Thiết kế hệ thống thiết bị sấy băng tải để sấy khoai tây cắt lát với năng suất 100 kg sản phẩmh (kèm bản vẽ và file doc)

KHOA: CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ





Đề tài:





Giáo viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện :
Lớp : CNTP46A

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ


Họ và tên sinh viên:
Lớp: CNTP 46A
Ngành: Công nghệ thực phẩm
1. Tên đề tài:
“Thiết kế hệ thống thiết bị sấy băng tải để sấy khoai tây cắt lát với năng suất 100 kg sản
phẩm/h ”
2. Các số liệu ban đầu
- Vật liệu: Khoai tây cắt lát
- Độ ẩm vật liệu vào : W
1
= 80%
- Độ ẩm vật liệu ra : W
2
= 7%
- Nhiệt độ tác nhân sấy vào : t
1
= 75°C
- Nhiệt độ tác nhân sấy ra : t
2
= 40°C
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
- Nhiệm vụ thiết kế
- Mục lục
- Lời mở đầu
- Chương 1. Tổng quan

- Chương 2. Cân bằng vật liệu
- Chương 3. Cân bằng nhiệt lượng và tính toán thiết bị chính
- Chương 4. Tính toán thiết bị phụ
- Kết luận
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục
4. Bản vẽ
- 1 bản vẽ hệ thống thiết bị. Khổ A
3
đính kèm trong bản thuyết minh.
- 1 bản vẽ hệ thống thiết bị. Khổ A
1

5. Ngày giao nhiệm vụ : 10/02/2015
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: / /
7. Ngày bảo vệ : / /
Thông qua bộ môn
Ngày tháng năm 2015
TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)



Đoàn Thị Thanh Thảo
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 2
1.1. Giới thiệu về nguyên liệu khoai tây 2
1.2. Giới thiệu về quá trình sấy 3
1.2.1. Khái niệm chung về sấy 3

1.2.2. Phân loại 3
1.2.3. Nguyên lý của quá trình sấy 4
1.2.4 Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy 5
1.2.5 Chọn phương án sấy và thiết bị sấy 7
1.3. Thuyết minh sơ đồ hệ thống sấy băng tải 9
1.3.1. Sơ đồ hệ thống sấy băng tải 9
1.3.2. Thuyết minh 10
CHƯƠNG 2. CÂN BẰNG VẬT LIỆU 11
2.1. Các số liệu ban đầu 11
2.2. Xử lý số liệu 11
2.2.1.Các kí hiệu sử dụng 11
2.2.2. Lượng ẩm được tách ra 12
2.2.3. Khối lượng vật liệu sấy 12
2.2.4. lượng vật liệu khô tuyệt đối 12
2.2.5. Cân bằng theo lượng ẩm 12
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH VÀ CÂN BẰNG NHIỆT
LƯỢNG 16
3.1. Các thông số về thiết bị sấy 16
3.1.1 Chọn kích thước băng tải 16
3.1.2. Tính toán phòng sấy
17
3.1.3. Thể tích không khí 18
3.1.4. Vận tốc chuyển động của không khí 19
3.1.5. Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung
quanh 19
3.2. Tổn thất nhiệt lượng 20


3.2.1 Tổn thất qua tường 20
3.2.2. Tổn thất qua trần 25

3.2.3. Tổn thất qua cửa 25
3.2.4. Lượng tổn thất qua nền 26
3.2.5 Tổn thất để làm nóng vật liệu sấy 26
3.3. Các thông số của quá trình sấy thực 27
3.3.1. Nhiệt lượng bổ sung thực tế 27
3.3.2 Các thông số của quá trình sấy thực tế 27
3.4. Cân bằng nhiệt lượng 27
3.4.1. Nhiệt lượng vào 28
3.4.2 Nhiệt lượng ra 28
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 29
4.1. Caloriphe 29
4.1.1. Chọn và tính kích thước ống truyền nhiệt 29
4.1.2. Tính toán 31
4.1.3. Xác định bề mặt truyền nhiệt 34
4.1.4. Tính kích thước caloripher 34
4.2. Tính cyclone 35
4.2.1. Giới thiệu về cyclon 35
4.2.2. Tính toán cyclone 35
4.3. Quạt 36
4.3.1. Giới thiệu về quạt 36
4.3.2 Tính trở lực của toàn bộ quá trình 37
4.3.3. Tính công suất của quạt và chọn quạt 46
KẾT LUẬN 48
SƠ ĐỒ HỆ THỐNG SẤY BĂNG TẢI SẤY KHOAI TÂY CẮT LÁT 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 50


1

LỜI MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản
xuất và đời sống. Đặc biệt trong ngành công nghệ thực phẩm, chế biến bảo quản,
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 thuận tiện cho
việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.
Khoai tây cắt lát là một sản phẩm của nghành công nghệ thực phẩm và để
thu được khoai tây cắt lát sấy thành phẩm chất lượng về thành phần dinh dưỡng
cũng như giá trị cảm quan không thể thiếu quá trình sấy trước khi làm nguội và
bao gói.
Do tính chất và thành phần của khoai tây khi sấy phải giữ được các tính
chất về giá trị cảm quan nên dùng một số loại thiết bị như sấy thăng hoa, sấy
băng tải
Với đồ án này, Được sự phân công của cô Đoàn Thị Thanh Thảo, em sẽ
tiến hành nhiệm vụ “Thiết kế hệ thống thiết bị sấy băng tải để sấy khoai tây cắt
lát với năng suất 100 kg sản phẩm/h”.

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về nguyên liệu khoai tây
Cây khoai tây (Solanum tuberosum L.) có nguồn gốc ở Nam Mỹ. Đầu thế
kỷ XVI những nhà hàng hải người Tây Ban Nha chinh phục Nam Mỹ, đã đem
về trồng ở nước họ. Vào cuối thế kỷ XVI, khoai tây được trồng ở AiLen, Anh,
Italia, Đức, Pháp Nga… từ đó khoai tây được trồng ở nhiều nước châu Âu khác.
Các nước ở châu Á và châu lục khác biết đến cây khoai tây muộn hơn các nước
ở châu Âu thông qua chính sách thuộc địa của người châu Âu. Đến nay, khoai
tây được trồng rộng rãi ở khoảng 130 nước trên thế giới từ 71
0
vĩ tuyến Bắc

đến 40
0
vĩ tuyến Nam [3].
Ở nhiều nước trên thế giới, khoai tây được coi là một trong năm loài cây
lương thực quan trọng: lúa mỳ, lúa nước, ngô, đại mạch và khoai tây. So với
nhiều loài cây trồng khác, khoai tây không những là loài cây lương thực mà còn
là loài rau quý ở nhiều nước. So với nhiều loài cây trồng khác , khoai tây có
điểm đặc biệt là thành phần hoá học quý và khả năng sử dụng đa dạng [6].
Ở Việt Nam, khoai tây được coi là một trong những loại “thực phẩm sạch”,
là một loại nông sản hàng hoá được lưu thông rộng rãi. Với điều kiện khí hậu
Việt Nam thì cây khoai tây được xem là cây trồng lý tưởng, ngoài giá trị dinh
dưỡng còn mang giá trị kinh tế cao bởi nó là một loại cây ngắn ngày (80-100)
nhưng cho năng suất khác cao.
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của khoai tây [6]

STT
Thành phần
Hàm lượng
STT
Thành phần
Hàm lượng
1
Nước
75%
7
Phosphor
50mg%
2
Protid
2%

8
Sắt
1,2mg%
3
glucid
21%
9
Vitamin C
15mg%
4
cellulose
1%
10
Vitamin B1
0,1mg%
5
Tro
1 %
11
Vitamin B2
0,05%
6
caicium
10mg%
12


Tuy khoai tây là một loại lương thực giàu dinh dưỡng nhưng trong tất cả
các bộ phận của cây đều có chất solanin là một glucosid độc. Chất này đặc biệt
có nhiều trong phần xanh của cây, do vậy nếu không có biện pháp bảo quản

thích để củ mọc mầm xanh thì các mầm này rất độc và nguy hiểm. Do đó việc
3

bảo quản tươi rất khó khăn. Thông thường khoai tây thường được sơ chế thành
dạng lát rồi đem sấy khô.
1.2. Giới thiệu về quá trình sấy
1.2.1. Khái niệm chung về sấy
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn
hay lỏng. Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở),
tăng độ bền vật liệu, bảo quản tốt trong thời gian dài nhất là đối với lương thực,
thực phẩm [10].
Sấy có bản chất là sự khuyếch tán do sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và bên
trong của vật liệu sấy hay là sự chênh lệch áp suất riêng phần của ẩm trên bề mặt
vật liệu với môi trường xung quanh. Như vậy sấy là một quá không ổn định, với
độ ẩm vật liệu thay đổi theo thời gian và không gian sấy [10].
1.2.2. Phân loại
Sấy có hai phương thức:
 Sấy tự nhiên
Tiến hành bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng
lượng gió…
Ưu điểm:
 Thực hiện đơn giản, không cần kỹ thuật cao.
 Vốn đầu tư thấp, đỡ tốn nhiệt năng.
 Bề mặt trao đổi nhiệt lớn.
Nhược điểm:
 Khó thực hiện cơ giới hóa, nhiệt độ phụ thuộc và thay đổi theo thời tiết.
 Cường độ sấy không cao, sản phẩm sấy không đồng đều.
 Diện tích mặt bằng phải lớn.
 Sản phẩm dễ nhiễm bụi, vi sinh vật, không đảm bảo vệ sinh.
 Thời gian sấy kéo dài.

 Sử dụng nhiều nhân công.
 Không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
 Không chủ động chỉnh được vận tốc của quá trình theo yêu cầu kỹ thuật,
năng suất thấp.
4

 Sấy nhân tạo
Thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật
liệu ẩm.
Tùy vào yêu cầu chất lượng, kỹ thuật của từng loại thực phẩm mà có nhiều
dạng khác nhau: sấy tiếp xúc, sấy đối lưu, sấy bằng tia hồng ngoại, sấy bằng
dòng điện cao tầng, sấy thăng hoa, sấy tầng sôi,…
Ưu điểm:
 Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên.
 Kiểm soát được sản phẩm ra vào,nhiệt độ cung cấp.
 Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.
 Tốn ít mặt bằng, nhân công.
Nhược điểm:
 Tốn chi phí đầu tư trang thiết bị, năng lượng.
 Đòi hỏi có đội ngũ cán bộ có kỹ thuật cao.
1.2.3. 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 khuyếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu
rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là 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
trong lòng vật liệu và trên bề mặt vật liệu [10].
Môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng trực tiếp đến vận tốc
sấy, vì vậy ta phải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy là mặt tĩnh lực học và
mặt động lực học.

 Mặt tĩnh lực học: Dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta
sẽ tìm được độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật liệu sấy và của tác nhân sấy để từ
đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và nhiệt lượng cần cho
quá trình sấy [10].
 Mặt động lực học: Là nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ
ẩm vật liệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình sấy 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, tốc độ sấy và thời gian sấy thích hợp.

5

1.2.4 Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy
1.2.4.1. Tác nhân sấy
Để duy trì động lực quá trình sấy cần có một môi chất mang ẩm thoát từ bề
mặt vật liệu sấy thải vào môi trường. Môi chất làm nhiệm vụ mang ẩm thoát từ
bề mặt vật liệu sấy để thải vào môi trường gọi chung là tác nhân sấy [7].
Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy liên tục 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 tăng lên cho đến khi đạt trạng thái cân bằng giữa vật liệu sấy và môi
trường trong buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại, và
quá trình sấy bị ngừng trệ, có thể kết thúc.
Bên cạnh đó tùy thuộc phương pháp sấy mà tác nhân sấy thực hiện một
trong các nhiệm vụ sau:
- 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.
Cơ chế của quá trình sấy là gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóa hơi và
mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường. Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu mà
không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình thoát ẩm từ vật liệu sấy thậm
chí còn làm chậm dần quá trình thoát ẩm, khi độ ẩm môi trường quá cao có thể

gây thấm ẩm ngược trở lại vật liệu sấy. Để mang ẩm đã bay hơi từ vật liệu sấy
vào môi 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 ngoài (sấy chân không).
Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặt biệt quan trọng vì nó đóng
vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm [7].
1.2.4.2. 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 [5].
* Ưu điểm: sản phẩm hợp vệ sinh, không bị thay đổi mùi vị.
* Nhược điểm: Vốn đầu tư cao do phải lắp đặt thêm thiết bị gia nhiệt cho
không khí, và khi nhiệt độ sấy cao thì thiết bị phải được cách nhiệt.
- Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy được dùng phổ biến phương
6

pháp này 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 gây mùi khói [9].
- Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm đễ bị
cháy nổ và có khả năng chịu được nhiệt độ cao.
1.2.4.3.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 [5].
Một số chế độ sấy thường gặp [5]:
Chế độ sấy có đốt nóng trung gian Chế độ sấy này dùng để sấy những vât
liệu không chụi được nhiệt độ cao.
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.
Chế độ sấy hồi lưu toàn phần Là chế độ sấy kín tác nhân sấy được hồi lưu
hoàn toàn.Chế độ này dùng để sấy các sản phẩm không chứa nước mà còn là các
loại chứa tinh dầu cần được thu hồi …
1.2.4.4. 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 không khí hay thiết bị sấy bằng
khói lò, ngoài ra còn 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.
- 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

7

1.2.5 Chọn phương án sấy và thiết bị sấy
 Phân loại thiết bị sấy
Do điều kiện sấy và yêu cầu kỹ thuật trong mỗi trường hợp, ứng với mỗi
sản phẩm khác nhau nên có nhiều cách để phân loại thiết bị sấy:
 Dựa vào tác nhân sấy có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy
bằng khói lò, điển hình như sấy thăng hoa, sấy bằng dòng điện cao tần
 Dựa vào áp suất làm việc có thiết bị sấy chân không và thiết bị sấy ở áp
suất thường
 Dựa vào phương thức làm việc có sấy liên tục và sấy gián đoạn
 Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp

xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ
 Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy
thùng quay, sấy phun
 Dựa vào chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy: sấy cùng
chiều, ngược chiều, giao chiều
 Các phương thức sấy
 Sấy gián đoạn: phương thức này cho năng suất thấp, các thao tác nặng
nhọc, cồng kềnh. Thiết bị này thường sử dụng khi năng suất nhỏ,sấy các loại sản
phẩm có hình dạng khác nhau
 Sấy liên tục: Phương thức này cho chất lượng sản phẩm tốt hơn năng
suất cao hơn, thao tác nhẹ nhàng. Thường dùng sấy các sản phẩm có kích thước
gần bằng nhau
Tính chất vật liệu là yếu tố quan trọng quyết định chọn thiết bị và phương
thức sấy
Thiết bị sấy chân không và sấy thăng hoa phức tạp và đắt vì thế nên dùng
khi không thể thực hiện được sấy ở áp suất thường ví như các sản phẩm dễ nổ,
nhả hơi độc hại, sản phẩm dược phẩm hay sản phẩm có những hợp chất qúy
hiếm kém bền về nhiệt
 Phương án thiết kế máy sấy băng tải tiến hành theo các bước sau:
 Chọn dạng thiết bị sấy
 Chọn nguồn năng lượng và tác nhân sấy
 Chọn chế độ sấy tối ưu
8

 Tính toán nhiệt cho thiết bị sấy
 Tính và chọn các thiết bị phụ
 Tính toán kinh tế kỹ thuật cho toàn bộ máy sấy
 Chọn thiết bị và tác nhân sấy dùng để sấy khoai tây cắt lát.
Để sấy một loại nguyên liệu sẽ có rất nhiều phương án để lựa chọn và mỗi
phương án đều có ưu nhược điểm riêng. Tuy nhiên vấn đề then chốt để lựa chon

cơ cấu thiết bị và tác nhân sấy là nhiệt độ sấy và thời gian lưu laị cho phép của
vật liệu sâý trong mỗi thiết bị.
Vì khoai tây là một loại củ giàu tinh bột, bên cạnh đó khoai tây cắt lát dễ
gãy vụn, nên chọn thiết bị sấy băng tải. Để giữ được giá trị dinh dưỡng và tinh
bột dễ bị biến tính ở nhiệt độ cao nên chọn tác nhân sâý là không khí ẩm. Bên
cạnh đó sản phẩm khoai tây cắt lát là sản phẩm có thể được sử dụng trược tiếp vì
vậy mà ta chọn tác nhân sấy là không khí ẩm để tránh nhiễm bẫn độc và nguyên
liệu , tạo mùi thơm.
Môi chất mang nhiệt sử dụng ở đây là hơi nước để thuận tiện cho việc điều
chỉnh nhiêt độ tác nhân khi cần thiết.
Sấy băng tải là một thiết bị đơn giản và nhiệt độ tác nhân sấy ban đầu có nhiệt
độ tương đôí thấp(75
o
C) nên chọn tác nhân sấy đi cùng chiều với vật liệu sấy, để trao
đổi nhiệt trong suốt quá trình di chuyển và đạt được độ ẩm cuối thấp 7%.
Vậy để sấy khoai tây cắt lát ta thiết kế thiết bị sấy băng tải có các thông số
 Chọn tác nhân sấy là không khí
 Chọn calorifer khí-hơi
 Thiết bị làm việc liên tục
 Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều
 Ưu điểm và nhược điểm của thiết bị sấy băng tải:
 Ưu điểm:
Khi qua một tầng băng tải vật liệu được đảo trộn và sắp xếp lại nên tăng bề
mặt tiếp xúc pha nên tăng tốc độ sấy.
Có thể điều khiển dòng khí.
Hoạt động liên tục.
Có thể thực hiện sấy cùng chiều, ngược dòng hoặc chéo dòng với tác
nhân sấy.
9

 Nhược điểm: tốn nhiều năng lượng, thiết bị cồng kềnh.
Cấu tạo chính của hệ thống sấy băng tải là một phòng hình chữ nhật. Trong
đó có một băng tải dài vô tận, chuyển động nhờ các tang quay, các băng tải này
tựa trên các con lăn để khỏi bị võng xuống. Băng tải có thể làm bằng các chất liệu
khác nhau tùy từng loại sản phẩm. Không khí được đốt nóng ở Calorife đến nhiệt
độ cần thiết, vật liệu sấy tại phiễu tiếp liệu bị cuốn vào giữa trục của hai con lăn
để đi vào băng tải trên cùng. Sau khi di chuyển về cuối băng tải trên cùng thì
chúng rơi xuống băng tải phía dưới nhờ máng dẫn và chuyển động theo hướng
ngược lại. Khi đến băng tải cuối cùng thì vật liệu khô được dỡ vào ngăn tháo. Tốt
nhất nên sử dụng thiết bị có nhiều băng tải vì khi đó vật liệu sấy được đảo trộn,
sắp xếp lại nên sẽ đều hơn, chất lượng tốt hơn so với thiết bị một băng tải.
Không khí có thể đi cùng chiều với chuyển động của băng tải hoặc có thể
đi từ dưới lên xuyên qua băng tải và vật liệu sấy. Để quá trình sấy được tốt thì ta
cho tác nhân sấy chuyển động với vận tốc 3m/s, còn băng tải di chuyển với vận
tốc 0,3-0,6 m/phút.
1.3. Thuyết minh sơ đồ hệ thống sấy băng tải
1.3.1. Sơ đồ hệ thống sấy băng tải












4

5
I
III
II

2

3
1
Vật liệu vào
Hơi nước bão
hòa
Hơi nước


Vật liệu vào
Không khí
Vật liệu ra
Chú thích:
1- quạt đẩy 2- calorife 3- phòng sấy 4- cyclon 5- quạt hút

IV
10

1.3.2. Thuyết minh
Không khí ban đầu được quạt (1) đưa vào calorife (2), ở đây không khí
nhận nhiệt gián tiếp từ hơi nước bão hoà qua thành ống trao đổi nhiệt. Hơi
nước đi trong ống, không khí đi ngoài ống. Tại calorife, sau khi nhận được

nhiệt độ sấy cần thiết không khí nóng đi vào phòng sấy (3) tại III. Vật liệu sấy
chứa trong phễu tiếp liệu, đưa vào phòng sấy tại I, giữa hai trục lăn để đi vào
băng tải trên cùng. Nếu thiết bị có một băng tải thì sấy không đều vì lớp vật
liệu không được xáo trộn do đó loại thiết bị có nhiều băng tải được sử dụng
rộng rải. Vật liệu từ băng trên di chuyển đến cuối thiết bị thì rơi xuống băng
dưới chuyển động theo chiều ngược lại cuối cùng vật liệu khô đổ vào ngăn
tháo IV. Không khí nóng đi cùng chiều với chiều chuyển động của băng. Do đó
lượng không khí nóng và khoai tây tiếp xúc với nhau rất lớn làm cho lượng ẩm
được tách ra triệt để hơn. Không khí sau khi ra khỏi phòng sấy tại II có lẫn bụi
và các tạp chất khác được thu hồi ở xyclon (5), không khí sau khi làm sạch
được quạt (4) đẩy ra ngoài.

11

CHƯƠNG 2. CÂN BẰNG VẬT LIỆU
2.1. Các số liệu ban đầu
“Thiết kế hệ thống thiết bị sấy băng tải để sấy khoai tây cắt lát với năng
suất 100 kg sản phẩm/h ”
Số liệu ban đầu:
Vật liệu : Khoai tây cắt lát
Năng suất tính theo sản phẩm : G
2
= 100kg/h
Độ ẩm vật liệu vào : W
1
= 80%
Độ ẩm vật liệu ra : W
2
= 7%
Nhiệt độ tác nhân sấy vào : t

1
= 75°C
Nhiệt độ tác nhân sấy ra : t
2
= 40°C
Nhiệt đội môi trường : t
0
= 25
o
C
Độ ẩm tương đối : 
0
= 81% = 0.81 [2,99 ]

Áp suất khí quyển : P

= 1,033at
Thiết bị làm việc liên lục, vật liệu sấy và tác nhân sấy cùng chiều.
2.2. Xử lý số liệu
2.2.1.Các kí hiệu sử dụng
G
1
: Lượng vật liệu trước khi vào mấy sấy (Kg/h)
G
2
: Lượng vật liệu sau khi ra khỏi mấy sấy (Kg/h)
G
k
: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (Kg/h)
W

1
: Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt
W
2
: Độ ẩm của vật liệu 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 máy 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 máy sấy (sau khi đi qua
caloripher sưởi) và sau khi ra khỏi máy sấy,(Kg/Kgkkk)

12

2.2.2. Lượng ẩm được tách ra
1
21
2
100 W
WW
GW



[5,43]

  
 
 
 



2.2.3. Khối lượng vật liệu sấy
G
1
= G
2
+ W [2,102]
G
1
= 100 +365 = 465( Kg/h )
2.2.4. lượng vật liệu khô tuyệt đối
100
2
100
2
100
1
100
1
W
G
W
G
k

G




[2,102]


  
  

 




Bảng 2.1 : bảng tổng kết các thông số của vật liệu sâý
Đại lượng
Giá trị
Đơn vị
G
1
465
Kg/h
G
2
100
Kg/h
G
k

93
Kg/h
W
1
80
%
W
2
7
%
W
365
%
2.2.5. Cân bằng theo lượng ẩm
Trong quá trình tính toán hệ thống sấy ngoài tính cân bằng vật liêu ta cần
phải tính cân bằng theo lượng ẩm, như vậy ta mới có thể tìm được lượng không
khí khô tiêu tốn trong quá trình sấy L (kg/h). Coi lượng không khí sấy không bị
mất mát trong quá trình sấy [10].
Ta có kí hiệu:
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 máy sấy (sau khi đi qua
caloripher sưởi) và sau khi ra khỏi máy sấy,(Kg/Kgkkk).
13

Khi quá trình làm việc ổn định lượng không khí khô L sẽ mang hơi ẩm là
(L.x
1
).
Kết thúc quá trình sấy vật liệu sấy có độ ẩm là (W) thì lượng ẩm chứa
trong không khí sau quá trình sấy là (L.x
2
).
Theo cân bằng vật liệu theo lượng ẩm có khối lượng W (kg):
L.x
1
+ W = L.x
2

 





(1)
Như vậy lượng không khí khô cần thiết để bay hơi 1 kg ẩm khỏi vật liệu
gọi là lượng không khí khô tiêu tốn riêng (l):
 









(Kg kkk/kg ẩm bay hơi) (2)
Theo số liệu ban đầu ta tra được
t
1
= 75
o
C  P
bh1
= 0,393at [1, bảng I.250,312]
t
2
= 40
o
C  P
bh2
= 0,0752at
t
0
= 25
o
C  P
bh0
= 0,0323at
ta có hàm ẩm của không khí tính theo công thức:












(kg/kgkkk) [2,156]





 (kg/kgkkk)
Nhiệt lượng riêng của không khí trước khi vào calorife:
I
0
= 10
3
t
0
+(2493+1,97t
0
)10
3
x
0
(J/kgkkk) [2,96]
I

0
= 10
3
25+(2493+1,9725)10
3
0,0162 = 66,18410
3
(J/kgkkk)
Hay I
0
= 66,184 (KJ/kgkkk)
Khi đi qua calorife thì không khí chỉ thay đổi nhiệt độ nhưng không thay
đổi hàm ẩm. Vì vậy x
1
= x
0
=0,0162, ta có :












[2,96]




 
  
   


14

Nhiệt lượng riêng của không khí sau khi ra khỏi calorife:
I
1
= 10
3
t
1
+(2493+1,97t
1
)10
3
x
1
(J/kgkkk) [2,96]
I
1
= 10
3
75+(2493+1,9775)10
3

0,0162 =  (J/kgkkk)
Hay I
1
= 117,780 (KJ/kgkkk)
Không khí ra khỏi phòng sấy có t
2
=40
0
C, P
bh2
=0,0752at
Theo quá trình sấy lý thuyết thì nhiệt lượng riêng của không khí không
thay đổi trong suốt quá trình sấy [10]. Do đó: I
1
= I
2

Hay I
2
= t
2
+(2493+1,97t
2
)x
2
(KJ/kgkkk)
Từ đó hàm ẩm của không khí là:






 

  


 
    
 















[2,96]



 

   
   
Thay x
1
= 0,0162 , x
2
= 0,03 vào (1)
 





=


 



Suy ra :
 












 (Kg kkk/kg ẩm bay hơi)
Nhiệt độ điểm sương: Tại điểm sương ta có độ ẩm tương đối của không
khis đạt cực đại














suy ra : 








Tra bảng I.250, [1] và áp dụng phương pháp nội suy ta thấy nhiệt độ

không khí ra khỏi phòng sấy là có thể chấp nhận được.

15

Bảng 2.2a: bảng tổng kết các thông số tác nhân sâý
Tác nhân sấy
T (
o
C)
P (at)
X (kg/kgkkk)


(%)

I (kJ/kgkkk)
Trước khi vào calorife
25
0,0323
0,0162
81
66,184
Sau khi ra khỏi calorife
75
0,0393
0,0162
6,6
117,78
Sau khi ra khỏi thiết bị sấy
40

0,0752
0,03
63,2
117,78

Bảng 2.2b: bảng tổng kết thông số tác nhân sâý
Đại lượng
Giá trị
Đơn vị
L

Kg/h
l
72,646
Kg kkk/kg ẩm bay hơi
16

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
3.1. Các thông số về thiết bị sấy
3.1.1 Chọn kích thước băng tải
Gọi B
r
: Chiều rộng lớp băng tải (m)
h: Chiều dày lớp khoai tây (m) lấy h=0,03(m)
ω: Vận tốc băng tải chọn ω=0,35 m/phút


:Khối lượng riêng của khoai tây


=1034kg/m
3

Năng suất quá trình sấy:
G
1
= B
r
×h×w× (kg/m
3
)
 Br =



=


= 0,714(m).
Chiều rộng thực tế của băng tải :
B
tt
=



Trong đó :  là hiệu số hiệu chỉnh
Chọn  = 0,9
B
tt

=


=


= 0,793 (m).
Gọi L
b
: chiều dài băng tải (m).
L
s:
chiều dài phụ thêm, L
s
=0,5 (m).
T: Thời gian sấy, chọn T=0,66h.
L
b
=






+ L
s
[2, VII.11,95]
=



+ 0,5 =11, 84 = 12(m).
Chọn số băng tải là i = 2.
Chiều dài mỗi băng tải L
b
=


= 6 (m).
Đường kính: D=0,3m

17

3.1.2. Tính toán phòng sấy
Phòng sấy được xây bằng gạch.
Bề dày tường 0,22 (m) có:
 Chiều dày viên gạch: 0,2 (m)
 Hai lớp vữa hai bên: 0,01 (m)
Trần phòng được làm bằng bê tông cốt thép có :
 Chiều dày  (m)
 Lớp cách nhiệt dày  (m)
Cửa phòng sấy được làm bằng tấm thép mỏng, giữa có các lớp cách nhiệt
dày 0,01 m. Hai lớp thép mỗi lớp dày : 0,005 (m).
Gọi khoảng cách từ băng tải đến tường là L
bs
, chọn L
bs
= 0,5m
Chiều dài làm việc của phòng sấy là Lp.
Như vậy chiều dài làm việc của phòng sấy là :

L
p
= L
b
+ 2L
bs
[8, 9.8, 191]
Thay số vào ta được:
L
p
= 6 + 2×0,5 = 7 (m).
Gọi d là khoảng cách của hai băng tải, chọn d = 0,3 m
Và d
bs
là khoảng cách từ băng tải tới trần và từ băng tải đến nền, chon
d
bs
=0,4 m
Khi đó ta có chiều cao làm việc của phòng sấy:
H
p
= i x d
băng
+(i-1)d + 2d
bs
[8, 9.10,191]
= 20,3 + 0,3 + 20,4 = 1,7(m).
Gọi B
bs
là khoảng cách từ băng tải đến tường, chọn B

bs
=0,35 m .
Và B
p
là chiều rộng làm việc của phòng sấy.
Khi đó ta có chiều rộng làm việc của phòng sấy:
B
p
= B
tt
+ 2×B
bs
[8, 9.9, 191]
Thay số vào ta được:
B
p
= 0,793+ 2×0,35 = 1,493 (m).
Vậy kích thước của phòng sấy kể cả tường là:
L
ph
= 7 + 2×0,22 = 7,44 (m).
H
ph
= 1,7 + 0,02+ 0,15 = 1,87 (m).
B
ph
= 1,493+ 0,22×2 = 1,933 (m).
18

3.1.3. Thể tích không khí

a. Thể tích riêng của không khí vào thiết bị sấy:
v
1
=






(m
3
/kg
kkk
) [2, VII.8, 94]
T
1
= 75 + 273 = 348
o
K.
R = 287 (J/kg
o
K).
P = 1,033 (at).
P
bh1
= 0,393 (at).
  6,6%.
v
1

=






= 1,011 (m
3
/kgkkk).
b. Thể tích không khí vào phòng sấy:
V
1
= L×v
1
= 26449,28×1,011 = 26740,22 (m
3
/kgkkk).
c. Thể tích của không khí ra khỏi phòng sấy:
v
2
=







T

2
= 40 + 273 = 313
o
K
.
P
2bh
= 0,0752 (at)
v
2
=






= 24571,38(m
3
/kgkkk).
d. Thể tích ra khỏi phòng sấy
V
2
= L×v
2
= 20446,521×0,947 = 19362,855 (m
3
/h).
e. Thể tích trung bình của không khí trong phòng sấy
V

tb
=


=


= 25655,8 (m
3
/kgkkk).

19

3.1.4. Vận tốc chuyển động của không khí
a.Vận tốc của không khí trong phòng sấy:












 [8,198]
b. Chế độ chuyển động của không khí
 






[2,V.36, 13]
R
e
: là hằng số Reynol đặc trưng cho chế độ chảy của dòng
l
tđ
: Đường kính tương đương















 (m)
Nhiệt độ trung bình của không khí trong phòng sấy
T

tb
=
75 40
2

=57,5
o
C

-Từ nhiệt độ trung bình này tra bảng I.255, trang 318, sổ tay quá trình
thiết bị I.
Với: =0,0288w/mđộ
=18,71510
-6
m
2
/s
Suy ra :  









   


Vậy Re =23,9110
4

chế độ chuyển động của không khí trong phòng
sấy là chuyển động xoáy.
3.1.5. Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh





 







Với:

t
1 :
Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào phòng sấy với không
khí bên ngoài.


=75-25=50
0
C


t
2:
Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy đi ra khỏi phòng sấy với tác nhân
sấy bên ngoài.


= 40-25 = 15
0
C
Vậy:


















0

C
20

3.2. Tổn thất nhiệt lượng
3.2.1 Tổn thất qua tường
Lượng nhiệt tổn thất qua tường
1000
3600



W
tFK
q
tbtt
t
(kJ/kgẩm). [9, 1.97, 60]
Trong đó:
t
1
= 75
0
C: nhiệt độ tác nhân sấy trong thiết bị.
t
2
= 40
0
C: nhiệt độ không khí ngoài môi trường.
W = 365 (kg): lượng ẩm bay hơi.
k

t
: hệ số truyền nhiệt qua tường.
k
t
=
12
1 1 2 2
1
11

   
  
[2, V.5, 3]
Ta có:
Tường xây bằng gạch dày 0,22 (m).
Chiều dày viên gạch 
gach
= 

= 0,2 (m).
Chiều dày mỗi lớp vữa 
vữa
= 

= 0,01 (m).
Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến tường là
1

.
Hệ số cấp nhiệt từ tường đến môi trường là

2

.
Tra bảng phụ lục 2, [7] ta có:
λ
gạch =
0,7 W/m
0
K
λ
vua
= 1,2 W/m
0
K
Không khí nóng chuyển động trong phòng đối lưu tự nhiên do sự chênh
lệch nhiệt độ và chuyển động cưỡng bức dưới tác động của quạt. Không khí
nóng chuyển động theo chế độ xoáy (do Re >10
4
).
 Tính 
1



 


 



)
Với 
1
’: Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu
cưỡng bức, w/m
2
độ.

1
’’: hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy do đối lưu tự nhiên.
K: hệ số hiệu chỉnh, k = 1,2 – 1,3. Chọn k=1,2
21

 Tính 
1
’










[5, 1.20, 20]
Với: t
tb
là nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị.













= 57,5
0
C
Ở nhiệt độ t
tb
dụa vào bảng I.255, sổ tay QTTB tập I, ta có:
tb

: hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy ở nhiệt độ trung bình.
tb

= 0,0288 (W/m.độ)
,
1
Nu
: chuẩn số Nuselt.
Phương trình chuẩn Nuxen đối với chất khí:
Nu= 0,018 ×

1
× Re
0,9
[2, V.42,16]
Re: chuẩn số Renon. Re =23,87× 



1
phụ thuộc vào tỷ số
p
td
L
l
và Re
p
td
L
l
=
7
1,59
=4,4
Tra bảng V.2 trang 15, STQTTB II, ta có 
1
= 1,198
Suy ra : 

     





Suy ra:
1
’=
N
u1
 λ
H
P
=
432,530,0288
1,7
= 7,33( W/m
2
. độ).
- Tính
,,
1

:
Gọi t
T1
là nhiệt độ trung bình của bề mặt tường tiếp xúc với không khí
trong phòng sấy
Chọn t
T1
=51,5
0

C
Gọi t
tb
là nhiệt độ trung bình của chất khí vào phòng sấy
t
tb
=
75 40
2

=57,5
0
C
Gọi t
m
là nhiệt độ trung bình giữa tường trong phòng sấy với nhiệt độ
trung bình của tác nhân sấy.
T
m
=


= 54,5
0
C
Tại nhiệt độ T
m
tra bẳng I.255 trang 318- STQTTBT2: