Thiết kế hệ thống sấy đường thùng quay năng suất 1000 kg giờ

PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ KỸ THUẬT SẤY
I. Giới thiệu phương pháp và qui trình cơng nghệ của sản
phẩm
Sấy là một q trình cơng nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản
xuất và đời sống.Đặc biệt trong nghành công nghệ thực phẩm , chế biến bảo
quản , hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng…kỹ thuật sấy đóng một vai trị quan
trọng trong dây chuyền sản xuất.Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm thích hợp thuận
tiện cho việc bảo quản, vận chuyển , chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng
sản phẩm.
Đường là một sản phẩm của ngành công nghệ thực phẩm và để thu được
đường thành phẩm chất lượng về thành phần cũng như giá trị cảm quan khơng
thể thiếu q trình sấy trước khi làm nguội và bao gói.
Do tính chất và thành phần của đường khi sấy phải giữ được các tính chất
về giá trị cảm quan nên dùng mốt số loại thiết bị như sấy thùng quay, sấy sàn
rung, sấy tầng sôi…
Trong đồ án này em nhận nhiệm vụ sấy thùng quay với sản phẩm là đường.
Đây là lần đầu tiên em tiếp nhận hệ thống sấy mang tính chất đào sâu
chuyên nghành, do kiến thức và tài liệu tham khảo cịn hạn chế nên em khơng
thể tránh khỏi những sai sót trong q trình thiết kế.
1.1. Khái niệm chung về sấy :
a) Khái niệm :
Sấy là một quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu
lỏng hoặc rắn. Với mục đích giảm bớt khối lượng 9 giảm công chuyên chở, kho
tồn..), tăng độ bền vật liệu ( như gốm ,sứ , gỗ…), bảo quản tôt trong một thời
gian dài, nhất là đối với lương thực, thực phẩm.
b) Phân loại :
Quá trình sấy bao gồm hai phương thức :

1

- Sấy tự nhiên: tiến hành ở ngoài trời dùng năng lượng mặt trời để làm
bay hơi nước trong bề mặt vật liệu.Phương pháp này đơn giản, không tốn năng
lượng … tuy nhiên không chủ động được thời gian, điều chỉnh được tốc độ sấy
của quá trình theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp.
- Sấy nhân tạo: thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung
cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy theo phương pháp
truyền nhiệt mà trong kỹ thuât sấy có thể chia ra nhiều dạng:
1/ Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà
tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lị…
2/ Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp
vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách
ngăn.
3/ Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia
hồng ngoại do nguồn điên phát ra truyền cho vật liệu sấy.
4/ Sấy bằng dòng điện cao tầng: phương pháp dùng dòng điện cao tầng để
đốt nóng tồn bộ chiều dày của vât liệu sây.
5/ Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường cố độ chân không
cao, nhiệt độ rất thấp, nên độ ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ
trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng.
c) Ngun lí của q trình sấy:
Q trình sấy là một q trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất
phức tạp vì nó bao gồm cả q trình khuyếch tán bên trong và cả bên ngồi vật
liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa
là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó
tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu. Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ
ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu. Quá trình khuyếch tán
chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất
hơi riêng phần của hơi nước trong mơi trường khơng khí xung quanh. Vận tốc
của tồn bộ quá trình được qui định được giai đoại nào là chậm nhất. Ngoài ra
2

tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thức đẩy hoặc cản trở quá trình
duy chuyển ẩm từ trong vật liệu sấy ra bề mặt vật liệu sấy.
Trong q trình sấy thì mơi trường khơng khí ẩm xung quanh có ảnh
hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. Do vậy cần nghiên cứu tính chất và
thơng số cơ bản của q trình sấy.
Tóm lại nghiên cứu quá trình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quá
trình sấy :
Mặt tĩnh lực học: tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta
sẽ tìm được mối quan hệ giữa các thơng số đầu và cuối của vật liệu sấy và của
các tác nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy
và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy.
Mặt động lực học: tức là nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của
độ ẩm vật liệu với thời gian sấy và các thông số của q trình như: tính chất, cấu
trúc, kích thước của vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của tác nhân
sấy để từ đó xác định được chế độ sấy và thời gian sấy thích hợp.

3


1.
2.
C
họ
n
tá
c
nh
ân

sấ
y,
ch
ất
tải
nh
iệt
và
ch
ế
độ
sấ
y:
a) Tác nhân sấy: những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từvật
liệu sấy.
Trong q trình sấy, mơi trường buồng sấy ln ln được bổ sung ẩm
thốt ra từ vật sấy.Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối
trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đố sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật
sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thốt ẩm của vật liệu sấy sẽ
ngừng lại.
4


Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy :
- Gia nhiệt cho vật sấy.
- Tải ẩm : mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường.
- Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.
Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện một trong các
nhiệm vụ trên.
Cỏ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn : Gia nhiệt cho vật liệu sấy để

làm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào mơi trường. Nếu ẩm thốt ra
khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới q trình bốc ẩm từ
vật liệu sấy thậm chí cồn làm ngừng trệ q trình thốt ẩm. Để tải ẩm đã bay hơi
từ vật sấy vào mơi trường có thể dùng các biện pháp:
- Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt.
- Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy thải ra ngồi ( sấy chân
khơng).
Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặt biệt quan trọng vì nó đóng
vai trị vừa tải nhiệt vừa tải ẩm. Các tác nhân sấy thường dùng là khơng khí nóng
và khói lị, hơi q nhiệt, chất lỏng…
b) Các loại tác nhân sấy:
- Khơng khí ẩm : là loại tác nhân sấy thơng dụng nhất có thể dùng cho hầu
hêt các loại sản phẩm. Dùng khơng khí ẩm khơng làm sản phẩm sau khi sấy bị ô
nhiễm và thay đổi mùi vị. Tuy nhiên dùng khơng khí ẩm làm tác nhân sấy cần
trang bị thêm bộ gia nhiêt khơng khí ( calorife khí, hơi hay khí hoặc khói ), nhiệt
độ sấy khơng q cao, thường nhỏ hơn 500 0C vì nếu nhiệt độ cao quá thiết bị
trao đổi nhiêt phải được chế tạo bằng thếp hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt.
Đối với thiết bị sấy thùng quay tác nhân sấy được sử dụng chủ yếu là
khơng khí ẩm với ba yếu tố : độ ẩm tương đối của khơng khí ẩm, nhiệt độ của
khơng khí trước khi vào thùng quay là t 1 và nhiệt độ của khối khơng khí khi ra
khỏi thùng quay là t2 nhiệt độ tác nhân sấy sau khi ra khỏi thùng sấy t 2 được
chọn sao cho tổn thất năng lượng là nhỏ nhất.
5


- Khói lị: khói lị được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên
10000C mà khơng cần thiết bị gia nhiêt tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ơ nhiễm gây
mùi khói.
- Hơi q nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm đễ bị
cháy nổ và có khả năng chụi được nhiệt độ cao.

c) Chế độ sấy:
Chế độ sấy là cách thức tổ chức quá trình truyền nhiệt truyền chất giữa tác
nhân sấy và vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất , chất
lượng sản phẩm yêu cầu và chi phí vận hành cũng như chi phí năng lượng là hợp
lí.
Một số chế độ sấy thường gặp:
1.Chế độ sấy có đốt nóng trung gian: Chế độ sấy này dùng để sấy những
vât liệu không chụi được nhiệt độ cao .
2. Chế độ sấy hồi lưu một phần: Chế độ này khá tiết kiệm năng lượng
nhưng lại tồn nhiều chi phí đầu tư thiết bị.
3 Chế độ sấy hồi lưu tồn phần: Là chế độ sấy kín tác nhân sấy được hồi
lưu hoàn toàn.Chế độ này dùng để sấy các sản phẩm khơng chứa nước mà cịn là
các loại chứa tinh dầu cần được thu hồi …
4. Chế độ sấy hồi lưu và đốt nóng trung gian:
d) Thiết bị sấy và chế độ sấy:
Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều
kiểu thiết bị sấy khác nhau vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:
- Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy bằng khơng khí hay thiết bị sấy bằng
khói lị, ngồi ra cịn có thiết bị sấy bằng phương pháp đặt biệt như sấy thăng
hoa, sấy bằng tia hồng ngoại, sấy bằng dòng điện cao tần…
- Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy ở áp
suất thường.

6


- Dựa vào phương thức và chế độ làm việc: sấy liên tục hay sấy gián
đoạn.
- Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc,
thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy bức xạ…

- Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải…
- Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy: cùng chiều hay ngược
chiều.
1.
3.
Gi
ới
thi
ệu
về
sả
n
ph
ẩ
m
sấ
y:
Đường cát sau khi li tâm nếu rửa nước có độ ẩm là 1,75% trong trường
hợp rửa hơi độ ẩm là 0,5%và nhiệt độ là 70-80 0C. Sấy đường nhằm mục đích
làm cho màu sắc thành phẩm được bóng sáng và đường khơ, khơng bị hút ẩm
khi bảo quản.
*Tính chất của đường:
- Tính chất vật lý của đường:
Là chất kết tinh không màu, không mùi, trong suốt, có vị ngọt.
Khối lượng riêng:1,5879g/cm2.
7


Nhiệt độ nóng chảy:180-1860C.
Khơng tan trong nước, rượu … Dễ tan trong nước độ tan tỉ lệ với nhiệt độ.

-Tính chất hóa học của đường:
Trong mơi trường acid pH< 7 đường sacaroza bị thủy phân thành glucoza
và fructoza.
Trong môi trường kiềm đường sacaroza bị phân hủy.
Quá trình sấy đường tương đối dễ vì tinh thể sacaroza khơng ngậm nước,
chủ yếu là tách ẩm bề mặt tinh thể, hơn nữa độ ẩm ban đầu của đường nhỏ. Vi
vậy thiết bị sấy đường không phức tạp nhưng sấy xong bắt buộc phải làm nguội
đến nhiệt độ phòng để tạo điều kiện tốt cho việc bảo quản sau này.
Qui trình sản xuất đường:
•
mía

Đóng
gói

Ép

Thành phẩn

Làm sạch

8

Nấu

Ly tâm

Sấy

Cô đặc

Trợ tinh


1.
4.
C
họ
n
ph
ươ
ng
án
sấ
y
và
thi
ết
bị
sấ
y:
a) Chọn phương án sấy:
Đường được sấy liên tục với tác nhân là khơng khí nóng .Vật liệu và tác
nhân đi vào cùng một chiều và khơng khí sau khi sấy sẽ đi qua xiclon thu hồi bụi
đường và đường thành phẩm được tháo ra qua cửa tháo nguyên liệu.
b) Chọn thiết bị sấy:
Thiết bị sấy được chọn ở đây là hệ thống sấy thùng quay là một hệ thống
sấy đối lưu. Được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các loại
hạt ngũ cốc. Cấu tạo chính hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ
trịn. Thùng sấy được đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang theo tỉ lệ 1/15-1/50.

Thùng sấy quay với tốc độ (1,5-8)vịng/phut/55/nhờ một động cơ điện thơng qua
một hộp giảm tốc.Vật liệu vào phễu chứa đi vào thùng sấy cùng chiều thùng sấy

9


quay tròn, vật liệu sấy vừa bị xáo trộn vừa đi đầu cao xuống đầu thấp. Trong quá
trình này tác nhân sấy và vật liệu sấy trao đổi nhiệt và ẩm cho nhau.
* Ưu và nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay ( HTSTQ):
- Ưu điểm của hệ thống sấy thùng quay :
Quá trình sấy được đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu và
tác nhân sấy, cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được cao , thiết bị đơn giản
dễ vận hành.

7

3

5

4

6

1

2

Hình 1: Sơ đồ hệ thống sấy
1: Quạt đẩy khí

2: Caloriphe

3: thùng nhập liệu vào và dẫn khí

4: thùng sấy

5: Thùng chứa sản phẩm 6: Xyclon

7: Quạt hút
- Nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay:
10


Do vật liệu được đảo trộn nhiều nên dễ bị gãy vụn, tạo bụi, do
đó trong mốt số trường hợp làm giảm giá trị sản phẩm.
* Sơ đồ nguyên lí của hệ thống thiết bị sấy thùng quay:
Trong quá trình sấy nếu dùng chất tải nhiệt ( được gọi là tác
nhân sấy) là khơng khí thì gọi là sấy bằng khơng khí. Khí sấy, khơng
khí nóng tiếp xúc với bề mặt vật liệu ẩm làm bốc hơi nước trong vật
liệu ẩm tạo thành hỗn hợp khơng khí ẩm thốt ra ngồi.

II. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
I. Thành lập cân bằng của vật liệu sấy của thiết bị:
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy đường với năng suất 1000kg/h.
Số liệu ban đầu:
Năng suất sấy: 1000kg/h.
Độ ẩm vật liệu vào: w1 = 6%.
Độ ẩm vật liệu ra: w2 = 0,04%.
Nhiệt độ môi trường: t0 = 250C.

Độ ẩm tương đối:ϕ0 = 81%.
Tác nhân sấy ( TNS ) khơng khí nóng.
Nhiệt độ TNS vào: t1 =830C.
Nhiệt độ TNS ra: t2 = 440C.
Thiết bị làm việc liên tục.
TNS và vật liệu đi cùng chiều.
11


1. Lượng ẩm được tách ra :
W1 − W2
100 − W1

W = G2

W = 1000

( Công thức VII.18 - Sổ tay QT&TB Tập2/Trang 102)

6 − 0.04
= 63.404(kg / h)
100 − 6

Khối lượng vật liệu vào thùng sấy:
G1 = G2 + W ( Công thức VII.17 - Sổ tay QT&TB Tập2/Trang 102)
G1 = 63.404 + 1000 =1063.404 ( kg/h )
2. Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
Gk = G1

100 − W1

100 − W2
= G2
(Công
100
100

thức VII.19 - Sổ tay QT&TB

Tập2/Trang 102)
Gk = 1000.

100 − 0.04
= 999.6(kg / h)
100

II. Chọn sơ bộ các thông số của máy sấy:
a) Cường độ bốc hơi ẩm của đường (A)
- Cường độ bốc hơi ẩm của đường A = 9 kg/m 3.h ( PGS – TSKH Trần
Văn Phú - trang 207 - bảng 10.1).
b) Thể tích thùng sấy (V)
Thể tích thùng sấy: V=

63.404
W
= 7,044 ( m3)
=
A
9

c)Đường kính thùng và chiều dài thùng sấy:

Chọn đường kính thùng theo tiêu chuản D = 1,2 m
Chiều dài của thùng sấy L= 4V
πD

2

( Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết

bị công nghệ hóa học Tập 2 - NXB khoa học kỹ thuật - trang 121)
L=

4.7,044
=6,23 m.
3,14.1,2 2

Ta có

L
= 3,5 ÷7. phù hợp tỷ lệ
D

12


d) Thời gian sấy (τ ) :
τ=

120.βρ ( W1 − W2
A.200 − ( W1 + W2

)

)

( CT VII 53- trang 123- Sổ tay QTTB II)

Trong đó :
ρ: Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng quay với
ρ=1587,9kg/m3 (PL3/132- kỹ thuật sấy nông sản).
β: Hệ số chứa đầy, β= 0,1
A: Cường độ bay hơi ẩm, A = 9 kg/m 3.h ( bảng 10.1 trang 207TTTKHTS).
τ=

120.0,1.1587,9( 6 − 0,04
9.200 − ( 6 + 0,04

)

)

= 65,05 phút.

e) Số vòng quay của thùng sấy(n) :
m.k .L

n= τD tgα (CT VII.52 –trang 122- Sổ tay QTTB II)
t

Trong đó:
+ α: Góc nghiêng của thùng quay, độ. Thường góc nghiêng của thùng

dài là 2,5 ÷ 30, còn thùng ngắn đến 60, chọn α = 30 => tgα = 0,0524.
+ m: Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m = 0,75.
+ k: Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, k = 0,6.
τ : Thời gian sấy (phút).
0,75.0,6.6,23

=>n= 65,05.1,2.0,0524 =0,685 (vịng/phút )
f)Cơng suất cần thiết để quay thiết bị (N) :
N=0,13.10-2D3t..Lt.a.n.ρ (CT VII 54 –trang 123 –Sổ tay QTTB II) .
Trong đó :
n : Số vịng quay của thùng sấy.
A :là hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a=0,013.
ρ : khối lượng riêng xốp trung bình, ρ=1587,9kg/m3.
Dt, Lt :đường kính và chiều dài của thùng, m.

13


=>N=0,13.10-21,43..6.0,013.0,685.1587,9=0,1979 (kw).
III. Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng :
Cân bằng nhiệt lượng :

∑q

V

= ∑ qr

3.1. Nhiệt lượng vào :
Các thông số cơ bản cho môi trường:

t0 = 250
ϕ0 = 81%
Lượng khơng khí tiêu hao riêng (I) :

[

]

I = C pk .t + x(r + C pa .t ) = t + x(2493 + 1,97.t ) ,kJ/kgkk

(Công

thức

VII.13 - Sổ tay QT&TB Tập2/Trang 95)
Với:
Cpk : nhiệt dung riêng của khối khơng khí, Cpk = 1000 J/kg = 1kJ/kg
Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,97 kJ/kgoK
r:

ẩn nhiệt của hơi nước, r =2493 kJ/kg
t0 = 250C
ϕ0 = 81%.

Hàm ẩm của khơng khí ẩm (x): Đó chính là lượng hơi nước chứa trong
1kg khơng khí khơ (kkk) tuyệt đối.

x = 0,622

ϕPbh

(kg/kg kkk) (Công thức VII.11 - Sổ tay
P − ϕPbh

QT&TB Tập2/Trang 195).
=> ϕ =

x.P
0,622.Pbh +x.P
bh

Trong đó:
ϕ:

Độ ẩm tương đối của khơng khí.

pbh: áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp khơng khí ẩm đã bão
hịa hơi nước (N/m2).
14


P: áp suất chung của môi trường.P =

745
bar
750

*Hàm ẩm của khơng khí ẩm khi chưa qua calorife (x0), t0 = 250C
(bar)
pbh = 0.03166 bar ( Tra PL8-giáo trình kỹ thuật nhiệt và dùng phương
pháp nội suy)

−5

0,81.0,03166.10
ϕ 0 Pbh
=> x0 = 0,622
= 0,622 745
= 0,0168 (kg/kg
− 0,81.0,03166
P − ϕ 0 Pbh
750

kkk)
Lượng khơng khí tiêu hao riêng khi chưa qua calorife (I0) :
I0 = 1.25 + 0.0168( 2493 + 1,97.25) = 67,709 ( kJ/kgkk)
*Hàm ẩm của khơng khí ẩm khi qua calorife (x1): t1 = 830C

x1 = x0 = 0,0168 (kg/kg kkk)
pbh = 0.5363 (bar) ( Tra PL8 giáo trình kỹ thuật nhiệt và dùng phương

pháp nội suy)
x1.P
=> ϕ =
=
0,622.Pbh1 + x1.Pbh1
1

745
750
= 4,89%
0,622.0,5363 + 0,0168.0,5363

0,0168.

Lượng khơng khí tiêu hao riêng khi qua calorife (I1): t1 = 830C
I1 = t1 + x1 (2493 +1,97.t1 )
= 83 + 0.0168(2493 +1,97.83) = 126,567

(kJ/kgkkk)

*Hàm ẩm của khơng khí ẩm sau khi ra khỏi buồng sấy (x2): t2 = 440C,
I1 = I2 = 126,567 (kJ/kgkkk)
pbh = 0,091422 (bar) (Tra PL8 GT kỹ thuật nhiệt)

⇒ x2 =

I 2 − t2
126,567 − 44
=
= 0,03201 (kg/kg kkk)
2493 + 1,97.t 2 2493 + 1,97.44

15


x 2 .P
=>ϕ =
=
0,622.Pbh2 + x2 .Pbh 2
2

745

750
0,622.0,091422 + 0,03201.0,091422
0,03201.

=

52,16%
*Cân bằng theo lượng ẩm (cân bằng vật liệu cho không khí sấy):
Vậy nếu tính lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm khỏi vật
liệu gọi là lượng khơng khí khơ tiêu tốn riêng (l):

l=

L
1
=
(kg kkk/kg ẩm bay hơi) (Công thức VII.20 - Sổ
W x 2 − x1

tay QT&TB Tập2/Trang 102).
Khi qua calorife sưởi khơng khí chỉ thay đổi nhiệt độ mà không thay đổi
hàm ẩm, nghĩa là x1 = x0. Do vậy ta có:

l=

1
1
=
(kg kkk/kg ẩm bay hơi)
x 2 − x1 x2 − x0

l=

1
1
=
= 65,74 (kg kkk/kg ẩm bay hơi)
x 2 − x1 0,03201 − 0,0168

Lượng khơng khí khơ tiêu tốn (L) để làm bốc hơi W kg ẩm trong vật
liệu:

L=

W
x 2 −x1

=W.l =63,404.65,74=4168,1789(kg kkk/h)

(Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị cơng nghệ hóa học Tập 2 - NXB
khoa học kỹ thuật - trang 166).
* Tính thể tích khơng khí :
Thể tích của khơng khí khi đi vào thùng sấy: V = v.L (m3/h)
Với v =

287T
(m3/kg) (Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết
p − . pbh
ϕ

bị cơng nghệ hóa học Tập 2 - NXB khoa học kỹ thuật - trang 157).
L = 4168,1789(kg kkk/h).
16


* Thể tích của khơng khí trước khi đi qua calorife: ϕ = 81%, t1 = 250C,
1

Pbh1 = 0,03166 (bar)

287( 273 +25).10−5
287T0
V0 =
= 745
= 0,879(m3/kg)
p − ϕ0 . pbh 0
−0,03166.0,81
750
Thể tích của khơng khí khi đi vào thùng sấy: ( V1)
V0 = v0.L = 0,879 . 4168,1789 = 3663,829 (m3/h).
* Thể tích của khơng khí sau khi đi qua calorife: ϕ = 4,89%, t1 =830C,
1

Pbh1 = 0,5363 bar
287( 273 +83).10 −5
287T1
v1 =
= 745
= 1,05 (m3/kg)
p −ϕ. pbh1

−0,5363.0,0489
1
750

Thể tích của khơng khí khi đi vào thùng sấy:( V1)
V1 = v1.L = 1,05 . 4168,1789 = 4376,58 (m3/h).
* Thể tích của khơng khí sau khi ra khỏi máy sấy:
t2 = 440C, ϕ = 52,16%, Pbh2 = 0,091422 (bar)
−
5

287( 273 +44).10
287T2
v2 =
= 745
= 0,938 (m3/h)
−0,091422 .0,5216
p − ϕ 2 . pbh 2
750

Thể tích của khơng khí khi đi vào thùng sấy:( V2)
V2 = v2.L = 0,938 . 4168,1789 = 3909,75 (m3/h)
Lưu lượng thể tích trung bình là (Vtb)
Vtb =

(V1 + 2 ) ( 4376,58 +3909,75)
V
=
2
2

= 1,15 (m3/s)

( GS – TSKH Trần Văn Phú - tính tốn và thiết kế hệ thơng sấy- trang198).
Bảng 1: Tổng kết các giá trị của thông số
Trạng thai khơng Trạng thái khơng khí Trạng thái khơng
o

t ( C)
ω%
x (kg/kgkk)

khí ban đầu
25
81%
0,0168

vào thiết bị sấy
83
4,89%
0,0168
17

khí ra thiết bị sấy
44
52,16%
0,03201


I (kJ/kgkk)

pb (bar)
v (m3/kgkk)

67,709
0,03166
0,879

126,567
0.5363
1,05

126,567
0,091422
0,938

Bảng 2: Tổng kết cân bằng theo lượng ẩm (cân bằng vật liệu cho khơng khí sấy):
Đại lượng
G1: Khối lượng vật liệu vào thùng sấy ( kg/h )
G2: Khối lượng vật liệu ra khỏi thùng sấy ( kg/h )
Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối ( kg/h )
W 1: Độ ẩm vật liệu vào.(%)

Giá trị
1063,404
1000
999,6
6

W 2 : Độ ẩm vật liệu ra.(%)

0,04

W: Lượng ẩm được tách ra. (%)
l: Lượng khơng khí khơ để bốc hơi 1 kg ẩm (kg kkk/h)
L: Lượng khơng khí khơ bốc hơi W kg ẩm (kg kkk/h)

63,404
65,74
4168,1789

a. Nhiệt lượng mang vào do tác nhân sấy: (qkkv)
qkkv = l.I0 = 65,74. 67,709 = 4451,19 (kJ/kg ẩm)
b. Nhiệt lượng do calorife cung cấp: (qs)
qs = l .(I1- I0) = 65,74.( 126,567 - 67,709) =3870 (kJ/kg )
Qs = qs.W = 3870. 63,404 = 140883,48 (kJ/h)
c. Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào:(qvls)
qvls =

G1.Cvl .θ
1
+Cθ
1
W

(Nguyễn Bin - Sổ tay QT &

thiết bị cơng nghệ hóa học Tập 2 - NXB khoa học kỹ thuật - trang 198).

C n t vl1 : Nhiệt lượng riêng của 1kg ẩm trên vật liệu mang vào máy sấy
(nhiệt lượng riêng do nước mang vào).Cn = 4,18 (kJ/kgđộ) nhiệt dung riêng của

nước.

C vl t vl1 : Nhiệt lượng riêng của 1kg ẩm trên vật liệu mang vào máy sấy
(nhiệt lượng riêng do vật liệu mang vào).

18


Cvls = Cn.W2 + Ckhô (1-W2)
Ckhô = 1,05 (kJ/kgđộ) nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối.
Cvls = 4,18.0,04+1,05(1-0,04) = 1,1752 (kJ/kgđộ)
tvl = t1 = 250C
q vls =

1063,404.1,1752.25
+ 4,18.25 = 597,258 (kJ/kg ẩm)
63,404

* Vậy tổng lượng nhiệt mang vào:

∑ q = 4451,19+3870+597,258 = 8918,448 (kJ/kg ẩm)
3.2. Nhiệt lượng ra:
a. Do khơng khí thải mang ra: (qkkr)
qkkr = l.I2= 65,74.126,567 = 8320,51 (kJ/kg ẩm) (Nguyễn Bin - Sổ tay QT
& thiết bị cơng nghệ hóa học Tập 2 - NXB khoa học kỹ thuật - trang 198).
Trong đó: I2: nhiệt hàm của khơng khí sau khi ra khỏi phịng sấy

(J/kg

kkk)

b. Do vật liệu sấy mang ra:
qvlr = G2.Cvl.tvl2 /w = 1000.1,1752.44/63,404 = 815,54 (kJ/kg ẩm) (Nguyễn
Bin - Sổ tay QT & thiết bị cơng nghệ hóa học Tập 2 - NXB khoa học kỹ thuật trang 198).
c. Do tổn thất ra môi trường xung quanh:
* Tổn thất qua vỏ máy:
qTT =

K .F .∆t tb
W

Trong đó:
F: Bề mặt xung quanh của máy sấy.

∆ttb : Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung
quanh.

19


K: Hệ số truyền nhiệt.

1

K =

1

α1

3

δi
1 (W/m2.K) (QTTBII trang)
+
λi α2

+∑
i=
1

Trong đó:
3

δi

∑ tổng nhiệt trở của thành máy sấy.
λ
i=
1

i

α1 : Hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấy.
α1 = k.( α1 ’+ α1 ”)

với :

α1 ’ là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự

nhiên (W/m2độ)

α1 “: Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng

bức ( W/m2độ )
K: Hiệu số điều chỉnh, k = 1,2 – 1,3, chọn k = 1,3
Tính α1 ’:
Tiết diện tự do của thùng sấy:
Ftd =
Với:

(1 − β ).π .D 2 = (1 − 0,1).3,14.1,2
4

2

4

= 1,02 m3

β = 0,1 là hệ số chứa đầy.
Vtb

1,15

Tốc độ sấy lí thuyết: ωlt = F = 1,02 = 1,13 (m/s)
td

Re =

ω.l.ρ ω.l
1,13.1,2

4
=
=
−5 = 7,46.10
µ
v 1,81776.10

Với ω là vận tốc trung bình trong máy sấy.
V = 1,81776.10-5 m2/s là độ nhớt động học của khơng khí.
L: kích thước hình học xác định theo đường kính tương dương.

20


* Với chế độ xốy Re > 104 :
Phương trình chuẩn Nuxen đối với chất khí:
Nu = 0,018.εl.Re0,8 ( Cơng thức V.42 - Sổ tay QT&TB Tập2/Trang 16).
Trong đó:

ε
l

L 

= 
f Re,

D 


Re =7,46.104

Với:

L
= 5,19
D

 εl = 1,16334 (sổ tay QTTB II / trang 15).

⇒

Nu = 0,018.1,16334.(7,46.104)0,8 = 165,642

Nu =

α .D
λ

(Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công nghệ hóa học Tập

2 - NXB khoa học kỹ thuật - trang 21).
Với: λ hệ số dẫn nhiệt .

λ = λ0

273 + c T 1/ 5
( ) (Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị cơng nghệ hóa
T + c 273

học Tập 1 - NXB khoa học kỹ thuật - trang 125).
Ưλ0 = 0,0201 hệ số dẫn nhiệt 0 0C. (Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị
công nghệ hóa học Tập 1 - NXB khoa học kỹ thuật - trang 125).
c= 122: hằng số phụ thuộc vào loại khí.
T: nhiệt độ tuyệt đối của khơng khí.

λ = 0,0201

273 +122 72,5 1 / 5
(
) = 0,0264 (W/m2.độ)
72,5 +122 273

- Hệ số cấp nhiệt α1’:
'

α1 =

Nu.λ
D

=

165,642.0,0264
= 3,64 (W/m2.K)
1,2

Tính α1”:
Gọi tT1 là nhiệt độ trung bình của bề mặt thành ống (tường) tiếp xúc với khơng
khí trong thùng sấy

21


Chọn tT1=440C
Gọi ttbk là nhiệt độ trung bình của chất khí trong phịng sấy (tác nhân sấy)
Ttbk=(83+44)/2=63,50C
Gọi ttb là nhiệt độ trung bình giữa tường trong phịng sấy với nhiệt độ
trung bình của tác nhân sấy
Ttb = (44+63,5)/2=53,750C
∆t = Ttbk-ttb=63,5-53,75=9,75=10

Mà
Gr = Ga.β.∆ =
T

β=

g .l 3 .β.∆
T

ν2

9,81.1,223.0,0035.10
=
= 2,35.109
− 2
5
(1,63.10 )

1

1
=
= 0,00335
t0 +273
25 +273

(Công thức V.39 - Sổ tay QT&TB Tập2/Trang 13)
l: kích thước hình học ; l = 2. δ 1+D=2.0,01+1,2=1,22 m
Nu = 0,47. Gr0,25( Công thức V.78 - Sổ tay QT&TB Tập2/Trang 24)
=> Nu = 0,47.(2,35.109)0,25 =103,48
=> α" =
1

Nu.λ
D

103,48.0,0264
=
=2,28
1,2

Vậy α1 = k (α1”+α1’) = 1.3.(2,28 +3,64) = 7,7
- Tính α2:
α2 = α’2 + α”2 kcal/m2.h.o C hệ số cấp nhiệt từ bề mặt của tường ra môi trường
xung quanh.
α’2: Hế số cấp nhiệt từ mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiên.
α”2: Hế số cấp nhiệt do bức xạ.

22

Bảng 3 : Các thơng số của khơng khí bên ngồi thùng sấy:
STT
1

Thơng số
Nhiệt độ
Hệ sơ dẫn

2

nhiệt

3

Kí hiệu
to

Đơn vị
o
C

Nguồn cơng thức

Giá trị
25

Tính tốn và thiết
λo

W/m.oK

kế hệ thống

sây 0,0264

trang 274
Tính tốn và thiết

Độ nhớt

µo

Ns/m2

kế hệ thống

sây 1,81776.10-5

trang 274
Áp suất bão

4

hịa
Khối lượng

5

riêng

Độ nhớt

6

động

pb

bar

0,03116

ρo

kg/m3

νo

m2/s

QTTB- tập 2 trang
34
µ
νk = k
ρk

1,2063
1,5211.10-5

Chọn nhiệt độ thành ngồi của thùng ( phía tiếp xúc với khơng khí) t w4 = 350C là

nhiệt độ thích hợp để tác nhân sấy sau khi truyền qua vách thùng và lớp cách
nhiệt đến phía ngồi của thùng thì khơng cịn q nóng , an toàn cho người làm
việc.
Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên nên xem nhiệt độ không đổi khi truyền qua
bề dày than thùng và lớp bảo vệ.
Bảng 4: Thông số bề dày thùng và vật liệu:
STT Đại lượng
1
2
3

Ký
hiệu

Bề dày thùng
δ1
Bề dày lớp cách
δ2
nhiệt
Bề dày lớp bảo vệ
δ3

0,01

CT3

Hệ số
dẫn nhiệt
λ (W/mK)
36,1

0,1

Bơng thủy tinh

0,0372

0,1

CT3

36,1

Giá trị chọn
Vật liệu
(m)

- Đường kính ngoài của thúng sấy:
Dng

= DT + 2.( δ1 + δ2 + δ3)

23


= 1,2 + 2.(0,01 + 0,1 + 0,1) = 1,62 (m)
Chuẩn số Grashof:

Gr =

3
g .Dng .β .∆T

ν2

=

3
g.Dng .∆T

ν 2T

=

3
g.Dng .(t 2 − to )
2
ν o (to + 273)

9,81.1,623.(35 − 25)
=
= 6,05.109
−5 2
(1,5211.10 ) .(25 + 273)
(Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị cơng nghệ hóa học Tập 2 - NXB khoa học kỹ
thuật - trang 16).
- Chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,47. Gr0,25 = 0,47. (6,05.109)0,25 = 131,08
- Hệ số cấp nhiệt α’2 :

α′ =
2

Nu.λ
131,08.0,0264
o
=
=2,136 (W/m2K)
Dng
1,62

- Hệ số cấp nhiệt do bức xạ α2”:
 T1 4  T2 4 
 −
 

Qbx
100  100  

′
α2′ =
= 5,7.ε. 
F (T1 −T2 )
(T1 −T2 )

Trong đó:
Qbx: Nhiệt trao đổi do bức xạ, W
F: Bề mặt bức xạ, m2
T1: Nhiệt độ của vật liệu thùng, oK , T1 = Tw4
T2: Nhiệt độ của môi trường, oK , T2 = To

ε: Độ đen của bề mặt ngoài của máy sấy.
Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể , do bề mặt của khí lớn hơn bề
mặt vật thể nên xem độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể: ε = 0,8 - 1
 Chọn ε = 1

24


 T1  4  T2  4 
 −
 

 100   100  
Qbx


 α 2′ =
′
= 5,7.ε . 
F (T1 − T2 )
(T1 − T2 )
 35 + 273  4  25 + 273  4 
 −
 

 100   100  

 = 6,344
= 5,7.1. 
(35 − 25)

(W/m2.K)

- Hệ số cấp nhiệt chung α2 :
′
′
α 2 = α 2 + α 2′
= 2,136 + 6,344 = 8,48

(W/m2.K)

* Hệ số truyền nhiệt K:

K=

=

1
δ
1
1
+∑ i +
α1 i =1 λi α 2
3

1
= 0,34
1
0,01
0,1

0,1
1
+
+
+
+
7,7 36,1 0,00372 36,1 8,48

(W/m2.K)

- Tính bề mặt truyền nhiệt F :
Dtb =

D + Dng
2

=

1,2 +1,62
= 1,41
2

(m)

π .D 2 tb .
π .1,412 .
F = π. Dtb.LT +2.
= π. 1,41.6,23 +2.
= 30,70 (m2)
4

4
Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh
- Gọi: tδ1, t1c: Nhiệt độ của tác nhân sấy sau khi qua thùng sấy:
tδ1 = t1 = 83 oC
t1c = t2 = 44oC
∆tδ = tδ1 – tδ2 = 83 – 25 = 58
∆tc = tc1 – tc2 = 44 – 25 = 19

(oC)
(oC)

- Hiệu số nhiệt trung bình giữa tác nhân sấy và khơng khí bên ngoài:

25