ội dung cơ bản tính toán cân bằng nhiệt ẩm của một HTS là tính toán quá trình sấy lý thuyết sau khi chịn được kết cấu TBS và tính toán quá trình sấy thực. Nếu sử dụng bằng phương pháp đồ thị thì cho phép chúng ta có cái nhìn trực quan sự thay đổi trạng thái TNS trong quá trình trao đổi nhiệt ẩm với VLS. Tuy nhiên hiên nay thì việc tính toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm khi thiết kế một HTS bằng phương pháp giải tích không cần sử dụng đồ thị tỏ ra thuận tiện và thích hợp hơn, đặc biệt khi thay đổi chế độ sấy. Vì vậy trong đồ án này em xin được sử dụng phương pháp giải tích để trình bày các tính toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm khội dung cơ bản tính toán cân bằng nhiệt ẩm của một HTS là tính toán quá trình sấy lý thuyết sau khi chịn được kết cấu TBS và tính toán quá trình sấy thực. Nếu sử dụng bằng phương pháp đồ thị thì cho phép chúng ta có cái nhìn trực quan sự thay đổi trạng thái TNS trong quá trình trao đổi nhiệt ẩm với VLS. Tuy nhiên hiên nay thì việc tính toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm khi thiết kế một HTS bằng phương pháp giải tích không cần sử dụng đồ thị tỏ ra thuận tiện và thích hợp hơn, đặc biệt khi thay đổi chế độ sấy. Vì vậy trong đồ án này em xin được sử dụng phương pháp giải tích để trình bày các tính toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm khội dung cơ bản tính toán cân bằng nhiệt ẩm của một HTS là tính toán quá trình sấy lý thuyết sau khi chịn được kết cấu TBS và tính toán quá trình sấy thực. Nếu sử dụng bằng phương pháp đồ thị thì cho phép chúng ta có cái nhìn trực quan sự thay đổi trạng thái TNS trong quá trình trao đổi nhiệt ẩm với VLS. Tuy nhiên hiên nay thì việc tính toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm khi thiết kế một HTS bằng phương pháp giải tích không cần sử dụng đồ thị tỏ ra thuận tiện và thích hợp hơn, đặc biệt khi thay đổi chế độ sấy. Vì vậy trong đồ án này em xin được sử dụng phương pháp giải tích để trình bày các tính toán quá trình trao đổi nhiệt ẩm kh
SVTH: CAO CHU NHÂN Trang Lời nói đầu Sấy khâu quan trọng dây chuyền công nghệ,được sử dụng phổ biến nhiều ngành công nghiệp chế biến nông – lâm – hải sản sấy không đơn tách nước nước khỏi vật liệu mà q trình cơng nghệ phức tạp, đòi hỏi vật liệu sau sấy phải đảm bảo chất lượng theo tiêu với mức chi phí lượng ( điện , nhiệt ) tối thiểu Chẳng hạn sấy khơng nứt nẻ, cong vênh sấy thực phẩm phải bảo đảm giữ màu sắc hương vị chất lượng sản phẩm v.v… Để thực trình sấy người ta sử dụng hệ thống thiết bị gồm thiết bị sấy (TBS) buồng sấy , hầm sấy , tháp sấy… thiết bị đốt nóng tác nhân sấy(TNS) clorifer thiết bị lạnh để khử ẩm TNS, bươm quạt số thiết bị phụ khác Đương nhiên hệ thống TBS quan trọng Trong đồ án trình bày hệ thống thiết bị sấy thùng quay kèm theo đặc trưng thiết bị sấy Để đảm bảo chất lượng sản phẩm với mức chi phí lượng tối thiểu, sấy sản phẩm định phải có chế độ sấy thích hợp Chế độ sấy hiểu quy trình tổ chức ,quá trình trao đổi nhiệt - ẩm TNS vật liệu sấy (VLS), độ ẩm trước sau trình sấy VLS, nhiệt độ độ ẩm TNS vào TBS, thời gian sấy tương ứng v.v… Tóm lại chế độ sấy quan trọng ln gắn liền với HTS cụ thể (HTS thùng quay) với VLS cụ thể (như PVC) Do đó, thiết kế HTS để sấy VLS với suất cho, trước hết, phải chọn chế độ sấy thích hợp Chọn chế độ sấy cho HTS thường thực theo kinh nghiệm Nội dung tính tốn cân nhiệt - ẩm HTS tính tốn q trình sấy lý thuyết sau chịn kết cấu TBS tính tốn trình sấy thực Nếu sử dụng phương pháp đồ thị cho phép có nhìn trực quan thay đổi trạng thái TNS trình trao đổi nhiệt - ẩm với VLS Tuy nhiên hiên việc tính tốn q trình trao đổi nhiệt - ẩm thiết kế HTS phương pháp giải tích khơng cần sử dụng đồ thị tỏ thuận tiện thích hợp hơn, đặc biệt thay đổi chế độ sấy Vì đồ án em xin sử dụng phương pháp giải tích để trình bày tính tốn q trình trao đổi nhiệt - ẩm SVTH: CAO CHU NHÂN Trang ĐỒ ÁN SẤY THÙNG QUAY GVHD: TS-NGUYỄN VĂN DŨNG thiết kế HTS hệ thống sấy thùng quay để sấy hạt PVC với suất 11 nghìn / năm Tuy cố gắng chắn khơng tránh khỏi thiếu sót q trình thiết kế Em mong góp ý thầy cô bạn sinh viên Cuối em xin chân thành cảm ơn tất người đặc biệt giúp đỡ bảo tận tình thầy Nguyễn Văn Dũng để em hồn thành tốt đồ án Đà Nẵng, Ngày 20 Tháng Năm 2012 SVTH: CAO CHU NHÂN Trang ĐỒ ÁN SẤY THÙNG QUAY GVHD: TS-NGUYỄN VĂN DŨNG Phần 1: BIỆN LUẬN ĐỀ TÀI Hạt PVC huyền phù gắn liền với cơng nghiệp polymer riêng cơng nghiệp hóa học hữu nói chung Nó sãn phẩm trình trùng hợp vinyl clorua (C2H3Cl) huyền phù Hạt PVC thu có kích thước nhỏ khoảng 10-7 – 10-5 cm Phương pháp tiến hành liên tục Hệ hat PVC huyền phù hệ keo có tính dẻo, trạng thái ẩm liên kết dạng hấp phụ thẩm thấu có mao quản hút ẩm trương lên, sấy khơ co lại Để sấy hạt PVC huyền phù phương pháp nhiệt sử dụng nhiều thiết bị sấy khác để đơn giản trình sấy nên sữ dụng thiết bị sấy thùng quay Máy sấy thùng quay có q trình sấy đặn mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt vật liệu tác nhân sấy, cường độ làm việc tính theo lượng ẩm đạt cao, thiết bị gọn Tuy nhiên vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị nát vụn tạo bụi làm giảm chất lượng sãn phẩm Máy sấy thùng quay làm việc gián đoạn liên tục Nếu sấy gián đoạn trạng thái vật liệu thay đổi theo thời gian, tốn nhiều nhiệt sấy mẻ phải làm nguội để tháo liệu nạp liệu, đòi hỏi lao động chân tay nặng nhọc, nhiên thiết bị đơn giản hơn, dễ thay đổi điều chỉnh Vì ta chọn phương thức làm việc liên tục cho máy sấy thùng quay Máy sấy thùng quay làm việc áp suất khí quyển, chọn TNS khơng khí nóng TNS chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách từ VLS Trong q trình sấy,mơi trường buồng sấy ln bổ sung lượng ẩm từ vật liệu sấy, khơng mang độ ẩm tương đối buồng sấy tăng đạt cân VLS môi trường buồng sấy, q trình ẩm từ VLS ngừng lại với việc cung cấp nhiệt cho vật để hóa ẩm đồng thời phải tải ẩm khỏi buồng sấy, ta phải sử dụng TNS làm nhiệm vụ Đối với công việc sấy hạt PVC ta cần chọn TNS khơng khí nóng mà khơng chọn khói lò Nếu dùng khói sãn phẩm dễ bị hư hỏng sấy nhiệt độ cao Máy sấy thùng quay gồm thùng hình trụ đặt nghiêng so với mặt nằm ngang từ 3o – 6o , có hai vành đai thùng quay trượt lăn tựa điều chỉnh để thay đổi góc nghiêng thùng Thùng quay nhờ bánh khía gắn vào thùng , vành bánh ăn khớp với bánh truyền động mô tơ qua hộp giảm tốc vật liệu ướt vào thùng đầu cao chuyển SVTH: CAO CHU NHÂN Trang ĐỒ ÁN SẤY THÙNG QUAY GVHD: TS-NGUYỄN VĂN DŨNG thùng nhờ đệm chắn, đệm có tác dụng phân bố vật liêu theo tiết diện thùng ,xáo trộn vật liệu làm cho vật liệu tiếp xúc vơi TNS tôt hơn, vật sấy sau sấy chuyển ngồi Khơng cho qua cyclon để giữ lại hạt vật liệu bị kéo theo cho ngồi ống khói Đặt thêm quạt hút nhằm tạo độ chân không hệ thống máy sấy thùng quay có thêt sử dụng với hai cách sấy xuôi chiều ngược chiều Sấy xi chiều phươn thức sấy vật liệu sấy TNS chiều với Vật liệu ban đầu mang lượng ẩm lớn tiếp xúc vơi TNS ban đầu có nhiệt độ cao, độ ẩm nhỏ nên lượng ẩm lượng ẩm vật liệu sấy bốc mạnh Khi cuối trình , vật liệu có độ ẩm nhỏ tiếp xúc TNS có độ ẩm lớn nên cuối lượng ẩm bị bốc giảm tốc độ sấy giảm dần ưu điểm phương pháp nhiệt độ vật liệu sấy lúc khỏi thiết bị sấy tương đối thấp, nhiên độ ẩm cuối cao sấy ngược chiều TNS lại ngược chiều với vật liệu sấy TNS ban đầu có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp tiếp xúc với vật liệu sấy có độ ẩm nhỏ Trong trình sấy TNS giảm nhiệt độ có độ ẩm cao tiếp xúc với vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm lớn sấy ngược chiều cho độ ẩm cuối vật liệu đạt nhỏ hạt PVC (huyền phù) loại vật liệu cho phép sấy nhanh, độ ẩm cuối nhỏ 0.4% thích hợp với phương thức sấy Vậy chọn thiết bị sấy máy sấy thùng quay, TNS khơng khí nóng, phương thức sấy sấy liên tục ngược chiều SVTH: CAO CHU NHÂN Trang ĐỒ ÁN SẤY THÙNG QUAY GVHD: TS-NGUYỄN VĂN DŨNG Phần TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT SẤY I- Động lực trình sấy Quá trình sấy trình tách ẩm (chủ yếu nước nước) khỏi VLS để thải vào môi trường Ẩm có mặt vật liệu nhận lượng theo phương thức tách khỏi VLS dịch chuyển từ long vật bề mặt, từ bề mặt vào môi trường xung quanh Nếu gọi Pv Pbm tương ứng phân áp suất nước lòng vật liệu bề mặt, động lực q trình dịch chuyển lòng bề mặt vật L1 tỉ lệ thuận với hiệu số (Pv-Pbm): L1 ~ (Pv-Pbm) (CT 1.1 – KTS-[5] Nếu phân áp suất nước không gian xung quanh vật Ph nhỏ Pbm ẩm tiếp tục dịch chuyển từ bề mặt vào môi trường xung quanh với động lực L2 Động lực L2 tỉ lệ thuận với độ chênh (Pbm-Ph ) L2 ~ (Pbm-Ph ) (CT 1.2 – KTS-[5]) Như trình sấy đặc trưng q trình dịch chuyển ẩm lòng vật với động lực dịch chuyển: L1 ~ (Pv-Pbm) trình chuyển ẩm từ bề mặt vào môi trường xung quanh với động lực dịch chuyển : L2 ~ (Pbm-Ph ) Do gọi L động lực q trình sấy động lực tỉ lệ thuận với độ chênh (Pv-Ph) L ~ (Pv-Ph) (CT 1.3 – KTS-[5]) Khi đốt nóng phân áp suất nước vật Pv tăng lên Nếu phân áp suất nước môi trường xung quanh Ph không đổi độ chênh (PvPh) tăng lên, q trình sấy tăng cường Đây sỡ TBS xạ, TBS dòng điện cao tần v.v…Trong TBS loại này, khơng khí xung quanh làm nhiệm vụ mang ẩm thải vào môi trường Trong TBS đối lưu TBS buồng , TBS hầm… môi trường xung quanh đốt nóng , tức đồng thời tăng Pv giảm Ph nên q trình sấy tang cường Nếu VLS khơng đốt nóng , Pv khơng đổi tìm cách giảm phân áp suất nước Ph mơi trường xung quanh q trình sấy SVTH: CAO CHU NHÂN Trang ĐỒ ÁN SẤY THÙNG QUAY GVHD: TS-NGUYỄN VĂN DŨNG xảy với động lực (Pv-Ph) Đây sỡ phương pháp sấy đẳng nhiệt, sấy chân không sấy thăng hoa II-Phương pháp sấy Dựa vào hai phương pháp tạo động lực trình sấy người ta chia hai phương pháp sấy (PPS): PPS nóng PPS lạnh III- Tác nhân sấy Để trì động lực q trình sấy cần chất mang ẩm từ bề mặt VLS thải vào môi trường Môi chất làm nhiệm vụ nhân ẩm từ bề mặt vật để thải vào môi trường gọi chung tác nhân sấy(TNS), TNS khơng khí , khói lò số chất lỏng dầu mỏ… khơng khí khói lò hai tác nhân sấy phổ biến Trong TBS đối lưu TNS làm nhiệm vụ đốt nóng vật Trạng thái TNS nhiệt độ tốc độ đóng vai trò quan trọng tồn q trình sấy IV- Phân loại hệ thống sấy Một hệ thống sấy (HTS) có thiết bị sau: với HTS hoạt động theo phương pháp nóng HTS gồm: TBS, đốt nóng TNS (gọi calorifer), loại quạt thiết bị phụ khác buồng đốt, xyclon để thu hồi VLS bay theo TNS với HTS lạnh gồm: TBS, máy lạnh, máy hút chân khơng, bình ngưng-đóng băng… Các hệ thống sấy lạnh Trong HTS lạnh, nhiệt độ VLS nhiệt độ mơi trường (t > 0) nhỏ 0oC Sấy lạnh có ưu điểm chất lượng sản phẩm sấy tốt HTS phức tạp, vốn đầu tư lớn chi phí cho đơn vị sản phẩm cao Vì vậy, HTS lạnh sử dụng vật lieu không chịu nhiệt độ cao đòi hỏi ngặt nghèo chất lượng sản phẩm màu sắc, hương vị v.v… Có thể phân loại HTS lạnh theo ba dạng sau đây: a) HTS lạnh nhiệt độ t > với HTS này, TNS thơng thường khơng khí trước hết khử ẩm phương pháp làm lạnh khử ẩm hấp phụ, sau đốt nóng (nếu khử ẩm SVTH: CAO CHU NHÂN Trang ĐỒ ÁN SẤY THÙNG QUAY GVHD: TS-NGUYỄN VĂN DŨNG phương pháp làm lạnh) làm lạnh (nếu khử ẩm phương pháp hấp phụ) đến nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu cho qua VLS Khi đó, phân áp suất Ph TNS bé phân áp nước bề mặt vật Pbm nên ẩm từ dạng lỏng bề mặt VLS bay vào TNS, kéo theo dịch chuyển ẩm lòng vật liệu bề mặt Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm HTS lạnh nhiệt độ t > hoàn toàn giống HTS đối lưu nói chung Điều khác cách giảm phân áp suất nước TNS b) HTS thăng hoa Trong HTS này, nước điểm ba thể, nghĩa T < 273K, P < 610Pa nhận nhiệt lượng (thường dẫn nhiệt xạ) thực trình thăng hoa để nước chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể vào TNS Như vậy, HTS thăng hoa, mặt ta phải làm lạnh VLS xuống 0oC kho lạnh sau đưa VLS với ẩm dạng rắn vào bình thăng hoa Ở đây, VLS đốt nóng đồng thời tạo chân không không gian xung quanh bơm hút chân không c) HTS chân không Nếu nhiệt độ VLS nhỏ 273K áp suất xung quanh p > 610Pa VLS nhận nhiệt lượng, phân tử nước thể rắn chuyển thành thể lỏng sau chuyển thành thể để vào TNS 2.Các hệ thống sấy nóng Các HTS nóng phổ biến phân làm ba loại theo phương pháp đốt nóng vật: HTS đối lưu, HTS tiếp xúc HTS trường lượng Trong loại lại phân làm nhiều loại nhỏ theo kết cấu đặc trưng đốt nóng vật HTS nóng cho hình 1.1 a) HTS tiếp xúc HTS tiếp xúc HTS VLS nhận nhiệt từ bề mặt nóng dẫn nhiệt HTS tiếp xúc chia làm hai loại: -HTS lô: HTS chuyên dụng dùng để sấy VLS dạng phẳng uốn cong giấy, vải…Trong HTS TBS hình trụ tròn (gọi lơ sấy) đốt nóng thơng thường nước bảo hòa Giấy vải ướt SVTH: CAO CHU NHÂN Trang ĐỒ ÁN SẤY THÙNG QUAY GVHD: TS-NGUYỄN VĂN DŨNG cuộn tròn từ lơ qua lơ khác nhận nhiệt dẫn nhiệt từ bề mặt lô Ẩm nhận lượng tách khỏi VLS bay vào mơi trường khơng khí xung quanh Để tăng cường q trình trao đổi nhiệt - ẩm đặt quạt hút quạt đẩy bề mặt VLS -HTS tang: HTS chuyên dụng để sấy VLS dạng bột nhão TBS HTS hình trụ tròn, dạng trống , đốt nóng Bột nhão bám vào tang hình trụ nhận nhiệt dẫn nhiệt để ẩm tách khỏi VLS vào khơng khí xung quanh Bột sấy khơ thiết bị tách khỏi tang b) HTS đối lưu Đây HTS phổ biến nhất, phân loại theo cấu tạo Trên hình 1.1 biểu diễn đặc trưng cấu tạo HTS đối lưu - HTS buồng: Cấu tạo chủ yếu cua HTS buồng buồng sấy Trong buồng sấy bố trí thiết bị đỡ vật liệu gọi chung thiết bị truyền tải Nếu ung lượng buồng sấy lớn thiết bị tryền tải xe gòong… nói chung, thiết bị truyền tải HTS buồng đa dạng Ví dụ HTS buồng để sấy sơ chế thuốc mà gặp phổ biến đị phương trồng thuốc thiết bị truyền tải sào tre để treo thuốc Do đặc điểm nói trên, HTS buồng hệ thống sấy chu kỳ mẻ Do đặc điểm nói trên, HTS buồng sấy nhiều dạng VLS khác từ dạng cục, hạt loại nông sản đến loại vật liệu dạng thanh, gỗ, thuốc v.v… - HTS hầm: khác với HTS buồng, HTS hầm thiết bị hầm sấy dài VLS vào đầu đầu hầm thiết bị truyền tải HTS hầm thường xe goòng với khay chứa VLS băng tải Đặc điểm chủ yếu HTS hầm bán liên tục liên tục Cũng HTS buồng, HTS hầm sấy nhiều dạng VLS khác Tuy nhiên, hoạt động liên tục bán liên tục nên suất lớn nhiều so với HTS buồng - HTS tháp: Đây HTS chuyên dùng để sấy VLS dạng hạt thóc, ngơ, lúa mì HTS hoạt động liên tục bán liên tục TBS THS tháp sấy, người ta đặt loạt kênh dẫn xen kẻ với loạt kênh thải VLS từ xuống TNS từ kênh dẫn xuyên qua VLS thực trình trao đổi nhiệt - ẩm với VLS vào kênh thải thải vào môi trường SVTH: CAO CHU NHÂN Trang ĐỒ ÁN SẤY THÙNG QUAY GVHD: TS-NGUYỄN VĂN DŨNG - HTS thùng quay HTS chuyên dụng để sấy VLS dạng cục, hạt, TBS hình trụ tròn đặt nghiêng góc Trong sấy bố trí cánh xáo trộn khơng Khi thùng sấy quay, VLS vừa dịch chuyển từ đầu đến đầu vứa bị xáo trộn thực q trình trao đổi nhiệt - ẩm với dòng TNS - HTS khí động: có nhiều dạng HTS khí động TBS HTS ống tròn phểu, TNS có nhiệt độ thích hợp với tốc độ cao vừa làm nhiệm vụ trao đổi nhiệt - ẩm vừa làm nhiệm vụ đưa VLS từ đầu đến đầu TBS Do đó, VLS HTS thường dạng hạt mảnh nhỏ độ ẩm cần lấy thường bề mặt - HTS tầng sôi HTS chuyên dụng để sấy hạt TBS buồng sấy, VLS nằm ghi có đục lỗ TNS có nhiệt độ tốc độ thích hợp xuyên qua ghi làm cho VLS chuyển động bập bùng mặt ghi hình ảnh bọt nước sơi để thực q trình trao đổi nhiệt - ẩm Vì vậy, người ta gọi HTS HTS tầng sơi Hạt khơ nhẹ nằm phía lấy cách liên tục - HTS phun dùng để sấy dung dịch huyền phù công nghệ sãn xuất sữa bột TBS HTS phun hình chóp trụ, phần chóp quay xuống Dung dịch huyền phù bơm cao áp đưa vào thiết bị tạo sương mù TNS có nhiệt độ thích hợp vào TBS thực q trình trao đổi nhiệt - ẩm với sương mù VLS thải vào môi trường Do sản phẩm sấy dạng bột nên HTS phun TNS trước thải vào môi trường qua xyclon để thu hồi vật liệu bay theo Vật liệu khô lấy đáy chóp bán liên tục liên tục SVTH: CAO CHU NHÂN Trang ĐỒ ÁN SẤY THÙNG QUAY GVHD: TS-NGUYỄN VĂN DŨNG Phần SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ Thuyết minh dây chuyền cơng nghệ : Vật liệu khơng khí nóng ngược chiều khơng khí quạt đẩy đưa vào calorife, làm nóng trao đổi nhiệt gián tiếp với nước bão hòa Khí nóng vào thùng sấy tiếp xúc với vật liệu sấy ngược chiều tròn thùng Khí sau sấy vào cyclon để tách bụi, sau quạt hút đưa Vật liệu đưa vào thùng sấy từ thùng tiếp liệu, nhờ thùng quay đệm từ xuống, tiếp xúc với khơng khí nóng Sau hồn thành q trình sấy thu hồi nơi chứa sãn phẩm Hạt PVC Khơng khí Hơi nước bão hòa Quạt đẩy Calorife Gầu tải Cơ cấu nhập Quạt hút Thùng sấy Cyclon Nước ngưng Băng tải Hạt PVC SVTH: CAO CHU NHÂN Bụi PVC Trang ... tích để trình bày tính tốn trình trao đổi nhiệt - ẩm SVTH: CAO CHU NHÂN Trang ĐỒ ÁN SẤY THÙNG QUAY GVHD: TS-NGUYỄN VĂN DŨNG thiết kế HTS hệ thống sấy thùng quay để sấy hạt PVC với suất 11 nghìn. .. gian sấy tương ứng v.v… Tóm lại chế độ sấy quan trọng gắn liền với HTS cụ thể (HTS thùng quay) với VLS cụ thể (như PVC) Do đó, thiết kế HTS để sấy VLS với suất cho, trước hết, phải chọn chế độ sấy. .. trương lên, sấy khơ co lại Để sấy hạt PVC huyền phù phương pháp nhiệt sử dụng nhiều thiết bị sấy khác để đơn giản trình sấy nên sữ dụng thiết bị sấy thùng quay Máy sấy thùng quay có trình sấy đặn