Đồ án: Thiết kế sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
PHẦN 1: MỞ ĐẦU
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất và đời
sống. Trong công nghiệp như chế biến nông – hải sản, chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xây
dựng… kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Trong nông
nghiệp, sấy là một trong những công đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch… Sản
phẩm sau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế
biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Ở Đồ án môn học này, em xin trình bày về
quy trình công nghệ và thiết bị sấy thùng quay để sấy đậu xanh nguyên hạt, năng suất 1 tấn/h
theo sản phẩm.

I.

SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU

- Đậu xanh, còn gọi là lục đậu, boubour, haricotdore, green bean. Tên khoa học:
Phaseolus aureus Roxb., Vigna aurea Roxb. Thuộc họ đậu Fabaceae (Papilonaceae). Mô tả
cây: cây thảo, mọc đứng, ít phân nhánh, cao 0,6m , lá có 3 lá chét, lá chét hình trái xoan, ba
cạnh, màu lục sẫm, có lông nháp. Hoa màu vàng hoặc lục, rất dày đặc, xếp thành chùm ở
nách, quả nằm ngang hình trụ, có lông rồi nhẵn, có đầu nhọn ngắn. Hạt 10–15, phân cách
nhau bởi các vách, màu lục, bóng.
- Đậu xanh, cùng với đậu nành, đậu đen, đậu trắng, đậu Hà Lan.. đều được xếp vào
hàng họ đậu. Đặc điểm chung của chúng là chứa nhiều protein (25 –50%). Do ở rễ của cây họ
đậu có các nốt sần, ở đó các vi khuẩn cộng sinh phát triển, có khả năng lấy Nitơ từ không khí
nên không những cung cấp đủ Nitơ cho cây mà còn làm cho đất đai thêm màu mỡ bằng
nguồn Nitơ thừa thải ra.
- Về mặt cấu tạo, họ đậu thuộc các hạt họ hòa thảo. Chúng không có nội nhũ, nội nhũ
của chúng bị mất trong quá trình hình thành hạt. Cấu tạo chủ yếu của họ đậu gồm 3 phần: vỏ,
tử diệp (lá mầm) và phôi (mộng).
- Thành phần hóa học của hạt đậu xanh: hạt đậu xanh có trung bình:
13,7% nước

2,4% lipid
4,6% xenluloza
23% protit
52% glucid
- Mỗi 100g đậu xanh cung cấp cho cơ thể:
329 calo
62,7 mgCa
369,5 mgP
4,75% Fe
0,06mg% caroten
0,71mg% vitB1
0,15mg% vitB2
2,4mg% vitPP
4mg% vitC
- Đậu xanh được trồng ở khắp nước ta, lấy hạt chủ yếu làm thực phẩm, thường được
chế biến ngay thành thức ăn. Đậu xanh, ngoài protid còn có nhiều glucid, chủ yếu là tinh bột,
và ít lipid. Thành phần protein của nó chứa đầy đủ các acid amin không thay thế. Tinh bột
đậu xanh có tỷ lệ amyloza tương đối rất cao (45 – 50%), được dùng nhiều để chế biến miến,
làm bánh kẹo …
- Vấn đề bảo quản đậu xanh cũng như các nguyên liệu họ đậu nói chung là khó, vì đậu
là môi trường rất thích hợp cho các loại sâu mọt phá hoại. Mặt khác, nếu điều kiện bảo quản
không tốt như nhiệt độ, độ ẩm cao, đậu sẽ bị “sượng” (hóa già) làm giảm chất lượng đậu.
Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượng ban đầu tốt, không sâu mọt và có độ ẩm an
toàn. Vì vậy, quá trình phơi, sấy hạt sau khi thu hoạch có vai trò rất quan trọng trong bảo
quản, chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt.

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 1

Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

II.

QUY TRÌNH SẤY ĐẬU XANH HẠT
Đậu xanh
Thu hoạch
Phơi (sấy sơ bộ)
Đập, tách hạt
Làm sạch

Vỏ
Tạp chất

Phân loại
Sấy
Làm nguội
Kiểm tra cỡ hạt
Đóng gói

Thành phẩm
Đậu được thu hoạch từ đồng ruộng, người ta chặt cây và nhặt đậu ra. Khi mới thu hoạch từ
ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình 20 – 25%. Đối với đậu xanh thu hoạch cả vỏ
thì phải phơi, sấy sơ bộ tới độ khô nhất định mới tách, lấy hạt khỏi vỏ thuận lợi. Việc đập và
tách hạt đậu ra khỏi quả có thể làm bằng máy hoặc bằng tay. Sau đó tiến hành làm sạch, tách
những tạp chất trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi, đá, mảnh kim loại… lẫn vào hạt
khi thu hoạch, tách hạt…. Có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ (cỏ, rác, cành, lá…)
lớn hơn hạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớp dưới cùng là đất, cát, rác vụn nhỏ hơn hạt.
Sau khi có khối đậu sạch thì tiến hành lấy mẫu đo độ ẩm bằng máy đo độ ẩm để xác định độ

ẩm ban đầu. Tiếp theo, người ta phân loại đậu theo loại 1, 2, 3… theo kích cỡ, có thể dùng
sàng với các lớp lưới có đường kính lỗ khác nhau. Sau khi phân loại, tiến hành sấy theo từng
loại đậu. Sau thời gian sấy phải kiểm tra lại độ ẩm, độ ẩm thành phẩm đạt 14% thì quá trình
sấy kết thúc. Sau khi sấy, đậu được làm nguội tự nhiên hoặc có quạt thổi để giảm nóng, tránh
dùng không khí có độ ẩm cao để thông gió sẽ làm tăng độ ẩm hạt. Tiếp theo, khối đậu được
kiểm tra lại cỡ hạt để loại bỏ những hạt lép, hỏng sau khi sấy. Có thể dùng sàng để phân loại
hạt. Cuối cùng, đậu được đóng gói theo yêu cầu thị trường: 50 kg, 25 kg, 10 kg, 5 kg, 1kg.
Sản phẩm đậu xanh nguyên hạt.

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 2


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

III.

PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH SẤY

- Muốn bảo quản lương thực hoặc chế biến sản phẩm có chất lượng cao, các loại hạt
cần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quản hoặc chế biến. Để thực hiện quá trình sấy có thể sử
dụng nhiều hệ thống sấy như buồng sấy, hầm sâùy, tháp sấy, thùng sấy… Mỗi hệ thống có
những ưu, khuyết điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau. Chế độ sấy có ảnh hưởng rất lớn đến
chất lượng sản phẩm vì sấy là một quá trình trao đổi nhiệt – chất phức tạp và làm thay đổi
không những cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học của nguyên liệu.
- Để sấy đậu xanh là nông sản dạng hạt, người ta thường dùng thiết bị sấy tháp hoặc
sấy thùng quay. Ở Đồ án môn học này, em chọn thiết bị sấy thùng quay, là thiết bị chuyên
dùng để sấy vật liệu dạng hạt, cục nhỏ và được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch.
Trong thiết bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy ở trạng thái xáo trộn và trao đổi nhiệt đối lưu

với tác nhân sấy. Trong quá trình sấy, hạt được đảo trộn mạnh và tiếp xúc tốt với tác nhân sấy
nên tốc độ sấy nhanh và hạt được sấy đều. Hệ thống sấy thùng quay có thể làm việc liên tục
với năng suất lớn.
- Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khói lò. Quá
trình sấy đậu xanh hạt dùng làm thức ăn đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh cho sản phẩm, nên ở
đây em chọn tác nhân sấy là không khí, được làm nóng trong caloriphe, nhiệt cung cấp cho
không khí trong caloriphe là từ quá trình ngưng tụ hơi nước bão hòa. Nhiệt độ tác nhân sấy
được chọn phụ thuộc vào bản chất của hạt. Có loại hạt sấy ở nhiệt độ cao vẫn giữ được tính
chất vật lý, sinh lý và công nghệ, nhưng có loại không cho phép sấy ở nhiệt độ cao. Đối với
đậu xanh là loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, với nhiệt độ không
khí sấy từ 40 – 55oC 1. Do đó, em chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào thùng sấy là 55oC, chế
độ sấy cùng chiều.
- Quá trình hoạt động của hệ thống:
Đậu xanh có độ ẩm ban đầu 20% được chuyển vào thùng sấy bằng băng tải và di
chuyển trong thùng sấy cùng chiều với tác nhân, với độ chứa đầy 18%. Thùng sấy hình trụ
tròn, đặt nghiêng 1,7o so với mặt phẳng ngang, trên hệ thống con lăn đỡ và con lăn chặn. Tốc
độ quay thùng là 1 vòng/phút. Hệ thống truyền động cho thùng quay gồm bánh răng vòng lắp
trên vỏ thùng, động cơ truyền động và hộp giảm tốc. Bên trong thùng có gắn các cánh nâng
dọc theo đường sinh của thùng để nâng và đảo vật liệu, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa vật
liệu và tác nhân sấy, tăng bề mặt trao đổi nhiệt giúp đẩy nhanh quá trình sấy. Ở đầu nhập liệu
của thùng, cánh nâng được bố trí xoắn đóng vai trò như cơ cấu hướng dòng cho vật liệu sấy
đi vào thùng. Khi thùng quay, hạt được mang lên cao tới góc rơi rồi đổ xuống, trong lúc đó
tác nhân sấy nóng 55oC, được quạt hút vận chuyển đi với vận tốc 2,6 m/s, thổi qua, trao đổi
nhiệt ẩm và làm khô hạt. Nhờ độ nghiêng của thùng mà hạt sẽ được vận chuyển dần ra phía
tháo liệu. Thời gian lưu của vật liệu trong thùng sấy là 0,8 giờ. Kết thúc quá trình sấy, đậu
xanh có độ ẩm 14%, được dẫn ra ngoài bằng băng tải, đưa vào hệ thống đóng bao. Không khí
nóng được đưa qua xyclon để lắng bụi rồi thải ra ngoài.

1

Theo Đoàn Dụ, Bùi Duy Hân, Võ Văn Mân, Lò sấy thủ công, NXB KHKT, Hà Nội, 1971.

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 3


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

Hình 1: Một số hệ thống sấy thùng quay

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY
Vật liệu sấy là đậu xanh nguyên hạt có các thông số cơ bản như sau:
 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (theo nguyên liệu ẩm):
1 = 20% = 0,2
 Độ ẩm cuối của vật liệu sấy (theo nguyên liệu ẩm):
2 = 14% = 0,14
 Độ xốp của khối hạt vật liệu (lấy theo hạt đậu nành): [11]


Khối lượng riêng của hạt vật liệu: [5]

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 4


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
r = 1000  1400 kg/m3


Khối lượng riêng thể tích của vật liệu:

  1



v
r



v   r (1   )  560  784

kg/m3

Chọn v = 650 kg/m3
Nhiệt dung riêng của vật liệu khô: [6]
Cvk = 1,2  1,7 kJ/kg.oK




I.

Chọn Cvk = 1,5 kJ/kg.oK
Đường kính trung bình của hạt vật liệu:
Năng suất (theo sản phẩm):

d = 5 mm = 0,005m

G2 = 1000 kg/h.

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

1. Tính các thông số của tác nhân sấy:
1.1.

Các công thức sử dụng: [1], [10]

Dùng tác nhân sấy là không khí.
- Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:


4026,42
pb  exp12 

235,5  t o C

-

,bar

(CT 2.31, [10])

Độ chứa ẩm:

x  0,621

-






 . pb
B   . pb

,kg/kgkk (CT 2.18, [10])

với: . B: áp suất khí trời, B = 1at = 0,981 bar
Enthapy của không khí ẩm:

I  C pk .t  x ( r  C pa .t )  1,004.t  x (2500  1,842.t )

,kJ/kgkk

(CT 2.25, [10])

-

với: . Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 kJ/kgoK
. Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 kJ/kgoK
. r : ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r =2500 kJ/kg
Thể tích riêng của không khí ẩm:

v

-

RT
288.T

M ( B   . pb ) B   . pb

,m3/kgkk

(CT VII.8, [1])

với: . R: hằng số khí, R =8314 J/kmol.độ
. M: khối lượng không khí, M = 29 kg/kmol
. B, pb: áp suất khí trời và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong
không khí, N/m2
Lưu lượng không khí ẩm:
V = v.L

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

,m3/kg
Trang 5


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

-

với: . L : lưu lượng không khí khô, kg/h
. v : thể tìch riêng của không khí ẩm, m3/h
Khối lượng riêng của không khí ẩm:

k 

 oTo 

1 


T

0,378. . pb
B





,kg/m3

(CT 1.11, [8])

trong đó: . o = 1,293 kg/m3: khối lượng riêng không khí khô ở điều kiện chuẩn
.
To = 273oK : nhiệt độ không khí ở điều kiện chuẩn.
1.2.

Tính các thông số của tác nhân sấy:

- Trạng thái không khí ngoài trời: được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặp
thông số (to, o).
Do vật liệu sấy là đậu xanh có thể được trồng và thu hoạch nhiều vụ trong một năm,

tuy nhiên tính theo mùa mưa, ít nắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanh năm. Vì vậy, ta chọn
trạng thái A theo giá trị trung bình vào tháng 9 ở Thành phố Hồ Chí Minh: [1]
A: to = 27 oC
o = 84%


4026,42
pbo  exp12 
235,5  t o

x o  0,621

 o . pb o

B   o . pb o


4026,42 

  exp12 
  0,0355 (bar)
235,5  27 



 0,621

0,84.0,0355
 0,0194 (kg/kgkk)
0,981 0,84.0,0355

I o  1,004.t o  x o (2500 1,842.t o )
 1,004.27  0,0194.(2500 1,842.27)  76,7213 (kJ/kgkk)
vo 

288.To
288(27  273)

 0,9083 (m3/kgkk)
B   o . pbo 0,981.105  0,84.0,0355.105

- Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (x1= xo) đến
trạng thái B (x1, t1). Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy.
Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chất của vật liệu
sấy và chế độ công nghệ quy định. Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấp hơn
nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh. Do đậu xanh là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ
ẩm của vật liệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp bề mặt
của hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong
lòng vật liệu ra ngoài.
Quy tắc sấy đối với loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, ví dụ
như sấy một số loại đậu hạt chứa nhiều đạm thì nhiệt độ không khí sấy từ 40 – 55oC.
Do đó, chọn điểm B: t1 = 55oC
x1 = xo = 0,0194 (kg/kgkk)


4026,42 
4026,42 

  exp12 
pb1  exp12 

  0,1556 (bar)
235,5  t 1 
235,5  55 


x 1.B
 1 . pb 1


1
x 1  0,621

pb1 (0,621 x 1 )
B   .p
1

b1


SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

0,0194.0,981
 0,1915
0,1556.(0,621 0,0194)
Trang 6


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

I 1  1,004.t 1  x 1 (2500  1,842.t 1 )

 1,004.55  0,0194.(2500  1,842.55)  105,8369 (kJ/kgkk)
v1 

288.T1
288(55  273)

 0,9931 (m3/kgkk)
5
5
B   1. pb1 0,981.10  0,1915.0,1556.10

- Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy lý
thuyết (I1 = I2). Trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C (t2, 2).
Nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị 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, độ chứa 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 I2 = I1 = 105,8369 kJ/kgkk
 tđs ≈ 31oC
 = 100%
Chọn t2 = 35oC.


4026,42 
4026,42 

  exp12 
pb2  exp12 
  0,0558 (bar)
235,5  t 2 

235,5  35 


I 2  1,004.t 2  x 2 (2500  1,842.t 2 )
 x2 

-

I 2  1,004.t 2
105,8369  1,004.35

 0,0290 (kg/kgkk)
2500  1,842.t 2
2500  1,842.35

2 

x 2 .B
0,0290.0,981

 0,7844
pb2 (0,621 x 2 ) 0,0558.(0,621 0,0290)

v2 

288.T 2
288(35  273)

 0,9465 (m3/kgkk)
5

5
B   2 . pb2 0,981.10  0,7844.0,0558.10

So sánh x2 với độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy:

Bảng 1: Hàm ẩm cân bằng cb của vật liệu sấy (với vật liệu sấy là đậu nành): [5], [9]
(kg ẩm/kg chất khô)
toC
30
20

20
0,054

30
0,0563
0,065

40
0,06
0,071

Độ ẩm không khí, %
50
60
70
0,068
0,0846
0,103
0,08

0,095
0,116

80
0,142
0,153

90
0,199
0,209

100
0,304
-

Ta thấy, tại điểm C (t2 = 35oC,  2 = 78,4%), hàm ẩm cân bằng của vật liệu sấy
0,128 (kg/kg)  Độ chứa ẩm của không khí x2 < cb, vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.
- Tóm lại, trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:

cb

Bảng 2 : Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:
Đại lượng
t (oC)
 (đơn vị)
x (kg/kgkk)

Trạng thái không khí Trạng thái không khí vào
ban đầu (A)
thiết bị sấy (B)

27
55
0,84
0,1915
0,0194
0,0194

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trạng thái không khí ra
khỏi thiết bị sấy (C)
35
0,7844
0,0290
Trang 7




Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
I (kJ/kgkk)
pb (bar)
v (m3/kgkk)

76,7213
0,0355
0,9083

105,8369
0,1556

0,9931

105,8369
0,0558
0,9465

2. Tính cân bằng vật chất: [8]
-

-

-

II.

Năng suất thiết bị sấy theo nhập liệu:
1 2
1  0,14
G1  G 2 .
 1000.
 1075
1  1
1  0,2
Lượng ẩm cần tách:
W = G1 – G2 = 1075 – 1000 = 75 (kg/h)
Lượng tác nhân khô cần thiết:
W
75
L


 7837,742
x 2  x 1 0,029  0,0194

(kg/h)

(kg/h)

Lượng tác nhân tiêu hao riêng:
L
1
1
l 


 104,503 (kgkk/kg ẩm)
W x 2  x 1 0,029  0,0194
TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG [10]

Quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng, QBS = 0
Thiết bị sấy thùng quay không có thiết bị chuyển tải, QCT = 0
- Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:
 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L(I1 – Io)
 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 – Io)
 Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: QBC
 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.Cv2.tV2
Với:
o

-

tv1 : nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường:
tv1 = to = 27oC
o tv2 : nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy:
tv2 = t2 – (5 10oC) = 35 – 5 = 30oC
o Cv1 = Cv2 = Cv : nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy
là như nhau. Ở đây, Cv là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm 2:
Cv = Cvk(1- 2) + Ca. 2
,kJ/kgoK ä
Ca: nhiệt dung riêng của ẩm.
Với ẩm là nước thì: Ca = Cn = 4,18 kJ/kgoK
 Cv = Cvk(1- 2) + Ca. 2
= 1,5.(1 - 0,14) + 4,18.0,14
= 1,8752 (kJ/kgoK)
Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy:

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 8


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
L(I2 – I1) + [(G1 - W)Cv1 + WCa].tv1 = L(I2 – Io) + QBC + G2.Cv2.tV2
Đặt: Qv = G2Cv(tv2 – tv1) : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi.
Mặt khác: G2 = G1 – W
Cv1 = Cv2 = Cv
- Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:
Q = L(I1 – Io) = L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv1
- Nhiệt lượng tiêu hao riêng (cho 1kg ẩm cần bốc hơi):

q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1
trong đó:
Q
Q
G C (t  t )
;
q BC  BC
qv  v  2 v v 2 v 1
W
W
W
 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:
Qv = G2Cv(tv2 – tv1) = 1000.1,8752.(30 – 27) = 5625,6 (kJ/h)
Q
5625,6
qv  v 
 75,008 (kJ/kg ẩm)
W
75
 Nhiệt do ẩm trong vật liệu đưa vào:
WCatv1 = 75.4,18.27 = 8464,5 (kJ/h)
Ca.tv1 = 4,18.27 = 112,86 (kJ/kg ẩm)
 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che:
QBC = (0,03  0,05).Qhi
[14]
Qhi : nhiệt hữu ích, là nhiệt cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu:
Qhi = W.[rtv1 + Ca(t2 – tv1)]
[8]
với:
o rtv1 : ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào, rtv1 =

2500 kJ/kg
o Ca : nhiệt dung riêng của ẩm.
Với ẩm là hơi nước thì: Ca = Cpa = 1,842 kJ/kgoK
 Qhi = 75.[2500 + 1,842.(35 – 27)] = 188605,2 (kJ/h)
 QBC = 0,03.Qhi
= 0,03.188605,2 = 5658,156 (kJ/h)
Q
5658,156
q BC  BC 
 75,4421 (kJ/kg ẩm)
W
75
- Đặt:
Catv1 – qBC – qv : 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.
 Với quá trình sấy lý thuyết:
=0
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:
Q = L(I2 – Io)
= 7837,742.(105,8369 – 76,7213) = 228200,399 (kJ/h)
q = l(I2 – Io)
= 104,503.(105,8369 – 76,7213) = 3042,672 (kJ/kg ẩm)
 Với quá trình sấy thực tế:
≠0

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 9

Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
= Catv1 – qBC – qv
= 112,86 – 75,4421 – 75,008 = -37,5901 (kJ/kg ẩm)
< 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)
Từ đó ta xác định lại các tính chất của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy:

I2 Ií 
l
Tuy nhiên vì l chưa biết nên ta xác định độ chứa ẩm x2 trước thông qua t2 đã biết:
C pk (t 1  t 2 )  x o (i í  )
x2 
(i 2  )




C pk (t 1  t 2 )  x o [( r  C pat 1 )  ]
[( r  C pat 2 )  ]
1,004(55  35)  0,0194.[( 2500  1,842.55)  (37,5901)]
 0,0274 (kg/kgkk)
[( 2500  1,842.35)  (37,5901)]

I 2  1,004.t 2  x 2 (2500  1,842.t 2 )
 1,004.35  0,0274(2500  1,842.35)  105,5365 (kJ/kgkk)

4026,42 
4026,42 


  exp12 
pb2  exp12 
  0,0558 (bar)
235,5  t 2 
235,5  35 



-

2 

x 2 .B
0,0290.0,981

 0,7436
pb2 (0,621 x 2 ) 0,0558.(0,621 0,0274)

v2 

288.T 2
288(35  273)

 0,9442 (m3/kgkk)
5
5
B   2 . pb2 0,981.10  0,7436.0,0558.10

Tóm lại, trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế:

Bảng 3: Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực:

Đại lượng
t (oC)
 (đơn vị)
x (kg/kgkk)
I (kJ/kgkk)
pb (bar)
v (m3/kgkk)

Trạng thái không khí Trạng thái không khí vào
ban đầu (A)
thiết bị sấy (B)
27
55
0,84
0,1915
0,0194
0,0194
76,7213
105,8369
0,0355
0,1556
0,9083
0,9931

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trạng thái không khí ra
khỏi thiết bị sấy (C’)

35
0,7436
0,0274
105,5365
0,0558
0,9442

Trang 10


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
Hình 2: Đồ thị I – d không khí ẩm
-

Lượng tác nhân khô cần thiết:
W
75
L

 9383,8531
x 2  x 1 0,0274 0,0194

(kg/h)

Lượng tác nhân tiêu hao riêng:
L
1
1
l 



 125,1180 (kg/kg ẩm)
W x 2  x 1 0,0274 0,0194
-

Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
Q = L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv1
= 9383,8531.(105,5365-76,7214) + 5658,156 + 5625,6 – 8464,5
= 273216,3084 (kJ/h)
Lượng nhiệt cung cấp riêng:
Q
q
 3642,8841 (kJ/kg ẩm)
W
Hiệu suất sấy:
Q
188605,2
  hi 
 0,69
Q
273216,3084

-

III.

TÍNH THỜI GIAN SẤY [8]

1. Tính cường độ sấy:
-

-

Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy:
t t
55  35
tk  1 2 
 45 (oC)
2
2
Độ ẩm trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy:
   2 0,1915 0,7436
k  1

 0,4675
2
2
Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong tác nhân sấy:

-

4026,42 
4026,42 


pb  exp12 
  exp12 
  0,0949 (bar)
235,5  t 
235,5  45 



Khối lượng riêng của tác nhân:

-

0,378. . pb 
1 

T 
B

1,293.273 
0,378.0,4675.0,0949

1 
  1,0910
(45  273) 
0,981


k 

-

 oTo 

(kg/m3)

Chọn các thông số để tính cường độ sấy:

Bảng 4 : Các thông số chọn để tính cường độ sấy:

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 11


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

STT

Đại lượng

1

Tốc độ trung bình của
tác nhân trong thùng
sấy
Số vòng quay của
thùng
Hệ số chứa đầy của vật
liệu trong thùng

2
3

Ký
hiệu
vk

Đơn
vị
m/s

23

Tài liệu
tham khảo
[1]

n

v/ph

18

[8]

1

phần
đơn vị

Đối với thùng có
cánh nâng,
= 0,18
1,15  3,82
(1/15  1/50 rad)
24  32 (đối với đậu
nành)

[8]

0,18

[8]

1,7

Chọn
2,6

4

Góc nghiêng của thùng

5

Góc nghiêng tự nhiên
độ
[12]
27

của vật liệu
Đường kính trung bình
d
m
0,005
hạt vật liệu
Khối lượng riêng thể

kg/m3
[5], [12]
650
v
560  784
tích vật liệu
Số cánh trong thùng
Z
cánh
8
Khi sử dụng dạng cánh nâng thì các thông số đặc trưng của cấu trúc dạng cánh: [8]
Fc
h
;
 0,576
 0,122
DT
DT2

6
7
8

độ

Khoảng giới hạn

với: . h : chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu, m
. DT : đường kính trong của thùng sấy, m
. Fc : bề mặt chứa vật liệu của cánh, m2

- Cường độ bay hơi thể tích A xác định theo công thức thực nghiệm đối với vật liệu
dạng hạt:

A  3,03.

 k .v k
d

.n.B

0,5

tg  W 2 

. 
.
tg W h max 

0,65

,kg/m3h

trong đó:


B : yếu tố cấu trúc của thùng quay



F 

h
B   c .Z .
 0,122.8. 0,576  0,7407
D2 
D
T
 T 
Whmax : độ hút ẩm cực đại của vật liệu.
W2
Theo [8], trường hợp nếu W2  Whmax thì lấy
1
W h max
Whmax được xác định theo công thức:

1
1

W
W h max
B  cb
ln 

1
1

 B ln 

W cb W h max
với: . Wcb : độ ẩm cân bằng của vật liệu, %
. B : hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ.

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 12


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
Vì  < 1  ln  < 0

 để B > 0 thì

1
1

W cb W h max

 Wcb > Whmax
(1)
Mà quá trình sấy ở đây có độ ẩm cuối (W2 = 14%) > độ ẩm cân bằng (Wcb =
12,8%): W2 > Wcb
(2)
(1), (2)  W2  Whmax
W2
Vậy ta lấy
 1 trong công thức tính A.
W h max
 A  3,03.

1,091.2,6
0,005

.1.0,74070,5 . 0,18.

tg1,7
.1  10,7123 (kg/m3h)
tg 27

2. Tính thời gian sấy:


2v . .(W1  W 2 )
2.650.0,18.(20  14)

 0,79 (h)
A [ 200  (W1  W 2 )] 10,7123.[ 200  (20  14)]

= 47,37 (ph)

IV.

TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH [8]

1. Tính kích thước thùng quay:
-

Thể tích thùng sấy:
W
75
VT 

 7,0013 (m3)

A 10,7123

-

Chọn đường kính thùng, theo tiêu chuẩn: DT = 1,2m
Chiều dài thùng:
4V
4.7,0013
LT  T 
 6,1905 (m)
DT2
 .1,22
Chọn LT = 6,5m



LT
6,1905

 5,42
DT
1,2

 thỏa điều kiện

LT
 48
DT

Khi đó, thể tích của thùng sấy:

VT 

DT2
4

.L 

 .1,22
4

.6,5  7,3513(m3)

2. Thời gian lưu:
Thời gian mà vật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vật liệu đi hết chiều dài thùng):
V  .v 7,3513.0,18.650
1  T

 0,80 (h) = 48,01 (ph)
G1
1075

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 13


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

 thỏa điều kiện 1  

3. Kiểm tra tốc độ quay của thùng:
n 

m.k 1.LT
 1.DT .tg

,vg/ph

trong đó: . k1 : hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu.
Trường hợp sấy xuôi chiều: k1 = 0,2  0,7  Chọn k1 = 0,5
. m : hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng.
Đối với cánh nâng, m = 0,5
m.k 1.LT
0,5.0,5.6,5
 n 

 0,9504 (vg/ph)
 1.DT .tg 48,01.1,2.tg1,7
Sai số so với giá trị chọn:
n  n
1  0,9504

.100% 
.100%  4,96%
n
1
 chọn n = 1 vg/ph là hợp lý.

4. Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy:

Bảng 5: Lưu lượng và khối lượng riêng không khí sấy tại các điểm của quá trình sấy
thực:
Đại
lượng

Ký hiệu –
Đơn vị

Trạng thái
không khí ban
đầu – A
(trạng thái 1)

Nhiệt độ

t (oC)

27

55

35

0,84

0,1915

0,7436

8523,6411

2,3677

9319,1810
2,5887

8860,1435
2,4612

1,1631

1,0638

1,1277

Độ ẩm
Lưu
lượng
Khối
lượng
riêng
-

-

 (đơn
vị)
V (m3/h)
V (m3/s)
(kg/m3)

Trạng thái không khí
ra khỏi thiết bị sấy C’ (trạng thái 3)

Ghi
chú
Bảng
3
Bảng
3

Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:
V  V 2 9319,181 8860,144
V  1

 9089,6622(m3/h)
2
2
= 2,5249 (m3/s)
Tiết diện chảy của tác nhân:

F  (1   ).FT  (1   )
-

Trạng thái không
khí vào thiết bị
sấy – B
(trạng thái 2)

DT2
4

 (1  0,18)

 .1,22
4

 0,9274(m2)

Vận tốc tác nhân sấy:
V 2,5249
v k  
 2,7226 (m/s)
F 0,9274

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 14


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
-

Sai số so với vận tốc chọn:
v  v k
2,7226  2,6
 k
.100% 
.100%  4,50%
v k
2,7226

 chọn vk = 2,6 m/s là hợp lý.

5. Tính bề dày cách nhiệt của thùng:
Máy sấy có thể có hay không có bọc lớp cách nhiệt. Để tránh nhiệt trong máy sấy mất
mát nhiều và để đảm bảo nhiệt dộ bên ngoài máy sấy có thể cho phép công nhân làm việc bên
cạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy.
5.1.

Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng
1:

Bảng 6 : Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:
STT

Thông số

Kí hiệu

Đơn vị

1
2
3
4
5

Vận tốc
Nhiệt độ trung bình
Hệ số dẫn nhiệt
Độ nhớt

Khối lượng riêng

vk
tk
k
k
k

m/s
o
C
W/m.oK
Ns/m2
kg/m3

6

Độ nhớt động

k

m2/s

-

Nguồn
– Công thức
(III.1)
(III.1)
Bảng 30, [3]

Bảng I.114, [1]
(III.1)

k 

k
k

Giá trị
2,6
45
0,02755
1,9314.10-5
1,0910
1,7702.10-5

Chế độ chảy của tác nhân sấy trong thiết bị:
Chuẩn số Reynolds:
v D
2,6.1,2
Re  k T 
 1,7625.105
5
k
1,7702.10

Re > 104  dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy. Quá trình truyền nhiệt trong thùng
xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy rối, là quá trình truyền nhiệt
do sự trộn lẫn của các lớp lưu chất trong và ngoài xa trục của dòng chảy. Có thể bỏ qua sự
truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên. [2]

Vậy quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đối
L
 50 .
lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống có
D
- Chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,018. l.Re0,8
(CT 3.32, [3])

L

trong đó:  l  f  Re, 
D

Với: Re = 1,76.105
 l = 1,135
(Bảng II-2, [2])
L
 5,42
D
 Nu = 0,018.1,135.(1,7625.105)0,8 = 321,4382
- Hệ số cấp nhiệt 1:

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 15


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

1 
5.2.

Nu . k 321,4382.0,02755

 7,380 (W/m2.K)
DT
1,2
Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung
quanh 2:

Quá trình truyền nhiệt từ thành ngoài của thiết bị sấy đến môi trường xung quanh là
quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên và do bức xạ nhiệt.
 Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên ’2 :
- Do thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng
= 1,7o nên việc xác định hệ số cấp
nhiệt do đối lưu tự nhiên xem như là xác định hệ số cấp nhiệt của ống nằm ngang khi không
khí có thể tích lớn chuyển động tự do. Theo [3], đối với 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 lấy theo
nhiệt độ trung bình của không khí môi trường.
Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:
STT

Thông số

1
2
3
4
5

6

Kí hiệu

Nhiệt độ
Hệ số dẫn nhiệt
Độ nhớt
Áp suất hơi bão hòa
Khối lượng riêng
Độ nhớt động

Đơn vị
o

to
o
o
pb
o
o

C
W/m.oK
Ns/m2
bar
kg/m3
m2/s

Nguồn
– Công thức

(II)
Bảng 30, [3]
Bảng I.114, [1]
(II)
CT1.11, [8]

k 

k
k

Giá trị
27
0,02629
1,8464.10-5
0,0355
1,1631
1,5875.10-5

- Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng (phía tiếp xúc với không khí): tw4 = 35oC  là
nhiệt độ thích hợp để nhiệt từ tác nhân sấy sau khi truyền qua vách thùng và lớp cách nhiệt
đến phía thành ngoài của thùng thì không còn quá nóng, an toàn cho người làm việc.
- Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem như nhiệt độ không đổi khi truyền qua bề
dày thân thùng và lớp bảo vệ. Sơ đồ truyền nhiệt:

1 : bề dày thân thùng
2 : bề dày lớp cách nhiệt
3 : bề dày lớp bảo vệ

tk

tw1

tw4

to

1
2 3
Hình 3: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng
-

Chọn các bề dày của thùng:

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 16


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
Bảng 8: Các bề dày thùng và vật liệu:
STT

Đại lượng

1

Bề dày thùng
Bề dày lớp cách nhiệt

2

Ký hiệu Giá trị chọn (m)
1

0,008

2

0,001

-

-

Gr 

-

CT3
Bông thủy
tinh
CT3

0,001
3
Đường kính ngoài của thùng sấy:
Dng = DT + 2.( 1 + 2 + 3)
= 1,2 + 2.(0,008 + 0,001 + 0,001) = 1,22 (m)
Chuẩn số Grashof: [2]

Bề dày lớp bảo vệ

3

Vật liệu

3
g .D ng
. .T

 o2



3
g .D ng
.T

 o2T



Hệ số dẫn nhiệt
 (W/mK)
50
0,05
50

3
g .D ng

.(t w 4  t o )

 o2 (t o  273)

9,81.1,223.(35  27)
 1,8849.109
5 2
(1,5875.10 ) .(27  273)

Chuẩn số Nusselt: [1]
Nu = 0,47. Gr0,25 = 0,47. (1,8849.109)0,25 = 97,9312
Hệ số cấp nhiệt ’2 :
Nu .o 97,9312.0,0263
 2 

 2,1103 (W/m2K)
D ng
1,22


Hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt

’’2 : [1]

 T  4  T  4 
 1    2  
 100
 100 
Qbx


 2 
 5,7. 12 .
F (T1  T 2 )
(T1  T 2 )

,W/m2K
(CT V.135, [1])

trong đó: . Qbx : nhiệt trao đổi do bức xạ, W
. F : bề mặt bức xạ, m2
. T1 : nhiệt độ của vật thể nóng, oK , T1 = Tw4
. T2 : nhiệt độ của vật thể nguội, là nhiệt độ không khí bao quanh thùng,
o
K , T2 = To
.
: độ đen của hệ.
Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn
bề mặt vật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể:
1-2 ≈
1 = 0,8  1
 Chọn e1-2 = 0,8.

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 17


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

 T  4  T  4 

 1    2  
 100
 100 
Qbx



 5,7. 12 .
 2 
F (T1  T 2 )
(T1  T 2 )
 35  273 4  27  273 4 

 
 
 100 
 100  
 5,7.0,8.
 5,4456 (W/m2.K)
(35  27)


Hệ số cấp nhiệt chung
 2   2   2

2

: [1]
(CT V.134, [1])

 2,1103  5,4456  7,5560 (W/m2.K)
5.3.Hệ số truyền nhiệt K: [3]
- Hệ số truyền nhiệt K đối với tường hình ống có chiều dày không dày lắm so với
đường kính, khi bỏ qua nhiệt trở của lớp cáu:
1
K 
3

1
1
 i 

1



i 1

i

2

1
 3,4718
(W/m2.K)
1
0,008 0,001 0,001
1





7,3797
50
0,05
50
7,5560

5.4.Tính bề mặt truyền nhiệt F: [14]
-

thùng:

Đường kính trung bình của máy sấy:
D T  D ng 1,2  1,219
D tb 

 1,21 (m)
2
2
Bề mặt truyền nhiệt: gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặt đầu của
F   .D tb .L T  2.

 .D tb2

4
 .1,212
  .1,21.6,5  2.
 27,0084
4

5.5.
-

-

-

(m2)

Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí
bên ngoài ttb: [14]

Gọi: . t1đ, t1c : nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy khi đi qua thùng sấy
tđ1 = t1 = 55oC
tc1 = t2 = 35oC
.
t2đ, t2c : nhiệt độ môi trường xung quanh, t2đ = t2c = to = 27oC
Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy:
tđ = t1đ – t2đ = 55 – 27 = 28 (oC)
tc = t1c – t2c = 35 – 27 = 8 (oC)
Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài:

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 18


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

t tb 

5.6.

t ñ  t c 28  8

 15,9647 (oC)
t ñ
28
ln
ln
8
t c
Tính lượng nhiệt mất mát ra xung quanh: [14]

- Xem nhiệt truyền từ bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đến môi trường bên
ngoài là ổn định. Lượng nhiệt đó chính là lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh khi
bốc hơi 1kg ẩm qxq. Đối với máy sấy thùng quay thì lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung
quanh này cũng là nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che qBC.
- Theo phương trình truyền nhiệt:
K .F .t tb
q xq 
W
3,4720.27,0084.15,9647.3600

 71,8555 (J/kg ẩm)
1000.75
- So sánh với lượng nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che đã giả thiết ban đầu:
q BC  q xq
75,4421 71,8555


.100% 
.100%  4,75%
q BC
75,4421
 giả thiết về chiều dày lớp cách nhiệt ban đầu là hợp lý.

6. Kiểm tra bề dày thùng: [15]
-

Vật liệu chế tạo thùng chọn là thép CT3, có các tính chất sau:
Bảng 9: Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng: [15]

Nguồn
Giá trị
– Công thức
1
Ứng suất tiêu chuẩn
N/mm2
Hình 1.1
140
[*]
2
Giới hạn an toàn
đơn vị
trang 26
1
3
Hệ số bền mối hàn
đơn

vị
Bảng
1.7
0,95
h
[ ] = h.[*]
4
Ứng suất cho phép
[ ]
N/mm2
140
(CT 1.9)
- Áp suất làm việc của hệ thống: thùng sấy làm việc ở áp suất thường (không có áp
suất), theo [1], chiều dày thành thiết bị tính theo thiết bị làm việc với áp suất trong nhưng lấy
p không bé hơn 0,1.106 N/m2.
 áp suất làm việc của hệ thống, lấy: p = 0,1.106 N/m2 = 0,1 N/mm2
- Ta có :
[ ]
140
. h 
.0,95  1330  25
p
0,1
STT

Thông số

Kí hiệu

Đơn vị

Do đó bề dày tối thiểu của thân thùng:
D .p
1,2.0,1
S  T

 4,5.10 4 (m)
2[ ]. h 2.140.0,95
-

Hệ số bổ sung kích thước:
C = Ca + Cb + Cc + Co

(CT 5.3, [15])

(CT 1.10, [15])

Bảng 10: Các hệ số bổ sung kích thước cho bề dày thùng:

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 19


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
Hệ số
STT
bổ sung kích
thước
Hệ số bổ sung

1
do ăn mòn hóa
học
Hệ số bổ sung
2
do bào mòn cơ
học
Hệ số bổ sung
3
do sai lệch khi
chế tạo
Hệ số quy tròn
4
kích thước


-

-

Kí
hiệu

Giá trị
(mm)

Ca

0

Cb

1

Cc

0,8

Co

5,75

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 CT3, dày 8mm thì C3 = 0,8
mm (Bảng XIII.9, [1])
Chọn.

C = Ca + Cb + Cc + Co = 0 + 1 + 0,8 + 5,75 = 7,55 (mm)

Bề dày thực của thân thùng:
S = S’ + C = (0,45 + 7,55).10-3 = 8.10-3 (m)
 giả thiết bề dày thùng 8 mm là chấp nhận được.
Kiểm tra:
S  Ca 8  0


 0,0067
DT
1200
 thỏa điều kiện

-

Ghi chú

S  Ca
 0,1
DT

Áp suất lớn nhất cho phép trong thân thiết bị:
2[ ]. h .(S  C a ) 2.140.0,95.(8  0)
[ p] 

 1,76 (N/mm2)
DT  (S  C a )
1200  (8  0)
Vậy thùng sấy có bề dày là 8mm, thỏa điều kiện làm việc p < [p].

7. Tính trở lực qua thùng sấy: [10]
Trong hệ thống 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.
- Chuẩn số Reynolds:
v .d . k 2,6.0,005.1,0910
Re  k


 734,3659
k
1,9314.10 5
-

Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy:
0,25.(G 1  G 2 ).
 dx 
(CT 10.23, [10])
0,75.2.V
0,25.(1075 1000).0,18

 8,4678( kg / m 3 )
0,75.2.7,35

-

Trở lực của dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy:

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 20


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt

a.L .v k2 . k .C
Phaït 
2.g .d

,mmH2O

(CT 10.19, [10])

trong đó:


a : hệ số thủy động

490 100

(CT 10.20, [10])
Re
Re
490
100
 5,85 

 10,2074
734,3659
734,3659

a  5,85 



C : hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt
1 
C 2



với :
C


1 



2

 Phaït 



(CT 10.21, [10])

v   dx 650  8,4678

 0,9870
v
650



(CT 10.22, [10])

1  0,9870

 0,0134
0,98702

a.L .v k2 . k .C
2.g .d
10,2074.6,5.2,6 2.1,0910.0,0134
2.9,81.0,005

 61,1443(mmH 2O )  599,8256(N / m 2 )

V.

THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG

1. Tính công suất quay thùng:
-

Công suất cần thiết để quay thùng:
N = 0,0013.DT2.LT. .n.
kW
(CT VII.54, [1])
với: . DT : đường kính trong của thùng, DT = 1,2m.
. LT : chiều dài thùng, LT = 6,5m.
.
: hệ số phụ thuộc vào dạng cánh.
Với cánh nâng, hệ số chứa đầy = 0,18 thì = 0,059 (Bảng VII.5, [1]).
. n : tốc độ quay của thùng, n = 1 vg/ph.
.
: khối lượng riêng xốp của vật liệu, = 650 kg/m3
 N

= 0,0013.DT2.LT. .n.
= 0,0013.1,22.6,5.0,059.1.650 = 0,56 (kW)
- Chọn động cơ 4A100L8Y3, ([4]), có các đặc tính:
. Công suất động cơ: Nđc = 1,5 kW
. Vận tốc quay: nđc = 698 vg/ph
. Hiệu suất:
= 74%
. Hệ số công suất: cos = 0,65

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 21


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
Công suất làm viêc của động cơ:
Nlv = Nđc. = 1,5.074 = 1,11 (kW)
 thỏa điều kiện Nlv > N cần thiết để quay thùng.

2. Chọn tỷ số truyền động: [4]
-

Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống:
n
698
i c  ñc 
 698
nthuøng 1

Do tỷ số truyền quá lớn nên phải sử dụng hệ thống truyền động giảm tốc cho thùng.

Sử dụng bộ phận giảm tốc 2 cấp kiểu trục vít – bánh răng. Hệ thống truyền động như sau:
trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít này truyền động qua bánh vít (giảm cấp i01), từ
bánh vít qua bánh răng nhỏ của hộp giảm tốc, rồi qua bánh răng lớn (giảm cấp i12), sau đó ra
khỏi hộp giảm tốc, truyền qua tang dẫn động và đến thùng qua bánh răng lớn gắn vào thùng
(giảm cấp i23).

I

II

III

Ñoä
ng
cô

Hình 4: Sơ đồ hệ thống truyền động cho thùng
-

: Sơ đồ. hệ
Chọn tỷ số truyền:
i23 thống
= 5 truyền động
.
i12 = 4
ic
698
. i 01 

 29,083

i 12 .i 23 4.6

-

Vận tốc quay:
nj-1 = ij-1,j . nj
(vg/ph)
- Công suất:
Nj = Nj-1 . j-1,j
(kW)
với: . Hiệu suất h của bộ truyền bánh răng trụ hở: hbr = 0,93 – 0,95
 Chọn hbr = 0,93. (Bảng 2.3, [4])
. Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ được che kín (trong hộp giảm tốc): hbr’ =
0,96 – 0,98
 Chọn hbr’ = 0,96. (Bảng 2.3, [4])
. Hiệu suất của bộ truyền trục vít:

trv 

 ñc
0,74

 0,829
'
 br . br 0,93.0,96

Bảng 11: Bảng sơ đồ truyền động

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 22


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
Trục
Động cơ

Thông số
Tỷ số truyền i
Vận tốc quay n (vg/ph)
Công suất N (kW)

Trục I
29,083

698
0,698

24
0,6272

Trục II
4

Trục III
6

5
0,602

1
0,56

3. Tính bộ truyền bánh răng [13]
Bộ truyền bánh răng truyền chuyển động từ tang dẫn động đến bánh răng lớn gắùn
vào thùng. Đây là cơ chế truyền động giữa hai trục song song nên ta sử dụng bộ truyền động
bánh răng trụ (răng thẳng), truyền động hở, bánh răng ăn khớp ngoài.

 Chọn vật liệu làm bánh răng:
 Bánh răng lớn: thép 45 thường hóa, có độ rắn HB 180.
 Bánh răng nhỏ:
- Đối với 2 bánh răng ăn khớp nhau, báng răng nhỏ làm việc nhiều, chân răng bé nên
mòn nhiều và chóng bị gãy hơn bánh răng lớn, do vậy cần được chế tạo bằng vật liệu tốt hơn.
Nếu sử dụng 2 bánh răng cùng vật liệu thì phải có phương pháp nhiệt luyện để bánh răng nhỏ
có độ rắn mặt răng lớn hơn.
- Bánh răng chịu tải trọng trung bình, sử dụng thép 45 thường hóa có các thông số cơ
tính:
. Độ rắn HBbr nhỏ = (1,1 – 1,4)HBbr lớn = 1,1.180 = 198
. Giới hạn bền: B = 600 N/mm2
. Giới hạn chảy: C = 340 N/mm2
- Ứng suất uốn cho phép:
 o u  1,5. 1
n.K 
với: . Giới hạn mỏi: -1 = 0,25.(sb + sch) + 50 = 285 (N/mm2)
. Hệ số an toàn: n = 1,5 – 2,2  chọn n = 1,5
. Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: K = 1,2 – 1,8 (trị số lớn dùng cho bánh
răng thép thường hóa và tôi)  K = 1,8
1,5. 1 1,5.285
  o u 


 158,35(N / mm 2 )
n.K 
1,5.1,8

 Tính mođun sơ bộ:
m3

19.106.N 3 .K .
y [ ] u . m .Z .n

,mm

với:




N3 : công suất truyền của bộ truyền.
Đối với bộ truyền bánh răng trụ hở có hệ số truyền
chọn br = 0,93.
N thuøng 0,56
N 3 

 0,6021( kW )
 br
0,93

br

= 0,93 –0,95 

: hệ số độ mòn răng

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 23


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
Với độ mòn 20%  = 1,5

m : hệ số chiều dài răng,
m = 10 – 12  chọn
m = 12.
 Z : số răng.
o Với bánh răng nhỏ (chủ động) quay bằng động cơ :
Z1 = 17 – 30  Chọn Z1 = 28 răng
o Với bánh răng lớn:
Z2 = i.Z1 = 5.28 = 140 răng
 y : hệ số dạng răng, phụ thuộc Z
o Bánh răng nhỏ: y = 0,411
o Bánh răng lớn: y = 0,488
 K : hệ số tải trọng, chọn sơ bộ K = 1,5 (bánh răng đặt ở đầu trục)
Tính mođun theo bánh răng có tích y.[ ]u nhỏ, còn nếu bánh răng cùng vật liệu thì
tích y.[ ]u lấy của bánh răng nhỏ:

m3
3

19.106.N 3 .K .

y [ ] u . m .Z .n
19.106.0,6021.1,5.1,5
 9,224(mm)
0,411.158,33.12.28.1,5

 Chọn mođun theo tiêu chuẩn (theo TCVN 1064-71) : m = 10 mm.

 Kiểm nghiệm sức bền uốn răng:
u 

19.106.N .K .
  u
y .m 2 .b.Z .n

với:


b : chiều dài răng, mm.
b = m . m =12.10 = 120 (mm)
 K = Kt.Kđ : hệ số tải trọng
o Kt : hệ số tải trọng tập trung.
Với độ rắn mặt răng HB < 350  Chọn Kt = 1.
o Kđ : hệ số tải trọng động, phụ thuộc vậb tốc tiếp tuyến và cấp chính xác
của bánh răng.
. Gọi A: khoảng cách giữa 2 tâm bánh răng
m = (0,01 – 0,02).A
 chọn m = 0,012A
m
10
 A


 833,33 (mm)
0,012 0,012
 làm tròn A = 835mm
. Số răng bánh nhỏ:
2A
2.835
Z1 

 27,78
m(i  1) 10(6  1)
 Z1 = 28 răng

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

Trang 24


Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt
 chọn Z1 = 28 rănglúc đầu là hợp lý.
. Xem vận tốc quay thùng bằng vận tốc quay của bánh răng lớn và bằng 1vg/ph.
 Vận tốc quay của bánh răng nhỏ: nII = i. nI = 6.1 = 6 (vg/ph)
. Vận tốc vòng:
2An1
2 835.5
v

 0,0729(m / s)
60.1000(i  1) 60.1000.(5  1)
v < 2 m/s  chọn cấp chính xác của bánh răng = 9

 Kđ = 1,2
 Hệ số tải trọng:
K = Kt . Kđ = 1.1,2 =1,2
 Độ bền uốn:

u 



u

<[

19.106.N .K .
y .m 2 .b.Z .n
19.106.0,6021.1,2.1,5
 24,852(N / mm 2 )
2
0,411.10 .120.28.6

]u  hệ an toàn về uốn.

 Tính kích thước chủ yếu của cặp bánh răng:
ST
T
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10

Thông số

Ký hiệu

Mođun
Tỷ số truyền
Số răng
Đường kính vòng
lăn
Đường kính vòng
đỉnh
Đường kính vòng
đáy
Chiều cao chân
răng
Chiều cao đỉnh
răng
Chiều cao răng

m (mm)
i
Z (răng)

Khoảng cách giữa

2 tâm bánh răng

Công thức tính

Bánh răng
dẫn (Bánh
răng nhỏ)
28

Bánh răng bị
dẫn (bánh răng
lớn)
10
6
140

D (mm)

D = Z.m

280

1400

Dđ (mm)

Dđ = D + 2m

300

1420

Dc (mm)

Dc = D – 2,5m

255

1375

hc (mm)

hc = 1,25m

12,5

hđ (mm)

hđ = m

10

h (mm)

h = hđ + hc
D  D2
A 1
2
m( Z 1  Z 2 )


2

22,5

A (mm)

SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan

770

Trang 25