Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

Sau thời gian sấy phải kiểm tra lạiđộ ẩm, độ ẩm thành phẩm đạt 14% thì quá trình sấy kết thúc.Sau khi sấy, đậu được làm nguội tự nhiên hoặc có quạt thổiđể giảm nóng, tránh dùng không khí

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiềutrong thực tế sản xuất và đời sống Trong công nghiệp như chếbiến nông – hải sản, chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xâydựng…, kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dâychuyền sản xuất Trong nông nghiệp, sấy là một trong nhữngcông đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch… Sản phẩmsau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảoquản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượngsản phẩm Ở Đồ án môn học này, em xin trình bày về quy trìnhcông nghệ và thiết bị sấy thùng quay để sấy đậu xanhnguyên hạt, năng suất 1 tấn/h theo sản phẩm

- Đậu xanh, còn gọi là lục đậu, boubour, haricotdore, green

bean Tên khoa học: Phaseolus aureus Roxb., Vigna aurea Roxb Thuộc họ đậu Fabaceae (Papilonaceae) Mô tả cây: cây thảo, mọc đứng,

ít phân nhánh, cao 0,6m , lá có 3 lá chét, lá chét hình trái xoan,

ba cạnh, màu lục sẫm, có lông nháp Hoa màu vàng hoặc lục,rất dày đặc, xếp thành chùm ở nách, quả nằm ngang hìnhtrụ, có lông rồi nhẵn, có đầu nhọn ngắn Hạt 10–15, phâncách nhau bởi các vách, màu lục, bóng

- Đậu xanh, cùng với đậu nành, đậu đen, đậu trắng, đậuHà Lan đều được xếp vào hàng họ đậu Đặc điểm chung củachúng là chứa nhiều protein (25 –50%) Do ở rễ của cây họ đậucó các nốt sần, ở đó các vi khuẩn cộng sinh phát triển, cókhả năng lấy Nitơ từ không khí nên không những cung cấp đủNitơ cho cây mà còn làm cho đất đai thêm màu mỡ bằngnguồn Nitơ thừa thải ra

- Về mặt cấu tạo, họ đậu thuộc các hạt họ hòa thảo.Chúng không có nội nhũ, nội nhũ của chúng bị mất trongquá trình hình thành hạt Cấu tạo chủ yếu của họ đậu gồm 3phần: vỏ, tử diệp (lá mầm) và phôi (mộng)

- Thành phần hóa học của hạt đậu xanh: hạt đậu xanh cótrung bình:

13,7% nước 2,4% lipid 4,6% xenluloza

23% protit 52% glucid

- Mỗi 100g đậu xanh cung cấp cho cơ thể:

4,75% Fe 0,06mg% caroten 0,71mg% vitB1

0,15mg% vitB2 2,4mg% vitPP 4mg% vitC

- Đậu xanh được trồng ở khắp nước ta, lấy hạt chủ yếulàm thực phẩm, thường được chế biến ngay thành thức ăn.Đậu xanh, ngoài protid còn có nhiều glucid, chủ yếu là tinh bột,và ít lipid Thành phần protein của nó chứa đầy đủ các acid

amin không thay thế Tinh bột đậu xanh có tỷ lệ amyloza tươngđối rất cao (45 – 50%), được dùng nhiều để chế biến miến, làmbánh kẹo …

- Vấn đề bảo quản đậu xanh cũng như các nguyên liệu họđậu nói chung là khó, vì đậu là môi trường rất thích hợp chocác loại sâu mọt phá hoại Mặt khác, nếu điều kiện bảo quảnkhông tốt như nhiệt độ, độ ẩm cao, đậu sẽ bị “sượng” (hóagià) làm giảm chất lượng đậu Muốn bảo quản lâu dài thì hạtphải có chất lượng ban đầu tốt, không sâu mọt và có độ ẩm

an toàn Vì vậy, quá trình phơi, sấy hạt sau khi thu hoạch có vaitrò rất quan trọng trong bảo quản, chế biến cũng như nâng caochất lượng hạt

Đậu được thu hoạch từ đồng ruộng, người ta chặt cây vànhặt đậu ra Khi mới thu hoạch từ ruộng về, hạt thường có độẩm cao trung bình 20 – 25% Đối với đậu xanh thu hoạch cả vỏ thìphải phơi, sấy sơ bộ tới độ khô nhất định mới tách, lấy hạtkhỏi vỏ thuận lợi Việc đập và tách hạt đậu ra khỏi quả cóthể làm bằng máy hoặc bằng tay Sau đó tiến hành làm sạch,tách những tạp chất trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đấtsỏi, đá, mảnh kim loại… lẫn vào hạt khi thu hoạch, tách hạt….Có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ (cỏ, rác, cành,

Đậu xanhThu hoạch

Phơi (sấy sơ bộ)Đập, tách hạt

Vỏ

Phân loạiSấyLàm nguội

Kiểm tra cỡ hạtĐóng gói

Thành phẩm

lá…) lớn hơn hạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớpdưới cùng là đất, cát, rác vụn nhỏ hơn hạt Sau khi có khốiđậu sạch thì tiến hành lấy mẫu đo độ ẩm bằng máy đo độẩm để xác định độ ẩm ban đầu Tiếp theo, người ta phân loạiđậu theo loại 1, 2, 3… theo kích cỡ, có thể dùng sàng với cáclớp lưới có đường kính lỗ khác nhau Sau khi phân loại, tiếnhành sấy theo từng loại đậu Sau thời gian sấy phải kiểm tra lạiđộ ẩm, độ ẩm thành phẩm đạt 14% thì quá trình sấy kết thúc.Sau khi sấy, đậu được làm nguội tự nhiên hoặc có quạt thổiđể giảm nóng, tránh dùng không khí có độ ẩm cao để thônggió sẽ làm tăng độ ẩm hạt Tiếp theo, khối đậu được kiểm tralại cỡ hạt để loại bỏ những hạt lép, hỏng sau khi sấy Có thểdùng sàng để phân loại hạt Cuối cùng, đậu được đóng góitheo yêu cầu thị trường: 50 kg, 25 kg, 10 kg, 5 kg, 1kg Sản phẩmđậu xanh nguyên hạt.

- Muốn bảo quản lương thực hoặc chế biến sản phẩm cóchất lượng cao, các loại hạt cần được sấy khô xuống độ ẩmbảo quản hoặc chế biến Để thực hiện quá trình sấy có thểsử dụng nhiều hệ thống sấy như buồng sấy, hầm sâùy, thápsấy, thùng sấy… Mỗi hệ thống có những ưu, khuyết điểm vàphạm vi ứng dụng khác nhau Chế độ sấy có ảnh hưởng rấtlớn đến chất lượng sản phẩm vì sấy là một quá trình trao đổinhiệt – chất phức tạp và làm thay đổi không những cấu trúcvật lý mà còn cả thành phần hóa học của nguyên liệu

- Để sấy đậu xanh là nông sản dạng hạt, người ta thườngdùng thiết bị sấy tháp hoặc sấy thùng quay Ở Đồ án mônhọc này, em chọn thiết bị sấy thùng quay, là thiết bị chuyêndùng để sấy vật liệu dạng hạt, cục nhỏ và được dùng rộngrãi 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 đốilưu với tác nhân sấy Trong quá trình sấy, hạt được đảo trộnmạnh và tiếp xúc tốt với tác nhân sấy nên tốc độ sấynhanh và hạt được sấy đều Hệ thống sấy thùng quay có thểlàm việc liên tục với năng suất lớn

- Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là khôngkhí nóng hoặc khói lò Quá trình sấy đậu xanh hạt dùng làmthức ăn đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh cho sản phẩm, nên ởđây em chọn tác nhân sấy là không khí, được làm nóng trongcaloriphe, nhiệt cung cấp cho không khí trong caloriphe là từ quátrình ngưng tụ hơi nước bão hòa Nhiệt độ tác nhân sấy đượcchọn phụ thuộc vào bản chất của hạt Có loại hạt sấy ở nhiệtđộ cao vẫn giữ được tính chất vật lý, sinh lý và công nghệ,nhưng có loại không cho phép sấy ở nhiệt độ cao Đối với đậuxanh là loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ

thấp, với nhiệt độ không khí sấy từ 40 – 55oC 1 Do đó, em chọnnhiệt độ tác nhân sấy đưa vào thùng sấy là 55oC, chế độsấy cùng chiều.

- Quá trình hoạt động của hệ thống:

Đậu xanh có độ ẩm ban đầu 20% được chuyển vào thùngsấy bằng băng tải và di chuyển trong thùng sấy cùng chiềuvới tác nhân, với độ chứa đầy 18% Thùng sấy hình trụ tròn,đặt nghiêng 1,7o so với mặt phẳng ngang, trên hệ thống conlăn đỡ và con lăn chặn Tốc độ quay thùng là 1 vòng/phút.Hệ thống truyền động cho thùng quay gồm bánh răng vònglắp trên vỏ thùng, động cơ truyền động và hộp giảm tốc.Bên trong thùng có gắn các cánh nâng dọc theo đường sinhcủa thùng để nâng và đảo vật liệu, làm tăng diện tích tiếpxúc giữa vật liệu và tác nhân sấy, tăng bề mặt trao đổinhiệt giúp đẩy nhanh quá trình sấy Ở đầu nhập liệu củathùng, cánh nâng được bố trí xoắn đóng vai trò như cơ cấuhướng dòng cho vật liệu sấy đi vào thùng Khi thùng quay, hạtđược mang lên cao tới góc rơi rồi đổ xuống, trong lúc đó tácnhân sấy nóng 55oC, được quạt hút vận chuyển đi với vận tốc2,6 m/s, thổi qua, trao đổi nhiệt ẩm và làm khô hạt Nhờ độnghiêng của thùng mà hạt sẽ được vận chuyển dần ra phíatháo liệu Thời gian lưu của vật liệu trong thùng sấy là 0,8 giờ.Kết thúc quá trình sấy, đậu xanh có độ ẩm 14%, được dẫn rangoài bằng băng tải, đưa vào hệ thống đóng bao Không khínóng được đưa qua xyclon để lắng bụi rồi thải ra ngoài

1Theo Đoàn Dụ, Bùi Duy Hân, Võ Văn Mân, Lò sấy thủ công, NXB KHKT, Hà

Hình 1 : Một số hệ thống sấy thùng quay

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

Vật liệu sấy là đậu xanh nguyên hạt có các thông số cơbản như sau:

 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (theo nguyên liệuẩm):

 Nhiệt dung riêng của vật liệu khô: [6]

Cvk = 1,2 4 1,7 kJ/kg.oKChọn Cvk = 1,5 kJ/kg.oK

 Đường kính trung bình của hạt vật liệu: d = 5 mm =0,005m

 Năng suất (theo sản phẩm): G2 = 1000 kg/h.

1.Tính các thông số của tác nhân sấy:

1.1 Các công thức sử dụng: [1], [10]

Dùng tác nhân sấy là không khí

- Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩmtheo nhiệt độ:

5,235

42,402612

p x

.621,0

ϕ

ϕ

−

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

- Enthapy của không khí ẩm:

).842,12500(.004,1).(

C

(CT 2.25, [10])với: Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk

= 1,004 kJ/kgoK

Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842kJ/kgoK

r : ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r =2500 kJ/kg

- Thể tích riêng của không khí ẩm:

b

T p

B M

RT v

.288)

.( −ϕ = −ϕ

với: R : hằng số khí, R =8314 J/kmol.độ 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

- Lưu lượng không khí ẩm:

1

1 1

=

x p

B x

1.2 Tính các thông số của tác nhân sấy:

- Trạng thái không khí ngoài trời: được biểu diễn bằng trạngthái A, xác định bằng cặp thông số (to, ωo)

Do vật liệu sấy là đậu xanh có thể được trồng và thuhoạch nhiều vụ trong một năm, tuy nhiên tính theo mùa mưa, ítnắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanh năm Vì vậy, ta chọntrạng thái A theo giá trị trung bình vào tháng 9 ở Thành phố HồChí Minh: [1]

A: to = 27 oC

ωo = 84%

0355,0275,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

0355,0.84,0621,0

.621,

o b o

p x

ϕ

ϕ

(kg/kgkk)

7213,76)27.842,12500.(

0194,027.004,1

).842,12500(

004,1

=+

+

=

++

I

9083,010.0355,0.84,010.981,0

)27327(288

.288

o

T v

- Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóngđẳng ẩm (x1 = xo) đến trạng thái B (x1, t1) Trạng thái B cũng làtrạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy

Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhânsấy, do tính chất của vật liệu sấy và chế độ công nghệ quyđịnh Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấp hơnnhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh Do đậu xanh là loại hạtgiàu 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 lớpbề mặt của hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keomỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong lòng vật liệu ra ngoài

Quy tắc sấy đối với loại nguyên liệu chứa lượng đạm caothì sấy ở nhiệt độ thấp, ví dụ như sấy một số loại đậu hạtchứa nhiều đạm thì nhiệt độ không khí sấy từ 40 – 55oC

Do đó, chọn điểm B: t1 = 55oC

x1 = xo = 0,0194 (kg/kgkk)

1556,0555,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

1 1

1 1

.621,

0

b

b

p B

p x

0194,055.004,1

).842,12500(

004,

1

=+

+

=

++

I

9931,010.1556,0.1915,010.981,0

)27355(288

.288

5 5

1

1 1

T v

- Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị sấy đểthực hiện quá trình sấy lý thuyết (I1 = I2) Trạng thái không khí ởđầu ra của thiết bị sấy là C (t2, ω2).

Nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2 tùychọn sao cho tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi là bénhất, nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa là tránhtrạng thái C nằm trên đường bão hòa Đồng thời, độ chứaẩm của tác nhân sấy tại C phải nhỏ hơn độ ẩm cân bằngcủa vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩmtrở lại

Với I2 = I1 = 105,8369 kJ/kgkk

ω = 100%

Chọn t2 = 35oC

0558,0355,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

004,

0290,035.842,12500

35.004,18369,105

842,12500

.004,1

2

2 2

+

−

=+

7844,0)0290,0621,0.(

0558,0

981,0.0290,0)

621,0(

2

2 2

2

=+

=+

=

x p

B x

b

ϕ

9465,010.0558,0.7844,010.981,0

)27335(288

.288

5 5

2

2 2

T v

- So sánh x2 với độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy:

Bảng 1: Hàm ẩm cân bằng cb của vật liệu sấy (với vậtliệu sấy là đậu nành): [5], [9]

(kg ẩm/kg chất khô)

toC 20 30 40 Độ ẩm không khí, %50 60 70 80 90 100

30 - 0,0563 0,06 0,068 0,0846 0,103 0,142 0,199 0,304

20 0,054 0,065 0,071 0,08 0,095 0,116 0,153 0,209

-(kJ/kgkk)

 tđs ≈ 31oC

Ta thấy, tại điểm C (t2 = 35oC, ω2 = 78,4%), hàm ẩm cânbằng của vật liệu sấy cb ≈ 0,128 (kg/kg)  Độ chứa ẩm củakhông khí x2 < cb, vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.

- Tóm lại, trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lýthuyết:

Bảng 2 : Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:

Đại lượng Trạng thái

không khí banđầu (A)

Trạng thái khôngkhí vào thiết bịsấy (B)

Trạng thái khôngkhí ra khỏi thiết bị

2.Tính cân bằng vật chất: [8]

- Năng suất thiết bị sấy theo nhập liệu:

10752

,01

14,01.10001

1

1

2 2

,0029,0

W

- Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

503,1040194,0029,0

11

L

Quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng, QBS = 0

Thiết bị sấy thùng quay không có thiết bị chuyển tải, QCT

= 0

- Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:

 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe:L(I1 – Io)

 Nhiệt lượng 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 – Io)

 Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: QBC

 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.Cv2.tV2

Với:

o tv1 : nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường

lấy bằng nhiệt độ môi trường: tv1 = to = 27oC

o tv2 : nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏithiết bị sấy:

tv2 = t2 – (5 410oC) = 35 – 5 = 30oC

o Cv1 = Cv2 = Cv : nhiệt dung riêng của vật liệu sấyvào và ra khỏi thiết bị sấy là như nhau Ở đây, Cvlà nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm

2:

Cv = Cvk(1-2) + Ca.2 ,kJ/kgoK äCa: nhiệt dung riêng của ẩm

Với ẩm là nước thì: Ca = Cn = 4,18 kJ/kgoK

⇒ Cv = Cvk(1-2) + Ca.2

= 1,5.(1 - 0,14) + 4,18.0,14

= 1,8752 (kJ/kgoK)

- Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy:

L(I2 – I1) + [(G1 - W)Cv1 + WCa].tv1 = L(I2 – Io) + QBC + G2.Cv2.tV2Đặt: Qv = G2Cv(tv2 – tv1) : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mangđi

Mặt khác: G2 = G1 – W

Cv1 = Cv2 = Cv

- Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:

Q = L(I1 – Io) = L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv1

- Nhiệt lượng tiêu hao riêng (cho 1kg ẩm cần bốc hơi):

q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1trong đó:

6,

 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che:

QBC = (0,03 4 0,05).Qhi [14]

Qhi : nhiệt hữu ích, là nhiệt cần thiết để làm bay hơiẩm trong vật liệu:

Qhi = W.[rtv1 + Ca(t2 – tv1)] [8]

với:

o rtv1 : ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong vật liệu sấy

ở nhiệt độ vào, rtv1 = 2500 kJ/kg

o Ca : nhiệt dung riêng của ẩm

Với ẩm là hơi nước thì: Ca = Cpa = 1,842 kJ/kgoK

⇒ Qhi= 75.[2500 + 1,842.(35 – 27)] = 188605,2 (kJ/h)

⇒ QBC = 0,03.Qhi

= 0,03.188605,2 = 5658,156 (kJ/h)

4421,7575

156,

 Với quá trình sấy lý thuyết: = 0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:

Q = L(I2 – Io) = 7837,742.(105,8369 – 76,7213) = 228200,399 (kJ/h)

Từ đó ta xác định lại các tính chất của tác nhân sấy khi

ra khỏi thùng sấy:

l I

I = í + ∆

2

Tuy nhiên vì l chưa biết nên ta xác định độ chứa ẩm x2trước thông qua t2 đã biết:

5901,37()35.842,12500[(

)]

5901,37()55.842,12500.[(

0194,0)3555(004,1

])[(

])[(

)(

)(

)(

)(

2

1 2

1 2

2 1 2

=

−

−+

−

−+

∆

−+

−

=

t C r

t C r x t t C

i

i x t t C

x

pa

pa o

pk

í o pk

5365,105)35.842,12500(0274,035.004,1

).842,12500(

004,

2

=+

+

=

++

I

0558,0355,235

42,402612

exp5

,235

42,402612

0558,0

981,0.0290,0)

621,0(

2

2 2

2

=+

=+

=

x p

B x

b

ϕ

9442,010.0558,0.7436,010.981,0

)27335(288

.288

5 5

2

2 2

T v

Trạng thái khôngkhí vào thiết bịsấy (B)

Trạng thái khôngkhí ra khỏi thiết bị

(kJ/kgkk)

Hình 2: Đồ thị I – d không khí ẩm

- Lượng tác nhân khô cần thiết:

,00274,0

W

Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

1180,1250194,00274,0

11

L

- Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:

Q = L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv1

= 9383,8531.(105,5365-76,7214) + 5658,156 + 5625,6 –8464,5

= 273216,3084 (kJ/h)Lượng nhiệt cung cấp riêng:

8841,3642

2,

1.Tính cường độ sấy:

- Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy:

452

35552

7436,01915,02

42,402612

exp5

,235

42,402612

,0

0949,0.4675,0.378,01)27345(

273.293,1

378,01

o

ρ

- Chọn các thông số để tính cường độ sấy:

Bảng 4 : Các thông số chọn để tính cường độ sấy:

STT Đại lượng Ký

hiệu

Đơn

vị Khoảng giớihạn liệuTài

tham

Chọn(kg/m3)

3 Hệ số chứa

đầy của vật

liệu trong thùng

 phầ

nđơnvị

Đối với thùngcó cánhnâng,

với: h : chiều cao rơi trung bình của hạtvật liệu, m

DT : đường kính trong của thùng sấy, m

Fc : bề mặt chứa vật liệu của cánh, m2

- Cường độ bay hơi thể tích A xác định theo công thức thựcnghiệm đối với vật liệu dạng hạt:

65 , 0 max

2 5

,

03,3

W

W tg

tg B

n d

v A

ψ

αβ

trong đó:

 B : yếu tố cấu trúc của thùng quay

7407,0576,0.8.122,0

c

D

h Z D

F B

 Whmax : độ hút ẩm cực đại của vật liệu

Theo [8], trường hợp nếu W2 〈 Whmax thì lấy 1

max

h

W W

Whmax được xác định theo công thức:

ϕ

ln1

max

h

cb W W

h

cb W

W <

Mà quá trình sấy ở đây có độ ẩm cuối (W2 = 14%)

> độ ẩm cân bằng (Wcb = 12,8%): W2 > Wcb (2)

(1), (2) ⇒ W2 〈 WhmaxVậy ta lấy 1

6,2.091,1.03,

1420(200.[

7123,10

)1420.(

18,0.650.2)]

(200[

).(

.2

2 1

−

−

=

W W A

W W

v βρ

= 47,37 (ph)

1.Tính kích thước thùng quay:

- Thể tích thùng sấy:

0013,77123,10

- Chọn đường kính thùng, theo tiêu chuẩn: DT = 1,2m

- Chiều dài thùng:

1905,62,1

0013,7.44

1905,

⇒ thỏa điều kiện =4÷8

T

T

D L

Khi đó, thể tích của thùng sấy:

2,1 4

2 2

=

=

=πD L π

1.Thời gian lưu:

Thời gian mà vật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vậtliệu đi hết chiều dài thùng):

80,01075

650.18,0.3513,7

⇒ thỏa điều kiện τ1 〈 τ

2.Kiểm tra tốc độ quay của thùng:

α

τ D tg

L k m n

T

T

m : hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng

Đối với cánh nâng, m = 0,5

7,1.2,1.01,48

5,6.5,0.5,0

D

L k m n

%100.1

9504,01

%100

ε

chọn n = 1 vg/ph là hợp lý

3.Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy:

Bảng 5 : Lưu lượng và khối lượng riêng không khí sấy tại các điểm của quá trình sấy thực:

Đại

lượng

Kýhiệu –

Đơn vị

Trạng tháikhông khíban đầu – A(trạng thái1)

Trạng tháikhông khívào thiết bịsấy – B (trạng thái2)

Trạng tháikhông khí rakhỏi thiết bịsấy - C’ (trạngthái 3)

Ghichú

lượng

V(m3/h) 8523,6411 9319,1810 8860,1435

Khối

lượng (kg/m 3) 1,1631 1,0638 1,1277

- Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:

6622,90892

144,8860181

,93192

2,1.)18,01(4)1()

5249,

%100.7226,2

6,27226,2

%100

v

v v

ε

chọn vk = 2,6 m/s là hợp lý

4.Tính bề dày cách nhiệt của thùng:

Máy sấy có thể có hay không có bọc lớp cách nhiệt.Để tránh nhiệt trong máy sấy mất mát nhiều và để đảmbảo nhiệt dộ bên ngoài máy sấy có thể cho phép công nhânlàm việc bên cạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máysấy

5.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy

đến thành trong của thùng  1 :

Bảng 6 : Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:

STT Thông số hiệuKí Đơn vị – Công thứcNguồn Giá trị

2 Nhiệt độ trung

- Chế độ chảy của tác nhân sấy trong thiết bị:

Chuẩn số Reynolds:

5 1,7625.1010

.7702,1

2,1.6,2

Vậy, quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thànhthiết bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức, dòng chảy trongống có <50

ε

42,5

,1

02755,

0.4382,321

5.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của

thùng sấy đến môi trường xung quanh  2 :

Quá trình truyền nhiệt từ thành ngoài của thiết bị sấyđến môi trường xung quanh là quá trình truyền nhiệt do đối lưutự nhiên và do bức xạ nhiệt

 Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên ’ 2 :

- Do thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng  = 1,7o nênviệc xác định hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên xem như làxác định hệ số cấp nhiệt của ống nằm ngang khi không khí cóthể tích lớn chuyển động tự do Theo [3], đối với trường hợpnày, các hằng số vật lý khi tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệtđộ trung bình của lưu chất ở xa ống, tức là lấy theo nhiệt độtrung bình của không khí môi trường

Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:

STT Thông số hiệuKí Đơn vị – Công thứcNguồn Giá trị

2 Hệ số dẫn

 εl = 1,135 (Bảng II-2, [2])

3 Độ nhớt µo Ns/m2 Bảng I.114,

[1] 1,8464.10

-5

4 Áp suất hơi

- Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem như nhiệt độkhông đổi khi truyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ

Sơ đồ truyền nhiệt:

- Chọn các bề dày của thùng:

Bảng 8 : Các bề dày thùng và vật liệu:

STT Đại lượng hiệuKý chọn (m)Giá trị liệuVật

Hệ số dẫnnhiệt

λ (W/mK)

2 Bề dày lớp cách nhiệt δ2 0,001 Bôngthủy

- Đường kính ngoài của thùng sấy:

Dng = DT + 2.( δ1 + δ2 + δ3)

to

tw4

= 1,2 + 2.(0,008 + 0,001 + 0,001) = 1,22 (m)

- Chuẩn số Grashof: [2]

9 2

5 3

2 4 3 2

3 2

3

10.8849,1)27327.(

)10.5875,1(

)2735.(

22,1.81,9

)273(

).(

=+

o w ng o

ng o

ng

t

t t D g T

T D g T D

g Gr

νν

νβ

- Chuẩn số Nusselt: [1]

Nu = 0,47 Gr0,25 = 0,47 (1,8849.10 9)0,25 = 97,9312

- Hệ số cấp nhiệt ’2 :

1103,222

,1

0263,0.9312,97

100100

7,5)

4 2

4 1 2 1 2

1

T T

T T F

trong đó: Qbx : nhiệt trao đổi do bức xạ, W

F : bề mặt bức xạ, m2 T1 : nhiệt độ của vật thể nóng, oK , T1 = Tw4 T2 : nhiệt độ của vật thể nguội, là nhiệt độkhông khí bao quanh thùng, oK , T2 = To

: độ đen của hệ

Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể,

do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vật thểnên độ đen của hệ xem như bằng độ đen củavật thể: 1-2 ≈ 1 = 0,8 4 1

 Chọn e1-2 = 0,8

4456,5)

2735(

100

27327100

27335.8,0.7,5

)(

100100

7,5)(

4 4

2 1

4 2

4 1 2 1 2

1 2

T T

T T F

Q bx

εα

 Hệ số cấp nhiệt chung  2 : [1]

5560,74456,51103,2

2 2 2

=+

(CT V.135,[1])



(W/m2.K)

(CT V.134, [1])(W/m2.K)

5.3 Hệ số truyền nhiệt K: [3]

- Hệ số truyền nhiệt K đối với tường hình ống có chiềudày không dày lắm so với đường kính, khi bỏ qua nhiệt trở củalớp cáu:

4718,35560,7

150

001,005,0

001,050

008,03797,71

1

11

1

2

3 1 1

=+

++

+

=

++

5.4 Tính bề mặt truyền nhiệt F: [14]

- Đường kính trung bình của máy sấy:

21,12

219,12,1

+

= T ng tb

D D

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

0084,274

21,1 25,6.21,1

4

2

2 2

=+

=

+

=

ππ

π

T tb

D L

D F

5.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác

nhân sấy và không khí bên ngoài t tb : [14]

- Gọi: t1đ, t1c : nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy khi

đi qua thùng sấy

tđ1 = t1 = 55oCtc1 = t2 = 35oC t2đ, t2c : nhiệt độ môi trường xung quanh, t2đ = t2c = to =

28ln

828ln

c đ tb

t t

t t t

(oC)

5.6 Tính lượng nhiệt mất mát ra xung quanh: [14]

- Xem nhiệt truyền từ bên trong thùng sấy qua lớp cáchnhiệt, đến môi trường bên ngoài là ổn định Lượng nhiệt đóchính là lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh khi bốc

(W/m2.K)

(m2)

hơi 1kg ẩm qxq Đối với máy sấy thùng quay thì lượng nhiệt mấtmát ra môi trường xung quanh này cũng là nhiệt tổn thất qua

cơ cấu bao che qBC

- Theo phương trình truyền nhiệt:

8555,7175

.1000

3600.9647,15.0084,27.4720,3

%100.4421,75

8555,714421,75

%100

q

q q

ε

giả thiết về chiều dày lớp cách nhiệt banđầu là hợp lý

5.Kiểm tra bề dày thùng: [15]

- Vật liệu chế tạo thùng chọn là thép CT3, có các tính chấtsau:

Bảng 9 : Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng: [15]STT Thông số hiệuKí Đơn vị – Công thứcNguồn Giá trị

1 Ứng suất tiêu

2 Giới hạn an

3 Hệ số bền

4 Ứng suất cho phép [] N/mm2 [] = h.[σ*]

- Áp suất làm việc của hệ thống: thùng sấy làm việc ởáp suất thường (không có áp suất), theo [1], chiều dày thànhthiết bị tính theo thiết bị làm việc với áp suất trong nhưng lấy pkhông bé hơn 0,1.106 N/m2

 áp suất làm việc của hệ thống, lấy: p = 0,1.106 N/m2 =0,1 N/mm2

- Ta có :

25133095

,0.1,0

140

]

p ϕσ

Do đó bề dày tối thiểu của thân thùng:

)(10.5,495,0.140.2

1,0.2,1]

[2

m p

D S

Bảng 10 : Các hệ số bổ sung kích thước cho bề dày thùng:

STT bổ sung kíchHệ số

thước

Kíhiệu

Giátrị

2 Hệ số bổ sung do bào

mòn cơ học Cb 1

Do nguyên liệu là các hạt rắnchuyển động, va đập trong thiết

bị Giá trị Cb chọn theo thựcnghiệm

4 Hệ số quy tròn kích

 thỏa điều kiện − <0,1

T

a

D

C S

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

76,1)08(1200

)08.(

95,0.140.2)(

).(

]

[2]

−+

−

=

−+

−

=

a T

a h

C S D

C S

(N/mm2)

Vậy thùng sấy có bề dày là 8mm, thỏa điều kiện làmviệc p < [p]

6.Tính trở lực qua thùng sấy: [10]

Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy khôngnhững đi qua lớp hạt nằm trên cánh và trên mặt thùng sấymà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và các cánh từtrên xuống Do đó, trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấycó những đặc thù riêng và được tính theo các công thức kinhnghiệm

- Chuẩn số Reynolds:

3659,73410

.9314,1

0910,1.005,0.6,2

Re=v k d k = −5 =

µρ

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

)/(4678,835

,7.2.75,0

18,0)

10001075

.(

25,0

.2.75,0

)

.(

25,0

3

2 1

m kg V

G G

C v

L a

hạt

2

2 ρ

1003659

,734

49085

,5

Re

100Re

49085,5

=+

+

=

++

ρ

ρρ

9870,0

9870,011

2

−

=ζ

ζ

C

)/(8256,599)

(1443,61

005,0.81,9.2

0134,0.0910,1.6,2.5,6.2074,10

2

2 2

2 2

m N O

mmH

d g

C v

L a

1.Tính công suất quay thùng:

- Công suất cần thiết để quay thùng:

N = 0,0013.DT2.LT..n. kW (CT VII.54, [1])với: DT : đường kính trong củathùng, DT = 1,2m

LT : chiều dài thùng, LT = 6,5m

: hệ số phụ thuộc vào dạng cánh

Với cánh nâng, hệ số chứa đầy  = 0,18 thì  =0,059 (Bảng VII.5, [1])

(CT 10.23, [10])

(CT 10.20, [10])



I

Độ ng cơ

n : tốc độ quay của thùng, n = 1 vg/ph

 : khối lượng riêng xốp của vật liệu,  = 650 kg/m3

 N = 0,0013.DT2.LT..n.

= 0,0013.1,22.6,5.0,059.1.650 = 0,56 (kW)

- Chọn động cơ 4A100L8Y3, ([4]), có các đặc tính:

Công suất động cơ: Nđc = 1,5 kW

Vận tốc quay: nđc = 698 vg/ph

Hiệu suất:  = 74%

Hệ số công suất: cos = 0,65

Công suất làm viêc của động cơ:

Nlv = Nđc. = 1,5.074 = 1,11 (kW)

 thỏa điều kiện Nlv > N cần thiết để quay thùng

1.Chọn tỷ số truyền động: [4]

- Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống:

6981

n

n i

Do tỷ số truyền quá lớn nên phải sử dụng hệ thốngtruyền động giảm tốc cho thùng Sử dụng bộ phận giảm tốc 2cấp kiểu trục vít – bánh răng Hệ thống truyền động như sau:trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít này truyền động quabánh vít (giảm cấp i01), từ bánh vít qua bánh răng nhỏ của hộpgiảm tốc, rồi qua bánh răng lớn (giảm cấp i12), sau đó ra khỏihộp giảm tốc, truyền qua tang dẫn động và đến thùng quabánh răng lớn gắn vào thùng (giảm cấp i23)

- Chọn tỷ số truyền: i23 = 5

i12 = 4

6.4

698 23

12

01= = =

i i

với: Hiệu suất h của bộ truyền bánhrăng trụ hở: hbr = 0,93 – 0,95

 Chọn hbr = 0,93 (Bảng 2.3, [4]) Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ được che kín(trong hộp giảm tốc): hbr’ = 0,96 – 0,98

 Chọn hbr’ = 0,96 (Bảng 2.3, [4]) Hiệu suất của bộ truyền trục vít:

829,096,0.93,0

74,0

=

br br

đc trv

ηη

ηη

Bảng 11 : Bảng sơ đồ truyền động

TrụcThông số Động cơ Trục I Trục II Trục III

Vận tốc quay n

Công suất N

2.Tính bộ truyền bánh răng [13]

Bộ truyền bánh răng truyền chuyển động từ tang dẫnđộng đến bánh răng lớn gắùn vào thùng Đây là cơ chếtruyền động giữa hai trục song song nên ta sử dụng bộ truyềnđộng bánh răng trụ (răng thẳng), truyền động hở, bánh răngăn khớp ngoài

 Chọn vật liệu làm bánh răng:

 Bánh răng lớn: thép 45 thường hóa, có độ rắn HB180

 Bánh răng nhỏ:

- Đối với 2 bánh răng ăn khớp nhau, báng răng nhỏ làmviệc nhiều, chân răng bé nên mòn nhiều và chóng bị gãyhơn bánh răng lớn, do vậy cần được chế tạo bằng vật liệu tốthơn Nếu sử dụng 2 bánh răng cùng vật liệu thì phải có phươngpháp nhiệt luyện để bánh răng nhỏ có độ rắn mặt răng lớnhơn

- Bánh răng chịu tải trọng trung bình, sử dụng thép 45thường hóa có các thông số cơ tính:

Độ rắn HBbr nhỏ = (1,1 – 1,4)HBbr lớn = 1,1.180 = 198 Giới hạn bền: B = 600 N/mm2

Giới hạn chảy: C = 340 N/mm2

- Ứng suất uốn cho phép:

[ ]

σ

σσ

K n

u

.5,

1 −1

=

với: Giới hạn mỏi: -1 = 0,25.(sb + sch) + 50 =

285 (N/mm2)

Hệ số an toàn: n = 1,5 – 2,2  chọn n = 1,5

Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: K = 1,2 – 1,8(trị số lớn dùng cho bánh răng thép thường hóa vàtôi)  K = 1,8

8,1.5,1

285.5,1

.5,

mm N

K n

u

σ

σσ

 Tính mođun sơ bộ:

6

][

10.19

n Z y

K N m

 N3 : công suất truyền của bộ truyền

Đối với bộ truyền bánh răng trụ hở có hệ sốtruyền br = 0,93 –0,95  chọn br = 0,93

93,0

56,0

  : hệ số độ mòn răng

Với độ mòn 20%   = 1,5

 m : hệ số chiều dài răng, m = 10 – 12  chọn m = 12

 y : hệ số dạng răng, phụ thuộc Z

o Bánh răng nhỏ: y = 0,411

o Bánh răng lớn: y = 0,488

 K : hệ số tải trọng, chọn sơ bộ K = 1,5 (bánh răng đặt

ở đầu trục)Tính mođun theo bánh răng có tích y.[]u nhỏ, còn nếu bánhrăng cùng vật liệu thì tích y.[]u lấy của bánh răng nhỏ:

)(224,95,1.28.12.33,158.411,0

5,1.5,1.6021,0.10.19

][

10.19

K N m

m u

=

=

=

ψσ

γ

 Chọn mođun theo tiêu chuẩn (theo TCVN 1064-71) : m = 10mm

 Kiểm nghiệm sức bền uốn răng:

[ ]u u

n Z b m y

K

10.192 6

với:

 b : chiều dài răng, mm

b = m m =12.10 = 120 (mm)

 K = Kt.Kđ : hệ số tải trọng

o Kt : hệ số tải trọng tập trung

Với độ rắn mặt răng HB < 350  Chọn Kt = 1

o Kđ : hệ số tải trọng động, phụ thuộc vậb tốc tiếptuyến và cấp chính xác của bánh răng

Gọi A: khoảng cách giữa 2 tâm bánh răng

m = (0,01 – 0,02).A

 chọn m = 0,012A

012,0

10012,

= m

 làm tròn A = 835mm Số răng bánh nhỏ:

78,27)16(10

835.2)1(

2

+

=+

=

i m

A Z

 Z1 = 28 răng

 chọn Z1 = 28 rănglúc đầu là hợp lý

Xem vận tốc quay thùng bằng vận tốc quay của bánhrăng lớn và bằng 1vg/ph

 Vận tốc quay của bánh răng nhỏ: nII = i nI = 6.1 = 6(vg/ph)

Vận tốc vòng:

)/(0729,0)15.(

1000.60

5.8352)

1(1000.60

s m i

An

+

=+

5,1.2,1.6021,0.10.19

10.19

2 2

6 2 6

mm N

n Z b m y

K N

 Tính kích thước chủ yếu của cặp bánh răng:

S T

T Thông số hiệuKý Công thứctính

Bánhrăngdẫn(Bánhrăngnhỏ)

Bánh răng

bị dẫn(bánhrăng lớn)

4 Đường kínhvòng lăn D (mm) D = Z.m 280 1400

5 Đường kínhvòng đỉnh Dđ (mm) Dđ = D + 2m 300 1420

6 Đường kínhvòng đáy Dc (mm) Dc = D – 2,5m 255 1375

7 Chiều caochân răng hc (mm) hc = 1,25m 12,5

8 Chiều caođỉnh răng hđ (mm) hđ = m 10

9 Chiều caorăng h (mm) h = hđ + hc 22,5

22 1

2 1

Z Z m

D D A

- Sử dụng cánh nâng có các thông số đặc trưng như sau:(Bảng 6.1, [8]):

Hình 5: Hình dạng một số cánh đảo trong thùng