SẤY HẠT BẮP THÙNG QUAY NĂNG SUẤT SẢN PHẨM 5000 kgh

thầy Nguyễn Văn Lục giao cho nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy thùng quay với sản phẩm sấy là hạt 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 . Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Lục, cùng với các anh chị và bạn bè đã giúp em hoàn thành đồ án đúng hạ thầy Nguyễn Văn Lục giao cho nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy thùng quay với sản phẩm sấy là hạt 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 . Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Lục, cùng với các anh chị và bạn bè đã giúp em hoàn thành đồ án đúng hạ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH &THIẾT BỊ

SẤY HẠT BẮP THÙNG QUAY NĂNG

SUẤTSẢN PHẨM 5000 kg/h

Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Văn Lục Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Cường MSSV: 1410463

Lớp: HC14DK Chuyên ngành:Dầu khí

Năm học: 2017-2018

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP.HCM, ngày tháng năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Lục, cùng với các anh chị và bạn bè đã giúp em hoàn thành đồ án đúng hạn

Mục lục:

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 5

2.1.Xác định thông số trạng thái của tác nhân sấy trong sấy lý thuyết 6

2.2.Cân bằng vật chất 8

2.3.Cân bằng năng lượng 8

2.3.1 Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy lý thuyết 9

2.3.2 Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy thực 11

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 12

3.1 Xác định các kích thước cơ bản cho thùng sấy 12

3.2 Thời gian sấy của thùng 13

3.3 Kiểm tra bề dày thùng 14

3.4 Tính tốc độ của tác nhân sấy trong thiết bị………15

3.5 Tính trở lực qua thùng sấy 15

3.6 Tính chọn cánh đảo trộn 16

3.7 Chiều cao của lớp vật liệu chứa trong thùng 17

3.8 Tính bề dày cách nhiệt của thùng 17

3.9 Chọn kích thước của các chi trong thiết bị thùng quay 21

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 22

4.1 Tính toán caloryphe cấp nhiệt 22

4.2 Tính và chọn xyclon 28

4.3 Thiết kế bộ phận truyền động 30

4.4 Tính vành đai 32

4.5 Tính tải trọng thùng 33

4.6 Tính bộ truyền bánh răng 34

4.7 Tính con lăn đơn 37

4.8 Tính con lăn chặn 38

4.9 Tính công suất và chọn quạt……… 39

4.10 Tính gầu tải nhập liệu 40

Chương 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

Chương 1: GIỚI THIỆU

1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L thuộc chi Maydeae, họ hòa thảo Gramineae, có nguồn gốc từ Trung Mỹ 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

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

2 TỒNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

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

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…

• Phương pháp thực hiện

Để nâng cao giá trị sử dụng nhiều 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

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 12-14% 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

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 không khí nóng đi trong thùng không quá 5 m/s để tránh vật liệu

bị cuốn nhanh ra khỏi thùng Vận tốc của thùng khoảng 5- 8 vòng /phút

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

nghiêng một góc 3-50 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 đảo, dùng để 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, hạt bắp được nâng lên đến độ cao nhất định, sau đó rơi xuống Trong quá trình đó, hạt bắp tiếp xúc với không khí nóng, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm Nhờ độ nghiêng của thùng mà hạt bắp sẽ được vận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng Khi đi hết chiều dài thùng sấy, hạt bắp sẽ đạt được độ ẩm cần thiết là 14% Sản phẩm hạt bắp sau khi sấy được đưa vào buồng tháo liệu, được băng tải đưa ra ngoài Dòng không khí sau khi qua buồng sấy chứa nhiều bụi, nên cần phải đưa qua một hệ thống xyclon để tránh thải bụi bẩn vào không khí gây ô nhiễm Không khí sau khi lọc bụi sẽ được thải vào môi trường, phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua cửa thu bụi của xyclon và được xử lý riêng

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

❖ Các thông số cơ bản của vật liệu sấy

• Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: 1=19%

• Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: 2 =14%

• Tác nhân sấy là không khí nóng

• Nhiệt dung riêng của vật liệu khô: C VLK =1,5 kJ/kg.K [1]

❖ Các thông số cơ bản của tác nhân sấy

• Nhiệt độ môi trường: t =0 27 C (Nhiệt độ trung bình ở tp Hồ Chí Minh)

• Áp suất khí trời: p = t 0, 981bar

• Nhiệt độ vào sấy: t =1 55C

• Nhiệt độ ra khỏi sấy: t =2 35C

❖ Trạng thái tác nhân sấy trong qua trình sấy lý thuyết:

dP

dP P

Trong đó: Pa, Pb lấy đơn vị là N/m2

2.1 Xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trinh sấy lý thuyết:

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

Không khí ngoài trời có:

3/

m kgkkk

b) Tại nhiệt độ khi tác nhân sấy vào thùng sấy:

đến trạng thái B( d1,t1) Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào

vật liệu sấy và quy trình công nghệ quy định.Ngô được sấy nhằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, khoảng 40 -550C nên ta chọn:

• Nhiệt độ vào thùng sấy :t1= 55 C

3/

m kgkkk

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

a b

❖ Thông số của không khí:

• Năng suất thiết bị sấy theo nhập liệu:

❖ Thông số của vật liệu:

• Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

2.3 Cân bằng năng lượng

2.3.1 Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy lý thuyết:

• Cân bằng nhiệt lượng cho quá trình sấy lý thuyết:

2.3.2 Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy thực:

• Thiết bị sấy thùng quay khong có thiết bị chuyển tải,do đó Q CT =O

• Ngoài tổn thật nhiệt do tác nhân sấy mang đi, trong thiết bị sấy thùng quay còn có tổn thất nhiệt ra môi trường Q mvà tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang

đi Q V

• Nhiệt lượng đua vào thiết bị gồm:

✓ Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L I( 1−I0)

✓ Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: (G1 − W)C v1 + WC t a v1

• Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:

✓ Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L I( 2 −I0)

✓ Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: Q BC

✓ Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G C t2 v2 v2

1 (1 1 ) 2 (1 2 ) 5000(1 0,14) 4300

K

❖ Bảng:

• Suy ra nhiệt dung riêng của vật liệu sấy:

Vì  = −103,9 0 C t a v1q I2 I1 Suy ra trạng thái tác nhân sấy sau quá trình

❖ Các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực:

• Xác định hàm ẩm d'2ứng với quá trình sấy thực thông qua t2đã biết:

288 35 273 288

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

Bảng : trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực

• Lượng không khí khô cần thiết trong 1 giờ:

Trạng thái không khí vào TB (B)

Trạng thái không khí ra khỏi TB (C)

Chương 3: Tính toán thiết bị chính:

3.1 Xác định các kích thước cơ bản cho thùng sấy:

• Đường kính của thùng sấy

0, 0188 1

t

V D

v : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy, v k k =2m s/ 4m s/

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

V

F

• Sai số so với vận tốc chọn

4, 22 4,11 100% 100% 2, 6 %

4, 22

k k k k

v



Sai số nhỏ nên ta vẫn chấp nhận vận tốc ban đầu là vk k = 4,11 / m s

• Quan hệ giữa đường kính và chiều dài:

= = 308, 64 12, 288

25,12 = kg ẩm/ 3

m h [7]

3.2 Thời gian sấy của thùng:

• Thời gian sấy

.1.11

 

• Số vòng quay của thùng:

 : gốc nghiêng của thùng 2    3 ; chọn  = 3

0,5 0,8 8 0,808 / T 37,8 2 3o t

3.3 Kiểm tra bề dày thùng:

Thùng được chế tạo bằng thép không rỉ, mác thép X18H10T, có các thông số sau:

h

P



được xác định theo công thức:

chứa vật liệu là bắp, hầu như không có ăn mòn thiết bị, do đó Ca = 0 [10]

- Cb : hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường Do môi trường chứa nhiều hạt rắn, chọn Cb = 1 mm [10] ( xét 10 năm)

- Cc : hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp Theo bảng XIII.9/364–

❖ Kiểm tra bề dày thùng:

• 0,1 8 0 0, 004 0,1

2000

a T

D

• Áp suất tính toán cho phép bên trong thiết bị:

Suy ra thỏa điều kiện Vậy bề dày của thùng sấy: S = 8 mm

3.4 Tính tốc độ của tác nhân sấy trong thiết bị:

• Tốc độ trung bình của tác nhân sấy trong buồng sấy:

10, 6

4, 22 /

2, 512

tb k

Tính chất của khói lò cũng tương tự như tính chất của không khí khô, do đó

có thể sử dụng các số liệu của không khí khô cho khói lò

- Khối lượng riêng :  = k 1,1105 kg/m3

- Đường kính trung bình của bắp: d=7,5mm

3 tb

3.6 Tính chọn cánh đảo trộn:

• Một số thông số cơ bản của cánh nâng đã được chọn ở trên:

• Chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu: [1]

Giải phương trình này, ta được  = 60,525 Suy ra mình chọn  = 60

• Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng:

(1 os ) 1000 1 os60 500

3.8 Tính bề dày cách nhiệt của thùng:

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

trong thùng sấy chảy rối Qúa trình truyền nhiệt trong thùng xem như là quá

thình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy rối, là quá trình truyền nhiệt do

sự trộn lẫn của các lớp lưu chất trong và ngoài xa trục của dòng chảy Có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên (trang 65-[9]) Vậy quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức,

D 

❖ Chuẩn số Nusselt: trong điều kiện đối lưu cưỡng bức, tác nhân sấy là không khí,

0,8 1

k T

Nu

m K D



❖ Tính toán hệ số dẫn nhiệt từ thùng sấy sang ra ngoài môi trường  2

Bảng: Các thông số không khí ngoài thùng tại trạng thái nhiệt độ trung bình:

Chọn lớp cách nhiệt là bông thủy tinh, lớp thép bảo vệ là thép OX18H1OT Cần thiết

kế các lớp cách nhiệt và bảo vệ sao cho giá trị lượng nhiệt thất thoát ra môi trường xung quanh gần bằng giá trị nhiệt thất thoát do kết cấu bao che của thiết bị đã tính đươc Gỉa sử bề dày cho lớp vật liệu như sau: 2 =0, 007 ;m 3=0, 002m

Thiết bị sấy đặt trong xưởng, chọn nhiệt độ lớp ngoài cùng của thiết bị là t T4 = 35 C

Bảng: Truyền nhiệt qua vách thùng

• Lập hệ phương trình, từ các giá trị biết được

T T T T

T T T T

T T T T

❖ Chuẩn số Nussel: Từ thành thùng sấy ra môi trường là đối lưu nhiệt tự nhiên

Chọn các bề

dày thùng

Kí hiệu