thiết kế hệ thống sấy đường dạng thùng quay

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KỸ THUẬT THỰC PHẨM

THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY ĐƯỜNG KIỂU
THÙNG QUAY, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU
7500 kg/h

GVHD:

Nguyễn Hữu Quyền

SVTH:

Lê Lý Khánh Kim
2005120357
Nguyễn Phan Hoàng Long
2005120461

TP.HCM – THÁNG 6 NĂM 2015


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

MỤC LỤC

.

2

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang 2


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1.

GIỚI THIỆU VỀ ĐẦU ĐỀ ĐỒ ÁN

Sấy là phương pháp thường dùng trong công nghiệp và đời sống. Kết quả của quá
trình sấy làm cho hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên. Điều đó có ý nghĩa
quan trọng trên nhiều phương diện khác nhau. Ví dụ: đôi với các nông sản và thực
phẩm nhằm tăng cường tính bền vững trong bảo quản, đôi với các nhiên liệu (than,
củi) được nâng cao lượng nhiệt cháy, đôi với gốm sứ làm tăng độ bền cơ học, giảm
chi phí vận chuyển...
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng
thái của pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản
xuất đều chứa pha lỏng là nước nên người ta thường gọi là ẩm.
Tùy theo quá trình cấp nhiệt cho ẩm mà người ta phân ra các phương pháp sấy
khác nhau: cấp nhiệt bằng đốì lưu gọi là sấy đôi lưu, cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt gọi là sấy
tiếp xúc, cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ...
Hệ thông sấy thùng quay là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt, cục nhỏ. Hệ
thông sấy thùng quay cũng là hệ thông sấy đôi lưu. Trong đồ án này, em xin trình bày
về qui trình công nghệ và thiết bị sấy thùng quay dùng để sấy đường với năng xuất
đầu ra là 1200kg/h.

1.2.

GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU

Nước ta là một nước nhiệt đới nên đường được sản xuất chủ yếu từ cây mía.
Đường được đem đi sấy là những tinh thể saccarose, có kích thước trung bình là 0,8
mm.
Saccarose là một đường kép có công thức phân tử là C12H22O11, gồm 2 phân tử α D - glucose và β - D - fructose liên kết với nhau bằng liên kết 1,2 - glucoside.

Saccarose
Do đó saccarose không còn tính khử, không tạo được osazone. Nó bị caramel hóa ở nhiệt
độ nóng chảy từ 160 - 180 °C. Nhưng ở nhiệt độ lớn hơn 105°C thì đường sẽ bị caramel
hóa một phần làm đường bị sẫm màu.
Trong tự nhiên, saccarose có trong mía, củ cải đường, thốt nốt,.

.

3

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang 3


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1.

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.2.

THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

 Vật liệu:
Đường sau khi ly tâm sẽ được đưa đến gầu tải để vận chuyển lên cao rồi đưa vật
liệu vào cơ cấu nhập liệu vào thùng sấy. Tại thùng sấy, đường sẽ đi sâu vào thùng sây,
được xáo trộn bởi các cánh nâng khi thùng quay. Đồng thời sẽ diễn ra quá trình trao
đổi ẩm với TNS. Quá trình cứ thế diễn ra từ khi đường bắt đầu vào thùng và ra khỏi
thùng để đạt được độ ẩm theo yêu cầu kĩ thuật. Ớ cuôi thùng sấy, đường sau khi được
.

4

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang 4


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

tách ẩm sẽ được tháo liệu ra ngoài, được vận chuyển bằng hệ thông băng tải. Nhiệt độ
đầu ra của đường khá cao ( khoảng 36°C) nên phải được làm nguội. Có 2 cách để thực
hiện quá trình làm nguội đường:
•
•

Dùng luồng không khí lạnh, khô thổi cưỡng bức để làm nguội
Làm nguội tự nhiên bằng cách lợi dụng độ dài thích hợp của hệ thống

băng tải.

Tác nhân sấy:
Không khí ở điều kiện bình thường (27,2°C, 77%) được quạt đẩy đưa vào hệ
thông qua ống dẫn khí vào calorife để tiến hành trao đổi nhiệt lên 70°C, sau đó được
dẫn vào thùng sấy. Tại thùng sấy, TNS sẽ tiến hành quá trình truyền nhiệt và dẫn ẩm
ra khỏi vật liệu sấy. Nhiệt độ TNS giảm dần và khi ra khỏi thùng sấy chỉ còn 36°C.
Trong không khí ra khỏi thùng có lẫn bụi đường, hỗn hợp khí - bụi này được
dẫn vào xyclon để lọc và thu bụi đường, không khí sạch được thải ra ngoài môi
trường.
Calorife được gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa ở áp suất 2 at lấy từ lò hơi. Nhiên liệu
dùng để đốt lò hơi là dầu FO


.

5

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang 5


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
3.1. CÁC THÔNG SỐ:
Năng suất nhập liệu đầu vào G1=7500 kg/h
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: ω 1 = 1% = 0.01
Độ ẩm lúc sau của vật liệu sấy: ω2= 0.05% = 0.0005

Khôi lượng riêng của đường : pv = 1587,9 kg/m3
Đường kính tương đương hạt đường: d = 0,8 mm
Chọn quá trình sấy xuôi chiều.
Chọn cường độ sấy A = 9 (kg/m3h)
(Bảng6.2,tr 179- [6])
Công thức dùng xác định các thông số của tác nhân sây:
 Áp suất hơi bão hòa


4026,42 
pb = exp 12 −

o 
235
,
5
+
t
C

 (bar).
 Hàm ẩm:

Trong đó: Pa – áp suất khí quyển: Pa = 1.103 bar. (760 mmHg)
 Enthalpy:
.
Trong đó:
•
•
•

•
•

Ck = 1.004 kJ.K – nhiệt dung riêng của không khí khô.
Ch = 1.842 kJ/kg.K – nhiệt dung riêng của hơi nước.
r0 = 2500 kJ/kg - ẩn nhiệt hóa của hơi nước
t – nhiệt độ không khí (0C)
d – hàm ẩm (kg ẩm/kgkkk).

 Thể tích riêng của không khí ẩm:
Trong đó:
• R – hằng số khí: R = 8314 J/kmol.độ.
.

6

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang 6


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

• M – khối lượng không khí: M = 29 kg/kmol.
• P, Pb – áp suất khí trời và phần áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí (N/m)
Xác định các thông số trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế:


•
•

•
•
•
•


Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):
Vậy tại điểm A, ta có:
t0 = 27,2 0 C, = 77%
Áp suất hơi bão hòa: Pb0 = 0,039 bar.
Hàm ẩm: x0 = 0,018 kg ẩm/kgkkk.
Enthalpy: I0 = 73,2 kJ/kg.
Thể tích riêng của không khí ẩm: v0 = 0,906 m3/kgkk.
Khối lượng riêng: = 1,1762 kg/m3.
Thông số trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy (B):
Không khí ngoài trời từ trạng thái (A) được đưa vào calorife nhờ quạt hút và được
đốt nóng đẳng ẩm đến trạng thái B(x 1, t1) (nghĩa là x1 = x0 = 0,018 kg ẩm/kgkk) để đưa
vào thùng sấy.
Rõ ràng, nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, được
quy định bởi tính chất của vật liệu sấy và chế độ công nghệ và được chọn ở phần
trên. Do đường bị ngả màu khi nhiệt độ trên 105 oC nên ta cần nhiệt độ tác nhân sấy dưới
nhiệt độ này. Chọn:
Tại điểm B: t1 = 700C; d1 = d0 = 0.018 kg ẩm/kgkk.

Khi đó áp dụng các công thức đã nêu ở phần III.l., các thông số khác của tác
nhân sấy ở trạng thái B được xác định như sau:
• Áp suất hơi bão hòa: Pb1 = 0.307 bar
• Độ ẩm tương đối = 0.09 = 9%.
• Enthalpy: I1 = 117,6 kJ/kg.
• Thể tích riêng của không khí ẩm: v1 = 1,036 m3/kgkk.

• Khối lượng riêng: = 1,029 kg/m3.
 Thông số trạng thái của tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy (C):
Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy.
Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt do tác
nhân sấy mang đi là bé nhất nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương (nghĩa là tránh trạng
thái C nằm trên đường bão hòa). Đồng thời, hàm ẩm của tác nhân sấy tại C phải nhỏ hơn
độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.
Với quá trình sấy lý thuyết ta có: I2 = I1 = 117,6 kJ/kgkk; = 100 %.
 tds = 330C => chọn t2 = 360C.
Khi đó áp dụng các công thức đã nêu, các thông số khác của tác nhân sấy ở trạng
thái C được xác định như sau:
.

7

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang 7


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

•
•
•
•

Áp suất hơi bảo hòa: Pb2 = 0.056 bar.
Hảm ẩm: d2 = 0.032 kg ẩm/kgkk.
Thể tích riêng của không khí ẩm: v2 = 0.95 m3/kgkk.

Khối lượng riêng: = 1.1428 kg/m3.
Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết tóm tắt ở bảng:
Bảng 3.1: Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:
Trạng thái
Trạng thái không
Trạng thái không
Đại lượng
không khí ban
khí vào thiết bị
khí ra khỏi thiết bị
đầu (A)
sấy (B)
sấy (C)
0
t( C)
27,2
70
36
Φ
0.77
0,09
0,86
d (kg/kgkk)
0.018
0,018
0,032
I (kJ/kgkk)
73,2
117,6
117,6

Pb (bar)
0,0359
0,307
0,056
3
v (m /kgkk)
0,906
1,036
0,95
(kg/m3)
1,1762
1,029
1,1428

3.2. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT:
 Phương trình cân bằng vật chất:
G1 = G 2 + W
G1ω1 = G2ω2 + W
 Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
 Lượng vật liệu sau sấy:


Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ:

 Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
 Năng suất nhập liệu tính theo vật liệu bang đầu:
 Lượng tác nhân khô cần thiết:

.

8

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang 8


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

 Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

3.3.

CÂN BẰNG NĂNG LUỢNG CHO QUÁ TRÌNH SẤY
Vì quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng và thiết bị sấy thùng quay không có
thuyết bị chuyền tải => Qbs = Qvc = 0. Như vậy:
Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:
• Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L(I1 – I0)
• Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G1 – W)Cv1 + WCa].tv1.
Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:
• Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L(I2 – I0)
• Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: Qbc.
• Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.Cv2.tv2.
Trong đó:
•
•
•
•
•

tv1 – nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thương lấy bằng nhiệt độ môi trường:
tv1 = t0 = 27,20C.
tv2 – nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy:
tv2 = t2 – (50C) = 36 – 5 = 310C.
Cv – nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm ω:
Cv = Cvk(1 – ω) + Ca.ω (kJ/kg.K).

• Ca – nhiệt dung riêng của ẩm (nước): Ca = Cn = 4180 J/kg.K.
• Ck – nhiệt dung riêng của vật liệu khô: Cvk = 996 + 1,26T (J/kg.độ).
Ck2 = 996 + 1,26Tv2 = 996 + 1,26(273 + 31) = 1379.04 J/kg.
=> Cv2 = Ck2(1 – ω2) + Ca.ω2 = 1379.04 *(1 – 0,0005) + 4180*0,0005 = 1380,48
J/kg.K
 Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy:
L(I1 – I0) + [(G1 – W)Cv1 + W.Ca]tv1 = L(I2 –I0) + Qbc + G2.Cv2.tv2
Đặt Qv – tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: Qv =G2Cv2(tv2 – tv1)
Mặt khác: G2 = G1 – W
 Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:
Q = L(I1 – I0) = L(I2 – I0) + Qbc + Qv – W.Ca.tv1 = 280541,73 (kJ/h)
.

9

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang 9


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

 Nhiệt lượng tiêu hao riêng (nhiệt lượng cần để bốc hơi 1kg ẩm):

q = L(I1 – I0) = L(I2 – I0) +qbc + qv – Ca.tv1
Trong đó:

 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy: coi Cv1 = Cv2
Qv = = 7428,71*1,38044*(31 – 27,2) = 38968,58 kJ/h
 Nhiệt độ ẩm do vật liệu đưa vào:
W.Ca.tv1 = 71,29*4.18*27 = 8105,39 kJ/h.
Ca.tv1 = 4.18*27,2 = 113,696 kJ/kg ẩm.
 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che:
Chọn

Qbc = 0,04*Qhi

Với Qhi = W.qhi – nhiệt hữu ích (tức là nhiệt cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật
liệu và nâng nhiệt độ ẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cuối thùng sấy).
Trong đó:
qhi = ih + Ca (t2 – tv1) = 2550,1 + 4,18.(36 – 27,2) = 2586,88 (kJ/kg ẩm)
=> Qhi = 71,27.2586,88 = 184418,68 kJ/h.
=> Qbc = 0,04*Qhi = 0,04*184418,68 = 7376,75 kJ/h.
Đặt - nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho quá trình sấy thực (là đại lượng đặc trưng
cho sự sai khác giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết):
= Catv1 – qbc – qv
 Với quá trình sấy lý thuyết: = 0
 Với quá trình sấy thực tế: 0 và được tính như sau:
= Ca.tv1 – qbc – qv = 113,696 – 103,48 – 546,62 = - 536,404 kJ/kg ẩm.
Vì < 0 => Catv1 < qbc + qv => I2 < I1 => trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy
thực nằm dưới đường I1 (đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết)
'
d
2

Xác định hàm ẩm
.

ứng với quá trình sấy thực thông qua t2 đã biết:
10

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
10


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

d 2' = d1 +

C dx (d1 ).( t1 − t 2 )
i2 − ∆

Cdx(d1) = 1,004 + 1,842.d1 = 1,004 + 1,842 x 0,018 = 1,037 (kJ/kgK)
i2 = 2500 + 1,842.36 = 2566,31



d 2' = 0,018 +

1,037.( 70 − 36)
= 0,029
2566,31 + 536,404
(kg ẩm/kgkkk)

Áp dụng các công thức tương ứng đã nêu, các thông số khác của tác nhân sấy ở
đầu ra của thùng sấy trong quá trình sấy thực (C’) được xác định như sau:
•
•
•
•
•

I 2' = 1,004.t2 + d 2' .(2500 +1,842.t2) = 110,57 kJ/kgkk.

Enthalpy:
Áp suất hơi bão hòa: 0.056 bar.
Độ ẩm tương đối:
Thể tích riêng của không khí ẩm: v2 = 0,95 m3/kgkk.
Khối lượng riêng: = 1.1428 kg/m3.

 Lượng tác nhân khô cần thiết

 Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
Q’ = L’*(

I 2'

– Io) + Qbc + Qv – W.Ca.tv1

= 6480,91*(110,57 – 73,2 ) + 7376,75 + 38968,58 – 8105,39
= 280431,54 kJ/h.
 Lượng nhiệt cung cấp riêng:
 Hiệu suất sấy:

.

11

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
11


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế được tóm tắt trong bảng sau:
Bảng 3.2: Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế:
Đại lượng
t (0C)
(đơn vị)
d (kg/kgkk)
I (kJ/kgkk)
pb (bar)
v (m3/kgkk)
(kg/m3)
Tính thời gian sấy:

.

Trạng thái
không khí ban
đầu (A)

Trạng thái
không khí vào
thiết bị sấy (B)

27,2
0.77
0.018
73,2
0,0359
0,906
1,1762

70
0,09
0,018
117,6
0,307
1,036
1,029

Trạng thái
không khí ra
khỏi thiết bị sấy
(C’)
36
0,86
0,032
110,57
0,056

0,95
1,1428

12

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
12


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN PHẦN THIẾT BỊ CHÍNH
4.1. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ:
Thiết bị sấy đường sử dụng cánh nâng
Chọn hệ số chứa đầy = 0.18
Chọn tốc độ sấy của thùng: n = 1 vòng/ph
Chọn góc nghiên của thùng = 50
 Thể tích của thùng sấy tính theo lý thuyết:
 Thời gian lưu của vật liệu trong thùng:
Trong đó:
• kl – hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu. Trường hợp sấy xuôi chiều: k l =
0.2 – 0.7 => chọn kl = 0.6
• m – hệ số lưu ý đến dạng cánh trọng thùng. Đối với cánh nâng: m = 0.5.
Để quá trình sấy đạt yêu cầu về các thông số đầu ra của vật liệu thì
Chọn

Chọn DT = 1,2 m; LT = 6,8 m.
 Khi đó thể tích thực của thùng sấy:

 Thời gian lưu của vật liệu theo thông số thùng đã chọn:
So sánh giữa thời gian lưu vật liệu và thời gian sấy:
Thời gian lưu vật liệu trong thùng sấy bằng thời gian sấy.
=> Các thông số chọn trên là hợp lý.
 Tính tốc độ tác nhân sấy
.

13

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
13


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy sau calorife:
V’1 = v1*L’=1.036*5940,83 = 6154,7 (m3/h).
Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy sau thùng sấy:
V’2=v2*L = 0.95*5940,83 = 5643,79 (m3/h).
Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy trong thùng:
Tiết diện tự do của thùng sấy:
Tốc độ tác nhân sấy đi trong thùng:
o Chọn tốc độ sấy trong thùng: 1,8 m/s
4.2.

CHIỀU CAO LỚP VẬT LIỆU TRONG THÙNG:

 Tỉ lệ chứa đầy các vật liệu trong thùng:

Với F1 – tiết điện ngang của thùng:
.

14

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
14


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

Và Fcđ – tiết điện chứa đầy:
.
 Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng:
h = R(1 – cos) = 0.65*(1 – cos240) = 0.056 m =56 mm.
 Diện tích vật liệu tác dụng lên thùng:
F1 = .R.L = (*24*0,65*6,8)/180 = 1,85 m2
 Khối lượng của vật liệu trong thùng:
Mnl = G1. =7500*19.4/60 = 2425 kg
4.3. TÍNH BỀ DÀY THÙNG:
o Nhiệt độ tính toán chọn 70oC
o Do áp suất dư bé hơn 5.104 N/m nên ta tính thùng theo trường hợp thân chịu áp suất trong
P = 0,1.106 N/m2
o Chọn vật liệu thùng làm là thép OX18H10T
Bảng 4.1: Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng:
STT

Thông số

Kí
hiệu

Đơn vị

1

Ứng suất tiêu
chuẩn

[]*

N/mm2

2

Giới hạn an toàn

Đơn vị

3

Hệ số bền mối hàn

Đơn vị

4

Ứng suất cho thép

5

Khối lượng riêng

[]

N/mm2
Kg/m3

Nguồn
Hình 1 – 2/p22[8]
p26-[8] (có bọc
cách nhiệt)
Bảng 1.7/p24[8]
[] = []* CT
1.9/p23-[8]
p313-[2]

Giá trị
140
0,95
0,95
133
7900

 Ứng suất của vật liệu: [] = * = 140*0,95 = 133 N/mm2
 Kiểm tra điều kiện:
 Chiều dày tối thiểu của thùng:
.

15

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
15


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

o Theo tr 128 – [7] chọn S’ = 3mm
 Hệ số bổ sung kích thước: C = Ca + Cb + Cc + Co

Bảng 4.2: Các hệ số bổ sung kích thước cho bề dày thùng:
STT
1
2

3

4

Hệ số bổ
sung kích
thước
Hệ số bổ
sung do ăn
mòn hóa học
Hệ số bổ

sung do bào
mòm cơ học
Hệ số bổ
sung do sai
lệch khi chế
tạo
Hệ số quy
tròn kích
thước

Kí Giá trị
hiệu (mm)
Ca

0

Cb

1

Cc

0.5

C0

0.5

Ghi chú
Đối với vật liệu bền trong môi trường có

độ ăn mòn hóa học không lớn hơn 0.05
mm/năm
Do nguyên liệu là các hạt rắn chuyển
động, va đập trong thiết bị => giá trị Cb
chọn theo thực nghiệm.
Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép
làm thùng. Với thùng bằng thép không gỉ
0X18H10T dày 5mm thì C3 = 0.5mm
(bảng XIII.9/p364-[11])
Đối với thùng sấy S = (0.0055 0.007)D
mm tức là S = (4.4 5.6)mm, chọn Co = 3
cho thỏa.

=> C = 0 + 1 + 0,5 + 0.5 = 2mm
 Bề dày của thân thùng:
S = S’ + C = 3 + 2 = 5mm
 Kiểm tra các điều kiện:
 Áp suất lớn nhất cho phép trong thân thiết bị:
.

16

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
16


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

=> thỏa điều kiện [p] > p = 0,1.106 N/m2
4.4.

TÍNH TRỞ LỰC QUA THÙNG SẤY
Trong hệ thông sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp hạt nằm
trên cánh và trên mặt thùng sấy mà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và các cánh
từ trên xuống. Do đó, trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấy có những đặc thù riêng
và được tính theo các công thức kinh nghiệm.
Bảng 4.3: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:
STT
1
2
3
4
5
6


Thông số
Kí hiệu Đơn vị
Vận tốc
vk
m/s
Nhiệt độ trung
o
C
bình
Hệ số dẫn nhiệt
W/m.K
Độ nhớt

Ns/m2
Khối lượng riêng
Kg/m3
Độ nhớt động
m2/s
k

Giá trị
1,8
53
2,851.10-2
1,975.10-5
1,0831
1,8256.10-5

Chuẩn độ Reynolds:

 Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trog thùng sấy:
 Trở lục của dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy:
Trong đó:
• a – hệ số thủy động.
• C – các hệ số đặt trưng cho độ chặc của lớp hạt

.

17

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang

17


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

4.5.

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CÁNH ĐẢO:
Sử dụng cánh nâng làm bằng thép không gỉ OX18H10T có các thông số đặc trưng
như sau: ( Bảng 6.1/P167,[6]);
• Hệ số chứa đầy: = 18%
• Góc gấp của cánh: =1400
Với:
• h: chiều cao trung bình của hạt vật liệu
• DT: đường kính thùng
• Fc: bề mặt chứa vật liệu của cánh.
Fc = 0.122* = 0.122*1,22 = 0,17568 m2

Hình: ký hiệu các kích thước cánh đảo.
Theo các kí hiệu kích thước trên hình của cánh đảo trộn, ta có:
.

18

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
18

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

Fc = ac + bc = (a + b)c

o
o
o

Chọn thông số cho cánh:
a = 200 mm
b = 300 mm
d = 5 mm
Chọn:

o c = 360mm
o Số cánh trên 1 mặt cắt: 12 cánh.
Với chiều dài thùng sấy LT = 6,8 m ta lắp 18 đoạn cánh dọc theo chiều dài
thùng. Ở đầu nhập liệu của thùng lắp cánh xoắn để dẫn vật liệu vào thùng với chiều dài
:
Io = LT – n*c = 6,8 – 18*0.36 = 0.32 m.
 Khối lượng cánh nâng:
 Khối lượng tất cả các cánh trong thùng:
M = 18*12*m = 1535,76 kg
4.6.

TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT CHO THÙNG SẤY:
Để giúp máy sấy không bị mất mát nhiệt lướn và để đảm bảo nhiệt độ bên ngoài
máy sấy không quá cao, có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnh được ta nên bọc
lớp cánh nhiệt cho máy sấy.
 Tính hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thanh trong của thùng :

Bảng 4.4: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:
G
T
i
h
á
ô
S n KĐ
t
g
r
số
ị
V
1
ận
1 tố v m,
8
c
.

19

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
19


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

N
hi
ệt
đ
ộ
tr
2u t
n
g
bì
n
h
H
ệ
số
dẫ
3n
n
hi
ệt

Đ
ộ
4n
h
ớt

o

5
3

2
,
8
5
W1
.
1
0
-2

1
,
9
7
N5
.
1
0
-5

K
h
ối
lư
ợ
5n
g

ri
ên
g
.

1
,
0
k8
3
1

20

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
20


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

Đ
ộ
n
h
ớt
6
đ
ộ

n
g

k

1
,
8
2
5
m6
.
1
0
-5

 Chuẩn số Reynolds:
Vì Re > 104 => dòng các tác nhân chảy rối trong thùng sấy. Quá trình truyền nhệt trong
thùng xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy rối, có thể bỏ qua
sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên. Vậy quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành
thiết bị là truyền nhiệt do đối lưu cưởng bức, dòng chảy trong ống có < 50.
 Chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,018..Re0.8
Trong đó:
Với Re = 118317,26 và = 5.7
=> Nu = 0,018*1,142*(118317,26)0.8 = 235,17

(Bảng V.2/p15-[11])

 Hệ số cấp nhiệt :

 Tính hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy môi trương xung quanh :
Do thùng sấy đặt trong phân xưởng sản xuất, quá trình truyền nhiệt từ thành ngoài
của thùng đến môi trường xung quanh là quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên (bỏ
qua quá trình truyền nhiệt do bức xạ nhiệt). Hệ số cấp nhiệt được xác định một cách gần
đúng là hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên của ông nằm ngang (vì thùng sấy đặt nằm
ngang với góc nghiêng nhỏ α = 5°). Theo [11], trong trường hợp này, các hằng số vật lý
khi tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chất ở xa ống (tức là theo
nhiệt độ trung bình của không khí trong môi trường xung quanh).
Bảng 4.5: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:
.

21

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
21


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

STT
1
2
3
4
5

Thông số
Nhiệt độ

Hệ số dẫn nhiệt
Độ nhớt
Khối lượng riêng
Độ nhớt động

Kí hiệu
t0

0

Đơn vị
o
C
W/m.K
Ns/m2
kg/m3
m2/s

Giá trị
27,2
0,0265
1,85.10-5
1,1177
1,57.10-5

Để nhiệt độ thành ngoài của thùng (phía tiếp xúc với không khí) không còn quá nóng, an
toàn cho người làm việc, chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng tw4 = 40oC.
Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên có thể xem như nhiệt độ không đổi khi truyền
qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ, ta có sơ đồ truyền nhiệt như Hình 3.

Hình 3: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng,
o Chọn các bề dày của thùng theo bảng.
Bảng 4.6: Các bề dày thùng và vật liệu:
ST
T

Đại lượng
Bề dày lớp
cách nhiệt
Bề dày lớp
bảo vệ

1
2

Kí
hiệu

Giá trị
chọn
(m)

Vật liệu

Hệ số dẫn
nhiệt
(W/mK)

0,005

Bông thủy
tinh

0,04

0,001

CT3

50

Nguồn
Bảng
PV.1/P266,[3]
Bảng
XII.7/P313,[11]

 Đường kính ngoài của thùng sấy:
Dng = DT + 2.() = 1,2 + 2.(0,005 + 0,005 + 0,001) = 1,222 m.
 Chuẩn số Grashof:
.

22

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
22

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

 Chuẩn số Nusselt:
Nu = 0.47Gr0,25 = 0,47*()0.25 = 300
 Hệ số cấp nhiệt :
 Tính hệ số truyền nhiệt của thùng K:
Hệ số truyền nhiệt K đôi với tường hình ống có chiều dày không dày lắm so với đường
kính, khi bỏ qua nhiệt trở của lớp:
 Tính bề mặt trền nhiệt của thùng F:
 Đường kính trung bình của máy sấy:
 Bề mặt truyền nhiệt gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích 2 mặt đầu của thùng:
 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường xung quanh :
Gọi:
o
•
•
o


t1đ, t1c – nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy khi đi qua thùng sấy
tđ1 = t1 = 70oC
tc1 = t2 = 36oC
t2đ, t2c – nhiệt độ môi trường xung quanh: t2đ = t2c = t0 = 27,2oC
Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy:
tđ = t1đ – t2đ = 70 – 27,2 = 42,8 oC
tc = t1c – t2c = 36 – 27,2 = 8,8 oC

 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài:
 Tính nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh:
Ta xem quá trình truyền nhiệt từ bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đến môi trường

bên ngoài là ổn định. Lượng nhiệt được truyền chính là mất mát ra môi trường xung
quanh Qxq. Theo phương pháp truyền nhiệt:
.

23

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
23


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

.

24

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
24


ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẦM

CHƯƠNG 5: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
5.1.

TÍNH CALORIFE CẤP NHIỆT

Trong kĩ thuật sấy thường sử dụng hai loại caloriphe để đốt nóng không khí
caloriphe khí -hơi và caloriphe khí - khói .
Calorife được chọn để gia nhiệt cho tác nhân sấy ở đây là calorife khí - hơi loại
thiết bị truyền nhiệt kiểu ông chùm : hơi nước bão hòa ngưng tụ đi trong ông và không
khí chuyển động ngoài ống.
Vì hệ số truyền nhiệt của nước ngưng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt
đối lưu giữa mặt ngoài của ông với khổng khí nên bên ngoài ống (phía không khí)
được làm thêm cánh tản nhiệt để tăng cường truyền nhiệt.
Vậy calorife sử dụng là loại ông chùm với ông có cánh đặt đứng.
Bảng 5.1: Các thông sô của các tác nhân qua calorife:
Tác nhân sấy
(Không khí)
Hơi đốt
(Hơi nước bão
hòa)

Nhiệt độ vào tw1= to

27,2 °C

Nhiệt độ ra tw2 = t1

90 °C

Áp suất

2 at

Nhiệt độ ngưng tụ To 119,6 °C

- Chọn một số kích thước của calorifer để sử dụng trong tính toán:

.

25

SVTH: LÊ LÝ KHÁNH KIM – NGUYỄN PHAN HOÀNG LONG

trang
25