tính toán hệ thống chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp hai cấu tử: acetone và nước

Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU ĐẦU ĐỀ ĐỒ ÁN
Sấy là phương pháp thường dùng trong công nghiệp và đời sống. Kết quả
của quá trình sấy làm cho hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên. Điều đó có ý
nghóa quan trọng trên nhiều phương diện khác nhau. Ví dụ: đối với các nông sản
và thực phẩm nhằm tăng cường tính bền vững trong bảo quản, đối với các nhiên
liệu ( than, củi) được nâng cao lượng nhiệt cháy, đối với gốm sứ làm tăng độ bền
cơ học, giảm chi phí vận chuyển…
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi
trạng thái của pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Hầu hết các vật liệu trong quá
trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước nên người ta thường gọi là ẩm.
Tùy theo quá trình cấp nhiệt cho ẩm mà người ta phân ra các phương pháp
sấy khác nhau: cấp nhiệt bằng đối lưu gọi là sấy đối lưu, cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt
gọi là sấy tiếp xúc, cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ…
Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt, cục nhỏ.
Hệ thống sấy thùng quay cũng là hệ thống sấy đối lưu. Trong đồ án này, em xin
trình bày về qui trình công nghệ và thiết bò sấy thùng quay dùng để sấy đường với
năng xuất đầu ra là 1200kg/h.
GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU.
Nước ta là một nước nhiệt đới nên đường được sản xuất chủ yếu từ cây mía.
Đường được đem đi sấy là những tinh thể saccharose, có kích thước trung bình là
0,8 mm.
Saccarose là một đường kép có công thức phân tử là C
12
H
22
O
11

, gồm 2 phân
tử α - D - glucose và β - D - fructose liên kết với nhau bằng liên kết 1,2 –
glucoside.
Do đó saccarose không còn tính khử, không tạo được osazone. Nó bò
caramel hóa ở nhiệt độ nóng chảy từ 160 ÷ 180
o
C. Nhưng ở nhiệt độ lớn hơn
105
0
C thì đường sẽ bò caramel hóa một phần làm đường bò sẫm màu.
Trong tự nhiên, saccarose có trong mía, củ cải đường, thốt nốt,…
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 1
1.
Saccarose
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1.SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:
2.2.HÌNH VẼ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:
2.3.THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Vật liệu:
Đường sau khi ly tâm sẽ được đưa đến gầu tải để vận chuyển lên cao rồi
đưa vật liệu vào cơ cấu nhập liệu vào thùng sấy. Tại thùng sấy, đường sẽ đi sâu
vào thùng sấy, được xáo trộn bởi các cánh nâng khi thùng quay. Đồng thời sẽ diễn
ra quá trình trao đổi ẩm với TNS. Qúa trình cứ thế diễn ra từ khi đường bắt đầu vào
thùng và ra khỏi thùng để đạt được độ ẩm theo yêu cầu kó thuật. Ở cuối thùng sấy,
đường sau khi được tách ẩm sẽ được tháo liệu ra ngoài, được vận chuyển bằng hệ

Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 2
1.
Đường sau
sấy
Băng tải
Thùng sấy
Cơ cấu nhập liệu
Đườn
g
Gầu tải
Calorife
Quạt đẩy
Nước ngưng
XyclonXyclon
Quạt hút
Bụi
đường
Hơi nước
Không khí
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
thống băng tải. Nhiệt độ đầu ra của đường khá cao ( khoảng40
0
C) nên phải được
làm nguội. Có 2 cách để thực hiện quá trình làm nguội đường:

Dùng luồng không khí lạnh, khô thổi cưỡng bức để làm nguội.

Làm nguội tự nhiên bằng cách lợi dụng độ dài thích hợp của hệ thống băng tải.
 Tác nhân sấy:
Không khí ở điều kiện bình thường (27
0
C, 85%) được quạt đẩy đưa vào hệ
thống qua ống dẫn khí vào calorife để tiến hành trao đổi nhiệt lên 92
0
C, sau đó
được dẫn vào thùng sấy. Do có sự mất mát nhiệt trên đường ống dẫn nên khi TNS
vào tới thùng quay nhiệt độ còn 90
0
C. Tại thùng sấy, TNS sẽ tiến hành quá trình
truyền nhiệt và dẫn ẩm ra khỏi vật liệu sấy. Nhiệt độ TNS giảm dần và khi ra khỏi
thùng sấy chỉ còn 40
0
C.
Trong không khí ra khỏi thùng có lẫn bụi đường, hỗn hợp khí-bụi này được
dẫn vào cyclon để lọc và thu bụi đường, không khí sạch được thải ra ngoài môi
trường.
Calorife được gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa ở áp suất 2 atm lấy từ lò hơi.
Nhiên liệu dùng để đốt lò hơi là dầu FO.
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 3
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
PHẦN 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG
NĂNG LƯNG

CÁC THÔNG SỐ:
Năng suất nhập liệu tính theo sản phẩm G
2
=1200 kg/h
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: u
1
=2%=0.02
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: u
2
=0.4%=0.004
Khối lượng riêng thể tích của đường :ρ
v
=990+27u kg/m
3
(CT2.84,tr100-[2])
Nhiệt dung riêng của đường:C
đ
= 996+1.6T (J/kg.K) ( tr 100-[2])
Đường kính tương đương hạt đường: d=0,8 mm
Chọn quá trình sấy xuôi chiều.
Chọn cường độ sấy A=9 (kg/m
3
h) (Bảng 6.2,tr 179- [6])
CÔNG THỨC DÙNG XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC
NHÂN SẤY:
Áp suất hơi bão hòa:









+
−=
)(5.235
42.4026
12exp
0
Ct
P
b
(bar).
Hàm ẩm:

b
b
PP
P
x
*
*
622.0
ϕ
ϕ
−
=
(kg ẩm/kg kkk). (CT VII.11-tr95-
[11])








+
=
+
=
⇒
)622.0(
)622.0(
x
xP
P
xP
xP
b
b
ϕ
ϕ
Trong đó: P
a
- áp suất khí quyển: P
a
= 1.013 bar.( 760 mmHg)
Enthalpy:
).(. tCrxtCI

hok
++=
(kJ/kg). (CT VII.13-tr95-[11])
Trong đó:
C
k
= 1 kJ/kg.K - nhiệt dung riêng của không khí khô.
C
h
= 1.97 kJ/kg.K - nhiệt dung riêng của hơi nước.
r
o
= 2493 kJ/kg - ẩn nhiệt hóa hơi của nước.
t – nhiệt độ không khí (
0
C).
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 4
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
x – hàm ẩm (kg ẩm/kgkkk).
)97.12493( txtI
++=⇒
Thể tích riêng của không khí ẩm:
bb
PP
T

PPM
RT
v
ϕϕ
−
=
−
=
288
)(
(m
3
/kgkk). (CT VII.8-tr94-[11])
Trong đó
R - hằng số khí: R =8314 J/kmol.độ.
M - khối lượng không khí: M = 29 kg/kmol.
P, P
b
- áp suất khí trời và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí
(N/m
2
).
Khối lượng riêng của không khí ẩm:






−=

P
P
TP
PT
b
o
o
o
.378.0
1
ϕ
ρρ
(kg/m
3
) (CT VII.9-tr95-[2])
Trong đó:
P, P
b
lấy đơn vò là N/m
2
.
T
o
– nhiệt độ tiêu chuẩn: T
o
= 273 K
ρ
o
– khối lượng riêng không khí khô ở điều kiện chuẩn: ρ
o

= 1,293 kg/m
3
.
XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI TÁC NHÂN SẤY
TRONG QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT:
Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):
Vậy tại điểm A, ta có:
t
o
= 27
o
C; ϕ
0
=85%
Áp suất hơi bão hòa: P
b0
= 0,03548 bar.
Hàm ẩm: x
0
= 0,0188 kg ẩm/kgkkk.
Enthalpy: I
0
= 75.37 kJ/kg.
Thể tích riêng của không khí ẩm: v
0
= 0,879 m
3
/kgkk.
Khối lượng riêng : ρ
0

=1,202 kg/m
3
.
Thông số trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy (B):
Không khí ngoài trời từ trạng thái (A) được đưa vào calorife nhờ quạt hút và
được đốt nóng đẳng ẩm đến trạng thái B(x
1
, t
1
) (nghóa là x
1
= x
0
= 0,0188
kgẩm/kgkk) để đưa vào thùng sấy.
Rõ ràng, nhiệt độ t
1
tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, được
quy đònh bởi tính chất của vật liệu sấy và chế độ công nghệ và được chọn ở phần
trên. Do đường bò ngả màu khi nhiệt độ trên 105
0
C nên ta cần nhiệt độ tác nhân
sấy dưới nhiệt độ này. Chọn:
Tại điểm B: t
1
= 90
o
C; x
1
= x

0
= 0.0188 kg ẩm/kgkk.
Khi đó áp dụng các công thức đã nêu ở phần III.1., các thông số khác của
tác nhân sấy ở trạng thái B được xác đònh như sau:
Áp suất hơi bão hòa: P
b1
= 0.6908 bar.
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 5
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Độ ẩm tương đối: ϕ
1
= 0.043 = 4.3 %.
Enthalpy: I
1
= 140.2 kJ/kg.
Thể tích riêng của không khí ẩm: v
1
= 2.45 m
3
/kgkk.
Khối lượng riêng : ρ
1
= 0.784 kg/m
3
Thông số trạng thái của tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy (C):

Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bò sấy để thực hiện quá trình
sấy.
Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy t
2
tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt
do tác nhân sấy mang đi là bé nhất nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương (nghóa
là tránh trạng thái C nằm trên đường bão hòa). Đồng thời, hàm ẩm của tác nhân
sấy tại C phải nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy
không hút ẩm trở lại.
Với quá trình sấy lý thuyết ta có: I
2
= I
1
= 140.2 kJ/kgkk;  = 100 %.
⇒ t
đs
= 37
0
C ⇒ chọn t
2
= 40
o
C.
Khi đó áp dụng các công thức đã nêu, các thông số khác của tác nhân sấy ở
trạng thái C được xác đònh như sau:
Áp suất hơi bão hòa: P
b2
= 0.073 bar.
Hàm ẩm: x
2

= 0.03896 kg ẩm/kgkk.
Độ ẩm tương đối: ϕ
2
= 0.8179 =82%.
Thể tích riêng của không khí ẩm: v
2
= 0.94535 m
3
/kgkk.
Khối lượng riêng : ρ
1
= 1.1386 kg/m
3
.
Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết tóm tắt ở Bảng 1.
Bảng1: Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:
Đại lượng Trạng thái không
khí ban đầu
(A)
Trạng thái không khí
vào thiết bò sấy (B)
Trạng thái không khí
ra khỏi thiết bò sấy (C)
t (
o
C) 27 90 40
ϕ
0.85 0.043 0,8179
x (kg/kgkk) 0.0188 0.0188 0,03896
I (kJ/kgkk) 74.87 140.2 140.2

P
b
(bar) 0.03548 0.6908 0,073
v (m
3
/kgkk) 0.878 1.45 0.94535
ρ (kg/m
3
) 1.202 0.784 1,1386
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT:
Phương trình cân bằng vật chất:
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 6
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
WuGuG
WGG
+=
+=
2211
21
Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ:
( )
59.19
)02,01(
)004,002,0(1200
1

1
212
=
−
−
=
−
−
=
u
uuG
W
kg/h.
Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
2.1195)004,01(*1200)1(
22
=−=−=
uGG
k
kg/h.
Năng suất nhập liêu tính theo vật liệu ban đầu:
59.121959.191200
21
=+=+=
WGG
kg/h.
Lượng tác nhân khô cần thiết:
73.971
0188,003896,0
59.19

12
=
−
=
−
=
xx
W
L
kg/h.
Lượng tác nhân tiêu hao riêng:
603.49
0188,003896,0
11
12
=
−
=
−
==
xxW
L
l
kgkk/kg ẩm.
XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY
TRONG QUÁ TRÌNH THỰC TẾ:
Cân bằng năng lượng chung cho quá trình sấy:
Vì quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng và thiết bò sấy thùng quay
không có thiết bò chuyển tải ⇒ Q
bs

= Q
vc
= 0. Như vậy:
Nhiệt lượng đưa vào thiết bò sấy gồm:
Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L(I
1
– I
0
).
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G
1
- W)C
v1
+ WC
a
].t
v1
.
Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bò sấy gồm:
Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L(I
2
– I
0
).
Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: Q
bc
.
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G
2
.C

v2
.t
V2
.
Trong đó:
t
v1
- nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường:
t
v1
= t
0
= 27
o
C.
t
v2
- nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bò sấy:
t
v2
= t
2
– (5
o
C) = 40 – 5 = 35
o
C.
C
v
- nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm u:

C
v
= C
vk
(1 - u) + C
a
.u

(kJ/kg.K).
C
a
- nhiệt dung riêng của ẩm (nước): C
a
= C
n
= 4180 J/kg.K.
C
k
- nhiệt dung riêng của vật liệu khô: C
vk
= 996 + 1,26T (J/kg. độ).
kgJTC
vk
/08.1384)35273(26,199626,1996
22
=++=+=

{
KkgJuCuCC
akv

./26.1395004,0.4180)004,01(08.1384.)1(
2222
=+−×=+−=⇒
Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy:
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 7
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
L(I
1
– I
0
) + [(G
1
- W)C
v1
+ WC
a
]t
v1
= L(I
2
– I
0
) + Q
bc
+ G

2
.C
v2
.t
V2
Đặt Q
v
- tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: Q
v
= G
2
C
v2
(t
v2
–t
v1
)
Mặt khác:
G
2
= G
1
– W
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:
Q = L(I
1
– I
0
) = L(I

2
– I
0
) + Q
bc
+ Q
v
– W.C
a
.t
v1
Nhiệt lượng tiêu hao riêng (nhiệt lượng cần để bốc hơi 1kg ẩm):
q = l(I
1
– I
0
) = l(I
2
– I
0
) + q
bc
+ q
v
– C
a
.t
v1
Trong đó:
W

Q
q
bc
bc
=
W
ttCG
W
Q
q
vvvv
v
)(
122
−
==
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy: coi C
v1
= C
v2
Q
v
= G
2
C
v2
(tv
2
–t
v1

) = 1200*1395.26*(35 − 27)
= 13394496 J/h = 13394.5 kJ/h.
74.683
59.19
5.13394
===⇒
W
Q
q
v
v
kJ/kg ẩm.
Nhiệt do ẩm trong vật liệu đưa vào:
W.C
a
.t
v1
= 19.59*4.18*27 = 2210.9 kJ/h.
C
a
.t
v1
= 4.18*27 = 112.86kJ/kg ẩm.
Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che:
Q
bc
= (0.03  0.05)*Q
hi
.
Chọn Q

bc
= 0,040 Q
hi
Với Q
hi
= W [r
v1
+ C
h
(t
2
– t
v1
)] - nhiệt hữu ích (tức là nhiệt cần thiết để làm
bay hơi ẩm trong vật liệu và nâng nhiệt độ ẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ
cuối thùng sấy).
Trong đó:
r
v1
- ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào :
r
v1
= 2428.99 kJ/kg. (có nội suy) (BảngI.212-tr254-[10])
⇒
Q
hi
= 19.59*(2428.99 + 1,97.(40-27)) = 48085.614 kJ/h..
⇒
Q
bc

= 0,040 Q
hi
= 0,040 * 48085.614 = 1923.42 kJ/h.
18.98
59.19
42.1923
===⇒
W
Q
q
bc
bc
kJ/kg ẩm.
Đặt ∆ − nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho quá trình sấy thực (là đại lượng
đặc trưng cho sự sai khác giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết): ∆ = C
a
t
v1
– q
bc
– q
v

Với quá trình sấy lý thuyết: ∆ = 0
Với quá trình sấy thực tế: ∆ ≠ 0 và được tính như sau:
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 8
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò

CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
∆ = C
a
.t
v1
– q
bc
– q
v
= 112.86 – 98.18 – 672.57 = –657.89 kJ/kg ẩm.
Vì ∆ < 0
⇒
C
a
t
v1
< q
bc
+ q
v

⇒
I
2
< I
1

⇒
trạng thái tác nhân sấy sau quá

trình sấy thực nằm dưới đường I
1
(đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết)
Xác đònh hàm ẩm x
2
ứng với quá trình sấy thực thông qua t
2
đã biết:
03485,0
)40*97,12493(89.657
40*.10188,0)89.657(2.140
)(
*
2
21
'
2
=
+−−
+×−+−
=
+−∆
+∆+−
=
tCr
tCxI
x
ho
k
kgẩm/kgkk

(CT VII.26-tr105-[11])
p dụng các công thức tương ứng đã nêu, các thông số khác của tác nhân
sấy ở đầu ra của thùng sấy trong quá trình sấy thực (C’) được xác đònh như sau:
Enthalpy:
894.98
'
2
=
I
kJ/kgkk.
p suất hơi bão hòa: 0.073bar.
Độ ẩm tương đối:
%6.73736,0
'
2
==
ϕ
.
Thể tích riêng của không khí ẩm:
972,0
'
2
=
v
m
3
/kgkk.
Khối lượng riêng:
3'
2

kg/m11.1
=
ρ
.
Lượng tác nhân khô cần thiết:
56.1220
0188,003485,0
59.19
1
'
2
'
=
−
=
−
=
xx
W
L
kg kkk/h.
Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

3.62
0188,003485,0
11
1
'
2
'

'
=
−
=
−
==
xx
W
L
l
kg kkk/kg ẩm.
Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
Q’= L’ *(I
1
– I’
2
) + Q
bc
+ Q
v
– W.C
a
.t
v1
= 1220.56*(140.2 -98.894) + 1923.42 + 13394.5 – 2210.9
= 63523.47 kJ/h.
Lượng nhiệt cung cấp riêng:
3242064
59.19
47.63523

'
===
W
Q
q
(kJ/kg ẩm).
Hiệu suất sấy:
%69.757569.0
47.63523
614.48085
'
====
Q
Q
hi
η
.
Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế được tóm tắt trong
Bảng2: Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế:
Đại lượng Trạng thái không
khí ban đầu (A)
Trạng thái
không khí vào
thiết bò sấy
(B)
Trạng thái không
khí ra khỏi thiết
bò sấy (C’)
t (
o

C) 27 90 40
 (đơn vò) 0,85 0,43 0,74
x (kg/kgkk) 0,0188 0,0188 0,03485
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 9
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
I (kJ/kgkk) 74.87 140.2 98.894
p
b
(bar) 0,03548 0,6908 0,073
v (m
3
/kgkk) 0,878 1.45 0,972
ρ (kg/m
3
) 1,202 0,784 1,11
TÍNH THỜI GIAN SẤY:
Tính thời gian sấy
phphh
WWA
WW
d
202.1932,0
)]4,02(200[9
)4,02.(18,0.990.2
)](200[

)(2
21
21
===
+−
−
=
−−
−
=
βρ
τ

(CT 6.44 tr178-[6])
PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH:
Thiết bò sấy đường sử dụng cánh nâng. (Bảng 6.2 tr179-[6])
Chọn hệ số chứa đầy β=0.18 (Bảng 6.1 tr177-[6])
Chọn tốc độ quay của thùng: n=1 vòng/ph
Chọn góc nghiêng của thùng
α
=5
0
Thể tích thùng sấy tính theo lý thuyết:
3
1767.2
9
59.19
m
A

W
V
T
≈==
(CT 6.42- tr178-[6])
Thời gian lưu của vật liệu trong thùng:
α
τ
tgDn
Lkm
T
T
..
..
1
1
=

Trong đó:
k
1
- hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu. Trường hợp sấy xuôi chiều:
k
1
= 0.2 – 0.7 ⇒ chọn k
1
= 0.6 ( tr 176-[1])
m - hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng. Đối với cánh nâng: m = 0,5.
(tr 176-[1])
Để quá trình sấy đạt yêu cầu về các thông số đầu ra của vật liệu thì

ττ
≥
1
Chọn
ph20
1
==
ττ
=>
1
1
.
...
km
tgDn
L
T
T
ατ
=
Mà
1
1
32
..4
..
4
.
km
tgnD

L
D
V
TT
T
ατππ
==
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 10
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
⇒ đường kính thùng
m
tgtgn
kmV
D
T
78.0
5*1*20*
6,0*5,0*1767.2*4
...
..4
3
3
1
1
===

πατπ
.
Chiều dài thùng
mm
D
V
L
T
T
T
56.4555.4
78.0*14,3
1767.2*4
4
22
====
π

Chọn D
T
=0.8m; L
T
= 4.6m.
Khi đó, thể tích thực của thùng sấy:
31.26.4
4
8.0.
4
.
2

2
===
π
π
L
D
V
T
T
m
3
.
Thời gian lưu của vật liệu theo thông số thùng đã chọn:
ph
tgtgDn
Lkm
T
T
5.19
5*8.0*1
56.4*6,0*5,0
..
..
1
1
===
α
τ
(CT6.39-tr174-[6])
So sánh giữa thời gian lưu vật liệu và thời gian sấy:

%5.2%100*
20
5.1920
1
1
=
−
=
−
=
τ
ττ
ε
Thời gian lưu vật liệu trong thùng sấy bằng thời gian sấy.
=> Các thông số chọn trên là hợp lý.
Tính tốc độ tác nhân sấy
Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy sau calorife:
)/(8.176956.1220*45.1
3'
11
hmLvV
==×=
Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy sau thùng sấy:
)/(38.118656.1220*972.0''
3'
22
hmLvV
==×=
Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy trong thùng:
)/(09.1478

2
38.11868.1769
2
'
3
21
_
hm
VV
V
=
+
=
+
=
Tiết diện tự do của thùng sấy:
)(412,0
4
8.0.
)18,01(
4
.
)18,01()1(
2
2
2
m
D
FF
T

T
=
Π
×−=
Π
×−=×−=
β

Tốc độ tác nhân sấy đi trong thùng:
)/(996.0)/(6.3587
412.0
09.1478
_
smhm
F
V
v
k
====
Chọn tốc độ tác nhân sấy trong thùng : 1m/s
CHIỀU CAO LỚP VẬT LIỆU TRONG THÙNG:
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 11
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Tỷ lệ chứa đầy vật liệu trong thùng:
1

F
F
cđ
=β
=0.18
Với F
1
- tiết diện ngang của thùng :
.503.0
4
8.0*
4
2
2
2
m
D
F
T
l
===
π
π
Và F
cđ
- tiết diện chứa đầy:
F
cđ
= β.F
l

= 0,18*0.503 =0.09 m
2
.
Do:
5625,0
4,0
09,0
2
2sin
180
.
2
2sin.
180
2/
2
22
==−⇒−=
απαααπ
RR
F

⇒ α = 57.98
o
=58
o
Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng:
h = R(1 –cosα) = 0,4*(1 –cos 58
o
) ≈ 0,188 m = 188 mm.

Diện tích vật liệu tác dụng lên thùng:
28616.1180/)6.4.4,0.58.(..
1
mLRF
=Π==
α
Khối lượng khối vật liệu trong thùng:
M
nl
= G
1
1
τ
= 1219,95*19.5/60=396.48kg
TÍNH BỀ DÀY THÙNG:
Nhiệt độ tính toán chọn 90
0
C
Do áp suất dư bé hơn 5.10
4
N/m
2
nên ta tính thùng theo trường hợp thân chòu áp
suất trong P= 0.1 N/m
2
Chọn vật liệu làm thùng là thép OX18H10T

Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 12

1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Bảng3: Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vò Nguồn Giá trò
1 Ứng suất tiêu chuẩn [σ]* N/mm
2
Hình 1–2/p22-[8] 140
2 Giới hạn an toàn
η
đơn vò p26-[8] (có bọc
cách nhiệt)
0,95
3 Hệ số bền mối hàn ϕ
h
đơn vò Bảng 1.7/p24-[8] 0,95
4 Ứng suất cho phép [σ] N/mm
2
[σ] = η[σ]*
CT 1.9/p23-[8]
133
5 Khối lượng riêng ρ
s
Kg/m
3
p313-[2] 7900
Ứng suất của vật liệu: [σ]=η [σ]* =140*0,95 = 133 N/mm
2
Kiểm tra điều kiện :

5.126395,0.
1,0
133][
==
h
P
ϕ
σ
>25 (CT 5.1-tr130-[8])
Chiều dày tối thiểu của thùng :
mm
pD
S
h
T
316,0
95,0.133.2
1,0*800
].[2
.
===
′
ϕσ
Theo tr 128-[7] chọn S’=3mm
Hệ số bổ sung kích thước: C = Ca + Cb + Cc + Co (CT1.10/p27,[8])
Bảng4: Các hệ số bổ sung kích thước cho bề dày thùng:
STT
Hệ số
bổ sung kích
thước

Kí
hiệu
Giá
trò
(mm)
Ghi chú
1
Hệ số bổ sung
do ăn mòn
hóa học
C
a
0
Đối với vật liệu bền trong môi trường có độ ăn
mòn hóa học không lớn hơn 0.05mm/năm.
2
Hệ số bổ sung
do bào mòn
cơ học
C
b
1
Do nguyên liệu là các hạt rắn chuyển động, va
đập trong thiết bò ⇒ giá trò C
b
chọn theo thực
nghiệm.
3
Hệ số bổ sung
do sai lệch

khi chế tạo
C
c
0.5
Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép làm
thùng. Với thùng bằng thép không gỉ
0X18H10T dày 5mm thì C
3
= 0.5mm (Bảng
XIII.9/p364-[11])
4
Hệ số quy
tròn kích
thước
C
o
0.5
Đối với thùng sấy S = (0.0055÷ 0.007)D mm
tức là S = (4.4 ÷ 5.6)mm, chọn C
o
= 3 cho thỏa.
⇒
C = 0 + 1 + 0.5 + 0.5= 2mm
Bề dày thực của thân thùng:
S = S’ + C = 3 + 2 = 5mm (CT 5.9/p131,[8])
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 13
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò

CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Kiểm tra các điều kiện:
0065,0
800
05
=
−
=
−
T
a
D
CS
⇒ thỏa điều kiện
1,0<
−
T
a
D
CS
(CT 5.10/p131,[8])
Áp suất lớn nhất cho phép trong thân thiết bò:
56956.1
)05(800
)05(95,01332
)(
).(].[2
][
=

−+
−×××
=
−+
−
=
aT
ah
CSD
CS
p
ϕσ
N/mm
2
=1,569.10
6
N/m
2
(CT 5.11/p131,[8])
⇒ thỏa điều kiện [p] > p = 0,1.10
6
N/m
2
.
TÍNH TRỞ LỰC QUA THÙNG SẤY:
Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp hạt
nằm trên cánh và trên mặt thùng sấy mà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và
các cánh từ trên xuống. Do đó, trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấy có những
đặc thù riêng và được tính theo các công thức kinh nghiệm.
Bảng 5:Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:

STT Thông số Kí hiệu Đơn vò Giá trò
1
Vận tốc v
k
m/s 1
2
Nhiệt độ trung
bình
t
k
o
C
65
3
Hệ số dẫn nhiệt 
k
W/m.K 0,0283
4
Độ nhớt 
k
Ns/m
2
2,03.10
-5
5
Khối lượng riêng 
k
kg/m
3
0.947

6
Độ nhớt động 
k
m
2
/s 2,01.10
-5
Chuẩn số Reynolds:
3.37
1003,2
947,00008,01
..
Re
5
=
×
××
==
−
k
kk
dv
µ
ρ
(CT V.36/p13,[11])
Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy:
)/(
275,0
)(25,0
3

21
mkg
V
GG
dx
××
×+×
=
β
ρ
(CT 10.23/p,[12])
)/(42.31
31.2275,0
18.0)120095.1219(25,0
3
mkg
dx
=
××
×+×
=⇒
ρ
Trở lực của dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy:
dg
CvLa
P
kk
hạt
..2
....

2
ρ
=∆
(mmH
2
O) (CT 10.19/p,[12])
Trong đó:
a - hệ số thủy động.
36.35
3.37
100
3.37
490
85,5
Re
100
Re
490
85,5
=++=++=
a
(CT 10.20/p,[12])
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 14
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
C - hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt

2
1
ζ
ζ
−
=
C
(CT 10.21/p,[12])
Với :
968,0
990
42.31990
=
−
=
−
=
v
dxv
ρ
ρρ
ζ
(CT 10.22/p,[12])
0342,0
968.0
968.011
22
=
−
=

−
=⇒
ζ
ζ
C


2
2hat
/5.32926.335
0008,081,92
0342,0947,016.436.35
mNOmmHP
==
××
××××
=∆⇒
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CÁNH ĐẢO:
Sử dụng cánh nâng làm bằng thép không gỉ 0X18H10T có các thông số đặc
trưng như sau: (Bảng 6.1/P167,[6]):
Hệ số chứa đầy: β = 18%
Góc gấp của cánh: ∆ϕ = 140
o
576.0
=
T
D
h
;
122.0

2
=
T
c
D
F
Với:
h: chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu
D
T
: đường kính thùng
F
c
: bề mặt chứa vật liệu của cánh.
F
c
= 0.122*D
T
2

= 0.122*0.8
2
= 0,078 m
2
.
Hình : Ký hiệu các kích thước cánh đảo.
Theo các kí hiệu kích thước trên hình của cánh đảo trộn, ta có:
( )
C
F a c b c a b c= × + × = +

Chọn các thông số cho cánh:
a = 100 mm.
b = 130mm.
d = 5 mm.
=>
.339.0
15.0100.0
078.0
m
ba
F
c
c
=
+
=
+
=
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 15
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Chọn :
o c = 340 mm
o Số cánh trên một mặt cắt : 12 cánh.
Với chiều dài thùng sấy L
T

= 4.6 m ta lắp 13 đoạn cánh dọc theo chiều dài
thùng. đầu nhập liệu của thùng lắp cánh xoắn để dẫn vật liệu vào thùng với
chiều dài :
l
o
= L
T
– n*c = 4.6 – 13*0.34 = 0,18 m.
Khối lượng một cánh nâng:
m=F
c
*d* ρ
s
= (0,1+0,13)*0,34*0,005*7900 = 3.0889 kg
Khối lượng của tất cả cánh trong thùng :
M= 13*12*m =482 kg
TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT CHO THÙNG SẤY :
Để giúp máy sấy không bò mất mát nhiệt lớn và để đảm bảo nhiệt độ bên
ngoài máy sấy không quá cao, có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnh được
ta nên bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy.
Tính hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong
của thùng α
1
:
Bảng 6 : Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vò Giá trò
1
Vận tốc v
k
m/s 1

2
Nhiệt độ trung
bình
t
k
o
C
64
3
Hệ số dẫn nhiệt 
k
W/m.K 0,0283
4
Độ nhớt 
k
Ns/m
2
2,03.10
-5
5
Khối lượng riêng 
k
kg/m
3
1,008
6
Độ nhớt động 
k
m
2

/s 2,01.10
-5
Chuẩn số Reynolds:
39801
10.01,2
8.01
Re
5
≈
×
==
−
k
Tk
Dv
υ
. (CT V.36/p13-[11])
Vì Re > 10
4
⇒ dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy. Quá trình truyền
nhiệt trong thùng xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy
rối, có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên.Vậy quá trình truyền nhiệt
giữa tác nhân sấy và thành thiết bò là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức, dòng chảy
trong ống có
50
<
D
L
.
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang

MSSV : 60503026
trang 16
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,018.ε
l
.Re
0,8
(CT V.42/p16-[11])
Trong đó:






=
D
L
f
l
Re,
ε
= 1.252
Với: Re = 39801 và
7.5
=

D
L
⇒ Nu = 0,018*1,252*(39801)
0,8
= 107.84 (Bảng V.2/p15-[11])
Hệ số cấp nhiệt α
1
:
8.3
8.0
0283,0*84,107
1
===
T
k
D
Nu
λ
α
W/m
2
.K. (CT V.135/p41-[11])
Tính hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng đến môi
trường xung quanh α
2
:
Do thùng sấy đặt trong phân xưởng sản xuất, quá trình truyền nhiệt từ thành
ngoài của thùng đến môi trường xung quanh là quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự
nhiên (bỏ qua quá trình truyền nhiệt do bức xạ nhiệt). Hệ số cấp nhiệt α
2

được xác
đònh một cách gần đúng là hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên của ống nằm ngang
(vì thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng nhỏ α = 5
o
). Theo [11], trong trường
hợp này, các hằng số vật lý khi tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình
của lưu chất ở xa ống (tức là theo nhiệt độ trung bình của không khí trong môi
trường xung quanh).
Bảng7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vò Giá trò
1 Nhiệt độ t
0
o
C 27
2 Hệ số dẫn nhiệt 
0
W/m.K 0,02649
3 Độ nhớt 
0
Ns/m
2
1,85.10
-5
4 Khối lượng riêng 
0
kg/m
3
1,1177
5 Độ nhớt động 
0

m
2
/s 1,5710.10
-5
Để nhiệt độ thành ngoài của thùng (phía tiếp xúc với không khí) không còn
quá nóng, an toàn cho người làm việc, chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng t
w4
=
40
o
C.
Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên có thể xem như nhiệt độ không đổi khi
truyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ, ta có sơ đồ truyền nhiệt như Hình 3.
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 17
1.
t
o
t
w4
t
w1
δ
1
δ
2
δ
3
t

k
δ
1
: bề dày thân thùng
δ
2
: bề dày lớp cách nhiệt
δ
3
: bề dày lớp bảo vệ
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Hình 3: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng.
Chọn các bề dày của thùng theo Bảng8.
Bảng8: Các bề dày thùng và vật liệu:
STT Đại lượng
Ký
hiệu
Giá trò
chọn (m)
Vật liệu
Hệ số
dẫn
nhiệt

(W/mK)
Nguồn
1
Bề dày

lớp cách
nhiệt

2
0,003
Bông thủy
tinh
0,04
Bảng
PV.1/P266,[3]
1
Bề dày lớp
bảo vệ

3
0,001 CT3 50
Bảng
XII.7/P313,[11]
Đường kính ngoài của thùng sấy:
D
ng
= D
T
+ 2.( 
1
+ 
2
+ 
3
) = 0,8 + 2.(0,005 + 0,003 + 0,001) = 0.818 m.

Chuẩn số Grashof:
)273(
).(.
0
2
0
04
3
2
0
3
+
−
=
∆
=
t
ttDgTgD
Gr
wngng
νν
β
(CT V.39/p13,[11])
8
25
3
10*43.9
)27273(*)10.5710,1(
)2740(*818.0*81,9
=

+
−
=⇒
−
Gr
.
Chuẩn số Nusselt:
Nu = 0.47 Gr
0,25

= 0,47* (9,43.10
8
)
0,25
= 82.36

(CT V.78/p25,[11])

Hệ số cấp nhiệt α
2
:
7,2
818.0
02649,0*36,82
.
0
2
===
ng
D

Nu
λ
α
W/m
2
K. (CT V.135/p41,[11])
Tính hệ số truyền nhiệt của thùng K:
Hệ số truyền nhiệt K đối với tường hình ống có chiều dày không dày lắm so
với đường kính, khi bỏ qua nhiệt trở của lớp cáu:
41,1
7,2
1
50
001,0
04,0
003,0
3,16
005,0
8.3
1
1
11
1
2
3
1
1
=
++++
=

++
=
∑
=
αλ
δ
α
i
i
i
K
W/m
2
.K
(CT V.5/p3,[11])
Tính bề mặt truyền nhiệt của thùng F:
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 18
1.