Mục lục…………………………………………………………………………1 Lời mở đầu……………………………………………………………………...2 Phần I : Tổng quan……………………………………………………………... 1.1. Giới thiệu về sản phẩm sấy………………………………………. 1.2. Giới thiệu về phương pháp sấy…………………………………... 1.3. Giới thiệu về hệ thống sấy thùng quay…………………………... Phần II : Tính toán công nghệ sấy đường…………………………………….... 2.1.Tính toán cân bằng vật liệu……………………………………………………… 2.2. Tính thời gian sấy………………………………………………………………. 2.3. Tính kích thước và các thông số của thùng sấy……………..………………….. 2.4. Tính toán quá trình sấy lí thuyết………………………………………………... 2.5. Tính toán quá trình sấy…………………………………………………………. 2.5.1. Tính tổn thất nhiệt…………………………………………………… 2.5.2. Tính toán quá trình sấy thực………………………………………… 2.5.3. Tính toán cân bằng nhiệt……………………………………………. Phần III : Tính toán thiết bị phụ …………………………………………………. 3.1. Coloripher……………………………………………………………………. 3.2. Tính trợ lực và chọn quạt…………………………………………………….. 3.3. Tính công suất của dộng cơ quay…………………………………………….. Lời kết……………………………………………………………………………. Tài liệu tham khảo ……………………………………………………………….
Mục lục…………………………………………………………………………1 Lời mở đầu…………………………………………………………………… Phần I : Tổng quan…………………………………………………………… 1.1 1.2 1.3 Giới thiệu sản phẩm sấy……………………………………… Giới thiệu phương pháp sấy………………………………… Giới thiệu hệ thống sấy thùng quay………………………… Phần II : Tính tốn cơng nghệ sấy đường…………………………………… 2.1.Tính tốn cân vật liệu……………………………………………………… 2.2 Tính thời gian sấy……………………………………………………………… 2.3 Tính kích thước thông số thùng sấy…………… ………………… 2.4 Tính tốn q trình sấy lí thuyết……………………………………………… 2.5 Tính tốn q trình sấy………………………………………………………… 2.5.1 Tính tổn thất nhiệt…………………………………………………… 2.5.2 Tính tốn q trình sấy thực………………………………………… 2.5.3 Tính tốn cân nhiệt…………………………………………… Phần III : Tính tốn thiết bị phụ ………………………………………………… 3.1 Coloripher…………………………………………………………………… 3.2 Tính trợ lực chọn quạt…………………………………………………… 3.3 Tính cơng suất dộng quay…………………………………………… Lời kết…………………………………………………………………………… Tài liệu tham khảo ……………………………………………………………… LỜI MỞ ĐẦU Sấy q trình cơng nghệ sử dụng nhiều công nghệ sản xuất đời sống thực tế Đặc biệt, ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng,…kỹ thuật sấy đống vai trò quan trọng dây chuyền sản xuất Sản phẩm sau sấy có độ ẩm thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản , vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Đường sản phẩm công nghiệp thực phẩm Đường saccarose có vị tự nhiên, loại thực phẩm bổ dưỡng, cung cấp nhiều lượng cho người Đường sản phẩm dùng trực tiếp dùng làm nguyên liệu ngành công nghệ sản suất thực phẩm : công nghệ sản xuất đồ hộp, công nghệ sản xuất bánh kẹo, mứt, nước giải khát,… Một trình quan trọng công nghệ sản xất sấy đường tinh thể đường tạo Sấy giúp cho công việc bảo quản vận chuyển đường thuận lợi, đồng thời đường thành phẩm bảo đảm chất lượng giá trị cảm quan Do tính chất thành phần đường sấy phải giữ tính chất giá trị cảm quan giá trị dinh dưỡng nên sử dụng mơt số loại thiết bị sấy thùng quay, sấy sàn rung, sấy tầng sôi,…tuy nhiên thông dụng sấy kiểu sấy thùng quay với tác nhân khơng khí nóng Trên sở kiến thức học hướng dẫn thầy giáo đồ án mơn học này, em sin trình bày “ Tính tốn thiết kế sấy thùng quay sấy đường với suất 2000 kg/h ” với nội dung bao gồm phần sau : Phần I : Tổng quan Phần II : Tính tốn cơng nghệ sấy đường Phần III: Tính chọn thiết bị phụ Do trình dộ, kinh nghiệm nghiên cứu tài liệu tham khảo hạn chế nên em tránh khỏi sai sót q trình tính tốn , thiết kế dồ án này, mong thầy cô bạn góp ý, bảo để em bổ sung, củng cố kiến thức cho thân Em xin chân thành cảm ơn PhẦN I TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sản phẩm sấy Đường saccarose có cơng thức phân tử C12H22O11 , cấu tạo từ đường đơn Glucose Fructose, trọng lượng phân tử 342,3 đvC Tinh thể saccarose suốt không màu, không mùi, có vị ngọt; khối lượng riêng : 1,5879 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy : 180 – 1860C; dễ tan nước với độ hòa tan cao, tỷ lệ với nhiệt độ Ở trạng thái kết tinh, đường saccarose khơng hút ẩm, độ hút ẩm thuộc vào tạp chất lẫn tinh thể đường, độ tan chất lớn khả hút ẩm cao Đường saccarose khơng có tính khử Trong mơi trường axit kiềm mạnh, saccarose bị thủy phân tạo thành glucose frucrose Dưới tác dụng nhiệt độ cao (1600C) đường saccarose bị nóng chyar nhiệt độ lớn 1800C bị caramen hóa Trong tự nhiên, đường saccrose có nhiều mía, củ cải đường, nốt, công nghiệp, đường saccarose sản xuất chủ yếu từ mía củ cải đường Ở Việt Nam, nguyên liệu chủ yếu sản xuất đường mía Quy trình sản xuất đường từ ngun liệu mía sau : Nguyên liệu (Mía) Thành phẩm Ép Làm nước mía Bao gói Sấy Cơ đặc nước mía Ly tâm Nấu đường Kết tinh Q trình sấy đường tương đối dễ tinh thể đường saccarose khơng ngậm nước, chủ yếu tách ẩm bề mặt tinh thể , mặt khác độ ẩm ban đầu đường nhỏ Vì vậy, thiết bị sấy khơng phức tạp sấy xong bắt buộc phải làm nguội đến nhiệt độ phòng để tạo điều kiện bảo quản tốt cho sau 1.2 Giới thiệu phương pháp sấy 1.2.1 Khái niệm chung sấy 1.2.1.1 Định nghĩa Sấy trình tách ẩm khỏi bề mặt vật liệu nhờ sử dụng nhiệt Q trình sấy nhằm mục đích giảm bớt khối lượng , tăng độ bền vật liệu; bảo quán tốt vật liệu thhowif gian dài, sản phẩm nông sản, lương thực, thực phẩm; giảm lượng tiêu tốn trình vận chuyển vật liệu; để đảm bảo thơng số kỹ thuật cho q trình gia cơng vật liệu 1.2.1.2.Phân loại Q trình sấy bao gồm phương thức: Sấy tự nhiên : phương pháo sử dụng trực tiếp lượng tự nhiên lượng mặt trời, lượng gió,… để làm bay nước Phương pháp đơn giản, không tốn lượng, rẻ tiền nhiên không điều chỉnh tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên suất thấp, phụ thuộc vào thời tiết, cần diện tích bề mặt lớn, điều kiện vệ sinh kém,… Do phương pháp áp dụng cho sản xuất quy mơ lẻ, hộ gia đình, Sấy nhân tạo : phương pháp sấy sử dụng nguồn lượng người tọa ra, thường tiến hành thiết bị sấy, cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà kỹ thuật sấy chia làm dạng : - Sấy đối lưu : phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với khơng khí nóng, khói lò,…( gọi tác nhân sấy ) - Sấy tiếp xúc : phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc ới nhiệt độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua vách ngăn - Sấy tia hồng ngoại : phương thức sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn điện phát truyền cho vật liệu sấy - Sấy dòng điện cao tần : phương pháp sấy dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày lớp vật liệu - Sấy thăng hoa : phương pháp sấy mơi trường có độ chân không cao, nhiệt độ thấp nên ẩm tự vật liệu đóng băng bay trừ trạng thái rắn thành mà không qua trạng thái lỏng 1.2.1.3 Ngun lí q trình sấy Q trình sấy q trình chuyển khối có tham gia pha rắn phức tạp bao gồm trình khuếch tán bên bên vật liệu rắn đồng thời với trình truyền nhiệt Đây trình nối tiếp nghĩa trình chuyển lượng nước vật liệu từ pha long sang pha hới sau tách pha khỏi vật liệu ban đầu Động lực trình chênh lệch độ ẩm lòng vật liệu bên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha xảy áp suất bề mặt vật liệu lớn áp suất riêng phần nước mơi trường khơng khí xung quanh Vận tốc tồn trình quy định giai đoạn chậm Ngoài tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ yếu tố thúc đẩy cản trở trình di chuyển ẩm từ vật liệu sấy bền mặt vật liệu sấy Trong trình sấy mơi trường khơng khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng lớn trực tiếp đến vận tốc sấy Do cần nghiên cứu tính chất thơng số q trình sấy 1.2.2 Tác nhân sấy Tác nhân sấy chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách từ vật liệu sấy Trong q trình sấy, mơi trường buồng sấy ln bổ sung ẩm thoát từ vật liệu sấy Nếu dộ ẩm khơng mang độ ẩm tương đối buồng sấy tăng lên đến lúc đạt cân vật liệu sấy môi trường buồng sấy, trình ẩm vật liệu sấy ngừng lại Vì nhiệm vụ tác nhân sấy : - Gia nhiệt cho vật liệu sấy - Tải ẩm : mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường - Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng nhiệt Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy thực hay nhiều nhiệm vụ Các loại tác nhân sấy : Khơng khí ẩm : loại tác nhân sấy thơng dụng nhất, dùng cho hầu hết loại sản phẩm Dùng khơng khí ẩm có nhiều ưu điểm : khơng khí có sẵn tự nhiên, không độc , không làm sản phẩm sau sấy ô nhiễm thay đổi mùi vị Tuy nhiên, dùng khơng khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm gia nhiệt khơng khí (caloripher khí –hơi bay khí – khói), nhiệt độ sấy khơng q cao Thường nhỏ 5000C nhiệt độ cao thiết bị trao đổi nhiệt phải chế tạo thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt Khói lò : khói lò dùng làm tác nhân sấy nâng nhiệt độ sấy lên 10000C mà không cần thiết bị gia nhiệt, nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm bụi chất có hại CO2, SO2 ,… Hơi nhiệt : tác nhân sấy dùng cho loại sản phẩm dễ bị cháy nổ có khả chịu nhiệt độ cao Hỗn hợp khơng khí nước : Tác nhân sấy dùng độ ẩm tương đối cao 1.2.3 Thiết bị sấy Do điều kiện sấy trường hợp sấy khác nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác đề phù hợp với loại vật liệu sấy riêng biệt Có nhiều cách phân loại thiết bị sấy : - Dựa vào tác nhân sấy : thiết bị sấy khơng khí hay thiết bị sấy khói lò, ngồi có nhiều thiết bị sấy phương pháp đặc biệt sấy thăng hoa, sấy tia hồng ngoại, sấy dòng điện cao tần,… - Dựa vào áp suất làm việc : thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy áp suất thường - Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho trình sấy : Thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy xạ,… - Dựa vào cấu tạo thiết bị : phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải - Dựa vào chiều chuyển động tác nhân sấy : chiều hay ngược chiều Chọn thiết bị, tác nhân phương án sấy : - Chọn thiết bị sấy : Căn vào ưu nhược điểm loại thiết bị sấy đặc điểm vậ liệu sấy đường ta chọn thiết bị sấy hệt thống sấy thùng quay Hệ thống sấy thùng quay hệ thống sấy chuyên dùng để sấy vật liệu hạt, cục nhỏ Loại thiết bị dùng rộng rãi công nghệ sau : thu hoạch để sấy vật liệu ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ - Chọn tác nhân sấy : ĐƯờng sản phẩm thực phẩm dùng để ăn trức tiếp dùng làm nguyên liệu chế biến sản xuất sản phẩm thực phẩm, dược phẩm khác yêu cầu trình sấy phải sạch, không bị ô nhiễm, bám bụi Mặt khác, sấy đường khơng sấy nhiệt độ cao Do ta chọn tác nhân sấy khơng khí nóng - Chọn phương án sấy : Đường sấy liên tục với tác nhân khơng khí nóng Vật liệu tác nhân sấy qua xyclon thu hồi bụi đường thải khí ngồi mơi trường 1.3 Giới thiệu hệ thống sấy thùng quay Cấu tạo hệ thống sấy thùng quay thùng sấy hình trụ tròng đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang khoảng 1-5 độ Có vành đai trượt lăn đỡ thùng quay Khonagr cách lăn điều chỉnh để thay đổi góc nghiêng thùng Thùng quay với tốc độ 1,5 – vòng/phút nhờ động điện thơng qua hộp giảm tốc Bên thùng có lắp cánh đảo để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất đạt cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm Hệ thống sấy thùng quay làm việc áp suất khí Tác nhân sấy khơng khí hay khí lò Tác nhân sấy vật liệu chuyển động chiều ngược chiều Vận tốc tác nhân sấy thùng không 3m/s đẻ tránh vật liệu bị nhanh khỏi thùng Vật liệu ướt qua phễu nạp liệu vào thùng sấy đầu cao Thân thùng quay trònm vật liệu sấy vừa bị xáo trộn, vừa dần từ đầu cao xuống đầu thấp thùng Nó chuyển động nhờ đêm chắn Đệm chắn vừa phân bố vật liệu theo tiết diện thùng, vừa xáo trộn vật liệu, làm cho vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy tốt Quá trình vật liệu thùng quay, tác nhân sấy vật liệu sấy trao đổi nhiệt ẩm cho Vật liệu hết chiều dài thùng sấy lấy vầ vận chuyển cào kho nhờ tải tác nhân sấy qua xyclon để thu hồi vật liệu sấy theo khí thải thải ngồi môi trường Ưu, nhược điểm hệ thống sấy thùng quay : - Ưu điểm : + Quá trình sấy đặn mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt vật liệu sấy tác nhân sấy + Cường độ làm việc tính theo lượng ẩm cao, lên tới 100kg/m3.h + Thiết bị đơn giản, dễ vận hành, chiếm diện tích mặt nhỏ - Nhược điểm : + Vật liệu dễ bị vỡ vụn, làm giảm chất lượng sản phẩm + Cần có xyclon để lọc bụi vật liệu sấy tạo nhiều bụi + Tiếng ồn lớn quạt tạo PHẦN II TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ SẤY ĐƯỜNG Thơng số đề : Độ ẩm vật liệu trước sấy : W1 = 1,5% Độ ẩm vật liệu sau sấy : W2 = 0,3% Nhiệt độ vật liệu trước vào thiết bị sấy : tv1 = 250C Nhiệt độ vật liệu sau khỏi thiết bị sấy : tv2 = 350C Nhiệt độ tác nhân sấy trước vào thiết bị sấy : t1 = 1000C Nhiệt độ tác nhân sau vào thiết bị sấy : t2 = 400C Cường độ bốc ẩm : A = 8kg/m3.h Năng suất : 2000 kg/h 2.1 Tính cân vật liệu Lượng ẩm bốc 1h vật liệu sấy : W G2 W1 W2 100 W1 , kg/h (Công thức VII.18 – trang 102 – [2]) Trong : W1 : Lượng ẩm bốc vật liệu sấy, (kg/h) W2 : Độ ẩ vật liệu trước sấy, (%) G2 : Lượng vậ liệu khỏi máy sấy, (kg/h) Vậy : W 2000 1.5 0.3 100 1.5 = 24,4 (kg/h) Khối lượng vật liệu ẩm vào thùng sấy : G1 = G2 + W, kg/h ( Công thức VII.17 – trang 102 – [2]) G1=2000 + 24,4 = 2024,4 (kg/h) Khối lượng vật liệu tuyệt đối : 10 2 " 30 273 25 273 ) ( ) 100 100 5,94 30 273 (25 273) 0,95.5,76.[( � ' " 1,95 5,94 7,89(W / m2.K ) Vậy q4 = α2.(tw4 – tf2) = 7,89.(30 – 25)=39,45 (W/m2) Sai số q1 q4 : | q4 q1 | | 39, 45 40,74 | 3, 2% = q4 = 39,45 Với sai số chấp nhận - Tính hệ số truyền nhiệt K : 1 k 0,63(W / m2 0,005 0,05 1 1 1 1 2 8148 71,58 0,0375 7,89 độ) Do mật độ dòng nhiệt q : q = k.(tf1 – tf2) = 0,63.(70 – 25) = 25,43 (W/m2.độ) - Diện tích bao quanh thùng sấy F : Vì tính truyền nhiệt qua thùng sấy truyền nhiệt qua vách phẳng, tính diện tích bao quanh thùng sấy diện tích phần hình trụ tính theo đường kính trung bình : Dtb F = π.D.L + ,m2 Trong : Dtb : đường kính trung bình thùng sấy, (m) Dtb D1 D2 1,112 1,056( m) 2 L : chiều dài thùng sấy, (m) 1,0562 � F 1.4 14,32(m2 ) Do tổn thất nhiệt mơi trường Qmt : Qmt = 3,6.q.F = 3,6.28,43.14,32 = 1466 (kJ/h) Qmt 1461,5 60,08(kJ / kg W 24,4 qmt = ẩm) 25 Trong hệ thống sấy thùng quay tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang tổn thất nhiệt ngồi mơi trường Tổng tổn thất Qtt : Qv = G2.Cv.(tv1 – tv2) = 2000.1,454.(35 – 25) = 29082 Qtt = Qv + Qmt = 29082 + 1466 = 30543,5 (kJ/h) Qv Qmt Qtt 30543,5 1252 W W W 24,4 qtt = qv + qmt = (kJ/kg ẩm) 2.5.2 Tính tốn q trình sấy thực tế : Tính giá trị (lượng nhiệt bổ sung thực tế) = Ca.t0 – (qv + qmt) (kJ/kg ẩm) (Công thức trang 221 – [1]) Trong : Ca : Nhiệt dung riêng nước, Ca = 4,1868 (kJ/kg.độ) t0 : Nhiệt độ bên ngồi mơi trường, t0 =250C Thay số : = 4,1868.25 – 1252 = -1147,3 (kJ/kg ẩm) Xác định thông số tác nhân sấy sau trình sấy thực : - Xác định lượng ẩm chứa ẩm d2 : C pk (t1 t2 ) d i1 i2 d2 = , kg ẩm/kg kk (Công thức 7.31 – [1]) Trong : Cpk : Nhiệt dung riêng khơng khí khơ, Cpk = 1,004 kJ/kg.K i1, i2 : Entanpi kg nước nhiệt độ t1, t2 , kJ/kg Theo [1] – 29, ia = r + Cpa với ẩn r : ẩn nhiệt hóa hơi, r = 2500 (kJ/kg) Cpa : nhiệt dung riêng nước, Cpa = 1,842 kJ/kg.K � Ở nhiệt độ t1 = 1000C : i1 = 2500 + 1,842.100 = 2684,20 (kJ/kg) Ở nhiệt độ t2 = 400C : i2 = 2500 + 1,842.40 = 2573,68 (kJ/kg) 26 d2 1,004 100 40 0,0172 2684,20 1147,3 0,034(kgam / kgkk ) 2573,68 1147,3 - Xác định Entanpi I2 : I2 = Cpk.t2 + d2.i2 (kJ/kg kk) (Công thức 7.33 – trang 38 – [1]) I2 = 1,004.40 + 0,034.2573,68 = 127,7 (kJ/kgkk) - Xác định độ ẩm tương đối : 2 d B 0,034.(745 / 750) 70, 4% Pb 0,621 d 0,0732 0,621 0,034 Đồ thị biểu diễn trình sấy thực : - Xác định lượng tác nhân sấy thực tế : Lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc 1kg ẩm vật liệu sấy : 1 l 59,5(kgkk / kg ) d2 d0 0,034 0,0172 Vậy lượng tác nhân sấy vào thiết bị : L = l W = 59,5.146,9 = 1532,8 (kg kk/h) Theo phụ lục (trang 349 – [1]), thể tích khơng khí khơ trước sau trình sấy : v1 = 1,105 m3/kg kk, v2 = 0,969 m3/kg kk, : - Lưu lượng thể tích tác nhân sấy trước trình sấy V1 : V1 = v1.L = 1,105.1332,8 = 1472,5 (m3/h) - Lưu lượng thể tích tác nhân sấy sau trình sấy V2 : V2 = v2.L = 0,969.1332,8 = 1291,5 (m3/h) - Lưu lượng thể tích trung bình q trình sấy thực Vtb : Vtb = 0,5.(V1+V2) = 0,5.(1427,7 + 1291,5) = 1359,6(m3/h)=0,4(m3/h) Kiểm tra lại giả thiết tốc độ tác nhân sấy : Tốc độ tác nhân sấy trình sấy thực : W= Vtb 0, 0, 4m / s Ftb 2.5.3 Tính cân nhiệt - Nhiệt lượng tiêu hao q : 27 q = l (I1 – I0) = 59,5.(146,568 – 68,892) = 4621,722 (kJ/kg ẩm) - Nhiệt lượng có ích q1 : q1 = i2 – Ca.t1 = 2573,68 – 4,18688.25 = 2469,01 (kJ/kg ẩm) - Tổn thất nhiệt tác nhân sấy mang q2 : q2 = l Cdx(d0).(t2 – t0) , [kJ/kg ẩm] Trong : Cdx(d0) : Nhiệt dung riêng dẫn xuất tác nhân sấy trước trình sấy Cdx(d0)= Cpk + Cpa.d0 = 1,004 + 1,842.0,0172 = 1,0357(kJ/kg kk) � q2 = 59,5.1,0357.(40 – 25) = 924,4 (kJ/kg ẩm) - Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’: q’ = q1 + q2 + qv + qmt (kJ/kg ẩm) q’ = 2469,01 + 924,4 + 1195,929 + 60,08 = 4510,419 (kJ/kg ẩm) Về nguyên tắc nhiệt lượng tiêu hao q tổng nhiệt lượng có ích tổn thất q’ phải Trong q trình tính tốn , làm tròn sai số tra đồ thị… nên dẫn đến sai số Sai số tuyệt đối : q | q q '| 4621,772 4649.429 27,647 (kJ/kg ẩm) Sai số tương đối : q 27,647 0,6% 5% q 4621,772 Với sai số tính tốn cho phép Ta có bảng cân nhiệt : STT Đại lượng Kí hiệu 28 kJ/kg ẩm % Nhiệt lượng có ích Tổn thất tác nhân sấy Tổn thất vật liệu sấy Tổn thất mơi trường Tổng nhiệt lượng có ích tổn thất Sai số tính tốn Tổng nhiệt lượng tiêu hao q1 2469,01 53,4 q2 924,4 20 qv 1195,929 25,9 qmt 60,09 1,3 q’ 4506,839 97,6% q 111,303 2,4% Q 4621,722 100 PHẦN II 29 TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 3.1 Caloripher Trong kỹ thuật sấy thường sử dụng hai loại caloeripher để đốt nóng khơng khí caloripher khí caloripher khí khói Tuy nhiên cơng nghệ sấy đường sử dụng caloripher khí Caloripher khí loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn Trong ống bão hòa ngưng tụ ngồi ống khơng khí chuyển động Do hệ số trao đổi nhiệt khí ngưng nước loại ống chùm có cánh khuấy bố trí nằm ngang - Nhiệt lượng mà caloripher cần cung cấp cho tác nhân sấy Q là: Q = L.(I1 – I0) [kJ/h] ( công thức 15.1 – trang 218 – [6]) Trong : L : Lượng khơng khí khơ cần thiết cho trình sấy thực tế [kg/h] I0,I1 : Entanpy tác nhân sấy trước sau khỏi caloripher [kJ/kgkk] � Q = 1532,8.(146,568 – 68,892) = 137861,9 (kJ/h) - Công suất nhiệt caloripher : 137861,9 Qcal = 0,95 = 145117,8 (kJ/h) Do nhiệt độ tá nhân sấy khơng q cao nên ta chọn lò có áp suất bão hòa bar Tra bảng nước nước bão hòa theo áp suất ta có ẩn nhiệt hóa r=2114 kJ/kg.độ Nhiệt độ bão hòa 1520C - Lưu lượng cần cung cấp : D= Q 137861,9 112,86(kg / h) C r 0,95.2114 - Tiêu hao cho caloripher : D1 = ( - C ).D = ( 1- 0,95 ).112,86 = 5,643 (kg/h) - Bề mặt truyền nhiệt caloripher F tính theo cơng thức Q [m ] F = k tTB C (Cơng thức 15.2 – trang 218 – [6]) Trong : Q : Nhiệt lượng mà caloripher cần cung cấp cho tác nhân sấy [W] k : Hệ sô truyền nhiệt caloripher [W/m2] 30 tTB : Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình khơng khí [0C] Tra bảng – phụ lục – [5], chọn k =20,8 W/m2 với lưu tốc khơng khí kg/m2.s Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình khơng khí : t t tTB t t ln t2 Với t0 = 25 C : Nhiệt độ khơng khí trước vào caloripher t1 = 1000C : nhiệt độ không khí sau khỏi caloripher ttb = 1520C : nhiệt độ nước bão hòa � t1 = tb – t0 = 152 – 25 = 127 (0C) t2 = t – t = 152 – 100 = 52 (0C) b Chọn hệ số hiệu đính t = tTB 127 52 ln Thay số ta tính : Vậy F 127 52 = 84 (0C) 137861,9 23,07(m2 ) 20,8.84.0,95.3600 Tra bảng – phụ lục – [5], ta chọn caloripher K có : Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2) Diện tích tiết diện khí qua (m2) Diện tích tiết diện mơi chất qua (m2) Kích thước (mm) Dài Dày Đường kính ống mơi chất vào (m) 23,07 0,244 0,01 602 240 3.2 Tính trợ lục chọn quạt Trong hệ thống sấy, quạt phận vận chuyển khơng khí tạo áp lsuaats cho dòng khí qua thiết bị : caloripher, máy sấy, 31 đường ống, xyclon Nói cách khác nhiệm vụ hệ thống quạt tạo dòng chảy tác nhân sấy qua thùng sấy có lưu lượng trình sấy yêu cầu Năng suất quạt đặc trưng bơi thể tích khí vào hay thiết bị sấy Trong thiết bị sấy thường, để vận chuyển tác nhân sấy thường dùng loại quạt ly tâm hướng trục Theo áp suất tạo chia loại : - Quạt áp suất thấp, tổng cột áp tạo đến 100 mmH2O - Quạt trung áp, tổng cột áp tạo 100 – 300 mmH2O - Quạt áp cao, tổng cột áp tạo 300 – 1500 mmH2O Để chọn loại quạt nào, thông số kỹ thuật phụ thuộc vào thông số đặc trưng hệ thống sấy, trợ lực mà quạt phải khắc phục Tính tiêu chuẩn Re Đường kính trung bình thường d = 0,001m Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy : t = 700C Ta lấy gần = 20,02.10-6 m/s theo phụ lục – [1] 1.0,001 W.d 49,95 6 Re = = 20,02.10 - Hệ số thủy động a : 490 100 Re ( Công thức 10.20 – trang 213 – [1]) a = 5,85 + Re 4,95 100 a = 5,85 + 49,95 49,95 = 29,8 - Khối lượng riêng dẫn xuất : 32 dx 0, 25 G1 G2 0,75.2.V [kg/m3] dx 0,25 2024,4 2000 0,2 8,57(kg / m3 ) 0,75.2.16,3 - Hệ số lấy khối lượng riêng đường v = 1587,9 kg/m3 v dx v ( Công thức 10.22 –trang 213 – [1]) 1587,9 8,57 0,995 1587,9 - Hệ số C1 đặc trưng cho độ chặt quạt : 1 C1= ( Công thức 10.21 – trang 213 – [1]) - Trở lực tác nhân sấy qua lớp hạt : p1 a.L.w k C1 2.g.d [mmH2O] ( Công thức 10.19 – trang 213 – [1]) Trong : a : hệ số thủy động L : chiều dài thân thùng, [m] w : tốc độ tác nhân sấy thùng, [m/s] g : gia tốc trọng trường d : đường kính hạt đường k : khối lượng riêng hỗn hợp tai nhiệt độ trung bình, [kg/m3] 33 p1 29,8.5.0,4 1,029.0,0051 150,2 mmH 2O 2.9,81.0,001 Áp suất khí động khí Áp suất động khí xác định theo công thức : pd .W 2 ,[N/m2] ( Cơng thức 15.10 – trang 228 – [6]) Trong : pd : áp suất đơng khí ra, [N/m2] : khối lượng riêng khí, =1,029 kg/m3 W : tốc độ khí thải vào mơi trường Chọn tốc độ khí thải vào mơi trường W = 5m/s pd 1,029.52 12,9 N / m 2 Tính trở lực đường ống Trường hợp ống dẫn khí tiết diện nhau, ta có : L d p0 ( � ). W2 , [N/m2] ( Cơng thức trang 94 – [5]) Trong : : hệ thống trở lực ma sát L : tổng chiều dài ống, [m] D : đường kính tương đương ống dẫn khí, [m] : khối lượng riêng khí nhiệt độ trung bình, = 1,029 kg/m3 W : tốc độ khí ống, [m/s] 34 - Hệ số trở lực ma sát : ơng có tiết diện hình tròn chảy tầng : Re = 400, = 0,16 W/m.K ( phụ lục 2, trang 183 – [5]) - Chọn điều kiện ống dẫn d’ = 0,4m, =20,02.10-6 m2/s - Chọn chiều dài tổng công ống : L = 4m � Ta tính vận tốc tác nhân sấy ống : Re. 400.20,02.106 W 0,02 m / s d' 0, - Hệ số trở lực cục : ( trang 392, sổ tay q trình thiết bị cơng nghiệp hóa chất tập 1) Trên đường ống thường gặp trở lực cục sau : cút nối, cử điều chỉnh, tiết diện côn, đột thu,… Tổng đột thu ( từ nhỏ sang to, từ to sang nhỏ ) có đổi hướng, đổi dòng đột thu có chênh lệch vận tốc 1 2 nên ta lấy: � = 0,5 Tổng cút nối đường ống để chuyển hướng cá tác nhân sấy, vật liệu vào ta có hể lấy : � =0,8 Thay vào cơng thức ta có : 0, 022 p0 (0,16 0,5 0,8).1,029 5, 96.104 6, 05.10 5 mmH 2O 0, Trở lực caloripher trở lực qua xyclon Theo kinh nghiệm, trở lực qua xyclon px = 20 mmH2O, trở lực qua caloripher pc = 3,7 mmH2O Xác định cột áp toàn phần 35 Cột áp tồn phần xác định theo cơng thức : p = pd + po + px + pc+ p1 ( Công thức 15.16 – trang 229 – [6] p0 = 12,9 + 6,08.10-5 + 20 + 3,7 + 150,2 = 186,8 (mmH2O) Chọn quạt cho hệ thống sấy thùng quay Dựa vào suất VTB = 1359,6 m3/h cột áp p = 200,1 mmH2O theo phụ lục – trang 259 – [5], dựa vào đồ thị đặc tuyến quạt ly tâm 4-70 N05 có hiệu suất 0,7 Công suất quạt : V 0 p N k 3600.102 . q , [kW] ( Công thức 17.38 – trang 334 –[1]) Trong : k : hệ số dự phòng, lấy k =1,2 V : lưu lượng nhiệt độ trung bình tác nhân sấy, [m3/h] 0 : khối lượng riêng khơng khí khơ điều kiện tiêu chuẩn, 0 = 1,293 kg/m3 p : tổng cột áp mà quạt phải thực hiện, [mmH O] : số kg khơng khí khơ 1m3 khơng khí ẩm q : hiệu suất quạt � N 1,2 1359,6.1, 293.200,1 1,86 kW 3600.102.1,029.0,6 3.3 Tính tốn cơng suất động quay Công suất cần thiết để quay thiết bị xác định theo thực nghiệm 36 N = 0,13.10-2.D3.L.a.n , [kW] ( Công thức VII – trang 123 – [2]) Trong : D : đường kính cong thùng sấy, [m] L : chiều dài thùng sấy, [m] : khối lượng riêng vật ẩm, [kg/m3] n : tốc độ quay thùng, [ vòng/phút ] a : hệ số công suất phụ thuộc vào dạng cánh hệ số chứa đầy Chọn = 0,2 � = 0,013 Vậy : N = 0,13.10-2.1,513.9,06.0,013.4,67.1587,9 = 3,909 (kW) PHẦN BA LỜI KẾT Thông qua đồ án thiết kế hệ thống sấy thùng quay, em ôn lại kiến thức lý thuyết học học phần Quá trình thiết bị mơn học khác, học cách tính tốn thiết kế hệ thống sấy thùng quay thực tế Đồ án giúp em làm quyen với việc tìm tài liệu tra cứu, học cách tính tốn khí giúp em nắm mối quan hệ lý thuyết thực tế 37 Đối với hệ thống sấy thùng quay này, việc thiết kế, tính tốn dựa nhiều vào công thức thực nghiệm, cho nhiều tài liệu khác Mặt khác nguyên liệu sấy đường khơng có nhiều tài liệu tham khảo, nên q trình tính tốn em sử dụng số liệu thay khác Việc sử dụng công thức, số liệu không tránh khỏi sai số q trình thiết kế Để thiết kế xác, ta cần lập hệt thống hoạt động thử để kiểm tra chọn chế độ làm việc tối ưu Đồng thời, việc thiết kế hệ thống dựa nhiều tài liệu lý thuyết thực tế kinh nghiệm, nên có nhiều điều chưa thật hợp lý, em mong nhận hướng dẫn, góp ý thêm thầy để hệ thống hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Phụ Lục [1]_PGS.TSKH Trần Văn Phú, “ Tính toán thiết kế hệ thống máy sấy”, NXB Giáo Dục xuất năm 2001 [2]_GS.TSKH Nguyễn Bin, PSG.TS Đỗ Văn Đài, PGS TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Long Thanh Hùng, TS Phan Văn Thơm, TS, Đinh Văn Huỳnh, TS Trần Xoa, TS Phạm Xuân Toản, “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất” (Tập II) NXB KH-KT xuất năm 1999 38 [3]_GS.TSKH Nguyễn Bin, PSG.TS Đỗ Văn Đài, PGS TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Long Thanh Hùng, TS Phan Văn Thơm, TS, Đinh Văn Huỳnh, TS Trần Xoa, TS Phạm Xuân Toản, “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất” (Tập I) NXB KH-KT xuất năm 1999 [4]_Tập thể tác giả, “Máy thiết bị sản xuất hóa chất”, NXB KH-KT Hà Nội [5]_Hoàng Văn Chước, “Thiết kế hệ thống thiết bị sấy” [7]_GS.TSKH Nguyễn Bin, “Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm “ ( Tập 4) 39 ... trình bày “ Tính tốn thiết kế sấy thùng quay sấy đường với suất 2000 kg/h ” với nội dung bao gồm phần sau : Phần I : Tổng quan Phần II : Tính tốn cơng nghệ sấy đường Phần III: Tính chọn thiết bị... điểm loại thiết bị sấy đặc điểm vậ liệu sấy đường ta chọn thiết bị sấy hệt thống sấy thùng quay Hệ thống sấy thùng quay hệ thống sấy chuyên dùng để sấy vật liệu hạt, cục nhỏ Loại thiết bị dùng rộng... thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy áp suất thường - Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho trình sấy : Thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy xạ,… - Dựa vào cấu tạo thiết