ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT THIẾT KẾ MÁY SẤY TẦNG SÔI DÙNG ĐỂ SẤY THÓC VỚI NĂNG SUẤT 500KG MẺ

BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT-LẠNH
----------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT
THIẾT KẾ MÁY SẤY TẦNG SÔI DÙNG ĐỂ SẤY
THÓC VỚI NĂNG SUẤT 500KG/MẺ

SVTH

LỚP

: Nguyễn Thanh Sang

16047941

Lê Thị Phương Thảo

16063381

Trần Ngọc Thuận

16043901

: ĐHNL12B

TP.HCM, ngày 31 tháng 05 năm 2019

DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM 2

Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh
STT

Đồ án Cung cấp nhiệt

HỌ VÀ TÊN

MSSV

GHI CHÚ
Nhóm trưởng

1

Nguyễn Thanh Sang

16047941

2

Lê Thị Phương Thảo

16063381

3

Trần Ngọc Thuận

16043901

DANH SÁCH PHÂN CHIA NHIỆM VỤ
STT

THÀNH VIÊN

NHIỆM VỤ

1

Nguyễn Thanh Sang

- Tìm tài liệu tham khảo đề tài.
- Tính tốn Chương I, III, IV.
- Điều chỉnh thông số Chương II, V.
- Vẽ CAD sơ đồ Hệ thống.
- Tổng hợp nội dung bài báo cáo.
- Chỉnh sửa, hoàn thiện bài báo cáo cuối
cùng.

2

Lê Thị Phương Thảo

- Tính tốn Chương II.
- Đánh máy Chương I, II.

3

Trần Ngọc Thuận

- Tính tốn Chương V.
- Đánh máy Chương V.

Trang 2


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI........................................................................6
1.1 Sơ lược về thóc (lúa), tính chất và ứng dụng............................................................6
1.2 Sơ lược về q trình sấy và sấy tầng sơi...................................................................7
1.3 Sơ đồ quy trình cơng nghệ .......................................................................................8
CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN TỐC ĐỘ VÀ THỜI GIAN SẤY......................................10
2.1 Cân bằng vật chất...................................................................................................10
2.1.1 Các ký hiệu sử dụng.......................................................................................10
2.1.2 Các thơng số cơ bản........................................................................................10
2.2 Tính tốn tốc độ sấy..............................................................................................12
2.2.1 Xác định tốc độ ban đầu tạo ra chế độ sôi (vs)................................................12
2.2.2 Tốc độ làm việc tối ưu (vt)..............................................................................13
2.2.3 Tốc độ tới hạn trên của TNS (vth)...................................................................13
2.3 Xác định thời gian sấy bằng phương pháp giải tích................................................13
CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY..............................................17
3.1 Cân bằng năng lượng..............................................................................................17
3.2 Nhiệt lượng gia nhiệt của vật liệu sấy trong 1 mẻ...................................................18
3.3 Nhiệt lượng hữu ích cần bốc hơi 1 kg ẩm trong 1 mẻ.............................................18

3.4 Nhiệt lượng tổn thất của tác nhân sấy trong 1 mẻ...................................................18
3.5 Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh trong 1 mẻ..............................................18
3.5.1 Thiết kế buồng sấy..........................................................................................18
3.5.2 Tính tốn tổn thất............................................................................................20
3.6 Cách xác định đường sấy thực tế............................................................................22
CHƯƠNG 4 TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ..............................................24
4.1 Bề dày thiết bị.........................................................................................................24
4.1.1 Lưới................................................................................................................ 24
4.1.2 Buồng sấy.......................................................................................................24
4.2 Bộ phận nhập liệu...................................................................................................25

Trang 3


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

4.3 Bộ phận tháo liệu....................................................................................................27
4.4 Tính tốn Calorifer Khí-Khói.................................................................................27
4.4.1 Tính buồng đốt và khói lị...............................................................................27
4.4.2 Tính Calorifer Cấp Nhiệt................................................................................31
4.5 Cyclon phân ly bụi khơ...........................................................................................37
4.6 Tính chọn quạt........................................................................................................39
4.6.1 Trở lực............................................................................................................39
4.6.2 Chọn quạt.......................................................................................................41
CHƯƠNG 5 TÍNH TỐN HIỆU QUẢ KINH TẾ......................................................43
5.1 Tính tốn điện năng tiêu thụ trong 1 mẻ.................................................................43
5.2 Tính tốn chi phí cho nhân cơng.............................................................................44
5.3 Chi phí thu mua ngun, nhiên liệu........................................................................44

5.4 Chi phí đầu tư ban đầu............................................................................................44
5.5 Kết luận.................................................................................................................. 45
BẢNG DỰ TOÁN THIẾT BỊ CỦA MÁY SẤY TẦNG SÔI.......................................46
BẢNG LƯƠNG CHO NHÂN CÔNG...........................................................................47
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................49

Trang 4


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

Trang 5


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Sơ lược về thóc (lúa), tính chất và ứng dụng
Lúa là lương thực chính của 1/2 số dân trên thế giới. Lúa là loại cây ưu nóng và ẩm,
do đó lúa thường được trồng nhiều ở các vùng có khí hậu ơn đới và cận nhiệt đới. Năng
suất của lúa nước là cao nhất, nên lúa thường được trồng ở các châu thổ song lớn. Nước
ta có khí hậu và hệ thống sơng ngịi rất phù hợp cho việc phát triển cây lúa.
Thành phần hóa học của hạt lúa gồm chủ yếu là tinh bột, protein, xenlulozo. Ngồi
ra trong hạt lúa cịn chứa một số chất khác với hàm lượng ít hơn so với 3 thành phần kể
trên như: đường, tro, chất béo, sinh tố. Thành phần hóa học của hạt lúa phụ thuộc vào
nhiều yếu tố như giống, đất đai trồng trọt, khí hậu và chế độ chăm sóc. Cùng chung điều
kiện trồng trọt và sinh trưởng.
Theo tài liệu [2], ta được:

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của hạt lúa
Thành phần
hóa học chính

Hàm lượng các chất (%)
Nhỏ nhất

Lớn nhất

Trung bình

Protein

6.66

10.43

8.74

Tinh bột

47.70

68.00

56.20

Xenlulozo

8.74

12.22

9.41

Tro

4.68

6.90

5.80

Đường

0.10

4.50

3.20

Chất béo

1.60

2.50

1.90

Đectrin

0.80

3.20

1.30

20

27

23

H2 O

Trang 6


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

Ở Việt Nam, lúa gạo là nguồn lương thực chính khơng thể thiếu trong đời sống con
người. Lúa còn là nguồn nguyên liệu để sản xuất tinh bột,sử dụng nhiều trong các ngành
công nghiệp thực phẩm. Lúa cũng được dùng làm thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm.
Hiện nay, Việt Nam đang đúng thứ hai thế giới về lượng gạo xuất khẩu trên thế
giới, và tiếp tục đẩy mạnh việc xuất khẩu gạo sang các nước trên thế giới. Đây là một
trong những nguồn thu ngoại tệ chính của đất nước.
1.2 Sơ lược về q trình sấy và sấy tầng sơi
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Kết quả của quá

trình sấy là hàm lượng chất khơ trong vật liệu tăng lên. Điều này có ý nghĩa quan trọng
về nhiều mặt: đối với các nông sản và thực phẩm nhằm tăng khả năng bảo quản: đối với
gốm sứ làm tăng độ bền cơ học, đối với than củi làm tăng khả năng đốt cháy… Các vật
liệu sau khi sấy đều giảm khối lượng hoặc cả thể tích nên giảm được giá thành vật
chuyển.
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái
pha của lỏng trong vật liệu thành hơi. Cơ chế của quá trình được diễn tả bởi 4 quá trình
cơ bản sau:





Cấp nhiệt cho bề mặt vật liệu.
Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào vật liệu.
Khi nhận được lượng nhiệt, dòng ẩm di chuyển từ vật liệu ra bề mặt.
Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu tách vào mơi trường xung quanh.

Bốn q trình này được thể hiện bằng sự truyền vận bên trong vật liệu và sự trao đổi
nhiệt ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Dựa vào phương
phức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bị sấy ra ba nhóm chính:
 Sấy đối lưu.
 Sấy bức xạ, chân khơng hoặc thăng hoa.
Theo kết cấu nhóm thiết bị sấy đối lưu có thể gặp các dạng thiết bị sau:









TBS buồng.
TBS hầm.
TBS thùng quay.
TBS tháp.
TBS phun.
TBS tầng sôi.
TBS khí động.

Sấy tầng sơi là một trong các phương thức sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, thích hợp
cho việc sấy các hạt nông sản.

Trang 7


Khoa Cơng nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

Bộ phận chính của TBS tầng sơi là một buồng sấy, phía dưới buồng sấy đặt ghi lò.
Ghi buồng sấy là một tấm thép có đục nhiều lỗ thích hợp hoặc lưới thép để tác nhân sấy
đi qua nhưng hạt không lọt xuống được. Tác nhân sấy có nhiệt độ cao, độ ẩm thấp được
thổi từ dưới lên để đi qua lớp vật liệu. Với tốc độ đủ lớn, tác nhân sấy nâng các hạt vật
liệu lên và làm cho lớp hạt xáo trộn. Q trình sơi này là q trình trao đổi nhiệt ẩm mãnh
liệt nhất giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy. Các hạt vật liệu khô hơn nên nhẹ hơn sẽ nằm ở
lớp trên của tầng hạt đang sôi; và ở một độ cao nào đó hạt khơ sẽ được đưa ra ngồi qua
đường tháo liệu.
Sấy tầng sơi có những ưu điểm và nhược điểm như sau:
Ưu điểm:








Năng suất sấy cao.
Vật liệu sấy khơ đều.
Có thể tiến hành sấy liên tục.
Hệ thống thiết bị sấy tương đối đơn giản
Dễ điều chỉnh nhiệt độ vật liệu ra khỏi buồng sấy.
Có thể điều chỉnh thời gian sấy.

Nhược điểm:
 Trở lực lớp sơi lớn.
 Tiêu hao nhiều điện năng để thổi khí tạo lớp sôi.
 Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều.
1.3 Sơ đồ quy trình cơng nghệ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy sấy tầng sôi

Trang 8


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

1- Quạt

4- Thiết bị sấy

2- Calorife

5- Bộ phận nhập liệu

3- Lưới phân phối khí

6- Cửa thốt liệu

7- Cyclon

u cầu của bài tốn thiết kế:
Thiết kế hệ thống sấy tầng sơi để sấy thóc với năng suất 500 kg/mẻ (thành phẩm).
Thiết kế hệ thống thiết bị sấy tầng sôi, chủ yếu dùng để sấy thóc đã qua phơi nắng để cho
thóc đạt độ khơ cần thiết và khô đều hơn, giúp cho việc bảo quản tốt hơn, phục vụ cho
việc xuất khẩu. Do đó ta chọn độ ẩm của thóc trước khi sấy khơng cao lắm, và độ ẩm sau
khi sấy thích hợp cho sự bảo quản.

Trang 9


Khoa Cơng nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

CHƯƠNG 2
TÍNH TỐN TỐC ĐỘ VÀ THỜI GIAN SẤY
2.1 Cân bằng vật chất

2.1.1 Các ký hiệu sử dụng










G1: năng suất nhập liệu của vật liệu sấy
G2: năng suất sản phẩm sau khi sấy
M1: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt trước khi sấy
M2: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt sau khi sấy
d1: hàm ẩm của khơng khí trên căn bản khơng khí khơ trước khi vào sấy
d2: hàm ẩm của khơng khí trên căn bản khơng khí khơ sau khi vào sấy
W: năng suất tách ẩm
L: lượng khơng khí khơ cần thiết
l: lượng khơng khí khơ cần thiết để tách 1kg ẩm ra khỏi vật liệu

2.1.2 Các thông số cơ bản
a) Đối với khơng khí: Chọn địa điểm xây dựng nhà máy sấy là tại tỉnh Bạc Liêu.
Trạng thái ban đầu của khơng khí:
t0 = 300C
φ0 = 70%
Tra đồ thị I-d ta có:
I0 = 78,5 kJ/kg KKK
d0 = 18 g ẩm/kg KKK
Chọn nhiệt độ vào buồng sấy của khơng khí: t1 = 60oC

(Theo tài liệu [1])

I1 = 107,277 kJ/kg KKK
t1_ư = 33oC
Khơng khí ra khỏi thiết bị sấy:
Tính nhiệt độ ra của khơng khí là t2=(1,1÷1,15)*t1_ư

(Theo tài liệu [1])

 Chọn t2 = 1,15*tư = 38oC
Dựng chu trình sấy lý thuyết trên giản đồ I-d, từ đó ta có:
I2 = I1 = 107,277 kJ/kg KKK và t2 = 38oC
=> d2 = 26,89 g ẩm/kg KKK
Trang 10


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

b) Đối với vật liệu sấy (thóc)
Theo tài liệu [2], ta có các thơng số kích thước sau của thóc:
 Các kích thước của thóc:
Dài:

l= 6 mm

Rộng:

a= 2,7 mm

Dày:

b= 1,5 mm

Đường kính tương đương:
Hệ số cầu tính :

φ = 0,84

[1]

 Các thơng số khác:
Nhiệt dung riêng:

C =1,5 kJ/kg.K

Hệ số dẫn nhiệt:

= 0,09 W/mK

Khối lượng riêng hạt:

h = 1200 kg/m3

[1]

Khối lượng riêng thể tích:

ρv = 500 kg/m3

[1]

Độ xốp:
 Vật liệu trước khi vào thiết bị sấy, ta chọn:
1 = 30oC = t0
M1 = 27% (Theo tài liệu [1])
Vật liệu sau khi ra thiết bị sấy: Chọn nhiệt độ ra của thóc nhỏ hơn nhiệt dộ của
khơng khí ra khoảng 50C (Theo [1])
2 = t2 - 5 = 330C
M2 = 14% (Độ ẩm thích hợp để bảo quản thóc từ 12 ÷ 18 tháng - Theo [1])



Năng suất tách ẩm trong 1 mẻ:



Năng suất nhập liệu trong 1 mẻ:
G1=G2 + W = 500 + 90 =590 kg/mẻ



Lượng vật liệu khô tuyệt đối được sấy trong 1 mẻ:
Gk = G2(1 - M2) = 500.(1-0,14) = 430 kg/mẻ

Trang 11

Khoa Cơng nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt



Lượng khơng khí khô cần thiết để tách 1 kg ẩm trong 1 mẻ:



Lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình sấy 1 mẻ:

2.2 Tính tốn tốc độ sấy
Chọn thiết bị sấy có tiết diện trịn, lưới phân phối có dạng tấm được đục lỗ cho
khơng khí đi lên.
Các thơng số của tác nhân khơng khí trong thiết bị sấy tầng sơi:








Nhiệt độ tác nhân vào :
Nhiệt độ tác nhân ra :
Nhiệt độ tính tốn trung bình:
Khối lượng riêng:
Độ nhớt động học:
Độ nhớt động lực học:

Hệ số dẫn nhiệt :

t1 = 60oC
t2 = 38oC
tm= 49oC
k = 1,093 kg/m3
ʋk = 17,95.10-6 m2/s
k = 19,6.10-6 Ns/m2
k = 2,83 .10-2 W/mK
= 10,188 .10-2 kJ/mhK

2.2.1 Xác định tốc độ ban đầu tạo ra chế độ sôi (vs)
Chuẩn số Archimer:

Chuẩn số Reynold:

Thử lại trị số Reynold theo tiêu chuẩn Federov:

Khi Fe = 40 ÷ 200 thì hệ số được tính: Res2 = 0,095 . Fe1,56 = 147,45
Ta thấy Res2 > Res nên cách tính trên là đúng.



Tính tốc độ vs theo công thức Egun:
Khi 20 < Re < 1000, ta có cơng thức:

Trang 12


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

2.2.2 Tốc độ làm việc tối ưu (vt)
Tốc độ vt là tốc độ có chế độ sơi ổn định vs < vt < vth.
Trị số Renoyld ở tốc độ tối ưu tính theo tiêu chuẩn Federov:

Tính vt theo tiêu chuẩn Reynold:

2.2.3 Tốc độ tới hạn trên của TNS (vth)
Khi vật liệu bắt đầu bị lôi cuốn: =1
Chuẩn số Reynold:

Chuẩn số Lyasenco:

Tốc độ tới hạn trên của dịng khí:

2.3 Xác định thời gian sấy bằng phương pháp giải tích
Thời gian sấy vật liệu là tổng thời gian của 3 giai đoạn sấy:
Với:



 τ0 - Thời gian đốt nóng vật liệu
 τ1 - Thời gian sấy đẳng tốc
 τ2 - Thời gian sấy giảm tốc
Giai đoạn đốt nóng vật liệu sấy:
Xác định thơng số nhiệt độ theo quan hệ :

Trang 13

Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

Với tk là nhiệt độ của TNS tính theo nhiệt độ trung bình trong buồng sấy:

Với :
 0 là nhiệt độ vật liệu đưa vào TBS, 0 = t0 = 30oC
 1 là nhiệt độ bề mặt bay hơi của vật liệu, 1 = tư = 33oC

Tính trị số Biot khuếch tán nhiệt:

Trong đó:

d

 R - Bán kính VLS: R= 2 =1,8 mm
 φ - Hệ số hình dạng của vls, φ = 0,84 [1]
  - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu. Theo Phụ lục 11 - [1], ta được:  = 0,09
W/m.K
 q - Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (hệ số cấp nhiệt từ khơng khí nóng đến bề mặt
vật liệu):

Với:


là tốc độ dịng khí lấy theo tốc độ đốt nóng ban đầu, vk =vt= 2,63 m/s.



là khối lượng riêng khơng khí, k=1,093 kg/m3
W/m2.K

Suy ra:
Từ đồ thị quan hệ  = f(
xác định chuẩn số Fourier:

) của vật hình cầu. Tra đồ thị tài liệu [4], ta có thể
Fo = 0,5

Trang 14


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

Xác định thời gian τ0 từ phương trình:
Với
 aq - Hệ số dẫn nhiệt độ của vật liệu hay hệ số khuếch tán nhiệt
m2/s




Tính tốn tốc độ sấy và thời gian sấy đẳng tốc:
Theo yêu cầu của đề tài ta lựa chọn vật liệu sấy là thóc, các thơng số của thóc:




 Độ ẩm đầu vào: M1 = 25%.
 Độ ẩm cuối: M2 = 14%.
 Khối lượng riêng: ρh = 1200 kg/m3.
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: αq= 69,06 W/m2.K
Mật độ dòng nhiệt :



Với:
 tm - Nhiệt độ tác nhân sấy, tm = 490C
 tb - Nhiệt độ bề mặt vật liệu, tb = tư = 330C
 J1b = 69,06.(49 - 33) = 1104,96 W/m2 = 3977,86 kJ/m2h
Cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu:

Với:
 r - Nhiệt ẩn hóa hơi (theo giá trị nhiệt độ) với tb = 330C, ta được: r =2424
(kJ/kg)



Tốc độ sấy đẳng tốc:

Với:
 ρh - khối lượng riêng của vật liệu sấy, ρh = 1200 (kg/m3)
 R - kích thước vật liệu sấy

mm

% /h

Trang 15


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh


Đồ án Cung cấp nhiệt

Thời gian sấy đẳng tốc:
Theo Phụ lục 2 - [1], ta có:
Bảng 3.1 Độ ẩm cân bằng của hạt lúa (thóc)
Loại
hạt

Lúa
(Thóc)

Nhiệt
độ
(oC)

Độ ẩm khơng khí φ (%)
10

20

30

40

50

60

70

80

0

-

8,2

9,9

11,1

12,3

13,3

14,5

16,6

20

-

7,5

9,1

10,4

11,4

12,5

13,7

15,2

25

4,6

6,5

7,9

9,4

10,8

12,2

13,4

14,8

30

-

7,1

8,5

10

10,9

11,9

13

14,7

- Theo dữ liệu ban đầu: t0 = 30oC và φ0 = 70%  Độ ẩm cân bằng của vls: Me =
13%.
Thời gian sấy đẳng tốc được tính theo công thức:

Với:
 Mk1 - Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy tính theo cơ sở khơ:



Mkx1

- Độ ẩm tới hạn của vật liệu ẩm cuối giai đoạn sấy đẳng tốc:





Tính tốn tốc độ sấy và thời gian sấy giảm tốc:
Thời gian sấy giảm tốc được tính theo cơng thức:

Trang 16


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

Đổi độ ẩm sang cơ sở khơ, ta được:

Vì Mkx1 ≈ Mk1 nên khi bước vào giai đoạn sấy giảm tốc, tốc độ sấy U2 trong giai
đoạn này được lấy theo giá trị U giai đoạn sấy đẳng tốc:

 Tổng thời gian sấy:

CHƯƠNG 3
TÍNH TỐN NHIỆT Q TRÌNH SẤY
3.1 Cân bằng năng lượng


Nhiệt lượng vào:
- Nhiệt lượng do khơng khí mang vào: LI0
- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: G2Cvl1+CnW1
- Nhiệt lượng do Calorife cung cấp: Qc
 Tổng nhiệt lượng vào: LI0 + G2Cvl1 + CnW1 + Qc



Nhiệt lượng ra:
- Nhiệt lượng do khơng khí ra: LI2
- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2Cvl2
- Nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy: Qm
 Tổng nhiệt lượng ra: LI2 + G2Cvl2 + Qm



Từ phương trình cân bằng năng lượng, ta được:
Qc = L(I2-I0) + G2Cvl(2-1) + Qm - CnW1
Ta đặt: Nhiệt lượng gia nhiệt vật liệu sấy: Qvl = G2Cvl(2-1)

Trang 17


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

Giá trị nhiệt lượng tiêu hao chung cho máy sấy mà ta cần phải cung cấp cũng chính
là giá trị Nhiệt lượng do Caloriphe cung cấp Qc: Q = Qc

Vậy ta có: Q = Qc = L(I2-I0) + G2Cvl(2-1) + Qm - CnW1
Viết cho 1 kg ẩm bốc hơi:
q = qc = l(I2-I0) + qvl + qm - Cn1 [1]
Nhiệt lượng bổ sung thực tế: Δ = Cn1 – qvl - qm

 Đối với quá trình sấy lý thuyết: Δ=0
q = qc = l.(I2-I0) = 112,486.(107,277 -78,5) = 3237 kJ/kg ẩm
 Đối với quá trình sấy thực tế: Δ ≠ 0
3.2 Nhiệt lượng gia nhiệt của vật liệu sấy trong 1 mẻ
(Theo tài liệu [1])
Nhiệt dung riêng của nước: Cn = 4,186 kJ/kg.K
Nhiệt dung riêng của vật liệu: (Theo tài liệu [3])
kJ/kg.K
Với Ck = 1,2÷1,7 kJ/kg.K. Chọn Ck = 1,5 kJ/kg.K là nhiệt dung riêng của vật liệu
khô tuyệt đối.
 Qvl = G2Cvl(2-1) = 500 ¿ 1,88 ¿ (33-30) = 2820 kJ/mẻ

3.3 Nhiệt lượng hữu ích cần bốc hơi 1 kg ẩm trong 1 mẻ
q1 = 2500 + 1,842t2 - Cn1
= 2500 + 1,842.38 - 4,186.30
= 2444,416 kJ/kg ẩm
3.4 Nhiệt lượng tổn thất của tác nhân sấy trong 1 mẻ
qtn = l ¿ Cdx(do) ¿ (t2-t0) = 112,486 ¿ 1,037956 ¿ (38-30) = 934,044 kJ/kg ẩm
Trong đó:
- Cdx(do) - nhiệt dung riêng dẫn xuất
- Cpk - nhiệt dung riêng của KKK, Cpk = 1,0048 kJ/kg.K

Trang 18

Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

- Cdx(do) = Cpk + Cpa.do = 1,0048 + 1,842*0,018 = 1,037956 kJ/kg.K
3.5 Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh trong 1 mẻ
3.5.1 Thiết kế buồng sấy
a) Lưới phân phối
Ta có năng suất sấy G2 = 500kg. Theo thông số lấy từ tài liệu [2], khối lượng riêng
thể tích của thóc v = 500 kg/m3.
Thể tích khối hạt: V =

G2
=1 m3 =109 mm3
ρv
V
với h - Chiều cao lớp hạt trước khi sấy; Chọn h =
h

Diện tích bề mặt lưới: S=
200mm  S = 5 m2 = 5.106 mm2

Chọn hình dạng buồng sấy có dạng hình lăng trụ nên lưới phân phối có dạng hình
trịn với S = 5.106 mm2  Đường kính tấm lưới: D=

√

4×S
=2523 mm = 2,5 m
π

Đường kính lỗ lưới: Dựa vào kích thước của hạt vật liệu, để hạt khơng lọt qua, ta
chọn lỗ có đường kính 1,5mm.
b) Chiều cao buồng sấy
Bao gồm: chiều cao lớp tĩnh, chiều cao lớp giả lỏng và chiều cao buồng phân ly.
 Xác đinh độ xốp lớp sôi ε:

(

18. ℜt + 0,36. ℜ2t
ε=
Ar



Chiều cao lớp sôi:

) (
0,21

h s=h .



=

18.230,14+ 0,36.230,14 2
292190,97

)

0,21

=0,6

1−ε 0
1−0,58
= 220 mm
=200.
1−ε
1−0,6

Để đảm bảo chế độ thủy động tốt, ta chọn tổng chiều cao lớp sôi và lớp trung gian
bằng bốn lần chiều cao vùng ổn định. Tức là :
hΣ = 4.h0 = 4.200 = 800 mm
 Trở lực qua lớp sôi:



Chiều cao buồng phân ly: Để đảm bảo cho quá trình hoạt động, ta chọn chiều cao
buồng phân ly bằng 2,5 lần chiều cao lớp tầng sơi:

h pl =1,5×800=1200 mm


Đường kính buồng phân ly: Buồng phân ly phải có đường kính lớn hơn đường
kính vùng tầng sơi để đảm bảo việc phân ly được tốt. Vì khi tiết diện tăng lên thì
Trang 19

Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

vận tốc giảm xuống hạt sẽ rơi lại vào giữa tránh bị thổi ra ngoài. Khả năng phân ly
phụ thuộc khá nhiều vào đường kính buồng phân ly.
 Theo thực nghiệm ta tính tốn:

S pl =1,3×S=1,3×5×10 6 =6,5×106 mm 2
⇒ D pl =

√

4×S pl
π

=2877 mm=2 , 87 m

 Vậy chiều cao chính của buồng sấy tính từ lưới phân phối là:

H=h s +h pl =800+1200=2000 mm=2 m

Hình 3.1 Kích thước buồng sấy thiết kế
c) Tính diện tích xung quanh buồng sấy
Sxq = Strụ1 + Schóp cụt1 + Strụ2 + Schóp cụt2
3.5.2 Tính tốn tổn thất
Giả thiết: TBS làm bằng thép không rỉ dày δ1=0,002m, hệ số dẫn nhiệt λ1=50
W/m.độ, bên ngoài được bọc một lớp bông thủy tinh dày δ2=0,05 m, hệ số dẫn nhiệt
λ2=0,055 W/m độ. Ngoài cùng là lớp tole dày 0,5 mm, lớp tole xem như dẫn nhiệt hoàn
toàn.

Trang 20


Khoa Cơng nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

Hình 3.2 Sơ đồ truyền nhiệt qua vách buồng sấy
Ta có: Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy tm = (t1 + t2)/2 = 49oC
tf1 = tm = 49oC
tf2 = t0 = 30oC
Không khí trong buồng sấy chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ v t = 2,63 m/s.
Mật độ dòng nhiệt được tính:
q1=α1.(tf1-tw1)
Do vt < 5 m/s nên α1 = 6,15 +4,17.vt = 17,12 W/m
 qmt1 = 17,12.(49-tw1) W/m2
Truyền nhiệt qua tấm thép là bài toán dẫn nhiệt qua vách phẳng có mật độ dịng
nhiệt:
qmt2 =

λ1
.(t −t )
δ 1 w1 w 2

λ
δ1

1
Hệ số dẫn nhiêt trên một đơn vị bề dày =

50
=25000 W/m2
0,002

Do quá lớn nên xem như tw1 = tw2
 qmt2 = 0
Truyền nhiệt qua lớp bông thủy tinh cũng là dẫn nhiệt qua vách phẳng:
qmt3 =

λ2
.(t −t )
δ 2 w2 w 3

 qmt3 = 1,1.(t w 2−t w 3)
Tỏa nhiệt ra mơi trường bên ngồi xem như đói lưu tự nhiên chảy rối với hệ số tỏa
nhiệt:
α2 = 1,715.( t w 3−t f 2 ) .0,333
 qmt4 = α2.(tw2-tf2) = 1,715.( t w 3−30 ) 1,333
Giả sử quá trình truyền nhiệt là ổn định, ta có: qmt1 = qmt2 = qmt3 = qmt4
 qmt1 = 17,12.(49-tw1)
 qmt3 = 1,1.(tw1-tw3)
 qmt4 = 1,715.(tw3-32)1,333
Ta cần tìm các giá trị tw1, tw3, α4. Ta giả định tw1 rồi tìm tw3, α2 theo tw1
tw3 = tw1 -

qmt 1
1,1

α2 = 1,715.(tw3 - 30) 0,333

Trang 21


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

Vậy chọn:
 Nhiệt độ bề mặt trong tw1 = 48oC
 Nhiệt độ bề mặt ngoài tw3 = 32,5oC
 Hệ số tỏa nhiệt ra bên ngồi α2 = 2,3 W/m2.K
Mật độ dịng nhiệt trun qua một đơn vị diện tích bê mặt truyền nhiệt:
q = k.(tf1-tf2)
Hệ số truyền nhiệt

 q = 0,713.(49-30) = 13,55 W/m2 = 48,78 kJ/m2h
Tổn thất nhiệt ra môi trường:
Qmt = Sxq x q = 41,45 x 48,78 = 2021,931 kJ/h = 1294,04 kJ/mẻ
qmt =

Qmt 1294,04
=
= 14,38 kJ/kg ẩm
W
90

Do đó: Δ = Cn1 – qvl - qmt = 4,186.30 - 31,33 - 14,38 = 80 kJ/kg ẩm

3.6 Cách xác định đường sấy thực tế
Hình 3.3 Quá trình sấy lý thuyết và sấy thực trên đồ thị I-d

Điểm sấy thực tế 2’ được xác định theo công thức:

Trang 22


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

Điểm 2’ của q trình sấy thực tế gồm các thơng số: t 2’ = t2 = 38oC; I2’ = 106,57
kJ/kgKKK.
Từ đó tra đồ thị ta có được: d2’ = 26,5 g ẩm/kgKKK và φ2’ = 62,5%.
Lượng tác nhân cần thực tế trong 1 mẻ:

Nhiệt lượng tiêu hao cho cả quá trình sấy thực trong 1 mẻ:
Q = L(I2’ - I0) + Qvls + Qmt - Wθ1Cn
= 10588,24.(106,57 – 78,5) + 2820 + 1294,04 - 90.30.4,186
= 307427,4 kJ/mẻ = 480355,31 kJ/h
= 133,43 kW

Bảng 3.1 Cân bằng nhiệt lượng và hiệu suất buồng sấy
STT

Đại lượng

Ký hiệu

Đơn vị
kJ/kg ẩm

Hiệu suất (%)

1

Nhiệt lượng có ích

q1

2444,416

71,39

2

Tổn thất do TNS mang đi

qtn

934,044

27,28

3

Tổn thất do VLS mang đi

qv

31,33

0,92

4

Tổn thất ra môi trường

qmt

14,38

0,41

5

Tổng nhiệt lượng tiêu hao

q

3424,17

100

Trang 23


Khoa Cơng nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

CHƯƠNG 4

TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ
4.1 Bề dày thiết bị
4.1.1 Lưới:
Áp suất trên lưới:

P=

g×G 9 , 81×500
=
=981 N /m2
S
5

δ=D×

Chiều dày lưới tính theo cơng thức:
Trong đó:

√

K×P
+C
[ σ ] ×ψ

 ψ - Hệ số hàm yếu do lưới có đục lỗ.

ψ=

D−n×d l 2,5−2. 2,5 .10−3
=

=0 , 998
D
2,5

 K - Hệ số cấu tạo ( Lắp bằng bu long): K = 0,187

 [ σ ] - Ứng suất cho phép của thép CT3: [ σ ] = 140.106 N/m2
 D = 2,5 m
 C - Hệ số bổ sung do tính tốn và độ mài mịn

⇒ δ=2,5×

√

0 , 187×981
+C=2 ,86 mm+C
140. 106 ×0 ,998

Chọn C = 0 ⇒ δ=2 , 86 mm≈3 mm
 Vậy bề dày lưới là: 3 mm
4.1.2 Buồng sấy:
Thân buồng sấy chịu tác dụng của lực nén chiều dọc trục
Theo điều kiện bền khi l ≤ 5 D. Ta có:
Bề dày buồng sấy:

δ

} } = { {P} over {π times D times left [σ rSub { size 8{n} } right ]} } } {¿

¿

Trong đó:
 P - Lực nén dọc chiều trục: P=500×9 ,81=4905 N


[ σ ] - Ứng suất nén cho phép của vật liệu chế tạo;

Trang 24


Khoa Công nghệ Nhiệt-lạnh

Đồ án Cung cấp nhiệt

Chọn vật liệu chế tạo là thép CT3
= 140 N/mm2 = 140.106 N/m2
 C: Hệ số bổ sung do tính tốn và độ mài mòn

Chọn: C = 2 mm ⇒δ

} } =2 ital mm} { ¿ ¿

¿

 Vậy bề dày thép chế tạo buồng sấy là: 2mm



Kiểm tra lại trong điều kiện hoạt động ổn định:
Ta có: δ

} >= sqrt { {P} over {π times K rSub { size 8{c} times E} } {¿

¿

Trong đó:
 Modun đàn hồi:
 Khi:


Vậy:

√

thì:

D
- Thơng số này phụ phuộc vào trị số : 2×S

√

P
4905
=
=0 , 26 mm
π×K c×E
π×0 , 118×19,6 . 104

 Ta thấy δ” = 2 mm hoàn toàn thỏa mãn điều kiện hoạt động ổn định.
4.2 Bộ phận nhập liệu

Chọn bộ phận nhập liệu dạng băng tải. Vì:
 Khác với các thiết bị vận chuyển khác, băng tải có chiều dài vận chuyển khá
lớn, năng suất cao kết hợp với kết cấu đơn giản, nhỏ, làm việc tin cậy, thuận
tiện.
 Ngày nay đã sản xuất được các loại băng tải độ bền cao, chiều rộng lớn lên
đến 3m, chiều dài khơng bị giới hạn và có thể đi rất xa do áp dụng các đoạn
liên kết nhau.
 Phù hợp với các dạng vận chuyển, giá thành khơng cao, đảm bảo an tồn, tiêu
tốn năng lượng ít, số lượng cơng nhân vận hành ít.
 Đối với đề tài việc sử dụng băng tải rất thuận tiện đảm bảo chất lượng hạt thóc
trước khi vào buồng sấy, khơng bị vỡ,....
Năng suất thể tích của băng tải được tính theo công thức:

Trang 25