thiết kế thiết bị sấy cà phê dạng thùng quay năng suất 2 tấngiờ

Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp khá phát triển. Xuất khẩu nông sản
luôn thu nhiều ngoại tệ về cho nước nhà. Theo thống kê sơ bộ của Bộ Nông nghiệp và
Phát triển nông thôn (NN&PTNT), tính đến 20/12/2009, tổng kim ngạch xuất khẩu các
mặt hàng nông, lâm, thuỷ sản ước đạt khoảng 15 tỷ USD, trong đó nông sản đạt trên 8
tỷ USD, thuỷ sản trên 4 tỷ USD, lâm sản trên 2 tỷ USD Trong đó, nhóm hàng nông
sản như: gạo, cà phê, cao su…luôn là nhóm hàng chiếm tỷ trọng cao trong xuất khẩu
nông sản. Cùng với các mặt hàng nông sản khác cà phê là một trong những mặt hàng
xuất khẩu chủ lực của Việt Nam. Giá trị xuát khẩu hàng năm đạt trên 1 tỷ USD. Theo
ra ngày 07/11/2009, trong 9 tháng đầu năm 2009, xuất khẩu
cà phê đạt 880.000 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 1,3 tỷ USD. Dự kiến cả năm 2009,
xuất khẩu đạt 1,15 triệu tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt khoảng 1,75 tỷ USD. Việt Nam
đã xuất khẩu cà phê đến 88 quốc gia và vùng lãnh thổ, đứng thứ 2 thế giới. Tuy nhiên,
theo báo cáo ngày 1-9-2009 của Tổ chức Cà phê thế giới (ICO) thì 75% cà phê Việt
Nam không đạt chuẩn CQP (Coffee Quality-Improbement Program), trong khi
Indonesia chỉ có 9%. Điều này ảnh hưởng đến uy tín và có cớ để người mua trả giá
thấp. Để lấy lại uy tín của cà phê Việt Nam trên thị trường xuất khẩu, các đơn vị sản
xuất kinh doanh cà phê cần không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm; quan tâm đầy
đủ vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm, mở rộng diện tích sản xuất cà phê theo chuẩn và
quy tắc chung của cộng đồng cà phê quốc tế; thực hành nông nghiệp tốt (GAP), quản
lý cây trồng tổng hợp (ICM), phòng trừ sâu bệnh tổng hợp (IPM) và thực hành chế
biến tốt (GMP). Để sản xuất cà phê vừa đáp ứng được thị trường xuất khẩu vừa có khả
năng cạnh tranh cần đòi hỏi chất lượng cà phê cao và giá thành hợp lý. Trong thời kỳ
cạnh tranh như hiện nay thì vấn đề tìm ra giải pháp nhằm nâng cao chất lượng cà phê
luôn được quan tâm. Trong đó, việc thiết kế hệ thống sấy, lựa chọn thiết bị sấy và tính
toán nhiệt cho quá trình sấy đóng vai trò quyết định chất lượng cà phê. Từ đó, đề tài
“thiết kế thiết bị sấy cà phê dạng thùng quay năng suất 2 tấn/giờ” được thực hiện
nhằm góp phần giải quyết tình trạng trên và đáp ứng nhu cầu thị trường.
1.2. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

1
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
 Nghiên cứu, tính toán thiết kế, đưa ra quy trình sấy cà phê bằng thùng quay góp
phần cải thiện chất lượng cà phê, nâng cao giá trị kinh tế.
 Giải quyết tình trạng ứ đọng nguyên liệu và ổn định giá cả.
1.3. YÊU CẦU
 Xác định các thông số đầu vào và dầu ra của nguyên liệu: độ ẩm, nhiệt độ…
 Xác định nhiệt độ sấy, thời gian sấy.
 Xác định lưu lượng khí sấy và lượng nhiệt cần thiết.
 Xác định hiệu suất sấy.
2
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
2.1. Giới thiệu về cây cà phê
2.1.1. Nguồn gốc cây cà phê Việt Nam
Theo thì cà phê được sử dụng lần đầu tiên vào thế kỉ
thứ 9, khi nó được khám phá ra từ vùng cao nguyên Ethiopia. Từ đó, nó lan ra Ai Cập
và Yemen, và tới thế kỉ thứ 15 thì đến Armenia, Persia, Thổ Nhĩ Kỳ và phía bắc Châu
Phi. Từ thế giới Hồi giáo, cà phê đến Ý, sau đó là phần còn lại của Châu Âu, Indonesia
và Mĩ. Ngày nay, cà phê là một trong những thức uống thông dụng toàn cầu. Cây cà
phê lần dầu tiên đưa vào Việt Nam từ năm 1897 và được trồng thử từ năm 1888. Giai
đoạn đầu, cà phê chủ yếu trồng ở Ninh Bình, Quảng Bình… đến đầu thế kỷ 20 mới
được trồng ở Nghệ An và một số nơi ở Tây Nguyên. Từ 1920 trở đi, cây cà phê mới có
diện tích đáng kể đặc biệt ở Buôn Ma Thuật, Đăklăk. Khi mới bắt đầu, qui mô các đồn
điền từ 200-300ha và năng suất chỉ đạt từ 400-600kg/ha. Cho đến nay, diện tích cà phê
trên cả nước khoảng 500.000 ha và sản lượng có khi lên đến 900.000 tấn. Hiện nay
Việt Nam là nước xuất khẩu cà phê đứng thứ 2 trên thế giới.
2.1.2. Phân loại
Hiện nay, các nước trên thế giới cũng như ở nước ta đều trồng ba loại cà phê là: arabica
(cà phê chè), canephora (cà phê vối), excelsa (cà phê mít).

 Cà phê chè (arabica): là loại cà phê được trồng và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới,
chiếm 9/10 tổng sản lượng cà phê. Cây cao 3 ÷ 5 m, có khi 7 ÷ 10 m, độc thân hoặc nhiều
thân, vỏ mốc trắng, gỗ vàng ngà, hoa mọc thành từng chùm gồm 5 cánh màu trắng, thời
gian ra hoa ở nước ta từ tháng 2 đến tháng 4. Quả hình trứng hay hình tròn, khi chín có
màu đỏ tươi, kích thước quả: dài 17 ÷ 18 mm, đường kính tiết diện 10 ÷ 15 mm, 500 ÷700
quả/kg, thời gian từ lúc có quả đến lúc chín 6 ÷7 tháng, thời vụ thu hoạch từ tháng 9 đến
tháng 2. Hạt có vỏ lụa màu bạc, ít bám vào nhân, kích thước: dài 5 ÷ 10 mm, rộng 4 ÷ 7
mm, dày 2 ÷ 4 mm, kích thước này thay đổi theo từng loại và theo điều kiện môi trường.
Khối lượng 500 ÷ 700 hạt/100g, hàm lượng cafein 1,3 %, hạt có màu xám xanh, xanh lục
3
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
tùy theo chủng và cách chế biến, năng suất 400 ÷ 500kg cà phê nhân/ha. Tỉ lệ thành phẩm
(cà phê nhân) so với nguyên liệu (cà phê quả tươi) là 14 ÷ 20 %.
Cà phê chè là loại cà phê được ưa chuộng nhất do hương thơm và mùi vị tốt. Trong đồ án
này ta tiến hành sấy cà phê thóc của loại cà phê này.
 Cà phê vối (canephora): Cây cao từ 3 ÷ 8 m, vỏ cây mốc trắng, gỗ vàng hoặc trắng
ngà, hoa màu trắng mọc thành cụm có 5 ÷7 cánh, mùa hoa từ tháng 4 đến tháng 6.
Quả hình tròn hoặc hình trứng, khi chín có màu đỏ hoặc hồng, trên quả thường có
đường gân dọc, vỏ quả mỏng so với cà phê chè, thời gian từ khi có quả đến lúc chín
10 ÷ 12 tháng, thời vụ thu hoạch từ tháng 1 đến tháng 4. Hạt hình bầu dục hay tròn, vỏ
lụa trắng dễ bong, khoảng 600 ÷ 900 hạt/100g, hạt dài 5 ÷ 8 mm, hạt có màu xanh
bạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy theo chủng và cách chế biến, hàm lượng cafein 2 ÷ 3
%, đây là loại cà phê có nhiều cafein nhất. Năng suất trồng trọt 500 ÷ 600 kg cà phê
nhân/ha, ít hương thơm, thường dùng để pha trộn với cà phê chè hay để chế biến cà
phê hòa tan và bánh kẹo cà phê. Loại cà phê này giá trị thương phẩm kém nhưng lại
chịu được hạn, ít kén đất và ít bị sâu bệnh.
 Cà phê mít (excelsa): Cây cao từ 6 ÷ 15 m, nếu đất tốt có thể cao đến20m. Hoa màu
trắng có 5 cánh, quả hình trứng hơi ép ngang, quả chín có màu đỏ, to và dày. Khối
lượng 500 ÷ 700 quả/kg. Hình dạng hạt cà phê mít giống như hạt cà phê chè, màu
vàng xanh hay màu vàng rạ, vỏ lụa dính sát vào nhân, khó bong, khoảng 700 ÷ 1000

hạt/100g, hàm lượng 1 ÷ 1,2 %.cafein. Năng suất 500 ÷ 600 kg cà phê nhân/ha, tỉ lệ
thành phẩm (cà phê nhân) so với cà phê quả tươi khoảng 10 ÷ 15 %. Giá trị thương
phẩm không cao do hạt không đều, khó chế biến, hương vị thất thường, tuy nhiên đây
là loại cà phê chịu được hạn, ít kén đất và ít bị sâu bệnh.
2.1.3. Đặc tính chung của cà phê
2.1.3.1. Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê
Quả cà phê đưa vào chế biến gồm có các phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt (vỏ nhớt),
lớp vỏ trấu (lớp vỏ thóc), lớp vỏ lụa và nhân.
4
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
Hình 1: Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê
 Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ của quả cà phê chè
(arabica) mềm hơn cà phê vối (canephora) và cà phê mít (excelsa).
 Lớp vỏ thịt: là phần dưới lớp vỏ mỏng còn gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chè mềm,
chứa nhiều chất ngọt và dễ xay xát hơn. Vỏ thịt cà phê mít cứng và dày hơn.
 Lớp vỏ trấu: hạt cà phê sau khi loại vỏ quả, vỏ thịt và phơi khô gọi là cà phê thóc, vì
bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ gọi là vỏ trấu hay còn gọi là nội bì. Vỏ
trấu của cà phê chè mỏng và dễ dập hơn cà phê vối và cà phê mít.
 Lớp vỏ lụa: xát cà phê thóc còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa. Chúng có màu
sắc và đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê. Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất
mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến. Vỏ cà phê vối có màu nâu nhạt.
Vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân và phê.
 Nhân cà phê: nằm ở phần trong cùng. Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân.
Thông thường thì chỉ có 2 nhân.
Bảng 1: Tỉ lệ giữa các thành phần cấu tạo của quả cà phê: (tính theo %?? quả
tươi)
Thành phần Cà phê chè (arabica) % Cà phê vối (canephora) %
Vỏ quả
45÷43
42

Lớp nhớt
23÷20
23
Vỏ trấu
8÷6 8÷6
Nhân và vỏ lụa
30÷26
29
5
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
2.1.3.2. Cấu tạo của nhân cà phê
Hình 2: Cấu tạo của nhân cà phê
Nhân cà phê bao gồm: phôi và mô dinh dưỡng.
2.1.3.3. Thành phần hóa học của nhân cà phê
Bảng 2: Thành phần hóa học của nhân cà phê
Thành phần hóa học Tính bằng g/100g Tính bằng mg/100g
Nước 8 – 12
Chất dầu 4 – 18
Đạm 1,8 – 2,5
Protein 9 – 16
Cafein 1 (Arabica), 2(Robusta)
Clorogenic axit 2
Trigonelline 1
Tannin 2
Cafetanic axit 8 – 9
Cafeic axit 1
Pentozan 5
Tinh bột 5 – 23
Saccaro 5 – 10
Xenlulo 10 – 20

Hemixenlulo 20
Linhin 4
Canxi 85 – 100
Photpho 130 – 165
Sắt 3 – 10
Natri 4
Mangan 1 – 45
2.1.3.4. Tính chất vật lý của cà phê thóc
Khối lượng riêng:
650=
ρ
kg/m
3
;
6
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
Nhiệt dung riêng: c = 0,37 kcal/kg
o
C;
Độ ảm:
ω
1
= 20%;
ω
2
= 12%; ????
2.1.4. Tình hình sản xuất, tiêu thụ và xuất khẩu cà phê ở nước ta
Theo trang báo điện tử , Việt Nam là một nước có sản lượng
cà phê lớn thứ hai trên thế giới chỉ sau Braxin. Hàng năm chúng ta làm ra tới 1 triệu
tấn cà phê nhân. Tuy nhiên về tiêu dùng cà phê, mỗi năm chúng ta chỉ tiêu dùng trong

nước chừng 938.000 bao (bao 60kg) tức là khoảng 56.000 tấn, chiếm chưa đầy 6% sản
lượng cà phê hàng năm. Trong các nước sản xuất cà phê, Việt Nam xếp hàng thứ 8 sau
7 nước Braxin, Mexico, Indonesia, Ethiopia, Colombia, India và Philipines. Nếu tình
lượng tiêu dùng bình quân trên đầu người hàng năm của Việt Nam chỉ có 0,64 kg, xếp
thứ 19 trong các nước sản xuất cà phê. Có thể thấy việc mở rộng thị trường tiêu thụ cà
phê trong nước ở Việt Nam là hoàn toàn có nhiều khả năng mặc dầu người Việt Nam
có truyền thống uống trà từ lâu đời. Để phát triển thị trường tiêu thụ cà phê trong
nước, nhất là thời kỳ khủng hoảng tài chính trên phạm vi toàn thế giới, việc mở rộng
thị trường trong nước là một hương đi cần thiết, chúng ra cần có sự hỗ trợ của nhà
nước thông qua chương trình xúc tiến thương mại nội địa với việc sử dụng nguồn tài
chính kích cầu cuả Chính phủ. Tính đến năm 2009 Việt Nam đã xuất khẩu cà phê đến
88 quốc gia và vùng lãnh thổ, đứng thứ 2 thế giới, hàng năm thu về cho nước về cho
nước nhà trên 1 tỷ USD. Tuy nhiên, theo báo cáo ngày 1-9-2009 của Tổ chức Cà phê
thế giới (ICO) thì 75% cà phê Việt Nam không đạt chuẩn CQP (Coffee Quanlity-
Improbement Program), trong khi Indonesia chỉ có 9%. Điều này ảnh hưởng đến uy
tín và có cớ để người mua trả giá thấp. Để lấy lại uy tín của cà phê Việt Nam trên thị
trường xuất khẩu, các đơn vị sản xuất kinh doanh cà phê cần không ngừng nâng cao
chất lượng sản phẩm; quan tâm đầy đủ vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm, mở rộng
diện tích sản xuất cà phê theo chuẩn và quy tắc chung của cộng đồng cà phê quốc tế;
thực hành nông nghiệp tốt (GAP), quản lý cây trồng tổng hợp (ICM), phòng trừ sâu
bệnh tổng hợp (IPM) và thực hành chế biến tốt (GMP).
2.2. Quy trình sản xuất cà phê
Để sản xuất cà phê nhân, người ta sử dụng hai phương pháp sau:
- Phương pháp khô: điều kiện chế biến đơn giản nhưng phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết, thời
gian chế biến kéo dài.
7
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
- Phương pháp ướt: sản xuất chủ động hơn nhưng tốn nhiều thiết bị, nước và năng lượng. Tuy
nhiên, sản xuất theo phương pháp này rút ngắn được thời gian chế biến và cho sản phẩm có
chất lượng cao hơn. Thông thường người ta kết hợp cả hai phương pháp, sau đây là sơ đồ

công nghệ sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp kết hợp:
Thuyết minh các công đoạn của quy trình:
8
Nguyên liệu
Phân loại
Bóc vỏ quả, vỏ thịt
Rửa
Làm ráo, phơi sấy
Cà phê thóc
Bóc vỏ trấu (xát khô)
Bóc vỏ lụa (đánh bóng)
Phân loại
Phơi sấy
Đấu trộn
Cà phê nhân
Xát vỏ quả
Nguyên liệu
Ủ chín
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
Phân loại:
Phân loại nhằm mục đích tách các chất tạp chất lẫn trong nguyên liệu, làm cho kích
thước nguyên liệu đồng đều, tạo điều kiện cho việc bóc vỏ được triệt để, đảm bảo chất
lượng của sản phẩm.
Bóc vỏ quả, vỏ thịt (xát tươi):
Mục đích: Thành phần chủ yếu của lớp vỏ quả là nước, gluxit và protein, các chất này
không tham gia vào quá trình hình thành chất lượng sản phẩm mà còn gây khó khăn
như thối rữa, làm kéo dài thời gian phơi sấy. Do đó vỏ quả cần phải loại bỏ. Ngoài ra,
lớp vỏ thịt, thành phần chủ yếu là pectin, cũng không có lợi cho các quá trình chế biến
tiếp theo nên cũng cần phải loại bỏ.
Rửa:

Mục đích: loại bỏ những phẩm vật tạo thành trong quá trình lên men, loại bỏ các vết
của lớp vỏ nhớt, đây là công đoạn quan trọng vì nếu còn các phẩm vật kể trên bám vào
hạt cà phê , không những chúng làm cho màu sắc của hạt, mùi vị của hạt bị ảnh hưởng
mà còn kéo dài thời gian phơi sấy nữa.
Làm ráo, phơi sấy:
Làm ráo:
Mục đích: làm mất phần nước tự do ở hạt cà phê sau khi rữa, nếu không làm ráo mà
đem sấy ngay sẽ sinh ra hiện tượng "luộc" nguyên liệu tạo ra một màng cứng bên
ngoài hạt cà phê làm kéo dài thời gian sấy và sấy không đều làm ảnh hưởng đến chất
lượng thành phẩm.
Làm ráo có thể rút ngắn thời gian phơi sấy, độ ẩm của nguyên liệu có thể giảm từ 7 ÷
10 % sau công đoạn này.
Phơi:
Mục đích: phơi nhằm hạ độ ẩm xuống còn 10 ÷ 12 % để thực hiện những quá trình
chế biến tiếp theo.
Sấy:
Do nhược điểm của quá trình phơi nên người ta tiến hành sấy.
9
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
Bóc vỏ thóc (xát khô):
Hạt cà phê được bao bọc bởi một lớp vỏ trấu tương đối dày và chắc chắn, thành phần
chủ yếu là xenlulo, không có ích cho quá trình tiêu hóa của cơ thể và cũng không có
ích cho sự hình thành chất lượng sản phẩm, do đó cần phải loại chúng ra.
Bóc vỏ lụa (đánh bóng):
Cũng như lớp vỏ thóc, lớp vỏ lụa không có giá trị cho người tiêu dùng nên cần phải
bóc vỏ lụa cho hạt cà phê được bóng, tăng giá trị cảm quan và tránh vi sinh vật xâm
nhập.
Phân loại:
Cà phê sau khi đánh bóng là một hỗn hợp gồm: cà phê tốt, cà phê xấu, vỏ trấu, vỏ lụa,
cà phê vụn do đó cầ̀n phải phân loại để đảm bảo được yêu cầu của khách hàng và tiêu

chuẩn của nhà máy.
Đấu trộn:
Cà phê nhân được đấu trộn theo một tỉ lệ nhất định để đảm bảo hiệu quả kinh tế cho cơ
sở sản xuất hoặc đảm bảo theo yêu cầu của khách hàng.
10
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1. Tóm tắt lý thuyết qúa trình sấy
3.1.1. Khái niệm
Sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi. Đôi tượng
của quá trình sấy là các vật ẩm là những vật thể có chứa một lượng chất lỏng nhất
định. Chất lỏng chứa trong vật ẩm thường là nước. Một số ít vật ẩm chứa chất lỏng
khác là dung môi hữu cơ, ví dụ: sơn, vecni…
3.1.2. Phân loại quá trình sấy
Có thể chia làm hai loại cơ bản:
 Sấy tự nhiên: Sấy tự nhiên (phơi nắng), vật liệu sấy được phơi ngoài trời, dưới tác
dụng nhiệt của mặt trời vật liệu sẽ đạt đến độ ẩm cân bằng. Quá trình này ít tốn kém
tuy nhiên không thể thực hiện được vào những ngày mưa dầm, thời gian sấy quá dài.
Ở các vùng nhiệt đới thì vật liệu sấy thu được có độ ẩm khá cao.
 Sấy nhân tạo: Sấy nhân tạo là quá trình sấy sử dụng tác nhân sấy: không khí nóng,
khói lò, hơi quá nhiệt…để làm khô vật liệu sấy. Quá trình sấy nhân tạo gồm có ba giai
đoạn: đốt nóng vật liệu, tốc độ sấy không đổi (sấy đẳng tốc), tốc độ sấy giảm dần. Ưu
điểm của sấy nhân tạo là không phụ vào thời tiết, thời gian sấy kéo dài và có thể đạt
được độ ẩm mong muốn.
3.1.3. Hỗn hợp không khí ẩm
Hỗn hợp không khí khô và hơi nước được gọi là không khí ẩm.
3.1.3.1. Các loại không khi ẩm
Tùy theo lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm mà người ta chia làm ba loại:
Không khí ẩm chưa bão hòa: Là không khí còn có thể cho thêm lượng hơi nước vào. Do
đó có thể sử dụng không khí ẩm chưa bão hòa làm tác nhân sấy.

Không khí ẩm bão hòa: là không khí mà hơi nước chứa trong nó đạt giá trị cực đại. Nếu ta
tiếp tục thêm lượng hơi nước vào không khí ẩm bão hòa thì hơi nước ngưng tụ lại thành
những hạt nhỏ li ti.
11
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
Không khí ẩm quá bão hòa: là không khí ẩm mà hơi nước chứa trong đó là hơi bão hòa
ẩm. Không khí ẩm quá bão hòa là trạng thái không bền vững vì một lượng hơi nước sẽ ngưng
tụ và tách khỏi không khí ẩm.
3.1.3.2. Các thông số đặc trưng của không khí ẩm
3.1.3.2.1. Độ ẩm tuyệt đối
Là lượng hơi nước chứa trong 1m
3
không khí ẩm
V
G
h
h
=
ρ
Trong đó
h
ρ
: độ ẩm tuyệt đối
G
h
: khối lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm, kg
V: thể tích không khí ẩm, m
3
3.1.3.2.2. Độ ẩm tương đối
Là tỉ số giữa độ ẩm tuyệt đối

h
ρ
của không khí ẩm và độ ẩm tuyệt đối cực đại
maxh
ρ
mà không khí ẩm có thể có được ở trạng thái ấy (p, t không đổi) hay là tỷ số của áp
suất hơi nước
h
P
trong vùng đang xét với áp suất hơi trong không khí đã bão hòa ẩm
bh
P
(cùng nhiệt độ)
bh
h
h
h
P
P
==
max
ρ
ρ
ϕ
Nếu không khí khô tuyệt đối
00 =⇒=
ϕ
h
P

Nếu không khí bão hòa ẩm
1=⇒=
ϕ
bhh
PP
3.1.3.2.3. Độ chứa ẩm (độ chứa hơi, độ ẩm riêng)
Là trọng lượng nước (hơi ẩm) chứa trong 1kg không khí khô
k
h
G
G
d
=
G = G
h
+ G
k
Trong đó:
d: độ chứa hơi
G: khối lượng không khí ẩm
G
h
: khối lượng hơi nước chứa trong không khí, kg
G
k
: khối lượng không khí khô, kg
3.1.3.2.4. Thể tích riêng của không khí ẩm
Là thể tích của một 1kg không khí ẩm
12
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng

bhbh
PP
T
PPM
RT
v
ϕϕ
−
=
−
=
288
)(
Trong đó
v
: thể tích riêng của không khí ẩm, m
3
kk ẩm/ kg kk khô
R; hằng số khí, R = 8314 J/kmol. độ
M: khối lượng riêng của không khí, M =29 kg/kmol
ϕ
: độ ẩm tương đối của không khí
P, P
bh
: áp suất khí quyển và áp suất hơi bão hòa, N/m
2
3.1.3.2.5. Nhiệt độ của không khí
Nhiệt độ bầu khô: là nhiệt độ đo bằng một một nhiệt kế hay một cặp nhiệt độ
thông thường
Nhiệt độ bầu ướt: là nhiệt độ mà tại đó nước, do bốc hơi thành không khí ẩm, có

thể đưa không khí đến trạng thái bão hòa trong điều kiện ổn định.
Nhiệt độ điểm sương: là nhiệt độ tại đó hơi ẩm trong không khí bắt đầu ngưng tụ
thành sương hay còn gọi là đọng sương.
3.1.3.2.6. Entanpi của không khí:
Là lượng nhiệt năng chứa trong hỗn hợp hơi nước – không khí
dtcrtcI
hk
)(
0
++=
Trong đó c
k
: nhiệt dung riêng của không khí khô, c
k
= 1,004kJ/kg. độ
r
0
: nhiệt hóa hơi của hơi nước, r
0
= 2493 kJ/kg
c
h
: nhiệt dung riêng của hơi nước, c
h
= 1,842 kJ/kg. độ
dttI ).842,12493(.004,1
++=⇒
Ta có thể lấy gần đúng
dttI )842,12500(004,1
++=

3.1.4. Các bộ phận cơ bản của hệ thống sấy
Hệ thống sấy bao gồm các bộ phận cơ bản sau:
Buồng sấy: là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu, là bộ phận quan trọng
nhất của hệ thống sấy. Có hình dạng khác nhau tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy
Bộ phận cung cấp nhiệt: tùy theo hệ thống sấy khác nhau mà bộ phận cung cấp nhiệt
cũng khác nhau. Thiết bị sấy đối lưu dùng môi chất sấy là không khí, chất tải nhiệt là hơi
nước thì bộ phận cung cấp nhiệt là calorifer khí – hơi. nếu chất tải nhiệt là khói thì bộ phận
cung cấp nhiệt là calorifer khí – khói.
Bộ phận thông gió và tải ẩm: bộ phận bày có nhiệm vụ tải ẩm từ vật sấy vào môi
trường. Khi sấy bức xạ việc thông gió còn có nhiệm vụ bảo vệ vật sấy khỏi quá nhiệt.
13
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
Bộ phận cấp vật liệu và lấy sản phẩm: bộ phận này khác nhau tùy thuộc vào thiết bị
sấy.
Hệ thống đo lường, điều khiển: dùng đo nhiệt độ, độ ẩm tương đối của môi chất sấy
tại các vị trí cần thiết. Tự động điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm môi chất vào thiết bị nhằm duy trì
chế độ sấy theo đúng yêu cầu.
3.2. Vật ẩm
Những vật liệu ẩm đem đi sấy đều có chứa một lượng nước nhất định. Trạng thái của vậ
liệu ẩm được xác định bởi độ ẩm và nhiệt độ.
3.2.1. Độ ẩm của vật
3.2.1.1. Độ ẩm tuyệt đối (độ ẩm theo cơ sở khô)
Là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật liệu với khối lượng khô tuyệt đối
%100
×=
k
a
o
G
G

w
Trong đó
G
a
: Khối lượng ẩm chứa trong vật liệu, kg
G
k
: Khối lượng khô tuyệt đối, kg
3.2.1.2. Độ ẩm toàn phần (độ ẩm tương đối, độ ẩm theo cơ sở ướt)
Là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật liệu với khối lượng của vật liệu ẩm
%100
×=
G
G
w
a
Trong đó
G: Khối lượng của vật liệu ẩm, kg
G = G
a
+ G
k
3.2.1.3. Độ ẩm cân bằng
Bất kỳ một vật liệu nào khi để trong môi trường không khí ẩm sẽ có sự trao đổi ẩm
giữa môi trường và vật liệu. Nếu vật liệu khô đuợc để trong môi trường không khí ẩm thì nó
sẽ hút ẩm của không khí làm cho vật liệu trở nên ẩm hơn và ngược lại nếu vật liệu ẩm đặt
trong môi trường không khí khô thì vật liệu ẩm sẽ bị bốc hơi, vật liệu trở nên khô ráo hơn.
Sự trao đổi ẩm giữa vật liệu và không khí ẩm đến một lúc nào đó sẽ dừng lại. Lúc
này không còn có sự trao đổi ẩm giữa không khí ẩm và vật liệu ta gọi điểm đó là điểm cân
bằng ẩm. Khi đó áp hơi nước trên bề mặt vật liệu bằng áp suất hơi nước của không khí ẩm.

Vật liệu đạt đến trạng thái đó gọi là vật liệu cân bằng ẩm và độ ẩm của vật liệu khi đó gọi là
độ ẩm cân bằng. Độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào trạng thái của không khí (môi trường) xung
quanh vật.
3.2.2. Phân loại vật liệu ẩm
14
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
Vật liệu ẩm là nhữn vạt liệu có khả năng hấp thụ nước, do đó vật liệu ẩm phải là
những vật liệu có cáu trúc xốp, mao dẫn. Tùy theo cấu trúc người ta chia vật liệu ẩm ra làm
ba nhóm chính:
 Vật keo: là những vật xốp, khi hút ẩm hoặc khử ẩm kích thước các hang xốp của vật
thay đổi. Keo của độn vật có thể xem là vật keo điển hình.
 Vật xốp mao dẫn: là những vật mà kích thước hang xốp không thay đổi hoặc thay đổi
rất ít khi hút ẩm hoặc thải ẩm. Than gỗ là một trong những vật xốp mao dẫn đặc trưng.
 Vật keo xốp mao dẫn: những vật vừa có tính keo vừa có tính mao dẫn thì được gọi là
vật keo xốp mao dẫn, như: gỗ, vải, giấy, các nông sản…
3.2.3. Các tính chất cơ lý của vật liệu
Vật liệu sấy là đối tượng của quá trình sấy. Các tính chất cơ lý của vật liệu sấy có
ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến việc tính toán thiết bị sấy. Các tính chất đó bao gồm:
thành phần cỡ hạt, kích thước vật liệu, độ xốp, khối lượng riêng, khối lượng riêng thể tích,
nhiệt dung, nồng độ chất khô, góc nghiêng tự nhiên (góc trong ma sát), cấu trúc của vật liệu…
Các tính chất này có thể tra cứu trong tài liệu. Trong trường hợp cần thiết nên xác định bằng
thực nghiệm.
3.3. Đặc trưng cơ bản của quá trình làm khô vật liệu trong thiết bị sấy
3.3.1. Tốc độ sấy
Là lượng kg ẩm bay hơi trên 1m
2
bề mặt vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian
(kg/m
2
.h). Tốc độ sấy phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Vật liệu sấy: hình dạng, kích thước, độ ẩm đầu - cuối, hàm lượng ẩm tới hạn của vật
liệu… Trong trường hợp sấy vật liệu đến dưới độ ẩm cân bằng như sấy phân
Ammonium Nitrate thì sản phẩm sau khi sấy phải tiến hành đóng gói cẩn thận để tránh
vật liệu bị hút ẩm lại từ môi trường.
 Tác nhân sấy: độ ẩm, nhiệt độ đầu và cuối, loại tác nhân sấy, vận tốc của tác nhân điều
kiện tiếp xúc giữa vật liệu sấy và táv nhân sấy ( trực tiếp hay gián tiếp)
Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào phương thức sấy, chế độ sấy, thiết bị sấy…
3.3.2. Thời gian sấy
Thời gian sấy là khoảng thời gian cần thiết để làm khô vật liệu sấy đến độ ẩm yêu
cầu. Thời gian sấy phụ thuộc vào các yếu tố: kích thước vật liệu sấy, độ ẩm cân bằng của vật
liệu, tác nhân sấy, thiết bị sấy và chế độ sấy.
Việc xác định thời gian sấy đối với mỗi vật liệu là rất phức tạp. Ta có thể tính toán
thời gian sấy dựa vào kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc tính theo công thức
thực nghiệm.
3.3.3. Chế độ sấy
15
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
Chế độ sấy quyết định chất lượng sản phẩm, năng lượng tiêu hao và kích thước của
thiết bị. Chế độ sấy thông thường gồm các thông số: nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ sấy của tác
nhân sấy
3.3.3.1 Nhiệt độ sấy
Khi chọn nhiệt độ của tác nhân sấy ta cần lưu ý đến nhiệt độ cho phép của vật liệu
sấy. Mỗi loại vật liệu có nhiệt độ cho phép khác nhau. Nhiệt độ sấy là nhiệt độ của tác nhân
sấy từ lúc bắt đầu đi vào thiết bị sấy đến khi đi ra khỏi thiết bị. Nhiệt độ sấy thể hiện mức độ
đốt nóng của vật liệu, có ảnh hưởng đến tính dẫn ẩm trong vật liệu và các tính chất lý – hóa
của vật liệu sấy.
Nhiệt độ càng cao thì thời gian sấy càng nhanh. Tuy nhiên nếu nhiệt độ sấy quá
cao sẽ làm thay đổi tính chất của vật liệu, làm hư hỏng sản phẩm cho nên ta cần chọn nhiệt độ
sấy phù hợp với mỗi loại vật liệu sấy.
3.3.3.2. Độ ẩm của tác nhân sấy

Độ ẩm tương đối thể hiện khả năng thải ẩm của vật liệu sấy vào môi trường. Nếu
tác nhân sấy là không khí nóng thì độ ẩm của nó là độ ẩm của không khí. Nếu tác nhân sấy là
khói lò thì độ ẩm của nó được bổ sung thêm độ ẩm của nhiên liệu cháy.
3.3.3.3. Tốc độ tác nhân sấy
Tốc độ sấy có ảnh hưởng đến thời gian sấy, chất lượng và tính đồng nhất của sản
phẩm. Nếu tốc độ tác nhân sấy quá nhỏ thì thời gian sấy sẽ kéo dài và vật liệu sấy khô không
đồng đều. Nếu tốc độ tác nhân sấy quá lớn thì có thể làm mất mát vật liệu, tiêu tốn nhiều năng
lượng…. Vì vậy khi chọn tốc độ tác nhân sấy cần chú ý đến kích thước, hình dạng, tính chất
của vật liệu sấy, thiết bị sấy và khả năng sử dụng nhiệt lượng cho quá trình sấy.
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY
4.1. Chọn phương pháp sấy
4.1.1. Chọn thiết bị sấy
16
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
Thuyết bị sấy thùng quay là thiết bị chuyên dùng để sấy hạt. Loại thiết bị này được
dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy vật ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ. Trong
hệ thống này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy, do đó trao đổi
nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh và độ đồng đều của sản phẩm cao. Ngoài ra thiết bị còn có thể
làm việc với năng suất lớn.
4.1.2. Giới thiệu phương pháp sấy nóng
Sấy nóng là phương pháp sấy rất phổ biến dùng để sấy các loại nông sản, phân
bón…Trong phương pháp này độ ẩm tương đối của tác nhân sấy giảm dẫn đến phân áp suất
của tác nhân sấy cũng giảm theo. Mặt khác nhiệt độ trong vật liệu sấy tăng nên mật độ hơi
trong mao dẫn tăng lên do đó phân áp suất trên bề mặt vật liêu sấy cũng tăng theo. Nghĩa là ở
đây có sự chênh lệch phân áp suất giữa bề mặt vật liệu sấy với môi trường, nhờ đó có sự dịch
chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và vào môi trường.
Có hai cách tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy với môi trường:
 Giảm phân áp suất của tác nhân sấy bằng cách đốt nónh nó.
 Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy.
Ở thiết bị sấy thùng quay các giai đoạn trong quá trình sấy được phân bố ổn định theo chiều

dài thùng, trong thùng sấy, các hạt phân NH
4
NO
3
được nâng lên độ cao nhất định, sau đó rơi
xuống. Trong quá đó vật liệu sấy tiếp xúc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình truyền
nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm. Nhờ độ nghiên và những cánh trong thung mà vật liêu
sẽ được vận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng. Khi đi hết chiều dài thùng, vật liệu sấy sẽ đạt
độ ẩm mong muốn là 10 - 12%.
4.1.3. Chọn tác nhân sấy
Không khí ẩm là loại tác nhân sấy thông dụng, dùng không khí ẩm có nhiều ưu
điểm: không khí có sẵn trong tự nhiên, không độc và không gây ô nhiễm sản phẩm.
4.1.4. Chọn chế độ sấy
Chế độ sấy quyết định chất lượng sản phẩm, năng lượng tiêu hao, kích thước thiết
bị. Chế độ sấy thông thường gồm các thông số cơ bản: nhiệt độ tác nhân sấy vào, nhiệt độ ra
thùng sấy, độ ẩm và tốc độ tác nhân sấy, không hồi lưu khí thải.
Sơ đồ nguyên lý của thiết bị:
17
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
4.2. Tính toán thiết bị chính
4.2.1. Tính toán quá trình sấy lý thuyết
Quá trình sấy lý thuyết biểu diễn trên đồ thị I – d:
Điểm O(t
o
, φ
o
) là trạng thái không khí bên ngoài.
Điểm 1(t
1
, φ

1
) là không khí vào buồng sấy.
Điểm 2(t
2
, φ
2
) là trạng thái không khi ra sau quá trình sấy lý thuyết.
4.2.1.1. Các thông số của tác nhân sấy
Ở Đak Lak, chọn:
- Nhiệt độ không khí ngoài trời trung bình:
Ct
0
0
3,23=
- Độ ẩm tương đối trung bình của không khí:
%82
0
=
ϕ
- Áp suất khí trời:
mmHgB 757=
- Nhiệt độ không khi vào buồng sấy: t
1
= 80
o
C
Tra đồ thị I – d, các thông số của tác nhân sấy được tóm tắt trong bảng sau:
Bảng 2: Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết
Các thông số Trạng thái không khí
ngoài trời

Trạng thái không khí
vào thùng sấy
Trạng thái không khí
ra khỏi thùng sấy
t (
o
C) 23,3 80 40
φ (%) 82 5 67,5
d (kg/kgkk) 0,0152 0,0152 0,032
I (kJ/kgkk) 62,5 123 123
t
ư
(
o
C) 21,3 34 34
18
d(g/kgkk)
I(kJ/kgkk)
O
O
1
2
t
o
t
2
t
1
φ
o

φ
1
φ
2
I
2
= I
3
d
2
d
0
= d
1
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
4.2.1.2. Lượng tác nhân sấy lý thuyết cần thiết
- Năng suất thiết bị sấy theo sản phẩm:
182,1818
12,01
2,01
2000
1
1
2
1
12
=
−
−
=

−
−
=
ω
ω
GG
kg/h
- Lượng ẩm cần tách:
182,181182,18182000
21
=−=−= GGW
kg/h
- Lượng không khí khô cần thiết trong 1h:
5,10822
0152,0032,0
182,181
1020
0
=
−
=
−
=
dd
W
L
kgkk khô/h
- Lượng không khí khô cần thiết để bốc 1kg ẩm:
524,59
182,181

5,10822
0
0
===
W
L
l
kgkk khô/kg ẩm
- Xác định thể tích riêng của không khí ẩm tính theo 1kg không khí khô trước và sau
quá trính sấy:
Ta có:
bhbh
PB
T
PBM
RT
v
.
.288
).(
ϕϕ
−
=
−
=
m
3
/kgkk khô
Trong đó:
v: thể tích riêng của không khí ẩm, m

3
/kgkk khô
R = 8314 j/kmol.độ - hằng số khí
M = 29 kg/kmol – khôi lượng mol của không khí
ϕ
: độ ẩm của không khí
B, P
bh
: áp suất khí quyển và áp suất hơi bão hòa, N/m
2
T: nhiệt độ không khí, K
Do đó ta có:
032,1
10.4736,0.05,03,133.757
)27380.(288
)273.(288
5
110
1
10
=
−
+
=
−
+
=
bh
PB
t

v
ϕ
m
3
/kgkk khô
940,0
10.07375,0.675,03,133.757
)27340.(288
)273.(288
5
220
2
20
=
−
+
=
−
+
=
bh
PB
t
v
ϕ
m
3
/kgkk khô
- Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trước quá trình sấy:
82,111685,10822.032,1.

01010
=== LvV
m
3
/h
Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy sau quá trình sấy :
15,101735,10822.940,0.
02020
=== LvV
m
3
/h
- Lưu lượng thể tích trung bình:
19
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng

985,10670)15,1017382,11168.(5,0).(5,0
20100
=+=+= VVV
tb
m
3
/h
4.2.1.3. Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy lý thuyết
Lượng nhiệt tiêu tốn để làm bay hơi 1 kg ẩm :
q = l
o
.(I
1
– I

0
) = 59,524.(123 – 62,5) = 3601,202 kJ/kg
Lượng nhiệt tiêu tốn cho cả quá trình sấy :
Q = q.W = 3601,202.181,818 = 654763,345 kJ/h = 181,879 kW
4.2.2. Tính thiết bị
4.2.2.1. Thể tích của thùng
Thể tích thùng quay được tính theo công thức :
βρ
τ
.
.
1
G
V =
Trong đó :
V: thể tích thùng quay (m
3
);
G
1
: khối lượng vật liệu đi vào thùng quay (kg/h);
τ: thời gian sấy (phút);
β
: hệ số điền đầy;
ρ
: khôi lượng riêng vật liệu (kg/m
3
);
Tính thời gian sấy hạt:
Theo kinh nghiệm động học quá trình sấy hạt trong hệ thống sấy thùng quay có thể được

biểu diễn:
( ) ( )
85,0
3
3.85,0.
21
21
−
−
=⇒+=−
M
M
ωω
ττωω
Trong đó:
:,
21
ωω
là độ ẩm của hạt cà phê thóc trước và sau quá trình sấy tính bằng số phần trăm.
M: là hệ số phụ thuộc đường kính của hạt, M có thể lây theo bảng sau:
Bảng 3: Quan hệ giữa M và đường kính hạt.
d,mm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
M 1,43 1,25 1,00 0,83 0,70 0,60 0,53 0,47 0,43 0,38
Hạt cà phê thóc đem sấy có các thông số sau: chiều dài: 5 ÷ 10 mm, rộng: 4 ÷ 7 mm.
Đường kính trung bình của hạt cà phê thóc:
mmd
tb
5,6
2
5,55,7

=
+
=
20
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
phút
M
606,59
85,0
3
57,0
1220
57,0
≈=
−
−
=⇒
=⇒
τ
Vậy:
3
385,15
60.2,0.650
60.2000
mV ==
4.2.2.2. Kích thước của thùng
Đường kính thùng:
Ta có: L/D = (3,5 ÷ 7), chọn L/D = 5. Khi đó đường kính thùng được xác định theo
công thức:
m

V
D
D
L
D
V 577,1
14,3.5
385,15.4
.5
.4
4
.
5.
4
.
3
3
32
===⇒==
π
ππ
Chọn: D = 1,6 m
Chiều dài thùng: L = 5.1,6 = 8 m
4.2.2.3. Cường độ bay hơi ẩm
Ta có:
hmkg
V
W
A
A

W
V
3
/818,11
385,15
818,181
===⇒=
4.2.2.4. Số cánh trong thùng
Trong bài ta sử dụng cánh nâng có các thông số sau:
576,0=
T
D
h

122,0
2
=
T
C
D
F
ϕ
∆
= 140
o
Trong đó:
h: chiều cao rơi trung bình của vật liệu, m.
D
T
: đường kính trong của thùng sấy, m.

ϕ
∆
: góc gấp của cánh nâng, độ.
F
C
: bề mặt chứa vật liệu của một cánh, m
2
.
→

312,06,1.122,0.122,0
22
===
TC
DF
m
2
Chọn: chiều rộng cánh b = 350 mm
Chiều dày cánh
4=
δ
mm
21
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
Chiều dài một cánh:
89,0
35,0
312,0
===
b

F
l
C
m
Chọn số cánh nâng: 9.13 = 117 cánh.
Chọn vật liệu làm cánh là thép CT3
→

389,11447850.117.89,0.004,0.35,0.117 ===
ρδ
Tc
Lbm
kg
4.2.2.5. Số vòng quay của thùng
Ta có:
ατ
tgD
Lkm
n
T


=
, vòng/phút
Trong đó:
:n
số vòng quay của thùng, vòng/phút.
k
: hệ số lưu ý đặc tính chuyển động của khí và vật liệu sấy, chuyển động cùng chiều,
7,05,0 ÷=k

, chọn
5,0=k
.
:m
hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng, chọn
5,0=m
.
α
: góc nghiên của thùng, độ; thường góc nghiên của thùng là 2,5
÷
3
0
, chọn
0
5,2=
α
,
0437,0=
α
tg
.
L
: chiều dài của trong thùng, m.
τ
: thời gian sấy, phút.
Vậy:
5,0
0437,0.6,1.60
8.5,0.5,0
==n

vòng/phút
4.2.3 Cân bằng nhiệt của hệ thống sấy thực
Một thiết bị sấy thực tế ngoài tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi còn có thể có
nhiệt lượng bổ sung Q
BS
và đương nhiên luôn luôn tồn tại tổn thất nhiệt ra môi trường Q
xq,
tổn
thất nhiệt do thiết bị chuyển tải Q
CT
và tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi Q
V
.
Đối với hệ thống sấy thùng quay được thiết kế trong bai:
- Không có bổ sung nhiệt lượng: Q
BS
= 0
- Không có tổn thất chuyển tải: Q
CT
= 0
4.2.3.1. Tính tổn thất nhiệt
4.2.3.1.1. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi:
Ta có:
)(
122 vvvlv
ttCGQ −=
Trong đó:
2
G
: năng suất thiết bị sấy theo sản phẩm, kg/h

22
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
vl
C
: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy (tính theo vật liệu với độ ẩm
2
ω
), kj/kh.độ
22
.)1(
ωω
avkvl
CCC +−=
kj/kg.độ
Với C
a
: nhiệt dung riêng của ẩm, C
a
= 4,18 kJ/kg.độ
1,86412,0.18,4)12,01.(184,4.37,0 =+−=
vl
C

kJ/kg.độ
t
v1
: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy,
0
C
t

v2
: nhiệt độ ra khỏi thùng sấy của vật liệu sấy theo kinh nghiệm lấy nhỏ hơn nhiệt độ tác nhân
sấy cùng vị trí từ (5
÷
10
0
C) hay t
v2
= t
2
– (5
÷
10
0
C) = 40 – 5 = 35
0
C.
368,39652)3,2335.(864,1.182,1818 =−=
v
Q
kJ/h
088,218
818,181
368,39652
===
W
Q
q
v
v

kJ/kg
4.2.3.1.3. Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh
Nhiệt lượng hữu ích:
Ta có:
12
.
vlahi
tCiq −=
Trong đó:
i
2
: năng lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t
2
, kJ/kg.

q
hi
: nhiệt lượng hữu ích, kJ/kg.
C
a
: nhiệt dung riêng của ẩm, kJ/kg.độ.
q
vl
: nhiệt lượng dùng để đun nóng vật liệu sấy, kJ/kg.
1vl
t
: nhiệt độ của vật liệu sấy trước quá trình sấy.
Vậy:
kgkJq
hi

/286,24763,23.18,440.842,12500 =−+=
Mặt khác, ta có: q
xq
= 3 ÷ 5%.q
hi
, chọn: q
xq
= 4%.q
hi
= 0,04.2476,286 =99,051 kJ/kg
Bảng 3: Cấu tạo bề mặt thùng quay
STT Đại lượng
Kí
hiệu
Khoảng giới
hạn
(mm)
Giá trị chọn
(m)
Vật liệu
chế tạo
Hệ số dẫn
nhiệt
(W/m.K)
1
Bề dầy thân
thùng
1
δ
10 - 15 0,01 CT3 50

2
Bề dầy lớp cách
nhiệt
2
δ
Cần tìm Cần tìm
Amiang
0,144
3
Bề dầy lớp bảo
vệ
3
δ
1 -2 0,001 CT3 50
23
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
+ Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường bên ngoài,
tb
t∆

Gọi:
cd
tt
11
,
: nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy khi qua thùng sấy
Ctt
d
0
11

80==
Ctt
c
0
21
40==
cd
tt
22
,
: nhiệt độ môi trường xung quanh,
Cttt
cd
0
022
3,23===
+ Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và đầu ra của thùng sấy:
Cttt
ddd
0
21
7,563,2380 =−=−=∆
Cttt
ccc
0
21
7,163,2340 =−=−=∆
⇒

C

t
t
tt
t
c
d
cd
tb
0
72,32
7,16
7,56
ln
7,167,56
ln
=






−
=









∆
∆
∆−∆
=∆
Giả thiết: D
tb
= (1 ÷ 1,1).D
T
Trong đó:
D
tb
: đường kính trung bình của thùng, m.
D
T
: đường kính trong của thùng, m.
Chọn: D
tb
= 1,0125.D
T
= 1,0125.1,6 = 1,62 m
Bề mặt truyền nhiệt:
815,44
4
62,1.14,3
28.62,1.14,3
4
.
2

2
2
=+=+=
tb
Ttb
D
LDF
π
π
m
2
Hệ số truyền nhiệt:
Giả sử:
2<
T
ng
D
D
, để có thể xem quá trình trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy với môi trường là
quá trình trao đổi nhiệt qua vách phẳng.
Theo giả thiết trên thì ta có:
W
tFK
q
tb
xq
∆
=

282,12
72,32.815,44
818,181.051,99
.
.
==
∆
=⇒
tb
xq
tF
Wq
K
W/m
2
.độ
Độ dày lớp cách nhiệt:
24
Đồ án – CNHH CBHD: Nguyễn Bồng
Ta có:
∑
=
++
=
3
1
21
11
1
i

i
i
K
αλ
δ
α
,W/m
2
.độ
Trong đó:
:,,
321
δδδ
chiều dày các vách ngăn, trong đó ẩn số là
2
δ
, m.
:,,
321
λλλ
hệ số dẫn nhiệt của các lớp vách ngăn tương ứng, W/m.độ.
:
1
α
hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy vào thành thùng, W/m
2
.độ.
:
2
α

hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng đến môi trường xung quanh, W/m
2
.độ.
Tính hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng
1
α
:
Tính hệ số cấp nhiệt của không khí nóng chuyển động cưỡng bức
'
1
α
:
Chế độ chảy của tác nhân sấy trong thùng:
Chuẩn số Reynolds:
k
Tbk
D
ν
ω
.
Re =
Trong đó:
k
ω
: tốc độ của tác nhân sấy trong thùng sấy, m/s
tb
D
: đường kính trung bình của thùng sấy, m
k
ν

: độ nhớt động của tác nhân sấy, m
2
/s
Tốc độ tác nhân sấy trong thùng sấy:
td
tbo
k
F
V
=
ω
Với: F
td
: là tiết diện tự do của thùng sấy, m
2
.
( ) ( ) ( )
2
2
2
608,1
4
6,1.14,3
.2,01
4
.
.1.1 m
D
FF
T

tstd
=−=−=−=
π
ββ
sm
k
/843,1
608,1
964,2
==⇒
ω
Giả sử tốc độ tác nhân sấy trong thùng sấy:
sm
k
/843,1=
ω
Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thùng sấy:
C
tt
t
k
0
21
60
2
4080
2
=
+
=

+
=
Ở
Ct
k
0
60=

⇒
22
10.9,2,/9,18
−
==
λν
sm
k
W/m.độ
5
6
10.58,1
10.9,18
62,1.843,1
Re ==
−

4
10Re >
→
dòng khí chảy rối trong thùng.
25