ĐỒ án môn học QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Đồ án môn học: Quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS.Lê Nguyên Đương
Mục lục
Mục lục 1
Lời mở đầu 2
Phần I: Tổng quan 4
1.1. Giới thiệu về sản phẩm sấy 4
1.2. Giới thiệu về phương pháp sấy 5
1.3. Giới thiệu về hệ thống sấy thùng quay 8
Phần II: Tính toán công nghệ sấy đường 10
2.1. Tính cân bằng vật liệu 10
2.2. Tính thời gian sấy 11
2.3. Tính kích thước và các thông số của thùng sấy 11
2.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 12
2.5. Tính toán quá trình sấy 16
2.5.1. Tính tổn thất nhiệt 16
2.5.2. Tính toán quá trình sấy thực 24
2.5.3. Tính cân bằng nhiệt 26
Phần III: Tính toán thiết bị phụ 28
3.1. Caloripher 28
3.2. Tính trợ lực và chọn quạt 30
3.3. Tính công suất của động cơ quay 34
Lời kết 35
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh– 20113071 Lớp KTTP1 – K56
1
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Tài liệu tham khảo 36
LỜI MỞ ĐẦU
Đường saccarose là chất có vị ngọt tự nhiên, là loại thực phẩm bổ
dưỡng, cung cấp nhiều năng lượng cho con người, một sản phẩm của công
nghiệp thực phẩm.Đường có thể dùng trực tiếp hoặc có thể dùng làm nguyên
liệu cho các ngành công nghệ sản xuất thực phẩm như: công nghệ sản xuất đồ

hộp, công nghệ sản xuất bánh kẹo, mứt, nước giải khát,làm rượu
Một trong những quá trình quan trọng trong công nghệ sản xuất đường
là sấy đường khi tinh thể đường được tạo ra. Sấy là một quá trình công nghệ
được sử dụng rất nhiều trong các công nghệ sản xuất và đời sống thực tế. Đặc
biệt, trong các ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến, hóa chất, sản xuất vật
liệu xây dựng, kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền
sản xuất. Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm thích hợp thuẩn tiện cho việc bảo
quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.
Sấy đã giúp cho việc bảo quản và vận chuyển đường được thuận lợi,
đồng thời đường thành phẩm bảo đảm chất lượng cũng như giá trị cảm quan.
Do tính chất và thành phần của đường khi sấy phải giữ được những tính chất
về giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng nên có thể sử dụng một số loại thiết
bị như sấy thùng quay, sấy sàn rung, sấy tầng sôi, tuy nhiên thông dụng nhất
trong sấy hiện nay là kiểu sấy thùng quay với tác nhân là không khí nóng.
Trên cơ sở những kiến thức đã được học và sự hướng dẫn của thầy
giáo trong đồ án môn học này, em xin trình bày về “Tính toán thiết kế sấy
thùng quay sấy đường với năng suất 1 tấn sản phẩm /h” với các nội dung
bao gồm các phần sau:
Phần I: Tổng quan.
Phần II: Tính toán công nghệ sấy đường.
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 2
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Phần III: Tính chọn thiết bị phụ.
Do trình độ, kinh nghiệm nghiên cứu và tài liệu tham khảo còn hạn
chế nên em không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình tính toán, thiết
kế đồ án này, rất mong được thầy cô và các bạn góp ý, chỉ bảo để em có thể
bổ sung, củng cố kiến thức cho bản thân.
Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS.Lê Nguyên Đương đã hướng
dẫn, giúp đỡ tận tình để em có thể hoàn thành đồ án môn học này!
Sinh viên

Nguyễn Thị Lĩnh
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 3
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Phần I
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về sản phầm sấy
Đường saccarose có công thức phân tử là C
12
H
22
O
11
, cấu tạo từ 2 đường
đơn là Glucose và Fructose, trọng lượng phân tử là 342,3 đvC. Tinh thể
saccarose trong suốt không màu, không mùi, có vị ngọt; khối lượng riêng:
1,5879 g/cm
3
. Nhiệt độ nóng chảy: 180 – 186
0
C; dễ tan trong nước với độ hòa
tan khá cao, tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Ở trạng thái kết tinh, đường saccarose
không hút ẩm, độ hút ẩm của nó phụ thuộc vào tạp chất lẫn trong tinh thể
đường, độ tạp chất càng lớn thì khả năng hút ẩm càng cao.
Đường saccarose không có tính khử. Trong môi trường axit hoặc kiềm
mạnh, saccarose bị thủy phân tạo thành glucose và fructose.Trong môi trường
kiềm, dung dịch đường có tính axít yếu nên dễ tác dụng với các chất kiềm tạo
thành saccarate.Phản ứng kiềm áp dụng trong sản xuất đường là phản ứng
vôi.Mono và disaccarate dễ bị phân hủy, trisaccarate khó bị phân hủy. Đặc
tính này được ứng dụng để lấy đường saccarose ra khỏi mật củ cải. Dưới tác
dụng của nhiệt độ cao (160

0
C) đường saccarose bị nóng chảy và khi nhiệt độ
lớn hơn 180
0
C thì nó sẽ bị caramen hóa.
Trong tự nhiên, đường saccarose có nhiều trong mía, củ cải đường, thốt
nốt, nhưng trong công nghiệp, đường saccarose được sản xuất chủ yếu từ mía
và củ cải đường.
Ở Việt Nam, nguyên liệu chủ yếu sản xuất đường là mía. Quy trình sản
xuất đường từ nguyên liệu mía như sau:
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 4
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Bao gói
Quá trình sấy đường tương đối dễ vì tinh thể đường saccarose không
ngậm nước, chủ yếu là tách ẩm bề mặt tinh thể, mặt khác là độ ẩm ban đầu
của đường nhỏ. Vì vậy, thiết bị sấy không phức tạp nhưng sấy xong bắt buộc
phải làm nguội đến nhiệt độ phòng để tạo điều kiện bảo quản tốt cho sau này.
1.2. Giới thiệu phương pháp sấy.
1.2.1. Khái niệm chung về sấy.
1.2.1.1. Định nghĩa
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi bề mặt vật liệu nhờ sử dụng nhiệt năng.
Quá trình sấy nhằm mục đích giảm bớt khối lượng, tăng độ bền của vật liệu,
bảo quản tốt vật liệu trong một thời gian dài, nhất là đối với các sản phẩm
nông sản, lương thực, thực phẩm; giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình
vận chuyển vật liệu; hoặc để đảm bảo các thông số kỹ thuật cho các quá trình
gia công vật liệu tiếp theo.
1.2.1.2. Phân loại
Quá trình sấy bao gồm 2 phương thức:
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 5
Nguyên

liệu (Mía)
Ép
Làm trong
nước mía
Lọc nước
mía
Cô
đặc
Nấu
đường
Trợ tinh
Ly tâm
Sấy
đường
Thành
phẩm
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
• Sấy tự nhiên: là phương pháp sử dụng trực tiếp năng lượng tự nhiên
như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, để làm bay hơi nước. Phương
pháp này đơn giản, không tốn năng lượng, rẻ tiền tuy nhiên không điều chỉnh
được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp, phụ thuộc vào thời
tiết, cần diện tích bề mặt lớn, điều kiện vệ sinh kém, Do đó phương pháp
này được áp dụng cho sản xuất quy mô lẻ, hộ gia đình.
• Sấy nhân tạo: là phương pháp sấy sử dụng các nguồn năng lượng do
con người tạo ra, thường được tiến hành trong các thiết bị sấy, cung cấp nhiệt
cho các vật liệu ẩm.
Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà
trong kỹ thuật sấy có thể chia làm các dạng:
- Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy
với không khí nóng, khói lò, (gọi là tác nhân sấy). Thiết bị sấy đối

lưu thường gặp: sấy buồng, sấy hầm, thùng quay, khí động, tầng sôi,
sấy phun, tháp…
- Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc
với nhiệt độ sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián
tiếp qua một vách ngăn.
- Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương thức sấy dùng năng lượng của tia
hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy.
- Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng
điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp
vật liệu.
- Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân
không rất cao, nhiệt độ rất thấp, nên ẩm tự do trong vật liệu đóng
băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái
lỏng.
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 6
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
1.2.1.3. Nguyên lý của quá trình sấy.
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn
rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài
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 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 khuếch 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 môi trường không
khí xung quanh. Vận tốc của toàn bộ quá trình được quy định bởi giai đoạn
nào là chậm nhất. Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố
thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong vật liệu sấy ra ngoài bề
mặt vật liệu sấy.
Trong quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh

hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. Do vậy cần nghiên cứu tính chất và
thông số cơ bản của quá trình sấy.
1.2.2. Tác nhân sấy.
Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật
liệu sấy. Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm
thoát ra từ vật liệu sấy. Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương
đối trong buồng sấy được tăng lên đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân
bằng giữa vật liệu sấy và môi trường trong buồng sấy, quá trình thoát ẩm của
vật liệu sấy sẽ ngừng lại.
Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy:
- Gia nhiệt cho vật liệu sấy.
- Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường.
- Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 7
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện một hay
nhiều trong các nhiệm vụ trên.
Các loại tác nhân sấy:
• Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất, có thể dùng
cho hầu hết các loại sản phẩm. Dùng không khí ẩm có nhiều ưu điểm: không
khí có sẵn trong tự nhiên, không độc, không làm sản phẩm sau khi sấy ô
nhiễm và thay đổi mùi vị. Tuy nhiên, dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy
cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí (caloripher khí – hơi hay khí – khói),
nhiệt độ sấy không quá cao. Thường nhỏ hơn 500
0
C vì nếu nhiệt độ cao quá
thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ với
chi phí đắt.
• Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ
sấy lên 1000

0
C mà không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô
nhiễm do bụi và các chất có hại như CO
2
, SO
2
,
• Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm
dễ bị cháy nổ và có khả năng chịu được nhiệt độ cao.
• Hỗn hợp không khí và hơi nước: Tác nhân sấy này chỉ dùng khi
độ ẩm tương đối cao.
1.2.3. Thiết bị sấy.
Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều
kiểu thiết bị sấy khác nhau để phù hợp với loại vật liệu sấy riêng biệt. Có
nhiều cách phân loại thiết bị sấy:
- Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy bằng không khí hay thiết bị
sấy bằng khói lò, ngoài ra còn có nhiều thiết bị sấy bằng phương pháp đặc
biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại, sấy bằng dòng điện cao
tần,
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 8
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
- Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không hay thiết bị
sấy ở áp suất thường.
- 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.

 Chọn thiết bị, tác nhân và phương án sấy:
- Chọn thiết bị sấy: Căn cứ vào ưu, nhược điểm của các loại thiết
bị sấy và đặc điểm của vật liệu sấy ở đây là đường ta chọn thiết bị sấy là hệ
thống sấy thùng quay. Hệ thống thùng quay là hệ thống sấy chuyên dùng để
sấy các vật liệu dạng hạt, cục nhỏ. Loại thiết bị này được dùng rộng rãi trong
công nghệ sau: thu hoạch để sấy các vật liệu ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ.
- Chọn tác nhân sấy: Đường là sản phẩm thực phẩm có thể dùng
để ăn trực tiếp hoặc dùng làm nguyên liệu chế biến sản xuất các sản phẩm
thực phẩm, dược phẩm khác vì vậy yêu cầu quá trình sấy phải sạch, không bị
ô nhiễm, bám bụi. Mặt khác, sấy đường không sấy ở nhiệt độ cao. Do đó ta
chọn tác nhân sấy là không khí nóng.
- Chọn phương án sấy: Đường được sấy liên tục với tác nhân là
không khí nóng. Vật liệu và tác nhân sấy đi cùng một chiều. Sau khi sấy,
đường được tháo ra qua cửa tháo sản phẩm, còn tác nhân sấy sẽ đi qua đi qua
xyclon thu hồi bụi đường và thải khí ra ngoài môi trường.
1.3. Giới thiệu về hệ thống sấy thùng quay .
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 9
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ
tròn được đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một khoảng 1 – 5 độ. Có
2 vành đai trượt trên các con lăn đỡ khi thùng quay. Khoảng cách giữa các
con lăn có thể điều chỉnh được để thay đổi góc nghiêng của thùng. Thùng
quay với tốc độ 0,5 – 8 vòng/phút nhờ một động cơ điện thông qua hộp giảm
tốc. Bên trong thùng có lắp các cánh đảo để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu
suất đạt cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm.
Hệ thống sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển. Tác nhân sấy
có thể là không khí sạch hay khí lò. Tác nhân sấy và vật liệu có thể chuyển
động cùng chiều hoặc ngược chiều. Vận tốc của tác nhân sấy đi trong thùng
không quá 3m/s để tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.
Vật liệu ướt qua phễu nạp liệu rồi vào thùng sấy ở đầu cao. Thân

thùng quay tròn, vật liệu sấy vừa bị xáo trộn, vừa đi dần từ đầu cao xuống đầu
thấp của thùng. Nó chuyển động được nhờ những đệm chắn. Đệm chắn vừa
phân bố đều vật liệu theo tiết diện thùng, vừa xáo trộn vật liệu, làm cho vật
liệu tiếp xúc với tác nhân sấy tốt hơn.
Quá trình vật liệu đi trong thùng quay, tác nhân sấy và vật liệu sấy
trao đổi nhiệt ẩm cho nhau. Vật liệu đi hết chiều dài thùng sấy được lấy ra và
vận chuyển cào kho nhờ bằng tải còn tác nhân sấy đi qua xyclon để thu hồi
vật liệu sấy cuốn theo và khí thải được thải ra ngoài môi trường.
 Ưu, nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay:
- Ưu điểm:
+ Quá trình sấy được đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật
liệu sấy và tác nhân sấy.
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 10
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
+ Cường độ làm việc tính theo lượng ẩm khác cao, có thể lên tới
100 kg/m
3
.h
+ Thiết bị đơn giản, dễ vận hành, chiếm diện tích mặt bằng nhỏ.
- Nhược điểm:
+ Vật liệu dễ bị vỡ vụn, làm giảm chất lượng sản phẩm.
+ Cần có xyclon để lọc bụi nếu vật liệu sấy tạo ra nhiều bụi.
+ Tiếng ồn lớn do quạt tạo ra.
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 11
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Phần II
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY ĐƯỜNG
Thông số đề bài:
• Độ ẩm vật liệu trước khi sấy: W
1

= 2%
• Độ ẩm vật liệu sau khi sấy: W
2
= 0,2%
• Nhiệt độ của vật liệu trước khi vào thiết bị sấy: t
v1
= 25
• Nhiệt độ của vật liệu sau khi ra khỏi thiết bị sấy: t
v2
= 35
• Nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào thiết bị sấy: t
1
= 100
• Nhiệt độ của tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy: t
2
= 40
• Cường độ bốc hơi ẩm: A = 9kg/m
3
h
Năng suất: G2 =1000 kg/h
2.1. Tính cân bằng vật liệu.
Lượng ẩm bốc hơi trong 1h của vật liệu sấy:
W = G
2
, kg/h ( Công thức VII.18 – trang 102 –
Trong đó;
W: Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ của vật liệu sấy,(kg/h)
W
1
: Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy,(%)

W
2
: Độ ẩm của vật liệu ra khỏi máy sấy,(%)
G
2
: Lượng vật liệu ra khỏi máy sấy,(kg/h)
Vậy: W =1000.

= 18,37(kg/h)
Khối lượng vật liệu ẩm vào thùng sấy:
G
1
= G
2
+ W, kg/h ( Công thức VII.17 – trang 102 - [2] )
G
1
= 1000 + 18,37 = 1018,37( kg/h )
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 12
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối:
G
k
= G
2.
, kg/h ( Công thức VII.19 – trang 102 - [2]
G
k
= 1000. = 998,0(kg/h)
2.2 Thời gian sấy .

, phút (Công thức VII.53 – trang 123 [2])
Trong đó:
β
: Hệ số điền đầy, chọn β = 0.1
ρ: Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong
thùng quay

ρ
= 1587,9 kg/m
3
.
A: Cường độ bốc ẩm hơi, chọn A = 9 kg/m
3
h ( theo bảng 10.1 –
trang 207 - [1])
W
1
, w
2
: Độ ẩm ban đầu và cuối của vật liệu, [%]
Vậy: = 19,27 (phút)
2.3 Tính kích thước và các thông số của thùng sấy.
Thể tích của thùng sấy(V):
Từ công thức: A = (Công thức 10.2 – trang 207 - )
Trong đó:
A: Cường đọ bốc ẩm bay hơi, (kg/m
3
h)
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 13
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương

W: Lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ của vật liệu sấy,(kg/h)
V: Thể tích của thung sấy,(m
3
)
Suy ra: V = = = 2,04 (m
3
)
Đường kính và chiều dài của thùng sấy ( D,L ):
L = ,m ( Công thức VII.51 – trang 121 - [2]
Trong đó:
L: Chiều dài của thùng sấy, (m)
D: Là đường kính của thùng sấy, (m)
V: Là thể tích của thùng sấy, (m
3
)
Theo kinh ngiệm người ta lấy quan hệ giữa chiều dài và đường
kính thùng sấy là L/D = (3,5 7)
Chọn L/D = 6 hay L = 6.D
Suy ra: D = = = 0,76 (m)
Nên L = 6.D = 6.0,76 = 4,56(m)
Số vòng quay của thùng sấy:
n = , vòng/phút
Trong đó:
L,D: Chiều dài và đường kính của thùng sấy, (m)
a : Hệ số phụ thuộc đường kính và kiểu cánh đảo, chọn a = 1,2
τ : Thời gian sấy, (phút)
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 14
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
α: Góc ngiêng của thùng sấy, chọn
Vậy: n = = 7,43 (vòng/phút)

2.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết.
Nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép:
t
h
= 20 -10.lg + (Công thức 10.9 – trang 210 - [1] )
Trong đó:

W
tb
: Độ ẩm trung bình của vật liệu sấy trước và sau khi sấy, (%)
w
tb
= = = 1,1 (%)
Vậy: = 20 – 10.lg19,27 + = 69,5 (
Quá trình sấy lý thuyết không có hồi lưu được biểu diễn trên đồ thị I – d (hình
vẽ)
Hình 1.1: Đồ thị quá trình sấy lý thuyết không có hồi lưu
+ Điểm A(t
0
,φ
0
) là trạng thái không khí bên ngoài.
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 15
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
+ Điểm B(t
1
,φ
1
) là trạng thái không khí vào buồng sấy.

+ Điểm C(t
2
,φ
2
) là trạng thái không khí sau qua trình sấy lý luyết.
• Tính toán trạng thái không khí bên ngoài.
Chọn không khí bên ngoài được xác định bởi cặp thông số nhiệt độ và
độ ẩm tương đối (t
0
,
0
) = (25 ,85%), có áp xuất p = 745 mmHg.
Áp xuất bão hòa ứng với t
0
= 25
P
b0
= exp = exp = 0,0315 bar
Lượng chữa ẩm d
0
:
d
0
= 0,621 . = 0,621.
( Công thức 2.13 – trang 28 - [1])

Emtapy I
0
:
I

0
= 1,004.t
0
+ d
0
.(2500 + 1,842.t0 ) (Công thức 2.25 – trang 29 - [1 )
=1,004.25 + 0,0172.(2500 + 1,842.25) = 68,892 (kJ/kg kk)
• Tính toán trạng không khí vào thùng sấy:
Không khí được đưa vào thùng sấy được qua caloripher để đốt nóng
không tăng ẩm đến nhiệt độ t
1
= 100 , lượng chứa ẩm d
1
= d
0
=0,0172 kg ẩm/
kg kk.
Áp suất bão hòa ưng với t
1
= 100 :
P
b1
= exp =exp = 0,9987 bar
Độ ẩm tương đối :
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 16
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
= .100% = 2,68(%)
1
:
I

1
= 1,004.t
1
+ d
1
.(2500 + 1,842.t
1
)
= 1,004.100 + 0,0172(2500 + 1,842.100) = 146,568 (kJ/kg kk)
Nhiệt lượng mà caloripher cần cung cấp để đốt nóng 1kg không khí từ
trạng thái (t
0
,
0
) đến trạng thái (t
1
,
1
) là:
q= I
1
- I
0
= 146,568 – 68,892 = 77,676 (kJ/kg kk)
• Tính toán trạng thái không khi sau quá trình sấy lý thuyết:
d
20
= = = 0,0439 (kg ẩm/kg kk)
Áp xuất hơi bão hòa tương ứng với t
2

= 40 :
P
b2
= exp = exp
= 0,0732 bar.
Độ ẩm tương đối của không khí sau quá trình sấy lý thuyết d
20
:
20
= = = 89,60(%)
- Lượng ẩm mà không khí nhận từ vật liệu:
G
bc0
=d
20
– d
1
= 0,0439 – 0,0172 = 0,0267(kg ẩm/kg kk)
Ta có bảng thông số của quá trình sấy:
Không khí trước khi đi
qua caloripher
Không khí sau khi đi qua
caloripher
Không khí sau khi sấy
t
0
= 25
0
C t
1

= 100
0
C t
2
= 40
0
C
φ = 85% φ
1
= 2,68% φ
2
= 89,60%
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 17
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
I
0
= 68,892 kJ/kg kk I
1
= 146,568 kJ/kg kk I
2
= 146,568 kJ/kg kk
d
0
= 0,0172 kg ẩm/kg kk d
1
= 0,0172 kg ẩm/kg kk d
2
= 0,0439 kg ẩm/kg kk
• Lượng ẩm tác nhân sấy lý thuyết cần thiết.
- Lượng không khí khô cần thiết l

0
để bốc hơi 1kg ẩm là:
l
0
= = = 37,453 (kg kk/kg ẩm)
Vậy lượng tác nhân sấy vào caloripher la:
L
0
= l
0
.W = 37,453. 18,37 = 688,012 (kg kk/h)
Theo phụ lục 5 (Trang 349 – [1]), thể tích không khí ẩm chứa 1kg không
khí khô trước và sau qua trình sấy là: v
1
=1,105 m
3
/kg kk , v
2
=0,969m
3
/kg
kk ,do đó :
- Lượng thể tích của tác nhân sấy trước quá trình sấy lý thuyết V
1
:
V
1
= v
1
.L

0
= 1,105. 688,012 = 760,253(m
3
/h)
- Lượng thể tích của tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết V
20
:
V
20
= v
20
.L
0
= 0,969. 688,012 = 666,684 (m
3
/h)
- Lượng thể tích trung bình của quá trình sấy lý thuyết V
tb0
:
V
tb0
= 0,5.(V
1
+ V
20
) = 0,5.( 760,253 + 666,684) = 713,469 (m
3
/h)
= 0,1982 (m
3/

/s)

• Nhiệt lượng tiêu hao lý thuyết :
q
0
= l
0
(I
1
- I
0
)= 37,453(146,568 – 68,892) = 2909,199(kJ/kg ẩm)
Q
0
= q
0
.W = 2909,199.18,37 = 53441,986 (kJ/h) = 14,84 (kW)
2.5. Tính toán nhiệt quá trình sấy.
2.5.1. Tổn thất nhiệt
2.5.1.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi.
- Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm w
2
= 0,2% là:
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 18
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
C
v
= C
vk
.(1 – w

2
) + C
a
.w
2
, [kJ/kg độ] (Công thức 7.40 – trang
141 – [1])
Trong đó:
C
vk
: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khô ,C
vk
= 1,45 kJ/kg độ
C
a
: Nhiệt dung riêng của hơi nước , C
a
= 4,1868 kJ/kg độ
Suy ra C
v
= 1,45.(1 – 0,002) + 4,1868.0,002 = 1,4555 kJ/kg độ
- Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: q
v
= = ,
kJ/kg ẩm
( Công thức 7.19 – trang 135 - [1])
Trong đó:
G
2
: Lượng vật liệu ra khỏi máy sấy (kg/h)

C
v
: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm w2 ,(kJ/kg độ)
t
v1
,t
v2
:Nhiệt độ của vật liệu sấy trước và sau khi sấy,
Vậy: q
v
= = 792,324 (kJ/kg ẩm)
2.5.1.2. Tổn thất nhiệt do môi trường.
Để tính được tổn thất nhiệt do môi trường ta phải giả thiết tốc độ sấy
của tác nhân sấy la w(m/s).Sau khi tính toán xong lượng tác nhân quá trình
sấy thực ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này.
Cơ sở để giả thiết tốc độ tác nhân sấy trong thiết bị sấy thực tế là tốc
độ sấy lý thuyết w
0
(m/s).Tốc độ này chính là tỉ số giưa lưu lượng thể tích
trung bình V
tb0
và Chọn β = 0,1 do đó tiết diện tư do của thùng sấy có thể tính
gần đúng bằng :
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 19
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
F
td
= (1 –β)F
ts
= (1 – β) = (1 – β). = (1 – 0,1). = 0,408(m

2
)
Khi đó tốc độ tác nhân sấy lý thuyết bằng:
w
0
= = = 0,49 (m/s)
Giả thiết tốc độ tác nhân sấy trong quá trình sấy thực w = 0,8(m/s).
Như vậy dữ liệu để tính mật độ dòng gồm:
- Nhiệt độ của dịch thể nóng trong trường hợp này là trung bình nhiệt độ
của tác nhân vào và ra thùng sấy.
t
f1
= 0,5(t
1
+ t
2
) = 0,5(100 + 40 ) = 70℃
- Nhiệt độ của dịch thể lạnh.Nhiệt độ này chính la nhiệt độ của môi
trường.
t
f2
= t
0
= 25℃
Thùng được cấu tạo 3 lớp từ trong ra ngoài như sau:
STT lớp Tên lớp Chất liệu Kí hiệu độ
dày
Độ dày
1 Lớp thùng
quay

Thép CT
3
δ
1
5mm
2 Lớp bảo ôn Bông thủy
tinh
δ
2
50mm
3 Lớp bảo vệ Thép CT
3
δ
3
1mm
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 20
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Hình 1.2: Đồ thị quá trình truyền nhiệt
Các quá trình truyền nhiệt xảy ra:
• Quá trình cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị sấy.
• Quá trình dẫn nhiệt từ thành trong ra thành ngoài thiết bị.
• Quá trình cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị đến không khí
Lớp thép bọc bên ngoài lớp cách nhiệt với bề dày 1mm có tác dụng
chủ yếu là để bảo vệ,tổn thất nhiệt quá lớp này la không đáng kể nên khi tính
toán có thể bỏ qua.
Hệ số truyền nhiệt từ tác nhân sấy ra ngoài môi trường xung quanh K
được tính theo công thức:
K= W/m
2
. Độ

Trong đó:
α
1
: Hệ cấp nhiệt từ vật liệu sấy đến thành trong thiết bị sấy ,
(W/m
2
.độ)
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 21
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
α
2
: Hệ cấp nhiệt từ thành ngoài ra ngoài môi trường,
(W/m
2
.độ)
ƛ: Hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị, (W/m
2
.độ)
δ: Chiều dày thiết bị, (m)
a) Quá trình cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị sấy
Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy và thành trong
của thùng sấy q
1
được xác định theo công thức:
q
1
= α
1
.(t
f1

– t
w1
) , W/m
2
Với t
w1
: là nhiệt độ thành trong của thiết bị sấy.
α
1
được xác định bằng công thức sau:
α
1
= k.( α
1
’
+ α
1
”
), W/m
2
.độ (Công thức 8.47 -[ 4])
Trong đó:
k: hệ số tính tới độ nhám, theo [3] , k= 1,2 – 1,3 , chọn k = 1,2
α
1
’
: Hệ cấp nhiệt từ vật liệu sấy đến thành trong thiết bị sấy do đối lưu
cưỡng bức, phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí,(W/m
2
.độ).

α
1
”
: Hệ cấp nhiệt từ thành ngoài ra ngoài môi trường do đối lưu tự
nhiên, (W/m
2
.độ)
• Xác định α
1
’:
• Tính chuẩn số Reynolds Re được xác định theo công thức:
Re = (công thức V.36 – trang 13 -[2])
Trong đó:
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 22
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
w
tb
: Vận tốc tác nhân sấy trung bình, w
tb
= 0,8 m/s.
D: Đường kính thùng sấy ,(m).
ϑ: Độ nhớt động học của tác nhân sấy, (m
2
/s)
(Tra phụ lục 6 -[1] , ở 70℃ có ϑ = 20,02.10
-6
(m
2
/s.)
Re = = 3,037.10

4

Vì Re > 10 nên ta chọn dòng khí trong thiết bị chuyển động chảy xoáy.
• Tính chuẩn số nusselt:
Nu = 0,018.Re
0,8
.ε
1
( Công thức V.42 – trang 17 –[2])
Trong đó: Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số giữa chiều dài và
đường kính thùng sấy.
Ta có tỉ số L/D = 6 →ε
1
= 1,27 ( Tra bảng V.2 – trang 16 – [2] )
→ Nu = 0,018.(3,037.10
4
)
0.8
.1,27

= 101,10
Mà: Nu =
Trong đó:
D
t
: Đường kính thùng sấy ,(m).
ƛ: Hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy, (W/m
2
.độ)
Ở 70℃ , ƛ = 2,96.10

-2
W/mK (tra phụ lục 6 – trang 350 -[1])
Suy ra : α
1
’
= = =

3,94 (W/m
2
.K)
• Xác định α
1
”

SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 23
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
• Tính chuẩn số Gratkov:
Gr = (công thức 3.9 – trang 14 -[2])
Trong đó:
g: gia tốc trọng trường , g = 9,81 m/s
l = D
t
: Kích thước hình học chủ yếu,(m).
β: Hệ số dãn nở thể tích, β =
1
T
ϑ: Độ nhớt động học của tác nhân sấy, (m
2
/s)
∆t: Hiệu số nhiệt độ giữa bề mặt trao đổi nhiệt và dòng ,(℃).

Giả sử nhiệt độ mặt trong của thùng sấy la t
w1
= 65℃
→ ∆t =t
f1
– t
w1
= 70 – 65 = 5℃
Nhiệt độ trung bình giữa tác nhân va bề mặt trong của thùng sấy là :
t
tb1
= = = 67,5 (℃)
Tra phụ lục 6 (trang 350 - [1] ), tại 67,5℃ có :
ϑ = 19,76.10
-6
m/s
ƛ = 2,95.10
-2
W/mK
Thay số: Gr = = 16,08.10
7
• Tính chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,47.Gr
0,25
(công thức 8.48 - [4] )
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 24
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Nu = 0,47.(16,08.10
7
)

0,25
= 52,923
→ α
1
”
= = = 2,05 (W/m
2
.K)
→ α
1
= k.( α
1
’
+ α
2
”
) = 1,3.(3,94+ 2,05) = 7,787 ( W/m
2
.K)
Vậy : q
1
= α
1
.(t
f1
– t
w1
) = 7,787.(70 – 65) = 38,935 (W/m
2
)

b) Quá trình cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị đến không khí.
Xác định α
2
bằng công thức sau:
α
2
= α
2
’
+ α
2
”
, W/m
2
.độ (Công thức 8.50 -[4])
Trong đó:
α
2
’
: Hệ cấp do đối lưu tự nhiên,(W/m
2
.độ).
α
2
”
: Hệ cấp nhiệt do bức xạ ,(W/m
2
.độ)
• Xác định α
2

’
• Tính chuẩn số Gratkov:
Gr = (công thức 3.9 – trang 14 -[2] )
Trong đó:
g: gia tốc trọng trường , g = 9,81 m/s
l: Kích thước hình học chủ yếu,(m).
β: Hệ số dãn nở thể tích, β =
1
T
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 25