Đồ án tính toán, thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy chè

PHẦN 1 :

MỞ ĐẦU

1.1 Lời mỏ đầu
Trong ngành công nghiệp nổi chung thì việc bảo quản chất lượng sản phẩm là rất
quan trọng. Đe chất lượng sản phẩm được tốt ta phải tiến hành sấy để tách ẩm Vật liệu
sau khi sấy có khối lượng giảm do đó giảm cơng chuyên chỏ, độ bền tăng
lên, chất lượng sản phẩm được nâng cao,thời gian bảo quản kéo dài.............
Quá trình làm bốc hơi nưdc ra khỏi vật liệu bằng nhiệt gọi là quá trình sấy. Người ta
phân biệt sấy ra làm hai loại :sấy tự nhiên và sấy nhân tạo
Sấy tự nhiên dùng năng lượng mặt trời để làm bay hơi nưdc trong vật liệu nên đơn
giản ,ít tốn kém tuy nhiên khd điều chỉnh được quá trình sấy và vât liệu sau khi sấy vẫn
cịn độ ẩm cao .Trong cơng nghiệp hố chất thường ngưịi ta dùng sấy nhân tạo,tức là
phải cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm .Phương pháp cung cấp nhiệt cd thể bằng dẫn
nhiệt ,đối lưu ,bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường cd tần số cao.
Đối vdi nưdc ta là nưdc nhiệt đdi nóng ẩm,do đd việc nghiên cứu công nghệ sấy để
chế biến thực phẩm khô và làm khô nông sản cd ý nghĩa rất đặc biệt .Kết hợp phơi sấy
nhằm tiết kiệm năng lượng,nghiên cứu những công nghệ sấy và các thiết bị sấy phù hợp
cho từng loại thực phẩm ,nông sản phù hợp vdi điều kiện khí hậu và thực tiễn nưdc ta.Từ
đd tạo ra hàng hda phong phú cd chất lượng cao phục vụ cho xuất khẩu và tiêu dùng
trong nưdc.
1.2 BIỆN LUẬN ĐÈ TÀI
Để thực hiện quá trình sấy, người ta sử dụng một hệ thống gồm nhiều thiết bị
như: thiết bị sấy ( buồng sấy, hầm sấy, thiết bị sấy kiểu băng tải, máy sấy thùng quay,
sấy phun, sấy tầng sơi, máy sấy trục ... ), thiết bị đốt nóng tác nhân, quạt, bom và một số
thiết bị phụ khác, ...
Trong đồ án này em sẽ tính tốn và thiết kế thiết bị sấy kiểu băng tải. Thiết bị
sấy loại này thường được dùng để sấy các loại rau quả, ngũ cốc, các loại nông sản khác,
sấy một số sảm phẩm hố học ... Trong đồ án của mình em sử dụng vật liệu sấy là chè
với tác nhân sấy là hỗn hợp khơng khí nóng.

Chè là một cây cơng nghiệp lâu năm, thích hợp nhất đối với khí hậu nhiệt đới.
Chè khơng đơn thuần chỉ là thứ cây được dùng để “giải khát” mà đã trở thành một sản
phẩm có nhiều cơng dụng. Chế biến chè không chỉ cung cấp phục vụ nhu cầu trong nước
mà còn để xuất khẩu, yêu cầu về đầu tư thiết bị ít tốn kém hơn các loại nơng sản khác.
Trong cơng nghệ sản xuất chè thì sấy chè là một khâu rất quan trọng. Chè sau
khi thu hoạch qua chế biến sẽ được sấy khô. Sau khi sấy chè phải đạt được độ tơi, độ
khô nhất định theo yêu cầu để đảm bảo chất lượng và tăng thời gian bảo quản.
Với các yêu cầu về hình thức, vệ sinh và chất lượng sản phẩm người ta sử dụng
thiết bị sấy kiểu băng tải với nhiều băng tải làm việc liên tục với tác nhân sấy là khơng
khí nóng có tuần hồn một phần khí thải.
Vật liệu sấy được cung cấp nhiệt bằng phương pháp đối lưu. Ưu điểm của
phương thức sấy này là thiết bị đơn giản, rẻ tiền, sản phẩm được sấy đều, do có tuần
hồn một phần khí thải nên dễ dàng điều chỉnh độ ẩm của tác nhân sấy, tốc độ của khơng
khí đi qua phòng sấy lớn, năng suất khá cao, hiệu quả.


PHẦN 2 : Sơ ĐỒ CÔNG NGHỆ & THUYẾT MINH
2.1 Sơ ĐỒ CƠNG NGHỆ CỦA Q TRÌNH
Với các thiết bị và phương thức sấy như đã chọn, ta có sơ đồ cơng nghệ của q trình
sấy chè như sau :
Khơng khí

Vật liệu ra
Chú thích :

Khí thải

Hơi nước bão hồ

Hỗn hợp khí sau khi sấy

Vật liệu vào

1

1
2
3
4
5

- phịng sấy
- caloriícr
- quạt đẩy
- cyclon
- quạt hút

Hơi nước

2

Khí tn hồn


2.2 THUYẾT MINH LƯU TRÌNH
Do u cầu về độ khơ của chè nên dùng tác nhân sấy là hỗn hợp khơng khí
nóng.
Khơng khí ban đầu đuợc đua vào caloriíc, ở đây khơng khí nhận nhiệt gián tiếp
từ hơi nuớc bão hoà qua thành ống trao đổi nhiệt. Hơi nuớc đi trong ống, khơng khí đi

ngồi ống. Tại calorife, sau khi nhận đuợc nhiệt độ sấy cần thiết khơng khí nóng đi vào
phòng sấy tiếp xúc với vật liệu sấy (chè) cấp nhiệt cho hơi nuớc trong chè bốc hơi ra
ngoài.
Trong q trình sấy, khơng khí chuyển động với vận tốc lớn nên có một phần chè
sẽ bị kéo theo khơng khí ra khỏi phịng sấy. Đe thu hồi khí thải và chè nguời ta đặt ở
đuờng ống ra của không khí nóng một cyclon. Khí thải sau khi ra khỏi phòng sấy đi vào
cyclon để tách chè cuốn theo và làm sạch. Sau đó một phần khí thải đuợc quạt hút ra
đuờng ống dẫn khí để thải ra ngồi khơng khí. Một phần khí cho tuần hồn trở lại trộn
lẫn với khơng khí mới tạo thành hỗn hợp khí đuợc quạt đẩy đẩy vào calorife. Hỗn hợp
khí này đuợc nâng nhiệt độ đến nhiệt độ cần thiết rồi vào phòng sấy tiếp tục thực hiện
quá trình sấy. Quá trình sấy lại đuợc tiếp tục diễn ra.
Vật liệu sấy ban đầu có độ ẩm lớn đuợc đua vào phịng sấy đi qua các băng tải
nhờ thiết bị huớng vật liệu. Vật liệu sấy chuyển động trên băng tải nguợc chiều với ciều
chuyển động của khơng khí nóng và nhận nhiệt trực tiếp từ hỗn hợp khơng khí nóng
thực hiện q trình tách ẩm.
Vật liệu khô sau khi sấy đuợc cho vào máng và đuợc lấy ra ngoài.


PHẦN 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.1 Các ký hiệu
GI,G2: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi mấy sấy, (Kg/h)
Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy
, (Kg/h)
Wi, w2: 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)
L:Lượng khơng khí khô tuyệt đối đi qua mấy sấy , (Kg/h) x0:Hàm ẩm của
khơng khí trước khi vào caloripher sưởi, (Kg/Kgkkk)
Xi,x2: Hàm ẩm của khơng khí trước khi vào mấy sấy (sau khi đi qua caloripher
sưởi) và sau khi ra khỏi mấy sấy, (Kg/Kgkkk)

3.2 Các thơng só ban đầu
Thiết kế hệ thống sấy băng tải để sấy chè với năng suất khoảng 1400tấn/ năm Giả
thiết một năm nhà máy làm việc 350 ngày ,mỗi ngày làm 20 giờ . Vậy năng suất trung
„ _1400000
Cj2
= 200 Kg/h
350*20
bình trong một giờ là
Chè sau khi thu hoạch được sơ chế sơ bộ trưdc khi đem vào phòng sấy.Độ ẩm của
chè lúc này đạt khoảng từ (60-65)% .Chọn độ ẩm của chè trưdc khi sấy là W 1=63%.Để
sản phẩm chè sau khi sấy đạt được độ khô,tơi,xốp theo yêu cầu mà không bị gãy
vụn,không bị ẩm mốc thì ta khống chế độ ẩm ra của chè đạt khoảng
W2=5%
Theo kinh nghiệm chè khô cd thể chịu được nhiệt độ trên dưdi 100°C.Do đd ta
chọn nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị sấy là t 2=100°C.Để đảm bảo tính kinh tế,giảm tổn
thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi đồng thời đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng
sương sau khi sấy,ta chọn t 2 sao cho độ ẩm tương đối không quá bé nhưng cũng không
quá gần trạng thái bão hồ .Do đó nhiệt độ tác nhân ra khỏi buồng sấy được chọn sơ bộ
khoảng t2=70°c
Thông số khơng khí ngồi trời được xác định tại thành phố Đà Nang
Như vậy,các thơng só ban đầu được xác định là:
Năng suất tính theo sản phẩm : G2 =200 kg/h
Độ ẩm vật liệu vào
: Wi = 63%
Độ ẩm vật liệu ra
: w2 = 5%
Nhiệt độ tác nhân sấy vào : ti = 100°c Nhiệt
độ tác nhân sấy ra : t2 = 70°c
Nhiệt độ khơng khí ngồi trời : to = 26°c ,P0bh =0.0343 at

Độ ẩm môi trường

: cp = 81%

Hàm ẩm của không khí được tính theo cơng thức sau:
xo=0.622 _

ẹ *P o b h
0
—— {sách QTTBII_ trang 156}

Pkq ~ (p * p»bh

thay số vào ta có
0.81*0.0343
=0.017 2(kg/kgkkk)
1.033-0.81*0.0343
-Nhiệt lượng riêng của khơng khí:
Io=Ckkk*t0+x0*ih , (J/kgkkk) {sách QTTBII-trang 156} Với
Ckkk: nhiệt dung riêng của khơng khí , J/kg độ Ckkk- 103 J/kg độ
t0. nhiệt độ của khơng kh í t0= 26°c
ih: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ t0 J/kg Nhiệt
lượng riêng ih dược xác định theo công thức thực nghiệm
ih^o+Ch*^=(2493+1.97to)103
, J/kg {sách QTTBIIJtrang 156}
xo=0.622

r0=24 93* 103 :nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 0°c
Ch= 1.97*103: nhiệt dung riêng của hơi nước , J/kg độ

Từ đó ta tính được Io=69.76*103 J/kgkkk hay I0=69.76 (kJ/kgkkk)
-Trạng thái của khơng khí sau khi ra khỏi caloripher là: ti=100°C,Pibh=l-02 at Khi đi qua
caloripher sưỏi, khơng khí chỉ thay đổi nhiệt độ cịn hàm ẩm khơng thay đổi.
Do đó X^XQ nên ta có :
Trong đó:

0 0172
, X;'S
- *T°?3, -=0.027=2.7%
^
(0.622+ x1)piw (0.622+ 0.0172)* 1.02
-Nhiệt lượng riêng của không khí sau khi ra khỏi caloripher là:
í = t1+(2493+1.97t1)103x1, (J/Kgkkk)
Ii= 100+(2493+1.97*100)*0.0172 = 146.268 ( KJ/Kgkkk)
-Trạng thái của khơng khí sau khi ra khỏi phòng sấy:
t2=70°c , p2bh=0.3177 at
-Nếu sấy lý thuyết thì:Ii=I2=l46.268 (KJ/Kgkkk)
Ta có I2=Cvvv*t2+x2*ib J/Kgkkk
Từ đó hàm ẩm của khơng khí
I -C *t I -C *t X2=n h = H ^kkk h
(Kg/Kgkkk)
r
h
ữ + * tữ
9r n


146.268*103 -103 *70 2493 *103 +1.97 *

=0.029 (Kg/Kgkkk)

103 * 26

x2*pkq

0.1496=14.96%

0.029*1.033
~ (0.622 + x2 ) p u h (0.622 + 0.029)0.3177

3.3 Cân bằng vật liệu
3.3.1 Cân bằng vật liệu cho vật liệu sấy
Trong q trình sấy ta xem như khơng có hiện tượng mất mát vật liệu,lượng
khơng khí khơ tuyệt đối coi như khơng bị biến đổi trong suốt q trình sấy.Vậy
lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy là:
_

_ 10 Õ - W „ 100- W
1

Gk=Gi

=G2

2

______

{sách QTTBIItrang 165}

Trong đó: Wi=63%, w2=5%; G2=200 ( Kg/h.)

Vậy Gk = 200 1 Q Q ~ 5 = 190 (Kg/h)
100

Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong q trình sấy được tính theo công thức:
_ w - W __

W=G2 1

2

100-W1

, (Kg/h)

_________

{sách QTTBII_ trang 165}

w=200 6 3 ~ 5 =313.5 (Kg/h)
100-63

Lượng vật liệu trước khi vào phòng sấy
GI=G2+W=200+313.5=513.5 (Kg/h)
3.3.2 Cân bằng vật liệu cho khơng khí sấy
Cũng như vật liệu khơ ,coi như lượng khơng khí khơ tuyệt đối đi qua mấy sấy khơng
bị mất mát trong suốt quá trình sấy.Khi qua quá trình làm việc ổn định lượng khơng khí
đi vào máy sấy mang theo một lượng ẩm là :Lxi
Sau khi sấy xong , lượng ẩm bốc ra khỏi vật liệu là w do đó khơng khí có thêm một
lượng ẩm là w
Neu lượng ẩm trong khơng khí ra khỏi mấy sấy là Lx 2 thì ta có phưoug trình cân

bằng:
Lxi+W=Lx2 {sách QTTBII_ trang 165}
w

L =———— (Kg/h)
*2 -*1
Thay số L =---------------------------= 26567.8 ( Kg/h)
0.029-0.0172

Với L là lượng khơng khí khơ cần thiết để làm bốc hơi w kg ẩm trong vật liệu.
Ta có,tại to=26°C,ứng vdi Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trước khi vào calorifer là:


v= — = 26567'8 = 22420.08 (m 3 /h)
Po 1.185
Vậy lượng khơng khí khơ cần thiết để làm bốc hơi 1 Kg ẩm trong vật liệu là:
1 = — =—ỉ— (Kg/Kgẩm) {sách QTTBII_ trang 166}
w x 2 -x l
Khi đi qua calorifer sưởi khơng khí chỉ thay đổi nhiệt độ nhưng khơng thay đổi hàm
ẩm, do đó X0=X1 nên ta có:
1
1= —-— 1
*2 -*1
Thay số vào ta có
1 =-----------------= 84.745 (Kg/Kgẩm)
0.029-0.0172
3.4 Quá trình sấy hồi lưu lý thuyết
Quá trình hoạt động của hệ thống này là:
Tác nhân sấy đi ra khỏi buồng sấy có trang thái t2, ọ 2,^2 được hồi lưu lại với lượng 1H

và thải ra môi trường lt .Khối lượng 1H được hồ trộn với khơng khí mới
có trạng thái là t0, ẹ o ,x0 với lượng 10
Sau khi được hồ trộn,ta được lượng khơng khí là 1 ,được quạt hút và đẩy vào
calorife để gia nhiệt đến trạng thái Ii,ti,ộ9, rồi đẩy vào buồng sấy
Vật liệu ẩm có khối lượng là Gi đi vào buồng sấy và sản phẩm ra là G 2 .Tác nhân đi
qua buồng sấy đã nhận hơi nước bay hơi từ vật liệu sấy đồng thời bị mất nhiệt nên trạng
thái của nó là x2 ,t2, ọ 2
Gọi XM,IM là trạng thái của hổn hợp khí ở buồng hồ trộn
Ta có:
1=10+1H hoặc L=L0+LH
-Chọn tỷ lệ hồi lưu là 50% vậy
1 = 0.5(1O+1h) suy ra 1H=10 ^
Vậy tỷ số hồi lưu n : là số kg khơng khí hồi lưu hồ trộn với 1 kg khơng khí ban đầu (từ
mơi trường)
n =— ( sách kỹ thuật sấy nông sản trang 79)
'I.
Vậy hàm ẩm của hổn hợp khí được tính theo cơng thức sau:
XM= x°+wc2 { sach QTTBII_ trang 176} (Kg/Kgkkk) 1 + n
_xữ + *2 _ 0.0172+ 0.029
„ ....
XM= -y——- =----------------= 0.0231 (Kg/Kgkkk)
Nhiệt lượng riêng của hổn hợp khơng khí là:
ĩvr= 7° + nĩl (KJ/Kgkkk)
1+n


Ta có:

69.76 +
=108.03 (KJ/Kgkkk)

IM- 1*146.268
1+
3
1
IM=(103+l .97*10
xM)tM + 2493 * 103XM

— Im -2493*10
lvr:
103 +1.97 *103x M
Với tM: Nhiệt độ của hổn hợp khí
108.03 *103 *-2493*103 * 0.0231
= 48.25 c
Từ đó:
ÍM
103 +1.97*103 *0.0231
—Suy ra PMbh=0.11(at)
_
0.0231*1.033
= 0.336=33.6 %
(Pm
622
PMbh (*M + °- )
0.11(0.0231
+
Suy ra

0.622)
Lượng khơng khí khơ lưu chuyển trong thiết bị sấy
0.029-0.0231

/ =-----ỉ----=---------ỉ--------= 169.5 Kg/Kg ẩm


PHẦN 4 : CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
& TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH
4.1 Tính tốn thiết bị chính
4.1.1 Thể tích của khơng
khí a/Thể tích riêng của khơng khí
vào thiết bị sấy:
Vi=-----—— m3/Kgkkk ,{sách QTTB II- trang 157}
p

-
Với R=287 (J/Kg°K)
Ti=100òC+273=373K
P=1.033(at)
Pibh=1.02(at)
(Ọ 1=0.027 Thay số vào
ta có:

287*373
, not/ w 1 i n
Vi=7-----------~z~------^____ —-=1.085 (m /Kgkkk)
(1.033-0.027 *1.02)*9.81*104
b/Thể tích khơng khí vào phịng sấy:
Vi=L*vi=26567.8* 1.085=28826.1 (m3/h)
c/ Thể tích riêng khơng khí ra khỏi phịng sây là:
RT 2
v2=-----—----p

~ Pl^bh
T2=70+273=343K, ẹ2 = 0.1496 ,P2bh=0.3177at
Thay số vào ta có :
=____________287*343____________
V2
(1.033-0.1496*0.3177)*9.81*104 v2 =
3
1.018 (m /Kgkkk) d/Thể tích khơng khí ra khỏi phịng
sấy:
V2=LV2=26567.8*1.018=27046.0 (m3/h)
e/Thể tích trung bình của khơng khí trong phịng sấy:

a;

,với

vtb=^±^ =27936.05 (m3/h)
4.1.2 Thiết bị sấy kiểu băng tải
Thiết bị sấy kiểu băng tải gồm một phòng hình chữ nhật trong đó có một hay vài băng
tải chuyển động nhờ các tang quay,các băng này tựa trên các con lăn để khỏi bị võng
xuống.Băng tải làm bằng sợi bông tẩm cao su,bản thép hay lưdi kim loại,không khí được
đốt nóng trong carolifer.Vật liệu sấy chứa trong phễu tiếp liệu,được cuốn vào giữa hai
trục lăn để đi vào băng tải trên cùng.Nếu thiết bị có một băng tải thì sấy khơng đều vì
lớp vật liệu khơng được xáo trộn do đó loại thiết bị có nhiều băng tải được sử dụng rộng
rãi hơn. Ớ loại này vật liệu từ băng trên di


chuyển đến đầu thiết bị thì rơi xuống băng dưói chuyển động theo
chiều ngược lại.Khi đến cuối băng cuối cùng thì vật liệu khơ được đổ
vào ngăn tháo.

Khơng khí nóng đi ngược vói chiều chuyển động của các băng .Để q trình sấy
được tốt,người ta cho khơng khí di chuyển vdi vận tốc lớn,khoảng 3m/s ,cịn băng thì di
chuyển với vận tốc ( 0.3-0.6) m/ph
Chọn kích thước băng tải Gọi Br : Chiều
rộng lớp băng tải (m)
h:
Chiều dày lớp trà (m) ,Lấy h=0. l(m)
co : Vận tốc băng tải, chọn co =0.4 m/ph
p:

'

Khôi lượng riêng của chè , Chọn p = 320

-Năng suất của quá trình sấy:
Gi=BrhứJ p (Kg/h)
=0.6686

suy ra Br=

Gỉ

Ke

m

513.5 _n
—=- ___

-

hpco6ữ 0.1*320*0.4*60
(m) ^
-Chiều rộng thực tế của băng tải là :
Btt=— , với ĩ] là hiệu số hiệu chính
Chọn 77=0.9 ,ta có
Gọi

Lb
ls:
T:
Lb=

06686 = 0 7429 ^ 0.9

Chiều dài băng tải ,m (chiều dài một mặt)
Chiều dài phụ thêm, chọn ls=1.2 (m)
Thời gian sấy, chọn T=30 phút=0.5 giờ G,*T ,
,
513.5*0.5
+ ls + 1.2 =12(m)
p
0.7429*0.1*320

n
Vậy Lb=12(m)
-Băng tải chỉ sử dụng một dây chuyền nên ta chọn chiều dài của một băng tải là 4(m)
suy ra số băng tải là 3 Đường kính của băng tải d=0.3m
4.1.3 Chọn vật liệu
làm phịng sấy -Phòng sấy

được xây bằng gạch -Bề dày
tường 0.22 (m) có:
+Chiều dày viên gạch 0.2( m)
+Hai lớp vữa hai bên 0.01 (m)
-Trần phịng được làm bằng bêtơng cốt thép có:
+Chiều dày p, = ữ.ữlm +Lớp cách
nhiệt dày p2 =0.15 m


-Cửa phịng sấy được làm bằng tấm nhơm mỏng,giữa có lớp các nhiệt dày 0.01 m +Hai
lớp nhôm mỗi lớp dày 0.015 (m)


-Chiều dài làm việc của phòng sấy:
Lph = 4+2*0.6-5.2 m -Chiều cao làm
việc của phòng sấy:
Hph = 0.3+0. 1*3+0.2*4 = 2 (m)
-Chiều rộng làm việc của phòng sấy:
Rph = 0.7429+0.66 = 1.4029. (m)
Vậy kích thuớc của phịng sấy kể cả tuờng là:
Lng = 5.2+2*0.22 = 5.64(m)
Hng = 2.0+0.02+0.15 = 2.17 (m)
Rng = 1.4029+0.22*2 = 1.8429 (m)
4.1.4Vận tóc chuyên động của khơng khí và ché độ chuyển động của khơng khí
ừong phịng sấy
a/Vận tốc của khơng khí trong phịng sấy:
Với: R^:
27936.05
= 2.77 m/s
Itđ

°hk
= 2 *HHpPhhR*p hRph _2*1.4029*3600
2 * 2.00 * 1.4029
b/Chế độ chuyển
=1.649( m)
1tđđộng của khơng khí:
0Ju,
2 + 1.4029
ỉỉ p h*+/„R p h
't {sách QTTB II _ trang 35}
Re =
à
là hằng số Reynol đặc trung cho chế độ chuyển động của dịng Đuờng kính
tuơng đuơng
Nhiệt độ trung bình của khơng khí trong phòng sấy: ị
— ^1+^2 — 100 + 70 _
tb
22
-Từ nhiệt độ trung bình này tra bảng phụ 9 trang 130 sách “kĩ thuật sấy nông sản” ta
đuợc
Ầ = 0.031 (W/m°K)
Ỵ =21.06*10 6(m2/s)
4
Re= 2J1*1-649 = 15*10
6
21.06*10
Vậy Re=15*104suy ra chế độ của khơng khí trong phịng sấy là chế độ chuyển động
xốy
4.1.5 Hiệu só nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với mơi trưịng xung
quanh

, , -A
A=—
—
,b
AL
ln^At2
Atl: Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy vào phịng sấy với
Với
khơng khí
bên ngoài

Vây


A t x = 100-26=74°c
Át2: Hiệu số nhiệt độ giữa tác nhân sấy đi ra khỏi phịng sấy với khơng
khí bên ngồi

A^=70-26 = 44°c

74-44

Vậy A^=^-^=57.71°C
ln —
44

4.2 Tính tổn thất nhiệt
4.2.1 TỔn thất qua tưòng
a,
-Tuờng xây bằng gạch dày 0.22 (m) -Chiều dày

viên gạch ỏgach =0.2 (m)
-Chiều dày mỗi lớp vữa ổv = 0.01 (m)
Tra bảng Ảgach = 0.77( w/mđộ)
Ả =1.2 (w/mđộ)
ơi
ỗ2
Ơ3
Luu thể nóng (khơng khí nóng) chuyển động trong phịng do đối luu tự nhiên(vì có sự
chênh lệch nhiệt độ) và do cuỡng bức ( quạt) .Khơng khí chuyển động theo chế độ chảy
xoáy (do Re>104)
Gọi aỵ là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của tuờng phòng sấy ax = k(
ax + ax )
Với : a'' là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối luu tự
nhiên ,w/m2độ
a'\ là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối luu
cuỡngbức ,w/m2độ
k : hệ số điều chỉnh, k= 1.2-ỉ-1.3
a/Tính a'
Phuơng trình chuẩn Nuxen đối với chất khí:
\u c £, R°8 = 0.018£/R°-8
,L h
Trong đó: £ị phụ thuộc vào tỷ sơ —— và Re
hd
Ta có :

L

h _ 5.2 =3.15
L 1-649
P

Re =15*104
Tra bảng và tính tốn ta đuợc £ị=\.205 {sổ tay QTTBII_ trang 15}
Vậy Nu = 0.018*1.205*
(15*loỳ8 =300
^-a'lHph
/ _ NuẲ 300*0.031
Nu =------suy ra al = Mà
= 4.65
H ph
Ấ


b/Tính a" 1
Gọi tTilà nhiệt độ trung bình của bề mặt thành ống(tường) tiếp xúc với khơng
khí trong phịng sấy
Chọn txi=70.0°c
Gọi ttbk là nhiệt độ trung bình của chất khí vào phòng sấy (tác nhân sấy)
t,bk =100^70 = 85 oc
2

Gọi ttblà nhiệt độ trung bình giữa tường trong phịng sấy với nhiệt độ trung bình
của tác nhân sấy.
70 + = 77.5 °c
ttb
85
Chuẩn số Gratket: Đặt trưng cho tác dụng tương hổ của lực ma sát phân tử và
lực nâng do chênh lệch khối lượng riêng ở các điểm có nhiệt độ cao khác của dòng,ký
hiệu Gr
3

p h Aq
Gr = sH
2
Ỵ T
/ // a
= a 2 + a2 2
với g là gia tốc trọng trường g=9.8(m/s2)
Với
Hph Chiều cao của phòng sấy ,m Atị = ttbk-txi= 8577.5 = 7.5 , T=ttbk +273=358K 9.8 *23 *7.5
Suy ra

Gr=

=3.69*10
21.092 *10 12 *358
Mà chuẩn số Nuxen là
{sổ tay QTTB II_ trang 24}
Nu = 0.47*Gr.0.25
Suy ra
Nu = 115.8
115.8*0.031
_ Ha" 1
„ _ NuẲ _ 115.8
=
Hơn nữa
=1.74
Nu=—-— suy ra a 1 = — = — — —
Ấ
H.
;

ph
al =k(a'i +cc")= 1.2(4.65 + 1.74) =7.58
Từ đó c/Tính a2
Hệ số cấp nhiệt của bề mặt ngồi máy sấy đến mơi trường xung quanh

a2 Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên a"2 Hệ số cấp nhiệt do
bức xạ
Ta có nhiệt tải riêng của khơng khí từ phịng sấy đến mơi trường xung quanh : q^cq *Ătl
=7.68*(85-70)-l 13.7 ,KJ/kg ẩm Trong quá trình truyền nhiệt ổn định thì:
qi


Mà ở
đây :

ổl,ổ2,ổ3: bề dày các lớp tường ,m Ắ],ẮĨ,Ắ3-. Hộ số dẫn nhiệt
tương ứng , w/mđộ Sl=S2 = 0.01 m _ Bề dày lớp vữa có
Ảl=Ả2=\2 (w/mđộ) S3 = 0.2m _Bề dày của viên gạch có /Ị, =
0.77 (w/mđộ) 0.01 0.01 0.2

Vậy
Từ đó

ịị

1.2

1.2

0.77

= 0.267 (m2độ/w)

tTi-tT2=qiỀ— = 113.7*0.267 =31(°C)
t=1 ơi

tT2: Nhiệt độ tường ngồi phịng sấy ,°c tra = tn-31=70-31= 39 ( °C)
Nhiệt độ lớp biên giới giữa tường ngoài phịng sấy và khơng khí ngồi trời
/„ + 26 = 39 + 26 = 32_S0C
g

22

Tại nhiêt độ Tbg này tra bảng ta tính đươc : Ấ = 2.67 * 10 2 (W/mK)
Y = 16.024*10 6 (m2/s)
Nhiệt độ tường ngoài và nhiệt độ khơng khí có độ lệch là 2=tT2-tkk = 39-26 = 13 (°C)
Chuẩn số Gratkev là
3
r 2
2
G_gH\gAt2 9.81*2.17 *13 ỵ T ~ 16.024
12.74*109
12
*10 (l3 + 273)
Chuẩn số Nuxen là ì
= 0.47*Gr°-25 = 157.9 _
Suy ra
í
NuẢ _ 157.9*0.0267 _
Hng

2.17
xạ a"2
—n0

t-1'2 ~hk

(T
Ả ^
\
o o

£c

4

(±2T
[m

£ :ĐỘ đen của vữa lấy £ = 0.9
C0:Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối ,lấy c0=5.67
Ti = tT2+273=39+273-312K
T2 = tkk+273=26+273=299 K


Từ đó
Nên

a" 2 =

0.9*5.76

39-26

r

3ưV (299^

,iooJ uoo.

= 5.91

ơ2 =ơ/2+ơ//2 = 2.11+5.91 = 8.02 Nhiệt tải riêng từ

bề mặt của tường ngoài đến mơi trường khơng khí q2 = a2 * At2 = 8.02 *
13 = 104.3 ,KJ/kg ẩm
So sánh

•-2 2 A q
113.7-104.3
113.7

= 0.08 = 8%
<ỉ
1 maz
„
Vậy tổn thất qua tường
Qt=3.6*k*F*A^
Mà F = 2*L*H+2*R*H=2*5.2*2+2* 1.4029*2=26.4(m)
11
k=
= 1.88

1
1
1 i=l Ải
+ 0.276
7.58 8.11
Att A t 2 = 5 1 J 0 C
ln
Từ đó:Qx = 3.6*1.88*26.4*57.7 = 10309.6 (KJ)
1 9 6
:= % = ^° ; = 32.89 (KJ/Kgẩm)
Vậy

qt

w 313.5

4.2.2 Tổn thất qua trần
Trần đúc: Lớp bêtông cốt thép dàyA2 = 0.02(m);Ằ2 =1.55 (W/mđộ) Lớp
cách nhiệt dày S3 = 0.15(»í);/Ị, =0.058 (W/mđộ)
Đổ tính tổn thất qua trần ta xác định:
a2tr = 1.3* or2-1.3*8.11=10.543 ,W/m2K
Do đó hệ số truyền nhiệt qua trần Klr bằng
11
= 0.35(W/m2K)
Klr=
1 ỏ2 ỏ3 1
1
0.02 0.15
1
a^ + J2+J3+a2

7.58 1.55 0.058 10.543
Vậy tổn thất qua trần:
Qtr=3.6*Ktr*Ftr* At =3.6*0.35*(5.2*1.4029)(85-26)=542.3 (KJ/h)
Nhiệt tải riêng
Q^ = 542J =173 Kjỵk ẩm w 313.5
4.2.3 Tổn thất qua cửa


Hai đầu phịng sấy có cửa làm bằng thép dày ổ4 =5mm có hệ số dẫn nhiệt Ắ4=0.5W/mK
Do đó hệ số dẫn nhiệt qua cửa Kc bằng :
1^=------ị---------=-------------- ----------= 3.77 ,W/m2K
^ 1
ỏ4 1
1 0.005
1
ax Ă4 a2
7.58
0.5 8.11
Cửa phía tác nhân sấy vào có độ chênh lệch nhiệt độ (ti-to) cịn cửa đầu kia có độ chênh
lệch nhiệt độ bằng (t2-to).Do đó:
Qc= 3.6*Kc*Fc{(trto)+(t2-to)}
Thay số ta có :
Qc=3.6*3.77*(1.4029*2){(100-26)+(70-26)}=4493.5
(KJ/h)
o 4493 5
?
qc=— =
=14.33 (KJ/kg ẩm)
w 313.5
4.2.4 Tổn thất nhiệt qua nền

Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy bằng 85°c và giả sử tường phòng sấy cách tường
bao che của phân xưỏng 2m.Theo bảng 7.1 của sách tính tốn & thiết kế hệ thống sấy
trang 142.Ta có:
q!=50W/m .Do đó tổn thất qua nền bằng:
Qn=3.6*Fn*q1=3.6 (5.2*1.4029)50=1313.1 (KJ/h)
Suy ra qn= — =

w 313.5

=4.19 (KJ/kg ẩm)

Như vậy tổng tổn thất nhiệt truyền qua kết cấu bao che ra môi trường xung quanh bằng:
Qmt=Qt+Qc+Qtr+Q„=16658.5 (KJ/h)
q = ỌasL - 16658-5 =53.14(KJ/kg ẩm) w
313.5
4.2.5 Tổn thất do vật liệu sấy mang đi
Trong sấy nông sản,nhiệt độ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy lấy thấp hơn nhiệt độ tác
nhân sấy tương ứng từ (5 -ỉ- 10)°c.Trong hệ thống sấy này ,vật liệu sấy và tác nhân sấy
chuyện động ngược chiều nên tv2=tr(5-ỉ-10)°C.VÌ vậy ta lấy tv2=100- 10=90 °c.
Do đó nhiệt dung riêng của chè ra khỏi phòng sấy :
CV2=CV1*(1 -ũỉ 2 ) + c n ũỉ 2
Với
Cvi: nhiệt dung riêng của chè ,lấy Cvi=0.37(KJ/Kg°K)
c : nhiệt dung riêng của nước ,lấy c=4.18 (KJ/Kgđộ)
Thay số ta có:
cv2 =0.37*4.18(l-0.05)+4.18*0.05
CV2=1.68 (KJ/kg°K)


Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi là:

QvL=G2*Cv2(tv2-tvl)=200* 1.68(90-26)=21481.8 (KJ/h)
qVi=^ =68.52 (KJ/kgẩm)
4.3 Q trình sấy thực té có hồi lưu
4.3.1 Nhiệt lượng bổ sung thực tế
A = Ce i -q v ỉ -Ỵ j q

Với: 0] = 26°c nhiệt độ của vật liệu trước khi vào máy sấy(bằng nhiệt độ môi trườ 02
= 70°c nhiệt độ của vật liệu khi ra khỏi mấy sấy
-Vậy nhiệt lượng bổ sung thực tế:
A = 26 * 4.18 - 68.52 - 53.14 = 12.98 (KJ/Kgẩm)

4.3.2 Các thơng só của q trình sấy thực
-Hàm ẩm của tác nhân sấy đi ra khỏi mấy sấy:
— / + A* r +c
_ ___ 2
_______
1
1
* 2
,
Kg/Kgkkk {sổ tayQTTBII_
A ~(r 0 +c n *t 2 )

trangl05}
Thay số:
Vậy :

x2 =

146.268 +12.96 * 0.0172 +1 *

70 12.96-(2493+ 4.18*70) = 0.027 (Kg/Kgkkk)

I2 = t2+{r + Ch*t2)*x
2 = 70+ (2493+ 1.97* 70)0.027 = 141.0 (KJ/Kgkkk)
'x =
/U + ^ÌO + I.y/ " /u^u.uz/ =
2

2
Độ ẩm tương đối ọ'2 = 7--------- P*X
—---------= T---- 1.033*0.027
"'T'--------= 0.135=13.5%
(o.622 + x 2 )*p b h ~ (0.622 + 0.027)0.3177
-Lượng khơng khí khơ để làm bốc hơi 1 Kg ẩm hút từ ngoài vào:
^
^
=100 ,Kg/Kgẩm
l1 =_____-___=_____
0.027-0.0172
x2'-x0
= 1) :
69.76 + 1*141.0
0.02'
= 105.38 (KJ/Kgkkk)
-Qúa trình sấy tuần1hồn
+ n khí thải 1 + 1
-Hàm ẩm của hổn hợp khơng
(n=l): ,khí:
/ Ỉ0+nỈ2 69.
1

M x„ +
0.0172 + 1*0.027
= 0.022 (Kg/Kgkkk)
=nx 1
1+n
1+1
-Khi ra khỏi caloripher khơng khí chỉ thay đổi nhiệt độ chứ khơng thay đổi hàm ẩm do
đó:
= XM = 0.022(Kg/Kgkkk)
ti = 100°c
-Vậy nhiệt lượng riêng của khơng khí sấy vào phịng sấy là:
ĩ\ = ti + (2493 + I.97*ti)*x/1 = 100 + (2493+1.97*100)*0.022=159.18 ,KJ/Kgkkk


-Lượng hồi lưu thực tế:
l/H=l/o=100(Kg/Kgẩm)
-Nhiệt độ khi hoà trộn:
/ l'iđ-2A93*xtil 105.38-2493*0.022
M
~
1 + 1.97 *X ~
1 + 1.97*0.022

0

M

Đồ thị I - X biểu diễn quá trình sấy lý thuyết và sấy thực Đường AMB,C, biểu
diễn q trình sấy thực tế có tuần hồn một phần khí thải

4.4 Cân bằng nhiệt lượng
4.4.1 Nhiệt lượng vào
Nhiệt do calorife sưỏi cung cấp:
qs=r(I1'-IM')=100(159.18-105.38)=5380 ,KJ/Kg ẩm Nhiệt lượng do vậy liệu
sấy mang vào:
0,-C

w

=

5 U . 5 - 037M.lg.26

ẩm

313.5
Nhiệt lượng do không khí sấy mang vào máy sấy:
qkkv=l'*lM'=100*105.38=10538 ,KJ/Kgẩm Vậy tổng nhiệt lượng vào:
ỵ^qv =qs +qvl + qkh, = 5380 + 65.86 +10538 = 15983.86 ,KJ/Kgẩm
4.4.2 Nhiệt lượng ra
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra:
_ G2 *C ! *ỡ2 _ 200*0.37*4.18*70
vinr *
qv,r=—------- —- =---------——'---------= 69.06 ,KJ/Kgẫm
w
313.5
Nhiệt do tổn thất của phòng sấy:
= 53.14, KJ/Kgẩm
Nhiệt do khơng khí mang ra :

qltJ=l'*I2,=100*141=14100 ,KJ/Kgẩm Nhiệt
tổn thất trong quá trình sấy:
q=l'(Ii'-l2')= 100(159.18-141)=1818 , KJ/Kgẩm Vậy tổng
nhiệt lượng ra là:
Ỵdqr =qvlr+Ỵjq + qkkr+qt = 69.06 + 53.14 +14100 +1818 = 16039.38 ,KJ/Kgẩm
So sánh tổng nhiệt lượng vào và tổng nhiệt lượng ra:
\qv - qr\ 115983.86-16039.381
1
e= 1
= 1-----———--------= 0.0035 = 0.35% <5%
q
16039.38
“max

Vậy các giả thiết và các q trình tính tốn trên đều có thể chấp nhận được


PHẦN 5 : TÍNH TỐN THIET BỊ PHỤ
5.1 Calorifer
Do u cầu về chất lượng của sản phẩm chè sau khi sấy nên dùng tác nhân sấy là
khơng khí nóng.Khơng khí nóng đi qua calorifer sưỏi và nhận nhiệt trực tiếp từ hơi
nước bão hồ qua thành ống.Khơng khí dùng để sấy có nhiệt độ theo yêu cầu là
100°C,chất truyền nhiệt là hơi nước bão boà .
Thiết bị là loại ống chùm,hơi nước bão hồ đi trong ống,khơng khí đi ngồi ống.Hai
lưu thể chuyển động chéo dịng
5.1.1 Chọn kích thưđc truyền nhiệt
Chọn ống truyền nhiệt bằng đồng, có gân để nâng hệ số truyền nhiệt,hệ số dẩn
nhiệt của đồng là Ả = 385 w/mđộ {sách QTTB tập I_ trang 125}
•Chọn ống:
dng = 0.03 (m)

-Đường kính ngồi của ống
«c = 0.025 (m)
-Đường kính trong của ống
d_„ -d„

-Chiều dày của ống

ỏ

-Đường kính của gân -Bước
gân

Do = 1.4dng = 0.042(m)
= 0 01 m
bo =
D
g -d n g
= 0.006 (m)

-Chiều cao của gân
-Chiều dài của ống
-Số gân trong trên một ống

= 0.0025 (m)

2

= l(m)
/
m =—=100

K
-Be dày bước gân -Tổng
b = = 0.002(m)
Lg=b *m=0.002* 100=0.2(m)
chiều dài của gân
Lkg'-j-g
= 1-Lg =
-Tổng chiều dài không gân
.
^kg
1 1.0-0.2=0.8(m)
v,.uv..v
-Lượng không khí cần thiết cho q trình sấy có hồi lưu (theo tính tốn thực tế):
r = 100( Kg/Kgẩm)

L’ = 31350( Kg/h)
-Nhiệt độ của khơng khí ban đầu khi đã hồi lưu :
t’M = 48.4°c
-Nhiệt độ khơng khí sau khi ra khỏi caloripher là ti=100°c
-Thể tích riêng của khơng khí
V i o o ° c
100°

= — =
0.946

1-057 , m

3

/ k g



1

0 __ 1
1
V48.4 c- /V 1-181
1.029
0

Vtb 1=—

“

° =1 0.93

+Vl00

^48
.4°
1

= 0.88, m3/kg
,m3/kg

1.125
1

-Lượng khơng khí khơ đi vào caloripher là:
V=L’*vtb = 31350*0.93=29155 , (m3/h)
-Hệ số cấp nhiệt đối lưu or1:
+Nhiệt độ trung bình của khơng khí trong
Mà:
A t t b = caloripher ttb
h b —
Ihnưổc" Atlh At, -

Aí

, A t,
ln —
A í

+Chọn nhiệt độ hơi nước bão hoà khi vào là : thnđ = 130°c +Chọn
nhiệt độ hơi nước bão hoà khi ra là thnc = 105°c Nên ta có:
=

Thay số vào ta có:

^

tc = t

130-26 = 104°c
= 105-100 = 5° c

hnd ~ t d
t

h„c- c

=

A ttb = 32.5° c

Suy ra:
ttb = 130-32.5 = 97.5°c
ứng với giá trị ttb ta có:
p = 0.935 (Kg/m3)
Ẳ = 3.15*10 2(W/m°C)
Y = 22.5*10 6 (m2/s) ụ. =
21.7*106(Ns/m2) pr = 0.69
5.1.2
Tính tốn
iện
★D tích bề mặt của một ống : (phía trong của ống)
Ftr = n *ảti*ỉ = 3.14*0.025* 1.0 = 0.0785( m2)
iện
★D tích mặt ngồi của ống:
Fng ^*d„g*l = 3.14*0.03*1.0= 0.0342 (m2) iện
★D
tích phân bê mặt ngồi của một ơng F bm F gân^F kgân -Diện tích phần
có gân


F &= ĩr*D g *L g + ^*D g 2 ~^*d\

= 0.02705(m2)

-Diện tích phần khơng gân
Fkgân = Lkg*7t*d n g = 0.8*3.14*0.03=0.07536 (m2)

Vậy :
Fta = 0.02705+0.07536 = 0.10241 (m2)
★ Chọn số ống xếp hàng ngang là:
i=20
★ Khoảng cách giữa các ống này ống kia là 0.05(m)
★ Khoảng cách giữa ống ngoài cùng dến caloripher là:x= 0.01 (m)
Tiết diện tự do của mặt phẳng vng góc với phương chuyển động của khơng khí: Ftd=Fng-Ftr=0.0942-0.0785=0.0157 ,m 2
Chọn tốc độ dịng khí qua calorifer là: 0ĩkk = 6 m /s
2300< Re< 104.Vậy dòng khí trong calorifer chảy quá độ Chuẩn
★
số Nu(tính cho trường hợp lưu thê chảy ngang
Chuẩn số Re:
6*0.01
Re = *****
= 2600
22.5*10

-0.54

Nu = c

K

b

g

J

qua bên ngồi chùm ống có gân):
-0.14

:

* p 0.4 {sách QTTB trang 226 }

Trong đó :
dng: đường kính ngồi của ống; dng = 0.03 (m)
bg : bước của gân ; bg = 0.01 (m)
h :chiều cao gân ; hg= 0.006 (m)
c,n : các đại lượng phụ thuộc cách sắp xếp ống
Chọn cách sắp xếp ống là thẳng hàng,nên ta có: c=0.116
n=0.72

f0.03V
( 0.006V
:
Nu = 0.116
'2600
0.69 = 21.6
i^o.oụ ^ 0.01
J
025
a x =2.04 *Ẩ*() (W/m độ)
-Hệ số cấp nhiệt đối lưu:
H*St

Nu*cao
Ả 21.6*0.0315
Với
H=1.0 : chiều
ống
= 68.04 (W/m2độ)
r : ẩn nhiệt
J/kg.Tra bảng 1250-sổ tay QTTB tập
b hoá hơi0.006
1

Vậy

★
ệH
số cấp nhiệt từ hơi nưdc bão hoà đến thành ống

ax

?