Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy cà phê nhân với năng suất 2000kgh

Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển mãi từ những năm 50
đến 60 ở các Viện và các trường đại học trên thế giới chủ yếu giải quyết
những vấn đề kỹ thuật sấy các vật liệu cho công nghiệp và nông nghiệp.
Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ nghệ sấy các nông
sản thành những sản phẩm khô, không những kéo dài thời gian bảo quản
mà còn làm phong phú thêm các mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cà phê,
sữa, bột, cá khô, thịt khô. Đối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên
cứu công nghệ sấy để sấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp
phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy
phù hợp với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất.
Đặc biệt là sấy cà phê nhân, đó là thành phẩm để chế biến cafe bột, cafe
sửa và các loại bánh kẹo cao cấp
Do đặc điểm cà phê nhân sau khi sấy phải đảm bảo mùi thơm, màu sắc
đặt trưng nên có nhiều phương pháp sấy khác nhau như sấy thùng quay, sấy
hầm, sấy tháp …
Trong đồ án này em có nhiệm vụ thiết kế thiết bị sấy thùng quay để
sấy cà phê nhân với năng suất 2000kg/h
Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính
chất đào sâu chuyên ngành. Do kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh
khỏi sai sót trong qúa trình thiết kế. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ
và chỉ bảo tận tình của thầy giáo để tôi có thể hoàn thành tốt đồ án này.
1
Thit k thit b sy c phờ thựng quay nng sut 2000kg/h
Phn I
TNG QUAN V SN PHM - PHNG PHP
DY CHUYN CễNG NGH
I. Tng quan v sn phm
1. Cỏỳu taỷo giaới phỏựu quaớ caỡ phó
Quaớ caỡ phó gọửm coù nhổợng phỏửn sau : lồùp voớ quaớ, lồùp nhồùt, lồùp
voớ trỏỳu, lồùp voớ luỷa, nhỏn

1. Voớ quaớ .
2. Lồùp thởt voớ thởt.
3. Voớ trỏỳu.
4. Voớ luỷa.
5. Nhỏn.
+ Lồùp voớ quaớ : laỡ lồùp voớ ngoaỡi, móửm, ngoaỡi bỗ coù maỡu õoớ, voớ
cuớa caỡ phó cheỡ móửm hồn caỡ phó vi vaỡ caỡ phó mờt.
+ Dổồùi lồùp voớ moớng laỡ lồùp voớ thởt, goỹi laỡ trung bỗ, voớ thởt caỡ phó cheỡ
móửm, chổùa nhióửu chỏỳt ngoỹt, dóự xay xaùt hồn. Voớ caỡ phó mờt cổùng vaỡ daỡy hồn.
+ Haỷt caỡ phó sau khi loaỷi caùc chỏỳt nhồỡn vaỡ phọi khọ goỹi laỡ caỡ phó
thoùc, vỗ bao boỹc nhỏn laỡ mọỹt lồùp voớ cổùng nhióửu chỏỳt xồ goỹi laỡ voớ trỏỳu tổùc laỡ nọỹi bỗ.
Voớ trỏỳu cuớa caỡ phó cheỡ moớng vaỡ dóự dỏỷp vồợ hồn laỡ caỡ phó vọỳi vaỡ caỡ phó mờt.
+ Saùt caỡ phó thoùc coỡn mọỹt lồùp voớ moớng, móửm goỹi laỡ voớ luỷa, chuùng
coù maỡu sừc vaỡ õỷc tờnh khaùc nhau tuỡy theo loaỷi caỡ phó. Voớ luỷa caỡ phó cheỡ coù
maỡu trừng baỷc rỏỳt moớng vaỡ dóự bong ra khoới haỷt trong quaù trỗnh chóỳ bióỳn .
Voớ caỡ phó vọỳi coù maỡu nỏu nhaỷt. Voớ luỷa caỡ phó mờt maỡu vaỡng nhaỷt baùm saùt
vaỡo nhỏn caỡ phó.
+ Trong cuỡng laỡ nhỏn caỡ phó. Lồùp tóỳ baỡo phỏửn ngoaỡi cuớa nhỏn cổùng
coù nhổợng tóỳ baỡo nhoớ, trong coù chổùa nhổợng chỏỳt dỏửu. Phờa trong coù nhổợng tóỳ baỡo
lồùn vaỡ móửm hồn
2
5
4
3
1
2
Thit k thit b sy c phờ thựng quay nng sut 2000kg/h
Baớng 1: Tyớ lóỷ caùc phỏửn cỏỳu taỷo cuớa quaớ caỡ phó (tờnh theo % quaớ tổồi).
Caùc loaỷi voớ vaỡ nhỏn
Caỡ phó cheỡ

(%)
Caỡ phó vọỳi
(%)
- Voớ quaớ 43 - 45 41 - 42
- Lồùp nhồùt 20 - 23 21 - 42
- Voớ trỏỳu 6 - 7,5 6 - 8
- Nhỏn vaỡ voớ luỷa 26 - 30 26 - 29
2. Thaỡnh phỏửn hoùa hoỹc cuớa c phờ nhõn.
Baớng2. 5: Thaỡnh phỏửn hoùa hoỹc cuớa nhỏn caỡ phó
THNH PHN HểA
HC
TNH BNG
m/100g
TNH BNG
mg/100g
- Nổồùc 8 - 12
- Chỏỳt dỏửu 4 - 18
- aỷm 1,8 - 2,5
- Protein 9 - 16
- Cafein 1 (Arabica ), 2 (Robusta)
- Clorogenic axit 2
- Trigonelline 1
- Tanin 2
- Cafetanic axit 8 - 9
- Cafeic axit 1
- Pentozan 5
- Tinh bọỹt 5 - 23
- Saccaro 5 - 10
- Xenlulo 10 - 20
- Hemixenlulo 20

- Linhin 4
- Canxi 85 - 100
- Photphat 130 - 165
- Sừt 3 - 10
- Natri 4
- Mangan 1 - 45
3. Tớnh cht ca c phờ nhõn
3
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
Cphã nhán âỉåüc bọc ra tỉì cà phê thọc. C phê nhán cọ hình
dạng báưu dủc, cọ chiãưu di khong 1cm,chiãưu räüng khong 0,5cm.
- Khäúi lỉåüng riãng: ρ= 650 kg/m
3
- Nhiãût dung riãng: c=.0,37 (kcal/kg
0
C)
II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ PHÊ NHÂN
1. Giới thiệu phương pháp sản xuất cà phê nhân
Sản xuất cà phê nhân nhàòm mủc âêch loải b cạc låïp bao v
bc quanh hảt nhán c phã để thu được cà phê nhân . Để cà phê nhân đạt
giá trị thương phẩm cao thì ta phải sấy khơ đến mỉïc âäü nháút âënh. Räưi sau
âọ tiãúp tủc cạc quạ trçnh chãú biãún tinh khiãút hån nhỉ chãú biãún c phã rang,
c phã bäüt thä, c phã ha tan Hồûc cạc sn pháøm khạc cọ phäúi chãú nhỉ :
c phã sỉỵa, cạc loải bạnh kẻo c phã .
Trong k thût sản xuất c phã nhán cọ 2 phỉång phạp chênh :
- Phỉång phạp sản xuất ướt .
- Phỉång phạp sản xuất khä.
+ Phỉång phạp
sản xuất ướt : gäưm 2 giai âoản chênh:
- Giai âoản xạt tỉåi v phåi sáúy loải b cạc låïp v, thët v cạc

cháút nhåìn bãn ngoi v phåi sáúy khä âãún mỉïc âäü nháút âënh.
- Giai âoản xay xạt, loải b cạc låïp v tráúu v mäüt pháưn v lủa,
tảo thnh c phã nhán.
+ Phỉång phạp
sản xuất khơ : chè cọ mäüt giai âoản chênh l sau khi
phåi qu c phã âãún mỉïc âäü nháút âënh dng mạy xạt khä loải b cạc låïp v
bao bc nhán, khäng cáưn qua giai âoản sản xuất c phã thọc.
So sánh 2 phương pháp ta thấy :
Phỉång phạp chãú biãún khä tuy âån gin, êt täún nàng lỉåüng, nhán
cäng nhỉng phỉång phạp ny cọ nhiãưu hản chãú l phủ thüc vo âiãưu kiãûn
thåìi tiãút. Nọ chè ph håüp våïi nåi cọ âiãưu kiãûn khê háûu nàõng nhiãưu mỉa êt,
khäng âạp ỉïng âỉåüc nhỉỵng u cáưu vãư màût cháút lỉåüng.
Phỉång phạp chãú biãún ướt phỉïc tảp hån, täún nhiãưu thiãút bë v
nàng lỉåüng hån, âäưìng thåìi âi hi dáy chuưn cäng nghãû cng nhỉ thao tạc
4
Thit k thit b sy c phờ thựng quay nng sut 2000kg/h
kyợ thuỏỷt cao hồn. Nhổng phổồng phaùp naỡy thờch hồỹp vồùi moỹi hoaỡn caớnh,
moỹi õióửu kióỷn khờ hỏỷu thồỡi tióỳt. ọửng thồỡi ruùt ngừn õổồỹc thồỡi gian saớn xuỏỳt,
tng nng suỏỳt cuớa nhaỡ maùy vaỡ nỏng cao chỏỳt lổồỹng saớn phỏứm caỡ phó nhỏn.
2. Dõy chuyn sn xut c phờ nhõn ( phng phỏp t)

5
Qu c phờ
Thu nhn
Sn phõn loi
B xiphụng
Mỏy tỏch v
Mỏy ỏnh nht
SY
H thụng sy tnh

úng bao - bo qun
C phờ nhõn
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
3. Thuyết minh quy trình cơng nghệ
Ngun liệu là cà phê quả tươi , có độ chín hơn 90%. Cà phê
quả phải có độ chín đều, ngun liệu phải được chế biến ngay sau 24h thu
hái. Cà phê sau khi thu hoạch về được đưa vào sàng phân loại nhằm loại ra
những tạp chất, đất đá lẩn trong ngun liệu. Cà phê sau khi ra khỏi sàng
phân loại thì đi vào bể xiphơng để phân loại quả cafe xanh, khơng đảm bảo
chất lượng. Cà phê chính phẩm sau khi ra khỏi bể xi phơng thì đến máy bóc
vỏ quả và vỏ thịt. Tại đây vỏ quả và vỏ thịt bị xé nhờ dòng nước phun với
áp lực cao. Cà phê chính phẩm sau khi tách vỏ thì đưa vào thiết bị đánh
nhớt. Mục đích của cơng đoạn này là loại bỏ lớp nhớt dính trên vỏ. Hạt cafe
sau khi đánh nhớt xong thì đưa qua hệ thơng sấy tĩnh rồi đưa vào thiết bị
sấy thùng quay để đưa độ ẩm của cafe về 10-12% thuận lợi cho q trình
bảo quản chế biến sau này. Sau khi cà phê được sấy xong thì được đóng
bao, bảo quản.
4. Sơ đồ hệ thống sấy cà phê
1
2
3
4
5
7
6
1. Quạt đẩy 5. Thùng tháo liệu
2. Caloriphe 6. Xyclon
3. Thùng nhập liệu và dẫn khí vào 7. Quạt
hút
4. Thùng sấy

6
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
7
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
5. Thuyết minh quy trình công nghệ
Vật liệu sấy là cà phê nhân sau khi đã qua phân loại, tách võ và
qua hệ thống sấy tĩnh để nâng nhiệt độ lên gần nhiệt độ tác nhân sấy để
tránh hiện tượng chênh lệch nhiệt độ quá cao giửa tác nhân sấy và cà phê
gây hiện tượng cháy cà phê. Độ ẩm của cà phê lúc này là 21%. Tác nhân
sấy là không khí sau khi qua caloriphe gia nhiệt để nâng nhiệt độ lên 80
0
C.
Tác nhân sấy vào cùng chiều với cà phê.
Thùng sấy được đặt nằm nghiên góc 3
0
so với mặt phẳng ngang.
Chuyể động quay của thùng được thực hiện nhờ bộ truyền động, qua hộp
giảm tốc đến bánh răng gắn trên thùng. Bên trong thùng có lắp đặt các cánh
đảo trộn để nâng và đảo trộn vật liệu sấy do đó tăng cường bề mặt trao đổi
nhiệt giửa vật liệu sấy và tác nhân sấy.
Trong thùng cà phê nhân được nâng lên ở độ cao nhất định rồi
rơi xuống. Trong quá trình đó vật liệu sấy được trao đổi nhiệt với vật liệu
sấy và làm bay hơi ẩm. Khi đi hết chiều dài thùng sấy thì cà phê đảm bảo
độ ẩm yêu cầu cần thiết cho quá trình bảo quản
Sản phẩm sau khi sấy xong được đưa vào buồng tháo liệu và được
tháo ra ngoài qua cửa 5. Còn tác nhân sấy đi qua xyclon thu hồi bụi trước
khi thải ra ngoài môi trường.
8
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
Phần II

TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ - THIẾT BỊ CHÍNH

Số liệu ban đầu :
Năng suất sấy : 2000kg/h
Nhiệt độ mơi trường : 25
0
C
Độ ẩm tương đối : 82%
Độ ẩm vật liệu vào: 21%
Độ ẩm vật liệu ra: 12%
Nhiệt độ TNS vào: 80
0
C
Nhiệt độ TNS ra: 45
0
C
I. TÍNH CÁC THƠNG SỐ CỦA KHƠNG KHÍ
1. Các công thức sử dụng:
- 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 2.31/31 -TTTKHTS)
- Độ chứa ẩm:
b
b
pB
p
x
.
.
621,0
ϕ
ϕ
−
=
kg/kgkk (CT2.73/273 - TTTKHTS)
Với: B: áp suất khí trời, B = 1at = 0,981 bar
- Enthapy của không khí ẩm:
).842,12500(.006,1).(. txttCrxtCI
papk
++=++=
kJ/kgkk (CT2.24/29 - TTTKHTS)
Với: C
pk

: nhiệt dung riêng của không khí khô,
C
pk
= 1,006 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.8/94 - STQTTB tập 2)
9
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
Với: R : hằng số khí, R =8314 J/kmol.độ
. M: khối lượng không khí, M = 29 kg/kmol
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
với: . L : lưu lượng không khí khô, kg/h
. v : thể tìch riêng, m
3
2. Tính toán quá trình sấy lý thuyết.
Quá trình sấy lý thuyết không có hồi lưu biểu diễn trên đồ thò I-
d (hình vẽ)

ϕ
1
ϕ
2
t1
t0
0
I
d
I

2
= I
3
ϕ = 100%
1
2
0
d2
d0 = d1
t2
(g/kgkkk)
(kJ/kgkkk)
+ Điểm 0(t
0
,
0
ϕ
) là trạng thái không khí bên ngoài
+ Điểm 1(t
1
,
1
ϕ
) là trạng thái không khí vào buồng sấy
+ Điểm 2(t
2
,
2
ϕ
) là trạng thái không khí sau quá trình sấy lý

thuyết
3.Trạng thái khơng khí ngồi trời
Hàm ẩm ban đầu
boo
boo
o
pB
p
x
.
.
622,0
ϕ
ϕ
−
=

p
po
: áp suất hơi bão hòa ở 25
0
C
03154,0
255,235
42,4026
12exp
5,235
42,4026
12exp =







+
−=








+
−=
o
b
t
p
o
(bar)
10
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
=> x
o
=
82,0*03154,0981,0
03154,0*82,0

622,0
−
= 0,0168 (kg/kgkkk)
Hàm nhiệt ẩm của không khí
924,67)25.842,12500.(0168,025.006,1
).842,12500(.006.1
=++=
++=
oooo
txtI
Thể tích riêng của không khí ẩm :

899,0
10.03154,0.82,010.981,0
)27325(288
.
.288
55
=
−
+
=
−
=
o
bo
o
o
pB
T

v
ϕ
(m
3
/kgkk)
4. Tính toán không khí đưa vào calorife và đốt nóng đẵng ẩm
t
1
= 80
o
C
x
1
= x
o
= 0,0168 (kg/kgkk)
p
b1
= 0.4667 bar

4667,0
805,235
42,4026
12exp
5,235
42,4026
12exp
1
1
=







+
−=








+
−=
t
p
b
(bar)

1
1
1
1
1
.
.

622,0
b
b
pB
p
x
ϕ
ϕ
−
=

0553,0
)0168,0622,0(*4667,0
981,0*0168,0
)622,0(
.
1
1
1
1
=
+
=
+
=
xp
Bx
b
ϕ
= 5,53

956,124)80.842,12500.(0168,080.006,1
).842,12500(.006,1
1111
=++=
++= txtI

064,1
10.4667,0.0553,010.981,0
)27380(288
.
.288
55
1
1
1
1
=
−
+
=
−
=
b
pB
T
v
ϕ
(m
3

/kgkkk)
5.Tính toán không khí ra khỏi máy sấy
I
2
= I
1
= 124.956 kJ/kgkk
t
2
=45
o
C
p
b2
= 0.236 bar
09495,0
455,235
42,4026
12exp
5,235
42,4026
12exp
2
2
=







+
−=








+
−=
t
p
b
bar
Ta có I
2
= 1,004t
2
+x
2
(2500+1,842t
2
)
11
(kJ/kgkk)
(kJ/kgkk)
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h

 x
2
=
0309,0
45*842,12500
45*006,1956,124
842,12500
006,1
2
22
=
+
−
=
+
−
t
tI
(kg/kgkkk)
=>
489,0
)0309,0622,0(*09495,0
981,0*0309,0
)622,0(
.
22
2
2
=
+

=
+
=
xp
Bx
bh
ϕ
=48,9 %
98,0
10.09495,0*489,010.981,0
)27345(*288
.
.288
55
22
2
2
=
−
+
=
−
=
bh
pB
T
v
ϕ
(m
3

/kgkkk)
t
o
(
o
C ) x(kg/kgkkk)
ω (%)
I (kJ/kgkkk)
Trước khi
vào calorife
25 0,0168 82 67,924
Sau khi ra
khỏi calorife
80 0,0168 5,53 124,956
Sau khi ra
khỏi buồng
sấy
64 0,0309 48,9 124,956
II. CÂN BẰNG VẬT LIỆU
• G
1
,G
2
: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy,
(Kg/h)
• G
k
:Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy, (Kg/h)
• W
1

, W
2
: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy,tính theo % khối
lượng vật liệu ướt
• W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy , (Kg/h)
• L:Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy , (Kg/h)
• x
o
:Hàm ẩm của không khí trước khi vào caloripher sưởi ,
(Kg/Kgkkk)
• x
1
,x
2
: Hàm ẩm của không khí trước khi vào mấy sấy (sau khi đi qua
caloripher sưởi) và sau khi ra khỏi mấy sấy,(Kg/Kgkkk
1.Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy
Trong quá trình sấy xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu.
Lượng vật liệu khô tuyệt đối qua máy sấy là :
1580
100
21100
2000
100
100
100
100
.
2
1

1
2
=
−
=
−
=
−
=
w
G
w
GG
k
(kg/h)
Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu sấy :
12
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
W =
1
21
2
100 w
ww
G
−
−
=
21100
1221

2000
−
−
= 227,85 (kg/h)
Lượng vật liệu trước khi vào phòng sấy :
G
1
= G
2
+ W = 2000 + 227.8 = 2227,85 (kg/h)
Lấy G
1
= 2230 kg/h => W = G
1
-G
2
= 2230-2000 = 230 (kg/h)
2. Cán bàòng váût liãûu cho khäng khê sáúy
Vì tính theo sấy lý thuyết nên coi không khí khô đi qua máy sấy
không bị mất trong quá trình sấy.
Khi làm việc ổn định thì không khí sấy mang theo lượng ẩm Lx
1
.
Sau khi sấy lượng ẩm bốc ra từ vật liệu W.
Lương ẩm trong không khí khỏi mấysấy:Lx
2

Lúc này ta có phương trình cân bằng :
Lx
1

+W=Lx
2
L =
12
W
xx −
(Kg/h) (CT 7.13/131 - TTTKHTS)
Thay số L =
0168.00309.0
230
−
= 16312,057 (kg/h)
Với L là lượng không khí khô cần thiết để làm bäúc hơi W kg ẩm
trong vật liệu.
Vậy lượng không khí khô cần thiết để làm bäúc hơi 1 Kg ẩm trong vật
liệu là:
l =
W
L
=
12
1
xx −
(Kg/Kgẩm) (CT 7.14/131 - TTTKHTS)
Khi đi qua caloripher sưởi không khí chỉ thay đäøi nhiệt đäü
nhưng không thay đäøi hàm ẩm, do đó x
o
=x
1
nên ta có:

l =
12
1
xx −
=
02
1
xx −

thay số :
922,70
0168,00309,0
11
12
=
−
=
−
=
xx
l
(kgkk/k.ẩm)
BẢNG TỔNG KẾT CÂN BẰNG VẬT LIỆU
Đại lượng Giá trị Đơn vị
G
1
2230 Kg/h
G
2
2000 Kg/h

13
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
G
k
1760 Kg/h
w
1
21 %
w
2
12 %
W 230 Kg/h
l 70,922 Kgkkk/kgâm
L 16312,057 Kgkkk/h
Læu læåüng thãø têch cuía taïc nhán sáúy đi vào máy sấy là :
V
1
= v
1
.L = 1,064* 16312,057 = 17356.029 (m
3
/h)
Læu læåüng thãø têch cuía taïc nhán sáúy đi ra khỏi mấy sấy là :
V
2
= v
2
.L = 0,98 * 16312,057 = 15985,816 (m
3
/h)

Lưu lượng thể tích trung bình là :
V
tb
= 0.5(V
1
+ V
2
) = 0.5*(17356,029 + 15985,816) = 16670,922 (m
3
/h)
III. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
1. Tính thời gian sấy :
(w
1
-w
2
) = M' (0.158
τ
+3) (CT 10.12 /210 - [1])
Với M'=M.10
-2

, M là hệ số phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt
Chon đường kính của cà phê là d = 7mm (Bảng 10.3/210 - TTTKHTS)
M = 0.53 => M' = 0.53.10
-2
τ
=
26.109.0*3
10.53.0

12.021.0
1.11
1
*)3(
2,
21
=−
−
=−
−
−
M
ww
h = 75.6 phút
2. Tính thể tích thùng sấy
V =
βρ
τ
*
*
1
G
(CT10.3/208 - TTTKHTS)
Trong đó :
V : thể tích thùng sấy (m
3
)
G
1
:khối lượng vật liệu vào máy sấy ( kg/h)

τ
: thời gian sấy ( giờ)
β
: hệ số điền đầy ,
β
= 0.2-0.3 chọn
β
=0.3
ρ
: khối lượng riêng của vật liệu sấy (kg/m
3
)
V =
4.14
3.0*650
26.1*2230
=
m
3
3. Xác định đường kính và chiều dài thùng sấy
Ta chọn tỉ lệ
5.3=
D
L
hay L=3.5D (10.1/207 - TTTKHTS)
14
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
Khi đó đường kính thùng sấy được xác định :
V =
4

*14.3*5.3
4
**
32
DLD
=
π

=> D =
3
*5.3
*4
π
V
=
m74.1
14.3*5.3
4.14*4
3
=
Chọn D = 1.7m . Nên chiều dài thùng sấy L=3.5*1.7 = 5.95m
Do đó ta chọn L= 6 m
4. Tính số vòng quay của thùng

ατ
tgD
Lkm
n

1
1
=
′
vg/ph (VII.52/122 - sổ tay QTTB tập 2)
Trong đó: k
1
: hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu.
Trường hợp sấy xuôi chiều: chọn k
1
=1.2
m : hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng.
Đối với cánh nâng, m = 1

α
: góc nghiên của thùng . Chọn
α
= 3 => tg3= 0.0524
⇒

069.1
3*7,1*6.75
6*2.1*1


1
1
===
′
tgtgD

Lkm
n
ατ
(vg/ph)
5. Cơng suất của thiết bị
N = 0.13.10
-2
*D
3
*L *a*n*
ρ
(VII.54/123 - [3])
Trong đó :
a: hệ số phụ thuộc dạng cánh . Chon a = 0.079
=> N = 0.13.10
-2
* 1.7
3
* 6 * 0.079 * 1.069*650 = 2.1 (KW/h)
BẢNG TỔNG KẾT SỐ LIỆU
ĐẠI LƯỢNG GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ
Thời gian sấy 75,6 phút
Thể tích thùng sấy 14.4 m
3
15
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
Đường kính thùng sấy 1.7 m
Chiều dài thùng sấy 6 m
Số vòng quay của thùng 1,069 Vg/phut
Cơng suất thiết bị 2,1 kwh

IV. PHẦN CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
1. Xây dựng q trình sấy lý thuyết
Gọi :
* t
v1
: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường
lấy bằng nhiệt độ môi trường: t
vl1
= t
o
= 25
o
C
* t
vl2
: nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏi
thiết bò sấy:
t
vl2
= t
2
– (5 410
o
C) = 45 – 5 = 40
o
C
C
v1
= C
v2

= C
v
: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào
và ra khỏi thiết bò sấy là như nhau. Ở đây, C
v
là nhiệt
dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm W
2
:
C
v
= C
khơ
(1-W
2
) + C
a
.W
2
,kJ/kg
o
K
C
a
: nhiệt dung riêng của ẩm : C
a
= C
n
= 4,18 kJ/kg
o

K
C
kh
ơ

=1.05
KJ/kgđộ : nhiệt dung riêng của vật liệu khơ tuyệt đối
C
v
= C
kh
ơ
(1-W
2
) + C
a
.W
2
= 1,05(1 - 0,12) + 4,18.0,12
= 1.4256 (kJ/kg
o
K)
- Nhiệt lượng đưa vào thiết bò sấy gồm:
 Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào : q
kkv
q
kkv
=l.I
0
= 70,922* 67.942 = 4818,583 (KJ/kg ẩm).

 Nhiệt lượng do calorife sưởi : q
s
q
s
= l(I
1
- I
0
) = 70,922*(124.956-67.942) = 4043,547 (KJ/Kg)
 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: q
vls
Qq
vls
=
1
11
*
**
vln
vlv
tC
W
tCG
+

16
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
=
908,44925*18.4
230

25*4256.1*2230
=+
(KJ/Kg)
Tổng lượng nhiệt vào :
∑
q
v
= l.I
o
+ q
s
+ q
vls

= 4818,583 + 4043,547 + 449,908 = 9312,038 (KJ/Kgẩm)
- Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bò sấy gồm:
 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: q
kkr
q
kkr
= l.I
2
= 70,922*124,956 = 8862,129 (KJ/Kgẩm )
 Nhiệt lượng tổn thất ra mơi trường xung quanh : q
m
 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: q
vlr
q
vlr
=

W
tCG
vlv 22
**
=
230
40*4256,1*2000
= 495,861 (KJ/Kgẩm)
Tổn thất qua vỏ thiết bị sấy :
q
m
=
W
tFk ∆**
(CT7.41/142 - TTTKHTS)
Trong đó :
F : Diện tích bề mặt xung quanh máy sấy
t
∆
: hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với mơi trường
xung quanh
W : lượng ẩm bay hơi
k= hệ số truyền nhiệt
21
11
1
αλ
δ
α
++

=
∑
k
(kcal/m
2
.h.
o
C ) (CT7.42/142 - TTTKHTS)
λ
δ
∑
: tổng nhiệt trở của máy sấy
1
α
là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của phòng sấy
)(
,
2
,
11
ααα
+= k
Với
,
1
α
là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu
cưỡng bức (W/m
2
độ)

,,
1
α
là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên
(W/m
2
độ)
17
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
k : hệ số điều chỉnh
• Tính
1
α
,
Nhiệt độ trung bình của khơng khí trong máy sấy :
t
tb
=
2
21
tt +
= 0.5(82+45) = 63.5
o
C
Tiết diện tự do của thùng sấy
( )
4
7,1*14,3*)3,01(
4
.

1
22
−
=−=
D
F
td
π
β
= 1,588 m
3
Với
β
= 0,3 là hệ số chứa đầy
Täúc âäü tạc nhán sáúy l thuút:
893.0
588.1
418.1
===
td
tb
lt
F
V
ω
m/s
Chế độ chảy của tác nhân sấy trong thiết bò:
- Chuẩn số Reynolds:
5
5

10.80848.0
10.8776,1
7.1*893.0

Re
==
==
−
ν
ω
ν
ρω
Ll
ltlt
(V.36/13 - STQTTB tập 2)
Với
ν
= 1.81776.10
5
m
2
/s là độ nhớt động học của khơng khí
L : kích thướt hình học xác định theo đường kính tương đương
Re >10
4
nên tính theo chế độ chảy xốy
- Chuẩn số Nuxen đối với chất khí
Nu = 0,018.
ε
l

.Re
0,8
= 0.018.
ε
l
.R
0.8
(V.42/16 - STQTTB tập 2)
Trong đó
ε
l
phụ thuộc vào tỉ số
D
L
và Re
Với: Re = 0,80848.10
5

5.3=
D
L
(Bảng V.2/15 - STQTTB tập 2)
Vậy Nu = 0,18*1,202*(0,80848.10
5
)
0.8
= 1825,208
Mà
λ
α

D
Nu
.
,
=

λ
: là hệ số dẩn nhiệt
5
1
0
)
273
(
273 T
cT
c
+
+
=
λλ
(I.36/125 - STQTTB tập 1)
18
 ε
l
= 1,202
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
0
λ
: hệ số dẩn nhiệt của khí ở 0

0
C (W/m độ)
T : nhiệt độ tuyệt đối của kk (
0
K)
c : hằng số phụ thuộc vào loại khí
Tra bảng I.122 (sổ tay QTTB tập I ta được c = 122 ,
0
λ
= 0,0201
=>
0181,0)
273
2735,62
(
1222735,62
122273
0201,0
5
1
=
+
++
+
=
λ
( W/m.độ)
=>
1
α

,
=
43,19
7,1
0181,0*208,1825.
==
D
Nu
λ
(N/m
2
.độ)
• Tính
1
α
,,
Vì
1
α
,,
là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu
tự nhiên nên :
Nu = 0.47*Gr
0.25
(CT V.78/24 - STQTTB tập 2 )
Mà Gr =
2
3
***
ν

β
tDg ∆
=
2
2
3
*
**
T
tDg
ν
∆
(CT V.39/13 - STQTTB tập 2)
=
)27345(*)10.81776.1(
)4580(*7.1*81.9
25
3
+
−
−
= 1.605.10
10
 Nu = (6,925.10
9
)
0.25
*0,47 = 167,301

1

α
,,
=
781.1
7.1
0181.0*301,167.
==
D
Nu
λ
=>
)(
,
2
,
11
ααα
+= k
với k = 1.2 là hệ số hiệu chỉnh
=>
606,10)781,143,19(*2.0
1
=+=
α
* Tính
2
α
,,
2
,

22
ααα
+=
: hệ số cấp nhiệt của tường ra mơi trường xung quanh
,
2
α
: hệ số cấp nhiệt mặt ngồi do mấy sấy đối lưu tự nhiên
,,
2
α
: hệ số cấp nhiệt do bức xạ
Chọn nhiệt độ thành ngồi của máy sấy là t
3
= 35
0
C là nhiệt độ thích hợp để
TNS truyền qua thùng và lớp cách nhiệt phía ngồi thùng sao cho khơng
còn q nóng , an tồn cho người lao động
Chọn các bề dày của thùng:
STT Đại lượng
Ký
hiệu
Giá trò chọn
(m)
Vật liệu
Hệ số dẫn
nhiệt
λ (W/mK)
19

Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
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 :
D
ng
= D + 2(
321
δδδ
++
) = 1.7 + 2(0.008+0.001+0.001) = 1.72 m
Tại nhiệt độ t
0
= 25

0
C ta có các thơng số bên ngồi thùng sấy:
STT Thông số
Kí
hiệu
Đơn vò Giá trò
1 Nhiệt độ t
o
o
C 25
2 Hệ số dẫn nhiệt λ
o
W/m.
o
K 0,0262
3 Độ nhớt µ
o
Ns/m
2
1,7665.10
-5
4
Áp suất hơi bãohòa
p
b
bar 0,981
5 Khối lượng riêng ρ
o
kg/m
3

1,1665
6 Độ nhớt động ν
o
m
2
/s 1,5138.10
-5
- Chuẩn số grashof :
Gr =
o
ng
TDg
2
3
***
ν
β
∆
=
)273(*
)(**
0
2
03
3
+
−
t
ttDg
ng

ν
=
)27325(*)10.5138,1(
))2535(*72,1*81,9
25
3
+
−
−
= 4,2498.10
9
- Chuẩn số Nuselt :
Nu = 0.47.Gr
0.25
= 0.47* (4,2498.10
9
)
0.25
=120,003
- Hệ số cấp nhiệt
,
2
α
=
828,1
72.1
003,120*0262.0
.
0
==

ng
D
Nu
λ
(W/m
2
K)
-Hệ số cấp nhiệt do bức xạ
,,
2
α
:

)(
100100

4
4
02
cpct
cp
ct
TT
T
T
C
−

















−






=
′′
εα
,W/m
2
K
(CT-V.35/41 - STQTTB tập 2 )
20
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
Trong đó:

. T
ct
:nhiệt độ tuyệt đối của thành mấy sấy (
o
K) , T
ct
= T
3
. T
2
: nhiệt độ tuyệt đối của mơi trường (
o
K) , T
cp
= T
o

-C
0
= 5.7 hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối
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:
ε
1
= 0,8 4 1 => chọn
ε
= 0.9
71.5
)2535(
100

27325
100
27335
.9,0.7,5
)(
100100
7,5
44
21
4
2
4
1
2
=
−















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



=
′′
TT
TT
εα
Hệ số cấp nhiệt chung :
,,
2
,
22
ααα
+=
= 1,828+5,71= 7,538 ( W/m
2
độ)
Hệ số truyền nhiệt k :
046,4
538,7
1
50
001,0
05,0
001,0
50
008,0
606,10
1
1

11
1
2
3
1
1
=
++++
=
++
=
∑
=
αλ
δ
α
i
i
i
K
- Đường kính trung bình máy sấy
D
tb
=
71.1
2
72.17.1
2
=
+

=
+
tb
DD
(m)
- Bền mặt truyền nhiệt máy sấy bao gồm diện tích xung quanh và diện tích
2 đầu của thùng :
21
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
826.36
4
71,1*
*26*71,1*
4
.
.2
2
2
=+=
+=
π
π
π
π
tb
tb
D
LDF
- Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài:
m

m
tb
t
t
tt
t
∆
∆
∆−∆
=∆
δ
δ
ln
(
o
C)
Mà
cp
ttt −=∆
1
δ
= 80 - 25 =55
0
C Hiệu số nhiệt độ của khơng khí vào máy
sấy và nhiệt độ mơi trường

cpm
ttt −=∆
2
=45 - 25 = 20

o
C Hiệu số nhiệt độ của khơng khí
ra khỏi máy sấy và nhiệt độ mơi trường
=>
m
m
tb
t
t
tt
t
∆
∆
∆−∆
=∆
δ
δ
ln
=
6,34
20
55
ln
2055
=
−

o
C
Tổn thất qua vỏ máy sấy là :

q
m
=
W
tFk ∆**
=
414,22
230
6,34*826,36*046,4
=
(KJ/Kg ẩm )
Tổng nhiệt ra là :

∑
q
r
= l.I
2
+ q
m
+ q
vlr

= 8862,129 + 495,861 + 22,414 = 9380,404(KJ/Kgẩm)
Sai số nhiệt vào và nhiệt ra :
%01.1%100*
038,9312
404,9380
==∆q
< 5% nên thơng số chọn là đúng

BẢNG KẾT QUẢ SỐ LIỆU TÍNH THEO SẤY LÝ
THUYẾT
ĐẠI
LƯỢNG
GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ
Tổng 9312,038 KJ/Kg ẩm
22
(m
2
)
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
nhiệt vào
Tổng
nhiệt ra
9380,404 KJ/Kg ẩm
Hệ số
truyền
nhiệt
4,046
Tổn thất
qua võ
máy sấy
22,414 KJ/Kg ẩm
2. Xây dựng quá trình sấy thực
Vì quá trình sấy không bổ sung nhiệt lượng :
- Tìm giá trị
∆
( lượng nhiệt bổ sung thực tế )
∆
= C

n
*t
0
-( q
vl
+ q
m
)
q
vl
=
948.182
230
)2540(*4256.1*2000
)(*
*
12
2
=
−
=−
vlvl
vl
tt
W
CG
(KJ/Kg)
=>
∆
= 25*4.18 - (182,948 + 22,414) = - 100,862

(KJ/Kg)
Xác định các thông số của quá trình sấy thực :
- Nhiệt dung riêng dẩn xuất
C
dx
(x
1
) = C
pk
+ C
pa
x
1
= 1.006+1.842*0.0168 = 1.03694 (KJ/Kgkkk)
C
pk
= 1.006 (KJ/Kgkk ) nhiệt dung riêng của không khí
C
pa
= 1.842 (KJ/kgkk) nhiệt dung riêng của hơi nước
-Lượng chứa ẩm i của tác nhân sấy sau quá trình sấy
thực :
Ta có: i
2
= 2500 + 1.842*t
2
= 2500+1.842*45 = 2582,89
x
2
= x

1
+
∆−
−
2
211
)(*)(
i
ttxC
dx
= 0.0168 +
0303,0
862,10089,2582
)4580(*03694,1
=
+
−
(kg ẩm/kgkk)
- Entanpy của không khí ẩm là :
I
2
= C
pk
.t
2
+ x
2
i
2

= 1,006*45 + 0,0303* 2582,89= 123,532 (KJ/Kgkk)
23
Thiết kế thiết bị sấy cà phê thùng quay năng suất 2000kg/h
- Độ ẩm :
4799.0
)0303,0622,0.(09495,0
981,0.0303,0
)622,0(
.
22
2
2
=
+
=
+
=
xp
Bx
bh
ϕ
= 47.99 %
Lượng tác nhân sấy cần thiết cho quá trình sấy thực để làm bay
hơi 1kg ẩm là :
0168,00303,0
11
12
−
=
−

=
xx
l
(CT-7.35/139 - TTTKHTS)
=(74,074 (kgkk/kg ẩm )
Lượng tác nhân sấy cần thiết cho cả quá trình là :
L=l.W (CT-7.36/139 - TTTKHTS)
= 74,074 * 230 = 17037,02 (kgkk/kg ẩm )
Lượng nhiệt tiêu hao riêng cho cả quá trình sấy thực tế là :
q
s
= l(I
2
- I
0
) -
∆
(CT-7.21/136 - TTTKHTS)
= 74,074 * (123.532 - 67.942 ) + 100,862 = 4218,636
(KJ/Kg ẩm )
BẢNG SỐ LIỆU TÍNH CHO SẤY THỰC TẾ
ĐẠI LƯỢNG GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ
Nhiệt lượng bổ sung
thực tế
-100,862
KJ/Kg
Lượng tác nhân sấy
cho cả quá trình
17037,02 Kgkk/kg ẩm
Lượng nhiệt tiêu hao

riêng
4218,636 KJ/kg ẩm
24
Thit k thit b sy c phờ thựng quay nng sut 2000kg/h
Phn III
TNH TON THIT B PH
I. Tớnh toỏn calorife
Ta chn calorife khớ hi, loi thit b truyn nhit kiu ng chựm,
trong thit b thỡ hi nc bóo hũa i trong ng truyn nhit, cũn khụng khớ
i ngoi ng
1 . Choỹn kờch thổồùc truyóửn nhióỷt
Chn ng truyn nhit bng thộp CT20 cú h s dn nhit ca st l
57=

W/m. Chn ng truyn nhit :
-ng kớnh ngoi ca ng: d
ng
= 0.016(m)
-ng kớnh trong ca ng: d
tr
= 0.0128(m)
-Chiu dy ca ng:

=
2
trng
dd
= 0.0016 (m)
-ng kớnh ca gõn: D
g

= 1.4dng = 0.0224(m)
Bc gõn : b
g
= 0.02 (m)
-Chiu cao ca gõn: h =
2
ngg
dD
= 0.0032(m)
-Chiu di ca ng: l = 1,5(m)
-S gõn trong trờn mọỹt ng: m =
g
b
l
= 30
-B dy bc gõn : b = 0.0005(m)
-Tng chiu di ca gõn : L
g
=b*m=0.0005*30=0,015 (m)
-Tng chiu di khụng gõn: L
kg
= l-L
g
= 0,985(m)
-Lng khụng khớ cn thit cho quỏ trỡnh sy theo tớnh toỏn
thc t
l = 74,074 (kgkk/kg m)
L = 17037,02 (kg/h)
2. Tờnh toaùn ng truyn nhit
- Din tớch b mt ca mt ng : (phớa trong ca ng)

F
tr
=

*d
tr
*l = 3.14*0,0128*1,5 = 0,06( m
2
)
- Din tớch mt ngoi ca ng:
F
ng
=
*

d
ng
*l = 3.14*0.016*1,5 = 0.0754 (m
2
)
- Din tớch phn b mt ngoi ca mt ng
25