bản hoàn chỉnh đồ án sấy thùng quay đường năng suất 1750kg h phan văn lực 1 1 copy 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUÊ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ
Độc lập - Tự do - Hạnhphúc
-------------------

-------------------

NHIỆM VỤ THIÊT KÊ ĐỒ ÁN THIÊT BI
Họ và tên sinh viên: Phan Văn Lực
Lớp: CNTP 49B
Ngành: Công nghệ thực phẩm
1/ Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đường với năng suất 1750kg
sản phẩm/h
2/ Các số liệu ban đầu:
- Năng suất sản phẩm: 1750kg/h
- Độ ẩm ban đầu

: W1 = 2%

- Độ ẩm sản phẩm

: W2 = 0,05%

3/ Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Phần 1: Lời mở đầu.
- Phần 2: Tổng quan về nguyên liệu và phương pháp sấy.
- Phần 3: Tính cân bằng vật chất của quá trình.
- Phần 4: Tính thiết bị chính và cân bằng nhiệt lượng.
- Phần 5: Tính toán các thiết bị phụ(Thiết bị calorife, xyclon, quạt..)
- Kết luận.

- Tài liệu tham khảo
4/ Bản vẽ (ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước các loại bản vẽ):
- Bản vẽ chi tiết thiết bị (cụm thiết bị và mặt cắt): A1, A3
5/ Ngày giao nhiệm vụ:
6/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
Huế, ngày….tháng….năm 2017
Ngày…. tháng…. năm 2017
TRƯỞNG BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)
TS. Võ Văn Quốc Bảo
1


MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

2


LỜI MỞ ĐẦU
Từ xưa đến nay, con người đã biết sấy khô vật liệu ẩm bằng nhiều cách
khác nhau. Sấy là một trong những giai đoạn quan trọng trong công nghệ sau thu
hoạch và công nghệ chế biến. Ngày nay, kĩ thuật sản xuất phát triển và vai trò
của quá trình sấy càng trở nên quan trọng hơn trong các dây chuyền công nghệ.
Sấy không những giúp chúng ta bảo quản sản phẩm được lâu hơn mà còn tạo ra
thành phẩm có giá trị kinh tế cao. Tùy theo từng đặc điểm, tính chất của mỗi loại

nguyên liệu mà lựa chọn các phương pháp sấy, dạng thiết bị sấy, tác nhân sấy,
chế độ sấy... cho phù hợp. Hiện nay có nhiều phương pháp sấy khác nhau như
sấy thùng quay, sấy băng tải, sấy hầm, sấy tháp...
Đường saccharose là một chất có vị ngọt tự nhiên, là một loại thực phẩm
cung cấp nhiều năng lượng và dinh dưỡng cần thiết cho con người. Đường có
thể sử dụng trực tiếp, làm chất điều vị cho bữa ăn hằng ngày hoặc làm nguyên
liệu trong ngành công nghệ thực phẩm như: công nghệ sản xuất bánh kẹo, đồ
hộp, làm mức, làm rượu, công nghệ chế biến các sản phẩm từ sữa, sản xuất nước
giải khát…
Việt Nam là một quốc gia có truyền thống sản xuất đường mía từ lâu đời.
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất đường trên thế giới, Việt
Nam cũng có một nền công nghiệp đường tiên tiến để đáp ứng nhu cầu sử dụng
của người dân và góp phần cho sự phát triển kinh tế. Sấy đường là một trong
những công đoạn quan trọng hỗ trợ đắc lực trong công nghệ sản xuất đường.
Việc sấy đường giúp cho việc bảo quản và vận chuyển đường được thuận lợi và
đảm bảo chất lượng của đường được tốt nên công đoạn sấy đường là công đoạn
không thể thiếu được trong công nghệ sản xuất đường cát.
Được sự phân công và hướng dẫn của thầy Võ Văn Quốc Bảo, trong đồ án
thiết bị này, em xin trình bày nội dung: “Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy
đường với năng suất sản phẩm 1750 kg sản phẩm/h”.

3


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Giới thiệu về quá trình sấy
Khái niệm sấy
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu rắn hay
lỏng. Với mục đích làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở), tăng
độ bền vật liệu(như vật liệu gốm, sứ, gỗ…). Bảo quản tốt trong thời gian dài

nhất là đối với lương thực, thực phẩm.
1.1.2 Mục đích sấy
Làm giảm khối lượng vật liệu
Tăng thời gian bảo quản
Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng sinh hóa
Tạo hình cho sản phẩm
Tăng độ bền cho sản phẩm như gỗ, vật liệu là gốm sứ…..
Tăng tính cảm quan cho sản phẩm.
1.1.3 Bản chất và động lực của quá trình sấy
Bản chất của quá trình sấy: Là quá trình khuếch tán ẩm từ trong lòng vật liệu ra
bề mặt vật liệu và ẩm từ đó bay ra ngoài môi trường nhờ chênh lệch độ ẩm (hay
chênh lệch áp suất hơi riêng phần của ẩm ở bề mặt vật liệu và môi trường xung
quanh ).
Động lực của quá trình sấy: Chính là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu
sấy và trên bề mặt vật liệu sấy.
1.1.4 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 khuếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu rắn
đồng thời với quá trình truyền nhiệt
Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu
từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu.
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.
Tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình
di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt vật liệu.
Trong các 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 và các
thông số cơ bản của không khí ẩm.
1.1.

1.1.1
-

-

-

-

-

-

4


+

+

*
+
+
+
*
+
+
+
+
+

+
-

*
+
+
+
+
*
+
+

Tóm lại nghiên cứu quá trình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy:
Mặt tĩnh lực học: Tức là dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta sẽ
tìm được mối quan hệ của các thông số đầu và 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
lượng nhiệt cần thiết 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 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.
1.1.5 Phân loại sấy
Quá trình sấy bao gồm hai phương thức: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo
Sấy tự nhiên: Tiến hành bay hơi nước bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng
mặt trời, năng lượng gió…. (Hay gọi là quá trình phơi hay sấy tự nhiên ).
Ưu điểm:
Không tốn năng lượng
Đơn giản rẻ tiền
Bề mặt trao đổi nhiệt lớn
Nhược điểm:

Phương pháp này có thời gian sấy dài
Tốn nhân công, tốn mặt bằng xây dựng
Khó điều chỉnh các thông số trong quá trình sấy
Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết
Vật liệu sau khi sấy còn lượng ẩm khá cao
Năng suất thấp
Sấy nhân tạo: Thường tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho
các vật lệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy thuộc vào phương pháp truyền
nhiệt.
Ưu điểm:
Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên
Tốc độ sấy nhanh và độ ẩm của vật liệu sau khi sấy nhỏ hơn nhiều so với sấy tự
nhiên
Tốn ít mặt bằng nhân công
Kiểm soát được độ ẩm vật liệu sấy vào và ra của sản phẩm ra, chất lượng của
sản phẩm ra
Nhược điểm:
Chi phí đầu tư cao
Khó khăn trong quá trình sử dụng và sửa chữa thiết bị
Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy theo phương pháp truyền nhiệt có thể chia
thành các loại sau:

5


+
+

+
+

+

-

+
+
+

Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân
sấy là không khí nóng, khói lò….
Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp vật
liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách
ngăn.
Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng
ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy
Sấy bằng dòng điện cao tầng: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường
có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày 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 từ trạng thái
rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng.
1.1.6 Tác nhân sấy và chế độ sấy
1.1.6.1 Tác nhân sấy
Khái niệm: Tác nhân sấy là những chất dùng để đưa lượng ẩm tách từ vật liệu
sấy ra khỏi thiết bị sấy, tác nhân sấy có thể là không khí, khói lò hoặc một số
chất lỏng như dầu mỏ, macarin…. Trong đó khói lò và không khí và khói lò là
hai tác nhân sấy phổ biến nhất. Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn
luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật liệu sấy. Nếu độ ẩm này không được mang
đi thì độ ẩm tương đối trong vật liệu tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự
cân bằng giữa vật liệu sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm
của vật liệu sấy sẽ ngừng lại.

Nhiệm vụ của tác nhân sấy
Gia nhiệt cho vật liệu sấy
Tải ẩm, mang ẩm từ bề mặt vật liệu sấy ra môi trường
Bảo vệ vật liệu sấy không bị hỏng do quá trình gia nhiệt
Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện cùng lúc
hai hoặc ba chức năng ở trên.
Khi sấy đối lưu, tác nhân sấy làm hai nhiệm vụ là gia nhiệt và tải ẩm.
Khi sấy tiếp xúc, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm. Khi sấy bằng dòng điện cao
tầng, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm.

+
+
-

Để tải ẩm đã bay hơi từ vật liệu 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 liệu sấy thải ra ngoài môi trường (sấy
chân không)
Các loại tác nhân sấy:
6


+

Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầu hết các
loại sản phẩm. Không khí ẩm là không khí có chứa hơi nước (không khí khô và
hơi nước ) và khi sử dụng có thể coi như là lí tưởng. Trạng thái của không khí
ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy và bảo quản sản phẩm sấy.Vì vậy việc
nghiên cứu không khí ẩm là cần thiết.

Dùng không khí ẩm ít làm sản phẩm bị ô nhiễm và thay đổi mùi vị. Tuy
nhiên dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy thì cần trang bị hệ thống gia nhiệt
cho không khí (calorife khí, hơi hay khí hoặc khói lò). Nhiệt độ sấy không quá
cao, thường nhỏ hơn 500ᵒC vì nếu nhiệt độ quá cao thiết bị trao đổi nhiệt phải
được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt.

+
+

*
+
+
+
+
+
*
+
+

-

-

Hơi quá nhiệt: Tác nhân sấy này thường được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị
cháy nổ và có khả năng chịu nhiệt cao.
Khói lò: Khói lò là sảm phẩm khí của quá trình đốt cháy một chất nào đó. Khối
lượng thành phần và các thông số trạng thái của khói lò phụ thuộc vào thành
phần của chất đốt và phương pháp đốt cháy.
Ưu điểm:
Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong một khoảng rất rộng: có thể sấy ở

nhiệt độ rất cao 900-1000ᵒC và ở nhiệt độ 70-90ᵒC hoặc thậm chí ở 40-50ᵒC.
Cấu trúc hệ thống đơn giản, rẻ tiền, dễ chế tạo lắp đặt.
Đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife
Giảm tiêu hao điện năng, do giảm trở lực hệ thống
Nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệt của thiết bị
Nhược điểm:
Gây bụi bẩn cho thiết bị và sản phẩm
Có thể gây hỏa hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hóa học không cần thiết ảnh
hưởng đến chất lượng sản phẩm.
1.1.6.2 Chế độ sấy
Chế độ sấy là cách tổ chức quá trình truyền nhiệt, truyền chất giữa các 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 cũng là hợp lý.
Một số chế độ sấy thường gặp: Chế độ sấy có đốt nóng trung gian, chế độ sấy
hồi lưu một phần, chế độ sấy hồi lưu toàn phần, chế độ sấy hồi lưu và đốt nóng
trung gian.
1.1.7 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:

7


-

-

-

-

-

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 tầng, sấy lạnh …..
Dựa vào phương thức sấy và chế độ làm việc: Thiết bị sấy liên tục và thiết bị sấy
gián đoạn.
Dựa vào áp suất làm việc: Thiết bị làm việc trong áp suất chân không và áp suất
thường.
Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho quá trình sấy: Thiết bị sấy đối lưu, thiết bị
sấy tiếp xúc, thiết bị sấy bức xạ…
Dựa vào cấu tạo thiết bị: Phòng sấy, hầm sấy, thiết bị sấy băng tải, thiết bị sấy vỉ
ngang…
Dựa vào chuyển động của tác nhân sấy: Thiết bị sấy có tác nhân sấy cùng chiều
với vật liệu sấy, hoặc ngược chiều.
1.1.8 Một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy
Bản chất vật liệu sấy như: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết hóa
học, đặc tính liên kết ẩm.
Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy bề dày lớp vật liệu ….diện tích bề
mặt riêng, vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh.
Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối, độ ẩm tới hạn của vật liệu.
Độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ của không khí.
Chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của không khí sấy, nhiệt độ cuối
cao thì nhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấy sẽ tăng,
nhưng nhiệt độ cuối không nên quá cao vì không sử dụng nhiệt triệt để.
Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức sấy, chế độ sấy.
1.2. Giới thiệu về nguyên liệu sấy (Đường)

Đường saccharose (sucrose) là một loại thực phẩm phổ biến, có vị ngọt tự

nhiên, ngon rất phù hợp với khẩu vị của người sử dụng, nên đường
saccharose là một gia vị thông dụng trong mỗi bữa cơm hằng ngày trong mỗi
gia đình.

8


-

-

-

Cũng giống như protein, lipit, glucid, muối vô cơ…Đường saccharose là loại gia
vị cung cấp năng lượng chủ yếu trong cơ thể và đóng vai trò quan trọng cho sự
sống con người. Cơ thể chỉ hấp thụ đường dưới dạng đường đơn là chủ yếu
nhưng nếu thiếu đường thì sẽ xuất hiện những bệnh lý rất nguy hiểm.
Đường saccharose có rất nhiều trong các loài thực vật như thân cây mía, củ cải
đường, cây thốt nốt, nhưng được chế biến từ cây mía là chủ yếu nên thường
được gọi là đường mía, và được sản xuất trên một quy trình công nghệ khép kín.
Đường saccharose có thể dùng trực tiếp hoặc sử dụng làm phụ gia trong chế biến
các loại thực phẩm như: bánh kẹo, nước giải khát, cà phê hòa tan, hoặc dùng để
là tăng hương vị cho sản phẩm. Ngoài ra rỉ đường dùng để lên men rượu, sản
xuất cồn…..
1.2.1 Tính chất chung của đường
Công thức phân tử là:
Công thức cấu tạo: Saccharose thuộc nhóm Oligo saccharide là một disaccharide.
Phân tử saccharose được cấu tạo bởi một gốc α-glucose và một gốc
β-glucose. Hai gốc này liên kết với nhau ở nguyên tử của gốc fructose và một
nguyên tử .

-

-

- Do không có nhóm –OH glucoside nên saccharose không có tính khử, còn được
gọi là đường không khử.
-

Không có nhóm –CH=O nên không tham gia phản ứng tráng bạc.
Dạng cấu tạo mạch vòng của saccharose không có khả năng chuyển thành mạch
hở

1.2.2 Tính chất hóa học của đường
-

Trong môi trường acid pH<7 đường saccharose bị phân hủy thành glucose và
fructose.
C12H22O11 + H2O
H+ , t°
C6H12O6 +
C6H12O6
9


-

Saccharose
α-glucose
β-fructose
Trong môi trường kiềm, saccharose bị thủy phân thành lactose, glucose, fructose

và các hợp chất đường khác.
Ở pH=8÷9 đun nóng trong thời gian dài đường saccharose bị phân hủy thành
hợp chất có màu vàng và màu nâu, tốc độ phân hủy tăng theo độ pH
- Ngoài ra còn phản ứng caramen hóa, phản ứng với ở nhiệt độ thường tạo
dung dịch màu xanh thẫm.
1.2.3 Tính chất vật lý của đường

-

Do không còn nhóm –OH glucoside nên saccharose không thể hiện tính khử.
Gọi là đường không khử.
Là chất rắn kết tinh, không màu, trong suốt, có vị ngọt
Khối lượng riêng: 1,5879g/
Trọng lượng phân tử: 342,3 đvC.
Nhiệt độ nóng chảy: 186 ÷ 188 ᵒC
Nhiệt dung riêng: 0,9019 kJ/kg.độ
Không tan trong rượu, benzene, dầu hỏa…nhưng dễ tan trong nước, độ tan tỉ lệ
thuận với nhiệt độ.
1.3. Thiết bị sấy và phương thức sấy
1.3.1 Chọn thiết bị sấy thùng quay

-

-

-

-

Ngày nay có rất nhiều thiết bị dùng để sấy đường và cho năng suất rất cao, như

thiết bị sấy đĩa quay kiểu đứng, thiết bị sấy sàn rung, thiết bị sấy tầng sôi, thiết
bị sấy thùng quay…. Mỗi thiết bị đều có ưu nhược điểm khác nhau.
Căn cứ vào hình dạng và tính chất vật liệu ( đường ) ta lựa chọn thiết bị sấy
thùng quay. Mặt khác chọn thiết bị sấy thùng quay để sấy đường vì diện tích tiếp
xúc của thiết bị với vật liệu sấy lớn, thiết bị có diện tích lớn nên nguyên liệu
được phơi bày tối đa trong tác nhân sấy nên đem lại hiệu quả sấy cao và chất
lượng sấy đồng đều.
Sấy thùng quay thuộc hệ thống sấy đối lưu, chuyên dùng sấy hạt đậu, sấy ca cao,
cục nhỏ, nguyên liệu có khuynh hướng bị rối hoặc dính vào nhau trên băng
chuyền hoặc khay. Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy
hình trụ tròn, đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang 1-6ᵒ, có 2 vành đai trượt
trên các con lăn tựa khi thùng quay. Khoảng cách giữa các con lăn có thể điều
chỉnh để thay đổi góc nghiêng của thùng. Vật liệu nạp vào không quá 20-25%
thể tích thùng. Thùng quay với vận tốc 1 - 8 vòng/phút, vận tốc của không khí đi
trong thùng khoảng 2 - 3 m/s.
Các cánh đảo trong thùng có tác dụng xáo trộn vừa có tác dụng phân phối điều
vật liệu theo tiết diện thùng, nó làm tăng tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy.
Các loại cánh đảo phổ biến:
10


+
+
+
+

-

-

+
+
+
+
+
+

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.

Ngoài ra còn có hệ thống quạt là tạo ra dòng chảy của tác nhân sấy có lưu lượng
theo yêu cầu kỹ thuật. Bộ phận calorife để gia nhiệt cho tác nhân sấy. Cyclon để
thu hồi bụi trước khi thải ra môi trường.
Ưu điểm: là quá trình sấy điều 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/ thiết bị nhỏ
gọn, có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.
Nhược điểm: là vật liệu đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn vì thế sẽ làm
giảm chất lượng sản phẩm.
Các thông số thiết kế hệ thống sấy thùng quay:
Chọn tác nhân sấy: không khí ẩm
Chọn calorife khí – hơi
Thiết bị làm việc liên tục
Vật liệu và tác nhân sấy đi cùng chiều
Thiết bị có lắp đặt cánh đảo
Nguồn năng lượng và tác nhân sấy:

Do đường saccharose nóng chảy ở 186-1880C và bị biến chất ở nhiệt độ cao nên
chọn tác nhân sấy là không khí ẩm. Hơn nữa, đường 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 tác nhân sấy là không khí ẩm để tránh làm nhiễm bẩn, nhiễm độc vào đường
và tạo mùi thơm.

11


+

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 nên sẽ giảm được
chi phí.
1.3.2 Chọn phương thức sấy

-

Có nhiều phương thức sấy như: sấy cùng chiều, sấy ngược chiều, sấy chéo
dòng…
Trong đồ án thiết kế này ta chọn phương thức sấy là sấy cùng chiều ( tức là
nguyên liệu sấy đi cùng chiều với tác nhân sấy )
1.4. Hệ thống sấy thùng quay

Thuyết minh sơ đồ:
-

-

-

Đường sau khi ly tâm sẽ được vận chuyển lên cao qua cơ cấu nhập liệu rồi vào
trong thùng sấy. Tại thùng sấy đường sẽ đi sâu vào thùng sấy, nguyên liệu được
đảo trộn và di chuyển từ đầu tới cuối thùng sấy nhờ hệ thống cánh đảo.
Không khí được quạt ly tâm áp suất cao đẩy vào calorife gia nhiệt. tại đây xảy ra
quá trình trao đổi nhiệt giữa không khí và chất tải nhiệt. Sau đó không khí đã đốt
nóng sẽ được đưa vào thùng sấy, nước ngưng được đưa ra ngoài calorife qua van
xả.
Tại thùng sấy vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều với nhau. Thùng sấy
quay tròn nhờ bộ phận truyền động, vật liệu sấy được đảo trộn và di chuyển dần
từ đầu cao đến đầu thấp, tiến hành quá trình trao đổi nhiệt khiến cho ẩm trong
vật liệu sấy bay hơi liên tục.
12


-

-

Sau khi đạt được nồng độ, độ ẩm yêu cầu thì đường được đưa ra ngoài bằng
băng tải và tiến hành làm nguội, bao gói. Trong quá trình sấy do tốc độ chuyển
động của dòng khí nóng khá lớn nên một phần đường có kích thước nhỏ và bụi
sẽ bị cuốn theo tác nhân sấy ra ngoài. Do đó người ta đặt cyclon thu hồi bụi
đường và đường có kích thước nhỏ chuyển theo phương tiếp tuyến trong cyclon
và lắng xuống dưới, còn phần khí được hút đẩy ra ngoài.
Ưu điểm: Sản phẩm sấy đồng đều, tốc độ sấy nhanh, ít bị ô nhiễm cho hệ thống
và sản phẩm, vận hành dễ dàng và ổn định….
Nhược điểm: Trong quá trình sấy thì do thùng quay nên dễ làm cho vật liệu sấy
gãy vỡ và tạo ra bụi bẩn và giảm chất lượng sản phẩm, giảm giá trị kinh tế của
sản phẩm do tổn hao

13


CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT LIỆU
2.1 Các thông số ban đầu
-

Năng suất thiết bị
Độ ẩm vật liệu vào
Độ ẩm vật liệu ra
Nhiệt độ tác nhân sấy vào
Nhiệt độ tác nhân sấy ra
Nhiệt độ môi trường
Độ ẩm môi trường

: = 1750 kg sản phẩm / h
: = 2%
: = 0.05%
: = 85ᵒC
: 38
: = 25,3ᵒC
: = 81%

(Nhiệt độ và độ ẩm môi trường được tra theo điều kiện khí hậu địa bàn
Thừa Thiên Huế ) (Bảng VII.1/97, [2] )
-

Nhiệt độ vật liệu vào
Nhiệt độ vật liệu ra

: = = 25,3ᵒC
: = 31ᵒC

(Chọn nhiệt độ vật liệu ra thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy ra 5÷10ᵒC )
-

Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều. Tác nhân sấy không khí
ẩm.
Thiết bị làm việc liên tục

2.2 Tính toán các thông số của không khí
2.2.1 Các công thức cần sử dụng
*

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

*

Độ chứa ẩm d( hàm ẩm của không khí ẩm )

Trong đó:

*

µ: Độ ẩm tương đối của không khí
P: Áp suất khí quyển P = 1,033 (atm) = 1,0132 (bar) = 760( mmHg)
: áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm đã bão hòa
hơi nước (N/m2)
Enthapy của không khí ẩm ( Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm )

Trong đó:
: Nhiệt dung riêng của không khí khô
: Nhiệt dung riêng của hơi nước
Ẩn nhiệt hóa hơi của nước
14


*

X : Hàm ẩm của không khí ẩm (kg ẩm / kg kkk)
Thể tích riêng của không khí ẩm

Trong đó:
R: Hằng số khí
R = 8314 J/kmol.độ
P: áp suất khí quyển ()
M: khối lượng mol không khí
M = 29 ( kg/kmol )
Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ()
µ: Độ ẩm tương đối của không khí (%)
2.2.2 Trạng thái không khí ngoài trời
*

Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:
Với nhiệt độ không khí

*

Độ chứa ẩm d ( hàm ẩm của không khí ẩm )

*

Enthapy của không khí ẩm ( Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm )

= 1,004×25,3 + [2493 + (1,97×25,3)]0,016 = 66,087( kJ/kg kkk )

15


*

Thể tích riêng của không khí ẩm

2.2.3 Trạng thái không khí sau khi vào calorife và đốt nóng đẳng ẩm (Hàm
ẩm không đổi )
*

Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ
Với nhiệt độ của không khí:

*

Độ ẩm tương đối của không khí

*

Enthapy của không khí ẩm ( Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm )
= 1,004×85+ [2493 + (1,97×85)]0,016 =127,907 (kJ/kgkkk)

*

Thể tích riêng của không khí ẩm

2.2.4 Trạng thái không khí sau khi ra khỏi máy sấy (entanpy)
*

Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ
Với nhiệt độ của không khí:

*

Độ chứa ẩm d ( hàm ẩm của không khí ẩm )
Ta có:

*

Độ ẩm tương đối của không khí
16


*

Thể tích riêng của không khí ẩm

*

Ở nhiệt độ điểm sương ta có φ = 1

+

P = 1,0132(bar) = 1,033 (at) ,
Áp suất hơi bão hòa tại là:

(Bảng I.250/312 [1] )
+

Chênh lệch nhiệt độ giữa tác nhân sấy ra và nhiệt độ điểm sương là:


Chênh lệch nhiệt độ này là hợp lí, vậy thông số đã chọn
là hợp lí

2.3 Lượng ẩm được tách ra

2.4 khối lượng vật sấy vào thùng sấy

2.5 Lượng vật liệu khô tuyệt đối

2.6 Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy (cân bằng theo lượng ẩm)
Coi lượng không khí khô đi qua máy sấy không bị mất trong quá trình sấy.
Trong đó:

*

L: Lượng không khí khô tiêu tốn trong quá trình sấy
L×: lượng ẩm không khí khô mang theo vào phòng sấy
L×: Lượng ẩm trong không khí khô còn lại sau khi sấy
W: Lượng ẩm được tách ra
Phương trình cân bằng ẩm

17


*

Lượng không khí khô tiêu tốn trong quá trình sấy

*

Lượng không khí khô tiêu tốn riêng (để làm bốc hơi 1kg ẩm)

*

*

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy khi vào calorife

*

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy đi vào máy sấy

*

Lưu lượng của tác nhân sấy đi ra khỏi máy sấy
Lưu lượng thể tích trung bình
Bảng 2.1.Bảng tổng kết cho vật liệu sấy
Đại lượng

Giá trị

1784,821
1750
1749,125
2
0,05

W : Lượng ẩm được tách ra (%)

34,821

l : Lượng không khí khô để bốc hơi 1kg ẩm (kg kkk/kg ẩm)

52,632

L: Lượng không khí khô bốc hơi w kg ẩm ( kg kkk/kg ẩm )

1832,684

Bảng 2.2.Bảng tổng kết cho tác nhân sấy
to)

X(kg/kg kkk)

µ(%)

I (kJ/kg kkk)

Trước khi vào calorife

25,3

0,016

81

66,087

Sau khi ra khỏi calorife

85

0,016

4,5

127,907

Sau khi ra khỏi thùng sấy

38

0,035

82

127,907

18

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIÊT BI CHÍNH
VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
3.1 Tính toán thiết bị chính
3.1.1 Cường độ bốc hơi ẩm của đường (A)
Cường độ bốc hơi ẩm A của thùng sấy là khối lượng ẩm bốc hơi được trong một
đơn vị của thời gian sấy của 1m3 thể tích thùng sấy

Trong đó:

(kg/m3 h)

(CT 10.2/ 207, [5])

)_

)_

W (kg/h): là khối lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ của vật liệu sấy
(m3): là thể tích thùng sấy
Chọn A = 9 kg/m3.h

(Bảng 10.1/207, [5])

3.1.2 Thể tích thùng sấy (
Từ (CT 10.2/207, [5]) ta suy ra:

3.1.3 Đường kính thùng và chiều dài thùng sấy
3.1.3.1 Đường kính thùng sấy
Thông thường tỷ số giữa chiều dài và đường kính của thùng là:
(Tr 121, [2])

Chọn Lt = 5 × Dt
Ta có :

(CT VII.51/Tr 121, [2])
)_

Suy ra:

19


3.1.3.2 Chiều dài thùng sấy
Lt = 5 × Dt = 5 × 1 = 5 (m)
3.1.4 Tiết diện tự do của thùng sấy
Vơí β là hệ số chứa đầy (Chiếm khoảng 10÷25% thể tích thùng sấy ): Chọn β = 0,2

3.1.5 Thời gian sấy
(phút)

(CT VII.53, Tr 123, [2])
)_

Trong đó:
ρ: khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng quay ρ = 1587,9
kg/m3
β: Hệ số chứa đầy (Chiếm khoảng từ 10-25% thể tích thùng chứa) Chọn β = 0,2.
A: Cường độ bay hơi ẩm, A=9 kg/m3.h
(phút)
3.1.6 Số vòng quay của thùng sấy
(vg/ph)

(CT VII.52, Tr 122, [2])

Trong đó:
l: Lượng không khí khô tiêu tốn để làm bốc hơi 1kg ẩm (kgkkk/kgẩm)
a: Góc nghiêng của thùng quay,thương góc nghiêng của thùng dài là
2,5÷3o , còn thùng ngắn là 6o . Chọn α = 3o → tgα = 0,0524
m: Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng (chọn m=0,5)
k: Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí trong thùng, chuyển
động xuôi chiều chọn k= 2
τ : Thời gian sấy (phút)
Lt: Chiều dài của thùng sấy (Chiều dài cánh đảo trộn trong thùng)
20


Dt: Đường kính thùng sấy
(vg/ph)
3.1.7 Công suất cần thiết để quay thùng
N = 0,13 10 -2 × D3t × Lt .× a × n × ρ

(kW)

(CT VII.54, Tr 123, [2])

Trong đó:
n: Số vòng quay của thùng ,n = 2,288 vòng/ Phút
a: Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,063 (bảng VII.5/123,[2])
ρ: Khối lượng riêng xốp trung bình, ρ=1587,9 ( kg/ m3)
Dt ,Lt là đường kính và chiều dài của thùng (m)
→

N = 0,13×10-2 × (1)3 × 5 × 0,063 × 2,288 × 1587,9 = 1,488 (kW)
3.2 Cân bằng nhiệt lượng
3.2.1 Nhiệt lượng mang vào máy sấy
Vì trong quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng và không có bộ phận
chuyển tải nên: qbs = qvc = 0
3.2.1.1 Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào
qkkv = l × Io = 52,632 ×66,087 = 3478,291(kJ/kg ẩm)

(Tr 206, [3])

3.2.1.2 Nhiệt lượng do calorife cung cấp
*

Nhiệt lượng tiêu hao riêng ở calorife (Tr 206, [3])
qs = l × (I1 – Io) = 52,632 ×(127,907 – 66,087) = 3253,71 (kJ/kg ẩm)

*

Lượng nhiệt tiêu tốn cho quá trình sấy (Tr 206, [3])
Qs = qs × W = 3253,71 × 29,847 = 97113,482 (kJ/h)

3.2.1.3 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào

Trong đó:
Cn: là nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,18 kJ/kg . độ
Cvl : nhiệt dung riêng của vật liệu coi như không đổi trước và sau khi sấy
Ckhô :nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối, Ckhô = 1,25 (kJ/kg.K)
21

Cn: nhiệt dung riêng của nước,
+

Cn = 4,18 kJ/kg.K

Cvl = Cn W2 + Ckhô(1 - W2), kJ/kg.K
→Cvl =4,18 × 0,05 + 1,25 × (1 - 0,05) = 1,3965 (kJ/kgđộ)
tvlv: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, tvlv= to = 25,3oC
tvlr: nhiệt độ của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy

→ tvlr= t2 – (5÷10)= 31oC

Cn.tvlv: nhiệt lượng riêng của 1kg ẩm trên vật liệu mang vào máy sấy (nhiệt
lượng riêng do nước mang vào).
Cvl.tvlv: nhiệt lượng riêng của 1kg ẩm trên vật liệu mang vào máy sấy (nhiệt
lượng riêng do vật liệu mang vào).

3.2.1.4 Tổng nhiệt lượng mang vào
∑qv = qkkv + qs + qvlv
= 3478,291+3253,71+1810,985=8542,986(kJ/kg ẩm)
3.2.2 Nhiệt lượng mang ra khỏi máy sấy
3.2.2.1 Nhiệt lượng do khí thải mang ra khỏi thiết bị sấy
qkkr = l × I2 = 52,632×127,907 = 6732,001(kJ/kg ẩm)

(Tr 206, [3])

3.2.2.2 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra (Tr 206, [3])
(kJ/kg) ẩm)

3.2.2.3 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh qua vỏ thiết bị
*

Tổn thất nhiệt qua vỏ thiết bị

22


Trong đó:
F: Diện tích bề mặt xung quanh của máy sấy, F = 0,628
Δt: hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh
W: lượng ẩm bay hơi
K: hệ số truyền nhiệt
(W/m2.K)

(CT V.5/ 3, [2])

Trong đó:
: Tổng nhiệt trở của thành máy sấy

α1: hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường phòng sấy
α1= k (α1’+ α1’’)
α’1:là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên
(W/m2độ)
α1’’: 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) chọn k = 1,2
α2: hệ số cấp nhiệt từ bề mặt của tường ra môi trường xung quanh.α2= (α2’+ α2’’)
: hệ số cấp nhiệt từ mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiên.

: hệ số cấp nhiệt do bức xạ.
Tính hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của thùng sấy
α1= k (α1’+ α1’’)
A.1. Tính
A.

Ta có:
Suy ra:
Trong đó:
λ hệ số dẫn nhiệt của chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ tính theo công thức
23


λo: hệ số dẫn nhiệt của khí ở 0oC
λo= 0,0201(W/m.độ) (Bảng I.122/ 124, [1])
C: hằng số phụ thuộc vào loại khí, C = 122 (Bảng I.122/ 124, [1])
T: nhiệt độ tuyệt đối của khí.
*

Nhiệt độ trung bình của không khí trong máy sấy

*

Tra (bảng I.255/ 318, [1]) và áp dụng phương pháp nội suy ta tính được độ
nhớt động của không khí tác nhân sấy trong phòng sấy là:
v = 1,913×10-5(m2/s)

*

Tiết diện tự do của thùng sấy

Với β = 0,2 là hệ số chứa đầy
*

Tốc độ sấy lí thuyết

*

Chuẩn số râynôn

Trong đó:
ωlt: vận tốc trung bình trong máy sấy (m/s)
v : độ nhớt động học của không khí , v = 1,91275×10-5(m2/s)
l = : Kích thước hình học xác định theo đường kính tương đương (m)
ρ: khối lượng riêng
24


Vì Re= 41720,037 >104 nên tác nhân sấy chuyển động với chế độ chảy xoáy (Tr
13,[2])
*

Phương trình chuẩn Nusselt đối với chất khí
Nu = 0,018 × εl × Re0,8 ( CT V.42/ 16, [2])

Trong đó:
εl : hệ số phụ thuộc vào tỷ số

và Re

Tra (Bảng V.2/ 15, [2]) ta được εl = 1,208
Vậy Nu = 0,018 × 1,208 × ()0,8 = 108,048
*

Do đó hệ số cấp nhiệt là:

A.2.Tính
*

Chuẩn số gratkov

Trong đó:
v: Độ nhớt động học của không khí , v = 1,91275× 10-5(m2/s)
l = : Kích thước hình học xác định theo đường kính tương đương (m)
ρ: khối lượng riêng (kg/m3)
µ: Độ nhớt động lực (hệ số nhớt động lực (N.s/m2))
v: độ nhớt động học (m2/s)
g: gia tốc trọng trường, g = 9,8 (m/s2)
β: hệ số giãn nở thể tích (độ-1)
Δt: Chênh lệch nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào và tác nhân sấy ra (độ)
Suy ra:

25