Tính toán thiết kế sấy thùng quay sấy đường với năng suất 2000 kgh

Mục lục…………………………………………………………………………1
Lời mở đầu……………………………………………………………………...2
Phần I : Tổng quan……………………………………………………………...
1.1.
1.2.
1.3.

Giới thiệu về sản phẩm sấy……………………………………….
Giới thiệu về phương pháp sấy…………………………………...
Giới thiệu về hệ thống sấy thùng quay…………………………...

Phần II : Tính toán công nghệ sấy đường……………………………………....
2.1.Tính toán cân bằng vật liệu………………………………………………………
2.2. Tính thời gian sấy……………………………………………………………….
2.3. Tính kích thước và các thông số của thùng sấy……………..…………………..
2.4. Tính toán quá trình sấy lí thuyết………………………………………………...
2.5. Tính toán quá trình sấy………………………………………………………….
2.5.1. Tính tổn thất nhiệt……………………………………………………
2.5.2. Tính toán quá trình sấy thực…………………………………………
2.5.3. Tính toán cân bằng nhiệt…………………………………………….
Phần III : Tính toán thiết bị phụ ………………………………………………….
3.1. Coloripher…………………………………………………………………….
3.2. Tính trợ lực và chọn quạt……………………………………………………..
3.3. Tính công suất của dộng cơ quay……………………………………………..
Lời kết…………………………………………………………………………….
Tài liệu tham khảo ……………………………………………………………….

1


LỜI MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong các công nghệ
sản xuất và đời sống thực tế. Đặc biệt, trong các ngành công nghiệp thực phẩm,
chế biến, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng,…kỹ thuật sấy đống một vai trò quan
trọng trong dây chuyền sản xuất. Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm thích hợp thuận
tiện cho việc bảo quản , vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản
phẩm.
Đường là một sản phẩm của công nghiệp thực phẩm. Đường saccarose có vị
ngọt tự nhiên, là loại thực phẩm bổ dưỡng, cung cấp nhiều năng lượng cho con
người. Đường là sản phẩm dùng trực tiếp hoặc có thể dùng làm nguyên liệu trong
các ngành công nghệ sản suất thực phẩm như : công nghệ sản xuất đồ hộp, công
nghệ sản xuất bánh kẹo, mứt, nước giải khát,…
Một trong những quá trình quan trọng trong công nghệ sản xất là sấy đường
khi tinh thể đường được tạo ra. Sấy đã giúp cho công việc bảo quản và vận chuyển
đường được thuận lợi, đồng thời đường thành phẩm bảo đảm chất lượng cũng như
giá trị cảm quan. Do tính chất và thành phần của đường khi sấy phải giữ được
những tính chất về giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng nên có thể sử dụng môt
số loại thiết bị như sấy thùng quay, sấy sàn rung, sấy tầng sôi,…tuy nhiên thông
dụng nhất trong sấy hiện nay là kiểu sấy thùng quay với tác nhân là không khí
nóng.
Trên cơ sở những kiến thức đã được học và sự hướng dẫn của thầy giáo
trong đồ án môn học này, em sin trình bày về “ Tính toán thiết kế sấy thùng quay
sấy đường với năng suất 2000 kg/h ” với nội dung bao gồm các phần sau :
Phần I : Tổng quan.
Phần II : Tính toán công nghệ sấy đường.
Phần III: Tính chọn thiết bị phụ.

2


Do trình dộ, kinh nghiệm nghiên cứu và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên

em không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình tính toán , thiết kế dồ án này,
rất mong được thầy cô và các bạn góp ý, chỉ bảo để em có thể bổ sung, củng cố
kiến thức cho bản thân.
Em xin chân thành cảm ơn

3


PhẦN I

TỔNG QUAN
1.1.

Giới thiệu về sản phẩm sấy

Đường saccarose có công thức phân tử là C12H22O11 , cấu tạo từ 2 đường đơn
là Glucose và Fructose, trọng lượng phân tử là 342,3 đvC. Tinh thể saccarose trong
suốt không màu, không mùi, có vị ngọt; khối lượng riêng : 1,5879 g/cm3. Nhiệt độ
nóng chảy : 180 – 1860C; dễ tan trong nước với độ hòa tan khá cao, tỷ lệ với nhiệt
độ. Ở trạng thái kết tinh, đường saccarose không hút ẩm, độ hút ẩm của nó phụt
thuộc vào tạp chất lẫn trong tinh thể đường, độ tan chất càng lớn thì khả năng hút
ẩm càng cao.
Đường saccarose không có tính khử. Trong môi trường axit hoặc kiềm
mạnh, saccarose bị thủy phân tạo thành glucose và frucrose. Dưới tác dụng cả nhiệt
độ cao (1600C) đường saccarose bị nóng chyar và khi nhiệt độ lớn hơn 1800C thì
nó sẽ bị caramen hóa.
Trong tự nhiên, đường saccrose có nhiều trong mía, củ cải đường, thốt nốt,
nhưng trong công nghiệp, đường saccarose được sản xuất chủ yếu từ mía và củ cải
đường.
Ở Việt Nam, nguyên liệu chủ yếu sản xuất đường là mía. Quy trình sản xuất

đường từ nguyên liệu mía như sau :

Nguyên liệu
(Mía)

Thành phẩm

Ép

Làm trong nước
mía

Bao gói

Sấy

4

Cô đặc nước
mía

Ly tâm

Nấu đường

Kết tinh


Quá trình sấy đường tương đối dễ vì tinh thể đường saccarose không ngậm
nước, chủ yếu là tách ẩm bề mặt tinh thể , mặt khác là độ ẩm ban đầu của đường

nhỏ. Vì vậy, thiết bị sấy không phức tạp nhưng sấy xong bắt buộc phải làm nguội
đến nhiệt độ phòng để tạo điều kiện bảo quản tốt cho sau này.
1.2. Giới thiệu phương pháp sấy.
1.2.1. Khái niệm chung về sấy.
1.2.1.1. Định nghĩa
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi bề mặt vật liệu nhờ sử dụng nhiệt năng. Quá
trình sấy nhằm mục đích giảm bớt khối lượng , tăng độ bền của vật liệu; bảo quán
tốt vật liệu trong một thhowif gian dài, nhất là đối với các sản phẩm nông sản,
lương thực, thực phẩm; giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vận chuyển vật
liệu; hoặc để đảm bảo các thông số kỹ thuật cho các quá trình gia công vật liệu tiếp
theo.
1.2.1.2.Phân loại
Quá trình sấy bao gồm 2 phương thức:
 Sấy tự nhiên : là phương pháo sử dụng trực tiếp năng lượng tự nhiên như
năng lượng mặt trời, năng lượng gió,… để làm bay hơi nước. Phương pháp
này đơn giản, không tốn năng lượng, rẻ tiền tuy nhiên không điều chỉnh
được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp, phụ thuộc vào thời
tiết, cần diện tích bề mặt lớn, điều kiện vệ sinh kém,… Do đó phương pháp
này được áp dụng cho sản xuất quy mô lẻ, hộ gia đình,
 Sấy nhân tạo : là phương pháp sấy được sử dụng các nguồn năng lượng do
còn người tọa ra, thường được tiến hành trong các thiết bị sấy, cung cấp
nhiệt cho các vật liệu ẩm.
Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ
thuật sấy có thể chia ra làm các dạng :
- Sấy đối lưu : là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với
không khí nóng, khói lò,…( gọi là tác nhân sấy ).
5


- Sấy tiếp xúc : là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc ới

nhiệt độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua
một vách ngăn.
- Sấy bằng tia hồng ngoại : là phương thức sấy dùng năng lượng của tia
hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy.
- Sấy bằng dòng điện cao tần : là phương pháp sấy dùng năng lượng điện
trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu.
- Sấy thăng hoa : là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không
rất cao, nhiệt độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay
hơi trừ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng.
1.2.1.3. Nguyên lí của quá trình sấy.
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất
phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch 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 long sang pha hới sau đó tách pha
hơi ra khỏi vật liệu ban đầu. Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong
lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu. Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ
xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi
nước trong môi trường không khí xung quanh. Vận tốc của toàn bộ quá trình được
quy định bởi giai đoạn nào là chậm nhất. Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà
nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong vật liệu
sấy ra ngoài bền mặt vật liệu sấy.
Trong quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng
rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. Do vậy cần nghiên cứu tính chất là thông số cơ
bản của quá trình sấy.
1.2.2. Tác nhân sấy.
Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu
sấy. Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ
vật liệu sấy. Nếu dộ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng
sấy được tăng lên đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật liệu sấy và
môi trường trong buồng sấy, quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ ngừng lại.

Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy :
6


- Gia nhiệt cho vật liệu sấy.
- Tải ẩm : mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường.
- Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.
Tùy theo phương pháp sấy mà các tác nhân sấy có thể thực hiện một hay
nhiều các nhiệm vụ trên.
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 sẽ có nhiều ưu điểm : không khí
có sẵn trong tự nhiên, không độc , không làm sản phẩm sau khi sấy 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 (caloripher khí –hơi bay khí – 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 do bụi và các chất có hại như CO2, SO2 ,…
 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.
 Hỗn hợp không khí và hơi nước : Tác nhân sấy này chỉ dùng khi độ ẩm
tương đối cao.
1.2.3. Thiết bị sấy.
Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều
kiểu thiết bị sấy khác nhau đề phù hợp với các loại vật liệu sấy riêng biệt. Có
nhiều cách phân loại thiết bị sấy :
- Dựa vào tác nhân sấy : thiết bị sấy bằng không khí hay thiết bị sấy bằng

khói lò, ngoài ra còn có nhiều thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như
sấy thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại, sấy bằng dòng điện cao tần,…
- Dựa vào áp suất làm việc : thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy ở áp
suất thường.
- Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho quá trình sấy : Thiết bị sấy tiếp xúc,
thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy bức xạ,…
7


- Dựa vào cấu tạo thiết bị : phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải.
- Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy : cùng chiều hay ngược
chiều.
 Chọn thiết bị, tác nhân và phương án sấy :
- Chọn thiết bị sấy : Căn cứ vào ưu nhược điểm của các loại thiết bị sấy và
đặc điểm của vậ liệu sấy ở đây là đường ta chọn thiết bị sấy là hệt thống
sấy thùng quay. Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy chuyên dùng để
sấy các vật liệu hạt, cục nhỏ. Loại thiết bị này được dùng rộng rãi trong
công nghệ sau : thu hoạch để sấy các vật liệu ẩm dạng hạt có kích thước
nhỏ.
- Chọn tác nhân sấy : ĐƯờng là sản phẩm thực phẩm có thể dùng để ăn
trức tiếp hoặc dùng làm nguyên liệu chế biến sản xuất các sản phẩm thực
phẩm, dược phẩm khác vì vậy yêu cầu quá trình sấy phải sạch, không bị
ô nhiễm, bám bụi. Mặt khác, sấy đường không sấy ở nhiệt độ cao. Do đó
ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng.
- Chọn phương án sấy : Đường được sấy liên tục với tác nhân là không khí
nóng. Vật liệu và tác nhân sấy sẽ đi qua xyclon thu hồi bụi đường và thải
khí ra ngoài môi trường.
1.3. Giới thiệu về hệ thống sấy thùng quay.
Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròng
được đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một khoảng 1-5 độ. Có 2 vành đai

trượt trên các con lăn đỡ khi thùng quay. Khonagr cách giữa các con lăn có thể
điều chỉnh được để thay đổi góc nghiêng của thùng. Thùng quay với tốc độ 1,5 – 8
vòng/phút nhờ một động cơ điện thông qua hộp giảm tốc. Bên trong thùng có lắp
các cánh đảo để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất đạt cao hơn, phía cuối thùng có
hộp tháo sản phẩm.
Hệ thống sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển. Tác nhân sấy có thể
là không khí sạch hay khí lò. Tác nhân sấy và vật liệu có thể chuyển động cùng
chiều hoặc ngược chiều. Vận tốc của tác nhân sấy đi trong thùng không quá 3m/s
đẻ tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.
Vật liệu ướt qua phễu nạp liệu rồi vào thùng sấy ở đầu cao. Thân thùng quay trònm
vật liệu sấy vừa bị xáo trộn, vừa đi dần từ đầu cao xuống đầu thấp của thùng. Nó
chuyển động được nhờ những đêm chắn. Đệm chắn vừa phân bố đều vật liệu theo
8


tiết diện thùng, vừa xáo trộn vật liệu, làm cho vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy tốt
hơn.
Quá trình vật liệu đi trong thùng quay, tác nhân sấy và vật liệu sấy trao đổi
nhiệt ẩm cho nhau. Vật liệu đi hết chiều dài thùng sấy được lấy ra vầ vận chuyển
cào kho nhờ bằng tải còn tác nhân sấy đi qua xyclon để thu hồi vật liệu sấy theo
khí thải và được thải ra ngoài môi trường.

 Ưu, nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay :
- Ưu điểm :
+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và
tác nhân sấy.
+ Cường độ làm việc tính theo lượng ẩm khá cao, có thể lên tới
100kg/m3.h
+ Thiết bị đơn giản, dễ vận hành, chiếm diện tích mặt bằng nhỏ.
- Nhược điểm :

+ Vật liệu dễ bị vỡ vụn, làm giảm chất lượng sản phẩm.
+ Cần có xyclon để lọc bụi nếu vật liệu sấy tạo ra nhiều bụi.
+ Tiếng ồn lớn do quạt tạo ra.

PHẦN II

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY ĐƯỜNG
9


Thông số đề bài :






Độ ẩm vật liệu trước khi sấy : W1 = 1,5%.
Độ ẩm vật liệu sau khi sấy : W2 = 0,3%.
Nhiệt độ của vật liệu trước khi vào thiết bị sấy : tv1 = 250C.
Nhiệt độ của vật liệu sau khi ra khỏi thiết bị sấy : tv2 = 350C.
Nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào thiết bị sấy : t1 = 1000C.

 Nhiệt độ của tác nhân sau khi vào thiết bị sấy : t2 = 400C.
 Cường độ bốc hơi ẩm : A = 8kg/m3.h
Năng suất : 2000 kg/h.
2.1. Tính cân bằng vật liệu.
Lượng ẩm bốc hơi trong 1h của vật liệu sấy :
W  G2

W1  W2
100  W1 , kg/h (Công thức VII.18 – trang 102 – [2])

Trong đó :
W1 : Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ của vật liệu sấy, (kg/h)
W2 : Độ ẩ của vật liệu trước khi sấy, (%)
G2 : Lượng vậ liệu ra khỏi máy sấy, (kg/h)
Vậy :

W  2000

1.5  0.3
100  1.5 = 24,4 (kg/h)

Khối lượng vật liệu ẩm vào thùng sấy :
G1 = G2 + W, kg/h ( Công thức VII.17 – trang 102 – [2]).
G1=2000 + 24,4 = 2024,4 (kg/h)

Khối lượng vật liệu khi tuyệt đối :
10


Gk  G2

100  W2
100 , kg/h ( Công thức VII.19 – trang 102 – [2])

Gk  2000

100  0.3

100 =1994 (kg/h)

2.2. Thời gian sấy.
120. . .(w w )

  A.[200(w 1+w 2)]
1

2

, phút ( Công thức VII.53 – trang 123[2])

Trong đó :
Β : Hệ số điền đầy, chọn = 0.2
ρ : Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng quay
ρ = 1587 kg/m3.
A:Cường độ bốc ẩm hơi,chọn A=8 kg/m3h(theo bảng 10.1 – trang 207 – [1])
W1, W2 : Độ ẩm ban đầu và cuối của vật liệu, (%)
Vậy :

0,3)
  120.0,2.1587.(1,5
8.[200(1,50,3)]

= 28,83 phút

2.3. Tính kích thước và các thông số của thùng sấy :
Thể tích của thùng sấy (V):
Từ công thức :

A W

V ( Công thức 10.2 – trang 207 – [2])

Trong đó :
A : Cường độ bốc ẩm bay hơi, (kg/m3h)
W : Lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ của vật liệu sấy, (kg/h)
V : thể tích thùng sấy, (m3)

11


Suy ra :
V

W

24, 4
A = 8 =3,1 (m3)

Đường kính 2 chiều dài của thùng sấy ( D,L):
L

4.V
 .D 2 ,m ( Công thức VII.5.1 – trang 121 – [2])

Trong đó :
L : chiều dài của thùng sấy, (m)
D : đường kính thùng sấy, (m)
V : thể tích thùng sấy, (m3)

Theo kinh nghiệm, người ta lấy quan hệ giữa chiều dài và đường kính thùng sấy là
L/D=()
Chọn L/D = 5 hay L = 5D
Suy ra :

D3

4.V
4 =

3

4.3,1
4 = 1 (m).

Nên L = 5.D = 5.1 = 4 (m)
Số vòng quay của thùng sấy :

n

L
a. .D.tan  , vòng/phút

Trong đó :
L,D : chiều dài và đường kính của thùng sấy, (m)
A : Hệ số phụ thuộc đường kính và kiểu cnhs đảo chọn a = 1,2
12


 : thời gian sấy, (phút)

 : góc nghiêng của thùng sấy, chọn  = 40

Vậy

n

4
1, 2.28,83.1.tan 40 =1,65 ( vòng/phút ).

2.4. Tính toán quá trình sấy lí thuyết.
Nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép :
th = 20 – 10.log 

2350
+ 0.37.(100  Wtb )  Wtb ( Công thức 10.9 – trang 210 – [1])

Trong đó :

 : thời gian sấy ( phút )
Wtb : độ ẩm trung bình của vật liệu sấy trước và sau khí sấy, (%)
Wtb 

1,5  0,3
2
= 0,9 (%)

2350
Vậy th = 20 – 10.log28,83 + 0.37.(100  0, 9)  0,9 = 68 (0C)

Quá trình sấy lí thuyết không có hồi lưu được biểu diễn trên đồ thị I – d (hình vẽ)

 Tính toán trạng thái không khí bên ngoài :
Chọn không khí bên ngoài được xác đinhh bởi cặp thông số nhiệt độ và độ ẩm
tương đối (t0 , 0 ) = ( 25%,85%), có áp suất p =745 mmHg.
4026, 420
Pbo= exp{12,000) - 235,500  t0 }

Áp suất hơi bão hòa ứng với t0 = 250C.
13


4026, 420
4026, 420
Pbo = exp{12,000 - 235,500  t0 }== exp{12,000 - 235,500  25 }=0,0315 bar

Lượng chữa ẩm d0:

d0 =

0,621.

0,621.

=

0 .Pbo
B  o .Pbo ( Công thức 2.13 – trnag 28 – [1])
0,85.0, 0315
745
 0,85.0, 0315

750
= 0,0172 (kg ẩm/kk)

Emtapy I0 :
I0= 1,004.t0 + d0.(2500 + 1,842.t0) ( Công thức 2.25 – trang 29 – [1])
= 1,004.25 + 0,0172.(2500 + 1,842.25) = 68,892 ( kJ/kg kk)

 Tính toán trạng thái không khí vào thùng giấy :
Không khí được đưa vào thùng sấy được qua caloripher để đốt nóng không
tăng ẩm đến nhiệt độ t1 = 1000C, lượng chứa ẩm d1 = d0 = 0,0172 kg ẩm/ kg kk.
4026, 420
Pb1 = exp{ 12,000 - 235,500  t1 }

Áp suất hơi bão hòa ứng với t = 1000C
4026, 420
4026, 420
Pb1 = exp{ 12,000 - 235,500  t1 }= exp{ 12,000 - 235,500  100 } = 0,9987 bar

Độ ẩm tương đối q1 :
1 

0, 0172.(745 / 750)
 2, 68(%)
0,9987.(0, 621  0, 0172)

Etanpy I1 :
I1= 1,004.t1 + d1.(2500 + 1,842.t1)
14

= 1,004.100 + 0,0172.(2500 + 1,842.100) = 146,568 (kJ/kg kk)
Nhiệt lượng mà caloripher cần cung cấp để đốt nóng 1kg không khí từ trạng thái
(t0,ρ0) đến trạng thái (t1,ρ1) là :
q = I1 – I0 = 146,568 – 68,892 =77,676 (kJ/kg kk)

 Tính toán trạng thái không khí sau quá trình sấy lý thuyết :
d20 

I 2 1,004.t2
146,568 1,004.40
2500  1,842.t2 = 2500  1,842.40 =0,0413 (kg ẩm/kg kk)

Áp suất hơi bão hòa ứng với t2 = 400C :
4025, 420
4025, 420
Pb2 = exp{12,000 - 235,500  t2 } = exp{12,000 - 235,500  40 } = 0,0732 bar

Độ ẩm tương đối của không khí sau quá trình sấy lí thuyết là :

20

d 20. .B
0, 0413.(745 / 750)
= Pb 2 .(0, 621  d20 ) = 0, 0732.(0, 621  0, 0413) =84,62 (%)

- Lượng ẩm mà không khí nhận từ vật liệu :
Gbc0 = d20 – d1 = 0,0413 – 0,0172 = 0,0241 (kg ẩm/kg kk)
Ta có bảng thông số của quá trình sấy :
Không khí trước khi đi
qua caloripher

Không khí sau khi đi qua
caloripher

Không khí sau khi sấy

t0 = 250C

t1 = 1000C

t2 = 400C

 = 85%

1 = 2,68 %

 2 = 84,62%

I0 =68,892 kJ/kg kk

I1 = 146,568 kJ/kg kk

I2 = 146,568 kJ/kg kk

15


d0 = 0,0172 kg ẩm / kg kk d1 = 0,0172 kg ẩm/kg kk

d20 = 0,0413 kg ẩm/kg kk

 Lượng ẩm tác nhân sấy lí thuyết cần :
- Lượng không khí khô cần thiết để l0 bốc hơi 1kg ẩm là :
1
1
l0 = d20  d0 = 0,0413  0,0172 =41,49 (kg kk/kg ẩm)

Vậy lượng tác nhân sấy vào caloripher là :
L0 = l0.W = 41,49.24,4 = 1012,4 (kg/h)
Theo phụ lục 5 ( Trang 349 – [1]), thể tích không khí ẩm chửa 1kg không
khí khô trước và sau quá trình sấy là : v1 = 1,105m3/kg kk, v2 = 0,969
m3/kg kk, do đó :
- Lượng thể tích của tác nhân sấy trước quá trình sấy lý thuyết V1 :
V1 = v1.L0 = 1,105.1012,4 = 1118,7 (m3/h)
- Lượng thể tích của tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết V20 :
V20 = v20.L0 = 0,969.1012,4 = 981,0 (m3/h)
- Lượng thể tích trung bình của quá trình sấy lý thuyết Vtb0 :
Vtb0 = 0,5.(V1 + V20) = 0,5.(1118,7 + 981,0) = 1049,85 (m3/h)
= 0,3 (m3/s).
 Nhiệt lượng tiêu hao lý thuyết :
q0 = l0.(I1 – I0) = 41,49.(146,568 – 68,892) = 3222,78 ( kJ/kg ẩm)
Q0 = q0.W = 3222,78.24,4 = 78635,8 (kJ/h) = 21,8 (kW)
2.5. Tính toán nhiệt quá trình sấy :
2.5.1. Tổn thất nhiệt
2.5.1.1. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi :

16


-

Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm w2 = 0,015% là :
Cv = Cvk.(1 – w2) + Ca.w2, [kJ/kg độ] ( Công thức 7.40 – trang 14 – [1])

Trong đó :
Cvk : Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khô, Cvk = 1,45 kJ/kg độ
Ca : Nhiệt dung riêng của hơi nước, Ca = 4,1868 kJ/kg độ
Suy ra : Cv = 1,45.(1 – 0,003) + 4,1868.0,003 – 1,4582 kJ/kg độ

- Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi :
Qv G2 .Cv .(t v1  tv 2 )

W
qv = W
, kJ/ kg ẩm ( Công thức 7.19 – trang 135 – [1])

Trong đó :
tv1, tv2 : Nhiệt độ của vật liệu sấy trước và sau khi sấy.
G2 : Lượng vật liệu ra khỏi máy sấy (kg/h)
Cv : Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm w2, (kJ/kg độ)
2000.1, 4582.(35  25)
 1195,929
24, 4
Vậy : qv =
( kJ/kg ẩm )

2.5.1.2. Tổn thất nhiệt do môi trường.
Để tính được tổn thất nhiệt do môi trường ta phải giả thiết tốc độ sấy của tác
nhân sấy là w(m/s). Sau khi tính toán xong lluowngj tác nhân quá trình sấy thực ta
sẽ kiểm tra lại giả thiết này.

Cơ sở để giả thiết tốc độ tác nhân sấy trong thiết bị sấy thực tế là tốc độ sấy
lý thuyết w0(m/s). Tốc độ này chính là tỉ số giữa lưu lượng thể tích trung bình Vtb0
và chọn β = 0,1 do đó tiết diện tự do của thùng sấy của thể tính gần đúng bằng :

17


 .D 2
 .12
 (1  0, 2).
 0, 628
4
Ftd = (1-β).Fts = (1 –β) = (1-β). 4
(m2)

Khi đó, tốc độ tác nhân sấy lý thuyết bằng :

W0 

Vtb 0
0,3

 0, 48  m / s 
Ftd 0, 628

Giả thiết tốc độ cảu tác nhân sấy trong quá trình sấy thực W = 0,48m/s
Như vậy dự liệu để tính mật độ dòng gồm :
- Nhiệt độ của tịch thể nóng trong trường hợp này là trung bình nhiệt độ
cả tác nhân vào và ra thùng sấy.
tf1 = 0,5.(t1 + t2) = 0,5.(100 + 40) = 700C

- Nhiệt độ của dịch thể lạnh. Nhiệt độ này chính là nhiệt độ của môi
trường.
tf2 = t0 = 250C
Thùng được cấu tạo từ 3 lớp từ trong ra ngoài như sau :
STT Lớp

Tên lớp

Chất liệu

Kí hiệu độ
dày

Độ dày

1

Lớp thùng
quay

Thép CT3

1

5mm

2

Lớp bảo ôn

Bông thủy
tinh

2

50mm

3

Lớp bảo vệ

Thép CT3

3

1mm

18


Các quá trình truyền nhiệt xảy ra :
 Quá trình cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị sấy.
 Quá trình dẫn nhiệt từ thành trong ra ngoài thiêt bị
 Quá trình cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị đến không khí.
Lớp thép bọc bên ngoài cách nhietj với bề dày 1mm có tá dụng chủ yếu là để bảo
vệ, tổn thất nhiệt qua lớp này là không đang kể nên khi tính toán có thể bỏ qua.
Hệ số truyền nhiệt từ tác nhân sấy ra ngoài môi trường xung quanh K được tính
theo công thức :

K

1
1
 1
� 
1
r  2 , W/m2 độ.

Trong đó :
1 : Hệ cấp nhiệt từ vật liệu sấy đến thành trong thiết bị sấy,(W/m2.độ)
19


 2 : Hệ cấp nhiệt từ thành ngoài ra ngoài môi trường (W/m2.độ)

r : Hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị.
 : Chiều dày thiết bị (m).

a. Quá trình cấp nhiệt từ tác nhấn sấy đến thiết bị sấy :
Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy và thành trong
của thùng sấy q1 được xác định theo công thức :

q1  1.  t f 1  t w1  ,W / m2

Với tw1 : là nhiệt độ thành trong của thiết bị sấy.
1 được xác định bằng công thức sau :
1  k .  1'  1''  , W / m2

.độ (Công thức 8.47 – [4])

Trong đó :
k: hệ số tính tới độ nhám, theo [3], k = 1,2 - 1, chọn k =1,2

1' : hệ cấp nhiệt từ vật liệu sấy đến thành trong thiết bị sấy do đối lưu cưỡng
bức, phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí (W/m2.độ)

1" : hệ cấp nhiệt từ thành ngoài ra ngoài môi trường do đối lưu tự nhiên,
(W/m2.độ).
 Xác định 1 :
 Tính chuẩn sô Reynolds Re được xác định theo công thức :
'

Wtb .D
Re =  (công thức V.36 – trang 13 – [2])

Trong đó :
wtb : Vận tốc tác nhân sấy trung bình, wtb = 1,41 m/s.
D : Đường kính thùng sấy,(m).

20


 : Độ nhớt động học của tác nhân sấy, (m2/s)

( Tra phụ lục 6 – [1], ở 700C có  =20,02.10-6 (m2/s) )
1, 41.1
6
Re = 20,02.10 = 7,04.104

Vì Re > 104 nên ta chọn dòng khí trong thiết bị chuyển động chảy xoáy.

 Tính chuẩn số Nusselt :
Nu = 0,018.Re0,8.  1 (Công thức V.42 – trang 17 – [2])
Trong đó : Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số giữa chiều dài và
đường kính thùng sấy.
Ta có : L/4 = 4 >

 1 = 1,21 ( Tra bảng V.2 – trang 16 – [2])

� Nu = 0,018.(7,04.104)0,8.1,21 = 156,3
1' .D
Mà Nu = D

Trong đó :
D : đường kính thùng sấy, (m)
D: Hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy, (W/m2.độ)
'
Ở 700C , 1 = 2,96.10-2 W/mK ( tra phụ lục 6 – trang 350 – [1])

D.Nu 2,96.102.156,3

 4, 63
'

D
1
1
t
Suy ra : =
(W/m2.k)

 Xác định 1 :
 Tính chuẩn số Gratkov :
"

g. .t.l 3
2
Gr = 

21


Trong đó :
g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
l : kích thước hình học chủ yếu, (m)
1
β : Hệ số dãn nở thể tích, β = T

 : Độ nhớt động học của tác nhân sấy, (m2/s)
t : Hiệu số nhiệt đọ giữa bề mặt trao đổi nhiệt và dòng, (0C).

Giả sử nhiệt độ mặt trong của thùng sấy là tw1 = 650C

�

t = tf1 – tw1 = 70 – 65 = 50C

Nhiệt độ trung bình giữa tác nhân và bề mặt trong của thùng sấy là :
t f 1  t w1

ttb1 =

2



70  65
 67, 50
2
C

Tra phụ lục 6 ( trang 350 – [1]) tại 67,50C có :
 = 19,76.10-6 m/s
D = 2,95.10-2 W/m.K

Thay số : Gr =

9,81.13.5
 0,37.199
6
(70  273)  19, 76.10 

 Tính chuẩn số Nusselt :
Nu = 0,47.Gr0,25 ( công thức 8.48 – [4])
Nu = 0,47.(0,37.109)0,25 = 65,19
D.Nu 65,19.2,95.102
 1,92(W / m 2 .k)
Dt =
1

�

1" =

�

1 = k.( 1' + 1" ) = 1,2.(4,63 + 1,92) = 7,86 (W/m2.k)
22


Vậy q1 = 1 .(tf1 – tw1) = 7,86.(75 – 60) = 39,3 (W/m2).
b. Quá trình cấp nhiệt từ thành ngoài đến không khí.
Xác định  2 bằng công thức sau :

 2 =  2 ' +  2 " , W/m2.độ ( Công thức 8.50 – [4])
Trong đó :

 2 " : Hệ số cấp nhiệt do bức xạ, (W/m2.độ)
 2 ' : Hệ cấp do đối lưu tự nhiên, (W/m2.độ)
 Xác định  2 '

 Tính chuẩn số Gratkov
g. .t.l 3
2
Gr = 


 Trong đó :
 g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
 l : kích thước hình học chủ yếu, (m)

1
β : Hệ số dãn nở thể tích, β = T


  : Độ nhớt động học của tác nhân sấy, (m2/s)
 t : Hiệu số nhiệt đọ giữa bề mặt trao đổi nhiệt và dòng, (0C).
 Giả sử nhiệt độ mặt trong của thùng sấy là tw4 = 300C

�

t = tf1 – tw1 = 30 – 25 = 50C

Nhiệt độ trung bình giữa tác nhân và bề mặt trong thùng sấy là :
t f 1  tw1 25  30

 27,50
2
2
ttb1 =
C

Tra phụ lục 6 ( trang 350 – [1]), tại 27,50C có :

 = 15,765.10-6 m2/s.
23


D= 2,65.10-2 W/mK

l

= Dng = Dt + 2.(0,005 + 0,05 + 0,001) = 1,112 (m)

Thay số : Gr =

9,81.1,1123.5
 0,91.199
6
(25  273)  15, 765.10 

 Tính chuẩn số Nusselt :
Nu = 0,47.Gr0,25 ( công thức 8.48 – [4])
Nu = 0,47.(0,91.109)0,25 = 81,63
D.Nu 81,63.2,65.102
1,112
� 1 ' = Dt =



 1,95(W / m2 .k)

Xác định α2”

T
T
 n .C0 .[( 1 )4  ( 2 ) 4
100
100 , W / m
2 " 
T 1  T2

( Công thức 8.51 – [4])

Trong đó :
εn : Mức độ đen của hệ, tra bảng 56 – [4], εn = 0,95
C0 : Hệ số của vật đen tuyệt đối, C0 = 5,76 W/m2.0K4
T1 , T2 : Nhiệt độ tuyệt đối của bề mặt thiết bị sấy và môi trường xung quanh,0K
Thay số :

24


2 " 

30  273 4 25  273 4
) (
)
100
100
 5,94
 30  273  (25  273)

0,95.5,76.[(

�  2   2 '  2 "  1,95  5,94  7,89(W / m2.K )
Vậy q4 = α2.(tw4 – tf2) = 7,89.(30 – 25)=39,45 (W/m2)
Sai số giữa q1 và q4 :
| q4  q1 | | 39, 45  40,74 |
 3, 2%
 = q4 =
39,45

Với sai số này thì chấp nhận được.
- Tính hệ số truyền nhiệt K :
1
1
k

 0,63(W / m2 .
1
0,005 0,05
1
1 1  2 1



  
1 1 2  2 8148 71,58 0,0375 7,89

độ)

Do đó mật độ dòng nhiệt q bằng :
q = k.(tf1 – tf2) = 0,63.(70 – 25) = 25,43 (W/m2.độ)
- Diện tích bao quanh thùng sấy F : Vì tính truyền nhiệt qua thùng sấy như
là truyền nhiệt qua vách phẳng, do đó tính diện tích bao quanh thùng sấy
bằng diện tích phần hình trụ tính theo đường kính trung bình :
 .Dtb 2
F = π.D.L + 2. 4 ,m2
Trong đó :
Dtb : đường kính trung bình của thùng sấy, (m)
Dtb 

D1  D2 1  1,112

 1,056( m)
2
2

L : chiều dài của thùng sấy, (m)
 .1,0562
� F   .1.4  2.
 14,32(m2 )
4
.
Do đó tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt bằng :
Qmt = 3,6.q.F = 3,6.28,43.14,32 = 1466 (kJ/h)
Qmt 1461,5

 60,08(kJ / kg
W
24,4
qmt =
ẩm)
25