TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG sấy NGÔ TẦNG sôi

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TẦNG SƠI ĐỂ SẤY NGƠ,
NĂNG SUẤT 400KG/H
LỜI MỞ ĐẦU
Các q trình và thiết bị là tập hợp các môn học cơ sở rất quan trọng cho sinh viên
ngành sinh học thực phẩm, nhằm giúp cho sinh viên có khả năng tính tốn, thiết kế
thiết bị, khả năng vận hành, cải tiến hoặc đề xuất những thiết bị thích ứng cho một
cơng nghệ cụ thể với năng suất và hiệu quả cao. Đồ án 1 Qúa trình và thiết bị là cơ
hộ tốt cho sinh viên nắm vững kiến thức đã học; tiếp cận với thực tế thơng qua việc
tính tốn , lựa chọn quy trình và các thiết bị với số liệu cụ thể. Đây là cơ sở để sinh
viên dễ dàng nắm bắt công nhệ và giải quyết các vấn đề kỹ thuật tổng hợp một
cách nhanh chóng, phục vụ cho cơng việc sau này.
Trong cơng nghệ hóa học và thực phẩm có rất nhiều yêu cầu sản xuất khác nhau,
một trong những yêu cầu đó là sấy các nguyên liệu, mục đích của q trình này là
làm hạt đạt được độ ẩm an toàn trước khi đưa vào kho bảo quản và tạo điều kiện
thuận lợi cho các quá trình tiếp theo.Có nhiều phương pháp được sử dụng khác
nhau, nhưng đối với trường hợp sấy tầng sôi người ta thường sử dụng thiết bị sấy
tầng sôi rung hoặc thiết bị sấy tầng sơi dạng hình hộp.
Nhiện vụ của đồ án chun ngành là: tính tốn thiết kế hệ thống sấy tầng sôi để sấy
ngô, năng suất 400kg/h. Ở đây em xin chọn thiết bị sấy tầng sôi 1 tầng.
Em xin chân thành cảm ơn các q thầy cơ bộ mơn Máy và Thiết Bị thực phẩm, các
bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hồn
thành đồ án khơng thể khơng có sai sót, em kính mong q thầy cơ góp ý, chỉ dẫn.


Phần 1

Mở đầu
1.1.SƠ LƯỢC VỀ NGƠ, TÍNH CHẤT, ỨNG DỤNG:

Ngơ là một loại cây lương thực được thuần canh tại khu vực Trung Mỹ và sau đó
lan tỏa ra khắp Châu Mỹ. Ngơ lan tỏa ra ra phần cịn lại của thế giới sau khi có tiếp

xúc của người Châu Âu với Châu Mỹ vào cuối thế kỷ 15, đầu thế kỷ 16.
Ngô là cây lương thực được gieo trồng nhiều nhất tại Châu Mỹ (Chỉ riêng tại Hoa
Kỳ thì sản lượng đã là khoảng 270 triệu tấn mỗi năm). Nó vừa là lương thực vừa là
thức ăn gia súc rất quan trọng, đứng hàng thứ ba trên thế giới. Diện tích trồng ngơ
hằng năm của thế giới hiện nay khoảng 129 triệu ha, năng suất bình quân khoảng
3,8 triệu tấn/ha, tổng sản lượng ngô trên 525 triệu tấn. Hầu như 100% diện tích ngơ
của các nước tiên tiến đều được trồng bằng các giống ngô lai nên đạt năng suất
bình qn 7-9,4 tấn/ha.
Ở Việt Nam, ngơ là loại cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa.Ngô được trồng
khắp nơi, từ đồng bằng đến trung du và khá nhiều ở miền núi. Diên tích ngơ của
Việt Nam tang dần từ 119000 ha(1939) lên 392000 ha(1985) và khoảng 730000
ha(1998). Hiện nay, Việt Nam cũng đã bước đầu xuất khẩu được giống ngô lai cho
các nước trong khu vực.
Các cơ quan sinh dưỡng của ngô gồm: rễ, than, lá làm nhiệm vụ duy trì đời sống
của cây ngơ. Phơi và hạt là khởi thủy của cây mầm.
Các cơ quan sinh sản đực( bông cờ) và cái( mầm bắp) khác biệt nhau nhưng nằm
trên cùng một cây. Ngô giao phấn chéo nhờ gió và cơn trùng.
Khi thu hoạch, con người chỉ sử dụng hạt ngô làm thực phẩm. Hạt ngô thuộc loại
quả dĩnh gồm 4 bộ phận chính: vỏ hạt, lớp aleron, phôi, và nội nhũ.
Vỏ hạt( chiếm 6-9% khối lượng hạt ngơ): là một màng nhẵn bao bọc xung
quanh hạt có màu trắng, màu tím hoặc vàng tùy thuộc vào giống.
-

Lớp aleron(6-8%): nằm sau vỏ hạt bao bọc lấy nội nhũ và phơi.

Nội nhũ(70-85%): là bộ phận chính chứa đầy các chất dinh dưỡng để nuôi
phôi. Nội nhũ chứa tinh bột. Tinh bột nội nhũ gồm 3 loại: bột, sừng, pha lê. Đặc
điểm và màu sắc nội nhũ là căn cứ để phân loại ngô.

Phôi(8-15%): bao gồm lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ mầm, và chồi mầm. Phơi
ngơ chiếm gần 1/3 thể tích hạt, bao quanh phơi có lớp tế bào xốp giúp cho vận
chuyển nước vào phôi và ngược lại thuận lợi.
Thành phần hóa học của hạt ngơ:
Thành phần hóa học
( % khối lượng)
Nước
Chất đạm
Chất béo
Tinh bột
Xơ
Chất khống
Sing tố
Các chất khác

Ngơ nếp

Ngơ đá vàng

14,67
9,19
5,18
65,34
3,25
1,32
0,08
0,40

13,65
9,17

5,14
67,02
3,61
1,32
0,05
0,33

1.2.SƠ LƯỢC VỀ QÚA TRÌNH SẤY, 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 khô 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 vận 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 nhịêt 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 thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bị sấy ra ba
nhóm chính:


+ Sấy đối lưu
+ Sấy tiếp xúc
+ 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 sơi
+ 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 nơng sản.
Bộ phận chính của TBS tầng sơi là một buồng sấy, phía dưới buồng sấy đặt một
ghi lị.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 đử lớn, tác nhân
sấy nâng các hạt vật liệu lên và làm cho lớp hạt xáo trộn.Qúa trình sơi này là q
trình trao đổi nhiệt ẩm mãnh nhiệt 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 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 sôi 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:
Phần 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
2.1.CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Các ký hiệu sử dụng:
G1: năng suất nhập liệu của vật liệu sấy
G2: năng suất sản phẩm sau khi sấy
w1: độ ẩm trên căn bản vật liệu ướt trước khi sấy
w2: 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 sấy
d2: hàm ẩm của khơng khí trên căn bản khơng khí khơ sau khi sấy
W: năng suất tách ẩm
L: lượng khơng khí khơ cần thiết
l: lượng khơng khí khơ cần thiết để tách 1 kg ẩm ra khỏi vật liệu
2.1.1.Các thơng số cơ bản:
2.1.1.1.Đối với khơng khí:
a.Trạng thái ban đầu của khơng khí:

t0= 200C
φ0 = 85%
Từ cặp thông số ( t0 = 200C, ω = 85%) ta dùng cơng thức giải tích hoặc là dùng
phương pháp đồ thị I – d ta tìm được các thơng số ứng với các điểm tương ứng trên
đồ thị.
+ Áp suất hơi của hơi nước tại nhiệt độ môi trường t0=200C là:


Pb 0 = exp[12 −

4026.42
4026.42
] = exp[12 −
] = 0.0233(bar )
235.5 + t 0
235.5 + 20

+ Hàm ẩm của không khí ngồi trời trước khi vào calorifer:
d 0 = 0,621.

d 0 = 0,621

ϕ 0 . Pbh 0
P − ϕ 0 . P bh 0

0,85.0,0233
= 0,0126
745
− 0,85.0,0233
750

+ Entanpi của khơng khí ẩm ở nhiệt độ môi trường t0=200C:
I0 = 1,004.t0 + d0(2500 + 1,842.t0)
I0 = 1,004.20 +0,0126(2500 +1,842.20) =52,044 (kJ/kgkk)
+ Nhiệt dung riêng dẫn xuất :
Cdx(d0) = Cpk + Cpa.d0

theo công thức

Cdx(d0) =1,004 + 1,842.0,0126= 1,027 (kJ/kg)
b.Thông số của tác nhân sấy tại điểm sau khi ra khỏi calorifer:
Thông số: t1 = 900C, với d1 = d0 = 0,0126 (kg/kgkk )
+ Entanpi của khơng khí ẩm ở nhiệt độ mơi trường t1=800C:
I1 = 1,004.t1 + d1.(2500 + 1,842.t1)

theo công thức

I1 = 1,004.90 + 0,0126.(2500 + 1,842.90) =123,95(kj/kgkk)
+ Nhiệt dung riêng dẫn xuất :
Cdx(d1) = Cpk + Cpa.d1

theo công thức

Cdx(d1) =1,004 + 1,842.0,0126= 1,027 (kJ/kg)
+ Phân áp suất bão hoà hơi nước ở nhiệt độ t1= 900C là:

4026,42 

Pbh = exp12 −


235,5 + t1 



theo công thức 2.31 Trang 31


4026,42 
Pbh1 = exp12 − 235,5 + 90  = 0,69( bar )




+ Độ ẩm tương đối:
ϕ1 =

B.d 1
Pbh1 (0.621 + d1 )

745
750 .0,0126
ϕ1 = 0,69.( 0,621 + 0,0126) = 2,9(%)

c.Thông số của tác nhân sấy ra khỏi buồng sấy sau q trình sấy lý thuyết.
Thơng số:t2=450C;

I20=I1=123,95 (kJ/kgkkk)

+ Hàm ẩm của khơng khí nóng sau khi ra khỏi hầm sấy:

d 20 = d 1 +
d 20 = 0,0126 +

C dx ( d 1 ).(t1 − t 2 )
r + C pb .t2

1,027 .( 90 − 45 )
= 0,0305 ( kg / kgkk )
2500 + 1,842 .45

+ Phân áp suất bão hòa hơi nước Pb2 ở nhiệt độ t2 = 450C là :

4026,42 

Pbh 20 = exp12 −

235,5 + t 2 


Pbh 20 = exp(12 −

4026,42
) = 0,095(bar )
235,5 + 45

+ Độ ẩm tương đối ϕ20 là:
ϕ 20 =

B.d 20
Pbh 20 (0.621 + d 20 )

745
750 .0,0305
ϕ 20 = 0095.( 0,621 + 0,0305) 50
=
,

(%)

2.1.1.2.Đối với vật liệu sấy( ngô)


Theo tài liệu kỹ thuật sấy nông sản- Trần Văn Phú, Lê Ngun Dương ta có các
thơng số kích thước sau của ngơ
•

Các kích thước của ngơ:

-

Dài: l= 6,4mm

-

Rộng: a= 2,8mm

-

Dày: b= 2,65mm

-

Đường kính tương đương: d= 7,5mm

-

Hệ số hình dạng: φhd= 1,03

•

Các thơng số khác:

-

Nhiệt dung riêng: C= 1,5 kj/kg.k

-

Hệ số dẫn nhiệt: λ= 0,09 W/mk

-

Khối lượng riêng rắn: ρr= 1253kg/m3

-

Độ xốp: ε= 0,56

-

Diện tích bề mặt riêng khối lượng: f= 1,31m2/kg

-

Khối lượng riêng xốp: ρv= 850kg/m3

•

Vật liệu trước khi vào thiết bị sấy, ta chọn

θ1= 200C
ω1= 20%
•
Vật liệu sau khi ra thiết bị sấy, chọn nhiệt độ ra của ngơ nhỏ hơn nhiệt độ
của khơng khí khoảng 50C
θ2= 400C
ω2= 13%, độ ẩm bảo quản ngô.
2.1.2.Năng suất tách ẩm
W = G2

ω1 − ω 2
0,20 − 0,13
= 400 ×
= 35kg / h
1 − ω1
1 − 0,2


Năng suất nhập liệu:
G1=G2+ W= 400+35= 435kg/h

Lượng vật liệu khô tuyệt đối được sấy trong 1 giờ là:
Gk=G2(1-w2)=400(1-0,13)=348kg/h
Lượng khơng khí khô cần thiết để tách 1 kg ẩm:
l

1

l = d − d = 0,0326 − 0,0126 = 50(kgkk / kgam)
2
1
Lượng khơng khí khơ cần thiết cho q trình:
L = W.l = 35.50= 1750 kg/h
2.2. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
2.2.1.Tính cân bằng nhiệt
Nhiệt lượng vào:
-

Nhiệt lượng do khơng khí mang vào: LI0

-

Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: G2Cvlθ1+CnWθ1

-

Nhiệt lượng do calorife cung cấp: Qc

Tổng nhiệt lượng vào: LI0+G2Cvl θ1+CnW θ1+Qc
Nhiệt lượng ra:
-Nhiệt lượng do khơng khí ra:LI2

-Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2Cvl θ2
-Nhiệt lượng tồn thất trong quá trình sấy: Qm
Tổng nhệt lượng ra:LI2+G2Cvl θ2+Qm
Từ phương trình cân bằng năng lượng ta có:Qc=L(I2-I0)+G2Cvl(θ2-θ1)+Qm-CnWθ1
Viết cho 1 kg ẩm bốc hơi:
qc= l(I2 –I1)+ qvl+qm-Cn θ1
qc=l(I1-I0)=l(I2-I1)+ qvl + qm - Cn θ1
Với :


∆ = Cnθ1 − qvl − qm

I2 = I 1 +

∆
l

Đối với quá trình sấy lý thuyết:
qc =l( I2- I0) = 50.( 123,95-52,044)=3695,3 (kj/kgẩm)
Đối với quá trình sấy thực tế: lúc này giá trị

sẽ khác 0

Nhiệt dung riêng của nước:
Cn = 4,18kj/kg 0K
Nhiệt dung riêng của vật liệu:
Cvl = 1,5(1-0,13) + 4,18 . 0,13 = 1,85 kj/kg.K
Với 1,5 là nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối
Qvl = G2Cvl( θ 2 − θ1 ) = 400 . 1,85 . (40 -20) = 14800 kj/h
qvl =

Qv 14800
=
= 422,86 KJ/Kg am
W
35

Nhiệt lượng hữu ích cần bốc hơi kg ẩm:
q0= 2500 + 1,842 t2 – Cn. θ1
=2500 + 1,842 . 45 - 4,18 . 20 = 2499,3kj/kgẩm
Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: giả sử nhiệt tổn thất ra môi trường xung
quanh bằng 5% của tổng nhiệt lượng hữu ích.
Do đó ta có:
qm= 5%.q0= 124,97 kj/kgẩm
∆ = Cnθ1 − qvl − qm = −464,23(kJ / kgam)

Ta thấy

<0, quá trình sấy thực tế sẽ nằm dưới đường lý thuyết.

2.2.2. Tính q trình sấy thực
Lượng chứa ẩm d2


d2 = d0 +

Cd 0 .(t1 − t 2 )
1,027.(90 − 45)
= 0,0126 +
= 0,028

i2 − ∆
(2500 + 1,842.45) + 464,23

kg ẩm/kgkk

Entanpi I2
I2=1,004.t2+d2.(2500+1,842.t2)
I2=1,004.45+0,028.(2500+1,842.45)=117,5 kJ/kg kk
Độ ẩm tương đối.
ϕ2 =

B.d 2
Pbh 2 (0,621 + d 2 )

745
750 .0,028
ϕ 2 = 0,095 0,621 + 0,028) = 49,1 (%)
.(

Khối lượng khơng khí khơ.
l=

1
1
=
= 64,94 kg kk/kg ẩm
d 2 − d 0 0,028 − 0,0126

và

L=W.l=35.64,94=2272,73 kg kk/h

Nhiệt lượng tiêu hao q
q =l.(I1-I0)=64,94.(123,95-52,044)=4669,58 kJ/kg ẩm
Tổn thất nhiệt do tác nhân sây mang đi
q2=l.Cdx(d0).(t2-t0)=64,94.1,027.(45-20)=1667,34 kJ/kg ẩm
Tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’:
q’=q1+q2+qm+qvl=2499,3+1667,34+124,97+422,86=4714,46 kJ/kg ẩm
Δq=q’-q=4714,46-4669,58=44,88 kJ/kg ẩm
Hay sai số: ε =

q − q'
qmax

=

4669,58 − 4714,46
4714,46

= 0,95% (chấp nhận được)


Phần 3

TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH

Chọn thiết bị sấy có tiết diện trịn, lưới phân phối có dạng tấm được đục lỗ cho
không khi đi lên.
Các thông số của tác nhân khơng khí trong thiết bị sấy tầng sơi:
Nhiệt độ tác nhân vào:

Nhiệt độ tác nhân ra:

t1 = 90 0 C
t 2 = 450 C

Nhiệt độ tính tốn trung bình:

t = 67,50 C

Khối lượng riêng: ρ k = 1,037kg / m 3
Độ nhớt động học: vk = 19,75.10 −6 m 2 / s
Độ nhớt động lực học: µ k = 20,45.10 −6 Ns / m 2
Hệ số dẫn nhiệt: λk = 2,95.10 −2 W / m 0 K
= 10,62.10-2 Kj/mh0K
3.1.XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ TỚI HẠN
Chuẩn số Arsimet:
d 3 ( ρ r − ρ k ) g (7,5.10 −3 ) 3 (1253 − 1,037).9,81
=
= 12,81.10 6
Ar=
2
−6 2
(19,75.10 ) .1,037
vk ρ k

Chuẩn số Reynold tới hạn: ε 0 = 0,4
1− ε

1,75
0

Reth = Ar (150 ε 3 + ε 3 Ar ) -1 =636,6
0
0

Tốc độ tới hạn:
Re th v k 636,6.19,75.10 −6
=
= 1,68m / s
7,5.10 −3
Vth= d


3.2.Xác định tốc độ tối ưu
Chuẩn số Fedorov:
Fe = d 3

4( ρ r − ρ k ) g
4(1253 − 1,037)9,81
= 7.5.10 −3 3
= 257,5
2
3(19,75.10 −6 ) 21,037
3vk ρ k

Tốc độ làm việc tối ưu lấy theo tiêu chuẩn:
Re = 0,224.Re1,56 =1291,4
Re tu .vk 1291,4.19,75.10 −6
=
= 3,4m / s
7,5.10 −3

Vtư= d

3.3.TỐC ĐỘ CỦA TÁC NHÂN TRONG TẦNG SÔI
Chọn độ xốp của ngô trong tầng sôi là: ε = 0,65
Chuẩn số Arsimet:
Ar=12,81.106
Chuẩn số Ly được tra từ đồ thị Ly = f(Ar), ta có:
Ly= 200
Vận tốc của tác nhân trong tầng sơi được tính theo cơng thức:
vk = 3

Ly.µk .g ( ρ r − ρ k )
ρk

vk =3,645

Hệ số giả lỏng của ngơ trong tầng sơi:
v

3,645

k
K= v = 2,89 = 1,26
th

Vì nhiệt độ trong buồng sấy nhỏ hơn nhiệt độ trên bề mặt lưới phân phối, nên nhiệt
độ của tác nhân trên bề mặt lưới phân phối là:
v1 = vk

273 + t1

273 + 90
= 3,645
= 3,886
273 + t
273 + 67,5

Tốc độ thực cuả tác nhân qua lớp giả lỏng:


vkt =

vk

ε

=

3,645
= 5,6m / s
0,65

3.4.Tốc độ TNS trong lỗ lưới
Chọn diện tích lỗ lưới so với bề mặt ghi sấy: b=0,65
Khi đó:
vkl =

3,4
vtu
=
= 5,23m / s

0,65
b

3.5.TỐC ĐỘ CÂN BẰNG:
Khi vật liệu bắt đầu bị lôi cuốn:
Chuẩn số Reynold:
Re =

Ar
12,81.10 6
=
= 5819,41
18 + 0,61 Ar 18 + 0,61 12,81.10 6

Chuẩn số Liasenco:
Ly =

Re 3 5819,413
=
= 15384,6
Ar 12,81.10 6

Vận tốc cân bằng của ngơ:
vc = 3

Ly.µ k .g .( ρ r − ρ k )
15384,6.20,45.10 −6.9,81.(1253 − 1,037)
=3
= 15,32m / s
2

1,037 2
ρk

3.6.Khối lượng vật liệu trên ghi
Chọn sơ bộ chiều cao lớp hạt nằm trên ghi: H=0,25m
Chuẩn số Nu:
Nu = 0,0283.Fe . Re
0,6

0 , 65

H
.
d

−0 , 34

= 25,3


α=

Nu.λk 25,3.2,95.10 −2
=
= 99,5(W
d
0,0075

/ m 2 .K )

Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình:
(t1 − θ1 ) − (t 2 − θ 2 ) (90 − 20) − (45 − 40)
=
= 24,6 K
70
t1 − θ1
ln
ln
5
t2 − θ 2

∆t =

Khối lượng vật liệu thường xuyên nằm trên ghi:
G=

W .q '.ρ .d 35.2922,16.1253.0,0075
=
= 65,45( kg )
6.α .∆t
6.99,5.24,6

3.6.KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ:
3.6.1.Lưới phân phối:
Diện tích:
Fp =

L
2272,73
=

= 0.2m 2
3600.ρ k vtu 1,037.3,4.3600

Đường kính tương đương:
D=

4.Fp

π

= 0,5m

Đường kính lỗ lưới: dựa vào kích thước của hạt vật liệu, để hạt khơng lọt qua, ta
chọn lỗ có đường kính 2,5mm
Chọn lưới có cách đục lỗ như sau:
…………………….
3.6.2. Buồng sấy
a.Ghi buồng sấy
Diện tích:
FG = 1,5.Fp=0.3(m2)


D=0,62 m
b.Khối lượng vật liệu trên ghi
Chọn sơ bộ chiều cao lớp hạt nằm trên ghi: H0=0,25m
Chuẩn số Nu:
Nu = 0,0283.Fe 0,6 . Re 0,65 .

α=

H
d

−0 , 34

= 25,3

Nu.λk 25,3.2,95.10 −2
=
= 99,5(W
d
0,0075

/ m 2 .K )

Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình:
∆t =

(t1 − θ1 ) − (t 2 − θ 2 ) (90 − 20) − (45 − 40)
=
= 24,6 K
70
t1 − θ1
ln
ln
5
t2 − θ 2

Khối lượng vật liệu thường xuyên nằm trên ghi:
G=

W .q '.ρ .d 35.2922,16.1253.0,0075
=
= 65,45( kg )
6.α .∆t
6.99,5.24,6
G

65,45

Tính lại : H 0 = F .ρ = 0,3.1253.0,65 = 0,27m
G
kh
G = 64,45.

0,27
= 70(kg )
0,25

b.Chiều cao buồng sấy:
Bao gồm chiều cao lớp giả lỏng và chiều cao buồng phân ly
-Chiều cao lớp giả lỏng:
H = H0

1− ε0
1 − 0,4
= 0,27
= 0,463m
1− ε
1 − 0,65

Để đảm bảo chế độ thủy động tốt, ta chọn chiều cao lớp tầng sôi bằng bốn lần
chiều cao vùng ổn định. Tức là:
H= 4.H0= 4.0,27=1.1m
-Chiều cao buồng phân ly:


Để đảm bảo cho quá trình hoạt động, ta chọn chiều cao buồng phân ly bằng 3 lần
chiều cao lớp tầng sơi:
Hpl=3.1,1=3,3m
-Vậy chiều cao chính của buồng sấy tính từ lưới phân phối là:
H = H + Hpl= 1,1+3,3= 4,4m
3.7.BỀ DÀY THIẾT BỊ:
3.7.1.Lưới:
Áp suất trên lưới:
P=

g .G 9,81.70
=
= 2289( N / m 2 )
FG
0,3

Chiều dày lưới tính theo cơng thức:
S= D

K .P
+C
[σ ].ψ

Trong đó:
-ψ : hệ số hàm yếu do lưới có đục lỗ:
ψ =

D − n.d1 t 2 − 2d1 7 2 − 2.2,5
=
=
D
t 2
7 2

=0,495
-K= 0,187:Hệ số cấu tạo( lắp bằng bulong)
- [σ ] = 140.106 N / m 2
-D= 0,62m
-C : hệ số bổ sung do tính tốn và độ mài mịn.
=> S= 1,54+C.
Chọn: C = 2,4mm


S= 3,94 mm


Vậy bề dày lưới là:Chọn S=4mm
3.7.2.Buồng sấy:
Thân buồng sấy chịu tác dụng của lực nén chiều trục.
Theo điều kiện bền khi l
S=

ta có:

P
π .D.[σ n ]

Trong đó:
P: lực nén chiều trục
P= 70.9,81=686,7N

[σ n ] : ứng suất cho phép khi nén của vật liệu chế tạo
[σ ] = 140 N / mm 2 = 140.106 N / m (chọn vật liệu chế tạo là thép CT3)
S=

686,7
+ C = 2,5.10 −3 + C
π .620.140

mm

C: hệ số bổ sung
Chọn: C=2,5mm =>S= 5mm
+ Điều kiện ổn định:
Ta có:
S≥

P
π .K c .E

Trong đó:
E= 19,6.104 N/mm2 (mơdun đàn hồi)
Khi:

D 620
=
= 62
2.S 2.5

Thì Kc=0,0506( thơng số này phụ thuộc vào trị số

)


Vậy:

P
686,7
=
= 0,15mm
π × Kc × E
π × 0,0506 × 19,6 × 10 4

Ta thấy S=5mm thỏa mãn điều kiện ổn định.
+Điều kiện bền:
σ = Kc × E ×

S
5
= 0,0506 × 19,6 × 10 4 ×
= 80
D
620

Vìσ = 80< [σ] = 140 nên thỏa mãn điều kiện bền.
Vậy chiều dày thiết bị là S= 5 mm
3.8. BỘ PHẬN NHẬP LIỆU:
Chọn bộ phân nhập liệu dạng vít xoắn, vít xoắn đặt nằm ngang
Năng suất của vít tải được tính theo cơng thức:
Q= 47.D2.n.s.ρ.φ.C kg/h
Trong đó:
D: đường kính ngồi của cánh vít, m
n: số vịng quay của trục vít, v/ph. Số vịng quay lớn nhất của trục vít có thể xác
định theo cơng thức thực nghiệm:
n=

A
v/ph
D

A: hệ số thực nghiệm, chọn A = 50
s: bước vít, s = (0,8 – 1)D. chọn s = D,m
ρ: khối lượng riêng của ngô, ρ=1253 kg/m3
φ: hệ số chứa đầy, đối với ngô ta chọn 0,4
C: hệ số tính tới việc giảm năng suất khi vít tải đặt nghiêng. Trong trường hợp này
do vít tải nằm ngang nên C= 1


Q

D5/2 = 47. A.ρ .ϕ.C => D = 0,042m

Chọn đường kính cuả cánh vít theo tiêu chuẩn là 0,05m, bước vít 0,05m

Cơng suất của động cơ truyền động cho vít tải: đối với vít tải nằm ngang ta sử
dụng cơng thức sau
N = C0 ×

Q×L
KW
367 × η

Trong đó:
Q: năng suất của vít tải, kg/h
C0: hệ số trở lực được xác định bằng thực nghiệm. Đối với ngô ta chọn bằng 1,2
L: chiều dài vít tải, chọn L=2m
ɳ: hiệu suất truyền động của động cơ, chọn bằng 0,85


N= 3,35kW

3.9. BỘ PHẬN THÁO LIỆU:
Ở đây ta chọn bộ phận tháo liệu là một ống hình trịn, đường kính là 200mm. Ngơ khi đạt
đến độ khô cần thiết sẽ nổi lên trên và tự động được đưa ra ngoài theo ống tháo liệu này. Sở
dĩ ngơ có thể tự động ra ngồi là do tính chất đặc biệt của lớp hạt ở trạng thái tầng sôi, lúc
này hạt giống như là một khối chất lỏng và có thể tự chảy ra ngồi.

Phần 4. TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
4.1.CALORIFE
Nhiên liệu sử dụng ở đây là dầu FO. Để cho nhiệt độ của khơng khí được ổn định
khi vào buồng sấy, ta có thể tiến hành gia nhiệt khơng khí một cách gián tiếp; tức
là dùng dầu để đốt lò hơi tạo ra hơi nước bão hòa ở 5 bar (1520 C), sau đó đưa
lượng hơi nước bão hòa này qua thiết bị trao đổi nhiệt với khơng khí. Ưu điểm của

phương pháp này là khơng khí ra khỏi calorife khơng có bụi bẩn, bồ hóng, thóc sau
khi sấy sẽ không bị đen, bẩn thuận lợi cho việc xuất khẩu.Ngồi ra nhiệt độ của
khơng khí ổn định sẽ giúp cho quá trình sấy hoạt động ổn định.
Như vậy calorife ở đây là thiết bị trao đổi nhiệt, ta chọn thiết bị calorife
khí-hơi, tác nhân đun nóng là hơi nước bão hòa ở nhiệt độ 1520C, áp suất 5 bar.
Hơi nước bão hịa đi trong ống cịn khơng khí đi ngồi ống.
Nhiệt lượng cung cấp:


Q=L(I1-I0)
= 2272,73(123,95-52,044)=163423 Kj/h
Chọn hiệu calorife là 0,85
Vậy nhiệt lượng cung cấp có thể kể đến hiệu suất coalorife là
Q = 192262 Kj/h
Chọn ống có đường kính d = 38 × 1 mm
Tiêu hao hơi của calorifer
D=

Qcal
, kJ/kg
ih − i'

Trong đó: ih, entanpi của hơi nước vào calorifer, Ih = i” kJ/kg
i’ , entanpi của nước ngưng, kJ/kg
Với áp suất của hơi nước P = 5bar i” = 2749 kJ/kg
i’ = 640 kJ/kg
D=

53,4
= 0,029(kg / s) = 104,6(kg / h)

2479 − 640

Tính bề mặt truyền nhiệt:
F=

Q
k .∆t tb

∆ tđ = t1đ − t 2c = 152 − 20 = 132 o C
∆ tc = t1c − t 2 đ = 152 − 90 = 62 o C

∆ttb =

∆t đ − ∆tc 132 − 62
=
= 92,6 o C
∆t d
132
ln
ln
62
∆t c

Giả sử lưu tốc khơng khí qua calorife ρυ = 14kg / m 2 .s )
Tra bảng ta được :k=35,2 W/m2.K


F=

Q

53406
=
= 16,4( m 2 )
k .∆ttb 35,2.92,6

Chọn calorife kiểu II loại K Φ 4 có F=21,4m2 và kích thước sau:
Dài A=930mm
Rộng B=520mm
Cao C=240 mm

4.2. CYCLON
Trong hệ thống sấy thường phải có thiết bị cyclone đi kèm để tách bụi ra khỏi
tác nhân sấy hoặc để thu hồi sản phẩm bị lôi cuốn theo. Cyclon hoạt động theo
nguyên lý ly tâm.Cấu tạo và kích thước cơ bản của nó được biểu diễn trên hình vẽ
sau:
Để tìm kích thước của cyclon ta dựa vào bảng quan hệ giữa lưu lượng thể tích tác
nhân( m3/h) và kích thước cyclone cho dưới dạng bảng 12-2( Kỹ thuật sấy nông
sản- Trần Văn Phú, Lê Nguyên Dương).
Lưu lượng khơng khí đi qua cyclon:
Vkk =

L
2272,73
=
= 2191,64 m3/h
ρ kk
1,037

Dựa vào lưu lượng khơng khí và tra bảng 12-2, ta được cyclone có các kích thước
cơ bản như sau:

D= 0,5m

d=0,1m


a= 0,125m

b=0,25m

h1= 0,17m

h2=0,23m

h3=0,4m

D1=0,25m

4.3. TÍNH QUẠT
Các trở lực mà quạt phải khắc phục
-Tổng trở lực ma sát:Σ∆Pms
-Tổng trở lực cục bộ:Σ

ρ ×ω2
ζ
2g

-Trở lực qua calorife ∆PC=25mmH2O
-Trở lực qua cyclon ∆Px
-Trở lực qua buồng sấy
-Trở lực do áp lực động ở đầu ra của quạt

4.3.1. Trở lực:
a.Trở lực từ quạt tới Calorife:
Chọn ống dẫn có đường kính d= 0,25m, chiều dai 5m
Lưu lượng khơng khí:
Vkk=2191,64m3/h
=0,61m3/s
Vận tốc khơng khí:
ω=

V
= 12,5
π ×d2
m/s
4

Chuẩn số Reynol:
Re=

ω×d
v

Hệ số nhớt động học của khơng khí ở 200C: v= 15,06.10-6m2/s


Re= 2,1.105


Dòng chảy ở chế độ rối.
Reynol giới hạn trên:
8

Re gh

 d 7
= 6 td 
 ε 

Trong đó Ɛ là độ nhám tuyệt đối, chọn Ɛ=0,08mm
Regh=59,2.103



Chuẩn số Reynol khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:
9

 d 8
Re n = 220 ×  td  = 1,88 × 10 6
 ε 

Ta thấy Regh1


ε 100  4
 = 0,0175
λ = 0,1 × 1,46 × +

ttd Re 



∆Pms = λ ×

L ω2 × ρ
×
= 28,4 N / m 2 = 2,9mmH 2O
d td
2

-Trở lực đột mở vào Calorife:
ω2 × ρ
∆PC = ζ ×
2

Với : ω=12,5 m/s
Khối lượng riêng của khơng khí ở 200C: ρkk= 1,205 kg/m3
ζ=0,4


∆P = 37,7 N/m2 = 3,85 mm H2O

b.Trở lực đội thu ra khỏi calorife:


∆P = ζ ×

ω2 × ρ
2

Với: ω=12,5 m/s

Khối lượng riêng của khơng khí ở 900C: ρkk = 0,972 kg/m3
ζ = 0,22
∆P = 16,71 N/m2 = 1,7 mm H2O



c.Trở lực do áp lực động quạt thổi:
∆P =

ω 2 × ρ 12,52.1,205
=
= 94,2 N / m 2 = 9,6mmH 2O
2
2

d.Trở lực đoạn uốn cong vào buồng sấy:
ω 2 .ρ
∆P= ζ.
2

ρ = 0,972 kg/m3
ζ = 0,07
∆P = 5,32 N/m2=0,55 mmH2O



e.Trở lực đường ống từ calorife đến buồng sấy:
Chọn ống dẫn có chiều dài 3m
Chuẩn số Reynol:
Re =

ω .d
v

Hệ số nhớt động học của khơng khí ở 900C: v=21,97.10-6m2/s, và khối lượng riêng:
ρ= 0,972 kg/m3


Re= 0,9354.106

Do dòng chảy ở chế độ rối.

ε 100 

λ = 0,1 × 1,46 ×
+

d td Re 



0 , 25

= 0,0155