sấy đường bằng thùng quay 1000kg/h

PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ KỸ THUẬT SẤY
I. Giới thiệu phương pháp và qui trình công nghệ của sản phẩm
Sấy là một quá trình công 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 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.
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 không
thể thiếu quá 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 còn hạn chế nên em không
thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thiết kế.Em xin chân thành cảm ơn
sự giúp đỡ tận tình của Cô : T.s Nguyễn Hiền Trang để em có thể hoàn thành tôt
đồ án này.
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 lò…
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 toàn 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) Nguyên lí 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 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 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 môi trường không khí xung quanh. Vận tốc
của toàn 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 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.
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 thông 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 quá 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.
1.2. Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy:
a) Tác nhân sấy: những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từvật
liệu sấy.
Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm
thoát 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 thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ
ngừng lại.
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.
3


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 môi trường. Nếu ẩm thoát ra
khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm từ
vật liệu sấy thậm chí cồn làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm. Để tải ẩm đã bay hơi
từ vật 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. Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng
và khói lò, hơi quá nhiệt, chất lỏng…
b) Các loại tác nhân sấy:
- Không khí ẩm : là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầu
hêt các loại sản phẩm. Dùng không khí ẩm không làm sản phẩm sau khi sấy bị ô
nhiễm và thay đổi mùi vị. Tuy nhiên dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cần
trang bị thêm bộ gia nhiêt không khí ( calorife khí, hơi hay khí hoặc khói ), nhiệt
độ sấy không quá 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
không khí ẩm với ba yếu tố : độ ẩm tương đối của không khí ẩm, nhiệt độ của
không khí trước khi vào thùng quay là t 1 và nhiệt độ của khối không 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.
- Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên
10000C mà không cần thiết bị gia nhiêt tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm gây

mùi khói.
- Hơi quá 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.

4


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 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 …
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 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.
5


1.3. Giới thiệu về sản phẩm sấy:
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 khô, không 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.
Nhiệt độ nóng chảy:180-1860C.
Không tan trong nước, rượu … Dễ tan trong nước độ tan tỉ lệ với nhiệt độ.
-Tính chất hóa học của đường:
Trong môi 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 không 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

Sấy

6

Cô đặc

Nấu

Ly tâm

Trợ tinh


1.4. Chọn phương án sấy và thiết bị sấy:
a) Chọn phương án sấy:
Đường được sấy liên tục với tác nhân là không khí nóng .Vật liệu và tác
nhân đi vào cùng một chiều và không 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
tròn. 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)vòng/phut/55/nhờ một động cơ điện thông qua
một hộp giảm tốc.Vật liệu vào phễu chứa đi vào thùng sấy cùng chiều thùng sấy
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


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:
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 không khí thì gọi là sấy bằng không khí. Khí sấy, không
khí nóng tiếp xúc với bề mặt vật liệu ẩm làm bốc hơi nước trong vật
liệu ẩm tạo thành hỗn hợp không khí ẩm thoát ra ngoài.

8


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 ) không 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.
1. Lượng ẩm được tách ra :
W = G2

W1 − W2
100 − W1

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)

9


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)
4.7,044

L= 3,14.1,2 2 =6,23 m.
Ta có

L
= 3,5 ÷7. phù hợp tỷ lệ
D

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
10


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 (vòng/phút )
f)Công 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 vòng 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.
=>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
11

ϕ0 = 81%
Lượng không 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 không 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 không khí ẩm (x): Đó chính là lượng hơi nước chứa trong
1kg không khí khô (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.Pbh

Trong đó:
ϕ:

Độ ẩm tương đối của không khí.

pbh: áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm đã bão
hòa hơi nước (N/m2).
P: áp suất chung của môi trường.P =

745
bar
750

*Hàm ẩm của không 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)

12

−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 không 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 không 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 không 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 không 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

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 không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm khỏi vật
liệu gọi là lượng không khí khô tiêu tốn riêng (l):

13


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 không 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 không khí khô 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 công nghệ hóa học Tập 2 - NXB
khoa học kỹ thuật - trang 166).
* Tính thể tích không khí :
Thể tích của không khí khi đi vào thùng sấy: V = v.L (m3/h)
Với v =

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

bị công nghệ hóa học Tập 2 - NXB khoa học kỹ thuật - trang 157).
L = 4168,1789(kg kkk/h).
* Thể tích của không 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 không khí khi đi vào thùng sấy: ( V1)
V0 = v0.L = 0,879 . 4168,1789 = 3663,829 (m3/h).

14


* Thể tích của không 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 −ϕ1. pbh1
−0,5363.0,0489
750

Thể tích của không khí khi đi vào thùng sấy:( V1)
V1 = v1.L = 1,05 . 4168,1789 = 4376,58 (m3/h).
* Thể tích của không 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 không 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 +V2 ) ( 4376,58 +3909,75)
=
2
2

= 1,15 (m3/s)

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

t ( C)
%
x (kg/kgkk)
I (kJ/kgkk)
pb (bar)
v (m3/kgkk)

khí ban đầu
25
81%
0,0168
67,709
0,03166
0,879

vào thiết bị sấy
83
4,89%
0,0168
126,567
0.5363
1,05

khí ra thiết bị sấy

44
52,16%
0,03201
126,567
0,091422
0,938

Bảng 2: Tổng kết cân bằng theo lượng ẩm (cân bằng vật liệu cho không khí sấy):
Đại lượng

Giá trị
15


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.(%)

1063,404
1000
999,6
6

W 2 : Độ ẩm vật liệu ra.(%)

0,04

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

L: Lượng không khí khô 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 .θ1
+Cθ1
W

(Nguyễn Bin - Sổ tay QT &

thiết bị công 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).

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:

16


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

K =

1
1

α1

3

δi
1 (W/m2.K) (QTTBII trang)
+
λi α2

+∑
i =1

Trong đó:
3

δi

∑λ tổng nhiệt trở của thành máy sấy.
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 :
17


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 =

(1 − β ).π .D 2 = (1 − 0,1).3,14.1,2

2

4

4

= 1,02 m3

β = 0,1 là hệ số chứa đầy.

Với:

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 không khí.

L: kích thước hình học xác định theo đường kính tương dương.
* Với chế độ xoáy Re > 104 :
Phương trình chuẩn Nuxen đối với chất khí:
Nu = 0,018.εl.Re0,8 ( Công thức V.42 - Sổ tay QT&TB Tập2/Trang 16).
Trong đó:
Với:

L 

=f Re,

D 


Re =7,46.104

L
= 5,19
D
⇒

εl

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

Nu = 0,018.1,16334.(7,46.104)0,8 = 165,642
18


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 công 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 không 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
không khí trong thùng sấy
Chọn tT1=440C
Gọi ttbk là nhiệt độ trung bình của chất khí trong phòng sấy (tác nhân sấy)
Ttbk=(83+44)/2=63,50C
Gọi ttb là nhiệt độ trung bình giữa tường trong phòng 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
19


Gr = Ga.β.∆T =

β=

g .l 3 .β.∆T

ν2

=

9,81.1,223.0,0035.10
= 2,35.109
−5 2
(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
=> α1" =

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.

20


Bảng 3 : Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:
STT
1

Thông số
Nhiệt độ

Kí hiệu
to

Hệ sô dẫn

2

nhiệt

3

Đơn vị
o
C

Nguồn công thức

Giá trị
25

Tính toán và thiết
W/m.oK

o

kế hệ thống

sây 0,0264

trang 274
Tính toán và thiết

Độ nhớt

Ns/m2

o

kế hệ thống

sây 1,81776.10-5

trang 274
4

Áp suất bão
hòa
Khối lượng

5

riêng
Độ nhớt

6

động

pb

bar

0,03116

o

kg/m3

o

m2/s

QTTB- tập 2 trang
34
µ
νk = k
ρk

1,2063
1,5211.10-5

Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng ( phía tiếp xúc với không 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 ngoài của thùng thì không còn quá 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

1
Bề dày thùng
Bề dày lớp cách
2

nhiệt
3
Bề dày lớp bảo vệ

0,01

CT3

Hệ số
dẫn nhiệt
 (W/mK)
36,1

0,1

Bông thủy tinh

0,0372

0,1

CT3

36,1

Giá trị chọn
Vật liệu
(m)

- Đường kính ngoài của thúng sấy:

Dng

= DT + 2.( 1 + 2 + 3)

21


= 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 )

ν o2 (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 công 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 :

α2′ =

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

- Hệ số cấp nhiệt do bức xạ α2”:

 T1 4  T2 4 
 −
 

100
100



 
Qbx


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

22

 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



 

= 5,7.1. 
= 6,344

(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

(oC)

∆tc = tc1 – tc2 = 44 – 25 = 19

(oC)

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

23


∆tδ − ∆t c 58 − 19
=
= 34,946 o
∆tδ
58
( C)
ln
ln
19
∆t c

∆ttb =

- Tính lượng nhiệt tổn thất qua vỏ máy sấy :
- Xem nhiệt truyền từ bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt , nên môi
trường bên ngoài luôn luôn ổn định.Lượng nhiệt độ chính là lượng nhiệt mất
mát ra môi trường xung quanh khi bốc hơi 1kg ẩm q xq. Đối với máy sấy thùng
quay thì lượng nhiệt mất mát ra ngoài môi trường xung quanh nay cũng là nhiệt
độ tổn thất qua các bao che qBC.
- Theo phương trình truyền nhiệt :
K .F .∆ttb
W
0,34.30,7.34,946.
=
= 5,753 (kJ/kg ẩm)
63,404

q xq =

-Tổn thất nhiệt động học :
qdh = 0,00555.4,19.(T1 + T2).(x2-x1)
= 0,00555.4,19.(83+273+44+273).(0.03201-0.0168) = 0,243 (kJ/kg)
Vậy tổng lượng nhiệt ra: Σqr = 0,243+5,753+815,54+8320,51=9144,113
(kJ/kg ẩm)
*Sai số nhiệt vào và nhiệt ra là :
∆q =

q r − qv
9144,113 − 8918,448
.100 =
.100 = 2,45%< 5% nên các thông số
qr

9144,113

đã chon đúng.
IV. Xây dựng quá trình sấy thực :
* Tính giá giá trị ∆ :
Nhiệt lượng để làm nóng vật liệu :
qv =

1000.1,1752.
G2.C vl .
(44 − 25) =352,167 (kJ/kg)
(θ 2 − θ 1 ) =
63
,
404
W

∆ = Cn.t0 - (qv+qtt+qdh) = 4,18.25 - (352,167+5,753+0,243) = - 253,663(kJ/kg)
Xác định các thông số trong quá trình sấy thực:
24


- Nhiệt dung riêng dẫn xuất:
Cdx(x1) = Cpk +Cpa.x1 = 1,006 + 1,842.0,0168 = 1,03694 (kJ/kgkkK) (CT
7.10 trang 130-Tính toán và thiết kế hệ thống sấy của Trần Văn Phú)
Cpk =1,006kJ/kgkkk nhiệt dung riêng của không khí.
Cpa =1,842 kJ/kgkkk nhiệt dung riêng của hơi nước.
- Lượng chứa ẩm d2 của tác nhân sau quá trình sấy thực:
Ta có:
i2 = 2500+1,842.t2 = 2500+1,842.44 = 2581,048 (kJ/kgkkk)

x2 = x1 +

Cdx (d1 )(t1 − t 2 )
1,03694(83 − 44)
=
0,0168
+
= 0,0311 (kg
i2 − ∆
2581,048 + 253,663

ẩm/kgkk) (CT 7.72 trang 138- Tính toán và thiết kế hệ thống sấy của Trần Văn Phú)
Enthapy là:
I2 = Cpk.t2 + x2i2 = 1,006.44 + 0,0311.2581,048
= 124,534 (kJ/kgkkk) (CT 7.33 trang 138- Tính toán và thiết kế hệ thống
sấy của Trần Văn Phú
Độ ẩm: áp suất bão hòa tại 44oC là : pbh =0,091422 bar = 0,091422.105
=>ϕ =
2

x2 .P
0,0311.0,993.0,981
=
= 50,73%
0,622.Pbh2 + x 2 .Pbh 2 0,622.0,091422 + 0,0311.0,091422

Lượng tác nhân sấy:
l=

1

1
=
= 69,93
x 2 − x1
0,0311 − 0,0168

(kgkkk/kg ẩm)

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

L=

W
x 2 − x1

(kg kkk/h) ( Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công

nghệ hóa học Tập 2 - NXB khoa học kỹ thuật - trang 165)
63,404
L =
=4433,842(kgkkk/h) = 1,232(kgkkk/s)
0,0311 −0,0168

Lưu lượng thể tích trước khi sấy thực:
25