Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đường năng suất 600 kgh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BỘ MÔN: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
***

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Đề tài: Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đường

GVHD

: PGS. TS Tôn Th ất Minh

Sinh viên th ực hi ện: T ạ Th ị Thùy Chi
MSSV

: 2013 5142

Hà Nội, 2015
***

1


MỤC LỤC
Mục lục…………………………………………………………………………2
Lời mở đầu………………………………………………………………………4
Phần I: Tổng quan kỹ thuật sấy đường………………………………………5
I, Giới thiệu về nguyên liệu sấy…………………………………………………5

1, Tính chất của nguyên liệu……………………………………………….5
2, Nguyên lý sấy đường……………………………………………………7
II, Kỹ thuật sấy đường…………………………………………………………..7
1, Các chủng loại máy sấy đường…………………………………………7
2, Quy trình sấy đường……………………………….……………………8
Phần II: Tính toán, thiết kế hệ thống sấy……………………………….….10
I, Chọn kiểu thiết bị sấy…………………………………………………….…10
II, Chọn tác nhân sấy và chất tải nhiệt…………………………………………11
III, Tính toán nhiệt quá trình sấy………………………………………………11
1, Tính cân bằng vật liệu…………………………………………….……11
2, Tính toán các thông số cơ bản của thùng sấy………………….………11
3, Tính toán quá trình sấy lý thuyết……………………………..………..13
4, Tính toán quá trình sấy thực tế………………………………...………18
4.1, Tính toán tổn thất nhiệt…………………………………………18
4.2, Quá trình sấy thực tế……………………………………………25
IV, Tính toán các thiết bị của hệ thống sấy…………...……………………….29
1, Tính toán thùng sấy……………………………………………....……29
2, Tính chọn cánh đảo trộn……………………………………………….32
3, Thiết kế bộ phận truyền động cho thùng quay………………...………34
2


4, Tính vành đai và con lăn…………………………….…..……………..42
5, Tính toán buồng đốt…………………………….……..…….…………46
6, Tính calorifer…………………………………………..………………51
7, Tính toán khí động, chọn quạt gió……………………..………………58
7.1, Tính trở lực………………………………….….………………58
7.2, Chọn quạt gió……………………………….…….…………….62
Phần III: Kết luận.............................................................................................64
Tài liệu tham khảo……………………………………….……..…………….65

3


LỜI MỞ ĐẦU
Đường là chất có vị ngọt tự nhiên, là loại th ực phẩm bổ dưỡng không
thể thiếu của con người. Đường không chỉ được sử dụng tr ực tiếp để cung
cấp năng lượng cho cơ thể mà còn là loại nguyên liệu trong các công ngh ệ
chế biến thực phẩm khác như : công nghệ sản xuất đồ hộp, làm bánh kẹo,
làm mứt, làm rượu, nước giải khát…
Một trong những công đoạn quan trọng trong công nghệ sản xuất
đường là công đoạn sấy đường sau khi tinh th ể đường đ ược tạo ra. Việc
sấy đường đã giúp cho việc hoàn thiện sản phẩm, bảo quản và v ận
chuyển đường được thuận lợi hơn rất nhiều.
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, chúng ta có th ể l ựa
chọn nhiều phương pháp sấy khác nhau đem lại hiệu quả cao, bảo đảm
về giá trị cảm quan cũng như giá trị dinh dưỡng cho sản ph ẩm đường. M ột
trong những phương pháp sấy đó phải kể đến là sấy thùng quay. V ới
những ưu điểm về thiết bị nhỏ gọn, phổ biến và phù hợp với nguyên liệu
sấy hạt thì sấy thùng quay được sử dụng rất rộng rãi để sấy đường.
Chính vì vậy, trong đồ án môn học này, em xin trình bày v ề đề tài:
“Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đường năng suất 600
kg/h” với các phần như sau:
Phần I: Tổng quan kỹ thuật sấy đường.
Phần II: Tính toán, thiết kế hệ thống sấy.
Phần III: Kết luận
Do trình độ, kinh nghiệm nghiên cứu và tài liệu tham kh ảo còn h ạn
chế nên em không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình tính toán,
thiết kế đồ án. Em rất mong được các quý 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 thầy PGS.TS. Tôn Thất Minh đã h ướng dẫn,
giúp đỡ tận tình để em có thể hoàn thành đồ án môn học này!
Sinh viên
T ạ Th ị Thùy Chi
4


PHẦN I
TỔNG QUAN KỸ THUẬT SẤY ĐƯỜNG
I, Giới thiệu về nguyên liệu sấy
Đường vừa là sản phẩm thực phẩm quan trọng của con người, có th ể
sử dụng trực tiếp, cung cấp năng lượng cho cơ thể, vừa là nguồn nguyên
liệu không thể thiếu trong các nhà máy thực phẩm. Hầu như loại th ực
phẩm nào cũng chứa đường, một số loại thực phẩm còn dùng đ ường làm
nguyên liệu chính, phải kể đến như : kẹo, mứt, bánh,…
Đường trong tự nhiên có nhiều trong mật mía, củ cải đường, th ốt nốt.
Ở Việt Nam, đường được sản xuất chủ yếu từ mật mía. Với vùng
nguyên liệu tập trung ở các tỉnh vùng Bắc Trung Bộ và duyên h ải mi ền
Trung như: Thanh Hóa, Nghệ An, Phú Yên, … Một số tỉnh khác trong cả
nước như: Gia Lai, Đắk Lắk, Tây Ninh, Long An, H ậu Giang, Sóc Trăng.
Theo số liệu từ trung tâm tin học thống kê, thống kê - thông tin an
ninh lương thực, thì diện tích trồng mía của cả nước năm 2015 là 305
nghìn ha. Trong đó, diện tích trồng mía ở Thanh Hóa là 34 nghìn ha, ở Ngh ệ
An là 28,4 nghìn ha. Ở Phú Yên, diện tích trồng mía là 26,2 nghìn ha, Khánh
Hòa là 19,8 nghìn ha. Tính toàn bộ vùng Bắc Trung Bộ và Duyên h ải mi ền
trung, diện tích trồng mía năm 2015 của khu vực này là 122,5 nghìn ha,
chiếm 40,16% so với cả nước. Gia Lai cũng là tỉnh trồng mía v ới di ện tích
lớn với 38,2 nghìn ha năm 2015 chiếm 12,5% so với cả n ước.
Một số giống mía đang được trồng ở nước ta : F156, MY55-44, Ja-605,
F154, F157, H39-3633, NCO310, CO715, Comus, CO449, F134, VN-84-4137,

ROCI16, ROC1, VDD63-273, VDD79-177, ROC18, ROC20,…
1, Tính chất nguyên liệu
Đường mía thành phần chủ yếu là đường saccarose, ngoài ra còn có
đường khử. Những tính chất của nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến thành
phẩm sau quá trình sấy.
 Tính chất vật lý :
Là chất rắn kết tinh, không màu, trong suốt, vị ngọt.
5


Khối lượng riêng : 1,5879 g/cm3.
Nhiệt độ nóng chảy : 186oC – 188oC.
Không tan trong dầu hỏa, ancol, CS2, benzen, tecpen, glycerin khan.
Hòa tan giới hạn trong anilin, etyl axetat, anlyl acetat, phenol và NH 3.
Dễ tan trong nước, độ hòa tan tỉ lệ thuận với nhiệt độ.
Nhiệt dung riêng của đường saccarose nguyên chất:

c  4,18. 1,2387  0,00173.t  (kJ/kg.độ)
Nhiệt lượng riêng của saccarose : 16473 kJ/g
 Tính chất hóa học của đường.
+ Chuyển hóa saccaroza:
Dưới tác dụng của axit, saccaroza bị thủy phân thành glucoza và
fructoza.
C12H22O11 + H2O

H+

C6H12O6 + C6H12O6

Tốc độ chuyển hóa đường saccaroza chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ và

nồng độ ion H+. Ngoài ra, rất nhiều loại vi sinh vật tao ra enzyme chuy ển
hóa cũng làm tăng tốc độ chuyển hóa đường. Nh ững góc ch ết c ủa thi ết b ị
và những nơi vệ sinh không sạch sẽ dẫn đến quá trình chuy ển hóa đ ường
tăng rất mạnh.
+ Tác dụng của kiềm
Trong môi trường kiềm, dung dịch đường có tính acid yếu nên tác
dụng được với các chất kiềm tạo thành saccarate
Mono và đi canxi saccarate dễ bị phân hủy, tri saccarate khó bị phân
hủy. Đặc tính này của tri saccarate được ứng dụng để lấy đường saccarose
ra khỏi mật củ cải.
+ Tác dụng của nhiệt độ

6


Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, đường saccaroza bị mất nước tạo
thành caramen là sản phẩm có màu nâu như caramenlan , caramenlin,
caramenlen.
Glucoza, fructoza bị phân hủy, tạo thành axit lactic, axit glucosacarit,
axit focmic, lacton. Gây vị lạ cho sản phẩm đường.
2, Nguyên lý sấy đường
Quá trình sấy là quá trình làm khô vật thể bằng ph ương pháp tách
nước.
Thực chất của quá trình sấy đường là làm phần n ước trong đ ường
khuếch tán vào không khí. Vì vậy, để quá trình sấy đ ường diễn ra thu ận
lợi cần làm áp lực hơi nước ở bề mặt đường lớn hơn áp suất riêng phần
của hơi nước trong không khí, cần duy trì động lực khuếch tán m ới có th ể
làm cho phần nước trên bề mặt tinh thế đường không ngừng hóa hơi và
phần nước trong đường có thể khuếch tán đến bề mặt đường.
Tùy thuộc vào phần nước tự do bị sấy khô, bay h ơi, áp l ực h ơi n ước

của đường dần dần giảm xuống đến khi cùng áp lực h ơi nước của không
khí không bão hòa có nhiệt độ và độ ẩm nhất định ở xung quanh đạt đến
cân bằng thì sấy không thể tiến hành được và phần n ước đó gọi là ph ần
nước cân bằng. Do đó, có thể thấy, ngoài tính chất của đ ường, đ ộ ẩm của
không khí xung quanh có quan hệ rất lớn đến sấy đường. Không khí xung
quanh là không khí ẩm, tức hỗn hợp của không khí khô và h ơi n ước. Hàm
lượng thực tế hơi nước trong không khí càng thấp, lực hút ẩm của không
khí càng mạnh và năng lực sấy càng lớn. Hàm lượng hơi n ước trong không
khí phụ thuộc độ ẩm của không gian và theo mùa. Để có thể chủ động tạo
nguồn không khí khô trong sấy đường, người ta thiết kế lên nhiều ph ương
pháp sấy đường với nhiều thiết bị sấy khác nhau.
II, Kỹ thuật sấy đường
1, Các chủng loại máy sấy đường
+ Sấy đường được thực hiện bằng sàn rung và băng tải đường
Loại máy sấy này được dùng trong các nhà máy sấy đường ứng dụng
công nghệ và thiết bị của Trung Quốc như: Lam Sơn, Sơn La, S ơn D ương,
Bến Tre, Đắk Nông, Sóc Trăng,..v.v
7


Máy sấy đường bằng sàn rung tương tự như máy vận chuyển đường
sàn rung, chỉ khác là máy sấy sàn rung có hai tầng: Tầng trên là v ận
chuyển của đường, còn dưới là không khí dùng làm bay h ơi n ước c ủa
đường.
+ Máy sấy bằng thùng quay
Máy sấy bằng thung quay là một thùng tròn đặt nằm ngang, có góc
nghiêng so với mặt đất là từ 3o – 6o. Trong thùng có gắn vào thân thùng
nhiều cánh. Lúc thùng quay các cánh này có tác dụng đưa đ ường lên cao và
rơi xuống tiếp xúc đều với không khí và di động về phía tr ước.
+ Máy sấy nhiều ống

Đặc điểm kết cấu của loại máy này là một thùng tròn, bên trong có
lắp 2 tổ ống. Trong ống có gắn cánh có tác dụng giúp đường tiếp xúc đ ều
với không khí. Trong ống dùng để sấy đường và không khí nóng chuy ển
động cùng chiều. Khi làm nguội đường, đường và không khí l ạnh chuy ển
động ngược chiều.
2, Quy trình sấy đường
Đường

Không khí

Gầu tải

Quạt đẩy
Khói lò

Calorifer

Cơ cấu nhập liệu

Quạt hút

Thùng sấy

Xyclon

Băng tải

Bụi đường

Đường sau sấy

Thuyết minh quy trình sấy đường
8


+ Vật liệu sấy:
Đường sau khi ly tâm sẽ được đưa đến gầu tải để vận chuyển lên cao
rồi đưa vật liệu vào cơ cấu nhập liệu vào thùng sấy. Tại thùng sấy, đường
sẽ đi sâu vào thùng sấy, được xáo trộn bởi các cánh nâng khi thùng quay.
Đồng thời sẽ diễn ra quá trình trao đổi ẩm với tác nhân sấy. Quá trình c ứ
thế diễn ra từ khi đường bắt đầu vào thùng và ra khỏi thùng đ ể đ ạt đ ược
độ ẩm theo yêu cầu kỹ thuật. Ở cuối thùng sấy, đường sau khi được tách
ẩm sẽ được tháo liệu ra ngoài, được vận chuy ển bằng hệ th ống băng t ải.
Nhiệt độ đầu ra của đường khá cao (khoảng 40oC) nên phải được làm
nguội. Có hai cách để thực hiện quá trình làm nguội đường:
 Dùng luồng không khí lạnh, khô thổi cưỡng bức để làm nguội.
 Làm nguội tự nhiên bằng cách lợi dụng độ dài thích hợp của hệ
thống băng tải.
+ Tác nhân sấy:
Không khí ở điều kiện bình thường ( 20oC, 85% ) được quạt đẩy đưa
vào hệ thống qua ống dẫn khí vào calorifer để tiến hành trao đổi nhiệt lên
85oC, sau đó được dẫn vào thùng sấy. Tại thùng sấy, tác nhân sấy sẽ tiến
hành quá trình truyền nhiệt và dẫn ẩm ra khỏi vật liệu sấy. Nhiệt độ tác
nhân sấy giảm dần và khi ra khỏi thùng sấy chỉ còn 37 oC.
Trong không khí ra khỏi thùng có lẫn bụi đường, hỗn h ợp khí – bụi
này được dẫn vào xiclon để lọc và thu bụi đường, không khí sạch đ ược
thải ra ngoài môi trường.
Calorifer được gia nhiệt bằng khói lò lấy từ lò đốt. Nhiên liệu là dầu
diesel.

9


PHẦN II
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY
Thông số:
Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đường:
Năng suất: G2 = 600 kg/h
Độ ẩm vật liệu trước khi sấy: w1 = 1,5%
Độ ẩm vật liệu sau khi sấy: w2 = 0,3%
Thông số không khí ngoài trời:
P = 745mmHg; to = 20oC; = 85%
 Nhiên liệu diesel có các thành phần công thức tính theo % nh ư sau:





C = 82,5; O = 0,5; H = 11,5; S = 0,5; W = 2,0; A = 0,1;
 Độ điền đầy β = 20%
 Thời gian sấy  = 20p

t nl = 20ºC

I. Chọn kiểu thiết bị sấy.
Với nguyên liệu sấy là đường, chúng ta lựa chọn thiết bị sấy là thiết bị
sấy thùng quay.
Hệ thống thùng quay là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy các vật li ệu
dạng hạt, cục nhỏ. Loại thiết bị này được dùng rộng rãi trong công ngh ệ
sau thu hoạch để sấy các vật liệu ẩm dạng hạt có kích thước nh ỏ

- Ưu điểm:
+ Quá trình sấy được 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 th ể lên tới
100 kg/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.
10


+ Tiếng ồn lớn do quạt tạo ra.
II. Chọn tác nhân sấy và chất tải nhiệt.
Chọn chất tải nhiệt: Khói lò.
Vì khói lò là nguồn nhiên liệu phổ biến, giá thành rẻ, dễ ki ếm. Đem
lại nhiệt lượng lớn cho quá trình sấy. Tuy nhiên, khói lò lại d ễ làm v ật liệu
sấy bị ô nhiễm do bụi và các chất có hại như CO2, SO2,...
Mặt khác, đường lại là nguồn thực phẩm sử dụng trực tiếp của con
người, cần yêu cầu cao về bảo đảm vệ sinh an toàn thực phẩm.
Do vậy, ta cần trang bị thêm thiết bị calorifer khí – khói để gia nhi ệt
không khí và sử dụng tác nhân sấy là: không khí nóng.
III. Tính toán nhiệt quá trình sấy.
1, Tính cân bằng vật liệu.
 Lượng ẩm cần bay hơi trong một giờ của VLS (W)
w  w2
W  G 2. 1
100  w 2 ( Công thức VII.18 _trang 102_[2] )

W  600.

1,5  0,3
 7,22
100  0,3
kg ẩm/h

 Khối lượng vật liệu ẩm vào thùng sấy trong một giờ:
G1  G 2  W (Công thức VII.17_trang 102_[2])
G1  600  7,22  607,22 kg/h

 Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối:
G k  G 2.

100  w 2
100 (Công thức VII.19_trang 102_[2] )

G k  600.

100  0,3
 598,2
100
kg/h

2, Tính toán các thông số cơ bản của thùng s ấy.
 Xác định thể tích thùng sấy V.
11


Công thức tính thể tích thùng sấy:

V

G1.
v . (Công thức 10.3_trang 208_[8])

Trong đó:
G1: Khối lượng VLS đi vào thùng sấy trong một giờ
τ : Thời gian sấy
β : Độ điền đầy
ρv : Mật độ của khối hạt.
ρv = 990 + 27.w1 ( Công thức 2.84_trang 100_[3] )
 v  990  27.0,015  990, 405 kg/m3

�V

607, 22
20
. 1
990,405.0,2 60
m3

 Đường kính và chiều dài thùng sấy.
L

4.V
.D 2 ( Công thức VII.51_trang 121_[2] )

Trong đó:
L : Chiều dài thùng sấy (m).
D : Đường kính của thùng sấy, (m).

V : Là thể tích của thùng sấy, (m3).
Theo kinh nghiệm, người ta lấy quan hệ giữa chiều dài và đ ường kính
thùng sấy L/D = 3,5 ÷ 7.
Ở đây, ta chọn L/D = 7 hay L = 7.D

12


�D

3

4.V
4.1
3
�0,6
7.
7.3,14
m

� L  7.D  7.0,6  4,2 m

3, Tính toán quá trình sấy lý thuyết.
Quá trình sấy lý thuyết được biểu diễn trên đồ thị I-d (hình vẽ)

+ Điểm A(t0 ,φ0 ) là trạng thái không khí bên ngoài.
+ Điểm B(t1 ,φ1) là trạng thái không khí vào buồng sấy.
+ Điểm C(t2 ,φ2) là trạng thái không khí sau quá trình sấy lý luyết.
3.1, Xác định các thông số trạng thái không khí bên ngoài.
Từ đề bài, ta có các thông số không khí ngoài tr ời:

0  85% ; t o  20o C ; P  745mmHg .

13


 Áp suất bão hòa Pb tương ứng với to = 20oC
Từ công thức 2.31_trang 31_[3] ta có:
�
4026,42 �
Pb  exp �
12 
�
� 235,5  t o

4026,42 �
�
Pb  exp �
12 
� 0,023
235,5

20
�
bar
 Lượng chứa ẩm do
Từ công thức 2.18_trang 28_[3] ta có :
d o  0,621.

do  0,621.

o .Pb
B  o .Pb

0,85.0,023
 0,0125kga�
m/ kgkk
745
 0,85.0,023
750

 Entanpi Io
Io  1,004.t o  d o .(2500  1,842.t o ) (Công thức 2.25_trang 29_[8])
Io  1,004.20  0,0125.(2500  1,842.20)  51,79 kJ/kgkk

3.2, Tính toán trạng thái không khí sau quá trình đ ốt nóng trong
caloripher.
o , t o    85%,20o C 

Không khí xác định bởi cặp thông số trạng thái

được đốt nóng không tăng ẩm trong caloripher đến nhiệt độ t 1. Lúc này các
thông số trạng thái không khí sau khi ra khỏi caloripher đ ược xác đ ịnh nh ư
sau :
 Nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi caloripher t1
Vì đặc điểm của đường mía là dễ bị cháy đen ở nhiệt độ cao. C ụ th ể,
đường mía bị ngả màu ở nhiệt độ 105oC. Do vậy theo kinh nghiệm, người
ta thường sấy ở nhiệt độ từ 70 – 100oC tùy nhà máy.
14

Đường sấy ở nhiệt độ càng thấp thì chất lượng đường càng cao. Tuy
nhiên lại tốn thời gian và năng lượng. Nh ư vậy, ta chọn nhi ệt đ ộ không khí
được đốt nóng trong caloripher hay nhiệt độ cao nhất của TNS trong suốt
quá trình sấy t1 = 85oC.

 Áp suất bão hòa Pb1 ứng với nhiệt độ t1 = 85oC
�
4026,42 �
Pb1  exp �
12 
�
� 235,5  t1 ( Công thức 2.31_trang 31_[8] )

4026, 42 �
�
Pb1  exp �
12 
� 0,57
235,5

85
�
bar
 Độ ẩm tương đối φ1
1 

d o.B
Pb1.(0,621  d o ) ( Công thức 2.19_trang 28_[8] )

745

750
1 
 3, 4%
0,57. 0,621  0,0125 
0,0125.

 Entanpi I1

I1  1,004.t1  d1. 2500  1,842.t1  ( Công thức 2.25_trang_29_[8] )
Với d1 = do; t1 = 85oC, ta có:
I1 = 1,004.85 + 0,0125.( 2500+1,842.85 ) = 118,5 kJ/kgkk
 Nhiệt lượng mà caloripher cần cung cấp
Nhiệt lượng mà caloripher cần cung cấp để đốt nóng 1kg không khí
từ trạng thái ( to ; φo ) = (20oC ; 85%) đến trạng thái ( t1 ; φ1 ) = (85oC ;
3,4%) là :
q  I1  I o = 118,5 – 51,79 = 66,76 kJ/kgkk

3.3, Trạng thái không khí sau quá trình sấy lý thuy ết
15


Quá trình sấy lý thuyết là quá trình chỉ có tổn thất do TNS mang đi mà
không có các tổn thất khác như tổn thất ra môi trường, tổn th ất do vật
liệu sấy mang đi, tôn thất do thiết bị chuyền tải..v.v... Do đó, nhi ệt l ượng
mà TNS cung cấp cho VLS chỉ để cung cấp cho ẩm bốc h ơi. Ẩm bốc h ơi l ại
mang trở lại TNS toàn bộ nhiệt lượng này dưới dạng nhiệt ẩn hóa hơi r và
nhiệt vật lý Cpat. Do đó, quá trình sấy lý thuyết là quá trình đ ẳng entanpi.
Như vậy, nếu TNS trước khi vào buồng sấy ở trạng thái B có nhiệt độ t 1 =
85oC và entanpi I1 = 118,5kJ/kgkk thì sau quá trình sấy lý thuyết, TNS sẽ
được thực hiện theo đường I = I1 = const.

 Nhiệt độ TNS sau khi ra khỏi thùng sấy t2.
Nhiệt độ TNS sau quá trình sấy t2 phải được chọn đủ bé để tiết kiệm
năng lượng nhưng cũng phải đủ xa trạng thái bão hòa để tránh hiện t ượng
đọng sương có thể xảy ra. Chẳng hạn có thể chọn φ trong khoảng
85±5%.
Dựa vào đồ thị I-d ta đoán được sơ bộ được trạng thái không khí sau
khi ra khỏi thùng sấy. Từ đó, ta chọn t2 = 37oC.
 Lượng chứa ẩm sau quá trình sấy lý thuyết d 20
d 20 

I 2  1,004.t 2
2500  1,842.t 2 ( Công thức 2.26_trang 29_[8] )

d 20 

118,5  1,004.37
 0,033
2500  1,842.37
kg ẩm/kgkk

 Áp suất bão hòa tương ứng với nhiệt độ t 2 = 37oC
�
4026, 42 �
Pb 2  exp �
12 
�
� 235,5  t 2 ( Công thức 2.31_trang 31_[8] )

Thay t2 = 37oC, ta có :

4026,42 �
�
Pb2  exp �
12 
� 0,062
235,5

37
�
bar
 Độ ẩm tương đối φ20.
16


20 

d 20 .B
Pb2 . 0,621  d 20 

( Công thức 2.19_trang 28_[8] )

745
750
20 
 80,8%
0,059. 0,621  0,0338 
0,0338.

Ta có bảng sau :
Bảng 1 : Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết.

Không khí trước khi đi
qua caloripher

Không khí sau khi đi qua
caloripher

Không khí sau khi sấy

t o  20o C

t1  85o C

t 20  37o C

o  85%

1  3,4%

20  80,8%

d1  0,0125 kg ẩm/kgkk

d 20  0,033

I1  118,5 kJ/kgkk

I 20  118,5 kJ/kgkk

d o  0,0125 kg

ẩm/kgkk
Io  51,79 kJ/kgkk

 Lượng ẩm mà TNS nhận thêm từ VLS ( gBco ):
g BCo  d 20  d1  0,033  0,0125  0,0205 kg ẩm/kgkk

 Lượng TNS lý thuyết cần thiết.
+ Lượng không khí khô cần thiết lo để bốc hơi 1 kg ẩm là:
l0 

1
d 20  d 0 (Công thức 2.4_trang 47_[4])

l0 

1
 48,78
0,033  0,0125
kgkk/kg ẩm
17


+ Vậy lượng TNS vào calorifer Lo là:
L0  l0 .W (Công thức 2.4_trang 47_[4])
L0  48,78.7,22  352, 2 kgkk / h

Theo phụ lục 5_trang 349_[3], thể tích không khí ẩm ch ứa 1kg không
khí khô trước và sau quá trình sấy là: v1 = 1,035 m3/kgkk, v2 = 0,945
m3/kgkk.
Như vậy ta có:

+ Lưu lượng thể tích của TNS trước quá trình sấy V1 là:
V1  v1.L0  1,035.352,2  364,52 m3/h

+ Lưu lượng thể tích của TNS sau quá trình sấy lý thuy ết V 20:
V20  v 20 .L 0  0,945.352, 2  333,1 m3/h

+ Lưu lượng thể tích trung bình Vtbo:

Vtbo 

V1  v 20 364,52  333,1

 348,81
2
2
m3/h = 0,097 m3/s

 Nhiệt lượng tiêu hao lý thuyết
+ Lượng nhiệt tiêu hao lý thuyết cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm là (q 0):

q 0  l0 . I1  I 0  (Công thức 2.13_trang 49_[4])
q 0  48,78. 118,5  51,79   3254,11 kJ/kg ẩm
+ Lượng nhiệt tiêu hao lý thuyết cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm trong
một giờ Q0 là:
Q 0  q 0 .W (Công thức 2.14_trang 49_[4])
Q0  3254,11.7, 22  23494,7 kJ/h

4, Tính toán quá trình sấy thực tế.
4.1, Tính toán tổn thất nhiệt.
18

4.1.1, Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi.
 Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm w2 = 0,3% là:

C v  Cvk . 1  w 2   Ca .w 2 ( Công thức 7.40_trang 141_[8] )
Trong đó:
+ Cvk: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khô, Cvk = 1,26 kJ/kg.độ
(Theo bảng I.175_trang 183_[1])
+ Ca: Nhiệt dung riêng của hơi nước, Ca = 4,1868 kJ/kg.độ
( Bảng I.149_ trang 169_[1])

� Cv  1, 26. 1  0,003  4,1868.0,003  1,269 kJ/kg.độ
 Tổn thất nhiệt do VLS mang đi:

qv 

Q v G 2 .C v . t v2  t v1 

W
W
( Công thức 7.19_trang 135_[8] )

Trong đó:
+ G2 : Lượng vật liệu ra khỏi máy sấy (kg/h)
+ Cv : Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm w2 = 0,3%
+ tv1 : Nhiệt độ trước khi sấy của vật liệu sấy.
+ tv2 : Nhiệt độ sau khi sấy của vật liệu sấy.
Theo kinh nghiệm người ta thấy rằng, nhiệt độ vật liệu sấy
thường thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy ở cùng vị trí một lượng ∆t = 5oC ÷

10oC. Ở đây, ta chọn ∆t = 10oC.
tv2 = t2 - ∆t = 37 – 10 = 27oC.
� qv 

600.1, 269. 27  20 
 738, 2
7, 22
kJ/kg ẩm

� Q v  q v .W  738,2.7, 22  5329,8 kJ/h

4.1.2, Tổn thất nhiệt ra môi trường
19


Để tính được tổn thất nhiệt ra môi trường, ta phải giả thiết tốc đ ộ
TNS w (m/s). Sau khi tính toán xong lượng TNS thực, chúng ta sẽ ki ểm tra
lại giả thiết này.
Cơ sở để giả thiết tốc độ TNS trong thiết bị sấy thực tế là tốc độ lý
thuyết wo (m/s). Tốc độ này chính là tỷ số giữa lưu lượng thể tích trung
bình Vtbo và tiết diện tự do của thùng sấy. Ta có hệ số điền đầy β = 0,2. Do
đó, tiết diện tự do có thể tính gần đúng bằng:

Ftd  (1  ).Fts

1    ..D 2  1  0,2  .3,14.0,62



 0,23

4

4

m2

Khi đó, tốc độ TNS lý thuyết ωo là:
o 

Vtbo 0,097

 0,42
Ftd
0,23
m/s

Giả thiết tốc độ tác nhân sấy trong quá trình sấy thực là: ω = 0,8 m/s.
Như vậy, dữ liệu để tính mật độ dòng gồm:
+ Nhiệt độ dịch thể nóng trong này là trung bình nhiệt đ ộ tác nhân
vào và ra thùng sấy tf1:

tf1 

t1  t 2 85  37

 61o C
2
122

+ Nhiệt độ dịch thể lạnh: là nhiệt độ của môi trường.

t f 2  t 0  20o C
Giả thiết cấu tạo thùng quay:
Để thùng quay hoạt động ổn định và và hiệu quả, tránh mất mát
nhiệt quá lớn ra môi trường bên ngoài, ta giả thiết thùng quay đ ược c ấu
tạo từ trong ra ngoài như sau:
20


Bảng 2: Cấu tạo thùng quay

STT lớp

1

Tên lớp

Lớp thùng
quay

2

Lớp bảo ôn

3

Lớp bảo vệ

Chất liệu

Thép CT3
Bông thủy
tinh
Thép CT3

Độ dày
(δ)

Hệ số dẫn
nhiệt
(λ)

δ1 = 5mm

λ1 = 71,58

δ2 = 50mm

λ2 = 00375

δ3 = 1mm

λ3 = 71,58

Như vậy, quá trình tổn thất nhiệt từ thành thiết bị diễn ra như sau:

Các quá trình truyền nhiệt xảy ra:
21

o Quá trình cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị sấy.
o Quá trình dẫn nhiệt từ thành trong ra thành ngoài thiết bị.
o Quá trình cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị đến không khí
a. Quá trình cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị s ấy:
 Hệ số cấp nhiệt từ TNS đến thành trong của thiết bị sấy α1
Phía trong thùng sấy là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức v ới t ốc đ ộ
tác nhân sấy là: w = 0,8 m/s.
Khi đó, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa TNS v ới thành
trong của thiết bị được tính theo công th ức:
1  6,15  4,17.w (Công thức 7.46_trang 144_[8])
1  6,15  4,17.0,8  9, 468 W/m2.K

 Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt giữa TNS và thành trong c ủa
thùng sấy qt1

q t1  1. t f 1  t w1  (Công thức 7.43_trang 143_[8])
Trong đó:
tf1 : Là nhiệt độ dịch thể nóng.
tw1 : Là nhiệt độ thành trong của thiết bị sấy. Ta chọn tw1 = 57oC
α1 : Hệ số cấp nhiệt từ TNS đến thành trong của thiết bị sấy.

� q t1  9,486. 61  57   37,944 W/m2
b, Quá trình cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị đến không khí.
 Tính toán tích số Gr.Pr
+ Tính chuẩn số Gratkov

g..t.l3
Gr 
2
(Công thức V.39_trang 13_[2])

22


Trong đó:
g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s
∆t: Hiệu số nhiệt độ giữa bề mặt trao đổi nhiệt và dòng, ( oC)
Giả sử nhiệt độ mặt ngoài của thùng sấy là: tw2 = 30oC

� t  t w 2  t f 2  30  20  10o C
Nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và bề mặt ngoài của thùng s ấy
là:

t tb1 

t f 2  t w 2 20  30

 25o C
2
2

β : Hệ số dãn nở thể tích,



1
T

ϑ : Độ nhớt động học của tác nhân sấy, (m2/s).
6
Tra phụ lục 6_trang 350_[5], tại 25oC, ta có :   15,52.10 m2/s

l : Kích thước hình học chủ yếu, (m).
l = Dng = Dt +2.( δ1 + δ2 + δ3 ) = 0,6 +2.(0,005 + 0,05 + 0,001) = 0,712 m

� Gr 

9,81.10.0,723

 15,52.10   25  273
6 2

 51,011.107

+ Tra bảng V.3_trang 16_[2], ta có trị số Pr của không khí t ại 25 oC :
Pr = 0,702
+ Tích Gr.Pr

Gr.Pr  51,011.107.0,702  3,58.108
 Hệ số cấp nhiệt α2
Vì tích Gr.Pr = 3,58.108 > 2.107
Như vậy, không khí ở chế độ chảy rối. Hệ số trao đổi nhiệt α2 sẽ được
tính theo công thức :
23


 2  1,715. t w 2  t f 2 

0,333

�  2  1,715. 30  20 

(Công thức 7.50_trang 145_[8])
0,333

 3,69 W/m2.K

 Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt giữa thành ngoài thi ết b ị và
không khí.

q t 2   2 . t w 4  t f 2   3,69. 30  20   36,9 W/m2
 Sai số giữa q1 và q2


q t1  q t 2
37,944  36,9
.100% 
.100%  2,75%
q t1
37,944

Sai số là 2,75% < 5%, như vậy có thể chấp nhận đ ược.
c, Nhiệt lượng tổn thất ra ngoài môi trường
 Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức:

K

1
1 1  2 3 1
 
 

1 1  2  3  2 (Công thức 7.42_trang 142_[8])

Trong đó:
K: Hệ số truyền nhiệt
α1 : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa TNS với thành trong của
thiết bị
α2 : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa thành ngoài của thiết bị với
không khí bên ngoài.
1 , 2 , 3 : Bề dày của vật liệu làm thùng quay
1 ,  2 ,  3 : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm thùng quay.

24


�K 

1
 0,58
1
0,005
0,05
0,001
1




9, 486 71,58 0,0375 71,58 3,69
W/m2.độ

 Tính mật độ dòng nhiệt qt
Mật độ dòng nhiệt q là:

q t  K. t f 1  t f 2   0,58. 61  20   23,78 W/m2.độ
 Diện tích bao quanh thùng sấy
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.
.D 2tb
F  .D tb .L  2.
4

Trong đó:
Dtb : đường kính trung bình của thùng sấy , (m)

D1  D2
2
Dtb =
= = 0,656 (m)
L: chiều dài của thùng sấy ,(m).

Vậy : F = π.0,656.4,2 + 2. = 9,33(m2)
 Tổn thất nhiệt ra môi trường ( Qmt )
Qmt = 3,6.qt.F = 3,6.23,78.9,33 = 798,72 kJ/h

q mt 

Qmt 798,72

 110,6

W
7,22
kJ/kg ẩm

 Tổn thất nhiệt hệ thống
25