bản hoàn chỉnh đồ án sấy thùng quay đường năng suất 1750kg h phan văn lực 1 1 copy 1

Do vậy cần nghiên cứu tính chất vàcác thông số cơ bản của không khí ẩm.- Tóm lại nghiên cứu quá trình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quátrình sấy:  Mặt tĩnh lực học: Tức là dựa vào

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnhphúc

-

-NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ

Họ và tên sinh viên: Phan Văn Lực

- Phần 2: Tổng quan về nguyên liệu và phương pháp sấy

- Phần 3: Tính cân bằng vật chất của quá trình

- Phần 4: Tính thiết bị chính và cân bằng nhiệt lượng

- Phần 5: Tính toán các thiết bị phụ(Thiết bị calorife, xyclon, quạt )

- Kết luận

- Tài liệu tham khảo

4/ Bản vẽ (ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước các loại bản vẽ):

- Bản vẽ chi tiết thiết bị (cụm thiết bị và mặt cắt): A1, A3

5/ Ngày giao nhiệm vụ:

6/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 6

1.1 Giới thiệu về quá trình sấy 6

1.1.1 Khái niệm sấy 6

1.1.2 Mục đích sấy 6

1.1.3 Bản chất và động lực của quá trình sấy 6

1.1.4 Nguyên lý của quá trình sấy 6

1.1.5 Phân loại sấy 7

1.1.6 Tác nhân sấy và chế độ sấy 8

1.1.7 Phân loại thiết bị sấy 10

1.1.8 Một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy 10

1.2 Giới thiệu về nguyên liệu sấy (Đường) 11

1.2.1 Tính chất chung của đường 11

1.2.2 Tính chất hóa học của đường 12

1.2.3 Tính chất vật lý của đường 12

1.3 Thiết bị sấy và phương thức sấy 12

1.3.1 Chọn thiết bị sấy thùng quay 12

1.3.2 Chọn phương thức sấy 14

1.4 Hệ thống sấy thùng quay 14

CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT LIỆU 17

2.1 Các thông số ban đầu 17

2.2 Tính toán các thông số của không khí 17

2.2.1 Các công thức cần sử dụng 17

2.2.2 Trạng thái không khí ngoài trời 18

2.2.3 Trạng thái không khí sau khi vào calorife và đốt nóng đẳng ẩm (Hàm ẩm không đổi ) t 1=85 °C , x 1=x 0=0,016(kg ẩm/kgkkk) 19

2.2.4 Trạng thái không khí sau khi ra khỏi máy sấy (entanpy) 19

2.3 Lượng ẩm được tách ra 20

2.4 khối lượng vật sấy vào thùng sấy 21

2.5 Lượng vật liệu khô tuyệt đối 21

2.6 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy (cân bằng theo lượng ẩm) 21

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 23

VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 23

3.1 Tính toán thiết bị chính 23

3.1.1 Cường độ bốc hơi ẩm của đường (A) 23

Cường độ bốc hơi ẩm A của thùng sấy là khối lượng ẩm bốc hơi được trong một đơn vị của thời gian sấy của 1m3 thể tích thùng sấy 23

Trong đó: 23

W (kg/h): là khối lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ của vật liệu sấy 23

Vt (m3): là thể tích thùng sấy 23

3.1.2 Thể tích thùng sấy ( Vt¿ 23

Từ (CT 10.2/207, [5]) ta suy ra: 23

23

3.1.3 Đường kính thùng và chiều dài thùng sấy 23

3.1.4 Tiết diện tự do của thùng sấy 24

3.1.5 Thời gian sấy 24

3.1.6 Số vòng quay của thùng sấy 24

3.1.7 Công suất cần thiết để quay thùng 25

3.2 Cân bằng nhiệt lượng 25

3.2.1 Nhiệt lượng mang vào máy sấy 25

3.2.2 Nhiệt lượng mang ra khỏi máy sấy 26

3.2.3 Tính toán quá trình sấy thực 34

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 37

4.1 Calorife 37

4.1.1 Chọn số liệu và tính toán kích thước calorife 37

4.1.2 Tính hệ số truyền nhiệt K 38

4.1.3 Tính bề mặt truyền nhiệt 42

4.1.4 Tính các ống truyền nhiệt và kích thước calorife 43

4.2 cyclon 43

4.3 Tính trở lực của quá trình 45

4.3.1 Tính trở lực do ma sát trong từng đoạn ống dẫn∆ Pm 46

4.3.2 Tính tổng trở lực cục bộ 53

4.3.3 Tính trở lực quạt 58

4.3.4 Tính trở lực thùng quay (ΔPPs) 58

4.3.5 Trở lực do calorife 58

4.4 Tính và chọn quạt 60

4.4.1 Quạt đẩy 60

4.4.2 Quạt hút 61

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Bảng tổng kết cho vật liệu sấy 22

Bảng 2.2 Bảng tổng kết cho tác nhân sấy 22

Bảng 3.2 Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy 31

Bảng 4.1 Ta có bảng các thông số của không khí tại nhiệt độ ttb = 67,9oC 39

Bảng 4.2 Ta có bảng các thông số của không khí tại nhiệt độ t 2 = 55,15 oC .41

Bảng 4.3 Kích thước cơ bản của cyclon LIH.24 theo đường kính 45

Bảng 4.4 Các thông số của chất khí trong cả quá trình 46

LỜI MỞ ĐẦU

Từ xưa đến nay, con người đã biết sấy khô vật liệu ẩm bằng nhiều cáchkhác nhau Sấy là một trong những giai đoạn quan trọng trong công nghệ sau thuhoạch và công nghệ chế biến Ngày nay, kĩ thuật sản xuất phát triển và vai tròcủa quá trình sấy càng trở nên quan trọng hơn trong các dây chuyền công nghệ.Sấy không những giúp chúng ta bảo quản sản phẩm được lâu hơn mà còn tạo rathành phẩm có giá trị kinh tế cao Tùy theo từng đặc điểm, tính chất của mỗi loạinguyên liệu mà lựa chọn các phương pháp sấy, dạng thiết bị sấy, tác nhân sấy,chế độ sấy cho phù hợp Hiện nay có nhiều phương pháp sấy khác nhau nhưsấy thùng quay, sấy băng tải, sấy hầm, sấy tháp

Đường saccharose là một chất có vị ngọt tự nhiên, là một loại thực phẩmcung cấp nhiều năng lượng và dinh dưỡng cần thiết cho con người Đường cóthể sử dụng trực tiếp, làm chất điều vị cho bữa ăn hằng ngày hoặc làm nguyênliệu trong ngành công nghệ thực phẩm như: công nghệ sản xuất bánh kẹo, đồhộp, làm mức, làm rượu, công nghệ chế biến các sản phẩm từ sữa, sản xuất nướcgiải khát…

Việt Nam là một quốc gia có truyền thống sản xuất đường mía từ lâu đời.Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất đường trên thế giới, ViệtNam cũng có một nền công nghiệp đường tiên tiến để đáp ứng nhu cầu sử dụngcủa người dân và góp phần cho sự phát triển kinh tế Sấy đường là một trongnhững công đoạn quan trọng hỗ trợ đắc lực trong công nghệ sản xuất đường.Việc sấy đường giúp cho việc bảo quản và vận chuyển đường được thuận lợi vàđảm bảo chất lượng của đường được tốt nên công đoạn sấy đường là công đoạnkhông thể thiếu được trong công nghệ sản xuất đường cát

Được sự phân công và hướng dẫn của thầy Võ Văn Quốc Bảo, trong đồ ánthiết bị này, em xin trình bày nội dung: “Thiết kế hệ thống sấy thùng quay đểsấy đường với năng suất sản phẩm 1750 kg sản phẩm/h”

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về quá trình sấy

1.1.1 Khái niệm sấy

- Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắnhay lỏng Với mục đích làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở),tăng độ bền vật liệu(như vật liệu gốm, sứ, gỗ…) Bảo quản tốt trong thời giandài nhất là đối với lương thực, thực phẩm

1.1.2 Mục đích sấy

- Làm giảm khối lượng vật liệu

- Tăng thời gian bảo quản

- Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng sinh hóa

- Tạo hình cho sản phẩm

- Tăng độ bền cho sản phẩm như gỗ, vật liệu là gốm sứ…

- Tăng tính cảm quan cho sản phẩm

1.1.3 Bản chất và động lực của quá trình sấy

- Bản chất của quá trình sấy: Là quá trình khuếch tán ẩm từ trong lòng vậtliệu ra bề mặt vật liệu và ẩm từ đó bay ra ngoài môi trường nhờ chênh lệch độ

ẩm (hay chênh lệch áp suất hơi riêng phần của ẩm ở bề mặt vật liệu và môitrường xung quanh )

- Động lực của quá trình sấy: Chính là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòngvật liệu sấy và trên bề mặt vật liệu sấy

1.1.4 Nguyên lý của quá trình sấy

- Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắnrất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và bên ngoài vậtliệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt

- Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trongvật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu

- Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bềmặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trườngkhông khí xung quanh

- Tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở

- Trong các quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnhhưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy Do vậy cần nghiên cứu tính chất vàcác thông số cơ bản của không khí ẩm.

- Tóm lại nghiên cứu quá trình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quátrình sấy:

 Mặt tĩnh lực học: Tức là dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệtlượng ta sẽ tìm được mối quan hệ của các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy

và của tác nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhânsấy và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy

 Mặt động lực học: Tức là nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của

độ ẩm vật liệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như tính chất, cấutrúc, kích thước của vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của tác nhânsấy để từ đó xác định được chế độ sấy, tốc độ sấy và thời gian sấy thích hợp

1.1.5 Phân loại sấy

Quá trình sấy bao gồm hai phương thức: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo

- Sấy tự nhiên: Tiến hành bay hơi nước bằng năng lượng tự nhiên như nănglượng mặt trời, năng lượng gió… (Hay gọi là quá trình phơi hay sấy tự nhiên )

* Ưu điểm:

 Không tốn năng lượng

 Đơn giản rẻ tiền

 Bề mặt trao đổi nhiệt lớn

* Nhược điểm:

 Phương pháp này có thời gian sấy dài

 Tốn nhân công, tốn mặt bằng xây dựng

 Khó điều chỉnh các thông số trong quá trình sấy

 Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết

 Vật liệu sau khi sấy còn lượng ẩm khá cao

 Năng suất thấp

- Sấy nhân tạo: Thường tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấpnhiệt cho các vật lệu ẩm Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy thuộc vào phươngpháp truyền nhiệt

* Ưu điểm:

 Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên

 Tốc độ sấy nhanh và độ ẩm của vật liệu sau khi sấy nhỏ hơn nhiều so vớisấy tự nhiên

 Tốn ít mặt bằng nhân công

 Kiểm soát được độ ẩm vật liệu sấy vào và ra của sản phẩm ra, chất lượngcủa sản phẩm ra

* Nhược điểm:

 Chi phí đầu tư cao

 Khó khăn trong quá trình sử dụng và sửa chữa thiết bị

Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy theo phương pháp truyền nhiệt có thể chiathành các loại sau:

 Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy vớitác nhân sấy là không khí nóng, khói lò…

 Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trựctiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua mộtvách ngăn

 Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tiahồng ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy

 Sấy bằng dòng điện cao tầng: là phương pháp sấy dùng năng lượng điệntrường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày vật liệu

 Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân khôngrất cao, nhiệt độ rất thấp, nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từtrạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng

1.1.6 Tác nhân sấy và chế độ sấy

1.1.6.1 Tác nhân sấy

- Khái niệm: Tác nhân sấy là những chất dùng để đưa lượng ẩm tách từvật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy, tác nhân sấy có thể là không khí, khói lò hoặcmột số chất lỏng như dầu mỏ, macarin… Trong đó khói lò và không khí và khói

lò là hai tác nhân sấy phổ biến nhất Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấyluôn luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật liệu sấy Nếu độ ẩm này không đượcmang đi thì độ ẩm tương đối trong vật liệu tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạtđược sự cân bằng giữa vật liệu sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trìnhthoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại

- Nhiệm vụ của tác nhân sấy

 Gia nhiệt cho vật liệu sấy

 Tải ẩm, mang ẩm từ bề mặt vật liệu sấy ra môi trường

 Bảo vệ vật liệu sấy không bị hỏng do quá trình gia nhiệt

Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện cùng lúchai hoặc ba chức năng ở trên

Khi sấy đối lưu, tác nhân sấy làm hai nhiệm vụ là gia nhiệt và tải ẩm.Khi sấy tiếp xúc, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm Khi sấy bằng dòng điện caotầng, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm.

- Để tải ẩm đã bay hơi từ vật liệu sấy vào môi trường có thể dùng cácbiện pháp:

 Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt

 Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật liệu sấy thải ra ngoài môi trường(sấy chân không)

- Các loại tác nhân sấy:

 Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầuhết các loại sản phẩm Không khí ẩm là không khí có chứa hơi nước (không khíkhô và hơi nước ) và khi sử dụng có thể coi như là lí tưởng Trạng thái củakhông khí ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy và bảo quản sản phẩmsấy.Vì vậy việc nghiên cứu không khí ẩm là cần thiết

Dùng không khí ẩm ít làm sản phẩm bị ô nhiễm và thay đổi mùi vị Tuynhiên dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy thì cần trang bị hệ thống gia nhiệtcho không khí (calorife khí, hơi hay khí hoặc khói lò) Nhiệt độ sấy không quácao, thường nhỏ hơn 500ᵒC vì nếu nhiệt độ quá cao thiết bị trao đổi nhiệt phảiđược chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt

 Hơi quá nhiệt: Tác nhân sấy này thường được dùng cho các loại sảnphẩm dễ bị cháy nổ và có khả năng chịu nhiệt cao

 Khói lò: Khói lò là sảm phẩm khí của quá trình đốt cháy một chất nào

đó Khối lượng thành phần và các thông số trạng thái của khói lò phụ thuộc vàothành phần của chất đốt và phương pháp đốt cháy

* Ưu điểm:

 Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong một khoảng rất rộng: cóthể sấy ở nhiệt độ rất cao 900-1000ᵒC và ở nhiệt độ 70-90ᵒC hoặc thậm chí ở 40-50ᵒC

 Cấu trúc hệ thống đơn giản, rẻ tiền, dễ chế tạo lắp đặt

 Đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife

 Giảm tiêu hao điện năng, do giảm trở lực hệ thống

 Nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệt của thiết bị

* Nhược điểm:

 Gây bụi bẩn cho thiết bị và sản phẩm

 Có thể gây hỏa hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hóa học không cần thiếtảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

1.1.6.2 Chế độ sấy

- Chế độ sấy là cách tổ chức quá trình truyền nhiệt, truyền chất giữa các tácnhân sấy và vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất, chấtlượng sản phẩm yêu cầu và chi phí vận hành cũng như chi phí năng lượng cũng

là hợp lý

- Một số chế độ sấy thường gặp: Chế độ sấy có đốt nóng trung gian, chế độsấy hồi lưu một phần, chế độ sấy hồi lưu toàn phần, chế độ sấy hồi lưu và đốtnóng trung gian

1.1.7 Phân loại thiết bị sấy

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp khác nhau nên có nhiều cách đểphân loại thiết bị sấy:

- Dựa vào tác nhân sấy: Có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấybằng khói lò, các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấybằng dòng điện cao tầng, sấy lạnh …

- Dựa vào phương thức sấy và chế độ làm việc: Thiết bị sấy liên tục và thiết

bị sấy gián đoạn

- Dựa vào áp suất làm việc: Thiết bị làm việc trong áp suất chân không và

1.1.8 Một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy

- Bản chất vật liệu sấy như: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kếthóa học, đặc tính liên kết ẩm

- Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy bề dày lớp vật liệu ….diệntích bề mặt riêng, vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh

- Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối, độ ẩm tới hạn của vật liệu

- Độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ của không khí

- Chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của không khí sấy, nhiệt độcuối cao thì nhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấy sẽtăng, nhưng nhiệt độ cuối không nên quá cao vì không sử dụng nhiệt triệt để

- Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức sấy, chế độ sấy

1.2 Giới thiệu về nguyên liệu sấy (Đường)

- Đường saccharose (sucrose) là một loại thực phẩm phổ biến, có vịngọt tự nhiên, ngon rất phù hợp với khẩu vị của người sử dụng, nên đườngsaccharose là một gia vị thông dụng trong mỗi bữa cơm hằng ngày trong mỗigia đình.

- Cũng giống như protein, lipit, glucid, muối vô cơ…Đường saccharose làloại gia vị cung cấp năng lượng chủ yếu trong cơ thể và đóng vai trò quan trọngcho sự sống con người Cơ thể chỉ hấp thụ đường dưới dạng đường đơn là chủyếu nhưng nếu thiếu đường thì sẽ xuất hiện những bệnh lý rất nguy hiểm

- Đường saccharose có rất nhiều trong các loài thực vật như thân cây mía,

củ cải đường, cây thốt nốt, nhưng được chế biến từ cây mía là chủ yếu nênthường được gọi là đường mía, và được sản xuất trên một quy trình công nghệkhép kín

- Đường saccharose có thể dùng trực tiếp hoặc sử dụng làm phụ gia trongchế biến các loại thực phẩm như: bánh kẹo, nước giải khát, cà phê hòa tan, hoặcdùng để là tăng hương vị cho sản phẩm Ngoài ra rỉ đường dùng để lên menrượu, sản xuất cồn…

1.2.1 Tính chất chung của đường

- Công thức phân tử là:C12H22O11

- Công thức cấu tạo: Saccharose thuộc nhóm Oligo saccharide là mộtdisaccharide Phân tử saccharose được cấu tạo bởi một gốc α-glucose và một gốc β-glucose Hai gốc này liên kết với nhau ở nguyên tử C2 của gốc fructose và mộtnguyên tử O2

- Do không có nhóm –OH glucoside nên saccharose không có tính khử, cònđược gọi là đường không khử

- Không có nhóm –CH=O nên không tham gia phản ứng tráng bạc

- Dạng cấu tạo mạch vòng của saccharose không có khả năng chuyển thànhmạch hở

1.2.2 Tính chất hóa học của đường

- Trong môi trường acid pH<7 đường saccharose bị phân hủy thành glucose

và fructose

C12H22O11 + H2O H+ , t° C6H12O6 + C6H12O6

Saccharose α-glucose β-fructose

- Trong môi trường kiềm, saccharose bị thủy phân thành lactose, glucose,fructose và các hợp chất đường khác

- Ở pH=8÷9 đun nóng trong thời gian dài đường saccharose bị phân hủythành hợp chất có màu vàng và màu nâu, tốc độ phân hủy tăng theo độ pH

- Ngoài ra còn phản ứng caramen hóa, phản ứng với Cu(OH)2ở nhiệt độthường tạo dung dịch màu xanh thẫm

1.2.3 Tính chất vật lý của đường

- Do không còn nhóm –OH glucoside nên saccharose không thể hiện tínhkhử Gọi là đường không khử

- Là chất rắn kết tinh, không màu, trong suốt, có vị ngọt

- Khối lượng riêng: 1,5879g/cm3

- Trọng lượng phân tử: 342,3 đvC

- Nhiệt độ nóng chảy: 186 ÷ 188 ᵒC

- Nhiệt dung riêng: 0,9019 kJ/kg.độ

- Không tan trong rượu, benzene, dầu hỏa…nhưng dễ tan trong nước, độtan tỉ lệ thuận với nhiệt độ

1.3 Thiết bị sấy và phương thức sấy

1.3.1 Chọn thiết bị sấy thùng quay

- Ngày nay có rất nhiều thiết bị dùng để sấy đường và cho năng suất rấtcao, như thiết bị sấy đĩa quay kiểu đứng, thiết bị sấy sàn rung, thiết bị sấy tầngsôi, thiết bị sấy thùng quay… Mỗi thiết bị đều có ưu nhược điểm khác nhau

- Căn cứ vào hình dạng và tính chất vật liệu ( đường ) ta lựa chọn thiết bịsấy thùng quay Mặt khác chọn thiết bị sấy thùng quay để sấy đường vì diện tíchtiếp xúc của thiết bị với vật liệu sấy lớn, thiết bị có diện tích lớn nên nguyên liệuđược phơi bày tối đa trong tác nhân sấy nên đem lại hiệu quả sấy cao và chấtlượng sấy đồng đều

- Sấy thùng quay thuộc hệ thống sấy đối lưu, chuyên dùng sấy hạt đậu, sấy

ca cao, cục nhỏ, nguyên liệu có khuynh hướng bị rối hoặc dính vào nhau trênbăng chuyền hoặc khay Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là mộtthùng sấy hình trụ tròn, đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang 1-6ᵒ, có 2 vànhđai trượt trên các con lăn tựa khi thùng quay Khoảng cách giữa các con lăn cóthể điều chỉnh để thay đổi góc nghiêng của thùng Vật liệu nạp vào không quá20-25% thể tích thùng Thùng quay với vận tốc 1 - 8 vòng/phút, vận tốc củakhông khí đi trong thùng khoảng 2 - 3 m/s

- Các cánh đảo trong thùng có tác dụng xáo trộn vừa có tác dụng phânphối điều vật liệu theo tiết diện thùng, nó làm tăng tiếp xúc giữa vật liệu và tácnhân sấy Các loại cánh đảo phổ biến:

 Cánh đảo nâng, đổ: dùng để sấy vật liệu có kích thước lớn, dễ bám dínhvào 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 nhỏhơn, 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

- Ngoài ra còn có hệ thống quạt là tạo ra dòng chảy của tác nhân sấy cólưu lượng theo yêu cầu kỹ thuật Bộ phận calorife để gia nhiệt cho tác nhân sấy.Cyclon để thu hồi bụi trước khi thải ra môi trường.

- Ưu điểm: là quá trình sấy điều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vậtliệu 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: là vật liệu đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn vì thế sẽlàm giảm chất lượng sản phẩm

- Các thông số thiết kế hệ thống sấy thùng quay:

 Chọn tác nhân sấy: không khí ẩm

 Chọn calorife khí – hơi

 Thiết bị làm việc liên tục

 Vật liệu và tác nhân sấy đi cùng chiều

 Thiết bị có lắp đặt cánh đảo

- Nguồn năng lượng và tác nhân sấy:

 Do đường saccharose nóng chảy ở 186-1880C và bị biến chất ở nhiệt độcao nên chọn tác nhân sấy là không khí ẩm Hơn nữa, đường là sản phẩm có thể

sử dụng trực tiếp hay dùng làm nguyên liệu sản xuất các thực phẩm khác vì thế tanên chọn tác nhân sấy là không khí ẩm để tránh làm nhiễm bẩn, nhiễm độc vàođường và tạo mùi thơm

 Môi chất mang nhiệt là hơi nước để tiện cho việc điều chỉnh nhiệt độ tácnhân sấy khi cần thiết cũng như có thể tận dụng nguồn hơi nước từ lò hơi nên sẽgiảm được chi phí

1.3.2 Chọn phương thức sấy

- Có nhiều phương thức sấy như: sấy cùng chiều, sấy ngược chiều, sấy chéodòng…

- Trong đồ án thiết kế này ta chọn phương thức sấy là sấy cùng chiều ( tức

là nguyên liệu sấy đi cùng chiều với tác nhân sấy )

1.4 Hệ thống sấy thùng quay

Thuyết minh sơ đồ:

- Đường sau khi ly tâm sẽ được vận chuyển lên cao qua cơ cấu nhập liệu rồivào trong thùng sấy Tại thùng sấy đường sẽ đi sâu vào thùng sấy, nguyên liệuđược đảo trộn và di chuyển từ đầu tới cuối thùng sấy nhờ hệ thống cánh đảo

- Không khí được quạt ly tâm áp suất cao đẩy vào calorife gia nhiệt tại đâyxảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa không khí và chất tải nhiệt Sau đó không khí

đã đốt nóng sẽ được đưa vào thùng sấy, nước ngưng được đưa ra ngoài calorifequa van xả

- Tại thùng sấy vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều với nhau Thùngsấy quay tròn nhờ bộ phận truyền động, vật liệu sấy được đảo trộn và di chuyểndần từ đầu cao đến đầu thấp, tiến hành quá trình trao đổi nhiệt khiến cho ẩmtrong vật liệu sấy bay hơi liên tục

- Sau khi đạt được nồng độ, độ ẩm yêu cầu thì đường được đưa ra ngoàibằng băng tải và tiến hành làm nguội, bao gói Trong quá trình sấy do tốc độchuyển động của dòng khí nóng khá lớn nên một phần đường có kích thước nhỏ

và bụi sẽ bị cuốn theo tác nhân sấy ra ngoài Do đó người ta đặt cyclon thu hồibụi đường và đường có kích thước nhỏ chuyển theo phương tiếp tuyến trongcyclon và lắng xuống dưới, còn phần khí được hút đẩy ra ngoài

- Ưu điểm: Sản phẩm sấy đồng đều, tốc độ sấy nhanh, ít bị ô nhiễm cho hệthống và sản phẩm, vận hành dễ dàng và ổn định…

- Nhược điểm: Trong quá trình sấy thì do thùng quay nên dễ làm cho vậtliệu sấy gãy vỡ và tạo ra bụi bẩn và giảm chất lượng sản phẩm, giảm giá trị kinh

tế của sản phẩm do tổn hao

CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT LIỆU

2.1 Các thông số ban đầu

- Năng suất thiết bị : G2 = 1750 kg sản phẩm / h

- Độ ẩm vật liệu vào : W1 = 2%

- Độ ẩm vật liệu ra : W2 = 0.05%

- Nhiệt độ tác nhân sấy vào : t1 = 85ᵒC

- Nhiệt độ tác nhân sấy ra : 38

- Nhiệt độ môi trường :t0 = 25,3ᵒC

(Chọn nhiệt độ vật liệu ra thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy ra 5÷10ᵒC )

- Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều Tác nhân sấy không khíẩm

- Thiết bị làm việc liên tục

2.2 Tính toán các thông số của không khí

µ: Độ ẩm tương đối của không khí

P: Áp suất khí quyển P = 1,033 (atm) = 1,0132 (bar) = 760( mmHg)

P b: áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm đã bãohòa hơi nước (N/m2)

* Enthapy của không khí ẩm ( Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm )

I= Ck.t+(r0+ Cht).X( kJ/kg kkk ) (CT VII 13/95 [2])

Trong đó:

C k: Nhiệt dung riêng của không khí khô C k=1,004 kJ /kg ° K

C h: Nhiệt dung riêng của hơi nước C h=1,97 kJ /kg độ

r0:Ẩn nhiệt hóa hơi của nước r0=2493 kJ /kg

M: khối lượng mol không khí M = 29 ( kg/kmol )

P b:Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí (N /m2)

µ: Độ ẩm tương đối của không khí (%)

2.2.2 Trạng thái không khí ngoài trời

* Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:

Với nhiệt độ không khí t0=25,3 °C

* Thể tích riêng của không khí ẩm

V0= RTM(P- φ0Pbh0 )

29×((1,0132× 105)-(0,81×0,0321×105))= 0,866( m

3 kk/kg kkk )

2.2.3 Trạng thái không khí sau khi vào calorife và đốt nóng đẳng ẩm (Hàm

* Độ chứa ẩm d ( hàm ẩm của không khí ẩm )

* Ở nhiệt độ điểm sương ta có φ = 1

 Áp suất hơi bão hòa tại t s là:

Ps=X2P

0,622+ X2=

0,035×1,033 0,622+0,035 =0,055 (at)

Nhiệt độ điểm sươnglà :t s=34,18℃ (Bảng I.250/312 [1] )

 Chênh lệch nhiệt độ giữa tác nhân sấy ra và nhiệt độ điểm sương là:

2.6 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy (cân bằng theo lượng ẩm)

Coi lượng không khí khô đi qua máy sấy không bị mất trong quá trình sấy.Trong đó:

L: Lượng không khí khô tiêu tốn trong quá trình sấy

L×X1: lượng ẩm không khí khô mang theo vào phòng sấy

L×X2: Lượng ẩm trong không khí khô còn lại sau khi sấy

Bảng 2.1.Bảng tổng kết cho vật liệu sấy

G1:khối lượng vật liệu vào thùng sấy (kg/h) 1784,821

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 3.1 Tính toán thiết bị chính

3.1.1 Cường độ bốc hơi ẩm của đường (A)

Cường độ bốc hơi ẩm A của thùng sấy là khối lượng ẩm bốc hơi được trong mộtđơn vị của thời gian sấy của 1m3 thể tích thùng sấy

Trong đó:

W (kg/h): là khối lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ của vật liệu sấy

V t (m3): là thể tích thùng sấyChọn A = 9 kg/m3.h (Bảng 10.1/207, [5])

Vậy chọn Dt=1(m)

3.1.3.2 Chiều dài thùng sấy

Lt = 5 × Dt = 5 × 1 = 5 (m)

3.1.4 Tiết diện tự do của thùng sấy

Vơí β là hệ số chứa đầy (Chiếm khoảng 10÷25% thể tích thùng sấy ): Chọn β = 0,2

3.1.5 Thời gian sấy

m: Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng (chọn m=0,5)

k: Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí trong thùng, chuyểnđộng xuôi chiều chọn k= 2

 : Thời gian sấy (phút)

L: Chiều dài của thùng sấy (Chiều dài cánh đảo trộn trong thùng)

Dt: Đường kính thùng sấy

3.1.7 Công suất cần thiết để quay thùng

N = 0,13 10 -2 × D3

t × Lt × a × n × ρ (kW) (CT VII.54, Tr 123, [2])Trong đó:

n: Số vòng quay của thùng ,n = 2,288 vòng/ Phút

a: Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,063 (bảng VII.5/123,[2])

ρ: Khối lượng riêng xốp trung bình, ρ=1587,9 ( kg/ m3)

Dt ,Lt là đường kính và chiều dài của thùng (m)

 N = 0,13×10-2 × (1)3 × 5 × 0,063 × 2,288 × 1587,9 = 1,488 (kW)

3.2 Cân bằng nhiệt lượng

3.2.1 Nhiệt lượng mang vào máy sấy

Vì trong quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng và không có bộ phậnchuyển tải nên: qbs = qvc = 0

3.2.1.1 Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào

qkkv = l × Io = 52,632 ×66,087 = 3478,291(kJ/kg ẩm) (Tr 206, [3])

3.2.1.2 Nhiệt lượng do calorife cung cấp

* Nhiệt lượng tiêu hao riêng ở calorife (Tr 206, [3])

Cn: là nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,18 kJ/kg độ

Cvl : nhiệt dung riêng của vật liệu coi như không đổi trước và sau khi sấy

Ckhô :nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối, Ckhô = 1,25 (kJ/kg.K)

Cn: nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,18 kJ/kg.K

Cvl=Cvlv= Cvlr (kJ/kg°K)

 Cvl = Cn W2 + Ckhô(1 - W2), kJ/kg.K

 Cvl =4,18 × 0,05 + 1,25 × (1 - 0,05) = 1,3965 (kJ/kgđộ)

tvlv: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, tvlv= to = 25,3oC

tvlr: nhiệt độ của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy

3.2.1.4 Tổng nhiệt lượng mang vào

∑qv = qkkv + qs + qvlv

= 3478,291+3253,71+1810,985=8542,986(kJ/kg ẩm)

3.2.2 Nhiệt lượng mang ra khỏi máy sấy

3.2.2.1 Nhiệt lượng do khí thải mang ra khỏi thiết bị sấy

qkkr = l × I2 = 52,632×127,907 = 6732,001(kJ/kg ẩm) (Tr 206, [3])

3.2.2.2 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra (Tr 206, [3])

3.2.2.3 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh qua vỏ thiết bị

* Tổn thất nhiệt qua vỏ thiết bị

(kJ/kg) ẩm)

qtt= K×F×∆t

Trong đó:

F: Diện tích bề mặt xung quanh của máy sấy, F = 0,628 (m 3 )

ΔPt: hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanhW: lượng ẩm bay hơi

K: hệ số truyền nhiệt

Trong đó:

: Tổng nhiệt trở của thành máy sấy

α1: hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấy

 hệ số dẫn nhiệt của chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ tính theo công thức

λ = λ o 273 + C

T + C (T273)1/5(Wm.độ)(CT I.36/ 124, [1])

o: hệ số dẫn nhiệt của khí ở 0oC

o= 0,0201(W/m.độ) (Bảng I.122/ 124, [1])

C: hằng số phụ thuộc vào loại khí, C = 122 (Bảng I.122/ 124, [1])

T: nhiệt độ tuyệt đối của khí

* Nhiệt độ trung bình của không khí trong máy sấy

* Tra (bảng I.255/ 318, [1]) và áp dụng phương pháp nội suy ta tính được độnhớt động của không khí tác nhân sấy trong phòng sấy là:

v = 1,913×10-5(m2/s)

* Tiết diện tự do của thùng sấy

Với β = 0,2 là hệ số chứa đầy

ρ: khối lượng riêng

Vì Re= 41720,037 >104 nên tác nhân sấy chuyển động với chế độ chảy xoáy (Tr13,[2])

* Phương trình chuẩn Nusselt đối với chất khí

Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem như nhiệt độ không đổi khi điqua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ.

Chọn vật liệu làm thùng sấy là thép Crom – Niken và vật liệu cách nhiệt

là bông thủy tinh

Chọn bề dày thân thùng và các thông số như sau:

Bảng 3.1 Chọn bề dày của thùng sấy

Co: hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối, Co = 5,7

T1: nhiệt độ tuyệt đối của thành máy sấy (K) , T1 = T3 = t3 + 273

T2: nhiệt độ của môi trường (K) , T2 = To = to + 273

: độ đen của bề mặt ngoài của máy sấy

Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vậtthể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể:  = 0,8  1 Chọn  = 0,8