thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy cà phê vối với năng suất 1700kgh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
-----------*-----------

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên :
Đoàn Thị Kim Tiếc
Lớp:
CNTP46B
Ngành học :
Công nghệ thực phẩm
1. Tên đề tài: thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy cà phê vối với năng suất
1700kg/h
2. Số liệu ban đầu:
Năng suất sấy
: 1700kg/h
Nhiệt độ môi trường
: 25 0C
Độ ẩm tương đối
: 81%
Độ ẩm vật liệu vào
: 24%
Độ ẩm vật liệu ra
: 12%
Nhiệt độ TNS vào
: 82 0C

Nhiệt độ TNS ra
: 370C
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Đặt vấn đề
- Tổng quan về sản phẩm-phương pháp dây chuyền công nghệ
- Tính cân bằng vật chất.
- Tính toán công nghệ – thiết bị chính
- Tính cân bằng nhiệt lượng
- Tính toán thiết bị truyền nhiệt – thiết bị phụ
- Kết luận
- Tài liệu tham khảo
4.Các bản vẽ
- Sơ đồ công nghệ: A1
- Bản vẽ chi tiết (hay cụm thiết bị và mặt cắt): A1


5. Ngày giao nhiệm vụ: 2/2015
6. Ngày hoàn thành : 12/05/2015
Trưởng bộ môn CNSTH

Huế, ngày 12 tháng 5năm 2015
Giáo viên hướng dẫn

TS. Nguyễn Thị Thủy Tiên


ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong giai đoạn hiện nay của nước ta, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa
thúc đẩy nhiều ngành công nghiệp phát triển. Kèm theo đó thì nhu cầu con người
cũng ngày càng tăng đòi hỏi các sản phẩm thực phẩm phải phải ngày càng tốt hơn.

Chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều yếu tố khác nhau nhưng trong đó độ ẩm là một
trong những yếu tố quan trọng cần được chú ý đến, nhất là đối với mặt hàng khô.
Thời gian bảo quản dài hay ngắn phụ thuộc vào độ ẩm của thực phẩm. Có nhiều
phương pháp tách ẩm khỏi vật liệu trong đó có phương pháp sấy đã và đang được sử
dụng phổ biến hiện nay.
Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển từ những năm 50 đến 60 ở
các Viện và các trường đại học trên thế giới chủ yếu giải quyết những vấn đề kỹ
thuật sấy các vật liệu cho công nghiệp và nông nghiệp.
Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ nghệ sấy các nông sản
thành những sản phẩm khô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm
phong phú thêm các mặt hàng sản phẩm như: trái cây, cà phê, sữa, bột, cá khô,
thịt khô.
Đối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu công nghệ sấy để
sấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng
lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp với từng loại nguyên vật
liệu để đạt được chất lượng cao nhất. Đặc biệt là sấy cà phê. Cà phê là một mặt
hàng nông sản xuất khẩu lớn, mang lại giá trị kinh tế cao và có triển vọng phát triển
mạnh ở nước ta trong thời gian tới. Đặc biệt là khâu chế biến và sản xuất. Đặc biệt để
có được hương vị thơm ngon, đậm đà của cà phê thì quá trình sấy là vô cùng quan
trọng. Có nhiều phương pháp cũng như thiết bị sấy khác nhau như sấy thùng quay,
sấy hầm, sấy tháp...
Trong đồ án này em có nhiệm vụ “Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để
sấy cà phê nhân với năng suất 1700kg/h”


PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ SẤY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
1.

Khái niệm chung về quá trình sấy:
1.1. Khái niệm:

-

Sấy là quá trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch khi có sự thay
đổi trạng thái bốc hơi hoặc thăng hoa. Kết quả là làm cho hàm lượng chất khô của vật
liệu tăng lên. Đây là một quá trình kỹ thuật rất phổ biến và rất quan trọng trong công
nghiệp và đời sống.
Mục đích:
Làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở).
Tăng thời gian bảo quản, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng sinh
hóa.
Tạo hình cho sản phẩm.
Tăng độ bền cho sản phẩm như gỗ, vật liệu là gốm sứ.
Tăng tính cảm quan cho sản phẩm…
1.2.

Nguyên lý của quá trình sấy:

Sấy là quá trình làm khô vật liệu ẩm khi được cung cấp năng lượng theo trình tự:
gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để làm khuếch tán ẩm trong vật liệu, đưa hơi ẩm thoát
khỏi vật liệu.
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức
tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuyếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn
đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình
chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra
khỏi vật liệu ban đầu, vận tốc của toàn bộ quá trình được quy định bởi giai đoạn nào
chậm nhất. Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và
bên trên bề mặt vật liệu. Quá trình khuyếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất
hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường
không khí xung quanh. Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thức

đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt vật liệu
sấy.
Trong quá trình sấy thì nhiệt độ và môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh
hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. Do vậy khi nghiên cứu quá trình sấy thì
phải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy:


- Mặt tĩnh lực học: tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta sẽ
tìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và của các tác
nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng
nhiệt cần thiết cho quá trình sấy.
- Mặt động lực học: nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật
liệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất, cấu trúc, kích
thước của vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy để từ đó
xác định được chế độ sấy và thời gian sấy thích hợp.
1.3.
Phân loại:
Sấy tự nhiên
Tiến hành ở ngoài trời dùng năng lượng mặt trời, năng lượng gió để làm bay
hơi nước trong bề mặt vật liệu.
* Ưu điểm:
- Thực hiện đơn giản, không cần kỹ thuật cao.
- Chi phí đầu tư, vận hành thấp, ít tốn nhiệt năng.
- Bề mặt trao đổi nhiệt lớn.
* Nhược điểm:
Khó thực hiện cơ giới hóa, không điều chỉnh được nhiệt độ cần thiết.
Cường độ sấy không cao, sản phẩm sấy không đồng đều.
Chiếm diện tích mặt bằng lớn.
Sản phẩm không đạt vệ sinh do nhiễm bụi, vi sinh vật.
Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết, thời gian sấy dài.

Sử dụng nhiều nhân công, tốn thời gian, năng suất thấp.
Vật liệu sau khi sấy còn lượng ẩm khá cao.
1.3.1.

-

Sấy nhân tạo
Thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật
liệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ
thuât sấy có thể chia ra nhiều dạng:
Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác
nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò…
Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy,
mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn.
Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại
do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy.
Sấy bằng dòng điện cao tần: phương pháp dùng dòng điện cao tần để đốt nóng
toàn bộ chiều dày của vât liệu sấy.
1.3.2.

-


-

-

Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không cao, nhiệt
độ rất thấp, nên độ ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn
thành hơi không qua trạng thái lỏng.

* Ưu điểm:
Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên.
Kiểm soát được sản phẩm ra vào, nhiệt độ cung cấp.
Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.
Tốn ít mặt bằng, nhân công.
*Nhược điểm:
Tốn chi phí đầu tư trang thiết bị, cán bộ kỹ thuật, chi phí năng lượng.
1.4. Tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chọn thiết bị sấy
1.4.1.

Tác nhân sấy

Những chất dùng để đưa lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy.
Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy :
- Gia nhiệt cho vật sấy.
- Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường.
- Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.
1.4.2. Các loại tác nhân sấy
- Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầu hết các
loại sản phẩm. Dùng không khí ẩm không làm sản phẩm sau khi sấy bị ô nhiễm và thay
đổi mùi vị. Tuy nhiên dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ gia
nhiệt không khí (caloriphe khí, hơi hay khí hoặc khói), nhiệt độ sấy không quá cao,
thường nhỏ hơn 5000C vì nếu nhiệt độ cao quá thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo
bằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt.
- Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên
10000C mà không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm gây
mùi khói. Vì vậy khói chỉ dung cho các vật liệu không sợ ô nhiễm như gỗ, đồ gốm,
một số loại hạt có vỏ.
- Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy
nổ và có khả năng chịu được nhiệt độ cao. Vì vậy sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt độ

thường lớn hơn 1000C (sấy ở áp suất khí quyển).
1.4.3. Thiết bị sấy
Phân loại, thiết bị sấy: Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp khác nhau nên
có nhiều cách để phân loại thiết bị sấy:


- Dựa vào tác nhân sấy: có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng
khói lò, các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng
dòng điện cao tần.
- Dựa vào áp suất làm việc: có thiết bị sấy chân không và thiết bị sấy ở áp suất
thường.
- Dựa vào phương thức làm việc: có sấy liên tục và sấy gián đoạn.
- Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc,
thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ...
- Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy
thùng quay, sấy phun.
- Dựa vào chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy: sấy cùng
chiều, ngược chiều, giao chiều.
1.4.4. Hệ thống sấy đối lưu:
Sấy đối lưu là dùng không khí nóng hoặc khói lò làm tác nhân sấy, tiếp xúc
trực tiếp với vật liệu sấy, làm cho ẩm (nước) trong vật liệu sấy bay hơi rồi đi theo tác
nhân sấy. Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều, hoặc cắt ngang
dòng sản phẩm. Sau thời gian sấy nào đó ta thu được sản phẩm theo yêu cầu. Sấy đối
lưu có thể thực hiện theo mẻ hoặc liên tục, sản phẩm sấy có thể lấy ra khỏi buồng sấy
theo mẻ hoặc liên tục tương ứng với nạp liệu vào.

2.

Giới thiệu về nguyên liệu
2.1. Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê

Vỏ quả.
2 Lớp vỏ thịt.
3 Vỏ trấu.
4 Vỏ lụa.
1

5
4
3
2

1


5

Nhân.
Hình 1: Cấu tạo giải phẫu của quả 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.
Lớp vỏ thịt: là phần dưới lớp vỏ mỏng còn gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chè
mềm chứa nhiều chất ngọt và dễ xay xát hơn.
Lớp vỏ trấu: hạt cà phê sau khi loại vỏ quả, vỏ thịt và phơi khô gọi là cà phê
thóc. Vì bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng chứa nhiều chất xơ gọi là vỏ trấu hay còn
gọi là nội bì. Vỏ trấu cà phê chè mỏng và dễ dập hơn cà phê vối.
Lớp vỏ lụa: xát 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. Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng
bạc rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến.
Nhân cà phê: nằm ở phần trong cùng. Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3

nhân. Thông thường thì có 2 nhân.

2.2.

Thành phần hóa học của nhân cà phê
Bảng 1: Thành phần hóa học của nhân cà phê

Thành phần

Tính bằng g/100g mẫu

Nước

8-12

Chất dầu

4-18


Đạm

1,8- 2,5

Protein

9-16

Cafein

1-2

Clorogenic axit

2

Trigonelline

1

Tanin

2

Cafeic axit

1

Pentazan

5

Tinh bột

5-23

Sacaro

5-10

Xenlulo

10-20

Hemixelulo

20

Linhin

4

Tro
2.3.

2,5-4,5

Quy trình sản xuất cà phê nhân

Trong kỹ thuật chế biến cà phê nhân người ta dùng 2 phương pháp chính :
-Phương pháp ướt.
-Phương pháp khô.

*Phương pháp sản xuất ướt:
Quả cà phê tươi sau khi phân loại và làm sạch rồi chuyển sang xát tươi (bóc vỏ
quả) và loại bỏ các lớp vỏ, thịt và các chất nhờn bên ngoài và phơi sấy khô đến mức
độ nhất định.
*Phương pháp sản xuất khô:
Chỉ có một giai đoạn chính là phơi quả cà phê tươi đến mức độ nhất định thì
tạo thành quả cà phê thóc khô.

- So sánh 2 phương pháp ta thấy :
Phương pháp chế biến khô tuy đơn giản, ít tốn năng lượng, nhân công nhưng
phương pháp này có nhiều hạn chế là phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Chỉ phù hợp


với nơi có điều kiện khí hậu nắng nhiều mưa ít, không đáp ứng được những yêu cầu
về mặt chất lượng.
Phương pháp chế biến ướt phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị và năng lượng hơn,
đồng thời đòi hỏi dây chuyền công nghệ cũng như thao tác kỹ thuật cao hơn. Nhưng
phương pháp này thích hợp với mọi hoàn cảnh, mọi điều kiện khí hậu thời tiết. Đồng
thời rút ngắn được thời gian sản xuất, tăng năng suất của nhà máy và nâng cao chất
lượng sản phẩm cà phê.
3. Chọn thiết bị sấy và phương thức sấy:
3.1. Thiết bị sấy:
Sấy thùng quay thuộc hệ thống sấy đối lưu, chuyên dùng sấy hạt đậu, sấy ca cao,
cục nhỏ, nguyên liệu có khuynh hướng bị rối hoặc dính vào nhau trên băng chuyền
hoặc khay. Cấu tạo chính hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn, đặt
nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang, có 2 vành đai trượt trên các con lăn tựa khi
thùng quay. Khoảng cách giữa các con lăn có thể điều chỉnh để thay đổi góc nghiêng
của thùng. Thùng quay với vận tốc 1 - 8 vòng/phút, vận tốc của không khí đi trong
thùng khoảng 2 - 3 m/s.
Bên trong thùng có các đệm chắn, các đệm chắn này vừa có tác dụng phân bố
vật liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu vừa tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu
sấy và tác nhân sấy.
Ngoài ra còn có hệ thống quạt là tạo ra dòng chảy của tác nhân sấy có lưu lượng
theo yêu cầu kỹ thuật. Bộ phận calorife để gia nhiệt cho tác nhân sấy. Cyclon để thu
hồi bụi trước khi thải ra môi trường.
Ưu điểm của máy sấy thùng quay là quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp
xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100 kg ẩm/m 3h.
Thiết bị gọn, có thể cơ khí hóa và tự động hóa toàn bộ khâu sấy. Tuy nhiên, máy sấy

thùng quay có nhược điểm là vật liệu bị đảo lộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn, nên
trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm.
3.2. Chế độ sấy:
Ta chọn chế độ sấy liên tục cho chất lượng sản phẩm tốt, thao tác nhẹ nhàng.


3.3. Phương thức sấy:
Ở đây ta lựa chọn phương thức sấy cùng chiều. Bởi vì khi sấy cùng chiều tốc độ
sấy ban đầu cao, sản phẩm ít bị co ngót, sản phẩm ít bị biến tính, ít nguy cơ hỏng do
vi sinh vật.
Mặt khác với nhiệt độ tác nhân sấy ban đầu không cao lắm (82 0C), thì sấy cùng
chiều vật liêụ sấy và tác nhân sấy sẽ tiếp xúc tốt hơn, quá trình sấy diễn ra nhanh hơn

Quả cà phê tươi
Tiếp nhận
Tách tạp chất, phân loa loại loại
Bể xiphông
4.

Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (theo phương pháp ướt)

Tách vỏ quả

Dây chuyền sản xuất cà phê nhân (phương pháp ướt):

Đánh nhớt
Hệ thông sấy tĩnh
Sấy thùng quay
Cà phê
Đóng bao - bảo quản

Cà phê thóc
Đóng bao - bảo quản


5

Nguyên liệu

6

4

4.1. Thuyết minh quy trình công nghệ:
3

Nguyên liệu là cà phê quả tươi, có độ chín hơn 90%. Cà phê quả phải có độ
chín đều, nguyên liệu phải được chế biến ngay sau 24h thu hái. Cà phê sau khi thu
hoạch về được đưa vào sàng phân loại và tách tạp chất nhằm loại ra những tạp chất,
đất đá lẫn trong nguyên liệu đồng thời phân loại được quả to, nhỏ, làm tăng độ đồng
đều cho nguyên liệu. Sau khi ra khỏi sàng phân loại thì đi vào bể xi phông để phân
loại quả cà phê xanh, không đảm bảo chất lượng; làm mềm vỏ tạo điều kiện thuận lợi
cho bóc sau này được dễ dàng. Cà phê chính phẩm sau khi ra khỏi bể xi phông thì
đến máy bóc vỏ quả và vỏ thịt. Tại đây vỏ quả và vỏ thịt bị xé nhờ dòng nước phun
với áp lực cao. Cà phê chính phẩm sau khi tách vỏ thì đưa vào thiết bị đánh nhớt,
mục đích của công đoạn này là loại bỏ lớp nhớt dính trên vỏ, sau đó được đưa qua hệ
thống sấy tĩnh rồi đưa vào thiết bị sấy thùng quay để đưa độ ẩm của cà phê về 10 12% thuận lợi cho quá trình bảo quản chế biến sau này. Sau khi cà phê được sấy xong
nếu chưa có đơn đặt hàng thì được đóng bao, bảo quản.
4.2. Thyết minh sơ đồ hệ thống:

Sơ đồ hệ thống
Khí
thải

Bụi

Nước ngưng
Sản phẩm
1. calorifer

2. quạt đẩy

3.Thùng sấy

4. Tháo sản phẩm

5. quạt hút

6. cyclon

Thuyết minh
Tác nhân sấy là không khí nóng, tác nhân tải nhiệt là hơi nước bão hòa.


Cà phê được đưa vào đầu cao của thùng sấy một cách liên tục. Tác nhân sấy và
vật liệu sấy đi cùng chiều.
Tại thùng sấy, Cà phê sẽ đi sâu vào thùng sấy, được xáo trộn bởi các cánh đảo
khi thùng quay, Cà phê đi từ đầu cao xuống đầu thấp của thùng sấy. Đồng thời sẽ
diễn ra quá trình trao đổi ẩm giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy.
Vật liệu khô được tháo qua cơ cấu tháo liệu rồi nhờ cơ cấu băng tải vận chuyền

đi đóng gói. Cơ cấu băng tải còn có tác dụng làm nguội Cà phê tự nhiên trước khi
thành phẩm.
Không khí ở điều kiện thường được quạt đẩy đưa vào calorife để tiến hành gia
nhiệt lên 820C rồi sau đó đưa vào thùng sấy. Tại đây xảy ra quá trình trao đổi ẩm giữa
vật liệu sấy và tác nhân sấy. Nhiệt độ sấy sẽ giảm dần và khi vật liệu ra khỏi thùng
sấy thì nhiệt độ còn 370C.
Không khí ra khỏi thùng sấy có lẫn bụi, hỗn hợp này được dẫn vào cyclon giữ
lại những hạt vật liệu bị kéo theo, không khí sạch được thải ra ngoài môi trường nhờ
quạt hút.


PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH CỦA MÁY SẤY
1.

Thành lập cân bằng của vật liệu sấy:
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy cà phê với năng suất 1700 kg/h:.
Số liệu ban đầu:
Năng suất sấy:

1700kg/h.

Độ ẩm vật liệu vào:

w1 = 24%.

Độ ẩm vật liệu ra:

w2 = 12%.

Nhiệt độ môi trường:

t0 = 250C.

Độ ẩm tương đối:

ϕ0 = 81%.

Tác nhân sấy (TNS) không khí nóng:
Nhiệt độ TNS vào:

t1 = 820C.

Nhiệt độ TNS ra:

t2 = 370C.

Các ký hiệu:
G1,G2: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy, (Kg/h)
Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy

, (Kg/h)

W1, W2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy,tính theo % khối lượng vật liệu
ướt
W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy,

(Kg/h)

L: Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy,

(Kg/h)

xo: Hàm ẩm của không khí trước khi vào calorife sưởi,

(Kg/Kg kkk)

x1, x2: Hàm ẩm của không khí trước khi vào máy sấy (sau khi đi qua calorife
sưởi) và sau khi ra khỏi máy sấy,
(Kg/Kg kkk)


1.1. Lượng ẩm được tách ra :

(Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công nghệ hóa học Tập 2 trang 165)

(kg/h)
1.2. Khối lượng vật liệu trước khi vào thùng sấy:
G1 = G2 + W (Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công nghệ hóa học Tập 2 trang 165)
G1 = 1700 + 268,421 = 1968,421 (kg/h)
1.3. Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

( Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công
nghệ hóa học Tập 2 - trang 165)
Gk = = 1496 (kg/h)
2.

Tính toán thiết bị chính
2.1.

Tính thời gian sấy:

(w1 - w2) = M (0,185 + 3) (CT 10.12 /210 - Tính toán và thiết kế hệ thống sấy
- Trần Văn Phú)
Hay (w1 - w2) = M’ (11,1 +3)
Với M' = M.10-2: mà M là hệ số phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt.
Chọn đường kính của cafe là d = 7 mm nên
=> M = 0,53 => M' = 0,53.10-2 (Bảng 10.3/210 - Tính toán và thiết kế hệ thống
sấy – Trần Văn Phú) ta được:


τ=
2.2.

== 1,77 (h) = 106,17 (phút)

Tính thể tích thùng sấy:

V=

( CT 10.3/208 - Tính toán và thiết kế hệ thống sấy - Trần Văn Phú)

Trong đó :
V : thể tích thùng sấy (m3)
G1: khối lượng vật liệu vào máy sấy (kg/h)
: thời gian sấy (giờ)
: hệ số điền đầy,

= 0,2 – 0,3 chọn

= 0,2

: khối lượng riêng của vật liệu sấy (kg/m3)



V=

=26,801

2.3. Xác định đường kính và chiều dài thùng sấy:

Ta chọn tỉ lệ
– Trần Văn Phú)

hay L = 5D

(10.1/207 - Tính toán và thiết kế hệ thống sấy

Khi đó đường kính thùng sấy được xác định:

V=

=> D =

= = 1,897 (m)

Chọn D = 1,897 m . Nên chiều dài thùng sấy L = 5.1,897 = 9,485 (m)


2.3.

Số vòng quay của thùng sấy (n):

n=

(CT VII.52/124 - Sổ tay QT&TB Tập 2)

Trong đó:
α: Góc nghiêng của thùng quay, độ. Thường góc nghiêng của thùng dài là 2,5 ÷
30, còn thùng ngắn đến 60, chọn α = 30 => tgα = 0,0524.
m: Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m = 1.
k: Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, k = 1,2.
τ : Thời gian sấy (phút).
 n = =1,087(vòng/phút).
2.4.

Công suất của thiết bị:
N = 0,13.10-2.D3.L .a.n.

(VII.54/123 - Sổ tay QT&TB Tập 2)

Trong đó:
n:

Số vòng quay của thùng sấy.

a:

Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,063.

ρ:

khối lượng riêng xốp trung bình, ρ = 650 (kg/m3.)

D, L : Đường kính và chiều dài của thùng, (m)
 N = 0,13.10-2.1,8973.9,485.0,063.1,087.650 = 3,747 (KW/h)

3.

Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng :
3.1.

Trạng thái không khí bên ngoài :
Hàm ẩm ban đầu:


(VII.11/95 – sổ tay QT&TB tập 2)
Vơi P: áp suất hơi bão hòa của không khí ngoài trời,
lấy
P = 0,981 bar
Pbh0 : áp suất hơi bão hòa ở 250C

(CT 2.31/31 - Tính toán và thiết kế hệ thống sấy - Trần
Văn Phú)

= 0,032(bar)

x0 = 0,622

= 0,017 (kg/kgkkk)

Hàm nhiệt ẩm của không khí :

(VII.14/96 - Sổ tay QT&TB Tập 2)
=25 + (2493 + 1,97.25).0,017= 68,218 (kJ/kgkkk)
Thể tích riêng của không khí ẩm:

v0 =

= = 0,899 (m3/kgkk)
(VII.8/94 - Sổ tay QT&TB Tập 2)

3.2.

Tính toán không khí đưa vào calorife:
t1 = 82oC
x1 = xo= 0,017 (kg/kgkk)


Pbh1 = exp = exp = 0,506(bar)

 φ1 = = = 0,052 = 5,2%

I1 = t1+ (2493+ 1,97t1).x1
= 82+ (2493+ 1,97.82).0,017 = 127,127(kJ/kgkk)

ν1 = = = 1,071 (m3/kgkkk)
3.3.

Tính toán không khí ra khỏi máy sấy:

t2 = 370C
I1 = I2 = 127,127
Pbh2 = exp = exp = 0,062 (bar)

Ta có I2 = t2 + (2493+1,97.t2).x2
x2 = = = 0,035 (kg/kgkkk)



 φ2 =

=

= 0,843 =8,43%

 v2 =

3.4.

=

= 0,961 (m3/kgkkk)

Tính nhiệt độ điểm sương.
Ở nhiệt độ điểm sương ta có φ = 1
Ta có: pbh2 = 0,062 bar = 0,0608 at. với x = 0,035 và pa = 0,981 bar


Áp suất hơi bão hòa tại t0s là (φ = 1 ở ts)
pbhts =

=

= 0,052 at

Từ bảng I.250/312 – QT&TB tập 1 ts = 33,4570C
t2 – ts = 37 – 33,457 = 3,510C (thỏa mãn yêu cầu).

Bảng 2: Các thông số của không khí
to (oC)

x(kg/kgkkk)

 (%)

I (kJ/kgkkk)

Trước khi vào
calorife

25

0,017

81

68,201

Sau khi ra khỏi
calorife

82

0,017

5,2

127,127

Sau khi ra khỏi
buồng sấy

37

0,035

84,3

127,127

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

(kg kkk/kg ẩm bay hơi)

(VII.20/102-Sổ tay QT&TB Tập 2)

Khi qua calorife sưởi không khí chỉ thay đổi nhiệt độ mà không thay đổi hàm
ẩm, nghĩa là x1 = x0. Do vậy ta có:

(kg kkk/kg ẩm bay hơi)
l = = = 55,556 (kg kkk/kg ẩm bay hơi)


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

(kg kkk/h)

(VII.21/102-Sổ tay QT&TB Tập 2)

L = = 145912,278 (kg kkk/h)

Bảng 3: Tổng kết cho vật liệu sấy
Đại lượng

Giá trị

Đơn vị

G1

1968,421

Kg/h

G2

17000

Kg/h

Gk

1496

Kg/h

W1

24

%

W2

12

%

W

268,421

Kg/h

L

55,556

Kg kkk/Kg ẩm

L

14912,278

Kg kkk/h

- Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy đi vào máy sấy:
V1 = v1.L = 1,071 . 14912,278 = 15971,05(m3/h)
- Lưu lượng thể tích của tác nhân đi ra khỏi máy sấy:
V2 = v2.L = 0,961.15912,278 = 14300,699 (m3/h)
- Lưu lượng thể tích trung bình là (Vtb)


Vtb =

= = 15150,876(m3/h)

= 4,209 (m3/s)
4. Cân bằng nhiệt lượng:
Gọi :
- tvl1 : nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường:
tvl1 = to = 25oC
- tvl2 : nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy:
tvl2 = t2 – (5 ÷ 10oC) = 37 – 5 = 32oC
- Cvl : nhiệt dung riêng của vật liệu đi ra khỏi máy sấy:
Cvl = Cn.W2 + Ckhô(1 - w2) (kJ/kgoK)
Với:
Cn: nhiệt dung riêng của nước Cn = 4,18 (kJ/kgoK)
Ckhô = 1,55 KJ/kgđộ: nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối



Cvl = 4,18.012 + 1,55.(1 - 0,12) = 1,866 (kJ/kgoK)
4.1. Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy:
a) Nhiệt lượng mang vào do tác nhân sấy: (qkkv)
qkkv = l.I0 = 55,556.68,218 = 3789,919(kJ/kg ẩm)
b) Nhiệt lượng do calorife cung cấp: (qs)
qs = l.(I1 - I0) = 55,556(127,127-68,218) = 3272,748 (kJ/kg )
Qs = qs.W =3272,748.268,421 = 8784,291(kJ/h)
c) Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: (qvls)


qvls =
hóa học Tập 2 - trang 198).

(Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công nghệ

qvls =

+ 4,18.25 = 446,600 (kJ/kg

ẩm)

* Vậy tổng lượng nhiệt mang vào:

= qkkv + qs + qvls = 3789,919 + 3272,748+ 446,600
= 7509,267 (kJ/kg ẩm).
4.2. Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy:
a) Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang ra: (qkkr)
qkkr = l.I2 = 55,556.127,127= 7062,668 (kJ/kg ẩm)

(Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công nghệ hóa học Tập 2 - trang 198).
b) Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: (qvlr)
qvlr =

= = 378,176(kJ/kg

ẩm)

(Nguyễn Bin - Sổ tay QT & thiết bị công nghệ hóa học Tập 2 - trang 198).
c) Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh:
 Tổn thất qua vỏ máy:

Trong đó:
F: Bề mặt xung quanh của máy sấy.

: Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh


(W/m2.K)

K: Hệ số truyền nhiệt.
Trong đó:

: Tổng nhiệt trở của thành máy sấy.
: Hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấy.
= k.(

’

+

”

)

’
Với
: Là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự
nhiên (W/m2độ)

“

: Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng

bức ( W/m2độ )
k: Hiệu số điều chỉnh. k = 1,2 ÷ 1,3 chọn k = 1,3
 Tính

’

:

- Nhiệt độ trung bình của không khí trong máy sấy:
ttb = 0,5.(t1 + t2) = 0,5.(82 + 37) = 59,5 0C
- Tiết diện tự do của thùng sấy:

Ftd =
Với: β = 0,2 là hệ số chứa đầy.

= = 2,261(m3)