Đồ án Thiết kế hệ thống sấy đường thùng quay 1500kg một giờ

Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống sấy thùng quay

MỞ ĐẨU
Đường saccarose là chất có vị ngọt tự nhiên là loại thực phẩm bổ dưỡng cung cấp nhiều
năng lượng cho cơ thể con người. Đường có thể dùng trực tiếp hay dùng làm nguyên liệu trong
công nghệ sản xuất thực phẩm như : công nghệ sản xuất đồ hộp , làm bánh kẹo, làm mức, làm
rượu, nước giải khát...
Một trong những công đoạn quan trọng hổ trợ đắc lực trong công nghệ sản xuất đường
là giai đoạn sấy đường sau khi tinh thể đường được tạo ra. Việc sấy đường đã giúp cho việc bảo
quản và vận chuyển đường được thuận lợi nên công đoạn sấy đường là công đoạn không thể thiếu
được trong cộng nghệ sản xuất đường cát.

Tính chất của nguyên liêu
Đường saccarose là thành phần chính quan trọng nhất của cây mía, là sản phẩm của
công nghệ sản xuất đường
o

Tính chất vật lý:

Là chất rắn kết tinh ,không màu, trong suốt, vị ngọt.
Khối lượng riêng : 1.5879 g/cm3.
Nhiệt độ nóng chảy :186-188°c.
Không tan trong dầu hỏa, ancol, CS2, bezen, Glyxerin khan,...
Dễ tan trong nước độ tan tỉ lệ thuận với nhiệt độ.
Độ hoà tan của đường sacaroza trong nước.

Nhiệt độ
°c
0

10

Độ hoà tan g
Saccarose/100g nước
179.20
190.50

20
30

203.90

40
50

238.10
260.10

219.50

Nhiệt độ
°c
60
70

Độ hoà tan g
Saccarose/100g nước
287.30
320.50

80
90

362.20

100

487.20

415.70


o Tính chất hoá học
Trong môi trường acid
Trong môi trường có tính acid (pH < 7) đường saccarose bị thủy phân thành glucoza và
fructoza.
c 12 H 22 o 11 +H 2 o > c 6 H12 o 6 + c 6 H 12 o 6
Phản ứng trên là phản ứng nghịch đảo đường.
Trong môi trường kềm
Dung dịch đường có tính acid yếu nên tác dụng được với các chất kiềm tạo thành
saccarate. Phản ứng kiềm áp dụng trong sản xuất đường là phản ứng vôi:
Mono và đi canxi saccarate dễ bị phân hủy , tri saccarate khó bị phân huỷ. Đặc tính này
của tri saccarate được ứng dụng để lấy đường sacarose ra khỏi mật củ cải.
Điều kiện pH >8-9 và bị nung nóng trong thời gian dài đường saccarose bị phân hủy
tạo thành các hợp chất có màu vàng và màu nâu. [1]


CHƯƠNGI

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SAY.

Quá trình sấy:
Sấy là một quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Như phơi
nắng là biện pháp sấy tự nhiên rất đơn giản được áp dụng lâu đời trong nhân gian. Tuy nhiên
phơi nắng cũng bị hạn chế do diện tích sân phơi cần phải lớn, vả lại còn phụ thuộc vào thời tiết,
đặc biệt bất lợi trong mùa mưa. Vì vậy trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế xã hội người
ta phải áp dụng biện pháp sấy nhân tạo.
Kết qủa của quá trình sấy: hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên, điều đó có ý
nghĩa quan trọng trên phương diện khác nhau. Ví dụ như đối với các nông sản và thực phẩm
nhằm tăng cường tính bền vững trong bảo quản ; đối với các nhiên liệu (than, củi) được nâng
cao lượng nhiệt cháy; đốt với gốm sứ làm tăng độ bền cơ học; v.v.. .và nói chung các vật liệu
sau sấy đều được giảm giá thành trong vận chuyển.
Do các ý nghĩa đã nêu, mà đối tượng của quá trình sấy thật đa dạng: bao gồm nguyên
liệu bán thành phần và thành phẩm trong các giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất và chế
biến, thuộc nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau. Nói một cách khác, kỹ thuật sấy được ứng dụng
rộng rãi trong các nghành công và nông nghiệp.
Thật ra sấy là một quá trình công nghệ phức tạp, và đôi khi nó thường đóng vai trò
quyết định trong qui trình sản xuất. Ví dụ sản xuất tinh bột, hoặc sản xuất chuối sấy v.v
Nguyên tắc của quá trì nh sấy, là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha
của pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Hầu hết các vật liệu trong quá trĩ nh sản xuất đều chứa
pha lỏng là nước và người ta thường gọi là ẩm. Như vậy trong thực tế có thể xem sấy là quá
trình tách ẩm bằng nhiệt.
Việc cung cấp năng lượng nhiệt cho vật liệu trong quá trình sấy được tiến hành theo các
phương pháp truyền nhiệt đã biết. Như vậy có các tên gọi tương ứng: cấp bằng nhiệt đối lưu gọi
là sấy đối lưu; cung cấp bằng dẫn nhiệt gọi là sấy tiếp xúc, còn cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy
bức xạ. Ngoài ra còn có các phương pháp sấy đặc
biệt: sấy bằng dòng điện cao tần; sấy trong trường siêu âm, sấy thăng hoa, v.v....................... [2
].
Phương pháp sấy được chia ra làm hai loại:
-phương pháp sấy tự nhiên .
-phương pháp sấy bằng cấp nhiệt.

♦♦♦ Phươns pháp sấy tư nhiên có :
•

ưu điểm:
Đơn giản.
Đầu tư vốn ít.
Bề mặt trao đổi nhiệt lớn.
Dồng nhiệt bức xạ từ mặt trời tới vật có mật độ lớn(1000w/M).

•

Nhươc Điểm:
Khó thực hiện cơ giới hóa,chi phí lao động nhiều.
Nhiệt độ thấp nên cường độ sấy không cao.
Sản phẩm dễ bị ô nhiễm do bụi và sinh vật, vi sinh vật.
Chiếm diện tích mặt bằng sản xuất lđn.
Nhiều sản phẩm nếu sấy tự nhiên chất lượng sản phẩm không đạt yêu
cầu.

♦♦♦ Phươns pháp cung cấp nhỉêt:
•

TBS đối lưu.

•

TBS tiếp xúc.

•

TBS bức xạ, chân không và thăng hoa.

Trong thiết bi sấy đối lưu thường găp các thiết bi sấy sau đâv:
•

TBS Buồng

•

TBS hầm

•

TBS thùng quay

•

TBS khí động

•

TBS tầng sôi

•

TBS phun

•

TBS tháp

♦♦♦ CHỌN tác nhân sấy và chất tải nhiệt
+ Cơ chế của quá trình sấy gồm hai 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 tđi qúa trình bốc hơi ẩm từ vật sấy. Cụ thể là làm chậm quá


trình thoát ẩm từ vật sấy thậm chí có thể làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm của vật sấy. Quá
trình có thể dẫn tới làm tăng nhiệt
độ vật sấy làm cho vật không khô mà bị ninh nhừ đi. Để tải ẩm đã bay ra từ vật sấy vào môi
trường có thể dùng các biện pháp như sau:

-

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 đặc biệt quan trọng vì nó đóng vai trò vừa giải
nhiệt vừa tải ẩm. Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng, khói nóng, hỗn hợp không
khí nóng và khói, hơi quá nhiệt, chất lỏng.
+ Trong sấy đối lưu chất tải nhiệt có thể dùng là hơi nước hay khói để gia nhiệt cho tác
nhân sấy và các bề mặt truyền nhiệt cho vật liệu.
- Dùng khói làm chất tải nhiệt thì hệ thống thiết bị sẽ đơn giản hơn, giá thành thiết bị thấp
hơn so với dùng hơi nưđc vì không cần dùng lò hơi.
- Dùng hơi nước làm chất tải nhiệt có ưu điểm là calorife hơi-khí cấu tạo gọn nhẹ vì có

hệ số truyền nhiệt lớn và thường có thể làm cánh Ở phía không khí, việc điều chỉnh nhiệt độ môi
chất sấy dễ dàng. Thiết bị không bị bám bẩn do khói, lại làm việc Ở nhiệt độ thấp nên tuổi thọ
cao hơn so với calorife khí-khổi. Hơn thế nữa làm việc Ở nhiệt độ thấp.


CHƯƠNG II

GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN THIÊT KÊ
Sấy là một trong những công đoạn quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch đối với
các loại nông sản.Thực tế cho thấy, nếu phơi khô hoặc sấy khô không kịp nhiều nông sản có thể
bị mất mát do ẩm mốc và biến chất vào khoảng 10-20%. Ngoài ra, sấy còn là quá trình công
nghệ quan trọng trong chế biến nông sản thành thương phẩm. Do đó trước khi thiết kế một TBS
cần tìm hiểu qúa trình công nghệ khác có liên quan, đặc biệt là hai công đoạn trước và sau khi
sấy.
Thiết kế một thiết bị sấy nông sản thường tiến hành theo các bước sau đây:
>

Chọn dạng thiết bị sấy.

>

Chọn nguồn năng lượng và tác nhân.

>

Chọn chế độ sấy tối ưu.
>• Tính toán nhiệt cho TBS.

>

Tính và chọn các thiết bị phụ.

>

Tính toán kinh tế kỷ thuật cho toàn bộ hệ thống sấy.

Vì đường là vật liệu dạng hạt nên ta chọn thiết bị sấy thùng quay.
IL1. Hệ thống thùng quay:
Hệ thống thùng quay là HTS chuyên dùng để sấy các vật liệu dạng hạt, cục nhỏ v.v Hệ thống
sấy thùng quay cũng là HTS đối lưu .
H.2. Cấu tao hê thống thùng quay:
Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn. Trong đó
đặt cánh xáo trộn. Thùng đặt nghiêng vđi mặt phẳng nằm ngang theo tỷ lệ: 1/15-1/50. Thùng
sấy quay với tốc độ (1.5-8) vòng/phút. Nhờ một động cơ điện thông qua hộp giảm tốc. VLS từ
phiễu chứa đi vào thùng sấy cùng với tác nhân. Thùng sấy quay tròn, vật liệu sấy vừa xáo trộn
vừa đi dần từ đầu cao của thùng xuống đầu thấp. Trong quá trình sấy, tác nhân sấy và VLS trao
đổi nhiệt ẩm cho nhau. Vật liệu đi hết chiều dài thùng sấy được lấy ra và vận chuyển vào kho
chứa nhờ một băng tải còn tác nhân sấy đi qua xyclon để thu hồi vật liệu sấy cuốn theo và thải
ra môi trường.
Để tăng cường quá trình xáo trộn và quá trình trao đổi nhiệt ẩm người ta bố trí trong
thùng sấy có cánh đảo.


H.3. Nguyên tắc làm việc:

Thiết bỉ làm việc liên tuc:
Thùng đặt nghiêng vật liệu đổ vào ỏ một đầu và theo chiều nghiêng vật liệu chuyển
dần xuống đầu thấp hơn và được lấy ra ngoài. Môi chất sấy đưa vào thùng và thoát ra theo ống
thoát ở đầu kia(thường cùng chiều vật liệu). Không khí cùng vật liệu xáo trộn trong thùng, quá
trình trao đổi nhiệt ẩm xảy ra và vật liệu được sấy khô. Thời gian sấy là thời gian vật liệu di

chuyển từ đầu vào đến đầu ra khỏi thùng.ĐỘ điền đầy vật liệu trong thùng có thể đến 20%. Để
vật liệu sấy được xáo trộn tốt với không khí trong thùng người ta đặt nhiều cánh hướng, cũng
có thể chia thùng thành nhiều khoang.
Thiết bị sấy thùng quay dùng để sấy các vật liệu dạng hạt. Khi sấy các vật liệu dạng hạt
cỡ nhỏ cần chọn tốc độ khí sao cho tránh bay vật liệu theo khí thoát. Trong thiết bị sấy thùng
quay thường không sử dụng tái tuần hoàn vì trong khí thoát có bụi. Nếu dùng tái tuần hoàn thì
phải đặt thêm thiết bị lọc bụi, do đó tăng vốn đầu tư và chi phí vận hành.
ở đây ta thấy thiết bị sấy thùng quay là một trong những thiết bị sấy đối lưu
vì thế ta thiết kế thiết bị sấy thùng quay ta cần chọn một số thông số sau:
>

Ta chọn tác nhân sấy thùng quay là không khí (vật liệu sấy phải sạch)

>

Chọn caloriíe khí-hơi (làm việc ỏ nhiệt độ 100°c )

>

Chọn vật liệu sấy là Đường (thiết bị sấy thùng quay )

>

Chọn thiết bị làm việc liên tục.

>

Chọn thiết bị có lắp cánh đảo (giúp quá trình xáo trộn vật liệu).

H.4. Thu vết minh quv trình cỏng nghê

Đường sau ly tâm liên tuc được vận chuyển vào máy sấy nhờ bộ phận vis tải, đường
được sấy nhờ tác nhân sấy từ calorife thông qua quạt ly tâm hút áp suất cao
VLS và TNS được sáu trộn và trao nhiệt ẩm trong thùng sau đó VLS được vận chuyển
ra ngoài và cho vào kho chứa nhờ băng tải.
TNS sau khi sấy cho vào xiclon để loại bỏ bụi đường phần khí còn lại theo quạt hút ra
ngoài.


CHƯƠNG III
THIẾT KẾ THIẾT BỊ SAY THÙNG QUAY
ĨĨI.1. CÂN BẰNG VẲT CHAT
Vật liệu cần sấy là đường có thành phần như sau:
Độ ẩm tương đối ban đầu:

Wi = 4%.

Độ ẩm tương đối sau khi sấy:

W2 = 1%.

Nhiệt độ không khí trước khi vào calorife: to = 23.6°c.
Độ ẩm tương đối: Q>Ữ = 85%.
Nhiệt độ không khí trưđc khi vào thiết bị sấy: ti = 100°c.
Nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi thiết bị sấy: t2 = 40°c.
Năng suất nhập liệu: Gi = 1500kg/h.
Đặt thiết bị sấy ồ tỉnh Thanh Hóa.
Độ ẩm tương đối không khí sau calorife: Ọ 1 = 2.24%.
Độ ẩm tương đối không khí sau khi ra khỏi TBS: CP 1 = 79.6

-

Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ:
W=G

= 1500

1
-

-w2

0.04-0.01 = 45A5ikg/h) 7.5 trangl28 [3],
1-0.01

KHỐI lượng vật liệu ra khỏi TBS G2:
G 2 =G L -W = 1500-45.45 = 1454.55(KG/H)

11 trang127 [3]

-

Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối trước và sau qúa trình sấy (không đổi và bằng
nhau) Gk:
Gk= Gl(l- Wi) = G2(l- w2)

7.4 trangl27 [3].

G K = 1500(1 - 0.04) = 1440(KG/H)
Lượng TNS cần thiết bốc sử dụng trong 1 giờ :
L T =-Ĩ^(KGKK/H)

*2-*l

7.13 trang 131 [3]

Với Xi, X2 là hàm ẩm của không khí trước khi vào calorife và sau khi ra khỏi thiết
bị sấy.


Xi = 0.015 (kg/kgKK ).

Dựa vào giản đồ I-x ta tìm được:

x2 = 0.038 (kg/kgKK).
L

45,45
0.038-

= \ 950.62)(kgkk

- Lượng TNS cần thiết bốc hơi 1 kg ẩm:
/0 = —-—{KGKK/H)
*2 -*1

l

=
0

---------= 43.48

0.038-0.015
1

7.14 trang 131 [3]
(kgkk/kgẩm).

HI.2. TÍNH CẰN BẰNG NHTÊT
III.2.1. Tính toán thiết kích thưđc thiết bi:
Thể tích thùng sấy:

V T = —,(M 3 )

10.2 trang 207 [3]
Ã
W:lượng ẩm bay hơi trong một giờ của VLS, kg/h.

VT: thể tích thùng sấy, m3 A:cường độ bay hơi kg/m3h
Chọn A=9 (Bảng 10.1 ữang 207 [3])
4^>
Y 7=
= 5 05m3
9
- Đường kính và chiều dài thùng sấy
^ = 3.5-7

DT

chọn LT=6DT .
trang 174 [2] 4*Vr

71*
4*5.05
n* Dị

6
DỊ =1.07 D T = 1,03m

ưang 207 [3]


Chọn đường kính thùng theo tiêu chuẩn:

DT = 1 m.
Chiều dài thùng sấy:

LT = 6*1 = 6 m.
Thời gian sấy:
T

_W
~ A*VT

6. 42 trang 178 [2]

_ 45.45
T = —7—— = 1 H
9*5.05

Thời gian lưu

TL =

MK

6.39 trang 174 [2]

L

nDTtga
n: số vòng quay của thùng, chọn n =8 vồng/phút (trang 205 [3]). ki :hệ số đặc tính chuyển động
của VLS.
Chọn sấy xuôi chiều k = 0.4

(trang 176 [2]).

m : hệ số dạng cánh trong thùng .
Chọn cánh nâng m = 0,5.

(trang 176 [2]).

A :góc nghiên của thùng
chọn «=2,5 sổ tay tập 2 trang 122 [4 ].
Yậy T L >T hợp
0.5lý.*0.4

«

*6 hạt cho phép
- Nhiệt độ đốt nóng
T H = 2.218- 4.343 In T +--------—--------H

0.37 + 0.63
10.11 trang 210 [3 ].

CỮ T B = 0.5(0! + CỮ 2 ) độ ẩm trung bình 10.10 trang 210 [3]. Ũ) T B =0.5(0.04+0.01) = 0.025


= 2,218-4,3431nl

23,5
0,37 +

63°

Công suất để quay thùng sấy N N = 0,00X3.D Ị X T .P R .N.Ơ

4-118 trang 138 [4].

cr : hệ số công suất cr = 0.071 Bảng 4-3 trang 138 [ 4]. PY : khối lượng riêng
của vật sấy ẩm , kg/m3 n : số vòng quay của thùng , v/p

N = 0,0013*13 *6*1587,9*8*0,071 = 7 kw in.2.2. Tính toán nhiệt thùng sây
- Tổn thất do VLS mang đỉ
Nhiệt dung riêng của đường với độ ẩm A >2

CY = CYỊT (1 - (0 2 ) + C A O> 2 7.40 trang 141 [3]
CYỊT :nhiệt dung riêng của vật liệu khô,kj/kgđộ chọn C^=1.45 kJ/kgKK Bảng 11-24 trang
55 [5 ]

C A : nhiệt dung riêng của hơi nước , kj/kgđộ chọn C A =4,1868 kj/kgđộ CY =

1.45(1 - 0.01) + 4.1868*0.01 = 1.477 kj/kgđộ Yậy tổn thất nhiệt do VLS mang đi
QT =
7.19 trang 135 [31
tvi:nhiệt độ VLS vào thiết bị là nhiệt độ to ,°c tv2:nhiệt độ VLS ra khỏi TBS ,°c
tv2 = t2 - 8 trang 141 [3] tv2 = 40 - 8 = 32°c


1454.55*1.477 *(32-23.6)

qv =-----------------——1-----------45.45

R

= 397.06 kj/kg

♦♦♦ Cân bằng năng lường:
+ Tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt - Tiết diện tự do của thùng sấy = (l-y6)7Đ Z
„ _ (l-0.25);r.l
rtd =----------------4

= 0.59

Vổi yỡ là hệ số chứa đầy. Chọn /? = 0.25

-

Lưu lượng thể tích của TNS trước quá trình sấy Vi:

-

Vi = viLo = 1.099*1950.63 =2143.74 (m3/h)

-

Lượng thể tích của TNS sau quá trình sấy lý thuyết là V2
v2 = V2 Lo = 0.962*1950.63 =1876.51 (m3/h)

-

Lưu lượng thể tích trung bình Vtb bằng :
Vtb = 0.5( VI + Y2 ) ,m3/h Vtb =
0.5(2143.74+1876.51)=2010,126 m3/h = 0,56

m3/s.
Vổi Vi, V2 là thể tích không khí ẩm ỏ lkg không khí khô trước và sau khi vào TBS
3
m /kgKK. Theo phục lục 5 [3] ta tìm được:
V!=l,099m3/kgKK
V2=0,962 m

-

/kgKK

3

Tốc độ sấy lý thuyết là:
Giả thiết tốc độ TNS trong quá trinh sấy thực WT=1.15 m/s

-

Nhiệt độ dịch thể nóng tfi

tfi = 0.5(ti +12) = 0.5(100 + 40) = 70°c
-

Nhiệt độ dịch thể lạnh tf2
tf2 =to=23,6°C


Trong thùng sấy là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức.Khi đó hệ số trao đổi nhiệt
cưỡng bức giữa TNS với bề mặt trong của thùng sấy.
cq=6,15 + 4,17 WT

7.46 trang 144 [3]

«3=6,15 + 4,17 *1,15 = 10,95 W/m2K
Chọn twi = 69°c là nhiệt dộ vách trong của thùng sấy
Chọn thùng sấy bằng thép Crôm Niken (12XH3) có hệ số dẫn nhiệt 4=36.1 W/mK
Bảng 1.125 trang 127 [4]
Chọn bề dầy thùng Ổ L =10 mm

-

Mật độ dòng nhiệt trao đổi dối lưu qi:
= «lO/i - T W L ) 7.43 trang 143 [3]

Q L = 10.95(70-69) = 10.95JF/m2
-

Nhiệt độ vách ngoài của thùng sấy tW2

KI = T W L -QIỊ 7.43 trang 143 [3]
4

T W 2 = 69-10.9510'10 = 68.997 °c w2
36.1

-

Mật độ dòng nhiệt truyền qua bề dày thùng

<Ỉ 2 = ỊÌKI - TYỨ)
Ố

1

7.43 trang 143 [3]

Q = 36,1 -3 (69 - 68.997) = Ỉ0.95W/M 2 2
10.10“
Chọn lớp cách nhiệt là bông thuỷ tinh (4=0,0372 W/mK ) có độ dày Ổ 2 = 100
mm trang 128 [4].
4
^w3 4-2 ‘Ỉ 2 3
A

2

t3

=68,997-10,9510°'10
w3

-

0,0375

=39,57°c

Mật độ dòng nhiệt truyền qua lớp cách nhiệt
Ẫ2 .

7 3 = r Vw2 ~ ^w3 )
^2

.


=

_O0372 (68997_39 57) = 10,945JT/m2

100.10“3

- Chuẩn số Grashoữ

GR _ S-PL ‘TE trang 136 [6]
V2
1: kích thước hình học , m
1 = dn = 2S L + DT=2*10.10'3 + 1 = 1.12

m P :hệ số giản nở thể tích ,1/K
/? = ị =------------=--------------= 0.00337
T tữ +273
23.6 + 273
AT :độ chênh nhiệt độ giữa vách ngoài và môi trường

AT = 39.57 - 23.6 = 15.97°C
V : độ nhớt động học ở 23,6 V =1.54.10'5 m2/s
3
G = 9.81* 0.00337 *(1,12) * 15,97 =
r
(1.54*10-5)2
-

9

Chuẩn số Nusselt
Nu=0,47Gr1/4 2.3 trang 306 [7]
Nu=0,47 (3,13.1 o9)1/4 =1.11.102

-

Hệ số trao đổi nhiệt A 2:

A 2 = —2

trang 136 [6]

Ẳ 2 :hệ số dẫn nhiệt của không khí, W/m2K Ẫ 2 =0,0264
W/m2K ỏ 23,6°c hđường kính ngoài của thùng , m

1.11.102
*0.0264

a

= 2.62

- Mật độ dòng nhiệt truyền vào không khí q4
=

®2^w3 ~ ^o)

qA = 2,26(39.57 - 23.6) =


- Bên ngoài lớp cách nhiệt được bao bọc bỏi lđp thiết có bề dày lmm với bề dày xem
như truyền nhiệt cũng như thất thoát nhiệt qua lớp thiết là không đáng kể có thể
bỏ qua .

sấy:
phẳng:

Sai số
Do tỉ số đường kính ngoài của thùng sấy DTH và đường kính trong của thùng Dxt
41.854100 = 282 > 5
77
100 10.946

Pfn

1.

- Hệ_số dẫn12
nhiệt<1.4
k: nên hệ số dẫn nhiệt k tính cho vách trụ như tính cho vách
trang 63 [7]

-

1

Mật độ dồng nhiệt truyền cho một đợn vị diện tích bề mặt truyền nhiệt
q = k(tfi + TỈÌ) 7.43 trang 143[3] q =

k
-

2
0.316(70
- 23.6) =
3 14.677 3w/m
1 10.10~
100.10 1

=

+
+
+

Nhiệt độ vách
trong
của thùng
sấy (tính
10.95
36.1
0.0372
2.62lần hai)

Tiến hành tính lập nhiều
q lần trên excel ta được kết quả vđi sai số 77=1.99(<5)
t _

twi = 68.7°c ; tw2 = 30.4°c ; q = 14.27 w/m2 ; cq = 10.946W/m2K ;a2 =
2A2W/mzK ;k = 0.31 w/m14.67
68.66°
K =
7
- Diện tích bao quanh thùng sấy


_
_
2/zD™
F = nDTLm+-^-

trang 220

- D-rtb: đường kính trung bình của thùng sấy
DTÍ

DmĐồ
= Dtán
" -môn
= học

2

2

Thiết kế hệ thống sấy thùng quay

= 1.06 m

F = 7rl.06*6+2”*ỉ'06 =21.63m2 4
- Tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt
Qmt= 3.6. q. F ,( kj/h ) trang 220 [3]
Qmt = 3.6*14,27*21.63 = 1111.176 kj/h

Q M L 1111.176
qmt = —- =-----—— = 24.45 kj/kgẩm
mt
e
w 45,45
Trong hệ thống sấy thùng quây tổn thất nhiệt gồm tổn thất do vật liệu sấy mang đi và
tổn thất nhiệt tỏa ra môi trường bên ngoài:

QV + QMT = 397.06 + 24.45 = 421.51 ( kj/kg ẩm )
♦♦♦ Xây dựng qúa trinh sấy thực:
- Tính giá trị A : A = CATO - (qmt + qv ) , (KJ/kg ẩm) trang 221 [3]
A = 4.1868*23.6 - 421.51 = -322,7 (kj/kg ẩm)

Suy ra H2 < Hi đây là quá trì nh sấy không có đốt nóng không có bổ sung nhiệt,
trạng thái TNS sau quá trinh sấy thực nằm dưới đường H=Hi. trang 137 [3]

-

Nhiệt dung riêng dẫn xuất của TNS trước quá trình sấy thực

Cdx(xi) = Cpk +CpaXi 7.10 trang 130 [3]
Cpk =1,004 kJ/kgKK :nhiệt dung riêng của không khí khô
Cpa = 1,842 kJ/kgKK : nhiệt dung riêng của hơi nước
Cdx(xi) = 1.004 + 1.842*0.015 = 1.03 kJ/kgKK
-

Lượng chứa ẩm X2của TNS sau quá trình sấy thực :

= *! +

h ~A *

ĨỦ 7.32 trang 138 [3]

= 0.015 +-------1-03 *(100 - 40)-----= Q 03ố k
(2500+ 1.842 *40)+ 322.7

KK


<< ____________Bxi____________
pb2( 0.621 +76 7.34 trang 138
*0.03

Độ ẩm tương
đối trạng
Cp2
sau
trìnhtính
sấytheo công thức:
Entanpy
tháiquá
có
thể
4026A2 0
exp(l2
)(0.62l
+ x2)
= 0.76
< exp(12 thực
4026,42
235.5
t,(0.621
+ 0.036)
: B.x~
H =—
Cpkt2
+)+*X2Ì2
7.33
trangl38 [3]
235.5 + 40
I2 = 1.004*40 +0.036* (2500 + 1.84*40) = 132.81 kj/kg kk
- Lượng TNS thực tế
L=

W

7.36 trang 136 /11/ 2 ~ *0
x

L = -----------------= 2164,29 kgKK/h = 0,601 KgKK/s
0,036 - 0.015

- Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực
+ Lưu lượng thể tích ỏ trạng thái trước quá trinh sấy thực + Vi
= V1.L = 1,099*0,601 = 0,66 m3/s
+ LuU lượng thể tích của của TNS ở trạng thái sau quá trình sấy thực + v2 =

V2.L = 0,962*0,601 = 0,578 m3/s + Lưu lượng thể tích trung bình trong
quá trình sấy thực Vtb = 0,5(Vi + v2) = 0.5(0,655 +0,573) = 0,614 m3/s

- Tốc độ TNS trong quá trìng sấy thực
_V T B _ 0,619 _ , „
.
W T = —p- =
= 1,05 m/s
F T Đ 0,59
Tốc độ tác nhân sấy trong quá trình sấy thực phải thoả


:^i=V100 = /i-05-i.i5/
w0

J=

0

1.15

- Giả thiết tốc độ TNS trong quá trình sấy thực Wo = 1.15 là hợp lí
Nhiệt lượng có ích để bốc hơi 1 kg ẩm
#1 = h ~ CA

Ỉ 2 = 2500+1.842.t2 trang 215 [3]
Ĩ2 =2500+1.842*40 = 2573.68kJ/kg Ca = 4,18 ; 01 =
23,6 lấy bằng nhiệt độ t° = 23,60C ql = 2573.68 4.18*23.6 =2475.03 (kj/kg ẩm) Nhiệt do tác nhân thải
mang đi q2 :
q2=lCdx( Í2 - to) o Nhiệt dung riêng dẫn xuất
Cdx = Cpk +Cpaxl ( kJ/kgOK ) 7.10 trang 130 [3]
Cdx =1.004 + 1.842*0.015 = 1,03 kJ/kgKK o lượng
tác nhân sấy thực
q=/ (Ii-Io)
1= 3787.41 381kj /kg—
kgKK/kg
q=47.62(140.231 -60.697)
ẩm=-47.62
Vậy tổng
/

ẩm x2-xl 0.036 - 0.015

nhiệt lượng có ích và các tổn thất là q’:
q2qmt
= 47.62*1.03( 40 - 23,6 ) = 804.38 kj /kg ẩm

q’— qi + q2 + qv +
q’ = 2475.03 + 804.38
+ 397.06
+ 26.33=
3702.8 kj/kg ẩm
o Nhiệt
lượng
tiêu hao
về nguyên tắc nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’phải
bằng nhau. Ớ đây do nhiều lý do, có thể do tính toán chúng ta đã làm tròn hoặc sai số do tra đồ
thị v.v ..., mà chúng ta đã phạm phải sai số tuyệt đối AQ:

AQ = Q-Q'= 3787.41-3702.8 = 84.6 kj/kg ẩm
hay sai số tương đối: £ = —100 = — 1 0 0
Q 3787,41

= 2 ,2 %


CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
IV.l. Tính trở lực và chọn quạt
- Trở lực của lớp hạt
Tính tiêu chuẩn Re. Đường kính trung bình của hạt đường dtb=0,001m, nhiệt độ
trung bình của tác nhân sấy ttb=70°c, độ nhớt động học Ở 70°c ưa bảng phụ lục 6 [3]
V =20.02.10_6m2/s

- Hệ số thuỷ động
Hệ số Ệ

Rc=w°dii = L15*0-001 V 20.02.10“6
=
a = 5.85 + —+ Ì2L 10.20 ưang 213 [3]

ặ _ Pv Pdx py
Re A/RŨ
PY :khối lượng riêng của saccaro ,kg/m3

490
100
ữ
—
5.85
H—_
1—,
—21.96
PY =1587,9 kg/m ưang 21 kỹ nghệ sx đường mía
57.44 V57.44
3

158^2438 = 098

Khối lượng riêng dẫn xuất của hạt đường

1587.9
0,25(ƠJ
+G2)/3
- Hệ số Ci đặc tnữig cho độ chặt của
lớp hạt

P
P

0,75 * 2.V T

10.23 ưang

0.25(1500 +
1454.55)0.25

= 24.38


10.21 trang 213 [3]

- -Trỏ lực của lớp hạt khi TNS đi qua

AP = A L T W 2 PK C I

2gd

10.19 trang 213 [3]

P K : khối lượng riêng của TNS ồ 70°c,kg/m3 P K
=1.0(29 kg/m3 LT: chiều dài thùng sấy , m g: gia
tốc trọng trường ,m2/s dtb:đường kính trung bình của
hạt ,m

AP =--------------_

--------------2*9.81*0.001

21.96*6*1.152 *1.029*0.0208
= 190mmH2O

- Trồ lực của xiclon chọn APX = 20 mmH20 trang 82 [8]. Trở lực của caloriíe chọn APC =
50 rnmlkO trang 82 [8]. Tổng trở lực quạt phải khắc phục
AP T = 1,05(AP +AP X +AP C ) trang 224 [3]
AP = 1.05(190.09 + 20 + 50) = 273.09 mmH2Q = 2679 N/m2
Dựa vào lưu lượng thể tích trung bình Vtb=2010 m3/h và tổng trỏ lực quạt phải khắc
phục A p = 2679 N/m2 tra hình II.62a trang 492 [4]
Chọn quạt ly tâm áp suất cao 118-18 N°8
Số vồng quay ® = 125 rad/s
Hiệu suất n = 0,51
Tốc độ vòng của cánh guồng 53 m/s


rv.2. Tính Calorife
Ta dùng caloriíe khí hơi. Hơi nước bão hoà đi trong ống còn không khí cần sấy
nóng đi phía ngoài ống
Không khí:

ÍV2 = to = 23. 6°c
tR2 = 100°c
- Nhiệt độ trung bình của không khí cần sấy trong Calorife

^V2 + ^ R2
2
-:

23 6 100

2

=

61.8“C

Từ t2 tra bảng 6 [6] yơ2=1.054 kg/m3
^=0.029W/mK V 2 =0.000019159m2/s

P2 =1.005 kJ/kgK

C

-

Năng lượng yêu cầu của thiết bị
Q2 = L2 C P 2 ( tR2 - tv2) 14.1 trang 355 [9]
L2 : lưu lượng tác nhân sấy thực, kg/s Q2 =0.601*1.005(100 - 23.6) = 46.15 kW =
46150 w

-

Hơi nước bão hoà ngưng tụ

[

Chọn áp suất hơi nước bão hoà ngưtig tụ p = 2 atm tra bảng 1.250 trang 312

Nhiệt độ sôi bão hoà t = 120° c
Ẩn nhiệt rs = 2207kJ/ kg Lưu
lượng dòng hơi nước bão hoà
rs 2207

= QMlKgỉs

Cho khí và hơi nước chuyển động cùng
chiều


-

Hiệu nhiệt độ ỏ vị trí đầu vào Calorife
Ati = tvi -tV2 = 120 - 23.6 =96.4°c

-

Hiệu nhiệt độ ở vị trí đầu vào Calorife

At2 = tRi -tR2 = 120 - 100 =20°c
Xấp xỉ gần đúng lần một chọn nhiệt độ vách twi (nhiệt độ phía mặt trong của ống
truyền nhiệt)
Dự tính chọn chiều cao ống H = 2 m, ống bằng thép cacbon 15 (Ầ =

^l
2

=

120-^ = 95,7°c

.
54.4W/mK) ứng vớit đường
kính ngoài dn và bề dày Ổ là : 25x2 mm tập 5 trang 19 [7],
-

Nhiệt độ của màng nưđc

TM = 0.5(TS + TWI) =0.5(120+95.7) =107.85°C Từ bảng 7 thông số vật
lý của nước trang 466 [9] ứng với TM=107.85°C ta có: P M = 952.6 kg/m3
^ =0.679W/mK
VM

-

=3.29.10'2 m2/s rs =2207.103J/kg tra ở ts

Hệ số dẫn nhiệt khi hơi ngưng trên vách đứng
- Mật độ dòng nhiệt

Q X = A L {T S -T W L ) =916.68(120 - 95.7) = 22275.24 w/m2


- Nhiệt độ vách ngoài của ống truyền nhiệt tw2

s

t\v2 ~

54.4

= 94.88« c

— <7l

íw2 =95.7-22275.24

Chọn tốc độ dồng khí bên ngoài ống W2 = 10 m/s Chế độ chuyển động của không khí cần sấy

l2 :đường kính ngoài của ống truyền nhiệt,
m vz :độ nhđt động học của không khí cần
2

=

1 n * 25 1 rr3

±±}?L = 13048.698 > 2300 chảy rối
0.000019

Cho dòng khí chảy ngang bên ngoài một chùm ống, ống xếp xen
kẻ Nu 2 = 0.37 Re0’6 sạ V.51 trang 19 [4]
Do dòng lưu chất chảy vuông góc tức (pữ = 90 => £ẹ = 1 (trang 18
[4].)
NU2 = 0.37* 10348.6980’6 *1 =
109,03 - Hệ số toả nhiệt
2 9A0 2
«2 =NU2 — = 109.03

- ~ = 126.95 W/m2K 2
25.10"3

2

dn

- Mật độ dòng nhiệt

q2 = a2(tw2-tíb2) = 126.95(94.88-61.8) = 4199.46 w/m2
- Sai số

TỊ = —------^—100 =
Do tỷ số
—
phan

đ,

/22275.24-4199.46/
100 = 430.43 >5
4199.46

dn
d- 2Ổ 21-2*2

= 1.19 < 2 Hệ số dẫn nhiệt k tính theo


________1_______=____________1_____________

k=

Jl^ S_ Jl^ 1

A1+T

+

^A 2

2.10~3

1

=

916.68 + 54.4 + 126.9

Mật độ dòng nhiệt truyền cho một đợn vị diện tích bề mặt truyền nhiệt q =
k(tfi + tß) = 111.05(120 - 61.8)=6462.996 w/m2 Với :tfi = ts =120°c

-

tf2=ttb2=61,8°c
Nhiệt độ vách trong ống truyền nhiệt (tính lần hai)
twl = ts -

a
1.1=120- 6 4 6 1 ^ 6 =112.95°c

916.68

Tiến hành tính lập trên Excel ta được kết quả vđi sai số 7 = 1,6 < 5 nhận

-

twi = 115°c ; tw2 = 114.8°c ; q = 6733.06 w/m2 ; k = 115,7 w/m ; v=10m/s
Diện tích bề mặt truyền nhiệt

F =
-

Q

Mílog 11.05*48.58

-----= 85.97M 2

Số ống trong thiết bị
F
n =------ndíbH
dtb : đường kính trung bình của ống , m

J D +D,
25 + 21
dtb= —*—■—- =----22

____ 3_______

= 23 nun =23.10 3m

N = ------^- 3 ------* 595
^*23.10"3*2 ống

Quy chuẩn n = 653 ống bảng v.l 1 trang 48 tập 2
Các ống trong Calorife được bố trí theo hình sáu cạnh

-

Số ống trên một cạnh của hình sáu cạnh ngoài cùng a:
n = 3a(a-l) + l V. 139 trang 48 [4]
653 = 3a(a-l) + 1


a = 15 ống

-

Số ống trên đường chéo hình sáu cạnh đều b:
b = 2a-l V. 139 trang 48 [4] b =
2*15-1=29 ống

-

Đường kính trong của Caloriíe
D = t(29 -1) + 4dn

V.140 trang 49 [4]

dn : đường kính ngoài của ống , m t:

bước ống , m
Ta chọn bước ống t =l,4dn(l,2dn< T < 1,5D N ) trang 49 [4]
t = 1.4*25.10'3= 0.035 m D =
0.035(29-l)+4*0.025 = 1.08 m
IV.3. Thiết bị xyclon
Ph = Pn
r-kt r-»

22 4 T p

1.3 trang 5

T0Pb _ M 273Ph

0 1ktrữ ¿¿ì* 1 "r0

M : khối lượng mol khí ,kg/kmol T : nhiệt độ tuyệt đối của khí, °K
P,Po : áp suất khí ỏ điều kiện làm việc và điều kiện tiêu chuẩn đo cùng một đợn vị

Po

_ 29
273*1 _t t „ n i #_3
MPKT
= —-------------=
1.129
khối
lượng riêng
của
khí kg/m

ỏ điều kiện chuẩn (0°c và 760mmHg) ,
ĨĨ H 22.4(40 + 273)1

- Lưu lượng thể tích của dòng hổn hợp
3600P H

*

,

Ltt: khối lượng không khí khô thực tế, kgKK/h

_ 2160,25
3/
V, = ------R- ----= 0,532 m /s
JR

*

3600*1,129

Chọn xyclon của viện VTI tra bảng 4.1 trang 188 [10] cho trước các thông số
sau: