Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy bắp với năng suất 800 kgh

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHÊ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUAY SẤY
BẮP VỚI NĂNG SUẤT 800 kg/h


MỤC LỤC
Lời mở đầu……………………………………………………………………………5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……………………………………………………...…..6
1.1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU ………………………………………......6
1.1.1 Nguồn gốc và phân loại cây ngô………………………………………...6
1.1.2 Đặc điểm nông sinh học của cây ngô……………………………………6
1.1.3 Thành phần hóa học ………………………………………………........6
1.1.4 Phân bố…………………………………………………………………7
1.2 TỒNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP…………………………………………...9
1.2.1 Bản chất của quá trình sấy …………………………………………........9
1.2.2 Phân loại quá trình sấy………………………………………………….9
1.2.3 Phương pháp thực hiện……………………………………………….. 10
1.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ……………………………………………….....13
CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH……………………………………...14
2.1 CÁC THÔNG SỐ TÁC NHÂN SẤY…………………………………………14
2.2 CÁC CÔNG THỨC SỬ DỤNG………………………………………………15
2.3TÍNH THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY …….............................................15
2.3.1 Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):……………………..15
2.3.2 Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B)…………….16
2.3.3 Thông số trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy(C)…………………...17
2.4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT……………………………………………...18

2.5 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ SẤY LÝ THUYẾT .…….…19
2.6 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ SẤY THỰC ……………….20
2.7 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH……………………………………………..24
2.7.1 Đường kính của thùng sấy ………………………………………….....24
2.7.2 Chiều dài thùng sấy……………………………………………………25
2.7.3 Thể tích thùng sấy………………………………………………………25


2.7.4 Cường độ bay hơi ẩm…………………………………………………..25
2.7.5 Thời gian sấy…………………………………………………………..26
2.7.6 Thời gian lưu của vật liệu:…………………………………………….....26
2.7.7 Số vòng quay của thùng……………………………………………...….27
2.7.8 Tính bề dày cách nhiệt của thùng…………………………...…………...27
2.7.8.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy....28
2.7.8.2Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung
quanh  2 ………………………………………………………………………….…..29
2.7.8.3Hệ số truyền nhiệt K…………………………………………………..32
2.7.8.4 Tính bề mặt truyền nhiệt F………………………………...…..……..32
2.7.8.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhâ sấy và không khí bên
ngoài ttb :………………………………………………………….………………….32
2.7.8.6 Tính nhiệt lượng mất mát ra xung quanh:………………...………….33
2.7.9 Kiểm tra bề dày thùng:……………………………………………………33
2.7.10Trở lực qua thùng sấy:………………….…………………………………35

2.7.11 Chọn kích thước cánh đảo trong thùng……………………………….….37
2.7.12 Chiều cao lớp vật liệu chứa trong thùng………...…………………….…38
2.7.1 3 Chọn kích thước của các chi trong thiết bị thùng quay:…….…..………39
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ……………………………………........39
3.1 TÍNH TOÁN BUỒNG ĐỐT………………………………………………..…39
3.2 TÍNH CALORIPHE………………………………………………………...….44

3.3 THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG………………………………..……48


3.3.1 Chọn động cơ……………………….……………………………………...48
3.3.2 Chon tỷ số truyền động…………………………………………………….49
3.3.3 Tính bộ truyền bánh răng…………………….…………………………….50
3.4 TÍNH VÀNH ĐAI:……………………………………….……………………55
3.5 TÍNH TẢI TRỌNG THÙNG QUAY…………………….…………………....55
3.6 TÍNH CON LĂN ĐỠ:……………………………..…………………………...56
3.7 TÍNH CON LĂN CHẶN:……………..………………………………………57
3.8 TÍNH GẦU TẢI NHẬP LIỆU:……………………..………………………….58
3.8.1 Chọn các chi tiết cơ bản của gầu tải:…………...……………………….….58
3.8.2 Xác định năng suất và công suất của gầu tải:…………………...………….59
3.9 TÍNH XYCLON……..........................................................................................60
3.10 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TRỞ LỰC ĐƯỜNG ỐNG……..……………………..62
3.10.1 Tính trở lực ma sat trên đường ống:………………………………………63
3.10.2 Tính trở lực cục bộ………………………………………………………..65
3.10.3 Tính trở lục cho hệ thống:…………………………………………..……..67
3.11 TÍNH CÔNG SUẤT VÀ CHỌN QUẠT……...…….……………..…….……..68
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN……………………………………………………………70
TÀI LIỆU THM KHẢO………………………………………………………….…72


Lời mở đầu
Trong ngành công nghiệp hóa chất, thực phẩm, vật liệu xây dựng… thì sấy là
vấn đề rất quan trọng. Trong ngành hóa chất vật liệu quá trình sấy dùng để tách nước
và hơi nước ra khỏi nguyên liệu và sản phẩm. Trong ngành công nghiệp và thực
phẩm, sấy là công đoạn quan trọng sau thu hoạch.
Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng các thiết bị sấy như:buồng sấy,
thùng sấy, hầm sấy…

Được thầy Tiền Tiến Nam giao cho nhiệm vụ tính toán, thiết kế hệ thống sấy
thùng quay với phương thức sấy xuôi chiều, sản phẩm sấy là bắp. Mặc dù đã cố gắng
rất nhiều song vẫn còn rất nhiều thiếu sót vì đây là lần đầu tiên làm đồ án nên cũng
chưa có kinh nghiệm. Bên cạnh đó trình độ tự nghiên cứu và khả năng tư duy còn bị
giới hạn, nên đồ án của em không thể tránh nhiều thiếu sót. Qua lần làm đồ án này
em kính mong thầy cô giáo chỉ bảo đề em có thể hoàn thiện tốt hơn đồ án cũng như
bài tập lớn mà thầy cô giáo giao cho em vào những lần sau.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Tiền Tiến Nam,
cùng với các thầy cô và bạn bè đã giúp em hoàn thành đồ án đúng hạn.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
1.1.1 Nguồn gốc và phân loại cây ngô
Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L. thuộc chi Maydeae, họ hòa thảo
Gramineae, có nguồn gốc từ Trung Mỹ. Ngô có bộ nhiễm sắc thể (2n=20). Có nhiều
cách để người ta phân loại ngô, một trong các cách đó là dựa vào cấu trúc nội nhũ của
hạt và hình thái bên ngoài của hạt. Ngô được phân thành các loài phụ: ngô đá rắn,
ngô răng ngựa, ngô nếp, ngô đường, ngô nổ, ngô bột, ngô nửa răng ngựa. Từ các loài
phụ dựa vào màu hạt và màu lõi ngô được phân chia thành các thứ. Ngoài ra ngô còn
được phân loại theo sinh thái học, nông học, thời gian sinh trưởng và thương phẩm.
Có rất nhiều giả thuyết về nguồn gốc của ngô tại châu Mỹ như ngô là sản phẩm
thuầ n dưỡng trực tiếp từ cỏ ngô (Zea mays ssp. parviglumis) một năm ở Trung Mỹ,
có nguồn gốc từ khu vực thung lũng sông Balsas ở miền nam Mexico. Cũng có giả
thuyết khác cho rằng ngô sinh ra từ quá trình lai ghép giữa ngô đã thuần hóa nhỏ
(dạng thay đổi không đáng kể của ngô dại) với cỏ ngô thuộc đoạn Luxuriantes. Song
điều quan trọng nhất nó đã hình thành vô số loài phụ, các thứ và nguồn dị hợp thể của
cây ngô , các dạng cây và biến dạng của chúng đã tạo cho nhân loại một loài ngũ cốc
có giá trị đứng cạnh lúa mì và lúa nước.
1.1.2 Đặc điểm nông sinh học của cây ngô

Cơ quan sinh dưỡng của ngô gồm: rễ, thân và lá làm nhiệm vụ duy trì đời sống
cá thể. Hạt được coi là cơ quan khởi đầu của cây.
Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 4 bộ phân chính: vỏ hạt, lớp alơron, phôi và
nội nhũ. Phía dưới hạt có gốc hạt gắn liền với lõi ngô. Vỏ hạt bao bọc xung quanh,
màu sắc vỏ hạt tùy thuộc vào từng giống, nằm sau lớp vỏ hạt là lớp aleron bao bọc
lấy nội nhũ và phôi. Nội nhũ là thành phần chính 70-78% trọng lượng hạt, thành phần
chủ yếu là tinh bột, ngoài ra còn có protein, lipid, vitamin, khoáng và enzyme để nuôi
phôi phát triển. Phôi ngô lớn (chiếm 8 -15%) nên cần chú trọng bảo quản.
1.1.3 Thành phần hóa học
Các chất trong hạt ngô dễ bị đồng hóa nên có giá trị dinh dưỡng cao. Hạt ngô
chứa tinh bột, lipid, protein, đường (chiếm khoảng 3,5%), chất khoáng (chiếm
khoảng 1– 2,4%), vitamin (gồm vitamin A, B1, B2, B6, C và một lượng rất nhỏ
xenlulo (2,2%) . Hạt ngô chứa phần lớn tinh bột, hàm lượng tinh bột trong hạt thay


đổi trong giới hạn 60 - 70%. Hàm lượng lipid cao thứ hai trong các loại ngũ cốc sau
lúa mạch, nó chiếm khoả ng (3,5 – 7%). Hàm lượng protein dao động từ 4,8 đến
16,6,% tùy vào mỗi giống.
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của hạt ngô và gạo (Phân tích trên 100g)
Thành phần hóa học

Gạo trắng

Ngô vàng

Tinh bột (g)

65,00

68,20

Protein (g)

8,00

9,60

Lipid (g)

2,50

Vitamin A (mg)

0

Vitamin B1 (mg)

0,20

0,28

Vitamin B2 (mg)

0

0,08

Vitamin C (mg)

0

7,70

Nhiệt lượng (Kalo)

340

350

5,20
0,03

(Cao Đắc Điểm, 1988)
1.1.4 Phân bố
Trên thế giới, ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng, diện tích đứng
thứ 3 sau lúa mì và lúa nước; sản lượng thứ hai và năng suất cao nhất trong các cây
ngũ cốc. Một số nước như Trung Quốc, Mỹ, Braxin chủ yếu là sử dụng ngô lai trong
gieo trồng và cũng là những nước có diện tích trồng ngô lớn.Tình hình sản xuất ngô
của một số quốc gia trên thế giới được thể hiện qua bảng 1.2


Bảng 1.2. Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 2007

Tên nước
Italy
Mỹ
Hy lạp
Canada
Trung Quốc
Ấn Độ

Diện tích
Năng suất
Sản lượng
(Triệu ha)
(Tạ/ha)
(triệu tấn)
1,06
93,15
10,62
30,08
100,64
280,22
0,84
80,95
6,80
1,08
77,43
8,39
26,22
50,01
131,15
7,40
19,60
14,50
(Nguồn: Số liệu thống kê của FAO, 2008)

Qua bảng 1.2 cho thấy, Mỹ là nước có diện tích, năng suất, sản lượng lớn nhất
đạt 30,08 triệu ha, với tổng sản lượng đạt 280,22 triệu tấn, năng suất bình quân đạt
100,64 tạ/ha.

Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và là cây
màu quan trọng nhất được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng về mùa
vụ gieo trồng và hệ thống canh tác.Ở nước ta ngô được trồng ở hầu hết các địa
phương có đất cao dễ thoát hơi nước. Những vùng trồng ngô lớn là Đông Nam Bộ,
Tây Nguyên, miền núi phía Bắc, Trung du đồng bằng Sông Hồng, Duyên hải Miền
Trung
Bảng 1.3. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 2004 đến năm 2006

Năm
2004
2005
2006

Diện tích
(1000 ha)
991,10
1052,60
1031,60

Năng suất
(Tạ/ha)
34,6171
35,6859
37,024

Sản lượng
(1000 tấn)
343,09
375,63
381,94

Vấn đề bảo quản ngô nhìn chung là khó khăn vì ngô là môi trường thuận lợi rất
thích hợp cho sâu mọt phá hoại. Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượng ban
đầu tốt, có độ ẩm an toàn. Vì vậy quá trình sấy hạt sau thu hoạch có vai trò quan
trọng trong bảo quản, chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt. Với phương pháp


này sẽ bảo quản được lâu hơn, dể dàng vận chuyển và ứng dụng cho nhiều quá trình
chế biến các sản phẩm khác.
1.2
TỒNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP
1.2.1 Bản chất của quá trình sấy
Sấy là qúa trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, là quá
trình khuếch tán do sự chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách
khác do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung
quanh.
1.2.2 Phân loại quá trình sấy
Người ta phân biệt ra 2 loại:
 Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió ... Tuy nhiên, phơi nắng bị hạn chế
lớn là cần diện tích sân phơi rộng và phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong
mùa mưa .
 Sấy nhân tạo: là quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dung dến tác nhân sấy
như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt.Quá trính sấy này nhân, dễ điều khiển
và triệt để hơn sấy tự nhiên.
Và cũng có nhiều cách phân loại:


Dựa vào tác nhân sấy:

- Sấy bằng không khí hay khói lò.

- Sấy thăng hoa.
- Sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tầng.


Dựa vào áp suất làm việc:

- Sấy chân không.
- Sấy ở áp suất thường.


Dựa vào phương pháp làm việc:
- Máy sấy liên tục.


- Máy sấy gián đoạn.


Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho qúa trình sấy:
- Máy sấy tiếp xúc hoặc máy sấy đối lưu.
- Máy sấy bức xạ hoặc máy sấy bằng dòng điện cao tầng



Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng

quay, sấy tầng sôi, sấy phun…


Dựa vào chuyển động tương hỗ của tác nhân sấy và vật liệu sấy: sấy xuôi

chiều, ngược chiều, chéo dòng…
1.2.3 Phương pháp thực hiện
Để nâng cao giá trị sử dụng niều mặt của ngô thì các công đoạn sau thu hoạch
như làm khô, bảo quản và chế biến nhằm làm giảm tổn thất cũng như duy trì chất
lượng ngô là việc làm vô cùng quan trọng và cần thiết. Khi bảo quản ngô hạt phải đặc
biệt quan tâm tới tình trạng phôi ngô vì phôi ngô dễ hút ẩm, có sức hấp dẫn mọt cao,
dễ hư hỏng. Đặc biệt sẽ xảy ra quá trình hô hấp trong quá trình bảo quản.
Mục tiêu của bảo quản: giữ được đến mức tối đa số lượng và chất lượng của
đối tượng bảo quản trong suốt quá trình bảo quản. Ngô hạt không có vỏ như vỏ trấu,
nếu điều kiện bảo quản không tốt (ngô chưa chín già, phơi chưa thật khô, dụng cụ
chứa đựng không kín...)thì chim, chuột, mốc, mọt có thể phá hỏng hoàn toàn cả kho
ngô trong vòng vài ba tháng. Vì vậy cần làm ngô khô đến độ ẩm 12-13% để có thể
bảo quản an toàn, hạn chế mức độ hư hỏng.
Có thể làm khô ngô khô bằng hai cách: Phơi nắng hoặc sấy. Nhưng trong đề
tài này yêu cầu sử dụng phương pháp sấy cho nên muốn bảo quản lương thực hoặc
chế biến sản phẩm chất lượng cao, các loại hạt cần được sấy xuống độ ẩm bảo quản
hoặc chế biến. Để thực hiện quá trình sấy có thể sử dụng nhiều hệ thống như buồng
sấy, hầm sấy, tháp sấy, thùng sấy…Mỗi hệ thống đều có những ưu, nhược điểm và


phạm vi ứng dụng khác nhau. Chế độ sấy có ảnh hưởng rất lớn chất lượng sản phẩm
vì sấy là quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất phức tạp và không những làm thay
đổi cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học của nguyện liệu. Để sấy ngô 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 dụng 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 hơn và 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 bắp đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh an toàn cho thực phẩm nên ở đây ta
chọn tác nhân sấy là không khí, được đun nóng bởi caloriphe, nhiệt cung cấp cho
không khí trong caloriphe là từ khói lò. Nhiệt độ tác nhân sấy phụ thuộc vào bản của
hạt. Nguyên liệu là bắp là nguyên liệu chứa nhiều tinh bột, cho nên nhiệt độ sấy phụ
thuộc vào nhiệt độ hồ hóa tinh bột, nhiệt độ hồ hóa tinh bột là khoảng 600C, do đó
cần chọn nhiệt độ tác nhân sấy phù hợp, không cao cũng không thấp, mục đích là đẩy
nhanh quá trình sấy và không làm cho nhiệt độ của nguyên liệu vượt quá nhiệt độ hồ
hóa, vì vậy em chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào thùng sấy là 550C.
Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không quá 3 m/s để tránh
vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng. Vận tốc của thùng khoảng 5- 8 vòng /phút.
Để giảm thời gian sấy ta phải tăng tốc độ tác nhân sấy bằng hệ thống quạt ly
tâm hay hướng trục .Dựa vào nguyên liệu là ngô ta chọn chế độ sấy cùng chiều vì
phương pháp này có cường độ cao, thời gian sấy giảm, sản phẩm ra khỏi hầm đã
nguội, kinh tế hơn, áp dụng cho các sản phẩm không cần để ý tới cong vênh, nứt


nẻ,còn sấy ngược chiều thì thành phẩm phải có chất lương cao như không được
không cong vênh và nứt nẻ.
Các cánh trộn trong thùng chứa có tác dụng phân phối đều cho vật liệu theo
tiết diện thùng, đảo trôn vật liệu để tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác
nhân sấy, cấu tạo của cánh trộn phụ thuôc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm của
nó.
Các loại cánh đảo phổ biến như :
Cánh đảo nâng , đổ: dùng để sấy vật liệu có kích thước lớn, dễ bám dính vào

-

thùng thì dùng cánh nâng vật sấy lên cao rồi đổ xuống tạo mưa hạt.
Cánh đảo phân chia (phân phối): dùng với vật sấy có kích thước nhỏ hơn, dễ

chảy.
-

Cánh đảo hình quạt: được dùng cho trường hợp vật sấy có kích thước lớn và có

trọng lượng riêng lớn.
-

Cánh đảo trộn: dùng cho vật sấy có kích thước nhỏ như bột.

a)

b)

c)

d)

e)

Hình 1:Các dạng cánh đảo
a-Cánh nâng, đổ; b,c-Cánh phân chia; d-Cánh hình quạt; e-Cánh đảo trộn.


Ưu điểm:
+ 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 100kg ẩm bay hơi/m3h.
+ Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.

Nhược điểm
+ Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn. Do đó trong nhiều trường hợp
sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy.
1.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Vật liệu sấy là bắp hạt sau khi được rửa sạch, đề cho ráo nước tuốt ra khỏi cùi,
được cho vào buồng chứa, sau đó được nhập liệu vào thùng sấy bằng hệ thống gầu
tải. Bắp hạt khi vào thùng sấy có độ ẩm ban đầu là 22%, chuyển động cùng chiều với
tác nhân sấy. Tác nhân sấy sử dụng là không khí được gia nhiêt bằng khói lò qua hệ
thống caloriphe khí- khói, do khói lò nhiệt độ quá cao nên phải sử dụng buồng hòa
trộn khí trước khi vào caloriphe trong trường hợp khói lò có nhiệt độ quá cao để đảm
bảo đúng nhiệt đô vào thiết bị sấy. Dòng tác nhân sấy được gia tốc bằng quạt đẩy đặt
ở trước thiết bị, và quạt hút đặt cuối thiết bị.Thùng sấy có dạng hình trụ đặt nằm
nghiêng một góc 3-50C so với mặt phẳng ngang, được đặt trên một hệ thống các con
lăn đỡ và chặn. Chuyển động quay của thùng được thực hiện nhờ bộ truyền động từ
động cơ sang hộp giảm tốc đến bánh răng gắn trên thùng. Bên trong thùng có gắn các
cánh nâng, dùng để nâng và đảo trộn vật liệu sấy, mục đích là tăng diện tích tiếp xúc
giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, do đó tăng bề mặt truyền nhiệt, tăng cường trao đổi
nhiệt để quá trình sấy diễn ra triệt để. Trong thùng sấy, bắp hạt được nâng lên đến độ
cao nhất định, sau đó rơi xuống. Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân
sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm. Nhờ độ
nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng.. Khi
đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiết cho quá trình bảo
quản là 12% -13%. Sản phẩm bắp(ngô) hạt sau khi sấy được đưa vào buồng tháo liệu,
sau khi qua cửa tháo liệu sẽ được băng tải đưa ra ngoài và vào hệ thống bao gói, để


bảo quản hay dùng vào các mục đích chế biến khác. Dòng tác nhân sấy sau khi qua
buồng sấy chứa nhiều bụi, do đó cần phải đưa qua một hệ thống lọc bụi để tránh thải
bụi bẩn vào không khí gây ô nhiễm. Ở đây, ta sử dụng hệ thống lọc bụi bằng cyclon
đơn có gồm 2 xyclon ghép song song với nhau. Không khí sau khi lọc bụi sẽ được

thải vào môi trường. Phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua cửa thu bụi của cyclon và
được xử lý riêng.

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Vật liệu sấy là ngô(bắp) hạt, có các thông số vật lý cơ bản như sau:
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy : 1 =22%
Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: 2 =13%
Khối lượng riêng của hạt vật liệu: r = 1000-1300 kg/m3 (phụ lục 4/330-[3])
Khối lượng riêng khối hạt: r = 600-850 kg/m3
(phụ lục 4/230-[3])
Kích thước bắp hạt
(phụ lục 3/220-[3])
 Dài: l = 5,2 -14mm
 Rộng: b = 5 -11mm
 Dày:  =3 -8 mm
 Dường kính tương đương:dtđ =7,5mm
 Năng suất nhập liệu: G1 = 800 kg/h.
 Nhiệt dung riêng của vật kiêu khô: Ck = 1.2 – 1.7 kJ/kg.K
(Trang 20- [1])
Chọn Cvk=1,45 kJ/kg.K






2.1 CÁC THÔNG SỐ TÁC NHÂN SẤY
Ta kí hiệu các đại lượng như sau:
G1,G2:Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy (kg/h).
1,2: 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).
Gk:Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy (kg/h)
d0:Hàm
ẩm
của
không
khí
ngoài
trời(kg
ẩm/kg
kkk)
d1:Hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk)
d2: Hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk)


2.2 CÁC CÔNG THỨC SỬ DỤNG
Dùng tác nhân sấy là không khí


Áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:


4026,42 
pb  exp 12 

o
235
,
5


t
C




[bar]

(CT 2.11/14-[14])

Độ chứa ẩm d

d  0,621

 . pb
B   . pb

[kg/kgkkk]

(CT 2.15/15-[14])

Với B: áp suất khí trời. B =1at = 0,981bar
 Enthapy của không khí ẩm
I  C pk .t  d (r  C pa .t )  1,004.t  d (2500  1,842.t ) [kj/kgkkk]
(CT 2.17/15-[14])





Trong đó:
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 : ần nhiệt hóa hơi của nước r =2500 kJ/kg
Thể tích riêng của không khí ẩm
v 

RT
288.T

M (B   . p b ) B   . p b

[m3/kgkkk] (CT VII.8/94–[6])

Trong đó, R: Hằng số khí, R=288J/kg.0K;
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
2
khí, N/m .
T: nhiệt độ của không khí,0K
2.3 TÍNH THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY
2.3.1Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):
Trạng thái không khí ngoải trời được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định
bằng cặp thông số (to, 0).
Chọn A có : to =260C và 0 = 81% (do bắp được trồng nhiều vụ trong năm nên tính
theo mùa mưa, ít nắng đề thiết bị làm việc tốt quanh năm nên ta chon nhiệt độ không


khí trung bình năm ở Đồng Nai từ 250C-270C và độ ẩm tương đối của không khí
trung bình từ 80-82% .


Áp suất hơi bảo hòa

4026,42
p bo  exp 12 
235,5  t o




Độ chứa ẩm
d o  0,621




4026,42 

  exp 12 
  0,0335 [bar]
235,5  26 



 o . pb o
0,81.0,0335
 0,621
 0,0177 (kg ẩm/kg kkk)
B   o . pb o
0,981  0,81.0,0335

Enthalpy
I o  1,004.to  d o (2500  1,842.to )

 1,004.26  0,0177.(2500  1,842.26)  71,202


( kJ/kgkk)

Thể tích riêng
v0 

RT
288.T
288.(26  273)


 0,903(m 3 / kgkkk)
5
5
M ( B  . pb 0 ) B  . pb 0 0.981.10  0,81.0,0335.10

2.3.2 Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B)
Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 =d0) đến
trạng thái B( d1,t1). Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng quay.
Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy , do tính chất của vật
liệu sấy và quy trình công nghệ quy định. Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn
phải thấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột. Do ngô 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 hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm

từlong vật liệu ra ngoài.
Ngô được sấy nhằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp,
khoảng 40 -550C.
Do đó, chọn điểm B: t1=550 C và d1 =d0 = 0,0177(kg/kgkkk)


Áp suất hơi bảo hòa

4026,42 
4026,42 

  exp 12 
pb1  exp 12 
  0,155(bar )
235
,
5

t
235
,
5

55


1 


Tử độ chứa ẩm suy ra độ ẩm tương đối

 1 





d 1 .B
p b1 (0,621  d 1 )

0,0177.0,981
 0,174
0,155.(0,621  0,0173)

Enthalpy
I 1  1,004.t1  d1 (2500  1,842.t1 )

 1,004.55  0,0177.(2500  1,842.55)  101.263(kj / kgkkk)
Thể tích riêng

v1 

288.T1
288(55  273)

 0,990(m 3 / kgkkk)
5
5
B  1 . pb1 0,981.10  0,174.0,155.10

2.3.3 Thông số trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy(C).
Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị để thực hiện quá trình sấy lý
thuyết(I1= I2), trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C(t2,ᵩ2).
Nhiệt của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất 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 bảo 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, Enthalpy:I1=I2=101,263 kj/kgkk
Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là t2=350C



Áp suất hơi bảo hòa


4026,42
p b2  exp 12 
235,5  t 2



Độ chứa ẩm


4026,42 

  exp 12 
  0,0558(bar )

235
,
5

35





Từ Ethalpy:

 d2 


I 2  1,004.t2
101,263  1,004.35

 0,0258(kg / kgkkk)
2500  1,842.t2
2500  1,842.35

Độ ẩm tương đối

2 


I 2  1,004.t2  d2 (2500  1,842.t2 )

d 2 .B

0,0258.0,981

 0,701
pb2 (0,621  d 2 ) 0,0558.(0,621  0,0258)

Thể tích riêng

v2 

288.T2
288(35  273)

 0,942(m 3 / kgkkk)
5
5
B   2 . pb2 0,981.10  0,701.0,0558.10

Bảng 2.1

Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết

Đại lượng

Trạng thái không
Trạng thái không khí
khí ban đầu(A)
vào thiết bị sấy (B)
o
t ( C)
26

55
0,81
0,174
 (đơn vị)
d (kg/kgkk)
0,0177
0,0177
I (kJ/kgkk)
71,202
101,263
pb (bar)
0,0335
0,155
3
v (m /kgkk)
0,903
0,990
2.4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Phương trình cân bằng vật chất

Trạng thái không khí
ra khỏi thiết bị sấy (C)
35
0,701
0,0258
101,263
0,0558
0,942

W  G1  G2
W  G11  G22


(Trang 127-[1])

Lượng hơi ẩm bốc trong 1 giờ
W  G1

1  2
0,22  0,13
 800
 82,759(kg / h)
1  2
1  0,13


 Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
Gk  G1 (1  1 )  G2 (1   2 )

 Gk  800(1  0,22)  624kg / h 



Năng suất của sản phẩm sấy:

G2  G1  W  800  82,759  717,241kg / h
2.5 CÂN BẰNG NÂNG LƯỢNG CHO THUYẾT BỊ SẤY LÝ THUYẾT:
Người ta gọi thiết bị sấy lý tưởng là thiết bị sấy thỏa mản các điều kiện sau đây:







Nhiệt lượng bổ sung QBS=0
Tổn thất nhiệt qua các kết cấu bao che QBC=0
Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải QCt=0
Tổn thất do vật liệu sấy mang đi QV=0
Chỉ có tổn thất do tác nhân sấy mang đi

Do không có nhiệt lượng bổ sung và các loại tổn thất nên nhiệt lượng cần thiết để bốc
hơi ẩm trong vật liệu sấy được lấy ngay chính nhiệt lượng của tác nhân sấy và sau đó
ẩm dưới dạng hơi lại quay trở lại tác nhân và mang trả lại cho tác nhân một nhiệt
lượng đúng bằng thế, nhiệt lượng này thể hiện dưới dạng nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt vật
lý của hơi nước. Vì vậy người ta xem quá trình sấy lý tưởng là quá trình đẳng
entanpy. Đây là đặc trưng cơ bản của quá trình sấy lý thuyết.
Giả sử lượng khí vào ra thiết bị sấy là không đổi, kí hiệu là : L 0 (kg/h)
Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:

L0 d1  G11  L0 d 2  G2 2


Lượng không khí khô cần thiết

L0 


W
82,759


 10217,160(kg / h)
d 2  d 0 0,0258  0,0177
(CT7.13/131-[1])

Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm:
l0 

L0
1
1


 123,457 (kgkkk/kg ẩm) (CT 7.14/131-[1])
W d 2  d 0 0,0258  0,0177



Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết
Q0  L0 ( I1  I 0 )  L0 ( I 2  I 0 )  10217,160(101,263- 71,202) = 307138,0468(KJ/h)
(CT 7.15/131-[1])

Nhiệt lượng tiêu hao riêng

q0 

Q0 307138,0486

 3711,234 (kj/kh ẩm) (CT 7.16/131-[1])
W

82,759

2.6 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ SẤY THỰC:
Một thiết bị sấy ngoài tổn thất do tác nhân sấy mang đi còn có thề có nhiệt
lượng bổ sung QBS và luôn luôn tồn tại tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao
che QBC, tồn thất nhiệt do thiết bị sấy chuyển tải và tổn thất nhiệt lượng do vật liệu
sấy mang đi QV.
Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không có thiết
bị chuyển tải, dó đó QBS=0, QCT=0.
 Nhiệt lượng đưa vào hệ thống sấy gồm:
 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorifer: L(I1-I2)
 Nhiệt lượng bổ sung QBS
 Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang vào : GCTCCTtCT1
 Nhiệt vật lý 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-I0)
 Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che: QBC
 Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang ra : GCTCCTtCT2
 Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang ra: G2CV2tV2.
Với
 tV1: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường:
tv1 = to = 26oC
 tV2: nhiệt độ cuối cùa vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy:
tv2 = t2 – (50C) = 35 – 5 = 30oC , ta chọn nhỏ hơn nhiệt độ đầu ra của tác
nhân sấy 3-50C.


Cv1 = Cv2 = Cv: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy
là như nhau. Ở đây nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở 2 =13% :
Cv = Cvk(1-2) + Ca. 2,kJ/kgoK (CT 7.40/141-[1])

Với: Ca: nhiệt dung riêng của ẩm, Ca=Cn=4,18KJ/kg0K
Cvk=1,45(kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của vật kiêu khô.
=> Cv = Cvk(1-2) + Ca. 2= 1,45.(1 - 0,13) + 4,18.0,13=1,8049(kJ/kg.K)
- Cân bằng nhiệt lượng vào ra tiết bị sấy, ta có:
L(I1-I0)+QBS+ GCTCCTtCT1+ [(G1-W)CV1+WCa]tV1
= L(I2-I0) + QBC + GCTCCTtCT2+ G2CV2tV2
Trong đó: G2  G1  W , ta xem CV  CV  CV
2

1

- Vậy nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực:
Q = L(I1-I0)= L(I2-I0) - QBS +QBC + GCTCCT (tCT2-tCT1)+ G2CV2 (tV2 –tV1) -WCatV1
Đặt QCT= GCTCCT (tCT2-tCT1), QV= G2CV2 (tV2 –tV1) tương ứng là tổn thất do thiết bị
chuyển tải và tổn thất do vật liệu sấy mang đi ta được:
Q = L(I1-I0)= L(I2-I0) + QV +QBC - WCatV1
- Xét cho 1 kg ẩm cần bốc hơi:
q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1
QV
1
Q
G C (t  t )
Trong đó qV 
; qV  V  2 V V 2 V 1 ; l 
d 2  d1
W
W
W
 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:
Qv = G2Cv(tv2 – tv1) = 717,241. 1,8049.(30 – 26) = 5178,193 (kJ/h)

Q
5178,193
qv  v 
 62,570 (kJ/kg ẩm)
W
82,759

 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che
Tổn thất nhiêt qua cơ cấu bao che hay qua môi trường QBC thường chiếm
khoảng 3-5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích QBC=(0,03-0,05)Qhi
Trong đó : Qhi: là nhiệt hữu ích cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu:
Qhi = W.[rtv1 + Ca(t2 – tv1)]
Với rtv1: ẩn nhiệt hóa hơi chủa nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vảo, rtv1=2500 kJ/kg




Qhi= 82,759.[2500 + 1,842.(35 – 26)] = 208269,479 (kJ/h)
QBC = 0,03.Qhi= 0,03. 208269,479 =6248.0844(kj/h)
Q
6248,0844
q BC  BC 
 75,497 (kj/kg ẩm)
W
82,759

  C a tV 1  q BC  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.

Quá trình sấy ly thuyết:   0

Đặt

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:
Q = L(I2 – Io) =10217,160(101,263-71,202)=307138,0468(KJ/h)
q = l(I1 – Io)=123,457(101,263-71,202)=3707,908(KJ/kg ẩm)


Quá trình sấy thực tế:   0

  C a tV 1  q BC  qV =4,18.26-75,497-62,570= -29.369(kJ/kg ẩm)
=>   0  Catv1 < qBC + qv => I2 < I1
=> Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I 1(vậy 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

I 2  I1 


l

Tuy nhên vì chưa biết l nên ta xác định độ chứa ẩm d2 trước thông qua t2 đã biết:

Độ chứa ẩm của tác nhân sấy
C pk (t1  t 2 )  d o (i1  )
d2 
(CT 7.31/138–[1])
(i2  )
Trong đó:





i1=2500+1,842.55=2601,31(KJ/kg)
i2=2500+ 1,842.35=2536,842(kJ/kg)
1,004(55  35)  0,0177(2601,31  26,369)
d2 
 0,026(kg / kgkkk)
2536,842  26,369
Enthalpy


I 2  1,004.t 2  d 2 (2500  1,842.t 2 )
 1,004.35  0,0274(2500  1,842.35)  101,816(kj / kgkkk)


Áp suất hơi bảo hòa

4026,42
p b2  exp 12 
235,5  t 2




Độ ẩm tương đối
2 





4026,42 

  exp 12 
  0,0558
235,5  35 


(bar)

d 2 .B
0,0274.0,981

 0,743
p b2 (0,621  d 2 ) 0,0558.(0,621  0,0274)

Thể tích riêng
v2 

288.T2
288(35  273)

 0,944(m 3 / kgkkk)
5
5
B   2 . pb2 0,981.10  0,743.0,0558.10

=>Lượng tác nhân khô cần thiết:
L



W
82,579

 9949,277(kg / h)
d 2  d 1 0,026  0,0177

Lượng tác nhân tiêu hao riêng:
l

L
1
1


 120,492 (kg/kg ẩm)
W d 2  d1 0,026  0,0177



Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
Q= L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv
=9949,277( 101,816 -71,202)+ 6248.0844+ 5178.193 -82,759.4,18.26
=307019,2(kj/h)



Lượng nhiệt cung cấp:
q



Q 307019,2

 3709,798 (kJ/kg ẩm)
W
82,759

Hiệu suất sấy


Qhi 208269,479

 0.678
Q
307019,2


2.7 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
2.7.1 Đường kính của thùng sấy

Dt 

0.0188
1 

*

V



(CTVII.49-trang 121-[7])

Trong đó: +  : Hệ số chứa, giá trị từ 20%  30%
+  : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy,   2m / s  3m / s
+V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy ( m3 / h )
 V2

 L.v2  10217,160.0,942  9424,565(m3 / h)

Chọn: hệ số chứa  = 20%, vận tốc  =3m/s


Dt 

0,0188 9424,565
.
 1,178(m)
3
1  0,2

Dựa vào kích thước chuẩn (BảngXIII.6/359–[7]), ta chon Dt =1,2(m).
-

Tính lại  :
Ta có: Dt 

0.0188 V
.

1  

0,0188 2.V 0,0188 2.9424,565

 2,892(m / s).
 2
1,2 2.(1  0,2)
Dt .(1   )

Kiểm tra lại tốc độ tác nhân sấy
Ta có t1=500C=> 1  1,093( Kg / m3 ) (Tra bảng I.255 trang 318-[6])
Vậy V0=L.v0=10217,160.0.903=9226,095(m3/h)=2,562(m3/s)
V1  L.v1  10217,160.0,99  10114,988(m3 / h)  2,81(m3 / s)
V2  L.v2  10217,160.0,942  9424,565(m3 / h)  2,618(m3 / s)
 Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:
V

V1  V2 10114,988  9424,565

 9769,777(m 3 / h)  2,714(m 3 / s)
2
2


 Tiết diện tự do của thùng sấy
Dt2
1.2 2
Ftd  (1   ).Ft  (1  0.2) .
 (1  0.2). .
 0,904(m 2 )

4
4

 Vận tốc tác nhân sấy:
v k 

V 2,714

 3,00221(m / s)
F 0,904

 Sai số so với vận tốc chọn


v k  v k
3,00221  2,892
.100% 
.100%  3,671%
v k
3,00221

Sai số nhỏ nên ta vẫn chấp nhận vận tốc ban đầu là   2,892(m / s)
2.7.2 Chiều dài thùng sấy:
Chọn tỉ lệ

L
L
 3,5-7, ta chọn
6
D

D

(trang 121-[7])

 Lt  6.Dt  6.1,2  7,2(m) .
Vậy ta chọn Lt= 7,5(m)
2.7.3 Thể tích thùng sấy:
Dt
3,14.1,22
.Lt 
7,5  8,478 (m3)
Ta có: Vt 
4
4
2

(VII.51/121-[7])

2.7.4 Cường độ bay hơi ẩm:
Ta có: A 

W 82,759  9,762
(kg ẩm/ m3 h)

8,478
Vt

(CT VII.50/121-[7])

2.7.5 Thời gian sấy:

Ta có:  

(1  2 )
 0,27 (CT 8.10/115-[14])
11.1.M

Trong đó:Hệ số M phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt cho bảng sau:
Bảng 2.2 Hệ số M