Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy bắp với năng suất 800 kgh

Trong ngành công nghiệp hóa chất, thực phẩm, vật liệu xây dựng… thì sấy là vấn đề rất quan trọng. Trong ngành hóa chất vật liệu quá trình sấy dùng để tách nước và hơi nước ra khỏi nguyên liệu và sản phẩm. Trong ngành công nghiệp và thực phẩm, sấy là công đoạn quan trọng sau thu hoạch. Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng các thiết bị sấy như:buồng sấy, thùng sấy, hầm sấy… Được thầy Tiền Tiến Nam giao cho nhiệm vụ tính toán, thiết kế hệ thống sấy thùng quay với phương thức sấy xuôi chiều, sản phẩm sấy là bắp. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song vẫn còn rất nhiều thiếu sót vì đây là lần đầu tiên làm đồ án nên cũng chưa có kinh nghiệm. Bên cạnh đó trình độ tự nghiên cứu và khả năng tư duy còn bị giới hạn, nên đồ án của em không thể tránh nhiều thiếu sót. Qua lần làm đồ án này em kính mong thầy cô giáo chỉ bảo đề em có thể hoàn thiện tốt hơn đồ án cũng như bài tập lớn mà thầy cô giáo giao cho em vào những lần sau.

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

KHOA CÔNG NGHÊ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUAY SẤY

BẮP VỚI NĂNG SUẤT 800 kg/h

MỤC LỤC Lời mở đầu………5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……… … 6

1.1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU ……… 6

1.1.1 Nguồn gốc và phân loại cây ngô……… 6

1.1.2 Đặc điểm nông sinh học của cây ngô………6

1.1.3 Thành phần hóa học ……… 6

1.1.4 Phân bố………7

1.2 TỒNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP……… 9

1.2.1 Bản chất của quá trình sấy ……… 9

1.2.2 Phân loại quá trình sấy……….9

1.2.3 Phương pháp thực hiện……… 10

1.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ……… 13

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH……… 14

2.1 CÁC THÔNG SỐ TÁC NHÂN SẤY………14

2.2 CÁC CÔNG THỨC SỬ DỤNG………15

2.3TÍNH THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY …… 15

2.3.1 Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):……… 15

2.3.2 Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B)……….16

2.3.3 Thông số trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy(C)……… 17

2.4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT……… 18

2.5 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ SẤY LÝ THUYẾT …….…19

2.6 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ SẤY THỰC ……….20

2.7 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH……… 24

2.7.1 Đường kính của thùng sấy ……… 24

2.7.2 Chiều dài thùng sấy………25

2.7.3 Thể tích thùng sấy………25

2.7.4 Cường độ bay hơi ẩm……… 25

2.7.5 Thời gian sấy……… 26

2.7.6 Thời gian lưu của vật liệu:……… 26

2.7.7 Số vòng quay của thùng……… ….27

2.7.8 Tính bề dày cách nhiệt của thùng……… ………… 27

2.7.8.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy 28

2.7.8.2Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh2……….… 29

2.7.8.3Hệ số truyền nhiệt K……… 32

2.7.8.4 Tính bề mặt truyền nhiệt F……… … …… 32

2.7.8.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhâ sấy và không khí bên ngoài ttb:……….……….32

2.7.8.6 Tính nhiệt lượng mất mát ra xung quanh:……… ………….33

2.7.9 Kiểm tra bề dày thùng:………33

2.7.10Trở lực qua thùng sấy:……….………35

2.7.11 Chọn kích thước cánh đảo trong thùng……….….37

2.7.12 Chiều cao lớp vật liệu chứa trong thùng……… ……….…38

2.7.1 3 Chọn kích thước của các chi trong thiết bị thùng quay:…….… ………39

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ……… 39

3.1 TÍNH TOÁN BUỒNG ĐỐT……… …39

3.2 TÍNH CALORIPHE……… ….44

3.3 THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG……… ……48

3.3.1 Chọn động cơ……….……… 48

3.3.2 Chon tỷ số truyền động……….49

3.3.3 Tính bộ truyền bánh răng……….……….50

3.4 TÍNH VÀNH ĐAI:……….………55

3.5 TÍNH TẢI TRỌNG THÙNG QUAY……….……… 55

3.6 TÍNH CON LĂN ĐỠ:……… ……… 56

3.7 TÍNH CON LĂN CHẶN:……… ………57

3.8 TÍNH GẦU TẢI NHẬP LIỆU:……… ……….58

3.8.1 Chọn các chi tiết cơ bản của gầu tải:………… ……….….58

3.8.2 Xác định năng suất và công suất của gầu tải:……… ………….59

3.9 TÍNH XYCLON…… 60

3.10 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TRỞ LỰC ĐƯỜNG ỐNG…… ……… 62

3.10.1 Tính trở lực ma sat trên đường ống:………63

3.10.2 Tính trở lực cục bộ……… 65

3.10.3 Tính trở lục cho hệ thống:……… …… 67

3.11 TÍNH CÔNG SUẤT VÀ CHỌN QUẠT…… …….……… …….…… 68

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN………70

TÀI LIỆU THM KHẢO……….…72

em kính mong thầy cô giáo chỉ bảo đề em có thể hoàn thiện tốt hơn đồ án cũng như bài tập lớn mà thầy cô giáo giao cho em vào những lần sau

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Tiền Tiến Nam, cùng với các thầy cô và bạn bè đã giúp em hoàn thành đồ án đúng hạn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1.1.1 Nguồn gốc và phân loại cây ngô

Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L thuộc chi Maydeae, họ hòa thảo Gramineae, có nguồn gốc từ Trung Mỹ Ngô có bộ nhiễm sắc thể (2n=20) Có nhiều cách để người ta phân loại ngô, một trong các cách đó là dựa vào cấu trúc nội nhũ của hạt và hình thái bên ngoài của hạt Ngô được phân thành các loài phụ: ngô đá rắn, ngô răng ngựa, ngô nếp, ngô đường, ngô nổ, ngô bột, ngô nửa răng ngựa Từ các loài phụ dựa vào màu hạt và màu lõi ngô được phân chia thành các thứ Ngoài ra ngô còn được phân loại theo sinh thái học, nông học, thời gian sinh trưởng và thương phẩm

Có rất nhiều giả thuyết về nguồn gốc của ngô tại châu Mỹ như ngô là sản phẩm thuầ n dưỡng trực tiếp từ cỏ ngô (Zea mays ssp parviglumis) một năm ở Trung Mỹ,

có nguồn gốc từ khu vực thung lũng sông Balsas ở miền nam Mexico Cũng có giả thuyết khác cho rằng ngô sinh ra từ quá trình lai ghép giữa ngô đã thuần hóa nhỏ (dạng thay đổi không đáng kể của ngô dại) với cỏ ngô thuộc đoạn Luxuriantes Song điều quan trọng nhất nó đã hình thành vô số loài phụ, các thứ và nguồn dị hợp thể của cây ngô , các dạng cây và biến dạng của chúng đã tạo cho nhân loại một loài ngũ cốc

có giá trị đứng cạnh lúa mì và lúa nước

1.1.2 Đặc điểm nông sinh học của cây ngô

Cơ quan sinh dưỡng của ngô gồm: rễ, thân và lá làm nhiệm vụ duy trì đời sống

cá thể Hạt được coi là cơ quan khởi đầu của cây

Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 4 bộ phân chính: vỏ hạt, lớp alơron, phôi và nội nhũ Phía dưới hạt có gốc hạt gắn liền với lõi ngô Vỏ hạt bao bọc xung quanh, màu sắc vỏ hạt tùy thuộc vào từng giống, nằm sau lớp vỏ hạt là lớp aleron bao bọc lấy nội nhũ và phôi Nội nhũ là thành phần chính 70-78% trọng lượng hạt, thành phần chủ yếu là tinh bột, ngoài ra còn có protein, lipid, vitamin, khoáng và enzyme để nuôi phôi phát triển Phôi ngô lớn (chiếm 8 -15%) nên cần chú trọng bảo quản

1.1.3 Thành phần hóa học

Các chất trong hạt ngô dễ bị đồng hóa nên có giá trị dinh dưỡng cao Hạt ngô chứa tinh bột, lipid, protein, đường (chiếm khoảng 3,5%), chất khoáng (chiếm khoảng 1– 2,4%), vitamin (gồm vitamin A, B1, B2, B6, C và một lượng rất nhỏ xenlulo (2,2%) Hạt ngô chứa phần lớn tinh bột, hàm lượng tinh bột trong hạt thay

đổi trong giới hạn 60 - 70% Hàm lượng lipid cao thứ hai trong các loại ngũ cốc sau lúa mạch, nó chiếm khoả ng (3,5 – 7%) Hàm lượng protein dao động từ 4,8 đến 16,6,% tùy vào mỗi giống

Bảng 1.1 Thành phần hoá học của hạt ngô và gạo (Phân tích trên 100g)

(Cao Đắc Điểm, 1988) 1.1.4 Phân bố

Trên thế giới, ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng, diện tích đứng thứ 3 sau lúa mì và lúa nước; sản lượng thứ hai và năng suất cao nhất trong các cây ngũ cốc Một số nước như Trung Quốc, Mỹ, Braxin chủ yếu là sử dụng ngô lai trong gieo trồng và cũng là những nước có diện tích trồng ngô lớn.Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới được thể hiện qua bảng 1.2

Thành phần hóa học Gạo trắng Ngô vàng

Bảng 1.2 Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 2007

Tên nước Diện tích

(Triệu ha)

Năng suất (Tạ/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

(Nguồn: Số liệu thống kê của FAO, 2008)

Qua bảng 1.2 cho thấy, Mỹ là nước có diện tích, năng suất, sản lượng lớn nhất đạt 30,08 triệu ha, với tổng sản lượng đạt 280,22 triệu tấn, năng suất bình quân đạt 100,64 tạ/ha

Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và là cây màu quan trọng nhất được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng về mùa

vụ gieo trồng và hệ thống canh tác.Ở nước ta ngô được trồng ở hầu hết các địa phương có đất cao dễ thoát hơi nước Những vùng trồng ngô lớn là Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, miền núi phía Bắc, Trung du đồng bằng Sông Hồng, Duyên hải Miền Trung

Bảng 1.3 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 2004 đến năm 2006

Vấn đề bảo quản ngô nhìn chung là khó khăn vì ngô là môi trường thuận lợi rất thích hợp cho sâu mọt phá hoại Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượng ban đầu tốt, có độ ẩm an toàn Vì vậy quá trình sấy hạt sau thu hoạch có vai trò quan trọng trong bảo quản, chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt Với phương pháp

(1000 ha)

Năng suất (Tạ/ha)

Sản lượng (1000 tấn)

này sẽ bảo quản được lâu hơn, dể dàng vận chuyển và ứng dụng cho nhiều quá trình chế biến các sản phẩm khác

1.2 TỒNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

1.2.1 Bản chất của quá trình sấy

Sấy là qúa trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, là quá trình khuếch tán do sự chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

1.2.2 Phân loại quá trình sấy

Người ta phân biệt ra 2 loại:

 Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió Tuy nhiên, phơi nắng bị hạn chế lớn là cần diện tích sân phơi rộng và phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong mùa mưa

 Sấy nhân tạo: là quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dung dến tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt.Quá trính sấy này nhân, dễ điều khiển

và triệt để hơn sấy tự nhiên

Và cũng có nhiều cách phân loại:

 Dựa vào tác nhân sấy:

- Sấy bằng không khí hay khói lò

- Sấy thăng hoa

- Sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tầng

 Dựa vào áp suất làm việc:

- Sấy chân không

- Sấy ở áp suất thường

 Dựa vào phương pháp làm việc:

- Máy sấy liên tục

- Máy sấy gián đoạn

 Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho qúa trình sấy:

- Máy sấy tiếp xúc hoặc máy sấy đối lưu

- Máy sấy bức xạ hoặc máy sấy bằng dòng điện cao tầng

 Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun…

 Dựa vào chuyển động tương hỗ của tác nhân sấy và vật liệu sấy: sấy xuôi chiều, ngược chiều, chéo dòng…

1.2.3 Phương pháp thực hiện

Để nâng cao giá trị sử dụng niều mặt của ngô thì các công đoạn sau thu hoạch như làm khô, bảo quản và chế biến nhằm làm giảm tổn thất cũng như duy trì chất lượng ngô là việc làm vô cùng quan trọng và cần thiết Khi bảo quản ngô hạt phải đặc biệt quan tâm tới tình trạng phôi ngô vì phôi ngô dễ hút ẩm, có sức hấp dẫn mọt cao,

dễ hư hỏng Đặc biệt sẽ xảy ra quá trình hô hấp trong quá trình bảo quản

Mục tiêu của bảo quản: giữ được đến mức tối đa số lượng và chất lượng của đối tượng bảo quản trong suốt quá trình bảo quản Ngô hạt không có vỏ như vỏ trấu, nếu điều kiện bảo quản không tốt (ngô chưa chín già, phơi chưa thật khô, dụng cụ chứa đựng không kín )thì chim, chuột, mốc, mọt có thể phá hỏng hoàn toàn cả kho ngô trong vòng vài ba tháng Vì vậy cần làm ngô khô đến độ ẩm 12-13% để có thể bảo quản an toàn, hạn chế mức độ hư hỏng

Có thể làm khô ngô khô bằng hai cách: Phơi nắng hoặc sấy Nhưng trong đề tài này yêu cầu sử dụng phương pháp sấy cho nên muốn bảo quản lương thực hoặc chế biến sản phẩm chất lượng cao, các loại hạt cần được sấy xuống độ ẩm bảo quản hoặc chế biến Để thực hiện quá trình sấy có thể sử dụng nhiều hệ thống như buồng sấy, hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy…Mỗi hệ thống đều có những ưu, nhược điểm và

phạm vi ứng dụng khác nhau Chế độ sấy có ảnh hưởng rất lớn chất lượng sản phẩm

vì sấy là quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất phức tạp và không những làm thay đổi cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học của nguyện liệu Để sấy ngô là nông sản dạng hạt, người ta thường dùng thiết bị sấy tháp hoặc sấy thùng quay Ở đồ án môn học này, em chọn thiết bị sấy thùng quay là thiết bị chuyên dụng để sấy vật liệu dạng hạt, cục nhỏ và được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch Trong thiết

bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy ở trạng thái xáo trộn và trao đổi nhiệt đối lưu với tác nhân sấy Trong quá trình sấy, hạt được đảo trộn mạnh và tiếp xúc tốt với tác nhân sấy nên tốc độ sấy nhanh và hạt được sấy đều hơn và hệ thống sấy thùng quay

có thể làm việc liên tục với năng suất lớn

Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khói lò Quá trình sấy bắp đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh an toàn cho thực phẩm nên ở đây ta chọn tác nhân sấy là không khí, được đun nóng bởi caloriphe, nhiệt cung cấp cho không khí trong caloriphe là từ khói lò Nhiệt độ tác nhân sấy phụ thuộc vào bản của hạt Nguyên liệu là bắp là nguyên liệu chứa nhiều tinh bột, cho nên nhiệt độ sấy phụ thuộc vào nhiệt độ hồ hóa tinh bột, nhiệt độ hồ hóa tinh bột là khoảng 600C, do đó cần chọn nhiệt độ tác nhân sấy phù hợp, không cao cũng không thấp, mục đích là đẩy nhanh quá trình sấy và không làm cho nhiệt độ của nguyên liệu vượt quá nhiệt độ hồ hóa, vì vậy em chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào thùng sấy là 550C

Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không quá 3 m/s để tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng Vận tốc của thùng khoảng 5- 8 vòng /phút

Để giảm thời gian sấy ta phải tăng tốc độ tác nhân sấy bằng hệ thống quạt ly tâm hay hướng trục Dựa vào nguyên liệu là ngô ta chọn chế độ sấy cùng chiều vì phương pháp này có cường độ cao, thời gian sấy giảm, sản phẩm ra khỏi hầm đã nguội, kinh tế hơn, áp dụng cho các sản phẩm không cần để ý tới cong vênh, nứt

nẻ,còn sấy ngược chiều thì thành phẩm phải có chất lương cao như không được không cong vênh và nứt nẻ

Các cánh trộn trong thùng chứa có tác dụng phân phối đều cho vật liệu theo tiết diện thùng, đảo trôn vật liệu để tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, cấu tạo của cánh trộn phụ thuôc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm của

nó

Các loại cánh đảo phổ biến như :

- Cánh đảo nâng , đổ: dùng để sấy vật liệu có kích thước lớn, dễ bám dính vào thùng thì dùng cánh nâng vật sấy lên cao rồi đổ xuống tạo mưa hạt

- Cánh đảo phân chia (phân phối): dùng với vật sấy có kích thước nhỏ hơn, dễ chảy

- Cánh đảo hình quạt: được dùng cho trường hợp vật sấy có kích thước lớn và có trọng lượng riêng lớn

- Cánh đảo trộn: dùng cho vật sấy có kích thước nhỏ như bột

a) b) c) d) e)

Hình 1:Các dạng cánh đảo a-Cánh nâng, đổ; b,c-Cánh phân chia; d-Cánh hình quạt; e-Cánh đảo trộn

Ưu điểm:

+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy

+ Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100kg ẩm bay hơi/m3h

+ Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn

Nhược điểm

+ Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn Do đó trong nhiều trường hợp

sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy

1.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Vật liệu sấy là bắp hạt sau khi được rửa sạch, đề cho ráo nước tuốt ra khỏi cùi, được cho vào buồng chứa, sau đó được nhập liệu vào thùng sấy bằng hệ thống gầu tải Bắp hạt khi vào thùng sấy có độ ẩm ban đầu là 22%, chuyển động cùng chiều với tác nhân sấy Tác nhân sấy sử dụng là không khí được gia nhiêt bằng khói lò qua hệ thống caloriphe khí- khói, do khói lò nhiệt độ quá cao nên phải sử dụng buồng hòa trộn khí trước khi vào caloriphe trong trường hợp khói lò có nhiệt độ quá cao để đảm bảo đúng nhiệt đô vào thiết bị sấy Dòng tác nhân sấy được gia tốc bằng quạt đẩy đặt

ở trước thiết bị, và quạt hút đặt cuối thiết bị.Thùng sấy có dạng hình trụ đặt nằm nghiêng một góc 3-50C so với mặt phẳng ngang, được đặt trên một hệ thống các con lăn đỡ và chặn Chuyển động quay của thùng được thực hiện nhờ bộ truyền động từ động cơ sang hộp giảm tốc đến bánh răng gắn trên thùng Bên trong thùng có gắn các cánh nâng, dùng để nâng và đảo trộn vật liệu sấy, mục đích là tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, do đó tăng bề mặt truyền nhiệt, tăng cường trao đổi nhiệt để quá trình sấy diễn ra triệt để Trong thùng sấy, bắp hạt được nâng lên đến độ cao nhất định, sau đó rơi xuống Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng Khi

đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiết cho quá trình bảo quản là 12% -13% Sản phẩm bắp(ngô) hạt sau khi sấy được đưa vào buồng tháo liệu, sau khi qua cửa tháo liệu sẽ được băng tải đưa ra ngoài và vào hệ thống bao gói, để

bảo quản hay dùng vào các mục đích chế biến khác Dòng tác nhân sấy sau khi qua buồng sấy chứa nhiều bụi, do đó cần phải đưa qua một hệ thống lọc bụi để tránh thải bụi bẩn vào không khí gây ô nhiễm Ở đây, ta sử dụng hệ thống lọc bụi bằng cyclon đơn có gồm 2 xyclon ghép song song với nhau Không khí sau khi lọc bụi sẽ được thải vào môi trường Phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua cửa thu bụi của cyclon và được xử lý riêng

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH Vật liệu sấy là ngô(bắp) hạt, có các thông số vật lý cơ bản như sau:

 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy : 1 =22%

 Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: 2 =13%

 Khối lượng riêng của hạt vật liệu: r = 1000-1300 kg/m3 (phụ lục 4/330-[3])

 Khối lượng riêng khối hạt: r = 600-850 kg/m3 (phụ lục 4/230-[3])

 Kích thước bắp hạt (phụ lục 3/220-[3])

 Dài: l = 5,2 -14mm

 Rộng: b = 5 -11mm

 Dày:  =3 -8 mm

 Dường kính tương đương:dtđ =7,5mm

 Năng suất nhập liệu: G1 = 800 kg/h

 Nhiệt dung riêng của vật kiêu khô: Ck = 1.2 – 1.7 kJ/kg.K (Trang 20- [1]) Chọn Cvk=1,45 kJ/kg.K

2.1 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) 1,2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo % khối lượng vật liệu ướt W: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:

5 , 235

42 , 4026 12

exp [bar] (CT 2.11/14-[14])

 Độ chứa ẩm d

b

b p B

p d

.621,0







 [kg/kgkkk] (CT 2.15/15-[14])

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

 Enthapy của không khí ẩm

).842,12500(

004,1).(

C

(CT 2.17/15-[14]) Trong đó:

 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

T p

B M

RT v

.

288 )

(     

 [m3/kgkkk] (CT VII.8/94–[6])

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

2.3.1Thông 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 cặp thông số (to, 0)

Chọn A có : to =260C và 0 = 81% (do bắp được trồng nhiều vụ trong năm nên tính theo mùa mưa, ít nắng đề thiết bị làm việc tốt quanh năm nên ta chon nhiệt độ không

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

0335 , 0 81 , 0 621 , 0

621 ,

o o o

p B

p d

0177,026.004,1

).842,12500(

004,1

( 903 , 0 10 0335 , 0 81 , 0 10 981 0

) 273 26 (

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) đến 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 Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột Do ngô là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm của vật liệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từlong vật liệu ra ngoài

Ngô được sấy nhằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, khoảng 40 -550C

Do đó, chọn điểm B: t1=550 C và d1 =d0 = 0,0177(kg/kgkkk)

 Áp suất hơi bảo hòa

)(155,0555,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

Tử độ chứa ẩm suy ra độ ẩm tương đối

174,0)0173,0621,0.(

155,0

981,0.0177,0

)621,0(

.1

1 1

B d b



 Enthalpy

)/

(263.101)

55.842,12500.(

0177,055.004,1

).842,12500(

004,

1

kgkkk kj

t d

t I

( 990 , 0 10 155 , 0 174 , 0 10 981 , 0

) 273 55

( 288

.

5 5

1

1 1

1

kgkkk m

p B

T v

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

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

Nhiệt của tác nhân sấy ra khỏi thiết 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

Với, Enthalpy:I1=I2=101,263 kj/kgkk

Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là t2=350C

 Áp suất hơi bảo hòa

) ( 0558 , 0 35 5 , 235

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

Từ Ethalpy: I2  1 , 004 t2  d2( 2500  1 , 842 t2)

) /

( 0258 , 0 35

842 , 1 2500

35 004 , 1 263 , 101

842 , 1 2500

004 , 1

2

2 2

t

t I

0558,0

981,0.0258,0)

621,0(

.2

2 2

B d b



 Thể tích riêng

) /

( 942 , 0 10 0558 , 0 701 , 0 10 981 , 0

) 273 35

( 288

.

5 5

2

2 2

2

kgkkk m

p B

T v

Bảng 2.1 Trạng thái của 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)

,01

13,022,08001

2 1

 Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

G kg h

G G

G

k

k

/624)

22,01(800

)1

()

G2  1   800  82 , 759  717 , 241 /

2.5 CÂN BẰNG NÂNG LƯỢNG CHO THUYẾT BỊ SẤY LÝ THUYẾT:

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

 Nhiệt lượng bổ sung QBS=0

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

 Tổn thất nhiệt do thiết 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 thiết 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 thuyết

Giả sử lượng khí vào ra thiết bị sấy là không đổi, kí hiệu là : L 0 (kg/h)

Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:

L0d1  G11  L0d2  G22

 Lượng không khí khô cần thiết

) / ( 160 , 10217 0177

, 0 0258 , 0

759 , 82

0 2

d d

11

0 2

L

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

8(KJ/h)307138,046

=71,202)-

101,26310217,160(

)(

)( 1 0 0 2 0

,82

0486,3071380

W

Q

2.6 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ SẤY THỰC:

Một thiết 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 thất nhiệt do thiết 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

bị chuyển 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

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

 Nhiệt vật lý 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 tổn thất qua kết cấu bao che: QBC

 Nhiệt vật lý do thiết 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 = 26oC

 tV2: nhiệt độ cuối cùa vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy:

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

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

là như nhau Ở đây nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở 2 =13% :

Cv = Cvk(1-2) + Ca 2,kJ/kgoK (CT 7.40/141-[1])

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

Cvk=1,45(kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của vật kiêu khô

1

d d

,82

193,

 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che

Tổn thất nhiêt qua cơ cấu bao che hay qua môi trường QBC thường chiếm khoảng 3-5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích QBC=(0,03-0,05)Qhi

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

Qhi = W.[rtv1 + Ca(t2 – tv1)]

Với rtv1: ẩn nhiệt hóa hơi chủa nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vảo, rtv1=2500 kJ/kg

 Qhi= 82,759.[2500 + 1,842.(35 – 26)] = 208269,479 (kJ/h)

QBC = 0,03.Qhi= 0,03 208269,479 =6248.0844(kj/h)

497,75759

,82

0844,

Đặt C a t V1 q BC q V: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

 Quá trình sấy ly thuyết:   0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:

Q = L(I2 – Io) =10217,160(101,263-71,202)=307138,0468(KJ/h)

q = l(I1 – Io)=123,457(101,263-71,202)=3707,908(KJ/kg ẩm)

 Quá trình sấy thực tế:   0

V BC V

I   

1 2

Tuy nhên vì chưa biết l nên ta xác định độ chứa ẩm d2 trước thông qua t2 đã biết:

 Độ chứa ẩm của tác nhân sấy

)(

)(

)(

2

1 2

(CT 7.31/138–[1])

26,369)31

,2601(0177,0)3555(004,1

) /

( 816 , 101 )

35 842 , 1 2500 ( 0274 , 0 35 004 , 1

) 842 , 1 2500 (

004 ,

2

kgkkk kj

t d

t I

42 , 4026 12

exp 5

, 235

42 , 4026 12

0558 , 0

981 , 0 0274 , 0 )

621 , 0 (

.

2

2 2

B d

b



 Thể tích riêng

) /

( 944 , 0 10 0558 , 0 743 , 0 10 981 , 0

) 273 35 ( 288

.

5 5

2

2 2

2

kgkkk m

p B

T v

, 0 026 , 0

579 , 82

1 2

h kg d

1 1

1 2

 Lượng nhiệt cung cấp:

798 , 3709 82,759

208269,479 

Trong đó: + : Hệ số chứa, giá trị từ 20% 30%

+ : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy,  2m/s 3m/s

+V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy (m /3 h)

V2 L.v2 10217,160.0,9429424,565(m3/h)Chọn: hệ số chứa = 20%, vận tốc =3m/s

3

565 , 9424 2 , 0 1

0188 , 0

m



 Dựa vào kích thước chuẩn (BảngXIII.6/359–[7]), ta chon D t=1,2(m)





) 2 , 0 1 (

2 , 1

565 , 9424 0188 , 0 ) 1 (

0188 , 0

2 2 2

2

s m D

- Kiểm tra lại tốc độ tác nhân sấy

Ta có t1=500C=> 1  1 , 093 (Kg/m3)(Tra bảng I.255 trang 318-[6]) Vậy V0=L.v0=10217,160.0.903=9226,095(m3/h)=2,562(m3/s)

)/(81,2)/(988,1011499

,0.160,10217

)/(618,2)/(565,9424942

,0.160,10217

565 , 9424 988

, 10114 2

3 3

2 1

s m h

m V

V

 Tiết diện tự do của thùng sấy

) ( 904 , 0 4

2 1 ).

2 0 1 ( 4 ) 2 0 1 ( ).

1

2 2

m

D F

 Vận tốc tác nhân sấy:

) / ( 00221 , 3 904 , 0

714 , 2

s m F

V

 Sai số so với vận tốc chọn

% 671 , 3

% 100 00221 , 3

892 , 2 00221 , 3

% 100

v

v v



Sai số nhỏ nên ta vẫn chấp nhận vận tốc ban đầu là   2 , 892 ( m / s )

2.7.2 Chiều dài thùng sấy:

2 2

759,

) ( 1 2 





2.7.6 Thời gian lưu của vật liệu:

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

) ( 661 , 82 ) ( 378 , 1 800

650 2 , 0 478 , 8

.

,



 D tg

L k m n

+  : Góc nghiêng của thùng quay, độ Thường góc nghiêng của thùng dài là 2.5-30, còn thùng ngắn đến 60, chọn  =3 0 tg = 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

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

0524 , 0 2 , 1 661 , 82

5 , 7 65 , 0 5 , 0

% 100

2.7.8 Tính bề dày cách nhiệt của thùng

Máy sấy có thề có hay không lớp cách nhiệt,để tránh nhiệt trong máy sấy mất mát nhiều và để đảm bảo nhiệt độ bên ngoài thùng sấy có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy

2.7.8.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy

Bảng 2.3 Các hệ số của không khí bên trong thùng sấy

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Tài liệu tham khaỏ Giá trị

3 Hệ số dẩn nhiệt k W/m.oK Phụ lục 6/350[1] 0,02795

4 Độ nhớt k Ns/m2 Phụ lục 6/350[1] 1,935.10-5

746 , 1

2 , 1 892 , 2

đối lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống có  50

D L

, 1

02795 , 0 558 , 355

Bảng 2.4: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:

STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Tải liệu tham khảo Giá trị

2 Hệ số dẫn nhiệt o W/m.oK Phụ lục 6/350[1] 0,02622

3 Độ nhớt o Ns/m2 Phụ lục 6/350[1] 1,83.10-5

4 Áp suất hơi bảo hòa pb bar (2.3) 0 , 0335

5 Khối lượng riêng o kg/m3 Phụ lục 6/350[1] 1,189

Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng ( phía tiếp xúc với không khí ): tw4 = 35oC

=> là nhiệt độ thích hợp để nhiệt từ tác nhân sấy sau khi truyền nhiệt qua vách thùng

và lớp cách nhiệt đến phía thành ngoài của thùng thì không còn nóng, an toàn cho người làm việc

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

Sơ đổ truyền nhiệt:

5 - 3

2 4 3 2

3 2

3

10 673 , 1 ) 273 26 (

) 1,83.10 (

) 26 35 (

238 , 1 81 , 9

) 273 (

) (

.

.

.

o w ng

o ng

o

ng

t

t t D g T

T D g T D

g Gr

- Hệ số cấp nhiệt 2' :

) / ( 0131 , 2 238

, 1

0,02622

0545 , 95

100 100

7 , 5 )

4 2

4 1 2 1 2

1

T T

T T F

27 35 (

100

273 26 100

273 35 8 , 0 7 , 5

) (

100 100

7 , 5 ) (

2

4 4

2 1

4 2 4 1

2 1 2

1 2

K m W

T T

T T

T T F

- Hệ số cấp nhiệt chung:

) / ( 112 , 7 1 , 5 0131 ,

2 2 2

K m W

1 50

005 , 0 05 , 0

01 , 0 50

008 , 0 282 , 8 1

1

1 1

1

2 2

3

1 1

K m W

K

i i i

238 , 1 2 , 1

D D

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

) ( 45 , 29 4

219 , 1 2 5 , 7 219 , 1

4

2

2 2

2

m

D L

D

T tb

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

đ

t

 = t1đ – t2đ = 55 – 26 =29 (oC)

29 ln

9 29 ln

c đ tb

t t

t t

2.7.8.6 Tính nhiệt lượng mất mát ra xung quanh :

- Xem nhiệt truyền tử bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đến môi trường bên ngoải là ổn định Lượng nhiệt đó chính là nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh khi bốc hơi 1 kg ẩm qxq Đối với máy sấy thùng quay thì lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh này cũng là nhiệt tồn thất qua

cơ cấu bao che qBC

- Theo phương trình truyền nhiệt:

43 , 47 759

, 82 1000

3600 093 , 17 45 , 29 166 , 2

.

xq

(J/kg ẩm)

2.7.9 Kiểm tra bề dày thùng:

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

Bảng 2.6: Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng:

1 Ứng suất tiêu chuẩn [*] N/mm2 140

] [  *   (N/mm2)

10 10 81 , 9

133

] [

 do đó bề dày tối thiểu thùng

được xác định theo công thức:

]) 16 [ 130 / 3 5 ( 5 , 0 ) ( 45 , 0 95 , 0 140 2

10 81 , 9 2 , 1 ].

[ 2

Đối với vật liệu bến trong môi trường có độ

ăn mòn hóa học không lớn hơn 0,05mm/năm

Do nguyên liệu là các hạt rắn chuyển động,

va đập trong thiết bị Giá trị Cb chọn theo

0067 , 0 1200

=> thỏa điểu kiện   0 , 1

T

a

D

C S

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

76 , 1 ) 0 8 ( 1200

) 0 8 (

95 , 0 140 2 ) (

) (

].

[ 2 ]

a h

C S D

C S

và được tính theo các công thức thực nghiệm:

Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy t f 42 , 5o C

2

35 50

1    , theo phụ lục 6/350-[1], các thông số của khói lò như sau:

 Độ nhớt động học: k =1,746.10-5 m2/s

 Khối lượng riêng: k=1,1105 kg/m3

- Chuẩn số Reynolds:

539 , 1379 10

746 , 1

1105 , 1 0075 , 0 892 , 2

Re   5 

k

k

k d v





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

[1]) - 10.23/213 (CT

) / ( 965 , 5 478

, 8 2 75 , 0

2 , 0 ).

241 , 717 800 (

25 , 0

2 75 , 0

).

.(

25 , 0

3

2 1

m kg V

G G