thiết kế thiết bị sấy thùng quay dùng để sấy đường với năng suất 10 tấn sản phẩmmẻ

LỜI NÓI ĐẦU
Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển mãi 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 nhân, đó là thành phẩm để chế biến cafe bột, cafe sửa và các loại bánh
kẹo cao cấp ...
Do dặc điểm đường sau khi sấy phải đảm bảo mùi thơm, màu sắc và độ
khô đặc trưng nên có nhiều phương pháp sấy khác nhau như sấy thùng quay,
sấy băng tải …
Trong đồ án này em có nhiệm vụ thiết kế thiết bị sấy thùng quay dùng
để sấy đường với năng suất 10 tấn sản phẩm/mẻ.
Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính
chất đào sâu chuyên ngành. Do kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh
khỏi sai sót trong qúa trình thiết kế. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và
chỉ bảo tận tình của thầy giáo Nguyễn Cao Cường để tôi có thể hoàn thành tốt
đồ án này.

1


Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. Giới thiệu phương pháp và qui trình công nghệ của sản phẩm
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản
xuất và đời sống.Đặc biệt trong nghành công nghệ thực phẩm, chế biến bảo

quản, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng…kỹ thuật sấy đóng 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 nghành công nghệ thực phẩm và để thu
được đường thành phẩm chất lượng về thành phần cũng như giá trị cảm quan
không thể thiếu quá trình sấy trước khi làm nguội và bao gói.
Do tính chất và thành phần của đường khi sấy phải giữ được các tính
chất về giá trị cảm quan nên dùng mốt số loại thiết bị như sấy thùng quay, sấy
sàn rung, sấy tầng sôi…
Trong đồ án này em nhận nhiệm vụ thiết kế thiết bị sấy thùng quay dùng
để sấy đường với năng suất 10 tấn sản phẩm/mẻ.
1.1.Khái niệm chung về sấy:
1.1.1.Khái niệm:
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bốc hơi ẩm ra khỏi vật liệu rắn
hoặc lỏng. Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu (giảm công chuyên
chở), tăng độ bền vật liệu (như gốm, sứ, gỗ...) và để bảo quản trong một thời
gian dài, nhất là đối với lương thực thực phẩm
Bản chất của quá trình sấy là quá trình khuyếch tán do chênh lệch độ ẩm
ở bề mặt và trong vật liệu, nói cách khác là do chênh lệch áp suất hơi riêng
phần của ẩm ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Sấy là quá trình
không ổn định, độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian sấy
1.1.2.Phân loại:
Quá trình sấy bao gồm hai phương thức:
 Sấy tự nhiên:
Quá trình làm bay hơi nước trong vật liệu bằng năng lượng tự nhiên
như: năng lượng mặt trời, năng lượng gió
- Ưu điểm của phương pháp:
+ Thực hiện đơn giản, không cần kỹ thuật cao
2

+ Đầu tư ít vốn (máy móc, nhân công) ít tốn nhiệt năng
+ Bề mặt trao đổi nhiệt lớn
- Nhược điểm của phương pháp:
+ 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 và thời gian trong ngày
+ Sử dụng nhiều nhân công , tốn thời gian, năng suất thấp
+ Nhiều sản phẩm tạo thành không đạt yêu cầu kỹ thuật
 Sấy nhân tạo:
Thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt
cho vật liệu ẩm
Với sấy nhân tạo tùy theo từng loại sản phẩm yêu cầu chất lượng mà
có các dạng khác nhau: Sấy đối lưu, sấy tiếp xúc và sấy bằng tia hồng ngoại,
sấy bằng dòng điện cao tần, sấy thăng hoa, sấy tầng sôi....
- Ưu điểm của phương pháp:
+ 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 cho đầu tư trang thiết bị, cán bộ kỹ thuật, chi phí
năng lượng.
1.1.3.Nguyên lý 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 khuyếch tán bên trong và bên ngoài

vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là 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.

3


Tốc độ sấy chịu ảnh hưởng của:Nhiệt độ,môi trường không khí ẩm
xung quanh nên ta xét 2 mặt của quá trình sấy là mặt tĩnh lực học và mặt động
lực học
 Mặt tĩnh lực học: Tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng
nhiệt lượng ta sẽ tìm được độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật liệu sấy và của
tác nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy
và nhiệt lượng cần cho quá trình sấy
 Mặt động lực học: Tức là 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 sấy
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,tốc độ sấy
và thời gian sấy thích hợp
1.2. Giới thiệu về nguyên liệu sấy:
 Đường saccarose là chất có vị ngọt tự nhiên là loại thực phẩm bổ
dưỡng cung cấp nhiều năng lượng cho cơ thể con người. Đường có thể dùng
trực tiếp hằng ngày hay dùng làm nguyên liệu trong công nghệ sản xuất thực
phẩm:đồ hộp, bánh kẹo, nước giải khát
 Quy trình sản xuất đường:
Nguyên liệu mía  xử lý  công đoạn ép  nước mía hỗn hợp  làm
sạch  cô đặc  nấu đường và kết tinh  ly tâm  sấy  bao gói  đường
thành phẩm
- Thuyết minh quy trình:
Nguyên liệu mía được xử lý băm ép trước khi đi vào nhà máy ép để thu

nước mía hỗn hợp. Nước mía hỗn hợp được trung hòa để xử lý cặn bẩn lơ lửng
sau đó gia nhiệt và đem đi cô đặc nhằm tăng nồng độ chất khô giúp cho việc
nấu đường tốt và nhanh hơn. Đường sau khi nấu và trợ tinh đã tạo thành tinh
thể được ly tâm để tách lấy đường cát. Đường cát là sản phẩm mong muốn
trong quá trình sản xuất đường. Sau khi ly tâm đường được sấy đến độ ẩm cần
thiết cho quá trình bảo quản lưu trữ và chất lượng đường được tốt. Sấy xong
sản phẩm được bao gói thành đường thành phẩm đưa vào kho chờ phân phối.
 Tính chất của đường:
- Tính chất vật lý:
+ Là chất rắn kết tinh,không màu, trong suốt, vị ngọt
4


+ Khối lượng riêng:1,5879 g/cm3
+ Nhiệt độ nóng chảy: 186-180oc
+ Không tan trong rượu,benzen,dầu hỏa...nhưng dễ tan trong
nước độ tan tỉ lệ với nhiệt độ
Độ hòa tan của đường saccarose trong nước:
Nhiệt độ
o
C

Độ hòa tan
saccarose/100g nước

Nhiệt độ
o
C

Độ hòa tan

saccarose/100g nước

0

179.2

60

278.3

10

190.5

70

320.5

20

203.9

80

362.2

30

219.5

90

415.7

40

238.1

100

478.2

50

260.1

Độ nhớt của dung dịch đường tăng khi nồng độ tăng và giảm theo
chiều tăng nhiệt độ như sau:
Độ nhớt, 103 N.s/m2

Nồng độ
%

20oC

40oC

60oC

700C

20

1.96

1.96

0.81

0.59

40

6.21

6.29

0.91

1.32

60

58.93

21.19

9.69

5.22

70

485.00

114.80

39.80

16.90

- Tính chất hóa học
+ Trong môi trường axít pH <7 đường saccarose bị phân hủy thành
glucose và fructose.
C12H22O11 + H2O  C6H12O6
+ Trong môi trường kiềm dung dịch đường có tính chất axít yếu nên tác
dụng được với chất kiềm mạnh tạo thành saccarose.
5


+ Trong môi trường kiềm saccarose bị phân hủy thành lactose, glucose,
fructose và các hợp chất đường khác.
+ Ở pH = 8-9 đun nóng trong thời gian dài đường saccarose bị phân
hủy thành hợp chất màu vàng và màu nâu tốc độ phân hủy tăng theo độ PH.
1.3. Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy:
1.3.1. Tác nhân sấy: những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra
từ vật liệu sấy.
Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung
ẩm thoát ra từ vật sấy. Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương
đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đố sẽ đạt được sự cân bằng

giữa vật sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm của vật liệu
sấy sẽ ngừng lại.
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.
Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện một trong
các nhiệm vụ trên.
Cỏ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn : Gia nhiệt cho vật liệu sấy để
làm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường. Nếu ẩm thoát
ra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm
từ vật liệu sấy thậm chí cồn làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm. Để tải ẩm đã
bay hơi từ vật sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp:
- Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt.
- Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy thải ra ngoài ( sấy chân
không).
Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặt biệt quan trọng vì nó
đóng vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm. Các tác nhân sấy thường dùng là không
khí nóng và khói lò, hơi quá nhiệt, chất lỏng…
1.3.2 Các loại tác nhân sấy:
- Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho
hầu hêt 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
6


sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiêt không khí (calorife 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 nhiêt phải được chế tạo bằng thếp hợp kim hay gốm sứ
với chi phí đắt.

Đối với thiết bị sấy thùng quay tác nhân sấy được sử dụng chủ yếu là
không khí ẩm với ba yếu tố : độ ẩm tương đối của không khí ẩm, nhiệt độ của
không khí trước khi vào thùng quay là t1 và nhiệt độ của khối không khí khi
ra khỏi thùng quay là t2 nhiệt độ tác nhân sấy sau khi ra khỏi thùng sấy t2
được chọn sao cho tổn thất năng lượng là nhỏ nhất.
- Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy
lên 10000C mà không cần thiết bị gia nhiêt tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô
nhiễm gây mùi khói.
- Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm đễ bị
cháy nổ và có khả năng chụi được nhiệt độ cao.
1.3.3.Chế độ sấy:
Chế độ sấy là cách thức tổ chức quá trình truyền nhiệt truyền chất giữa
tác nhân sấy và vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất ,
chất lượng sản phẩm yêu cầu và chi phí vận hành cũng như chi phí năng
lượng là hợp lí.
Một số chế độ sấy thường gặp:
1.3.3.1.Chế độ sấy có đốt nóng trung gian: Chế độ sấy này dùng để sấy
những vât liệu không chụi được nhiệt độ cao .
1.3.3.2.Chế độ sấy hồi lưu một phần: Chế độ này khá tiết kiệm năng
lượng nhưng lại tồn nhiều chi phí đầu tư thiết bị.
1.3.3.3.Chế độ sấy hồi lưu toàn phần: Là chế độ sấy kín tác nhân sấy
được hồi lưu hoàn toàn.Chế độ này dùng để sấy các sản phẩm không chứa
nước mà còn là các loại chứa tinh dầu cần được thu hồi …
1.3.3.4 Chế độ sấy hồi lưu và đốt nóng trung gian:
1.3.4. Thiết bị sấy và chế độ sấy:
Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều
kiểu thiết bị sấy khác nhau vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:

7

- Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy bằng không khí hay thiết bị sấy bằng
khói lò, ngoài ra còn có thiết bị sấy bằng phương pháp đặt 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 thức và chế độ làm việc: sấy liên tục hay sấy gián đoạn.
- 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…
- 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
1.4. Chọn phương án sấy và 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
 Các phương thức sấy
 Sấy gián đoạn: phương thức này cho năng suất thấp, các thao tác
nặng nhọc, cồng kềnh. Thiết bị này thường sử dụng khi năng suất nhỏ,sấy các

loại sản phẩm có hình dạng khác nhau
 Sấy liên tục: Phương thức này cho chất lượng sản phẩm tốt hơn
năng suất cao hơn, thao tác nhẹ nhàng. Thường dùng sấy các sản phẩm có
kích thước gần bằng nhau
8


Tính chất vật liệu là yếu tố quan trọng quyết định chọn thiết bị và
phương thức sấy
Thiết bị sấy chân không và sấy thăng hoa phức tạp và đắt vì thế nên
dùng khi không thể thực hiện được sấy ở áp suất thường ví như các sản phẩm
dễ nổ, nhả hơi độc hại, sản phẩm dược phẩm hay sản phẩm có chất lượng cao
 Phương án thiết kế máy sấy thùng quay tiến hành theo các bước sau
 Chọn dạng thiết bị sấy
 Chọn nguồn năng lượng và tác nhân sấy
 Chọn chế độ sấy tối ưu
 Tính toán nhiệt cho thiết bị sấy
 Tính và chọn các thiết bị phụ
 Tính toán kinh tế kỹ thuật cho toàn bộ máy sấy
 Chọn thiết bị và tác nhân sấy dùng để sấy đường
Có nhiều phương án để chọn,mỗi phương án đều có ưu và nhược điểm
riêng của nó.
Vấn đề quyết định để chọn cơ cấu thiết bị sấy và tác nhân sấy phụ
thuộc vào nhiệt độ sấy cho phép và thời gian lưu lại cho phép của vật liệu
trong thiết bị sấy.
Vì đường là vật liệu dạng hạt nên chọn thiết bị sấy thùng quay. Do
đường saccarose nóng chảy ở 186-1880c và bị biến chất ở nhiệt độ cao nên
chọn tác nhân sấy là không khí ẩm. Mặt khác ường là sản phẩm có thể sử
dụng trực tiếp hay dùng làm nguyên liệu sản xuất các thực phẩm khác vì thế
ta nên chọn TNS là không khí ẩm để tránh làm nhiễm bẩn, nhiễm độc vào

đường và tạo mùi thơm. Và môi chất mang nhiệt là hơi nước để tiện cho việc
điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy khi cần thiết cũng như có thể tận dụng nguồn
hơi nước từ lò hơi sẽ giảm chi phí.
Vậy để sấy đường ta thiết kế thiết bị sấy thùng quay có các thông số
 Chọn tác nhân sấy là không khí
 Chọn calorifer khí-hơi
 Thiết bị làm việc liên tục
 Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi ngược chiều
 Thiết bị có lắp cánh đảo

9


 Ưu điểm và nhược điểm của thiết bị sấy thùng quay
 Ưu điểm
Tạo ra sản phẩm đồng đều, tốc độ sấy nhanh do sự tiếp xúc trực tiếp và
tối đa giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy nhờ có sự đảo trộn khi thùng quay.
Cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được, thiết bị gọn.
 Nhược điểm
Do trong quá trình đảo trộn vật liệu bị gãy vụn tạo ra bụi nên trong một
số trường hợp làm giảm phẩm chất của sản phẩm,làm giảm giá trị kinh tế
 Nguyên tắc làm việc của hệ thống sấy thùng quay
Thiết bị là một thùng hình trụ đặt dốc so với phương nằm ngang từ 1/15
đến 1/50 có hai vành đai khi thùng quay thì trượt trên con lăn tựa khoảng cách
giữa các con lăn tựa náy có thể thay đổi được để thay đổi độ nghiêng của
thùng.Thùng quay được nhờ nhờ vành bánh răng khía gắn vào thùng vành
bánh răng này ăn khớp với bánh răng truyền động để nhận truyền động của
mô tơ qua hộp giảm tốc
Vật liệu ướt vào thùng ở đầu cao được đảo trộn, di chuyển trong thùng
nhờ những cánh đảo. Vận tốc chuyển động của tác nhân sấy trong thùng

khoảng 2-3 m/s còn thùng quay với tốc độ 1-8 vòng/phút. Trong thùng sấy vật
liệu tiếp xúc với TNS thực hiện quá trình truyền nhiệt và chuyển khối làm bay
hơi ẩm. Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu di chuyển theo chiều dài
thùng.Quá trình tính toán làm sao khi hết chiều dài thùng vật liệu đạt độ ẩm
cần thiết và được tháo ra qua cửa tháo liệu . Khí thải được thu hồi qua cyclon
để thu hồi các vật liệu rắn bị dòng khí cuốn theo, phần khí còn lại được quạt
hút ra ngoài.

10


CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT LIỆU
2.1. Các thông số ban đầu:
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy đường với năng suất 10 tấn
sản phẩm /mẻ.
Số liệu ban đầu: Năng suất sấy: 10 tấn/ngày = 2000kg/h.
(Giả sử một ngày làm 5h)
Độ ẩm vật liệu vào máy sấy : w1 = 5%
Độ ẩm vật liệu ra khỏi máy sấy : w2 =1%
Nhiệt độ môi trường: t0 = 250C
0 = 81% = 0.81

Độ ẩm tương đối:

Tác nhân sấy ( TNS ) không khí nóng.
Nhiệt độ TNS vào: t1 =820C
Nhiệt độ TNS ra:
t2 = 460C.
Thiết bị làm việc liên tục.
Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều.

2.2. Lượng ẩm được tách ra

W  G2 

W1  W2
100  W1 (Trang 165, [1])

W  2000 

5 1
100  5

 84, 211( Kg / h)

2.3.Khối lượng vật liệu vào thùng sấy
G1 = G2 + W (Trang 165, [1])
G1 = 1000 +84,211 = 1084,211( Kg/h )
2.4. Lượng vật liệu khô tuyệt đối

Gk  G1 

100  W1

Gk  2000 

100

100  1
100

 G2 

100  W2
100

 1980( Kg / h)

11

(Trang 165, [1])


Chương 3. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
3.1. Tính thiết bị chính
3.1.1. Cường độ bốc hơi ẩm của đường (A)
- Cường độ bốc hơi ẩm của đường A = 9 kg/m3.h (trang 207, [3]).
3.1.2. Thể tích thùng sấy (V)
Thể tích thùng sấy:

V=

W
=
A

84, 211
 9,36(m3 )
9

3.1.3. Đường kính thùng và chiều dài thùng sấy

Ta có

L
 3,5  7
D

Chọn L =5.D  V thùng sấy là : V =
Suy ra :

D

3 4.V
5.



3 4.9,36
5.

 .D 2 .L
4

5

 .D3
4

 1,34(m)

Chọn L = 1,3

Chiều dài của thùng sấy : L = 5.D = 5.1,3 = 6,5 (m)
Chọn L = 7 m
3.1.4 Thời gian sấy :
120       W1  W2
=
A.   200   W1  W2


  (Trang 123, [2])

Trong đó :
: Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng quay với
 =1587,9 kg/m3
: Hệ số chứa đầy (Chiếm khoảng từ 10-25% thể tích thùng chứa), ta chọn
 = 0,2.
A: Cường độ bay hơi ẩm, A = 9 kg/m3.h (Trang 207, [3])
=

120  0, 2  1587, 9  (5  1)
 87, 31( phút )
9   200  (5  1) 

Vậy thời gian sấy là 87,31 (phút)

12


3.1.5. Số vòng quay của thùng sấy(n)

m k  L

n=
  D  tg (Trang 122, [2])
Trong đó:
: Góc nghiêng của thùng quay, độ. Thường góc nghiêng của thùng
dài là 2,5  30, còn thùng ngắn đến 60, chọn  = 30 => tg = 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, chuyển động xuôi
chiều Chọn k=1,2
 : Thời gian sấy (phút).
=> n =

1.1,2.7
= 1,37 ( vòng/phút ).
87,31.1,34.0.0524

3.1.6. Công suất cần thiết để quay thiết bị (N)
N = 0,13.10-2Dt3.Ltan (Trang 123,[2])
Trong đó :
n:
Số vòng quay của thùng sấy.
a:
Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,063
:

khối lượng riêng xốp trung bình,  = 1587,9 kg/m3.

Dt, Lt : Đường kính và chiều dài của thùng (m).
=> N= 0,13.10-2.1,343.6,7.0,038.1,37.1587,9 = 1,73 (kw)
3.2. Cân bằng nhiệt lượng
3.2.1. Nhiệt lượng vào:

Lượng không khí tiêu hao riêng (I) :
I0 =Ck.t0 + x0(r + Ch.to) (Trang 95, [2]).
Với:
Ck : nhiệt dung riêng của khối không khí, Ck = 1,004 J/kg.độ
Ch : nhiệt dung riêng của hơi nước, Ch = 1,97 J/kg
ro : nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 00C, r0 = 2493 kJ/kg
I0 = t0 + x0(2493 + 1,97to)
Hàm ẩm của không khí ẩm (x): Đó chính là lượng hơi nước chứa trong
1kg không khí khô (kkk) tuyệt đối.

13


x  0,622
=>  =

Pbh
P  Pbh (kg/kg kkk) (Trang 157, [2])
xP

0,622P
 xP
bh
bh

Trong đó:
: Độ ẩm tương đối của không khí.
pbh: áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí
ẩm đã bão hòa hơi nước (N/m2).

4026 ,42 

pbh  exp12 
 (bar) (Trang 207, [3])
o
235
,
5

t
C


Áp suất chung của môi trường: P = 1,0132 at
3.2.1.1. Trạng thái không khí trước khi vào calorife
t0 = 250
0 = 81%.

4026, 42 
4026, 42 


pbh 0  exp 12 

exp
12

 0, 0315at

235,5  t oC 

235,5  25 



x0  0, 622 

0,81 0, 0315
 0, 01607( kg / kgkkk )
1, 0132  0,81  0, 0315

Nhiệt dung riêng của không khí ẩm:
I0 = t0 + x0(2493 + 1,97.to) = 25 +0,01607( 2493 + 1, 9725) =
65,854 (kJ/kg kkk)
Thể tích riêng của không khí ẩm :
V0 =



288.T0
P  0 . pbh 0

288.(25  273)
 0,8689  m3 / kgkkk 
5
(1,0132  0,81.0,0315).10

3.2.1.2. Trạng thái không khí sau khi ra khỏi calorife (t1 = 820C)
x1 = x0 = 0,01607 (kg/kg kkk)

14

4026, 42 
4026, 42 


pbh1  exp 12 

exp
12



  0,5058at
o
235,5

t
C
235,5

82




1 =

x1 P

Pbh1 (0, 622  x1 )

=

0,01607.1,0132
= 0,05045 = 5,045%
0,5058  0,622  0,01607)

I1 =t1 + x1(2493 + 1,97t1) = 82 + 0,01607( 2493 + 1,97  82 )
=124,658 (kJ/kg kkk)
3.2.1.3. Trạng thái không khí sau khi ra khỏi buồng sấy (t2 = 460C)
v1 

288(82  273)
288T

 1, 035
(1, 0132  0, 05045.0,5058).105
P  1 . pbh1

(m3/kgkk)
I1 = I2= 124,658 kJ/kg kkk

4026, 42 
4026, 42 


pbh 2  exp 12 
 exp 12 


  0, 0999at
o
235,5

t
C
235,5

46




I2 =t2 + x2(2493 + 1,97t2)

x2 

I 2  t2
124, 658  46

 0, 03044kg / kgkkk
2493  (1,97.t2 ) 2493  (1,97.46)

2


v2 

x2 .P
0,03044.1,0132


 0, 4732  47,32%
Pbh 2 .(0, 622  x2 ) 0,0999. 0,622  0,03044)

288.T2
288.(46  273)

 0,951m3 / kgkkk
5
P  2 .Pbh 2 (1, 0132  0, 4732.0, 0999).10
to(0C)

x(kg/kgkkk)

(%)

I(kj/kgkkk)

Trước
khi
vào calorife

250C

0,01607

81

65,854

Sau khi ra
khỏi calorife

820C

0,01607

5,045

124,658

Sau khi ra
khỏi buồng
sấy

460C

0,03044

47,32

124,658

15


3.2.1.4. Cân bằng theo lượng ẩm (cân bằng vật liệu cho không khí sấy)
Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm khỏi vật liệu gọi là
lượng không khí khô tiêu tốn riêng (l):

l

L
1

(kg kkk/kg ẩm bay hơi) (Trang 166, [2])
W x 2  x1

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:
l
l

1
1

(kg kkk/kg ẩm bay hơi)
x 2  x1 x 2  x0

1
1

 69,589 (kg kkk/kg ẩm bay hơi)
x 2  x1 0, 03044  0, 01607

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

W
 l .W (kg kkk/h) (Trang 166, [2])

x 2  x1

L  84, 211.69, 589  5860,159 kg kkk / h 
Bảng 1. Bảng tổng kết cho tác nhân sấy
(%)

to(oC)

x(kg/kgkkk)

25

0,01607

81

65,854

82

0,01607

5,045

124,658

46

0,03044

47,32

124,658

Trước khi vào
calorife
Sau khi ra khỏi
calorife
Sau khi ra khỏi
calorife

I(kJ/kgkkk)

Bảng 2. Bảng tổng kết cho vật liệu sấy
Đại lượng
G1
G2
Gk
W1
W2
W
l
L

Giá trị
2084,211
2000
1980
5
1

84,211
69,589
5860,159
16

Đơn vị
Kg/h
Kg/h
Kg/h
%
%
Kg/h
Kgkkk/kgẩm
Kgkkk/h


3.2.1.5. Tính thể tích không khí :
Thể tích của không khí khi đi vào thùng sấy: V = v.L (m3/h)

288T
3
Với v =
p   . pbh (m /kg) (Trang 157, [2])
L = 5860,159 (kg kkk/h).
Thể tích của không khí khi đi vào thùng sấy: ( V0)
V0 = v0L =0,8689  5860,159 = 5091,89 (m3/h),
Thể tích của không khí khi đi vào thùng sấy:( V1)
V1 = v1.L =1,035  5860,159 = 6065,26 (m3/h).
Thể tích của không khí khi đi vào thùng sấy:( V2)
V2 = v2L = 0,951  5860,159 = 5573,01 (m3/h)

Lưu lượng thể tích trung bình là (Vtb)
Vtb =

(V1  V2 ) 6065, 25  5573, 01
=
= 5819,13 (m3/h)
2
2

= 1,616 (m3/s (Trang 128, [3])
3.2.1.6. Nhiệt do tác nhân sấy mang vào
qkkv = l.I0 = 69,589.65,854 = 4582,714 kJ/kg ẩm
3.2.1.7. Nhiệt do calorife cung cấp
qs =l (I1-I0) =69,589.(124,658-65,854) = 4092,112 kJ/kg
Lượng nhiệt tiêu tốn cho cả quá trình sấy :
Qs = qsW = 4092,112.84,211 = 344600,84 kJ/h
3.2.1.8. Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào:(qvls)
G  Cvl1  tvl1
 Cn tvl1 (Trang 198, [2])
qvls = 1
W

C n t vl1 : Nhiệt lượng riêng của 1kg ẩm trên vật liệu mang vào máy sấy
(nhiệt lượng riêng do nước mang vào).
Cn = 4,18 (kJ/kgđộ) nhiệt dung riêng của nước.

Cvlt vl1: Nhiệt lượng riêng của 1kg ẩm trên vật liệu mang vào máy sấy
(nhiệt lượng riêng do vật liệu mang vào).
Cvl : nhiệt dung riêng của vật liệu đi ra khỏi máy sấy:
Cvl = Cn.W2 + Ckhô(1-w2 ) kJ/kgoK

17


Ckhô = 0,37 (kJ/kgK) nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối.
Cn = 4,18 (kJ/kgK) nhiệt dung riêng của nước.
=>
Cvls = 4,18  0,01+0,37.(1-0,01) =0,4081 (kJ/kgđộ)
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) = 46 – 5 = 41oC
qvls =

2084, 211.0, 4081.25
 4,18.25 = 357,011(kJ/kg ẩm)
84, 211

q

Vậy tổng lượng nhiệt mang vào:

v

= qkkv + qs + q vls (kJ/kg ẩm).

= 4582,714 + 4092,112 + 357,011
= 9031,837 (kJ/kg ẩm).
3.2.2. Nhiệt ra

3.2.2.1. Nhiệt do không khí mang ra
qkkr = l.I2 = 69,589.124.658 = 8674,826 (kJ/kg ẩm)
3.2.2.2. Nhiệt do vật liệu sấy mang ra
tvl2 = t2 – (5 10oC) = 46 – 5 = 41oC

G2 .Cvl .tvl 2
2000.0,4081.41
=
= 397,385 (kJ/kg ẩm)
84, 211
W
3.2.2.3. Do tổn thất ra môi trường xung quanh
Tổn thất qua vỏ máy:
qvlr

=

qtt 

K .F .t
W

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

t

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

xung quanh

K:

Hệ số truyền nhiệt. K 

1


1
 i 
1
2
i 1  i

18

1

3

(W/m2.K)


Trong đó:
3

i


i 1

tổng nhiệt trở của thành máy sấy.

i

1 : Hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường

phòng sấy.
1 = k ( 1 ’+ 1 ”) với 1 ’ là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến

thành máy sấy do đối lưu tự nhiên (W/m2độ)
1 “: Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu

cưỡng bức ( W/m2độ )
k: Hiệu số điều chỉnh. (phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí
và trạng thái bề mặt của thành k= 1,2- 1,3)
Tính 1 ’:
Nhiệt độ trung bình của không khí trong máy sấy:
Ttb = 0,5  (t1+t2) = 0,5  (82+46) =64 0C
Tiết diện tự do của thùng sấy:
Ftd =

2
1   . .D 2 1  0.2  .3.14.1,34  1,128m3
=

4

4

Với  = 0,2 là hệ số chứa đầy.

Tốc độ sấy lí thuyết:
V
1,616
lt  tb 
 1, 433(m / s)
F
td

Ta có :

1,128

1 = k.( 1 ’+ 1 ”), k là hiệu số điều chỉnh.

Chuẩn số Reynolds:
Re=

lt  l   lt  l
1, 29.1,34


 0, 095.106
5

v
1,81776.10

Với  là vận tốc trung bình trong máy sấy.
v =1,81776.10-5 m2/s là độ nhớt động học của không khí (Trang 318,
[1])

l: kích thước hình học xác định theo đường kính tương đương.
- Với chế độ xoáy Re > 104 :
Phương trình chuẩn Nuxen đối với chất khí:
19


Nu = 0,018.l.Re0,8 (Trang 168, [2])
Trong đó: l phụ thuộc vào tỷ số
Ta có:

L
và Re
D

L
=5
D

Re = 0,095.106 = 0,95.105
l = 1,153 (tra bảng và tính toán) (Trang 15, [2])
Vậy Nu = 0,018.1,153.(0,95.105)0,8 = 199,196
- Hệ số cấp nhiệt ’1 :

 '1.D
Nu 

=>

 '1 

Nu.
2
D (W/m .K)

Với:  hệ số dẫn nhiệt ở 640 C.

  0

273  c T 1/ 5
(
) (Trang 125, [1])
T  c 273

0: hệ số dẫn nhiệt 00C.
c: hằng số phụ thuộc vào loại khí.
T: nhiệt độ tuyệt đối của không khí.
Tra bảng I.122 [1] ta có: c = 122, 0 = 0,0201

  0,0201

273  122 64  273 1/5
(
) = 0,018 (W/m2.độ)
64  273  122 273

Hệ số cấp nhiệt 1:

1' 

Nu. 199,196.0,018


 2,68 (W/m2.K)
D
1,34

Tính 1”:
Chuẩn số Nuxen là: Nu = 0,47.Gr0,25
Gr 


g .l 3 . .t

2

g .l 3 .(t2  to )
g .l 3 .t

 2
 2t
 o (to  273)

9,81.1, 343.(82  46)
 8, 06.109
5 2
(1,81776.10 ) .(46  273)

20


Vo: Độ nhớt động học. Tra bảng và tính toán Trang 259, [3]

Vo=1,81776.10-5
 Nu=0,47.(8,06.109)0,25=140,826

1 " 

Nu.
140,826  0, 018

 1,89
D
1, 34
Vậy 1 = k.(1”+1’) = 1,2. (2,68 + 1,89) = 5,484

- Tính 2:
2 = ’2 + ”2 kcal/m2.h.o C hệ số cấp nhiệt từ bề mặt của tường
ra môi trường xung quanh.
’2: Hế số cấp nhiệt từ mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiên.
”2: Hế số cấp nhiệt do bức xạ.
Bảng 3 : Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:
STT

Thông số

Kí hiệu

Đơn vị

Nguồn
công thức

Giá trị

1

Nhiệt độ

to

o

2

Hệ số dẫn nhiệt

o

W/m.oK

Trang 318, [1] 0,0262

3

Độ nhớt

o

Ns/m2

Trang 318, [1] 1,8348.10-5

4

Áp suất bão hòa pb

at

5

Khối lượng riêng o

kg/m3

Trang 318, [1] 1,2063

6

Độ nhớt động

m2/s

Trang 318, [1] 1,5211.10-5

o

C

25

0,0323

- Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng (phía tiếp xúc với không khí) t w4
= 35oC là nhiệt độ thích hợp để tác nhân sấy sau khi truyền qua vách thùng và
lớp cách nhiệt đến phía ngoài của thùng thì không còn quá nóng, an toàn cho
người làm việc.
- Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem như nhiệt độ không đổi khi
quyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ.

21


- Chọn các bề dày của thùng:
Các bề dày của thùng và vật liệu:
Chọn vật liệu làm thùng sấy là thép Crom – Niken và vật liệu cách
nhiệt là bông thủy tinh
Ký
hiệu

Đại lượng

STT
1

Bề dày thùng

2
3

Bề dày lớp bảo vệ

1

Giá trị
chọn
(m)

Hệ số
dẫn nhiệt

Vật liệu

(w/mđộ)

0,01

12XH3

36,1

Bề dày các nhiệt của lớp 2

0,1

Bông thuỷ tinh 0,0372

3

0,1

12XH3

36,1

Đường kính ngoài của thùng sấy:
Dng= D + 2.(1+2+3) = 1,34 +2.(0,01+0,1+0,1) =1,76(m)
Chuẩn số Grasbof :

Gr 

g.Dng 3 . .t

 o2

g.Dng 3 .(tw4  to )

 o2 .(to  273)

Vo = 1,5211.10-5

9,81.1, 763.(35  25)
Gr 
 7, 757.109
5 2
(1,5211.10 ) .(25  273)
Chuẩn số Nusselt : Nu=0,47.(7,757.109)0,25 = 139,483
Hệ số cấp nhiệt ’2 :

2 ' 

Nu.0 139, 483.0, 0262


 2, 08( w / m 2 K )
Dng
1, 76

Hệ số cấp nhiệt do bức xạ ’’2 :
Hệ số cấp nhiệt do bức xạ 2”:
 T1 4  T2  4 
 T1  4  T2  4 


 
 
 
 
 100  
 100  
 100 
 100 


 2  C0 .
 5, 7. .
(T1  T2 )
(T1  T2 )

Trong đó:
C0 = 5,7 Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối
T1 : Nhiệt độ tuyệt đối của thành máy sấy, oK , T1 = t3
T2 : Nhiệt độ của môi trường, oK , T2 = to
 : Độ đen của bề mặt ngoài của máy sấy.

22

(W/m2K)


Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn bề
mặt vật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể:  = 0,8  1
 Chọn  = 0,8
 35  273  4  25  273  4 

 
 
 100  
 100 
 2  5, 7.0,8.
 5, 075
(35  273)  (25  273)

Hệ số cấp nhiệt chung 2= ’2 + ’’2
= 2,08 + 5,075 = 7,155 ( w/m2 K)
Do đó hệ số truyền nhiệt K là :
K

1
1

1



i 1

2
i 1 i
3



1
 0,151
1
0, 01
0,1
0,1
1




5, 484 36,1 0, 0372 36,1 7,155

Tính bề mặt truyền nhiệt F :
- Đường kính trung bình của máy sấy:

Dtb 

D  Dng
2



1,34  1,76
 1,55(m)
2

- Bề mặt truyền nhiệt gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích 2
mặt đầu của thùng :

2. .Dtb 2
F=  .Dtb. Lt +
4
2.3,14.(1,55)2
=3,14.1,55.7+
= 37,841 (m2)
4
- Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và môi trường
xung quanh:

ttb 

td  tc o
( C)
td
ln
tc

Mà td  t1  t0 = 82 - 25 =570C Hiệu số nhiệt độ của không khí vào máy
sấy và nhiệt độ môi trường
23

tc  t2  t0 =46 - 25 = 21 oC Hiệu số nhiệt độ của không khí ra khỏi máy

sấy và nhiệt độ môi trường
=>

ttb 

t  tm 57  21

 36, 053o C
t
57
ln
ln 
21
tm

Do đó tổn thất nhiệt qua vỏ máy sấy:

qtt 

k.F .t 0,151.37,841.36, 053

 2, 446 (KJ/kgẩm)
w
84, 211

Tổn thất nhiệt động học
qdh = 0,0555.4,19.(T1+T2).(x2-x1)

= 0,0555.4,19.(82+273+46+273).(0,03044 – 0,01607) = 2,252 (KJ/kg)
Vậy tổng lượng nhiệt ra :
 qr = qkkr + qvlr + qtt + qdh
= 8674,826 + 397,385 + 2,446 + 2,252
= 9076,909
 Sai số nhiệt vào nhiệt ra :

q 
q 

qv  qr
qv

9031,837  9076,909
9031,837

100%

= 0,499 % < 5 % nên các thông số đã chọn là đúng .
Xây dựng quá trình sấy thực:
Tính giá trị  :
Nhiệt lượng để làm nóng vật liệu:

G2  Cvl  (tvl 2  tvl1 )
W
2000  0, 4081 (41  25)
 155, 08 (kJ/kg)
=
84, 211
qvl 

 = Cn.to-(qvl + qtt + qdh)
= 4,18 25 - (155,08 +2,466 +2,252) = -55,298 (kJ/kg)

24


Xác định các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực
- Nhiệt dung riêng dẫn xuất
Cdx(x1)= Cpk + Cpa.x1
= 1,004 + 1,97.0,01607
= 1,0357 (kJ/kgkkk)
Trong đó : Cpk : nhiệt dung riêng của không khí.
Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước.
Lượng chứa ẩm của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực :
Ta có : i2 = 2493 + 1,97.t2
= 2493 + 1,97.46 = 2583,62
x2 = x1 +

Cdx ( x1 )  (t2  t1 )
1, 0357  (82  46)
= 0,01607 +
 0, 0302 (kg ẩm/kg kkk)
i2  
2583, 62  55, 298

Enthapy là :
I2 = Cpk.t2+x2.i2 = 1,004.46+ 0,0302.2583,62
= 124,209 (kJ/kgkkk)
- Độ ẩm tương đối của TNS sau quá trình sấy thực

2 

x2 .P
0, 0302.1, 0132

 0, 4696  46,96%
Pbh 2 .(0, 622  x2 ) 0, 0999.(0, 622  0, 0302)

Lượng tác nhân sấy cần thiết cho quá trình sấy thực để làm bay hơi 1kg
ẩm là:
l

1
1

 70, 77 (kgkkk/kgẩm)
x2  x1 0, 0302  0, 01607

Lượng không khí khô cần thiết cho cả quá trình là :
L = l.W = 70,77.84,211 = 5959,61 (kgkk/kg ẩm)
3.3 Phương trình cân bằng nhiệt lượng :

 qv   qr

3.3.1 Nhiệt vào:
3.3.1.1 Nhiệt lượng do calorife sưởi cung cấp:
qs = l.(I2 - Io) = 70,77.(124,20965,854)
= 4129,78 (kJ/kgẩm)
3.3.1.2 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào:

qvlv = 357,011 (kJ/kg ẩm)
3.3.1.3 Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào:
qkkv = l.Io = 70,77.65,854 = 4660,49 (kJ/kgẩm)
25