Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy đường với năng suất 100kgh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC
BỘ MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

-------

---

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ
Đề tài:

THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY THÙNG QUAY ĐỂ
SẤY ĐƯỜNG VỚI NĂNG SUẤT 100Kg/h

GVHD: Nguyễn Thị
Như Ngọc

1


Năm học : 2018-2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ mơn Qúa Trình và Thiết Bị

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN KỸ THUẬT HĨA HỌC
Họ và tên sinh viên
Lớp
:
Ngành
: Kỹ Thuật Hóa Lý
1/ Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đường.
Áp suất làm việc: áp suất thường
2/ Các số liệu ban đầu:
Năng suất tính theo nguyên liệu
: 1000 (kg/h)
Nồng độ ẩm ban đầu
: 3%
Nồng độ ẩm sau sấy
: 1%
3/ Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Tính tốn q trình sấy
Chương 3: Tính tốn thiết bị chính
Chương 4: Tính tốn thiết bị phụ
Chương 5: Tính tốn giá thành thiết bị
Chương 6: Kết luận
Tài liệu tham khảo
4/ Các bản vẽ và đồ thị (ghi rõ các loại bản và kích thước các loại bản vẽ)
1 bản vẽ hệ thống thiết bị chính, khổ A1
1 bản vẽ thiết bị chính, khổ A1
5/ Giáo viên hướng dẫn:
Phần: toàn bộ
Họ và tên: Nguyễn Thị Như Ngọc

6/ Ngày giao nhiệm vụ:
7/ Ngày hồn thành nhiệm vụ:
Thơng qua bộ môn
Ngày tháng
năm 2018
2


TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN
(ký, ghi rõ họ tên)

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(ký, ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................................................5
1.1.

Tổng quan về nguyên liệu.............................................................................................5

1.2.

Tổng quan về phương pháp sấy...................................................................................6

1.2.1. Bản chất quá trình sấy............................................................................................6
1.2.2. Phân loại quá trình sấy...........................................................................................6
1.2.3.

Phương pháp thực hiện..........................................................................................7

1.2.4.

Phương án thiết kế hệ thống sấy đường...............................................................8

CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN Q TRÌNH..................................................................................9
2.1. Các thơng số tác nhân sấy:...............................................................................................9
2.1.1. Thơng số trạng thái của khơng khí ngồi trời (A):..............................................11
2.1.2. Thơng số trạng thái khơng khí sau khi đi qua caloriphe (B):.............................11
2.1.3. Thơng số trang thái khơng khí ra khỏi thiết bị sấy (C):......................................11
2.2. Cân bằng vật chất............................................................................................................12
2.3. Cân bằng năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết......................................................12
2.4. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực:

.................................................................13

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH......................................................................17
3.1. Thể tích, đường kính và chiều dài thùng sấy................................................................17
3.2. Cường độ bay hơi ẩm:...................................................................................................19
3.3. Thời gian lưu của vật liệu:...............................................................................................19
3.4. Số vòng quay của thùng...................................................................................................19
3.5. Hệ số truyền nhiệt K.......................................................................................................20
3.6. Bề mặt truyền nhiệt F.....................................................................................................23
3.7 . Kiểm tra bề dày thùng:..................................................................................................24
3.8. Tính trở lực qua thùng sấy:............................................................................................25
3.9. chiều cao vật liệu trong thùng........................................................................................26
3.10. Thông số cánh đảo trong thùng...................................................................................27

3

CHƯƠNG 4. TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ...........................................................................28
4.1. caloriphe...........................................................................................................................28
4.1.1. Hệ số trao đổi nhiệt giữa khói và bề mặt ống .......................................................29
4.1.2.Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của khơng khí chảy cắt ngang ống .........................30
4.2. Buồng đốt..........................................................................................................................31
4.3. Xyclon...............................................................................................................................32
4.4. Trở lưc hệ thống...............................................................................................................33
4.5. Tính cơng suất của quạt và chọn quạt..........................................................................37
4.6. thiết bị quay thùng..........................................................................................................39
4.6.1. chọn động cơ quay thùng.........................................................................................39
4.6.2. Chọn hộp giảm tốc....................................................................................................39
4.6.3. Bộ truyền bánh răng................................................................................................41
4.6.4. Vành đai quay thùng................................................................................................44
4.7. Con lăn đỡ và con lăn chặn............................................................................................45
4.8. Gầu tải nhập liệu.............................................................................................................47
CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ............................................................48
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN..........................................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................................49

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Đường saccarose là chất có vị ngọt tự nhiên, là loại thực phẩm không thể
thiếu đối với cơ thể con người. Đường có thể dùng trực tiếp hoặc dùng làm nguyên
liệu trong sản xuất thực phẩm như sản xuất bánh kẹo, mứt, nước giải khát, …
Sấy là một cơng đoạn đóng vai trị quan trọng trong quy trình sản xuất ra đường.
Việc sấy đường đã giúp cho việc bảo quản và vận chuyển đường được thuận lợi và đảm
bảo chất lượng.
Quy trình sản xuất đường mía có thể mơ tả như sau:

Mía cây

xé tơi mía

Ép mía

Trích ly

Làm sạch

Kết tinh đường
non

Nấu đường

Cơ Đặc

Lắng

Đường loại I

Phân ly
1.1.

Sấy đường

Đóng gói

Tổng quan về nguyên liệu.

5


Đường saccarose là một trong những thành phần chính của cây mía chiếm hàm
lượng cao, là sản phẩm của cơng nghệ sản xuất đường.
Đường saccarose có những tính chất đặc trưng sau
 Tính chất vật lý:
Là chất rắn kết tinh không màu, trong suốt, vị ngọt
Khối lượng riêng: = 1,5879 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy t = 186-188oC
Khơng tan trong dầu hỏa, ancol, benzen,…
Dễ tan trong nước, độ tan tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Ở 20oC, độ tan của đường
= 211,5g/ 100ml H2O
 Tính chất hóa học
Trong mơi trường acid
Trong mơi trường acid có pH<7 đường saccarose bị thủy phân thành glucoza
và fructoza
C12H22O11 + H2O -> C6H12O6 + C6H12O6
Phản ứng trên là phản ứng nghịch đảo đường
Trong môi trường kiềm
Dung dịch đường có tính acid yếu nên tác dụng được với các chất kiềm tạo
thành saccarate. Phản ứng kiềm áp dụng trong sản xuất đường là phản ứng vôi:
Mono và dicanxi saccarate dễ bị phân hủy, trisaccarate khó bị phân hủy. Đặc
tính này của tri saccarate được ứng dụng để lấy đường saccarose ra khỏi mật củ cải.
Điều kiện pH >8 ( mơi trường base nhẹ) và bị nung nóng trong thời gian dài,
đường saccarose bị phân hủy tạo thành các hợp chất có màu vàng và nâu.

1.2. Tổng quan về phương pháp sấy
1.2.1.
Bản chất quá trình sấy

6


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 lị, khơng khí nóng, hơi q nhiệt.Q 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 khơng khí hay khói lị.

-

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…

7


 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
Sử dụng tác nhân sấy và chất tải nhiệt

Cơ chế của quá trình sấy gồm hai giai đoạn: gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm
hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vào môi trường, Nếu ẩm thốt ra khỏi vật liệu mà
khơng mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc hơi ẩm từ vật liệu sấy và xảy ra
hiện tượng hút ẩm trở lại. Q trình có thể dẫn tới làm cho vật khơng những khơng
được thốt ẩm mà cịn làm cho tính chất hóa lý của vật cần sấy thay đổi. Để tải ẩm từ
vật cần 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 ngồi( sấy chân khơng)
Trong q trình sấy đối lưu, vai trị của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó
đóng vai trị vừa tải nhệt vừa tải ẩm. Các tác nhân sấy thường là khơng khí nóng, khói
nóng, hỗn hợp khơng khí nóng và khói hay hơi quá nhiệt.
Dùng khói làm chất tải nhiệt thì hệ thống thiết bị sẽ đơn giản, giá thành thiết bị
thấp hơn so với dùng hơi nước.
Dùng hơi nước làm chất tải nhiệt có ưu điểm là caloriphe hơi-khí cấu tạo gọn
nhẹ, hệ số truyền nhiêt lớn và thường có thể làm cánh ở phía khơng khí,việc điều chỉnh
nhiệt độ môi chất sấy dễ dàng. Thiết bị không bị bám bẩn do khói, làm việc ở nhiệt độ
tương đối thấp nên tuổi thọ có thể cao hơn so với caloriphe khí-khói. Tuy nhiên, giá
thành đầu tư thiết bị tương đối lớn .

1.2.4.

Phương án thiết kế hệ thống sấy đường.

Đường là vật liệu dạng hạt với đường kính tương đối nhỏ. Với hệ thống sấy
thùng quay, một thiết bị đặc trưng sử dụng cho sấy những vật liệu dạng nhỏ, vật liệu
được 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. Bên cạnh đó, hệ thống sấy thùng quay có thể làm việc độc lập liên tục với
năng suất lớn, phù hợp với các yêu cầu sản xuất đường thực tế.
Tác nhân sấy:

8


Tác nhân sấy được chọn là khơng khí, được đun nóng bởi caloriphe, nhiệt cung
cấp cho khơng khí trong caloriphe là từ khói lị. Nhiệt độ tác nhân sấy phụ thuộc vào
bản chất của đường.
Tốc độ khơng khí nóng đi trong thùng và vận tốc quay của thùng đảm bảo tránh
vật liệu sấy bị cuốn nhanh ra khỏi thùng và giữ tính ổn định. Để nâng cao hiệu suất sấy
cũng như giảm thời gian sấy, tác nhân sấy được tăng tốc độ bởi hệ thống quạt ly tâm
hay hướng trục.
Thiết bị sấy
Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ trịn. Trong
đó có đặt các cánh xáo trộn. Thùng được đặt nghiêng so với mặt phẳng theo tỷ lệ.
Trong quá trình sấy, thùng quay theo trục với vận tốc được ấn định trước. Vật liệu sấy
từ phễu chứa đi vào thùng sấy cùng chiều với tác nhân, vật liệu sấy được xáo trộn vừa
đi từ đầu cao của thùng xuống đầu thấp, tác nhân sấy và vật liệu sấy trao đổi nhiệt ẩm
cho nhau. Vật liệu sấy đi hết chiều dài thùng sấy và được lấy ra chuẩn bị cho công
đoạn tiếp theo. Tác nhân sấy đi qua xyclon để thu hồi bụi và vật liệu sấy bị cuốn đi sau

đó thải ra mơi trường.
Thiết bị sấy được lắm cánh đảo trộn phân chia, thường được sử dụng để sấy các
vật liệu có kích thước nhỏ, dễ chảy. Bộ phận cánh đảo giúp quá trình sấy đều đặn và
mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, bên cạnh đó thiết bị cánh
sấy được thiết kế nhỏ gọn và tự động hóa hồn tồn.
Quy trình cơng nghệ
Đường sau khi ly tâm liên tục được vận chuyển vào máy sấy nhờ bộ phận Vis
tải, đường được sấy nhờ tác nhân sấy từ caloriphe thông qua quạt ly tâm hút áp suất
cao.
Vật liệu sấy và tác nhân sấy được sáo trộn và trao đổi nhiệt ẩm trong thùng sau
đó vật liệu sấy được vận chuyển ra ngồi và đi đến cơng đoạn tiếp theo. Tác nhân sấy
được dẫn vào xyclon để loại bỏ bụi và đường và theo quạt hút ra ngồi.
CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN Q TRÌNH
Vật liệu sấy là đường loại I với các thông số
 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: 1= 3%
 Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: 2= 1%
 Năng suất nhập liệu G1= 1000kg/h

9


2.1. Các thông số tác nhân sấy:
Ta quy ước ký hiệu các đại lượng:
G1,G2: Lượng nhập liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi thiết bị sấy (kg/h)
1, 2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo phần trăm 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 máy sấy (kg/h)
d0: Hàm ẩm của khơng khí ngồi trời (kg ẩm/ kg kk)
d1: Hàm ẩm của khơng khí khi đi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kk)

d2: Hàm ẩm của khơng khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kk)
Các cơng thức tính tốn áp dụng


Áp suất bão hịa của hơi nước trong khơng khí ẩm theo nhiệt độ:
[bar]

(CT 2.10-[2])

Sách KTS – Trần Văn Phú


Độ chứa ẩm d
[kg/kgkkk]

(CT 2.15-[3])

Với P: áp suất khí trời. P =1at = 0,981bar
Sách KTS – Trần Văn Phú


Enthapy của khơng khí ẩm
[kj/kgkk]
(CT 2.18-[3])
Sách KTS – Trần Văn Phú





Trong đó:
Cpk : nhiệt dung riêng của khơng khí khơ, 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

10




Thể tích riêng của khơng khí ẩm:
[m3/kgkk] (CT 2.9-[2])

Trong đó: P,Ph: áp suất khí trời và phân áp suất bão hịa của hơi nước trong khơng khí,
N/m2.
T: nhiệt độ của khơng khí,0K

Độ ẩm tương đối
%
2.1.1. Thơng số trạng thái của khơng khí ngồi trời (A):
Thiết bị sấy giả sử được lắp đặt và vận hành ở tỉnh Đồng Nai, do vậy nhiệt độ
trung bình của khơng khí khoảng t0= 26oC, độ ẩm tương đối 0= 85%
2.1.2. Thông số trạng thái khơng khí sau khi đi qua caloriphe (B):
Khơng 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 cơng nghệ quy định. Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải
thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của đường.
Do đó, ta chọn điểm B có t1=70oC, và d1=d0 (kg/kgkk)
2.1.3. Thơng số trang thái khơng khí ra khỏi thiết bị sấy (C):

Khơng khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị để thực hiện q trình sấy lý
thuyết (I1= I2), trạng thái khơng khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C(t2, 2).
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 khơng hút ẩm
trở lại.
Với, Enthalpy:I1=I2 (kj/kgkk)
Đồ thị I-d của khơng khí ẩm:
Từ đồ thị ta có nhiệt độ điểm sương ts=33oC
Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là t2=35oC
11


Như vậy, áp dụng cơng thức tính tốn và đặc điểm các trạng thái khơng khí theo
giai đoạn, ta có bảng kết quả các thông số cần thiết trong quá trình sấy lý thuyết:
Đại lượng

Trạng thái khơng
khí ban đầu(A)

t (oC)
 (đơn vị)
d (kg/kgkk)
I (kJ/kgkk)
pb (bar)
v (m3/kgkk)

Trạng thái khơng khí
vào thiết bị sấy (B)

Trạng thái khơng khí
ra khỏi thiết bị sấy (C)

26

70

35

0,85
0,0187
73,75
0,0337
0,901

0,093
0,0187
119,19
0,3094
1,033

0,88
0,0328
119,19
0,056
0,949

2.2. Cân bằng vật chất


Phương trình cân bằng vật chất

Sách KTS – TVP (5.1)



Lượng hơi ẩm bốc trong 1 giờ

Sách KTS – TVP (5.3)
 Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
Sách KTS – TVP (5.2)



Năng suất của sản phẩm sấy:

2.3. Cân bằng năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết
Người ta gọi thiết bị sấy lý tưởng là thiết bị sấy thỏa mản các điều kiện sau đây:

12


 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 khơng 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 q trình sấy lý thuyết.
Giả sử lượng khí vào ra thiết bị sấy là khơng đổi, kí hiệu là : L 0 (kg/h)
Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:
Tính tốn và tke ht sấy -TVP (7.12)



Lượng khơng khí khơ cần thiết
(CT 7.13/131-[2])

Tính tốn và tke ht sấy -TVP


Lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc hơi một kg ẩm:
(kgkk/kg ẩm)(CT 7.14/131-[2])
Tính tốn và tke ht sấy -TVP



Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết

(I1=I2)

Tính tốn và tke ht sấy -TVP (7.15)


Nhiệt lượng tiêu hao riêng

(kj/kh ẩm)
Tính tốn và tke ht sấy -TVP (7.16)

13


2.4. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực:
Một thiết bị sấy ngoài tổn thất do tác nhân sấy mang đi cịn 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 khơng có
thiết bị chuyển tải, do 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: t v1
= to = 26oC
 tV2: nhiệt độ cuối cùa vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy:
tv2 = t2 – (50C) = 35 – 4 = 31oC , ta chọn nhỏ hơn nhiệt độ đầu ra của tác nhân
sấy 3-50C.

C v1 = 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 =1% :

14


Cv = Cvk(1-2) + Ca.
2,kJ/kg K (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 liêu khô.
=> Cv = Cvk(1-2) + Ca. 2= 1,45.(1 - 0,01) + 4,18.0,01=1,4773(kJ/kg.K)
- Cân bằng nhiệt lượng vào ra thiết bị sấy, ta có:
o

L(I1-I0)+QBS+ GCTCCTtCT1+ [(G1-W)CV1+WCa]tV1
= L(I2-I0) + QBC + GCTCCTtCT2+ G2CV2tV2
Trong đó: , ta xem
-

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

Tính tốn và tke ht sấy -TVP (7.18)
-

Xét cho 1 kg ẩm cần bốc hơi:

q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1

-

Tính tốn và tke ht sấy -TVP (7.19)

-

Trong đó ; ;

 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:
Qv = G2Cv(tv2 – tv1) =979,8 . 1,4773.(31 – 26) = 7237,29 (kJ/h)
(kJ/kg ẩm)
 Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che
Tổn thất nhiêt qua cơ cấu bao che hay qua môi trường Q BC 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)]
?

15


Với rtv1: ẩn nhiệt hóa hơi chủa nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào, rtv1=2500 kJ/kg

Qhi= 20,2.[2500 + 1,842.(35 – 26)] = 50834,88 (kJ/h)
QBC = 0,03.Qhi= 0,03. 50834,88 =1525,05(kj/h)
(kj/kg ẩm)
Đặt :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:
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:
Q = L(I2 – Io)
q = l(I1 – Io)=70,92(119,19-73,75)=3222,6(KJ/kg ẩm)



Quá trình sấy thực tế:
=4,18.26-75,49-358,28=-325,09 (kJ/kg ẩm)

=> 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
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
(CT 7.31/138–[2])
Trong đó:
i1=2500+1,842.70=2628,94(KJ/kg)
i2=2500+ 1,842.35=2564,47(kJ/kg)


Enthalpy



Độ ẩm tương đối



Thể tích riêng
16


=>Lượng tác nhân khô cần thiết:



Lượng tác nhân tiêu hao riêng:
(kg/kg ẩm)



Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
Q= L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv
=1432,62(115,92-73,75)+ 1525,05+ 7237,29 -20,2.4,18.26
=66980(kj/h)



Lượng nhiệt cung cấp:
(kJ/kg ẩm)



Hiệu suất sấy

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH
3.1. Thể tích, đường kính và chiều dài thùng sấy.
Thiết bị sấy là TB thùng quay:
(CTVII.49- [4])
Sổ tay 2
Trong đó: + : Hệ số chứa, giá trị từ 10% 25%
+ : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy,
+V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy ()

Chọn: hệ số chứa = 25%, vận tốc

=2,5m/s

Dựa vào kích thước chuẩn (BảngXIII.6/359–[7]), ta chon =0,55(m).
Sổ tay 2

17


Tính lại :
Ta có:

Kiểm tra lại tốc độ tác nhân sấy
Ta có t1=700C=> (Tra bảng I.255 trang 318-[5])
Vậy:
V0=L.v0=1432,62.0.901=1290,79(m3/h)

 Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:
 Tiết diện tự do của thùng sấy

 Vận tốc tác nhân sấy:
 Sai số so với vận tốc chọn
(<5%)
Sai số nhỏ nên ta vẫn chấp nhận vận tốc ban đầu là = 2,11 m/s
Chiều dài thùng sấy:
Đối với TB sấy thùng quay, tỷ lệ thông thường: 3,5-7,
ta chọn 6,5
.
Vậy ta chọn Lt= 4 (m)
Thể tích thùng sấy:
Ta có: (m3)

(VII.51/121-[6])

18


3.2. Cường độ bay hơi ẩm:
Ta có: (kg ẩm/h)

(CT VII.50/121-[6])

3.3. Thời gian lưu của vật liệu:
Thời gian lưu mà lật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vật liệu di hết chiều dài của thùng):

Với =1587kg/m3
Klr CỦA ĐƯỜNG
3.4. Số vòng quay của thùng
Ta có:

( CTVII.52/122 –[6])

Trong đó :
+ n’: số vòng quay của thùng.
+ L: là chiều dài của thùng.
+  : Góc nghiêng của thùng quay, độ. Thường góc nghiêng của thùng
dài là 2.5-30, còn thùng ngắn đến 60, với L=4m là tương đối ngắn, chọn  =4 0  tg =
0,0699
+ m : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, TB lắp cánh đảo
phân chia, chọn m=1
+ k : Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, khí di chuyển cùng
chiều với VLS, nên chọn k = 0,4
+  : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay, phút
(vòng/phút).



(trang 122-[6])

3.5. Hệ số truyền nhiệt K
Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong thùng sấy.

19


Thơng số của khơng khí bên trong thùng sấy:
Nhiệt độ trung bình Ttb= 52,5oC ; vân tốc =2,11m/s; hệ số dẫn nhiệt k=0,0281W/m.oK;
độ nhớt k=0,197.10-4Ns/m2; khối lượng riêng k=1,085 kg/m3; độ nhớt động học =
1,816.10-5 (phụ lục 6- [2])

Chuẩn số Reynolds:

Ta thấy, Re>104, nên dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy, nên có thể bỏ qua sự
truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên. Vậy quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành
thiết bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức với L/D<50.
Chuẩn số Nusseelt
Nu = 0,018. .Re0,8, trong đó hệ số hiệu chỉnh =1,135 (bảng V.2-[6]
Vậy Nu= 0,018.1,135.(0,64.105)0,8=142,96
Hệ số cấp nhiệt



Hệ số cấp nhiệt từ thành ngồi của thùng sấy đến mơi trường xung quanh

Thơng số khơng khí bên ngồi thùng sấy:
Nhiệt độ T=26oC???; hệ số dẫn nhiệt k=0,0264W/m.oK; độ nhớt k=0,184.10-4Ns/m2;
khối lượng riêng k=1,181 kg/m3; độ nhớt động học = 1,56.10-5 ( phụ lục 6- [2])
Chọn nhiệt độ bề mặt ngoài thùng sấy tw4=35oC ( bằng nhiệt độ đầu ra của TNS, đảm
bảo an toàn khi vận hành)
Mơ hình truyền nhiệt qua thân thùng tổng quát

20


Hình 1: Sơ đổ truyền nhiệt qua vách thùng
: bề dày thân thùng
: bề dày lớp cách nhiệt
: bề dày lớp bảo vệ
Bảng 2.5 Các bề dày thùng và vật liệu:

STT

1

Đại lượng

Kí hiệu


Bề dày thùng

Giá
chọn(m)

trị

Hệ số dẫn
nhiệt
(W/mK)

Vật liệu

0,008

CT3

0,01

Bơng
tinh

0,001

CT3

50

1

2
3

Bề dày lớp
cách nhiệt
Bề dày lớp bảo
vệ


2



thủy

0,05
50

3

Đường kính ngồi của thùng sấy:

21


Dng = DT + 2.( 1 + 2 + 3)= 0,55+ 0,008+0,01+0,001=0,569 (m)
Chuẩn số Grashof:

Chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,47. Gr0,25 = 0,47. (0,2235.109)0,25 = 57,47
 Hệ số cấp nhiệt :

 Hệ số cấp nhiệt do bức xạ

Trong đó: Qbx: nhiệt trao đổi do bức xạ, W;
F: bề mặt bức xạ,m2
T1: nhiệt độ của vật thề nóng, 0K, T1= Tw4;
T2: nhiệt độ của vật thể nguội là nhiệt độ khơng khí bao quanh thùng,0K,T2=T0
: độ đen của hệ.

Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thề, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt
vật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thề =0,8-1
=>Chọn=0,8

22


Hệ số cấp nhiệt chung:
Vậy hệ số truyền nhiệt K
3.6. Bề mặt truyền nhiệt F
gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặt đầu của thùng:

3.7 . Kiểm tra bề dày thùng:
Vật liệu chế tạo thùng được chọn là thép CT3,
Ở t=ttb=52,5oC ứng suất cho phép (N/mm2) (bảng 2-9-[7])
Hệ số bền mối hàn với dạng hàn giáp mối 2 phía có h =0,95 (bảng 1.8-[7]
Xét , do đó bề dày tối thiểu của thùng được tính theo cơng thức:

Với Dt=0,55m, chọn S’= 3mm (bảng V.1-[7])
Hệ số bổ sung bề dày tính tốn C:
Đường là loại vật liệu ít ăn mịn hóa học, độ ăn mịn khơng lớn hơn 0,05mm/năm nên
Ca=0mm, môi trường trong thiết bị chứa nhiều hạt rắn đường, chọn Cb=1mm; hệ số Cc
phụ thuộc vào sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, chọn Cc=0,8mm; Co là hệ số bổ sung quy
trịn kích thước, chọn Co=1mm
C=Ca+Cb+Cc+Co=0+1+0,8+1=2,8mm
Bề dày thực của thân thùng: S=S’+C=3+2,8=5,8mm < 8mm, vậy giả thiết bề dày thùng
ban đầu là chấp nhận được.

23


Kiểm tra áp suất cho phép trong thân thiết bị: N/m2 (CT6.11-[HLV]) < [P] (Thỏa mãn)
3.8. Tính trở lực qua thùng sấy:
Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lơp hạt nằm
trên cánh và trên mặt thùng mà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và các cánh từ
trên xuống. Do đó, trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấy có những đặc thù riêng và
được tính theo các cơng thức thực nghiệm:
Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy
Chuẩn số Reynolds: Re= 0,64.105
Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy:
(CT 8.16-[2])

Hệ số thủy động
(CT8.15-[2])
Hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt
(CT8.16-[2])
Với:
Trở lực của dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy: (CT8.14-[2])

24


3.9. chiều cao vật liệu trong thùng

Tỷ lệ chứa đầy vật liệu trong thùng
Trong đó: F1:tiết diện ngang của thùng (m2)
Fcđ:Tiết diện chứa đầy (m2)
Với

Ta có

Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng:

25