Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
PHẦN 1: MỞ ĐẦU
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất và đời
sống. Trong công nghiệp như chế biến nông – hải sản, chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xây
dựng…, kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Trong nông
nghiệp, sấy là một trong những công đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch… Sản
phẩm sau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế
biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Ở Đồ án môn học này, em xin trình bày về quy
trình công nghệ và thiết bị sấy thùng quay để sấy đậu xanh nguyên hạt, năng suất 1 tấn/h theo
sản phẩm.
I. SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU
- Đậu xanh, còn gọi là lục đậu, boubour, haricotdore, green bean. Tên khoa học:
Phaseolus aureus Roxb., Vigna aurea Roxb. Thuộc họ đậu Fabaceae (Papilonaceae). Mô tả
cây: cây thảo, mọc đứng, ít phân nhánh, cao 0,6m , lá có 3 lá chét, lá chét hình trái xoan, ba
cạnh, màu lục sẫm, có lông nháp. Hoa màu vàng hoặc lục, rất dày đặc, xếp thành chùm ở nách,
quả nằm ngang hình trụ, có lông rồi nhẵn, có đầu nhọn ngắn. Hạt 10–15, phân cách nhau bởi
các vách, màu lục, bóng.
- Đậu xanh, cùng với đậu nành, đậu đen, đậu trắng, đậu Hà Lan.. đều được xếp vào
hàng họ đậu. Đặc điểm chung của chúng là chứa nhiều protein (25 –50%). Do ở rễ của cây họ
đậu có các nốt sần, ở đó các vi khuẩn cộng sinh phát triển, có khả năng lấy Nitơ từ không khí
nên không những cung cấp đủ Nitơ cho cây mà còn làm cho đất đai thêm màu mỡ bằng nguồn
Nitơ thừa thải ra.
- Về mặt cấu tạo, họ đậu thuộc các hạt họ hòa thảo. Chúng không có nội nhũ, nội nhũ
của chúng bị mất trong quá trình hình thành hạt. Cấu tạo chủ yếu của họ đậu gồm 3 phần: vỏ,
tử diệp (lá mầm) và phôi (mộng).
- Thành phần hóa học của hạt đậu xanh: hạt đậu xanh có trung bình:
13,7% nước 2,4% lipid 4,6% xenluloza
23% protit 52% glucid
- Mỗi 100g đậu xanh cung cấp cho cơ thể:
329 calo 62,7 mgCa 369,5 mgP
4,75% Fe 0,06mg% caroten 0,71mg% vitB

1
0,15mg% vitB
2
2,4mg% vitPP 4mg% vitC
- Đậu xanh được trồng ở khắp nước ta, lấy hạt chủ yếu làm thực phẩm, thường được
chế biến ngay thành thức ăn. Đậu xanh, ngồi protid còn có nhiều glucid, chủ yếu là tinh bột, và
ít lipid. Thành phần protein của nó chứa đầy đủ các acid amin không thay thế. Tinh bột đậu
xanh có tỷ lệ amyloza tương đối rất cao (45 – 50%), được dùng nhiều để chế biến miến, làm
bánh kẹo …
- Vấn đề bảo quản đậu xanh cũng như các nguyên liệu họ đậu nói chung là khó, vì đậu
là môi trường rất thích hợp cho các loại sâu mọt phá hoại. Mặt khác, nếu điều kiện bảo quản
không tốt như nhiệt độ, độ ẩm cao, đậu sẽ bị “sượng” (hóa già) làm giảm chất lượng đậu.
Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượng ban đầu tốt, không sâu mọt và có độ ẩm an
tồn. Vì vậy, quá trình phơi, sấy hạt sau khi thu hoạch có vai trò rất quan trọng trong bảo quản,
chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt.
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 1
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
II. QUY TRÌNH SẤY ĐẬU XANH HẠT
Đậu được thu hoạch từ đồng ruộng, người ta chặt cây và nhặt đậu ra. Khi mới thu
hoạch từ ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình 20 – 25%. Đối với đậu xanh thu hoạch
cả vỏ thì phải phơi, sấy sơ bộ tới độ khô nhất định mới tách, lấy hạt khỏi vỏ thuận lợi. Việc
đập và tách hạt đậu ra khỏi quả có thể làm bằng máy hoặc bằng tay. Sau đó tiến hành làm sạch,
tách những tạp chất trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi, đá, mảnh kim loại… lẫn vào
hạt khi thu hoạch, tách hạt…. Có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ (cỏ, rác, cành, lá…)
lớn hơn hạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớp dưới cùng là đất, cát, rác vụn nhỏ hơn hạt.
Sau khi có khối đậu sạch thì tiến hành lấy mẫu đo độ ẩm bằng máy đo độ ẩm để xác định độ
ẩm ban đầu. Tiếp theo, người ta phân loại đậu theo loại 1, 2, 3… theo kích cỡ, có thể dùng
sàng với các lớp lưới có đường kính lỗ khác nhau. Sau khi phân loại, tiến hành sấy theo từng
loại đậu. Sau thời gian sấy phải kiểm tra lại độ ẩm, độ ẩm thành phẩm đạt 14% thì quá trình
sấy kết thúc. Sau khi sấy, đậu được làm nguội tự nhiên hoặc có quạt thổi để giảm nóng, tránh

dùng không khí có độ ẩm cao để thông gió sẽ làm tăng độ ẩm hạt. Tiếp theo, khối đậu được
kiểm tra lại cỡ hạt để loại bỏ những hạt lép, hỏng sau khi sấy. Có thể dùng sàng để phân loại
hạt. Cuối cùng, đậu được đóng gói theo yêu cầu thị trường: 50 kg, 25 kg, 10 kg, 5 kg, 1kg. Sản
phẩm đậu xanh nguyên hạt.
III. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH SẤY
- Muốn bảo quản lương thực hoặc chế biến sản phẩm có chất lượng cao, các loại hạt
cần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quản hoặc chế biến. Để thực hiện quá trình sấy có thể sử
dụng nhiều hệ thống sấy như buồng sấy, hầm sâùy, tháp sấy, thùng sấy… Mỗi hệ thống có
những ưu, khuyết điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau. Chế độ sấy có ảnh hưởng rất lớn đến
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 2
Đậu xanh
Thu hoạch
Phơi (sấy sơ bộ)
Đập, tách hạt
Vỏ
Làm sạch
Tạp chất
Phân loại
Sấy
Làm nguội
Kiểm tra cỡ hạt
Đóng gói
Thành phẩm
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BƠNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh ngun hạt
chất lượng sản phẩm vì sấy là một q trình trao đổi nhiệt – chất phức tạp và làm thay đổi
khơng những cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học của ngun liệu.
- Để sấy đậu xanh là nơng sản dạng hạt, người ta thường dùng thiết bị sấy tháp hoặc
sấy thùng quay. Ở Đồ án mơn học này, em chọn thiết bị sấy thùng quay, là thiết bị chun
dùng để sấy vật liệu dạng hạt, cục nhỏ và được dùng rộng rãi trong cơng nghệ sau thu hoạch.
Trong thiết bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy ở trạng thái xáo trộn và trao đổi nhiệt đối lưu

với tác nhân sấy. Trong q trình sấy, hạt được đảo trộn mạnh và tiếp xúc tốt với tác nhân sấy
nên tốc độ sấy nhanh và hạt được sấy đều. Hệ thống sấy thùng quay có thể làm việc liên tục
với năng suất lớn.
- Tác nhân sấy sử dụng cho q trình sấy có thể là khơng khí nóng hoặc khói lò. Q
trình sấy đậu xanh hạt dùng làm thức ăn đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh cho sản phẩm, nên ở đây
em chọn tác nhân sấy là khơng khí, được làm nóng trong caloriphe, nhiệt cung cấp cho khơng
khí trong caloriphe là từ q trình ngưng tụ hơi nước bão hòa. Nhiệt độ tác nhân sấy được chọn
phụ thuộc vào bản chất của hạt. Có loại hạt sấy ở nhiệt độ cao vẫn giữ được tính chất vật lý,
sinh lý và cơng nghệ, nhưng có loại khơng cho phép sấy ở nhiệt độ cao. Đối với đậu xanh là
loại ngun liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, với nhiệt độ khơng khí sấy từ 40
– 55
o
C
1
. Do đó, em chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào thùng sấy là 55
o
C, chế độ sấy cùng
chiều.
- Q trình hoạt động của hệ thống:
Đậu xanh có độ ẩm ban đầu 20% được chuyển vào thùng sấy bằng băng tải và di
chuyển trong thùng sấy cùng chiều với tác nhân, với độ chứa đầy 18%. Thùng sấy hình trụ
tròn, đặt nghiêng 1,7
o
so với mặt phẳng ngang, trên hệ thống con lăn đỡ và con lăn chặn. Tốc
độ quay thùng là 1 vòng/phút. Hệ thống truyền động cho thùng quay gồm bánh răng vòng lắp
trên vỏ thùng, động cơ truyền động và hộp giảm tốc. Bên trong thùng có gắn các cánh nâng
dọc theo đường sinh của thùng để nâng và đảo vật liệu, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu
và tác nhân sấy, tăng bề mặt trao đổi nhiệt giúp đẩy nhanh q trình sấy. Ở đầu nhập liệu của
thùng, cánh nâng được bố trí xoắn đóng vai trò như cơ cấu hướng dòng cho vật liệu sấy đi vào
thùng. Khi thùng quay, hạt được mang lên cao tới góc rơi rồi đổ xuống, trong lúc đó tác nhân

sấy nóng 55
o
C, được quạt hút vận chuyển đi với vận tốc 2,6 m/s, thổi qua, trao đổi nhiệt ẩm và
làm khơ hạt. Nhờ độ nghiêng của thùng mà hạt sẽ được vận chuyển dần ra phía tháo liệu. Thời
gian lưu của vật liệu trong thùng sấy là 0,8 giờ. Kết thúc q trình sấy, đậu xanh có độ ẩm
14%, được dẫn ra ngồi bằng băng tải, đưa vào hệ thống đóng bao. Khơng khí nóng được đưa
qua xyclon để lắng bụi rồi thải ra ngồi.
1
Theo Đoàn Dụ, Bùi Duy Hân, Võ Văn Mân, Lò sấy thủ công, NXB KHKT, Hà Nội, 1971.
SVTH: Đặng Thị Hồng Lan Trang 3
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
Hình 1 : Một số hệ thống sấy thùng quay
PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ SẤY
Vật liệu sấy là đậu xanh nguyên hạt có các thông số cơ bản như sau:
 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (theo nguyên liệu ẩm):

1
= 20% = 0,2
 Độ ẩm cuối của vật liệu sấy (theo nguyên liệu ẩm):

2
= 14% = 0,14
 Độ xốp của khối hạt vật liệu (lấy theo hạt đậu nành): [11]

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 4
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
 Khối lượng riêng của hạt vật liệu: [5]
ρ
r
= 1000 4 1400 kg/m

3
 Khối lượng riêng thể tích của vật liệu:
r
v
ρ
ρ
ε
−=
1
⇒
784560)1(
÷=−=
ερρ
rv
kg/m
3
Chọn ρ
v

= 650 kg/m
3
 Nhiệt dung riêng của vật liệu khô: [6]
C
vk
= 1,2 4 1,7 kJ/kg.
o
K
Chọn C
vk
= 1,5 kJ/kg.

o
K
 Đường kính trung bình của hạt vật liệu: d = 5 mm = 0,005m
 Năng suất (theo sản phẩm): G
2
= 1000 kg/h.
I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
1. Tính các thông số của tác nhân sấy:
1.1. Các công thức sử dụng: [1], [10]
Dùng tác nhân sấy là không khí.
- Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:








+
−=
Ct
p
o
b
5,235
42,4026
12exp
,bar (CT 2.31, [10])
- Độ chứa ẩm:

b
b
pB
p
x
.
.
621,0
ϕ
ϕ
−
=
,kg/kgkk (CT 2.18, [10])
với: . B: áp suất khí trời, B = 1at = 0,981 bar
- Enthapy của không khí ẩm:
).842,12500(.004,1).(. txttCrxtCI
papk
++=++=
,kJ/kgkk
(CT 2.25, [10])
với: . C
pk
: nhiệt dung riêng của không khí khô, C
pk
= 1,004 kJ/kg
o
K
. C
pa
: nhiệt dung riêng của hơi nước, C

pa
= 1,842 kJ/kg
o
K
. r : ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r =2500 kJ/kg
- Thể tích riêng của không khí ẩm:
bb
pB
T
pBM
RT
v
.
.288
).(
ϕϕ
−
=
−
=
,m
3
/kgkk (CT VII.8, [1])
với: . R : hằng số khí, R =8314 J/kmol.độ
. M : khối lượng không khí, M = 29 kg/kmol
. B, p
b
: áp suất khí trời và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không
khí, N/m
2

- Lưu lượng không khí ẩm:
V = v.L ,m
3
/kg
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 5
1915,0
)0194,0621,0.(1556,0
981,0.0194,0
)621,0(
.
1
1
1
1
=
+
=
+
=
xp
Bx
b
ϕ
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
với: . L : lưu lượng không khí khô, kg/h
. v : thể tìch riêng của không khí ẩm, m
3
/h
- Khối lượng riêng của không khí ẩm:









−=
B
p
T
T
boo
k
..378,0
1
ϕρ
ρ
,kg/m
3
(CT 1.11, [8])
trong đó: . ρ
o
= 1,293 kg/m
3
: khối lượng riêng không khí khô ở điều kiện chuẩn
. T
o
= 273
o

K : nhiệt độ không khí ở điều kiện chuẩn.
1.2. Tính các thông số của tác nhân sấy:
- Trạng thái không khí ngồi trời: được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặp
thông số (t
o
, ω
o
).
Do vật liệu sấy là đậu xanh có thể được trồng và thu hoạch nhiều vụ trong một năm,
tuy nhiên tính theo mùa mưa, ít nắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanh năm. Vì vậy, ta chọn
trạng thái A theo giá trị trung bình vào tháng 9 ở Thành phố Hồ Chí Minh: [1]
A: t
o
= 27
o
C
ω
o
= 84%
0355,0
275,235
42,4026
12exp
5,235
42,4026
12exp
=







+
−=








+
−=
o
b
t
p
o
(bar)
0194,0
0355,0.84,0981,0
0355,0.84,0
621,0
.
.
621,0
=
−

=
−
=
o
bo
o
bo
o
pB
p
x
ϕ
ϕ
(kg/kgkk)
7213,76)27.842,12500.(0194,027.004,1
).842,12500(.004,1
=++=
++=
oooo
txtI
9083,0
10.0355,0.84,010.981,0
)27327(288
.
.288
55
=
−
+
=

−
=
o
bo
o
o
pB
T
v
ϕ
(m
3
/kgkk)
- Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (x
1
= x
o
) đến trạng
thái B (x
1
, t
1
). Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy.
Nhiệt độ t
1
tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chất của vật liệu
sấy và chế độ công nghệ quy định. Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấp hơn
nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh. Do đậu xanh là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm
của vật liệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp bề mặt của
hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thốt ẩm từ trong lòng vật

liệu ra ngồi.
Quy tắc sấy đối với loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, ví dụ
như sấy một số loại đậu hạt chứa nhiều đạm thì nhiệt độ không khí sấy từ 40 – 55
o
C.
Do đó, chọn điểm B: t
1
= 55
o
C
x
1
= x
o
= 0,0194 (kg/kgkk)
1556,0
555,235
42,4026
12exp
5,235
42,4026
12exp
1
1
=







+
−=








+
−=
t
p
b
(bar)
1
1
1
1
1
.
.
621,0
b
b
pB
p
x

ϕ
ϕ
−
=
⇒
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 6
(kJ/kgkk)
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
8369,105)55.842,12500.(0194,055.004,1
).842,12500(.004,1
1111
=++=
++=
txtI
9931,0
10.1556,0.1915,010.981,0
)27355(288
.
.288
55
1
1
1
1
=
−
+
=
−
=

b
pB
T
v
ϕ
(m
3
/kgkk)
- Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy lý
thuyết (I
1
= I
2
). Trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C (t
2
, ω
2
).
Nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị 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, nghĩa là tránh trạng thái
C nằm trên đường bão hòa. Đồng thời, độ chứa 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 I
2
= I
1
= 105,8369 kJ/kgkk
ω = 100%

Chọn t
2
= 35
o
C.
0558,0
355,235
42,4026
12exp
5,235
42,4026
12exp
2
2
=






+
−=









+
−=
t
p
b
(bar)
).842,12500(.004,1
2222
txtI
++=
0290,0
35.842,12500
35.004,18369,105
.842,12500
.004,1
2
22
2
=
+
−
=
+
−
=⇒
t
tI
x
(kg/kgkk)

7844,0
)0290,0621,0.(0558,0
981,0.0290,0
)621,0(
.
2
2
2
2
=
+
=
+
=
xp
Bx
b
ϕ
9465,0
10.0558,0.7844,010.981,0
)27335(288
.
.288
55
2
2
2
2
=
−

+
=
−
=
b
pB
T
v
ϕ
(m
3
/kgkk)
- So sánh x
2
với độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy:
Bảng 1 : Hàm ẩm cân bằng 
cb
của vật liệu sấy (với vật liệu sấy là đậu nành): [5], [9]
(kg ẩm/kg chất khô)
t
o
C
Độ ẩm không khí, %
20 30 40 50 60 70 80 90 100
30 - 0,0563 0,06 0,068 0,0846 0,103 0,142 0,199 0,304
20 0,054 0,065 0,071 0,08 0,095 0,116 0,153 0,209 -
Ta thấy, tại điểm C (t
2
= 35
o

C, ω
2
= 78,4%), hàm ẩm cân bằng của vật liệu sấy 
cb
≈
0,128 (kg/kg)  Độ chứa ẩm của không khí x
2
< 
cb
, vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.
- Tóm lại, trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:
Bảng 2 : 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 bị sấy (B)
Trạng thái không khí ra
khỏi thiết bị sấy (C)
t (
o
C) 27 55 35
ω (đơn vị)
0,84 0,1915 0,7844
x (kg/kgkk) 0,0194 0,0194 0,0290
I (kJ/kgkk) 76,7213 105,8369 105,8369
p
b
(bar) 0,0355 0,1556 0,0558
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 7
(kJ/kgkk)

 t
đs
≈ 31
o
C
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
v (m
3
/kgkk) 0,9083 0,9931 0,9465
2. Tính cân bằng vật chất: [8]
- Năng suất thiết bị sấy theo nhập liệu:
1075
2,01
14,01
.1000
1
1
.
1
2
21
=
−
−
=
−
−
=
ω
ω

GG
(kg/h)
- Lượng ẩm cần tách:
W = G
1
– G
2
= 1075 – 1000 = 75 (kg/h)
- Lượng tác nhân khô cần thiết:
742,7837
0194,0029,0
75
12
=
−
=
−
=
xx
W
L
(kg/h)
- Lượng tác nhân tiêu hao riêng:
503,104
0194,0029,0
11
12
=
−
=

−
==
xxW
L
l
(kgkk/kg ẩm)
II. TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG [10]
Quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng, Q
BS
= 0
Thiết bị sấy thùng quay không có thiết bị chuyển tải, Q
CT
= 0
- Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:
 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L(I
1
– I
o
)
 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G
1
- W)C
v1
+ WC
a
].t
v1
- Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:
 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L(I
2

– I
o
)
 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
Với:
o t
v1
: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường:
t
v1
= t
o
= 27
o
C
o t
v2
: nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy:
t
v2
= t
2
– (5 410

o
C) = 35 – 5 = 30
o
C
o C
v1
= C
v2
= C
v
: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy
là như nhau. Ở đây, C
v
là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm 
2
:
C
v
= C
vk
(1-
2
) + C
a
.
2
,kJ/kg
o
K ä
C

a
: nhiệt dung riêng của ẩm.
Với ẩm là nước thì: C
a
= C
n
= 4,18 kJ/kg
o
K
⇒
C
v
= C
vk
(1-
2
) + C
a
.
2
= 1,5.(1 - 0,14) + 4,18.0,14
= 1,8752 (kJ/kg
o
K)
- Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy:
L(I
2
– I
1
) + [(G

1
- W)C
v1
+ WC
a
].t
v1
= L(I
2
– I
o
) + Q
BC
+ G
2
.C
v2
.t
V2
Đặt: Q
v
= G
2
C
v
(t
v2
– t
v1
) : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi.

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 8
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
Mặt khác: G
2
= G
1
– W
C
v1
= C
v2
= C
v
- Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:
Q = L(I
1
– I
o
) = L(I
2
– I
o
) + Q
BC
+ Q
v
- WC
a
t
v1

- Nhiệt lượng tiêu hao riêng (cho 1kg ẩm cần bốc hơi):
q = l(I
1
– I
o
) = l(I
2
– I
o
) + 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:
Q
v
= G
2
C
v
(t
v2
– t
v1
) = 1000.1,8752.(30 – 27) = 5625,6 (kJ/h)
008,75
75
6,5625
===
W
Q
q
v
v
(kJ/kg ẩm)
 Nhiệt do ẩm trong vật liệu đưa vào:
WC

a
t
v1
= 75.4,18.27 = 8464,5 (kJ/h)
C
a
.t
v1
= 4,18.27 = 112,86 (kJ/kg ẩm)
 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che:
Q
BC
= (0,03 4 0,05).Q
hi
[14]
Q
hi
: nhiệt hữu ích, là nhiệt cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu:
Q
hi
= W.[r
tv1
+ C
a
(t
2
– t
v1
)] [8]
với:

o r
tv1
: ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào, r
tv1
= 2500
kJ/kg
o C
a
: nhiệt dung riêng của ẩm.
Với ẩm là hơi nước thì: C
a
= C
pa
= 1,842 kJ/kg
o
K
⇒
Q
hi
= 75.[2500 + 1,842.(35 – 27)] = 188605,2 (kJ/h)
⇒
Q
BC
= 0,03.Q
hi
= 0,03.188605,2 = 5658,156 (kJ/h)
4421,75
75
156,5658
===

W
Q
q
BC
BC
(kJ/kg ẩm)
- Đặt: C
a
t
v1
– q
BC
– q
v
: 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.
 Với quá trình sấy lý thuyết: = 0
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:
Q = L(I
2
– I
o
)
= 7837,742.(105,8369 – 76,7213) = 228200,399 (kJ/h)
q = l(I
2
– I
o
)
= 104,503.(105,8369 – 76,7213) = 3042,672 (kJ/kg ẩm)

 Với quá trình sấy thực tế: ≠ 0
 = C
a
t
v1
– q
BC
– q
v

= 112,86 – 75,4421 – 75,008 = -37,5901 (kJ/kg ẩm)
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 9
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
< 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)
Từ đó ta xác định lại các tính chất của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy:
l
II
í
∆
+=
2
Tuy nhiên vì l chưa biết nên ta xác định độ chứa ẩm x
2
trước thông qua t
2
đã biết:
0274,0
)]5901,37()35.842,12500[(
)]5901,37()55.842,12500.[(0194,0)3555(004,1
])[(
])[()(
)(
)()(
2
121
2
21
2
=
−−+
−−++−
=

∆−+
∆−++−
=
∆−
∆−+−
=
tCr
tCrxttC
i
ixttC
x
pa
paopk
íopk
5365,105)35.842,12500(0274,035.004,1
).842,12500(.004,1
2222
=++=
++=
txtI
0558,0
355,235
42,4026
12exp
5,235
42,4026
12exp
2
2
=







+
−=








+
−=
t
p
b
(bar)
7436,0
)0274,0621,0.(0558,0
981,0.0290,0
)621,0(
.
2
2
2

2
=
+
=
+
=
xp
Bx
b
ϕ
9442,0
10.0558,0.7436,010.981,0
)27335(288
.
.288
55
2
2
2
2
=
−
+
=
−
=
b
pB
T
v

ϕ
(m
3
/kgkk)
- Tóm lại, trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế:
Bảng 3 : Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực:
Đại lượng Trạng thái không khí
ban đầu (A)
Trạng thái không khí vào
thiết bị sấy (B)
Trạng thái không khí ra
khỏi thiết bị sấy (C’)
t (
o
C) 27 55 35
ω (đơn vị)
0,84 0,1915 0,7436
x (kg/kgkk) 0,0194 0,0194 0,0274
I (kJ/kgkk) 76,7213 105,8369 105,5365
p
b
(bar) 0,0355 0,1556 0,0558
v (m
3
/kgkk) 0,9083 0,9931 0,9442
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 10
(kg/kgkk)
(kJ/kgkk)
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
Hình 2: Đồ thị I – d không khí ẩm

- Lượng tác nhân khô cần thiết:
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 11
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
8531,9383
0194,00274,0
75
12
=
−
=
−
=
xx
W
L
(kg/h)
Lượng tác nhân tiêu hao riêng:
1180,125
0194,00274,0
11
12
=
−
=
−
==
xxW
L
l
(kg/kg ẩm)

- Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
Q = L(I
2
– I
o
) + Q
BC
+ Q
v
- WC
a
t
v1
= 9383,8531.(105,5365-76,7214) + 5658,156 + 5625,6 – 8464,5
= 273216,3084 (kJ/h)
Lượng nhiệt cung cấp riêng:
8841,3642
==
W
Q
q
(kJ/kg ẩm)
- Hiệu suất sấy:
69,0
3084,273216
2,188605
===
Q
Q
hi

η
III. TÍNH THỜI GIAN SẤY [8]
1. Tính cường độ sấy:
- Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy:
45
2
3555
2
21
=
+
=
+
=
tt
t
k
(
o
C)
- Độ ẩm trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy:
4675,0
2
7436,01915,0
2
21
=
+
=
+

=
ϕϕ
ϕ
k
- Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong tác nhân sấy:
0949,0
455,235
42,4026
12exp
5,235
42,4026
12exp
=






+
−=






+
−=
t

p
b
(bar)
- Khối lượng riêng của tác nhân:
0910,1
981,0
0949,0.4675,0.378,0
1
)27345(
273.293,1
..378,0
1
=






−
+
=









−=
B
p
T
T
boo
k
ϕρ
ρ
- Chọn các thông số để tính cường độ sấy:
Bảng 4 : Các thông số chọn để tính cường độ sấy:
STT Đại lượng
Ký
hiệu
Đơn
vị
Khoảng giới hạn
Tài liệu
tham khảo
Chọn
1 Tốc độ trung bình của
tác nhân trong thùng
sấy
v
k
m/s
2 4 3
[1] 2,6
2 Số vòng quay của n v/ph
1 4 8

[8] 1
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 12
(kg/m
3
)
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
thùng
3 Hệ số chứa đầy của vật
liệu trong thùng
 phần
đơn vị
Đối với thùng có cánh
nâng,
 = 0,18
[8] 0,18
4 Góc nghiêng của thùng  độ
1,15 4 3,82
(1/15 4 1/50 rad)
[8] 1,7
5 Góc nghiêng tự nhiên
của vật liệu
χ
độ
24 4 32 (đối với đậu
nành)
[12] 27
6 Đường kính trung bình
hạt vật liệu
d m 0,005
7 Khối lượng riêng thể

tích vật liệu
ρ
v
kg/m
3
560 4 784
[5], [12] 650
8 Số cánh trong thùng Z cánh 8
Khi sử dụng dạng cánh nâng thì các thông số đặc trưng của cấu trúc dạng cánh: [8]
576,0
=
T
D
h
;
122,0
2
=
T
c
D
F
với: . h : chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu, m
. D
T
: đường kính trong của thùng sấy, m
. F
c
: bề mặt chứa vật liệu của cánh, m
2

- Cường độ bay hơi thể tích A xác định theo công thức thực nghiệm đối với vật liệu
dạng hạt:
65,0
max
2
5,0
....
.
.03,3








=
h
kk
W
W
tg
tg
Bn
d
v
A
ψ
α

β
ρ
,kg/m
3
h
trong đó:
 B : yếu tố cấu trúc của thùng quay
7407,0576,0.8.122,0..
2
==








=
T
T
c
D
h
Z
D
F
B
 W
hmax

: độ hút ẩm cực đại của vật liệu.
Theo [8], trường hợp nếu W
2
〈 W
hmax
thì lấy
1
max
2
=
h
W
W
W
hmax
được xác định theo công thức:
ϕ
ln
11
max
B
WW
hcb
+=
⇒
ϕ
ln
11
maxhcb
WW

B
−
=
với: . W
cb
: độ ẩm cân bằng của vật liệu, %
. B : hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ.
Vì ω < 1
⇒
ln ω < 0
⇒
để B > 0 thì
max
11
hcb
WW
<
⇒
W
cb
> W
hmax
(1)
Mà quá trình sấy ở đây có độ ẩm cuối (W
2
= 14%) > độ ẩm cân bằng (W
cb
=
12,8%): W
2

> W
cb
(2)
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 13
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
(1), (2)
⇒
W
2
〈 W
hmax
Vậy ta lấy
1
max
2
=
h
W
W
trong công thức tính A.
⇒
( )
7123,101.
27
7,1
.18,0.7407,0.1.
005,0
6,2.091,1
.03,3
5,0

==
tg
tg
A
(kg/m
3
h)
1. Tính thời gian sấy:
79,0
)]1420(200.[7123,10
)1420.(18,0.650.2
)](200[
).(.2
21
21
=
+−
−
=
+−
−
=
WWA
WW
v
βρ
τ
(h)
= 47,37 (ph)
IV. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH [8]

1. Tính kích thước thùng quay:
- Thể tích thùng sấy:
0013,7
7123,10
75
===
A
W
V
T
(m
3
)
- Chọn đường kính thùng, theo tiêu chuẩn: D
T
= 1,2m
- Chiều dài thùng:
1905,6
2,1.
0013,7.4
4
22
===
ππ
T
T
T
D
V
L

(m)
Chọn L
T
= 6,5m
⇒

42,5
2,1
1905,6
==
T
T
D
L
⇒
thỏa điều kiện
84
÷=
T
T
D
L
Khi đó, thể tích của thùng sấy:
3513,75,6.
4
2,1.
.
4
2
2

===
π
π
L
D
V
T
T
(m
3
)
1. Thời gian lưu:
Thời gian mà vật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vật liệu đi hết chiều dài thùng):
80,0
1075
650.18,0.3513,7
.
1
1
===
G
V
vT
ρβ
τ
(h) = 48,01 (ph)
⇒
thỏa điều kiện τ
1
〈 τ

2. Kiểm tra tốc độ quay của thùng:
ατ
tgD
Lkm
n
T
T
..
..
1
1
=
′
,vg/ph
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 4 0,7  Chọn k
1
= 0,5
. m : hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng.
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 14
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
Đối với cánh nâng, m = 0,5
⇒

9504,0
7,1.2,1.01,48

5,6.5,0.5,0
..
..
1
1
===
′
tgtgD
Lkm
n
T
T
ατ
(vg/ph)
Sai số so với giá trị chọn:
%96,4%100.
1
9504,01
%100.
=
−
=
′
−
=
n
nn
ε
chọn n = 1 vg/ph là hợp lý.
3. Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy:

Bảng 5 : Lưu lượng và khối lượng riêng không khí sấy tại các điểm của quá trình sấy
thực:
Đại
lượng
Ký hiệu –
Đơn vị
Trạng thái
không khí ban
đầu – A
(trạng thái 1)
Trạng thái không
khí vào thiết bị
sấy – B
(trạng thái 2)
Trạng thái không khí
ra khỏi thiết bị sấy - C’
(trạng thái 3)
Ghi
chú
Nhiệt độ t (
o
C) 27 55 35
Bảng
3
Độ ẩm
ω (đơn
vị)
0,84 0,1915 0,7436
Bảng
3

Lưu
lượng
V (m
3
/h) 8523,6411 9319,1810 8860,1435
V (m
3
/s) 2,3677 2,5887 2,4612
Khối
lượng
riêng
 (kg/m
3
) 1,1631 1,0638 1,1277
- Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:
6622,9089
2
144,8860181,9319
2
21
=
+
=
+
=
VV
V
(m
3
/h)

= 2,5249 (m
3
/s)
- Tiết diện chảy của tác nhân:
9274,0
4
2,1.
)18,01(
4
)1().1(
2
2
=−=−=−=
π
π
ββ
T
T
D
FF
(m
2
)
- Vận tốc tác nhân sấy:
7226,2
9274,0
5249,2
===
′
F

V
v
k
(m/s)
- Sai số so với vận tốc chọn:
%50,4%100.
7226,2
6,27226,2
%100.
=
−
=
′
−
′
=
k
kk
v
vv
ε
chọn v
k
= 2,6 m/s là hợp lý.
4. Tính bề dày cách nhiệt của thùng:
Máy sấy có thể có hay không có bọc lớp cách nhiệt. Để tránh nhiệt trong máy sấy mất
mát nhiều và để đảm bảo nhiệt dộ bên ngồi máy sấy có thể cho phép công nhân làm việc bên
cạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy.
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 15
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

5.1. Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của
thùng 
1
:
Bảng 6 : Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị
Nguồn
– Công thức
Giá trị
1 Vận tốc v
k
m/s (III.1) 2,6
2 Nhiệt độ trung bình t
k
o
C (III.1) 45
3 Hệ số dẫn nhiệt
λ
k
W/m.
o
K Bảng 30, [3] 0,02755
4 Độ nhớt
µ
k
Ns/m
2
Bảng I.114, [1] 1,9314.10
-5
5 Khối lượng riêng

ρ
k
kg/m
3
(III.1) 1,0910
6 Độ nhớt động
ν
k
m
2
/s
k
k
k
ρ
µ
ν
=
1,7702.10
-5
- Chế độ chảy của tác nhân sấy trong thiết bị:
Chuẩn số Reynolds:
5
5
10.7625,1
10.7702,1
2,1.6,2
Re
===
−

k
Tk
Dv
ν
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 xốy rối, là quá trình truyền nhiệt do
sự trộn lẫn của các lớp lưu chất trong và ngồi xa trục của dòng chảy. Có thể bỏ qua sự truyền
nhiệt do đối lưu tự nhiên. [2]
Vậy, quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đối lưu
cưỡng bức, dòng chảy trong ống có
50
<
D
L
.
- Chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,018.
l
.Re
0,8
(CT 3.32, [3])
trong đó:







=
D
L
f
l
Re,
ε
Với: Re = 1,76.10
5
42,5
=
D
L
⇒
Nu = 0,018.1,135.(1,7625.10
5
)
0,8
= 321,4382
- Hệ số cấp nhiệt 
1
:
380,7
2,1
02755,0.4382,321
.
1
===
T
k

D
Nu
λ
α
(W/m
2
.K)
5.2.Hệ số cấp nhiệt từ thành ngồi của thùng sấy đến môi trường xung
quanh 
2
:
Quá trình truyền nhiệt từ thành ngồi của thiết bị sấy đến môi trường xung quanh là quá
trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên và do bức xạ nhiệt.
 Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên ’
2
:
- Do thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng  = 1,7
o
nên việc xác định hệ số cấp
nhiệt do đối lưu tự nhiên xem như là xác định hệ số cấp nhiệt của ống nằm ngang khi không
khí có thể tích lớn chuyển động tự do. Theo [3], đối với trường hợp này, các hằng số vật lý khi
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 16
 
l
= 1,135 (Bảng II-2, [2])
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chất ở xa ống, tức là lấy theo nhiệt
độ trung bình của không khí môi trường.
Bảng 7 : Các thông số của không khí bên ngồi thùng sấy:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị

Nguồn
– Công thức
Giá trị
1 Nhiệt độ t
o
o
C (II) 27
2 Hệ số dẫn nhiệt
λ
o
W/m.
o
K Bảng 30, [3] 0,02629
3 Độ nhớt
µ
o
Ns/m
2
Bảng I.114, [1] 1,8464.10
-5
4 Áp suất hơi bão hòa p
b
bar (II) 0,0355
5 Khối lượng riêng
ρ
o
kg/m
3
CT1.11, [8] 1,1631
6 Độ nhớt động

ν
o
m
2
/s
k
k
k
ρ
µ
ν
=
1,5875.10
-5
- Chọn nhiệt độ thành ngồi của thùng (phía tiếp xúc với không khí): t
w4
= 35
o
C  là
nhiệt độ thích hợp để nhiệt từ tác nhân sấy sau khi truyền qua vách thùng và lớp cách nhiệt đến
phía thành ngồi của thùng thì không còn quá nóng, an tồn cho người làm việc.
- Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem như nhiệt độ không đổi khi truyền qua bề
dày thân thùng và lớp bảo vệ. Sơ đồ truyền nhiệt:
- Chọn các bề dày của thùng:
Bảng 8 : Các bề dày thùng và vật liệu:
STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị chọn (m) Vật liệu
Hệ số dẫn nhiệt
λ (W/mK)
1
Bề dày thùng

δ
1
0,008 CT3 50
2
Bề dày lớp cách nhiệt
δ
2
0,001
Bông thủy
tinh
0,05
3
Bề dày lớp bảo vệ
δ
3
0,001 CT3 50
- Đường kính ngồi của thùng sấy:
D
ng
= D
T
+ 2.( δ
1
+ δ
2
+ δ
3
)
= 1,2 + 2.(0,008 + 0,001 + 0,001) = 1,22 (m)
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 17

t
o
t
w4
t
w1
δ
1
δ
2
δ
3
t
k

1
: bề dày thân thùng

2
: bề dày lớp cách nhiệt

3
: bề dày lớp bảo vệ
Hình 3: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
- Chuẩn số Grashof: [2]
9
25
3
2

4
3
2
3
2
3
10.8849,1
)27327.()10.5875,1(
)2735.(22,1.81,9
)273(
).(......
=
+
−
=
+
−
=
∆
=
∆
=
−
oo
owng
o
ng
o
ng
t

ttDg
T
TDgTDg
Gr
ννν
β
- Chuẩn số Nusselt: [1]
Nu = 0,47. Gr
0,25

= 0,47. (1,8849.10
9
)
0,25
= 97,9312
- Hệ số cấp nhiệt ’
2
:
1103,2
22,1
0263,0.9312,97
.
2
===
′
ng
o
D
Nu
λ

α
(W/m
2
K)
 Hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt ’’
2
: [1]
)(
100100
..7,5
)(
21
4
2
4
1
21
21
2
TT
TT
TTF
Q
bx
−















−






=
−
=
′′
−
εα
,W/m
2
K
trong đó: . Q
bx
: nhiệt trao đổi do bức xạ, W
. F : bề mặt bức xạ, m
2

. T
1
: nhiệt độ của vật thể nóng,
o
K , T
1
= T
w4
. T
2
: nhiệt độ của vật thể nguội, là nhiệt độ không khí bao quanh thùng,
o
K ,
T
2
= T
o

. 

: độ đen của hệ.
Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn
bề mặt vật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể:

1-2
≈ 
1
= 0,8 4 1
 Chọn e
1-2

= 0,8.
4456,5
)2735(
100
27327
100
27335
.8,0.7,5
)(
100100
..7,5
)(
44
21
4
2
4
1
21
21
2
=
−















+
−






+
=
−















−






=
−
=
′′
−
TT
TT
TTF
Q
bx
εα
 Hệ số cấp nhiệt chung 
2
: [1]
5560,74456,51103,2
222
=+=
′′
+
′
=

ααα
5.3.Hệ số truyền nhiệt K: [3]
- 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:
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 18
(CT V.135, [1])

(W/m
2
.K)
(CT V.134, [1])
(W/m
2
.K)
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
4718,3
5560,7
1
50
001,0
05,0
001,0
50
008,0
3797,7
1
1
11
1
2

3
1
1
=
++++
=
++
=
∑
=
αλ
δ
α
i
i
i
K
5.4.Tính bề mặt truyền nhiệt F: [14]
- Đường kính trung bình của máy sấy:
21,1
2
219,12,1
2
=
+
=
+
=
ngT
tb

DD
D
(m)
- Bề mặt truyền nhiệt: gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặt đầu của
thùng:
0084,27
4
21,1.
.25,6.21,1.
4
.
.2..
2
2
=+=
+=
π
π
π
π
tb
Ttb
D
LDF
5.5.Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên
ngồi t
tb
: [14]
- Gọi: . t
1đ

, t
1c
: nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy khi đi qua thùng sấy
t
đ1
= t
1
= 55
o
C
t
c1
= t
2
= 35
o
C
. t
2đ
, t
2c
: nhiệt độ môi trường xung quanh, t
2đ
= t
2c
= t
o
= 27
o
C

- Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy:
t
đ
= t
1đ
– t
2đ
= 55 – 27 = 28 (
o
C)
t
c
= t
1c
– t
2c
= 35 – 27 = 8 (
o
C)
- Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngồi:
9647,15
8
28
ln
828
ln
=
−
=
∆

∆
∆−∆
=∆
c
ñ
cñ
tb
t
t
tt
t
(
o
C)
5.6.Tính lượng nhiệt mất mát ra xung quanh: [14]
- Xem nhiệt truyền từ bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đến môi trường bên ngồi
là ổn định. Lượng nhiệt đó chính là lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh khi bốc hơi
1kg ẩm q
xq
. Đối với máy sấy thùng quay thì lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh này
cũng là nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che q
BC
.
- Theo phương trình truyền nhiệt:
8555,71
75.1000
3600.9647,15.0084,27.4720,3
..
==
∆

=
W
tFK
q
tb
xq

- So sánh với lượng nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che đã giả thiết ban đầu:
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 19
(W/m
2
.K)
(m
2
)
(J/kg ẩm)
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
%75,4%100.
4421,75
8555,714421,75
%100.
=
−
=
−
=
BC
xqBC
q
qq

ε
giả thiết về chiều dày lớp cách nhiệt ban đầu là hợp lý.
5. Kiểm tra bề dày thùng: [15]
- Vật liệu chế tạo thùng chọn là thép CT3, có các tính chất sau:
Bảng 9 : Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng: [15]
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị
Nguồn
– Công thức
Giá trị
1 Ứng suất tiêu chuẩn
[σ*]
N/mm
2
Hình 1.1 140
2 Giới hạn an tồn  đơn vị trang 26 1
3 Hệ số bền mối hàn 
h
đơn vị Bảng 1.7 0,95
4 Ứng suất cho phép [] N/mm
2
[] = 
h
.[σ*]
(CT 1.9)
140
- Áp suất làm việc của hệ thống: thùng sấy làm việc ở áp suất thường (không có áp
suất), theo [1], chiều dày thành thiết bị tính theo thiết bị làm việc với áp suất trong nhưng lấy p
không bé hơn 0,1.10
6
N/m

2
.
 áp suất làm việc của hệ thống, lấy: p = 0,1.10
6
N/m
2
= 0,1 N/mm
2
- Ta có :
25133095,0.
1,0
140
.
][
>==
h
p
ϕ
σ
Do đó bề dày tối thiểu của thân thùng:
)(10.5,4
95,0.140.2
1,0.2,1
].[2
.
4
m
pD
S
h

T
−
===
′
ϕσ
(CT 5.3, [15])
- Hệ số bổ sung kích thước:
C = C
a
+ C
b
+ C
c
+ C
o
(CT 1.10, [15])
Bảng 10 : Các hệ số bổ sung kích thước cho bề dày thùng:
STT
Hệ số
bổ sung kích
thước
Kí
hiệu
Giá trị
(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 0,05 mm/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 bị. Giá trị C
b
chọn theo thực nghiệm.
3
Hệ số bổ sung do
sai lệch khi chế
tạo
C
c
0,8
Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép làm thùng.
Với thùng bằng thép CT3, dày 8mm thì C
3
= 0,8
mm (Bảng XIII.9, [1])
4
Hệ số quy tròn
kích thước
C

o
5,75 Chọn.
⇒
C = C
a
+ C
b
+ C
c
+ C
o
= 0 + 1 + 0,8 + 5,75 = 7,55 (mm)
- Bề dày thực của thân thùng:
S = S’ + C = (0,45 + 7,55).10
-3
= 8.10
-3
(m)
 giả thiết bề dày thùng 8 mm là chấp nhận được.
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 20
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
- Kiểm tra:
0067,0
1200
08
=
−
=
−
T

a
D
CS

 thỏa điều kiện
1,0<
−
T
a
D
CS
- Áp suất lớn nhất cho phép trong thân thiết bị:
76,1
)08(1200
)08.(95,0.140.2
)(
).(].[2
][
=
−+
−
=
−+
−
=
aT
ah
CSD
CS
p

ϕσ
(N/mm
2
)
Vậy thùng sấy có bề dày là 8mm, thỏa điều kiện làm việc p < [p].
6. Tính trở lực qua thùng sấy: [10]
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.
- Chuẩn số Reynolds:
3659,734
10.9314,1
0910,1.005,0.6,2
..
Re
5
===
−
k
kk
dv
µ
ρ
- Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy:
)/(4678,8
35,7.2.75,0
18,0).10001075.(25,0
.2.75,0
)..(25,0

3
21
mkg
V
GG
dx
=
+
=
+
=
β
ρ
- Trở lực của dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy:
dg
CvLa
P
kk
haït
..2
....
2
ρ
=∆
,mmH
2
O (CT 10.19, [10])
trong đó:
 a : hệ số thủy động
2074,10

3659,734
100
3659,734
490
85,5
Re
100
Re
490
85,5
=++=
++=
a
 C : hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt
2
1
ζ
ζ
−
=
C
(CT 10.21, [10])
với :
9870,0
650
4678,8650
=
−
=
−

=
v
dxv
ρ
ρρ
ζ
(CT 10.22, [10])

0134,0
9870,0
9870,01
1
22
=
−
=
−
=
ζ
ζ
C
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 21
(CT 10.23, [10])
(CT 10.20, [10])
III
II
I
ẹoọng
cụ
GVHD: Thy PHM VN BễNThit k thit b sy thựng quay sy u xanh nguyờn ht

)/(8256,599)(1443,61
005,0.81,9.2
0134,0.0910,1.6,2.5,6.2074,10
..2
....
2
2
2
2
mNOmmH
dg
CvLa
P
kk
haùt
==
=
=

V. THIT K B PHN TRUYN NG
1. Tớnh cụng sut quay thựng:
- Cụng sut cn thit quay thựng:
N = 0,0013.D
T
2
.L
T
..n. kW (CT VII.54, [1])
vi: . D

T
: ng kớnh trong ca thựng, D
T
= 1,2m.
. L
T
: chiu di thựng, L
T
= 6,5m.
. : h s ph thuc vo dng cỏnh.
Vi cỏnh nõng, h s cha y = 0,18 thỡ = 0,059 (Bng VII.5, [1]).
. n : tc quay ca thựng, n = 1 vg/ph.
. : khi lng riờng xp ca vt liu, = 650 kg/m
3
N = 0,0013.D
T
2
.L
T
..n.
= 0,0013.1,2
2
.6,5.0,059.1.650 = 0,56 (kW)
- Chn ng c 4A100L8Y3, ([4]), cú cỏc c tớnh:
. Cụng sut ng c: N
c
= 1,5 kW
. Vn tc quay: n
c
= 698 vg/ph

. Hiu sut: = 74%
. H s cụng sut: cos = 0,65
Cụng sut lm viờc ca ng c:
N
lv
= N
c
. = 1,5.074 = 1,11 (kW)
tha iu kin N
lv
> N cn thit quay thựng.
1. Chn t s truyn ng: [4]
- T s truyn chung ca tn b h thng:
698
1
698
===
thuứng
ủc
c
n
n
i
Do t s truyn quỏ ln nờn phi s dng h thng truyn ng gim tc cho thựng. S
dng b phn gim tc 2 cp kiu trc vớt bỏnh rng. H thng truyn ng nh sau: trc
ng c ni thng vi trc vớt, trc vớt ny truyn ng qua bỏnh vớt (gim cp i
01
), t bỏnh vớt
qua bỏnh rng nh ca hp gim tc, ri qua bỏnh rng ln (gim cp i
12

), sau ú ra khi hp
gim tc, truyn qua tang dn ng v n thựng qua bỏnh rng ln gn vo thựng (gim cp
i
23
).
SVTH: ng Th Hong Lan Trang 22

GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
- Chọn tỷ số truyền: . i
23
= 5
. i
12
= 4
.
083,29
6.4
698
.
2312
01
===
ii
i
i
c
- Vận tốc quay:
n
j-1
= i

j-1,j
. n
j
(vg/ph)
- Công suất:
N
j
= N
j-1
. 
j-1,j
(kW)
với: . Hiệu suất h của bộ truyền bánh răng trụ hở: h
br
= 0,93 – 0,95
 Chọn h
br
= 0,93. (Bảng 2.3, [4])
. Hiệu suất của bộ truyền bánh răng
trụ được che kín (trong hộp giảm tốc): h
br
’ = 0,96 – 0,98
 Chọn h
br
’ = 0,96. (Bảng 2.3, [4])
. Hiệu suất của bộ truyền trục vít:
829,0
96,0.93,0
74,0
.

'
===
brbr
ñc
trv
ηη
η
η
Bảng 11 : Bảng sơ đồ truyền động
Trục
Thông số
Động cơ Trục I Trục II Trục III
Tỷ số truyền i 29,083 4 6
Vận tốc quay n (vg/ph) 698 24 5 1
Công suất N (kW) 0,698 0,6272 0,602 0,56
2. Tính bộ truyền bánh răng [13]
Bộ truyền bánh răng truyền chuyển động từ tang dẫn động đến bánh răng lớn gắùn vào
thùng. Đây là cơ chế truyền động giữa hai trục song song nên ta sử dụng bộ truyền động bánh
răng trụ (răng thẳng), truyền động hở, bánh răng ăn khớp ngồi.
 Chọn vật liệu làm bánh răng:
 Bánh răng lớn: thép 45 thường hóa, có độ rắn HB 180.
 Bánh răng nhỏ:
- Đối với 2 bánh răng ăn khớp nhau, báng răng nhỏ làm việc nhiều, chân răng bé nên
mòn nhiều và chóng bị gãy hơn bánh răng lớn, do vậy cần được chế tạo bằng vật liệu tốt hơn.
Nếu sử dụng 2 bánh răng cùng vật liệu thì phải có phương pháp nhiệt luyện để bánh răng nhỏ
có độ rắn mặt răng lớn hơn.
- Bánh răng chịu tải trọng trung bình, sử dụng thép 45 thường hóa có các thông số cơ
tính:
. Độ rắn HB
br nhỏ

= (1,1 – 1,4)HB
br lớn
= 1,1.180 = 198
. Giới hạn bền: 
B
= 600 N/mm
2
. Giới hạn chảy: 
C
= 340 N/mm
2
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 23
Hình 4: Sơ đồ hệ thống truyền động cho thùng
: Sơ đồ hệ thống truyền động
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
- Ứng suất uốn cho phép:
[ ]
σ
σ
σ
Kn
u
o
.
.5,1
1
−
=
với: . Giới hạn mỏi: 
-1

= 0,25.(s
b
+ s
ch
) + 50 = 285 (N/mm
2
)
. Hệ số an tồn: n = 1,5 – 2,2  chọn n = 1,5
. Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: K

= 1,2 – 1,8 (trị
số lớn dùng cho bánh răng thép thường hóa và tôi)  K

= 1,8

[ ]
)/(35,158
8,1.5,1
285.5,1
.
.5,1
2
1
mmN
Kn
u
o
===
−
σ

σ
σ
 Tính mođun sơ bộ:
3
3
6
...][
...10.19
nZy
KN
m
mu
ψσ
γ
=
,mm
với:
 N
3
: công suất truyền của bộ truyền.
Đối với bộ truyền bánh răng trụ hở có hệ số truyền 
br
= 0,93 –0,95  chọn

br
= 0,93.

)(6021,0
93,0
56,0

3
kW
N
N
br
thuøng
===
η
  : hệ số độ mòn răng
Với độ mòn 20%   = 1,5
 
m
: hệ số chiều dài răng, 
m
= 10 – 12  chọn 
m
= 12.
 Z : số răng.
o Với bánh răng nhỏ (chủ động) quay bằng động cơ :
Z
1
= 17 – 30  Chọn Z
1
= 28 răng
o Với bánh răng lớn:
Z
2
= i.Z
1
= 5.28 = 140 răng

 y : hệ số dạng răng, phụ thuộc Z
o Bánh răng nhỏ: y = 0,411
o Bánh răng lớn: y = 0,488
 K : hệ số tải trọng, chọn sơ bộ K = 1,5 (bánh răng đặt ở đầu trục)
Tính mođun theo bánh răng có tích y.[]
u
nhỏ, còn nếu bánh răng cùng vật liệu thì tích
y.[]
u
lấy của bánh răng nhỏ:
)(224,9
5,1.28.12.33,158.411,0
5,1.5,1.6021,0.10.19
...][
...10.19
3
6
3
3
6
mm
nZy
KN
m
mu
==
=
ψσ
γ
 Chọn mođun theo tiêu chuẩn (theo TCVN 1064-71) : m = 10 mm.

 Kiểm nghiệm sức bền uốn răng:
[ ]
u
u
nZbmy
KN
σ
γ
σ
≤=
....
...10.19
2
6
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 24
GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
với:
 b : chiều dài răng, mm.
b = 
m
. m =12.10 = 120 (mm)
 K = K
t
.K
đ
: hệ số tải trọng
o K
t
: hệ số tải trọng tập trung.
Với độ rắn mặt răng HB < 350  Chọn K

t
= 1.
o K
đ
: hệ số tải trọng động, phụ thuộc vậb tốc tiếp tuyến và cấp chính xác của
bánh răng.
. Gọi A: khoảng cách giữa 2 tâm bánh răng
m = (0,01 – 0,02).A
 chọn m = 0,012A

33,833
012,0
10
012,0
===
m
A
(mm)
 làm tròn A = 835mm
. Số răng bánh nhỏ:
78,27
)16(10
835.2
)1(
2
1
=
+
=
+

=
im
A
Z
 Z
1
= 28 răng
 chọn Z
1
= 28 rănglúc đầu là hợp lý.
. Xem vận tốc quay thùng bằng vận tốc quay của bánh răng lớn và
bằng 1vg/ph.
 Vận tốc quay của bánh răng nhỏ: n
II
= i. n
I
= 6.1 = 6 (vg/ph)
. Vận tốc vòng:
)/(0729,0
)15.(1000.60
5.8352
)1(1000.60
2
1
sm
i
An
v
=
+

=
+
=
π
π
v < 2 m/s  chọn cấp chính xác của bánh răng = 9
 K
đ
= 1,2
 Hệ số tải trọng:
K = K
t
. K
đ
= 1.1,2 =1,2
 Độ bền uốn:
)/(852,24
6.28.120.10.411,0
5,1.2,1.6021,0.10.19
....
...10.19
2
2
6
2
6
mmN
nZbmy
KN
u

==
=
γ
σ
 
u
< []
u
 hệ an tồn về uốn.
 Tính kích thước chủ yếu của cặp bánh răng:
T C B B
SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 25