Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy tiêu hạt năng suất 1200kgh (Autocad + thuyết minh chi tiết)

( BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TÊN ĐỀ TÀI Thiết kế thiết bị sấy t.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCMKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

1 Tên đồ án: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy tiêu hạt năng suất 1200kg/h

2 Các số liệu ban đầu:

• Năng suất sản phẩm sấy: 1200 kg/h

• Độ ẩm nguyên liệu đầu vào 23%

• Độ ẩm sản phẩm sau sấy 8%

• Tác nhân sấy là không khí nóng

• Các số liệu khác tự chọn

3 Yêu cầu về phần thuyết minh và tính toán:

1) Tổng quan về sản phẩm và qui trình công nghệ sấy liên quan

2) Đề nghị qui trình sấy tiêu hạt

3) Tính cân bằng vật chất-năng lượng

4) Tính cấu tạo thiết bị chính

5) Chọn các thiết bị phụ phù hợp

6) Kết luận

4 Yêu cầu về trình bày bản vẽ:

• 01 bản vẽ qui trình khổ A1 và 01 bản vẽ khổ A3 kẹp trong tập thuyết minh

• 01 bản vẽ cấu tạo thiết bị chính khổ A1

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/03/2021

6 Ngày hoàn thành đồ án: 15/8/2021

Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 03 năm 2021

Đặng Đình Khôi

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆNMÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVHD: Ts Đặng Đình Khôi

2 Sinh viên: Trinh Thị Thủy 3 MSSV: 18128060

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy tiêu hạt năng suất 1200kg/h

5 Kết quả đánh giá:

1 Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế 0 – 1,0

2 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,5

3 Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế 0 – 0,75

4 Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế 0 – 0,75

5 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,5

6 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0

7 Hoàn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm 0 – 0,75

8 Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao 0 – 0,75

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6 Các nhận xét khác (nếu có)

7 Kết luận

Được phép bảo vệ :  Không được phép bảo vệ : 

Ngày …… tháng 8 năm 2021

Người nhận xét

(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVHD: Ts Đặng Đình Khôi

2 Sinh viên: Trinh Thị Thủy 3 MSSV: 18128060

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy tiêu hạt năng suất 1200kg/h

5 Kết quả đánh giá:

1 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,5

2 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,5

3 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0

4 Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 – 1,0

5 Trả lời được các câu hỏi phản biện 0 – 3,0

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….) 10

Ghi chú: GV PHẢN BIỆN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm 6 Các nhận xét khác (nếu có)

Ngày …… tháng 08 năm 2021 Người phản biện (Ký & ghi rõ họ tên ) TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

2 Sinh viên: Lương Tuấn Tùng 3 MSSV: 18128074

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy tiêu hạt năng suất 1200kg/h

5 Kết quả đánh giá:

1 Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế 0 – 1,0

2 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,5

3 Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế 0 – 0,75

4 Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế 0 – 0,75

5 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,5

6 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0

7 Hoàn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm 0 – 0,75

8 Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao 0 – 0,75

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6 Các nhận xét khác (nếu có)

7 Kết luận

Được phép bảo vệ:  Không được phép bảo vệ: 

Ngày …… tháng 8 năm 2021

Người nhận xét

(Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆNMÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVHD: Ts Đặng Đình Khôi

2 Sinh viên: Lương Tuấn Tùng 3 MSSV: 18128074

4 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy tiêu hạt năng suất 1200kg/h

5 Kết quả đánh giá:

1 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,5

2 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,5

3 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0

4 Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 – 1,0

5 Trả lời được các câu hỏi phản biện 0 – 3,0

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….) 10

Ghi chú: GV PHẢN BIỆN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm 6 Các nhận xét khác (nếu có)

Ngày …… tháng 08 năm 2021

Người phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên )

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, dù chịu ảnh hưởng bởi đại dịch Covid – 19 chúng

em vẫn hoàn thành đồ án gần như trọn vẹn, sau đây:

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến TS Đặng Đình Khôi, giảng viên khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Thầy đồng thời cũng là giảng viên hướng dẫn đồ án của chúng em, chỉ bảo tận tình, cho chúng em những lời khuyên bổ ích mỗi khi báo cáo tiến độ với thầy xuyên suốt quá trình thực hiện đồ án

Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giảng viên trong Trường Đại học Sưphạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh nói chung và các thầy cô trong khoa Công nghệ Hóa học

và Thực phẩm nói riêng đã dạy dỗ cho chúng em kiến thức về các môn đại cương, giúpchúng em có được những cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ chúng emtrong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo điều kiện,quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án mônquá trình và thiết bị

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn bản chất của quá trình sấy ……… 10Hình 2.1: Sơ đồ quy trình sấy hạt tiêu……… 13Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy đối lưu……… 16Hình 3.1 Đồ thị I – d biểu diễn ba điểm A, B, C của quá trình sấy lý thuyết……… 23Hình 3.2: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng……… 32Hình 3.3: Đồ thị I – d biểu diễn ba điểm A, B, C1 của quá trình sấy thực tế………… 35Hình 4.1: Dạng cánh đảo trộn……… 42Hình 4.2 Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng……… 43Hình 4.3 Sơ đồ truyền động……… 45

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực……… 23

Bảng 3.2: Bảng tổng kết cho vật liệu sấy……… 25

Bảng 3.3: Bảng tổng kết cho tác nhân sấy……… 25

Bảng 3.4: Thông số kích thước bề dày thân thùng……….31

Bảng 3.5: Các thông số của tác nhân sấy bên ngoài thùng sấy……… 32

Bảng 4.1: Các thông số cơ bản của thùng……… 37

Bảng 4.2: Bảng bề dày thân thùng……….38

Bảng 4.3: Trích lược các giá trị bề dày của thùng sấy……… 38

Bảng 4.4: Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng………39

Bảng 4.5: Các hệ số bổ sung kích thước cho bề dày thùng……… 39

Bảng 4.6: Bảng sơ đồ truyền động ………46

Bảng 4.7: Các thông số cơ tính của các vật liệu dùng chế tạo các bánh rang………47

Bảng 4.8: Bảng kết quả tính toán ứng suất tiếp xúc cho phép……… 48

Bảng 4.9: Bảng kết quả tính toán ứng suất uốn cho phép……… 49

Bảng 4.10: Kết quả xác định giá trị môđun………53

Bảng 4.11: Các quan hệ hình học chủ yếu của bộ truyền 53

Bảng 4.12: Kết quả tính toán khối lượng của các lớp trên thùng 55

Bảng 5.1: Các thông số của tác nhân qua calorifer 60

Bảng 5.2: Một số kích thước của calorifer 60

Bảng 5.3: Các thông số liên quan 64

Bảng 5.4: Các thông số kỹ thuật của cyclon 67

Bảng 5.5: Các thông số của không khí trên đường ống 69

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam là một trong các nước có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời trên thế giới Trongnhững năm gần đây, hồ tiêu là một mặt hàng nông nghiệp xuất khẩu tương đối lớn củaViệt Nam có kim ngạch xuất khẩu hồ tiêu năm 2001 của Việt Nam đạt 90 triệu USD thìđến năm 2018 con số này đã lên đến 758,8 triệu USD, tăng hơn 700%

Chất lượng hồ tiêu phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Trong đó, quá trình bảo quảnảnh hưởng rất lớn đến chất lượng, nhất là đối với các mặt hang khô Thời gian của quátrình bảo quản này dài hay ngắn phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của thực phẩm vì vậy quátrình sấy hồ tiêu hết sức quan trọng và ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm

Trong công nghiệp thực phẩm, sấy bằng thùng quay là một trong các phương pháp kháphổ biến do mang lại hiệu quả kinh tế cao, thuận tiện khi vận hành và tiết kiệm thời gian

Do đó, người ta thường chọn thiết bị sấy thùng quay trong việc sấy các sẳn phẩm lươngthực, hạt, quả…

Trong phạm vi đồ án môn học này, chúng em có nhiệm vụ “Thiết kế thiết bị sấy thùngquay sấy tiêu hạt năng suất 1200kg/h”

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song vẫn còn rất nhiều thiếu sót vì đây là lần đầu tiên chúng

em được thực hiện đồ án Bên cạnh đó trình độ tự nghiên cứu và khả năng tư duy còn giớihạn nên đồ án của nhóm không thể tránh nhiều thiếu sót Qua đồ án này, chúng em kínhmong thầy cô chỉ bảo để có thể hoàn thiện tốt hơn vào những lần sau

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÂY HỒ TIÊU VÀ QUÁ TRÌNH SẤY

1.1 Tổng quan về nguyên liệu hạt tiêu:

Hồ tiêu là loại cây công nghiệp, dây leo sống nhiều năm Dây leo nhờ thân quấn chiathành nhiều đoạn và gấp khúc ở các mấu, mấu phù to, màu nâu xám, mang nhiều rễ móc

để thân bám vào giá tựa Thân dài, nhẵn không mang lông, có nhiều nhánh, tròn, phânđốt, là loại thân tăng trưởng nhanh Lá như lá trầu không, nhưng dài và thuôn hơn Quảhình cầu nhỏ, chừng 20 – 30 quả trên một chum, khi còn non màu xanh lục, sau có màuvàng, khi chín chuyển sang màu đỏ, rụng cả chùm Từ quả này có thể thu hoạch được hồtiêu trắng, hồ tiêu đỏ, hồ tiêu xanh và hồ tiêu đen Quả có một hạt duy nhất

Hồ tiêu được thu hoạch mỗi năm hai lần, được trồng chủ yếu để lấy quả và hạt, sản phẩm

ra được gọi là hạt tiêu, thường dùng làm gia vị dưới dạng khô hoặc tươi Hạt trong cứng

có mùi thơm và vị cay, cấu tạo bởi hai lớp bên ngoài gồm vỏ hạt, bên trong chứa phôinhũ và các phôi

1.1.1 Tên gọi và phân loại khoa học

Tên thường gọi: Hồ tiêu

Tên khác: Cổ nguyệt, Hắc cổ nguyệt, Hắc xuyên, Mạy lòi (Tày)

Tên nước ngoài: Black pepper (Anh), Poivrier (Pháp)

Tên khoa học: Piper nigrum L

Plantae Magnoliopsid a Magnoliopsid a Piperale s Piperacea e Piper Nigrum

1.1.2 Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt tiêu

1.1.1.1 Cấu tạo của hạt tiêu

Hạt tiêu đen có dạng hình cầu, đường kính 3,5 – 5 mm Mặt ngoài màu nâu đen có nhiềuvết nhăn hình vân lưới nổi lên, gốc quả có vết sẹo của cuống quà Vỏ quả ngoài có thể bóc

ra được, vỏ quả trong màu trắng tro hoặc màu vàng nhạt, mặt cắt ngang màu trắng vàng.Quả có chất bột, trong có lỗ hổng nhỏ là vị trí của nội nhũ Mùi thơm vị cay

1.1.1.2 Thành phần hóa học của hạt tiêu

Theo nghiên cứu của GS-TS Đỗ Tất Lợi, trong hạt tiêu đen có chứa tinh dầu(1,5 – 2,2 %), alkaloid (5 – 8%), tinh bột (10 – 13,5%), chất béo (8%), chất đạm (11 –14%), chất xơ (47 – 53%), tro và một số khoáng chất rất quan trọng đối với cơ thể conngười, một trong số đó là crom Hạt tiêu đen cũng chứa canxi, đồng, sắt, magie, mangan,photpho và kẽm Hạt tiêu thì không được coi là một thực phẩm có chứa vitamin, nhưng nóvẫn chứa nhiều vitamin và dinh dưỡng thực vật hơn chúng ta nghĩ Nó có hàm lượngvitamin K cao, chứa β – carotene, choline, axit folic, thiamin, các vitamin A, C, E Phầnlớn các vitamin này có đặc tính chống oxy hóa, giúp giảm tác hại của các gốc hóa học tự

do trên cơ thể và giúp ngăn chặn ung thư làm thay đỗi các tế bào

Tinh dầu tập trung ở vỏ quả giữa, có màu vàng hay lục nhạt, mùi thơm, vị dịugồm các hydrocacbua như phelandren, cadinen, caryophyllen, các tecpen như pinen,limonen và một ít hợp chất có chứa oxy

* Một số hợp chất có trong tinh dầu hạt tiêu đen

β-Caryophyllene limonene pinene eugenol α-humulene

* Có hai loại alkaloid chủ yếu trong hạt tiêu là piperine và chavixin

Hạt tiêu cũng rất giàu chất chống oxy hóa, chẳng hạn như β carotene, giúp tăng cường hệmiễn dịch và ngăn ngừa sự hủy hoại của tế bào, gây ra căn bệnh ung thư và tim mạch.

1.2 Tổng quan về phương pháp sấy

1.2.1 Giới thiệu về phương pháp sấy

Quá trình sấy là quá trình tách ẩm (chủ yếu là nước và hơi nước) khỏi vật liệu sấy để thảivào môi trường Ẩm có mặt trong vật liệu nhận được năng lượng theo một phương thứcnào đó tách khỏi vật liệu sấy và dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt, từ bề mặt vật vàomôi trường xung quanh [1]

Quá trình sấy là một quá trình truyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nóbao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quátrình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nướctrong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu, vậntốc của toàn bộ quá trình được quyết định bởi giai đoạn nào chậm nhất [1]

Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vậtliệu Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệulớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh [1]Hai mặt của quá trình sấy cần nghiên cứu:

- Mặt tĩnh lực học: tức là dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta sẽ tìmđược mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy, tác nhân sấy từ đố xácđịnh được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy, lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy

- Mặt động lực học: tức là nghiên cứu mối quan hệ của sự biến thiên của độ ẩm vật liệuvới thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất, cấu trúc, kích thước của vậtliệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy để từ đó xác định được chế

độ, tốc độ và thời gian sấy phù hợp [1]

Mục đích của quá trình sấy:

- Kéo dài thời gian bảo quản

- Tăng tính cảm quan cho thực phẩm

- Làm chín một phần sản phẩm, thực phẩm

- Tạo hình cho sản phẩm, thực phẩm

- Giảm nhẹ khối lượng thuận tiện cho quá trình vận chuyển

1.2.2 Phân loại các thiết sấy

Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều kiểu thiết bị sấykhác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy: [12]

+ Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò, ngoài

ra còn có các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng tia hồngngoại hay bằng dòng điện cao tần

+ Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở ấp suất thường

+ Dựa vào phương pháp làm việc: sấy liên tục hay sấy gián đoạn.

+ Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, hoặc thiết

bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ

+ Dựa vào cấu tạo thiệt bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấyphun, sấy tầng sôi

+ Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: cùng chiều, nghịch chiều

và giao chiều

1.1.1.3 Phòng sấy

Trong phòng sấy vật liệu được sấy gián đoạn ở áp suất khí quyển Vật liệu được xếp trênnhững khuya hoặc xe đẩy Việc nạp liệu và tháo liệu được thực hiện ở bên ngoài phòngsấy

Ưu điểm: thiết bị sấy đối lưu có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, vốn đầu tư ít, đặc biệt là

có thể sấy mọi dạng vật liệu

Nhược điểm: sấy đối lưu có thời gian sấy dài vì vật liệu không được đảo trộn, sấy khôngđều, vật liệu sấy khi nạp và tháo liệu bị mất nhiệt qua cửa, khó kiểm tra quá trình sấy

1.1.1.4 Hầm sấy

Làm việc ở áp suất khí quyển và dùng tác nhân sấy là không khí hay khói lò Vật liệuđược xếp trên các khay đặt trên xe goòng di chuyển dọc theo chiều dài hầm Có thể chotác nhân sấy tuần hoàn để tăng tốc độ và độ ẩm của tác nhân sấy Chiều dài của hầm cóthể lên đến 60m nhưng không nên lớn hơn vì như vậy trở lực của hệ thống tăng lên nhiều.Vận tốc chuyển động của không khí trong hầm thường từ 2 ÷ 3 m/s

Ưu điểm: hầm sấy là loại thiết bị sấy dễ sử dụng các phương thức sấy khác nhau, dòngkhí và vật liệu sấy có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều hoặc đặt các quạt dọctường hầm để thổi thẳng góc với dòng vật liệu

Nhược điểm: hầm sấy có quá trình sấy không đều do sự phân lớp không khí nóng và lạnhtheo chiều cao của hầm, khi tốc độ dòng khí nhỏ, vật liệu liệu không được xáo trộn đều.

1.1.1.5 Sấy thùng quay

Đây là loại thiết bị sấy quan trọng được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, thựcphẩm để sấy một số loại hóa chất, phân đạm, ngũ cốc, bột đường Nói chung là các loạivật liệu rời có khả năng kết dính

Thiết bị làm việc của ấp suất khí quyển, gồm một thùng hình trụ đặt nghiêng và quayđược nhờ động cơ và bộ phận truyền động, có hai vành đai để trượt trên các con lăn tựatrên thùng quay Vật liệu ướt vào thùng ở đầu cao, được đảo trộn và di chuyển nhờ cánhđảo, sấy khô bằng không khí hoặc khói lò rồi ra ở phía đầu thấp, dòng khí trước khi thảiđược đi qua các bộ phận thu hồi để tách lấy sản phẩm

Ưu điểm: quá trình sấy của thùng quay đều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc tốt giữavật liệu và tác nhân sấy, cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được cao

Nhược điểm: sấy bằng thùng quay thì vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị gãy vụn, tạo rabụi, do đó trong một số trường hợp làm giảm chất lượng của sản phẩm

1.1.1.6 Sấy tiếp xúc

Nguyên lý: nhiệt lượng được truyền đến vật liệu bằng cách cho vật liệu tiếp xúc trực tiếpvới bề mặt được đốt nóng, có thể có đảo trộn vật liệu hoặc không

Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để sấy các loại vật liệu dạng rắn dạng rời (rau,

củ, hạt, quả…), các loại dung dịch (sữa, nước hoa quả ) Dạng thiết bị sấy tiếp xúc đơngiản nhất là tủ sấy chân không hoạt động đơn gián đoạn, thiết bị có ưu điểm là cấu tạođơn giản có thể sấy được nhiều dạng vật liệu khác nhau nhưng năng suất thấp, vật liệu sấy

ở trạng thái tĩnh, truyền nhiệt kém Ngoài ra còn có dạng thiết bị sấy trục làm việc liêntục

1.1.1.7 Sấy thăng hoa

Nguyên lý: ẩm được tách khỏi vật liệu bằng cách thăng hoa, nghĩa là chuyển thẳng ẩm từtrạng thái lỏng sang trạng thái hơi, không qua qua trạng thái lỏng, vật liệu được sấy ởnhiệt độ thấp trong trạng thái đóng rắn tại độ chân không cao (0,1 ÷ 1 mmHg)

Ưu điểm: sấy thăng hoa cho ra sản phẩm có chất lượng cao, vật liệu ít bị biến chất, bảotồn được các vitamin và dễ hấp thụ nước để trở lại trạng thái ban đầu Tuy nhiên hiện nayphương pháp này còn phức tạp và đắt nên mới chỉ được áp dụng rộng rãi trong sản suấtdược phẩm để sấy các chất kháng sinh và một vài loại thực phẩm có chất lượng cao

xạ nhiệt xuyên sâu vào bên các vật liệu có cấu tạo mao quản xốp và được hấp thu hoàntoàn do phản xạ nhiều lần của thành mao quản Vì vậy hệ số truyền nhiệt trong trườnghợp này có giá trị lớn và lượng nhiệt truyền nhiệt tính trên một đơn vị diện tích bề mặt,nhiệt truyền sâu vào trong vật liệu chậm hơn nhiều so với sấy tiếp xúc hay đối lưu

Ưu điểm: sấy bức xạ có thể sấy vật liệu mỏng (như bề mặt sơn) Quá trình sấy rất nhanh,thiết bị gọn, dễ điều chỉnh nhiệt độ, tổn thất nhiệt ít

Nhược điểm: phương pháp sấy này tiêu tốn nhiều năng lượng, vật liệu được đốt nóngkhông đều do sấy nhanh trên bề mặt, nhiệt truyền sâu vào trong vật liệu chậm hơn, khôngtiện để sấy các loại vật liệu dày

1.1.1.9 Sấy phun

Thiết bị sấy này dùng để sấy các loại vật liệu lỏng như sữa trứng, dung dịch đậu nành,gelatin, albumin Dung dịnh lỏng được phun thành dạng sương vào trong phòng sấy, quátrình sấy diễn ra rất nhanh đến mức không kịp đốt nóng vật liệu lên quá giới hạn cho phép

do đó có thể sử dụng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao

Ưu điểm: sấy phun là phương pháp có quá trình sấy diễn ra nhanh chóng Sản phẩm sấythu được ở dạng bột mịn và đồng đều

Nhược điểm: thiết bị sấy phun gây tiêu tốn nhiều năng lượng, thiết bị có kết cấu phức tạp.Nhất là ở cơ cấu phun sương và hệ thống thu hồi sản phẩm

Ngoài ra còn có các dạng thiết bị sấy đối lưu khác như tháp sấy, sấy tầng sôi, sấy vít tải.Thông thường, mỗi vật liệu sấy đòi hỏi phương pháp và chế độ sấy riêng Vì vậy, căn cứvào đặc điểm của vật liệu sấy, chất lượng của sản phẩm mà ta sẽ chọn chế độ và phươngpháp sáy tối ưu Sau đó, tùy theo năng suất, hiệu quả kinh tế mà lựa chọn, thiết kế và chếtạo hệ thông sấy phù hợp

1.2.3 Các giai đoạn của quá trình sấy

Đường cong sấy là đường cong biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm vật liệu theo thời gian sấy(r):

U = f (r)Dạng của đường cong sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liên kết giữa ẩm và vật liệu,hình dạng, kích thước, đặc tính vật liệu, phương pháp và chế độ sấy

Đường cong tốc độ sấy là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩmcủa vật liệu sấy Đường cong tốc độ sấy thu được từ việc đạo hàm đường cong sấy theothời gian

Đường biểu diễn nhiệt độ của vật liệu sấy thể hiện được sự biến thiên nhiệt độ của vật liệutrong suốt quá trình sấy

Đường cong tốc độ sấy

Thời gian (giờ)

Đường biểu diễn nhiệt độ của vật liệu sấy

Đường cong sấy

Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: do vật liệu đã tương đối khô, chỉ còn dạng ẩm liên kết nên

bề mặt bốc hơi bị co hẹp lại dần và đi sâu vào lòng vật liệu, tốc độ khuếch tán ẩm sẽ chậm

dần Tốc độ sấy trong gian đoạn này cũng giảm theo và phụ thuộc chủ yếu vào tốc độkhuếch tán ẩm và các yếu tốc bên trong vật liệu Nhiệt độ của tác nhân sấy trong giai đoạnnày phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép của vật liệu.

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

+ Bản chất của vật liệu sấy như cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm

+ Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề dày của lớp vật liệu Diện tích bề mặtriêng của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh

+ Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối và 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 thìnhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấy cũng tăng Nhưng nhiệt độcuối không nên quá cao vì không sử dụng triệt để nhiệt

+ Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy

1.3 Hệ thống sấy thùng quay hạt tiêu

Đây là loại thiết bị sấy quan trọng được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, thựcphẩm để sấy một số loại hóa chất, phân đạm, ngũ cốc, bột đường… nói chung là các loạivật liệu rời có khả năng kết dính Thiết bị sấy này làm việc liên tục chuyên dùng để sấyvật liệu hạt, cục nhỏ Ngoài ra thiết bị làm việc với năng suất cao và làm việc ở áp suấtkhí quyển

Tác nhân sấy sử dụng trong quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khói lò Quá trìnhsấy hạt tiêu đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh an toàn thực phẩm nên ở đây ta chọn tác nhânsấy là không khí, được đun nóng bởi calorifer, nhiệt cung cấp cho không khí trongcalorifer là từ khói lò Nhiệt độ tác nhân sấy phụ thuộc vào bản chất của hạt Nguyên liệu

là hạt tiêu cần nhiệt độ sấy cao từ 45 – 90°C vì sản phẩm ít nước và ít bị biến màu nên sấy

ở nhiệt độ cao sẽ giúp rút ngắn thời gian sấy Tốc độ tác nhân sấy đi trong thùng không

Thiết bị gồm một thùng hình trụ đặt dốc khoảng 3 – 6° so với mặt phẳng nằm ngang, cóhai vành đai khi thùng quay thì trượt trên các con lăn đỡ Khoảng cách giữa các con lăn

có thể điều chỉnh được để thay đỗi góc nghiêng của thùng Thùng có cơ cấu bịt kín đểkhông khí nóng không thoát ra ngoài Vật liệu ướt vào thùng ở đầu cao (phễu nạp liệu) vàđược đảo trộn, di chuyển bên trong thùng nhờ cánh đảo, do đó vật liệu tiếp xúc với khôngkhí sấy tốt hơn Vật liệu trong thùng không quá 20 – 25% thể tích thùng Sau khi sấyxong, vật liệu khô được tháo ra ở đầu thấp của thùng Ngoài ra còn có cyclone để thu hồisản phẩm bay theo và thải khí sạch ra môi trường

Để giảm thời gian sấy ta phải tăng tốc độ tác nhân sấy bằng hệ thống quạt ly tâm hoặcquạt hướng trục Dựa vào nguyên liệu là hạt tiêu ta chọn chế độ sấy cùng chiều vì phươngpháp này có cường độ cao, thời gian sấy giảm, sản phẩm ra khỏi thùng đã nguội, áp dụngcho các sản phẩm không cần để ý cong vênh, nứt nẻ, còn sấy ngược chiều thì thành phẩmphải có chất lượng cao như không được cong vênh và nứt nẻ

Các cánh trộn trong thùng chứa có tác dụng phân phối đều cho vật liệu theo tiết diệnthùng, đảo trộn vật liệu để tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, cấu tạocủa cánh trộn phụ thuộc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm của nó Các cánh đảo phổbiến như:

+ Cánh đảo nâng, đổ: dùng để sấy vật liệu có kích thước lớn, dễ bám dính vào thùng thìdùng 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 trọnglượng riêng lớn

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

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1.4 Sơ đồ quy trình sấy hạt tiêu

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình sấy hạt tiêu

Làm nguộiCân tự độngĐóng baoBảo quản

1.5 Giải thích quy trình

Công đoạn 1: Làm sạch

Thời gian tiêu chín thường từ 7 – 8 tháng Tiêu khi chín được hái cả chum, không háichum còn xanh vì khi hái sớm hạt tiêu sẽ bị lép dẫn đến chất lượng không cao Để việctách hạt được dễ dàng người ta thường ủ trong bao hay đòn đống lại rồi phủ bạt lên trong

12 – 24 giờ

Hạt tiêu được làm sạch bằng cách sàng tạp chất hoạt động dựa trên nguyên lý khí độnghọc, nguyên lý phân cách về trọng lượng và nguyên lý phân cách về thể tích Do vậy, sàngtạp chất có thể tách được khoảng 90% lượng tạp chất lẫn trong hạt tiêu gồm: Tạp chất nhỏhơn hạt tiêu, tạp chất lớn hơn hạt tiêu và tạp chất nhẹ hơn hạt tiêu (bao gồm cả bụi) Trongmáy sàng tạp chất hạt tiêu nguyên liệu được đưa vào một hộc nạp liệu xây chìm dưới đất

và được chuyển vào qua một gầu tải

Ngoài ra, do có gắn một bộ phận từ tính nên sàng tạp chất còn có tác dụng tách sắt théplẫn trong nguyên liệu Hạt tiêu nguyên liệu sau khi rời khỏi sàng tạp chất có kích thướctrong khoảng từ 2,5 mm đến 6,5 mm

Công đoạn 3: Phân loại hạt

- Phân loại bằng khí động học

Hạt tiêu sau khi rời máy tách đá sạn vẫn còn những hạt tiêu chắc và xốp không bị loại ra

Dòng khí trong catador được điều chỉnh lưu lượng tùy theo chất lượng hạt tiêu

- Phân loại tỷ trọng xoắn ốc

Hạt tiêu sau quá trình làm sạch, phân loại theo kích cỡ, tách đá sạn và phân loại bằng khíđộng học vẫn còn khác nhau về hình dạng: móp méo hoặc tròn hay còn lẫn những cọngtiêu

Máy phân loại hình dạng kiểu xoắn ốc được cấu tạo bởi những vách ngăn xoắn ốc quanhtrục thẳng đứng Hỗn hợp hạt tiêu gồm hạt tiêu biến dạng và hạt tròn được nạp vào miệngtrên của máy phân loại

Bởi vì hạt tiêu chảy xuống theo chiều xoắn ốc dưới tác động của trọng lực Các hạt trònxoay tròn nên gia tốc tăng dần đến một điểm mà chúng xoay tròn theo độ nghiêng váchngăn nằm rìa ngoài và được tách ra Còn những hạt biến dạng khi rơi tự do trên mángxoắn ốc bị lực ma sát cao hơn tốc độ dòng chảy không bằng hạt tròn Do đó các hạt biếndạng chảy gần hơn trục của máy xoắn ốc và được đưa ra ngoài

Công đoạn 5: Rửa và xử lý vi sinh bằng hơi nước

Để khử các vi sinh vật có hại nhất là khuẩn salmonella, người ta sử dụng hơi nước với ápsuất từ 2 ÷ 3kg/cm2 có nhiệt độ từ 1200°C – 1400°C để phun vào hạt tiêu trong thời gianngắn nhất (khoảng 20 – 40 giây)

Trong quá trình hấp thụ hơi nước nóng hạt tiêu được chuyển tải qua trống trích ly nướctrước khi qua hệ thống sấy

Công đoạn 6: Sấy

Đối với các nguyên liệu hạt, người ta thường áp dụng phương pháp sấy đối lưu Khốilượng, độ ẩm tương đối của hạt tiêu vào và ra thiết bị sấy tương ứng bằng G1, ω1, t1 và G2,

ω2, t2 Tương tự như vậy GCT, tCT1 và GCT, tCT2 Không khí ngoài trời có trạng thái A xácđịnh bởi cặp thông số (to, φo) được quạt (I) đẩy vào calorifer (II), ở đây không khí đượcgia nhiệt theo quá trình d = const đến trạng thái B, xác định bởi thông số (t1, d1) Khôngkhí có trạng thái B đi vào thiết bị sấy (III) thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm hạt tiêu và

đi ra khỏi thiết bị sấy với trạng thái C

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy đối lưuQuy trình sử dụng hệ thống sấy thùng quay Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghệsau thu hoạch để sấy các loại hạt Thùng sấy được đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngangtheo tỉ lệ 1/15 ÷ 1/50 Thùng sấy quay nhờ một động cơ điện thông qua một hộp giảm tốc.Hạt tiêu từ phễu đi vào thùng sấy tác nhân Thùng sấy quay tròn, hạt tiêu và không khínóng trao đổi nhiệt cho nhau Hạt tiêu đi hết thùng sấy được lấy ra và vận chuyển vào khochứa nhờ một băng tải còn không khí đi qua cyclon để thu hồi hạt tiêu cuốn theo và thảikhí sạch ra môi trường

Công đoạn 7: Làm nguội sau sấy và phân loại

Sau khi sấy, hạt tiêu được đưa vào một thùng làm nguội và một lần nữa hạt tiêu được đưaqua catador để tách tạp chất bao gồm bụi và vỏ hạt tiêu phát sinh sau quá trình sấy Sau đóhạt tiêu được đưa vào máy phân loại hình dạng kiểu xoắn ốc (lần 2)

Công đoạn 8: Cân định lượng tự động

Hạt tiêu thành phẩm được đưa vào thùng chứa để trữ hoặc được đưa vào hệ thống cân tựđộng định lượng theo yêu cầu

Cân định lượng được tự động hóa điều khiển bằng hệ thống điện tử Và có hiển thị số từ30-60kg sai số cho phép là ± 45g/50kg, năng suất 200bao /giờ

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

1.6 Các thông số ban đầu và công thức sử dụng

1.6.1 Các thông số ban đầu

Lượng vật liệu sau khi sấy G2 = 1200 (kg/h)

Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy w1 = 23%

Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy w2 = 8%

W: lượng ẩm được tách ra khỏi vật liệu (kg/h)

L0: lượng không khí khô (kkk) tuyệt đối qua máy sấy (kg/h)

do: hàm ẩm của không khí ngoài trời (kg ẩm/kg kkk)

d1: hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk)

d2: hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk)

1.6.2 Các công thức sử dụng

Dùng tác nhân sấy là không khí nóng

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

(bar) (CT 2.11, Tr.14, [1])+ Độ chứa hơi d:

(kg hơi/kgkkk) (CT 2.15, Tr.15, [1])Với: P là áp suất khí trời, P = 1 atm = 1,013 bar

+ Enthapy của không khí ẩm:

(kJ/kgkkk) (CT 2.18, Tr.15, [1])

Trong đó:

Cpk: nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk= 1,004 kJ/kg0K

Cpa: nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa= 1,842 kJ/kg0K

r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r = 2500 kJ/kg

+ Thể tích riêng của không khí ẩm tính theo 1 kg không khí khô:

(m3/kgkkk) (CT VII.8, Tr.94, [4]) Trong đó:

R: hằng số khí, R = 8314 J/kmol.độ

M: khối lượng mol không khí, M = 29 kg/kmol

P, pb: áp suất khí trời và phần áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí, N/m2

1.7 Thời gian sấy

Thời gian sấy của vật liệu:

(CT 8.10, Tr.115, [1])Với hệ số M phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt trong bảng 8.3, Tr.115, [1]

Ta có: d = 4.5 mm, bằng phương pháp nội suy ta có M = 0,779.10-2

=>

1.8 Xác định các thông số trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy

1.8.1 Thông số trạng thái ngoài trời (A)

Do vật liệu sấy là tiêu hạt có thể được trồng và thu hoạch nhiều vụ trong một năm, tuynhiên tính theo mùa mưa, ít nắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanh năm Vì vậy, ta chọntrạng thái A theo giá trị nhiệt độ và độ ẩm trung bình của Thành phố Hồ Chí Minh:

A to= 27oC

= 85%

(bar)

(kg/kgkkk)

( kJ/kgkkk)

(m3/kgkk)

1.8.2 Thông số trạng thái của tác nhân sấy sau khi đi qua caloriphe (B)

Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 = do) đến trạng thái

B (d1, t1) Điểm B là điểm nhiệt độ sấy sao cho nguyên liệu sấy không bị cháy Trạng thái

B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy

Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chất của vật liệu sấy

và chế độ công nghệ quy định Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấp hơnnhiệt độ hồ hóa của tinh bột Do hạt tiêu chứa khoảng 36% tinh bột, ban đầu độ ẩm củavật liệu sấy cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp bề mặt của hạttinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong lòngvật liệu ra ngoài

(m3/kgkk)

1.8.3 Thông số trạng thái của tác nhân sấy khi ra hỏi thùng sấy (C)

Không khí ở trạng thái C được đẩy vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy lý thuyết (I1 = I2) Trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C (t2, φ2)

Nhiệt độ cho phép của hạt

(CT 8.9b, Tr.115, [1])

Nhiệt độ TNS ra khỏi thùng sấy t2 được xác định theo nhiệt độ VLS ra khỏi thùng sấy(tv2), mặt khác cũng chính là nhiệt độ tối đa cho phép đốt nóng hạt th Do đó:

t2 = tv2 + (5 – 10) = th + (5 – 10) => giả sử t2 = 55°CKhi đó ta có:

Phân áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ t2 = 55°C

Lượng chứa ẩm của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết d20

(kg/kgkkk)

(CT 5.5, Tr 57, [1]) (CT 5.6, Tr 57, [1])

Như vậy, với nhiệt độ t2 = 55°C độ ẩm tương đối của TNS ra khỏi thùng sấy còn quá bé

so với điều kiện kinh tế Ta chọn lại t2 = 38°C

(bar)

(kg/kgkkk)

(m3/kgkk)

Như vậy, với nhiệt độ t2 được chọn lại bằng 38°C là hợp lý về mặt tiết kiệm nhiệt lượng Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt do tác nhân sấymang đi là bé nhất nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương (nghĩa là tránh trạng thái Cnằm trên đường bão hòa)

+ Với t2 = 38°C, kiểm tra nhiệt độ đọng sương:

Áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ điểm sương ts

(bar)Tra bảng sự phụ thuộc của áp suất hơi bão hòa theo nhiệt độ và tính toán, ta có nhiệt độtương ứng là nhiệt độ đọng sương ts = 35,06°C

Chênh lệch nhiệt độ đọng sương với nhiệt độ tác nhân sấy khi đi ra khỏi thiết bị sấy là:

t2 – ts = 38 – 35,06 = 2,94°C, chênh lệch nhiệt độ này là hợp lý

Hình 3.1: Đồ thị I – d biểu diễn ba điểm A, B, C của quá trình sấy lý thuyết

Đại

lượng

Trạng tháikhông khí ban đầu

(A)

Trạng tháikhông khí vào thiết bị

sấy (B)

Trạng thái khôngkhí ra khỏi thiết bị sấy

(C)

Bảng 3.1: Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực

1.9 Tính cân bằng vật chất cho tác nhân sấy (cân bằng theo lượng ẩm)

Coi lượng không khí khô đi qua máy sấy không bị mất đi trong quá trình sấy

Ta có, phương trình cân bằng vật chất theo lượng ẩm:

L0.d1 + W = L0.d2 (Suy ra từ công thức 7.13, Tr 131, [2])Lượng hơi ẩm bốc trong 1 giờ

(kg/h) (CT VII.18, Tr102, [4])Khối lượng vật liệu vào thùng sấy:

G1 = W + G2 (CT VII.17, Tr102, [4])Tăng lượng nhập liệu lên 10% để trừ hao trường hợp hư tổn trong quá trình sấy, lọc bỏcác loại vật liệu chưa đạt hiệu quả sấy để đảm bảo năng suất sau cùng:

G1 = 110%.(W + G2) = 110%.(233,766 + 1200) = 1577,143 (kg/h)

Lượng tác nhân sấy lý thuyết cần thiết

(kgkkk/h) (CT VII.21, Tr.102, [4])

Lượng không khí khô tiêu tốn cần thiết để làm bốc hơi 1 kg ẩm trong vật liệu

(kgkkk/kg ẩm bay hơi) (CT VII.20, Tr.102, [4])

Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

Bảng 3.2 Bảng tổng kết cho vật liệu sấy

G1: khối lượng vật liệu vào thùng sấy (kg/h) 1577,143

G2: khối lượng vật liệu ra khỏi thùng sấy (kg/h) 1200

Gk: khối lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg/h) 1214,4

lo: lượng không khí khô để bốc hơi 1 kg ẩm (kgkkk/kg ẩm) 58,888

L0: lượng không khí khô để bốc hơi W kg ẩm (kgkkk/h) 13765,981

Bảng 3.3 Bảng tổng kết cho tác nhân sấy

Sau khi ra khỏi calorifer 80 0,019 6,46 130,768Sau khi ra khỏi buồng sấy 38 0,036 84,5 130,768

1.10 Cân bằng năng lượng trong quá trình sấy lý thuyết

Ta gọi:

Nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường

tv1 = t0 = 27°CNhiệt độ cuối của vật liệu sấy khi ra khỏi thiết bị sấy

tv2 = t2 – (5 ÷ 10)°C = 38 – 5 = 33°C (Tr.141, [2])Nhiệt dung riêng của vật liệu, coi như không đỗi trước và sau khi sấy

Cv = Cv1 = Cv2

Nhiệt dung riêng của nước Cn = 4,182 (kJ/kg.K) (Tr.29, [1])

Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm 2

Cv = Ck.(1 – 2) + Cn.2 (kJ/kg.K) (CT 7.40, Tr.141, [2])Trong đó: Ck là nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối

Ck = 9.10-5.(tv2)2 + 0,019.tv2 + 1,35 = 2,075 (kJ/kg.K)

=> Cv = 2,075.(1 – 0,08) + 4,1816.0,08 = 2,244 (kJ/kg.K)Trong quá trình sấy lý thuyết được hiểu là quá trình sấy mà tổn thất do vật liệu sấy mang

đi (Qv), tổn thất do thiết bị truyền tải mang đi (Qct), tổn thất ra môi trường (Qmt) đều bằngnhau và bằng không, đặc trưng của quá trình sấy lý thuyết là I1 = I2 = const

Qv = Qmt = QCT = 0Cân bằng nhiệt cho toàn bộ thiết bị sấy lý thuyết, ta được nhiệt lượng tiêu hao chung:

Q0 = L0(I1 – I0) = L0(I2 – I0) = 13765,981(130,768 – 75,695)

= 758124,98 (kJ/h) = 210,59 kW (CT 7.15, Tr.131, [2])Nhiệt lượng tiêu hao riêng:

(kJ/kg ẩm) (CT 7.16, Tr.131, [2])

Như vậy, nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết chỉ đủ bù đắp cho tổn thấtnhiệt do tác nhân sấy mang đi và nhiệt lượng có ích để làm bay hơi 1kg ẩm

1.11 Cân bằng năng lượng trên thực tế

1.11.1.Phương trình cân bằng nhiệt trong quá trình sấy thực

+ Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy

Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhân được từ caloripher sưởi cung cấp: Q = L x (I1 – I0) Nhiệt lượng do thiết bị chuyển tải mang vào GCT.CCT.tCT1

Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: G1.Cv1.tv1

Nhiệt lượng bổ sung QBS, về nguyên tắc có thể có nhiệt lượng bổ sung QBS được đưa trựctiếp vào thiết bị sấy Tuy nhiên, phần lớn các hệ thống sấy hiện nay không dùng nhiệtlượng bổ sung Vì vậy, dưới đây trình bàu cân bằng nhiệt với QBS = 0

+ Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy

Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang ra: L.(I2 – I0)

Nhiệt lương tổn thất ra ngoài môi trường qua kết cấu bao che Qmt

Nhiệt lượng tổn thất do thiết bị chuyển tải GCT.CCT.(tCT2 - tCT1), trong hệ thống sấy thùngquay không sử dụng bộ phận vận chuyển vật liệu sấy, do vậy không tham gia vào quátrình trao đỗi nhiệt, nên không phải tính đến lượng nhiệt này

Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra G2.Cv2.tv2

1.11.2.Phương trình cân bằng nhiệt lượng

Q = L0(I1 – I0) = L0(I2 – I0) + Qmt + Qv – W.Ca.tv1

Nếu viết cho một kg ẩm cần bốc hơi thì chia cả hai vế đẳng thức trên cho W ta lấy dạng:

q = l0(I1 – I0) = l0(I2 – I0) + qmt + qV - Ca.tv1

Đặt: ∆ = Ca.tv1 – qmt – qv là nhiệt lượng bổ sung trong quá trình sấy thực

3.1.1.1 Nhiệt lượng tổn thất qua vỏ thiết bị ra môi trường xung quanh q m

+ Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của thùng sấy

Trong đó:

là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu cưỡng bức (W/m2.độ)

là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự nhiên (W/m2.độ)

k là hệ số điều chỉnh tính đến độ nhám, chọn k = 1,2

+ Nhiệt độ trung bình của không khí vào máy sấy

°CTra bảng và tính toán độ nhớt động học của không khí trong máy sấy theo ttb = 59°C

Ta được ν = 18,868.10-6 (m2/s)

Ta có, thời gian sấy

Thể tích thùng sấy

V = (CT 10.3, Tr.208, [2])Trong đó:

V là thể tích thùng sấy (m3)

G1 là khối lượng nguyên liệu đưa vào thiết bị sấy (kg/h)

là thời gian sấy (h)

Khi đó đường kính thùng sấy được xác định

Vậy (m)Chọn D = 2m => L = 3,5D = 3,5.2 = 7 (m)+ Thể tích thùng sấy thực tế của thùng có đường kính 2m và chiều dài 7m là:

+ Tiết diện tự do của thùng sấy

(m2) (Tr.219, [2])+ Tốc độ tác nhân sấy lý thuyết

(m/s) (Tr.219, [2])Chế độ chảy của tác nhân sấy trong thiết bị

+ Chuẩn số Reynolds

(CT V.36, Tr.13, [4])Trong đó:

ν = 18,868.10-6 (m2/s) là độ nhớt động học của không khí tại ttb = 59°C

D là đường kính của thùng sấy

Suy ra:

+ Chuẩn số Nuselt đối với chất khí

Vì Re > 104 nên tác nhân sấy chuyển động với chế độ chảy xoáy (rối) (Tr.13, [4])

Khi đó, đối với không khí:

Nu = 0,018.ɛ1.Re0,8(CT V.42, Tr.16, [4])Với:

C là hằng số, phụ thuộc vào loại khí

T là nhiệt độ tuyệt đối của không khí (°K) (ở đây là tại 59°C)

Tra bảng I.122, trang 124 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 1, ta được: