:

Điểm đánh giá:

Tp.HCM, ngày tháng năm 2017 (Ký tên, ghi rõ họ và tên)

LỜI CẢM ƠN

5

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đên các thầy cô trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm Thành Phố Hồ Chí Minh, cũng như các thầy cô khoa Công Nghệ Hóa Học của trường đã giảng dạy, truyền đạt những kinh nghiệm cho em

Đặc biệt, em xin gởi lời tri ân sâu sắc và sự biêt ơn đên thầy Phan Huy Trình

đã quan tâm, tận tình hướng dẫn, chia sẽ kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt quá trình làm bài báo cáo đồ án này

Trong quá trình thực hiện, cũng như trong quá trình báo cáo khó tránh khỏi sai sót rất mong quý thầy cô bỏ qua Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm còn hạn chê nên bài báo cáo không tránh khỏi thiêu sót, rất mong quý thầy cô góp ý và thông cảm

Cuối cùng, em kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp của mình Kính chúc thầy Phan Huy Trình luôn có sức khỏe tốt, đạt được nhiều thành công trong công việc và cuộc sống

Em xin chân thành cảm ơn!

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hữu cơ của trấu 7

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của vỏ trấu 8

Bảng 1.3 Các thành phần oxit có trong tro trấu 8

Bảng 2.1: Chỉ tiêu chất lượng của Natrisilicate (TCCS 05:2010/HCVT) 10

6

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Tro trấu 1

Hình 1.2 Vỏ trấu được thải bỏ bừa bãi 2

Hình 1.3 Lò tro trấu sinh học 2

Hình 1.4 Dung tro trấu trong nung gạch 3

Hình 1.5 Thiêt bị lọc nước bằng vỏ trấu 4

Hình 1.6 Cũi trấu thành phần 4

Hình 1.7 Vỏ trấu trước và sau khi đốt thành than 7

Hình 2.1 Quy trình tồng hợp thủy tinh lỏng 11

Hình 2.2 Thủy tinh lỏng được dùng làm phụ gia trong gạch không nung 12

Hình 3.1 Đá mi bụi và tro trấu trước và sau khi xử lí 13

Hình 3.2 Khuôn đúc mẫu gạch 13

Hình 3.3 Quy trình chê tạo gạch không nung 15

8

Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng một hệ thống các thiêt bị gồm thiêt

bị sấy như phòng sấy, hầm sấy, tháp sấy, thiêt bị sấy thùng quay,… thiêt bị đốt nóngtác nhân sấy trong các calorifer, thiêt bị ẩm để khử ẩm tác nhân sấy, bơm quạt vàmột số thiêt bị phụ khác Đương nhiên, trong hệ thống đó, thiêt bị sấy là quan trọngnhất Vì vậy sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng công nghệ và đời sống, trong quytrình công nghệ sản xuất của rất nhiều sản phẩm đều có công đoạn sấy khô để bảoquản dài ngày Công nghệ này ngày càng phát triển trong ngành hải sản, cà rốt, càphê và các thực phẩm khác, các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như lúa, ngô, đậu…sau khi thu hoạch cần sấy khô kịp thời nêu không sản phẩm sẽ giảm phẩm chất thậmchí bị hỏng dẫn đên tình trạng mất mùa sau thu hoạch

CHƯƠNG 1 NGHIÊM CỨU TÍNH CHẤT CÂY CÀ PHÊ 1.1 Đặc tính chung của cà phê

1.1.1 Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê:

Quả cà phê gồm có những phần sau : lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa,nhân

• Lớp vỏ quả : là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ của cà phê chẻ (arabỉca)

mềm hơn cà phê vối (canephora) và cà phê mít (excelsa)

• Dưới lóp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt, gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chè mềm, chứa nhiềuchất ngọt, dễ xay xát hơn vỏ cà phê mít cứng và dày hơn

• Hạt cà phê sau khỉ loại các chất nhờn và phơi khô gọi là cà phê thóc, vì bao bọcnhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ gọi là vỏ “trấu” tức là nội bì Vỏ trấu của càphê chè mỏng và dễ dập vỡ hơn là cà phê vối và cà phê mít

tính khác nhau tùy theo loại cà phê vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất mỏng và

dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chê biên, vỏ cà phê vối có màu nâu nhạt, vỏ lụa

cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê

nhỏ, trong có chứa những chất dầu Phía trong có những tê bào lớn và mềm hơn.Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân Thông thường thỉ chỉ có 2 nhân

Các loại vỏ và nhân Cà phê chè (%) Cà phê vối (%)

1.1.3 Thành phần hóa học của nhân cà phê:

1.1.4 Tính chất vật lí của cà phê nhân

Cà phê nhân được bóc ra từ cà phê thóc Cà phê nhân có hinh dáng bầudục,có chiều dài khoảng lcm, chiều rộng khoảng 0,5cm

1.2 Quy trình sản xuất cà phê nhân:

1.2.1 Giới thiệu các phvorng pháp sản xuất cà phê nhân:

Sản xuât cà phê nhân nhăm mục đích loạỉ bỏ các lớp bao vỏ bọc quanh hạt nhân cà phê để thu đuợc cà phê nhân Để cà phê nhân sống cỏ một giá trị thương phẩm cao chúng ta phải sấy khô đên mức độ nhất định (độ ẩm mà nhà chê biên yêu cầu) Rồi sau đỏ tiêp tục các quá trình chê biên tinh khiêt hơn nhu chê biên cà phê rang, cà phê bột thô, cà phê hòa tan Hoặc các sản phẩm khác cỏ phối che như: cà phê sữa, các loại bánh kẹo cà phê

Trong kỹ thuật sản xuất cà phê nhân cỏ 2 phương pháp chính:

Phương pháp sản xuẩt ướt: gồm 2 giai đoạn chính:

• Giai đoạn xát tươi và phơi sấy loại bỏ các lớp vỏ, thịt và các chất nhờn bên ngoài vàphơi sấy khô đên mức độ nhất định.

• Giai đoạn xay xát, loại bỏ các lớp vỏ trấu và một phần vỏ lụa, tạo thành cà phê nhân

Phương pháp sản xuất khô: chỉ có một giai đoạn chính là sau khỉ phơi quả cà phê đên mức độ nhất định dùng máy xát khô loại bỏ các lớp vỏ bao bọc nhân, không cần qua giai đoạn sản xuất cà phê thóc

So sánh 2 phương pháp ta thấy:

Phương pháp chê biên khô tuy đơn giản, ít tốn năng lượng, nhân công nhưng phương pháp này có nhiều hạn chê là phụ thuộc vào điều kiện thời tiêt Nó chỉ phù họp với nơi có điều kiện khí hậu nắng nhiều mưa ít, không đáp ứng được những yêu cầu về mặt chất lượng

Phương pháp chê biên ướt phức tạp hơn, tốn nhiều thiêt bị và năng lượng hơn, đồng thời đòi hỏi dây chuyền công nghệ cũng như thao tác kỳ thuật cao hơn Nhưng phương pháp này thích họp với mọi hoàn cảnh, mọi điều kiện khí hậu thời tiêt Đồngthời rút ngắn được thời gian sản xuất, tăng năng suất của nhà máy và nâng cao chất lượng sản phẩm cà phê nhân

Hiện nay ở nước ta, các nhà máy, xí nghiệp sản xuất cà phê nhân chủ yêu sử dụng phương pháp khô (phương pháp cổ điển)

1.2.2 Dây chuyền sản suất cà phê nhân (phương pháp khô)

Thu nhận và bảo quản cà phê

Đóng đưa vào bảo quản

Sấy Thu được cà phê nhân

Xát khô Làm ráo Rửa Xát tươi Sàng phân loại và làm sạch

Chương 2: TÍNH TOÁN THIÊT BỊ SẤY 2.1 Chọn phương pháp sấy:

2.1.1 Chọn thiêt bi sấy:

Thiêt bị sấy thùng quay là thiêt bị chuyên dùng đê sây hạt Loại thiêt bị này đượcdùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các vật ẩm dạng hạt có kích thướcnhỏ Trong hệ thống này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiêp xúc nhiều với tác nhânsấy, do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, và độ đồng đều của sản phẩm cao.Ngoài ra, thiêt bị còn có thể làm việc với năng suất lớn

2.1.2 Giới thiệu phương pháp sấy nóng:

Để sấy cà phê nhân, dùng phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy nóng đên độ ẩmtương đối φ giảm dẫn đên phân áp suất trong tác nhân sấy giảm Mặt khác nhiệt độ vậtliệu sấy tăng nên mật độ hơi trong các mao dẫn tăng lên do đó phân áp suất hơi nước trên

bề mặt vật sấy cũng tăng theo Nghĩa là ở đây có sự chênh lệch phân áp suất giữa bề mặtvật liệu sấy và môi trường nhờ đó mà có sự dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra

bề mặt và đi vào môi trường

Có 2 cách để tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môitrường

• Giảm phân áp suất của tác nhân sấy bằng cách đốt nóng nó

• Tăng phân áp suất hơi nước trong vất liệu sấy

Ở thiêt bị sấy thùng quay các giai đoạn của quá trình sấy phân bố ổn định

theo chiều dài thùng Trong thùng sấy, hạt cà phê nhân được nâng lên đên độ cao nhấtđịnh, sau đó rơi xuống Trong quá trình đó, vật liệu tiêp xúc với tác nhân sấy, thực hiệncác quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm Nhờ độ nghiêng của thùng màvật liệu sẽ được vận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng Khi đi hêt chiều dài thùng sấy,vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiêt cho quá trình bảo quản là 15%

2.1.3 Chọn tác nhân sấy và sấy chê độ sấy:

Chọn tác nhân sấy:

Đối với cà phê nhân (chỉ còn có lóp lụa bên ngoài) nên trong quá trình sấy yêu cầusạch không bị ô nhiễm, bám bụi và yêu cầu nhiệt độ sấy không cao nên ta chọn tác nhânsấy là không khí nóng.

Chọn chê độ sấy:

Thông thường, chê độ sấy trong hệ thống sấy thùng quay được hiểu là bao gồm bayêu tố: nhiệt độ tác nhân sấy vào thùng sấy ti và nhiệt độ ra khỏi thùng sấy t2, không cóhồi lưu, hạt cà phê nhân được nâng lên đên độ cao nhất định, sau đó rơi xuống Trong quátrình đó, vật liệu tiêp xúc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyềnkhối làm bay hơi ẩm Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng t2 được chọn sao cho tổn thất

do tác nhân sấy mang đi là nhỏ nhất Tốc độ tác nhân sấy đi trong thùng sẽ được quyêtđịnh sơ bộ sau tính toán lưu lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyêt, chọn tiêtdiện thùng sấy Tốc độ được chọn sơ bộ này sẽ được kiểm tra lại sau khi tính toán xongquá trình sấy thực

Chọn chế độ sấy căn cứ vào 2 tiêu chí, một là sự làm việc của thiêt bị và hai là căn

cứ vào vật liệu sấy

Đối với vật liệu sấy là cà phê nhân cần có một chê độ sấy thích hợp để đảm bảogiữ được các tính chất về hương vị, màu sắc, và các thành phần có trong hạt nên ta chọnthông số của tác nhân sấy như sau:

Thông số của vật liệu sấy:

• Nhiệt độ vật liệu vào: tv1=t0= 27,7°C, độ ẩm không khí (VII.1/100-[3])

• φ0 = 71 % (t0 =27,7 oC và φ=71 %, áp suất khí quyển p= 745 mmHg là khí hậu ở

Ninh Thuận) (VII.1/100-[3])

• Độ ậm ban đầu của vật liệu: W1 = 60 %

• Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy: W2 = 15 %

Gầu tải đưa vật liệu lên phễu chứa Thông qua đĩa phân phối, vật liệu sấy được đưa vào thùng sấy có khối lượng bằng một mẻ sấy

2.1.4 Các thông số tác nhân sấy:

Ta kí hiệu các đại lượng như sau:

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

ω1,ω2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo % khối lượng vật liệu ướtW: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (kg/h)

Gk:Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (kg/h)

d0:Hàm ẩm của không khí ngoài trời(kg ẩm/kg kkk)

d1:Hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk)

d2: Hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk)

2.2 Các công thức sử dụng:

Dùng tác nhân sấy là không khí

 Áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:

pb =   − 235 , 5 + toC  

42 , 4026 12

p d

.

621 , 0

.004,1).(

• 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 : ần nhiệt hóa hơi của nước r =2500 kJ/kg

 Thể tích riêng của không khí ẩm

b

b B p

T p

B M

RT v

.

288 )

( −ϕ = −ϕ

=

[m3/kgkkk] (VII.8/94–[3])Trong đó, R: Hằng số khí, R=288J/kg.0K;

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.

T: nhiệt độ của không khí,0K

2.3 Tính thông số của tác nhân sấy:

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

Trạng thái không khí ngoải trời được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặpthông số (to, ϕ0)

Chọn A có : to =27,70C và ϕ0 = 71% (tra sổ tay QTTB vs công nghệ hóa chất tập 2)

][037,07,275,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

037,0.71,0621,0

750745

.621,

o o o

p

p d

ϕϕ

(kg ẩm/kg kkk)

kJ/kgkk) (

923 , 70 ) 7 , 27 842 , 1 2500 (

0169 , 0 7 , 27 004 , 1

) 842 , 1 2500 (

004 , 1

= +

+

=

+ +

( 8955 , 0 10 037 , 0 71 , 0 10 750 745

) 273 7 , 27 (

288

288 )

(

3 5

5 0

0

p B

T p

B M

RT v

b b

2.3.2 Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B)

Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 =d0) đên trạng thái B( d1,t1) Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng quay.

Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy , do tính chất

của vật liệu sấy và quy trình công nghệ quy định Do đó, chọn điểm B: t1=600 C

và d1 =d0 = 0,0169 (kg/kgkkk)

)(1968,0605,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

1968 , 0

750

745 0169 , 0

) 621 , 0 (

.

1

1 1

1

= +

B d

b

ϕ

) /

( 36 , 104 )

60 842 , 1 2500 (

0169 , 0 60 004 , 1

) 842 , 1 2500 (

004 ,

1

kgkkk kj

t d

t I

= +

+

=

+ +

=

 Thể tích riêng

) /

( 9917 ,

0 10 1968 , 0 1337 , 0 10 750 745

) 273 60

( 288

.

5 5

1

1 1

1

kgkkk m

p B

T v

2.3.3 Thông số trạng thái không khí ra khỏi thiêt bị sấy(C).

Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiêt bị để thực hiện quá trình sấy lý thuyêt(I1= I2), trạng thái không khí ở đầu ra của thiêt bị sấy là C(t2,ᵩ2).

Nhiệt của tác nhân sấy ra khỏi thiêt bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất do tác nhân sấy mang đi là bé nhất, nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa là tránh trạng thái C nằm trên đường bảo hòa Đồng thời, độ chứa ẩm của tác nhân

sấy tại C phải nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

004 ,

) /

( 027 , 0 35 842 , 1 2500

35 004 , 1 36 , 104

842 , 1 2500

004 , 1

2

2 2

t

t I

+

−

= +

0558 , 0

750

745 027 , 0 )

621 , 0 (

.2

2 2

2

= +

= +

=

d p

p db

ϕ

 Thể tích riêng

) /

( 9318 ,

0 10 0558 , 0 7417 , 0 10 750 745

) 273 35

( 288

.

5 5

2

2 2

2

kgkkk m

p p

T v

Bảng 2.1 Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyêt

khí ban đầu(A)

Trạng thái không khívào thiêt bị sấy (B)

Trạng thái không khí

ra khỏi thiêt bị sấy (C)

m kg

6 , 36 5 , 235

42 , 4026 12

m kg P

P

P P

711 , 14

018 , 26 ln

711 , 14 018 , 26 ln

2

2 1

6.2/155-h m kg B

p

745

760 83 , 19 03 , 0

760

= α

Ta có: bề mặt riêng của vật liệu:

2 3

0 0

05 , 1 10

7 820

6

6

m d

100 100.f.J

=

0 2

1

100

100 ln

435 , 0

ϕ

K K

Wc

φo = 71%  K1 = 2,7 ; K2 = 19,5

% 95 , 7 71

100

100 ln

5 , 19 435 , 0 7

=

→ Wc

48-[11]3.8-[11]

% 28 , 41 95 , 7 8 , 1

60 8

, 1

=

→ Wkq ω Wc

h N

Wkq

3 , 0 05

, 64

28 , 41 60

W W

N

W W

c

c kq c

kq

8 , 0 95

, 7 15

95 , 7 28 , 41 ln 05

, 64

95 , 7 28 , 41

ln

2 2

Với ω2: độ ẩm lúc sau của vật liệuThời gian sấy tổng cộng:

p

h 66

1 , 1 8 , 0 3 , 02

= τ τ τ

,01

15,06,0800

2 1

3.44/98-[11]

3.45/98-[11]

 Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

G G

Gk

k

/ 320 )

6 , 0 1 ( 800

) 1

( )

G2 = 1− = 800 − 423 , 53 = 376 , 47 /

2.6 Tính cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực tế:

Người ta gọi thiêt bị sấy lý tưởng là thiêt bị sấy thỏa mản các điều kiện sau đây:

 Nhiệt lượng bổ sung QBS=0

 Tổn thất nhiệt qua các kêt cấu bao che QBC=0

 Tổn thất nhiệt do thiêt bị truyền tải QCt=0

 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi QV=0

 Chỉ có tổn thất do tác nhân sấy mang đi

Do không có nhiệt lượng bổ sung và các loại tổn thất nên nhiệt lượng cần thiêt để bốc hơi ẩm trong vật liệu sấy được lấy ngay chính nhiệt lượng của tác nhân sấy và sau đó ẩm dưới dạng hơi lại quay trở lại tác nhân và mang trả lại cho tác nhân một nhiệt lượng đúng bằng thế, nhiệt lượng này thể hiện dưới dạng nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt vật lý của hơi nước Vì vậy người ta xem quá trình sấy lý tưởng là quá trình đẳng entanpy Đây là đặc trưng cơ bản của quá trình sấy lý thuyêt.

Giả sử lượng khí vào ra thiêt bị sấy là không đổi, kí hiệu là : L0 (kg/h)

Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:

2 2 2

0 1

1 1

0d G ω L d G ω

 Lượng không khí khô cần thiết

) / ( 66 , 41933 0169

, 0 027 , 0

53 , 423

0 2

d d

11

0 2

L l

(kgkkk/kg ẩm) (CT 7.14/131-[1])

 Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết

(KJ/h)9

1402135,78

=70,923)-

(104,3666

,41933)

()

, 423

789 , 140235

0

W

Q q

(kJ/kh ẩm) (CT 7.16/131-[1])

2.7 Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy lí thuyết:

Một thiêt bị sấy ngoài tổn thất do tác nhân sấy mang đi còn có thề có nhiệt lượng bổ sung

QBS và luôn luôn tồn tại tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che QBC, tồn thấtnhiệt do thiêt bị sấy chuyển tải và tổn thất nhiệt lượng do vật liệu sấy mang đi QV.

Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không có thiết bịchuyển tải, dó đó QBS=0, QCT=0

 Nhiệt lượng đưa vào hệ thống sấy gồm:

 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorifer: L(I1-I2)

 Nhiệt lượng bổ sung QBS=0

 Nhiệt vật lý do thiêt bị chuyển tải mang vào : GCTCCTtCT1

 Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang vào: G2CV2tV2

[1]

CT7.13/131- Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiêt bị sấy gồm:

 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi L(I2-I0)

 Nhiệt tổn thất qua kêt cấu bao che: QBC=0

 Nhiệt vật lý do thiêt bị chuyển tải mang ra : GCTCCTtCT2

 Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang ra: G2CV2tV2.

Với

• tV1: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường: tv1 =

to = 27,7oC

• tV2: nhiệt độ cuối cùa vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiêt bị sấy:

tv2 = t2 – (50C) = 35 – 5 = 30oC , ta chọn nhỏ hơn nhiệt độ đầu ra của tác nhânsấy 3-50C

Cv1 = Cv2 = Cv: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiêt bị sấy lànhư nhau Ở đây nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở ω2 =15% :

Cv = Cvk(1-ω2) + Ca ω2,kJ/kgoK (CT 7.40/141-[1])

Với: Ca: nhiệt dung riêng của ẩm, Ca=Cn=4,18KJ/kg0K

Cvk=1,54912(kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của vật kiêu khô

 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che

Tổn thất nhiêt qua cơ cấu bao che hay qua môi trường QBC thường chiêm khoảng3-5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích QBC=(0,03-0,05)Qhi

Trong đó : Qhi: là nhiệt hữu ích cần thiêt để làm bay hơi ẩm trong vật liệu:

6,31935

 Quá trình sấy ly thuyêt: ∆ = 0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyêt:

Q = L(I2 – Io) =

66 , 41933

.(104,36-70,923)=1402135,789(KJ/h)

q = l(I1 – Io)=99(104,36-70,923)=3310,263(KJ/kg ẩm)

 Quá trình sấy thực tê: ∆ ≠ 0

V BC V

1064520

1,1.800

=βρ

D

V D D

V

t t

t t

t

4

732,10.44

44

4

4

3 3

2

=

ππ

ππ

Chọn Dt = 1,6 m (theo Bảng XIII.6/359-[3])

m D

L D

L

4,66,1.44

4→ = = =

=

Ta có t1=600C=>

)/(06,

,0.66,41933

1 0

)/(85,10)/(78,390739318

,0.66,41933

2 0

• Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:

)/(2,11)/(715,403292

78,3907365

,415852

3 3

6.1.)

1.01(4.)1.01()

2 , 11

s m F

V v

53,

2.8.4 Thời gian lưu của vật liệu:

Thời gian lưu mà lật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vật liệu di hêt chiều dài của thùng):

[ ] 39,464.[200 (60 15) ] 90( )

)1560.(

820.1,0.120200

)(

120

2 1

−

−

=

ωω

ωωρ

,

α

τ D tg

L k m n

t

=

( CTVII.52/122 –[3])

VII.53/123-[3]

Trong đó :

+ n’: số vòng quay của thùng

+ L: là chiều dài của thùng

+ α : Góc nghiêng của thùng quay, độ Thường góc nghiêng của thùng dài là

2.5-30, còn thùng ngắn đên 60, chọn α =3 0⇒ tgα = 0,0524

+ 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, k = 0,65

+ τ : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay, phút

96,00524,0.6,1.66

4,6.65,0.5,0

⇒ n

(vòng/phút)Ban đầu ta chọn n = 1 vòng/phút

Kiểm tra lại sai số thùng quay:

%404,01

96,01

ε

 Sai số có thể chấp nhận được

2.8.6 Kiểm tra bề dày thùng:

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

Bảng 2.2: Các tính chất của vật liệu chê tạo thùng:

Hệ số giãn khi kéo

Thùng sấy có hình dạng nằm ngang, chê tạo bằng phương pháp hàn, thùng làm việc ở

áp suất khí quyển

Hệ số hiệu chỉnh η

:đối với thiêt bị có bọc cách nhiệt, chọn η

=0,95Ứng suất cho phép:

133140.95,0].[

,0.10.10.81,9

133

][

10.81,9.1600]

[2

Với các hệ số bổ sung kích thước:

+ Ca: hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường Đối với môi trường chứavật liệu là cà phê, hầu như không có ăn mòn thiêt bị, do đó: Ca = 0

+ Cb: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường Do môi trường chứa nhiềuhạt rắn, chọn Cb = 1 (mm)

+ Cc: hệ số bổ sung do sai lệch khi chê tạo, lắp ráp Theo (bảng XIII.9/364, [3]),đối với thép X18H10T, chọn Cc = 1 (mm)

+ Co: hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, chọn Co = 0,27 (mm)

031,

=> thỏa điểu kiện

1,0

• Áp suất lớn nhất cho phép trong thân thiêt bị:

5,0)03(1600

)03.(

95,0.140.2)(

).(

]

[2]

−+

−

=

−+

−

=

a T

a h

C S D

C S

p σ ϕ

(N/mm2)Vậy thùng sấy có bề dày là 3 mm, thỏa điều kiện làm việc p<[p]

2.8.7 Tính bề mặt cách nhiệt:

Tính nhiệt lượng mất mát ra xung quanh :

Xem nhiệt truyền tử bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đên môi trường bên ngoải là

ổn định Lượng nhiệt đó chính là nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh khi bốchơi 1 kg ẩm qxq Đối với máy sấy thùng quay thì lượng nhiệt mất mát ra môi trường xungquanh này cũng là nhiệt tồn thất qua cơ cấu bao che qBC

Ta có qBC=qxp = 75,4 (kJ/kg ẩm) là lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh khi bayhơi 1kg ẩm

tb

xq tb

xq

BC

t F

q W K W

t F K

Bề mặt truyền nhiệt:

m D

D

D tb T ng 1,6015

2

603,16,1

2

6,554

6015,1.24,6.6015,1.4

.2

Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy và không khí bên ngoài

Gọi tđ, tc là nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy

t1đ= t1 = 60oC, t1c = t2 = 35oC

t2đ, t2c: nhiệt độ xung quanh, t2đ= t2c = 27,7oC

Hiệu số lưu chất của dòng vào và ra của dòng tác chất:

K m W t

t

t t

t

C t

t

t

C t

c d

tb

o c

c

c

o d

d

d

./982,1)27381,16.(

,55

4,75.53,423

81,16ln

3,77,2735

3,327,2760

2

2 1

2 1

=+

16

1

αλ

hệ số dẫn nhiệt của vật liệu

Đảm bảo được năng suất ta phải chọn bề dày lớp cách nhiệt và vật liệu cách nhiệt sao chophù hợp

Bảng 2.3 Các bề dày thùng và vật liệu:

Nên khi tính K ta cũng coi như khi tính tường phẳng

]

Giá trịchọn(

m)

Vậtliệu

Hệ số dẫnnhiệt

0,051

3 Bề dày lớp

Tính toán các hệ số cấp nhiệt:

Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đên thành trong thiêt bị α1

Bảng 2.4 Các hệ số của không khí bên trong thùng sấy.

.115,1

6,1.19,6

Re= = − ≈

k t

là quá trình truyền nhiệt do sự trộn lẩn của các lớp lưu chất trong và ngoài xa trục củadòng chả Có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên Vậy, quá trình truyềnnhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiêt bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức, dòng

chảy trong ống có

50

<

D L

1,089 0,018.

,1

0,028825

1124

Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đên môi trường xung quanh

V.42/16-[3]

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

bề dày thân thùng và lớp bảo vệ