Thiết kế máy sấy thùng quay sấy cà phê năng suất 200 kg giờ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY
--------o0o--------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUAY
SẤY CÀ PHÊ NĂNG SUẤT 200 (KG/GIỜ)

GVHD : Thầy Nguyễn Văn Thạnh
SVTH : Huỳnh Triệu Trọng Nhân
MSSV : 20801441

TPHCM, Tháng 12/2013

i


LỜI CÁM ƠN
Lời đầu tiên, em xin cảm ơn tất cả quý Thầy/Cô trong Khoa Cơ Khí cũng nhƣ
quý Thầy/Cô ở Trƣờng Đại học Bách Khoa TP. HCM đã trang bị những kiến thức quý
báu cũng nhƣ đã giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập tại trƣờng.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy Nguyễn Văn Thạnh, ngƣời đã tận
tình chỉ dạy cho em phƣơng pháp, cung cấp rất nhiều kiến thức chuyên sâu để thực hiện
đề tài. Trong quá trình làm luận văn em đã tiếp thu từ Thầy rất nhiều điều quý báu là
hành trang cho em bƣớc vào công việc và cuộc sống sau này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy/Cô đã dành thời gian quý báu
để nhận xét và chấm Luận văn tốt nghiệp. Đây sẽ là nhƣng đóng góp rất quý giá cho em
để hoàn thiện và phát triển đề tài ngày một tốt hơn, đƣa vào ứng dụng thực tiễn trong

sản xuất.
Xin gửi lời cám ơn đến các bạn trong nhóm luận văn do thầy Nguyễn Văn Thạnh
hƣớng dẫn đã nhiệt tình giúp đỡ mình trong quá trình học tập tại trƣờng và quá trình
làm luận văn.
Một lần nƣ̃a xin chân thành cảm ơn

ĐH Bách Khoa Tp .HCM, ngày 30 tháng 12 năm 2013
Huỳnh Triệu Trọng Nhân

ii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Thiết bị sấy thùng quay sấy có thể sấy các loại nông sản với năng suất cao. So với các
cách thông thƣờng (phơi bằng ánh sáng mặt trời) phải cần một lƣợng thời gian rất lớn (có
thể 1 đến 2 ngày) nhƣng vẫn bị hạn chế năng suất do điều kiện tự nhiên và diện tích sân
bãi... Với thiết bị này ngƣời nông dân có thể dễ dàng sấy một lƣợng lớn nông sản mà không
cần quan tâm đến điều kiện tự nhiên... Đề tài này t ập trung vào việc thiết hế hệ thống cơ khí,
thời gian sấy và nhiệt độ sấy cần thiết sao cho đảm bảo sản phẩm sấy đạt yêu cầu về nhiệt độ
và chất lƣợng.
Trên thị trƣờng có rất nhiều loại máy sấy khác nhau cả về mẫu mã và kiểu dáng. Đề tài
luận văn này tập trung vào một loại máy sấy là sấy thùng quay dùng để sấy cà phê với
năng suất 200 (kg/giờ).

iii


MỤC LỤC

TRANG BÌA…………………………………………………………………………………………….i

LỜI CÁM ƠN...................................................................................................................................ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN...................................................................................................................iii
MỤC LỤC....................................................................................................................................... iv
DANH SÁCH HÌ NH VẼ.................................................................................................................. vi
DANH SÁCH BẢNG BIỂU............................................................................................................ vii
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ SẤY. ................................................................... 1
1.1

Cấu tạo giải phẫu quả cà phê : .............................................................................................. 1

1.1.1

Tính chất vật lý của cà phê nhân: ............................................................................. 2

1.1.2

Quy trình sản xuất:.................................................................................................. 2

1.2

Các loại sấy cà phê hay dùng : .............................................................................................. 5

1.2.1

Sấy tự nhiên : Quá trình phơi vật liệu ngoài trời, không có sử dụng thiết bị. ................ 5

1.2.2

Thùng sấy ............................................................................................................... 8

1.2.3

Buồng sấy :............................................................................................................. 9

1.2.4

Lò sấy................................................................................................................... 10

1.2.5

Hầm sấy ............................................................................................................... 10

1.2.6

Máy sấy thùng quay............................................................................................... 11

CHƢƠNG II : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG
QUAY............................................................................................................................................. 13
2.1
2.1.1
2.2

Tổng quan về máy sấy chuẩn bị thiết kế: ............................................................................. 13
Máy sấy thùng quay............................................................................................... 13
Lựa chọn các phƣơng án thiết kế:........................................................................................ 16

2.2.1

Thiết bị sấy thùng quay sử dụng bộ truyền bánh răng: ............................................. 16

2.2.2

Thiết bị sấy thùng quay sử dụng bộ truyền bánh ma sát: .......................................... 17

2.2.3

Thiết bị sấy thùng quay sử bộ truyền đai:................................................................ 18

CHƢƠNG III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ KẾT CẤU MÁY: .................................................... 19
iv


3.1

Tính toán thiết bị sấy ......................................................................................................... 19

3.2

Cân bằng năng lƣợng cho thiết bị sấy thực: ......................................................................... 24

3.3

Tính thời gian sấy: ............................................................................................................. 29

3.4

Tính toán thiết bị chính: ..................................................................................................... 29

Xác định các kích thước cơ bản cho thùng sấy: ...................................................................... 29
Tính tốc độ của tác nhân sấy trong thiết bị: ........................................................................... 32

Tính trở lực qua thùng sấy:................................................................................................... 32
Tính chọn cánh đảo trộn:...................................................................................................... 33
Hình 3.2 : Chiều cao của lớp vật liệu chứa trong thùng: .......................................................... 35
3.5

Thiết kế bộ phận truyền động: ............................................................................................ 35

Chọn động cơ: ..................................................................................................................... 35
Chọn tỉ số truyền động: ........................................................................................................ 36
Tính bộ truyền ma sát: .......................................................................................................... 37
............................................................................................................. 58
Tính trở lực và chọn quạt:
CHƢƠNG IV : AN TOÀN VÀ VỆ SINH........................................................................................ 60
CHƢƠNG V : KẾT LUẬN ............................................................................................................. 62

v


DANH SÁCH HÌ NH VẼ
Hình 1.1 : Cấu tạo hạt cà phê…………………………………………………………………………...1
Hình 1.2 : Cây cà phê…………………………………………………………………………………...2
Hình 1.3 : Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (phƣơng pháp ƣớt)………………………………………3
Hình 1.4 : Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (phƣơng pháp khô)……………………………………...4
Hình 1.5 : Sơ đồ nguyên lý máy sấy……………………………………………………………………4
Hình 1.6 : Sơ đồ thiết bị sấy bằng năng lƣợng mặt trời…………………………………………………5
Hình 1.7 : Sấy bằng năng lƣợng mặt trời có kệ để nguyên liệu…………………………………………5
Hình 1.8 : Hệ thống sấy bằng năng lƣợng mặt trời có trữ nhiệt………………………………………..5
Hình 1.9 : Phơi cà phê tƣơi……………………………………………………………………………..6
Hình 1.10 : Thùng sấy………………………………………………………………………………….6
Hình 1.11 : Buồng sấy que hàn………………………………………………………………………..6

Hình 1.12 : Lò sấy……………………………………………………………………………………..7
Hình 1.13 : Hầm sấy…………………………………………………………………………………...7
Hình 1.14 : Máy sấy thùng quay………………………………………………………………………8
Hình 2.1 : Sơ đồ máy sấy thùng quay………………………………………………………………….12
Hình 2.2 : Máy sấy thùng quay sử dụng bộ truyền bánh răng…………………………………………13
Hình 2.3 : Thùng quay sử dụng truyền động ma sát…………………………………………………...14
Hình 3.1 : Cánh đảo trộn………………………………………………………………………………47
Hình 3.2 : Chiều cao của lớp vật liệu chứa trong thùng……………………………………………….47
Hình 3.3 : Động cơ giảm tốc Watt mã số SUA 507B 70 91S6………………………………..48
Hình 3.4 : Bố trí con lăn……………………………………………………………………….49

Hình 3.5 : Biến thiên nhiệt độ dọc theo chiều dài calorife……………………………………49

vi


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 : Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết...........................................12
Bảng 3.2 : Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực…………………………….15
Bảng 3.3 : Bảng thông số của thùng quay……………………………………………………19
Bảng 3.4 : Thông số đặc tính của khung làm thiết bị………………………………………

...20

Bảng 3.5 : Thông số của một số loại bulong………………………………………………….21
Bảng 3.6 : Hệ thống ống……………………………………………………………………...22
Bảng 3.7 : Thông số của calorife……………………………………………………………..24
Bảng 3.8 : Kích thƣớc của calorife…………………………………………………………..25
Bảng 3.9 : Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống……………………………….31
Bảng 3.10 : Thông số của hơi nƣớc bão hòa ngƣng tụ trong ống……………………………34

Bảng 3.11 : Kích thƣớc của xyclon…………………………………………………………...34
Bảng 3.12 : Hiệu suất làm sạch của xyclon…………………………………………………..34

vii


CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ SẤY.
1.1

Cấu tạo giải phẫu quả cà phê :

Quả cà phê gồm có những phần sau:

1.Vỏ quả
2.Lớp thịt, vỏ thịt
3.Vỏ trấu
4.Vỏ lụa
5.Nhân
Hình 1.1: Cấu tạo hạt cà phê

Hình 1.2 : Cây cà phê
Lớp vỏ quả : là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ của cà phê chè mềm hơn cà phê vối
và cà phê mít.
Dƣới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt, gọi là trung bì.
Hạt cà phê sau khi loại các chất nhờn và khô gọi là cà phê thóc, vì bao bọc nhân là một lớp vỏ
cứng nhiều chất xơ gọi là vỏ trấu tức là nội bì.

1

Sát cà phê thóc còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có màu sắc và đặc tính khác
nhau tùy theo loại cà phê.
Trong cùng là nhân cà phê. Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có những tế bào nhỏ, trong có
chứa những chất dầu. Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thƣờng có 1, 2
hoặc 3 nhân (thông thƣờng là 2 nhân).
1.1.1

Tính chất vật lý của cà phê nhân:

Cà phê nhân đƣợc bóc ra từ cà phê thóc. Có hình dáng bầu dục, có chiều dài khoảng 1cm, rộng
0,5cm.
Khối lƣợng riêng : ρ = 650 kg/m3
Nhiệt dung riêng : c = 0.37 (kcal/kg 0 C)
Độ ẩm khi ƣớt : ω 1 = 28% ; sau khi phơi khô : ω 2 = 12%
1.1.2

Quy trình sản xuất:

Sản xuất cà phê nhân nhằm mục đích loại bỏ các lớp vỏ bao bọc quanh hạt nhân cà phê để thu
đƣợc cà phê nhân. Để cà phê nhân có một giá trị thƣơng phẩm cao, chúng ta phải sấy khô đến
mức độ nhất định (nhà chế biến yêu cầu). Rồi sau đó tiếp tục các quá trình chế biến tinh khiết hơn
(cà phê rang, cà phê bột thô…).
Trong kĩ thuật sản xuất cà phê nhân có 2 phƣơng pháp chính:
Phƣơng pháp sản xuất ƣớt : gồm 2 giai đoạn chính:
Giai đoạn xát tƣơi và phơi sấy loại bỏ các lớp vỏ, thịt và các chất nhờn bên ngoài và phơi sấy khô
đến mức độ nhất định.
Giai đoạn xay xát, loại bỏ các lớp vỏ trấu và một phần vỏ lụa, tạo thành cà phê nhân.

2

Quả cà phê

Làm ráo

Thu nhận và bảo quản

Phơi khô sơ bộ

Sang phân loại và làm sạch

Xát khô (loại bỏ các lớp vỏ bao
bọc nhân)

Rửa

Thu đƣợc cà phê nhân

Xát tƣơi

Sấy

Hình 1.3 : Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (phƣơng pháp ƣớt)
Phƣơng pháp sàn xuất khô:
chỉ có một giai đoạn là sau khi phơi quả cà phê đến mức độ nhất định, dùng máy xát khô loại bỏ
các lớp vỏ bao bọc nhân, không cần qua giai đoạn sản xuất cà phê thóc.
Phơi quả

Xát khô (loại bỏ các lớp vỏ bao
bọc nhân)

Thu đƣợc cà phê nhân

Sấy

Hình 1.4 : Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (phƣơng pháp khô)
3


So sánh 2 phƣơng án ta thấy:
Phƣơng pháp chế biến khô tuy đơn giản, ít tốn năng lƣợng, nhân công nhƣng phƣơng pháp này
còn nhiều hạn chế là phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Nó chỉ phù hợp với nơi có điều kiện khí
hậu nắng nhiều mƣa ít, không đáp ứng đƣợc những yêu cầu về mặt chất lƣợng.
Phƣơng pháp chế biến ƣớt phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị và năng lƣợng hơn, đồng thời đòi hỏi
dây chuyền công nghệ cũng nhƣ thao tác kĩ thuật cao. Đồng thời rút ngắn đƣợc thời gian sản
xuất, tăng năng suất của nhà máy và nâng cao chất lƣợng sản phẩm cà phê nhân.
Khái niệm, phân loại & đặc điểm của quá trình sấy :
Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phƣơng pháp nhiệt, kết quả của quá trình sấy
là hàm lƣợng chất khô trong vật liệu tăng lên.
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lƣợng nhiệt biến đổi trạng thái pha của lỏng trong
vật liệu thành hơi. Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nƣớc và
ngƣời ta thƣờng gọi là ẩm.

Hình 1.5 : Sơ đồ nguyên lý máy sấy
Việc cung cấp năng lƣợng nhiệt cho vật liệu trong quá trình sấy đƣợc tiến hành theo các phƣơng
pháp truyền nhiệt đã biết :
Cấp nhiệt bằng đối lƣu gọi là sấy đối lƣu.
Cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt gọi là sấy tiếp xúc.

4

Cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ.
Ngoài ra còn có các phƣơng pháp sấy đặc biệt khác nhƣ sấy cao tần, sấy thăng hoa...
Sấy là một điển hình về quá trình không thuận nghịch và không ổn định, trong đó hàm ẩm của vật
liệu biến đổi theo cả không gian và thời gian mà bản thân quá trình tự tiến dần tới trạng thái cân
bằng. Quá trình sấy xảy ra đồng thời 4 quá trình :
Truyền nhiệt cho vật liệu.
Chuyển pha từ lỏng sang hơi.
Tách ẩm vào môi trƣờng xung quanh.
Dẫn ẩm trong lòng vật liệu.
Ẩm trong vật liệu tồn tại ở các trạng thái : liên kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý. Sấy
chỉ tách đƣợc toàn bộ ẩm liên kết hóa lý, một phần ẩm liên kết hóa lý và không tách đƣợc ẩm liên
kết hóa học. Phần ẩm trong vật liệu tách đƣợc khi sấy gọi là ẩm tự do, phần không tách đƣợc gọi
là ẩm liên kết.
1.2
1.2.1

Các loại sấy cà phê hay dùng :
Sấy tự nhiên : Quá trình phơi vật liệu ngoài trời, không có sử dụng thiết bị.

Sấy bằng cách phơi nắng (không có sử dụng thiết bị sấy) đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trong chế
biến nông sản.
Trong các phƣơng pháp phức tạp hơn (sấy bằng năng lƣợng mặt trời), năng lƣợng mặt trời đƣợc
thu nhận để làm nóng không khí. Sau đó không khí nóng đƣợc sử dụng để sấy.
Thiết bị sấy bằng năng lƣợng mặt trời có thể phân ra các loại sau :
Thiết bị sấy trực tiếp có tuần hoàn khí tự nhiên (gồm thiết bị thu năng lƣợng kết hợp với buồng
sấy).
Thiết bị sấy trực tiếp có bộ phận thu năng lƣợng riêng biệt.
Thiết bị sấy gián tiếp có dẫn nhiệt cƣỡng bức (thiết bị thu năng lƣợng và buồng sấy riêng biệt).

Thiết bị:
Có nhiều kiểu thiết kế thiết bị sấy bằng năng lƣợng mặt trời khác nhau.

5


Những thiết bị nhỏ: thƣờng có công suất nhỏ, tốc độ sấy và chất lƣợng cải tiến không đáng kể so
với phƣơng pháp sấy phơi (có đảm bảo vệsinh), do đó ít đƣợc sử dụng.

Hình 1.6 : Sơ đồ thiết bị sấy bằng năng lƣợng mặt trời
1: Tấm xuyên sáng

3 : Lƣới đỡ

2 : Vật liệu sấy

4 : Máng đựng

Hình 1.7 : Sấy bằng năng lƣợng mặt trời có kệ để nguyên liệu
1: Tấm xuyên sáng

2 : kệ để nguyên liệu

6

3 : Vật liệu sấy


Những thiết bị lớn hơn, có sử dụng quạt chạy bằng năng lƣợng mặt trời với công suất 200-400 kg
mẻ đang đƣợc sử dụng nhiều ở các nƣớc vùng Địa trung hải để sản xuất trái cây sấy xuất khẩu

cho thị trƣờng châu Âu.
Năng lƣợng mặt trời còn có thể đƣợc dùng làm nóng trƣớc không khí ở các thiết bị sấy vận hành
bằng nhiên liệu để tiết kiệm một phần năng lƣợng.

Hình 1.8 : Hệ thống sấy bằng năng lƣợng mặt trời có trữ nhiệt
1: hệ thống thu nhiệt.

2 : bộ lƣu trữ nhiệt.

Hình1.9 : Phơi cà phê tƣơi

7

3 : quạt


Ƣu điểm:
Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tƣ và vận hành thấp.
không đòi hỏi cung cấp năng lƣợng lớn và nhân công lành nghề
Có thể sấy lƣợng lớn vụ mùa với chi phí thấp.
Nhƣợc điểm:
Kiểm soát điều kiện sấy rất kém
Tốc độ sấy chậm hơn so với với sấy bằng thiết bị, do đó chất lƣợng sản phẩm cũng kém dao động
hơn.
Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết và thời gian trong ngày.
Đòi hỏi nhiều nhân công.
1.2.2

Thùng sấy

Cấu tạo : là một thùng chứa hình trụ hoặc hình hộp có đáy dạng lƣới. Không khí nóng thổi
lên từ phía đáy của nguyên liệu với vận tốc tƣơng đối thấp (ví dụ : 0,5 m/s).
Yêu cầu đối với nguyên liệu : do thiết bị sấy có thể cao vài mét, yêu cầu nguyên liệu phải đủ độ
cứng cơ học để chống lại sức ép, duy trì khoảng trống giữa các hạt, giúp không khí nóng có thể
xuyên qua đƣợc.

Hình 1.10 : Thùng sấy

8


Ứng dụng : Do có sức chứa lớn, giá thành và chi phí hoạt động thấp chúng đƣợc sử dụng chủ yếu
để sấy kết thúc sau khi sản phẩm đƣợc sấy trƣớc bằng các thiết bị sấy khác. Chúng có thể
đƣợc dùng để cân bằng ẩm sản phẩm sau khi sấy.
1.2.3

Buồng sấy :

Cấu tạo : gồm có một buồng cách nhiệt với các khay lƣới hoặc đột lỗ, mỗi khay chứa một
lớp mỏng nguyên liệu (dày 2-6cm). Không khí nóng thổi vào với tốc độ 0,5-5 m/s qua hệ
thống ống dẫn và van đổi hƣớng để cung cấp không khí đồng nhất qua các khay. Các thiết bị
đun nóng phụ trợ có thể đƣợc đặt thêm ở phía trên hoặc dọc bên các khay để tăng tốc độ sấy.
Ứng dụng : Dùng trong sản xuất nhỏ (1-20 tấn/ngày) hoặc trong thử nghiệm. Chúng có giá
thành, chi phí bảo dƣỡng thấp và có thể sử dụng linh hoạt để sấy các loại nguyên liệu khác nhau.
Tuy nhiên, điều kiện sấy tƣơng đối khó kiểm soát và chất lƣợng sản phẩm dao động do sự phân
phối nhiệt đến nguyên liệu không đồng đều.

Hình 1.11 : Buồng sấy que hàn

9

1.2.4

Lò sấy
Buồng lò sấy

Hình 1.12 : Lò sấy
Đây là những toà nhà 2 tầng trong đó sàn nhà có giát gỗ mỏng đƣợc đặt phía trên lò đốt. Không
khí nóng và sản phẩm cháy từ lò đốt xuyên qua lớp nguyên liệu có độ dày đến 20 cm. Chúng
đƣợc sử dụng theo truyền thống để sấy táo ở Mỹ hoặc hoa hớp- lông ở châu Âu, tuy nhiên việc
kiểm soát điều kiện sấy rất khó khăn và thời gian sấy tƣơng đối lâu.
Ƣu điểm là sức chứa lớn, dễ xây dựng và bảo dƣỡng với chi phí thấp.
1.2.5

Hầm sấy

Cấu tạo : các khay chứa nguyên liệu đƣợc chất lên các xe goòng, đƣợc lập trình để chuyển
động qua hầm cách nhiệt có tác nhân sấy chuyển động theo một hoặc nhiều hƣớng khác
nhau nhƣ mô tả trong bảng 2.1. Sản phẩm sau khi ra khỏi hầm có thể đƣợc sấy kết thúc trong
các thùng sấy. Một hầm sấy tiêu biểu dài 20 m có 12-15 xe goòng với tổng sức chứa 5000 kg
nguyên liệu.

10


Khu vực sấy hầm

Hình 1.13 : Hầm sấy
Ứng dụng : do khả năng sấy lƣợng lớn nguyên liệu trong một thời gian tƣơng đối ngắn, chúng

đƣợc sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, phƣơng pháp này hiện đã bị thay thế bằng phƣơng pháp
sấy băng chuyền và sấy tầng sôi do hiệu suất năng lƣợng của sấy hầm thấp hơn, chi phí lao động
cao hơn và chất lƣợng sản phẩm không tốt bằng.
1.2.6

Máy sấy thùng quay
Máy sấy thùng quay

Hình 1.14 : Máy sấy thùng quay

11


Cấu tạo : một thùng chứa kim loại hình trụ hơi nghiêng (khoảng 5o) quay tròn quanh trục đƣợc
gắn với các cánh hƣớng ở bên trong để nguyên liệu đổ xuống xuyên qua dòng khí chuyển
động cùng chiều hoặc ngƣợc chiều qua máy sấy. Diện tích bề mặt của nguyên liệu đƣợc phơi
bày tối đa trong không khí nên tốc độ sấy cao và chất lƣợng sản phẩm sấy đồng đều.
Ứng dụng : Đặc biệt thích hợp cho các loại nguyên liệu có khuynh hƣớng bị rối hoặc dính
vào nhau trong băng chuyền hoặc khay sấy. Tuy nhiên, do sự hƣ hại do va đập, cọ xát
trong máy, chúng chỉ hạn chế sử dụng cho tƣơng đối ít loại sản phẩm (ví dụ : sấy hạt đậu,
hạt cacao ...).
Ƣu điểm :
Vật liệu đƣợc nạp liên tục vào thùng, không làm gián đoạn quá trình sấy.
Tiết kiệm thời gian và chi phí cho quá trình cấp liệu.
Động cơ đƣợc đặt ở giữa nên lực phân bố đồng đều, momen khởi động và momen quay thấp.
Nhƣợc điểm :
Vật liệu thoát ra liên tục nên độ khô của chúng không đồng đều.
Ta chọn máy sấy thùng quay vì thiết bị sấy thùng quay là thiết bị chuyên dùng để sấy hạt. loại
thiết bị này đƣợc dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các vật ẩm dạng hạt có kích
thƣớc nhỏ. Trong hệ thống này, vật liệu sấy đƣợc đảo trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy,

do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh, và độ đồng đều của sản phẩm cao. Ngoài ra, thiết bị
còn có thể làm việc với năng suất lớn.

12


2

CHƢƠNG II : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY
THÙNG QUAY.

2.1
2.1.1

Tổng quan về máy sấy chuẩn bị thiết kế:
Máy sấy thùng quay

Sau khi nguyên liệu ẩm đƣợc đƣa vào trong máy từ phía đầu thùng quay, máy bắt đầu quay tròn
và các cánh bên trong làm nhiệm vụ đảo đều nguyên liệu. Nguyên liệu đƣợc đảo đều nhƣ vậy sẽ
tiếp xúc với khí nóng đầy đủ và đƣợc tách hơi ẩm bay ra. Trong suốt quá trình đảo và sấy nhƣ
vậy, nguyên liệu đƣợc di chuyển từ phía đầu thùng quay tới phía cuố i thùng và đạt độ khô cần
thiết, và cuối cùng nguyên liệu đƣợc thoát ra ngoài qua bộ van cánh sao.
Sử dụng nguyên lý đảo nguyên liệu dƣới tác động của nhiệt cấp từ lò nhiệt. Nguyên liệu đƣợc di
chuyển và đánh tơi bởi lƣỡi cuốn và không khí chứa nhiệt. Các hạt nguyên liệu bị va đập vào
thành ống dƣới tác động của vận tốc gió chứa nhiệt làm cho nguyên liệu thoát ẩm nhanh và đều.
Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy làm việc liên tục chuyên dùng để sấy vật liệu hạt

, cục

nhỏ nhƣ : cát, than đá ,các loại quặng…

Máy sấy thùng quay là 1 thùng hình trụ đặt nghiêng 1- 6 độ, có 2 vành đai đỡ, vành đai này tỳ
vào con lăn đỡ khi thùng quay. Vật liệu vào sấy qua phễu nạp liệu.Vật liệu trong thùng không
quá 20 – 25% thể tích thùng. Sau khi sấy xong ,thành phẩm qua bộ phận tháo sản phẩm ra ngoài.
Bên trong thùng có lắp các cánh để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất sấy đạt đƣợc cao hơn, phía
cuối thùng có hộp tháo sản phẩm còn đầu thùng cắm vào lò đốt hoặc nối với ống tạo tác nhấn
sấy.Giữa thùng quay, hộp tháo và lò có cơ cấu bịt kín để không khí nóng và khói lò không thoát
ra ngoài. Ngoài ra còn có xyclone để thu hồi sản phẩm bay theo và thải khí sạch ra môi trƣờng.
Khí nóng và vật liệu có thể đi cùng chiều hoặc ngƣợc chiều ở bên trong thùng. Phía đầu chỗ nạp
liệu bên trong thùng sấy có lắp các cánh xoắn 1 đoạn khoảng 700 – 1000mm, chiều dài của đoạn
này phụ thuộc vào đƣờng kính của thùng. Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng
không đƣợc >3m/s để tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.Vận tốc quay của thùng là 5–8
vòng /phút.

13


Các đệm ngăn trong thùng vừa có tác dụng phân phối vừa có tác dụng phân phối đều cho vật liệu
theo tiết diên thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân
sấy.
Cấu tạo của đệm ngăn(Cánh trộn) Phụ thuộc vào kích thƣớc vật liệu sấy và độ ẩm của nó.
Các loại đệm ngăn dùng phổ biến là:
Đệm ngăn mái chèo nâng và loại phối hợp: Dùng khi sấy những vật liệu cực to, ẩm, có xu hƣớng
đóng vón. Loại này có hệ số chất đầy vật liệu không quá 0.1 - 0.2
Đệm ngăn hình quạt có những khoảng thông với nhau.
Đệm ngăn phân phối hình chữ nhật và kiểu vạt áo đƣợc xếp trên toàn bộ tiêt diện của thùng đƣợc
dùng để sấy các vật liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng quay vật liệu đảo trộn nhiều lần, bề mặt
tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy lớn.
Đệm ngăn kiểu phân khu: Để sấy các vật liệu đã đƣợc đập nhỏ, bụi. Loại này chỉ cho phép hệ số
điền đầy khoảng 0,15 - 0,25
Nếu nhiệt độ sấy cần lớn hơn 2000 C thì dùng khói lò nhƣng không dùng

cho nhiệt độ >8000 C.
Ƣu và nhƣợc điểm của thùng sấy quay:
Ƣu điểm:
Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cƣờng độ
sấy lớn, có thể đạt 100kg ẩm bay hơi/m3 h.
Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.
Nhƣợc điểm:
Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn. Do đó trong nhiều trƣờng hợp sẽ làm giảm
chất lƣợng sản phẩm sấy.

14


Hình 2.1 : Sơ đồ máy sấy thùng quay
1 : lò sấy

2 : bộ phận cấp liệu

6 : thân thùng quay

3 : máng

7 : bộ phận thoát khí

4 : thùng quay

5 : bánh răng tải

8 : sàng lọc khí

9 : quạt thổi bụi

Máy sấy thùng quay gồm 1 thùng hình trụ đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang 1÷6 0 . Toàn bộ
trọng lƣợng của thùng đƣợc đặt trên 2 bánh đai đỡ. Bánh đai đƣợc đặt trên bốn con lăn đỡ,
khoảng cách giữa 2 con lăn cùng 1 bệ đỡ có thể thay đổi để điều chỉnh các góc nghiêng của
thùng, nghĩa là điều chỉnh thời gian lƣu vật liệu trong thùng .Thùng quay đƣợc là nhờ có bánh ma
sát. Bánh ma sát ăn khớp với với bánh dẫn động nhận truyền động của động cơ qua bộ giảm tốc.
Vật liệu ƣớt đƣợc nạp liên tục vào đầu cao của thùng qua phễu chứa và đƣợc chuyển động dọc
theo thùng nhờ các đệm ngăn. Các đệm ngăn vừa có tác dụng phân bố đều nật liệu theo tiết diện
thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cấu tạo
của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thƣớc của vật liệu sấy tính chất và độ ẩm của nó. Vận tốc của
khói lò hay không khí nóng đi trong máy sấy khoảng 2÷3 m/s,thùng quay 5÷8vòng/phút. Vật liệu
khô ở cuối máy sấy đƣợc tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm rồi nhờ băng tải xích vận chuyển vào
kho.
Khói lò hay không khí thải đƣợc quạt hút vào hệ thống tách bụi để tách những hạt bụi bị cuốn
theo khí thải. Các hạt bụi thô đƣợc tách ra, hồi lƣu trở lại băng tải xích. Khí sạch thải ra ngoài.
Ƣu điểm :
Vật liệu đƣợc nạp liên tục vào thùng, không làm gián đoạn quá trình sấy.
15


Tiết kiệm thời gian và chi phí cho quá trình cấp liệu.
Động cơ đƣợc đặt ở giữa nên lực phân bố đồng đều, momen khởi động và momen quay thấp.
Nhƣợc điểm :
Vật liệu thoát ra liên tục nên độ khô của chúng không đồng đều.
2.2
2.2.1

Lựa chọn các phƣơng án thiết kế:
Thiết bị sấy thùng quay sử dụng bộ truyền bánh răng:

Ƣu điểm :
Kích thƣớc nhỏ, khả năng tải lớn
- Tỷ số truyền không đổi
- Hiệu suất cao (0,97 ( 0,99)
- Có thể làm việc với vận tốc lớn, công suất lớn
- Có tuổi thọ và độ tin cậy cao
Nhƣợc điểm:
- Chế tạo phức tạp
- Đòi hỏi độ chính xác cao
- Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn
Phạm vi sử dụng:
Bộ truyền bánh răng đƣợc sử dụng trong hầu hết các thiết bị cơ khí. Trong đó bộ truyền bánh
răng thân khai đƣợc sử dụng rộng rãi nhất, các bộ truyền còn lại tùy thuộc vào kết cấu máy.Tỉ số
truyền lớn, dùng cho cơ cấu có momen xoắn lớn.

Hình 2.2 : Máy sấy thùng quay sử dụng bộ truyền bánh răng
16


2.2.2

Thiết bị sấy thùng quay sử dụng bộ truyền bánh ma sát:

Ƣu điểm :
Truyền cơ năng và tốc độ mà không thể thay đổi tỉ số truyền.
Cấu tạo đơn giản.
Làm việc êm, không ồn.
Nhƣợc điểm :
Lực tác dụng lên ổ đĩa khá lớn.

Do có trƣợt giữa các bánh khi làm việc nên tỷ số truyền không ổn định dẫn đến tốc độ của trục
dằn không chính xác.
Khả năng tải không cao so với truyền động bánh răng.
Thích hợp với công suất nhỏ và vừa dƣới 20kw (công suất lớn thì kích thƣớc bộ truyền lớn và lực
ép lớn).
Tốc độ truyền không quá 15-20 m/s.
Tỉ số truyền i < 7.

Hình 2.3 : Thùng quay sử dụng truyền động ma sát.

17


2.2.3

Thiết bị sấy thùng quay sử bộ truyền đai:

Ƣu điểm:
Có khả năng truyền cơ năng giữa các trục xa nhau.
Làm việc êm, không ồn.
Giữ an toàn cho các chi tiết máy khi quá tải.
Kết cấu đơn giản, dễ chăm sóc và bảo quản.
Giá thành chế tạo rẻ.
Nhƣợc điểm:
So với bộ truyền bánh răng có cùng công suất truyền, kích thƣớc của bộ truyền đai lớn hơn nhiều.
Truyền động không tức thời, tỉ số truyền không ổn định.
Lực tác dụng lên trục và ổ lớn.
Làm việc với tốc độ cao thì đai nhanh hỏng.
Lựa chọn phương án:
Dựa vào yêu cầu thiết kế, ta chọn phƣơng án sử dụng bánh ma sát:

Lực của thùng quay ép lên bánh ma sát đủ lớn.
Chế tạo đơn giản.
Tránh quá tải.
Dễ thay thế và bảo dƣỡng.

18