12 Chương 2: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ SẤY KHÍ ĐỘNG SẤY TINH BỘT SẮN ..... Trong qúa trình sấy ta phải chọn hệ thống sấy và phương pháp sấy nào dảm bảo được chất lượng
NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH TINH BỘT SẮN VÀ CÔNG NGHỆ SẤY TINH BỘT SẮN
CÔNG NGHỆ SẤY TINH BỘT SẮN
1.1 Nguồn gốc của tinh bột sắn
Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) được du nhập vào nước ta từ đầu thế kỷ 19 theo [15], nhanh chóng trở thành cây lương thực chủ lực của nhiều vùng, đặc biệt là vùng đồi núi Sắn là nguồn lương thực quan trọng và có tiềm năng phát triển lâu dài nhờ lợi ích trong sản xuất tinh bột, làm thức ăn gia súc và là nguyên liệu cho quá trình chế biến các sản phẩm như ethanol, đường, bột ngọt và tinh bột Quan niệm về sản xuất sắn đã có nhiều thay đổi khi nhận ra triển vọng kinh tế và ứng dụng rộng rãi của sắn trong các ngành công nghiệp chế biến.
Năm 2013, diện tích trồng sắn toàn quốc đạt 551,30 ngàn ha, năng suất củ tươi bình quân 18,55 tấn/ ha, sản lượng 10,2 triệu tấn (Tổng cục Thống kê Việt Nam,
Đến năm 2013, theo nguồn tham khảo [16], so với năm 2000, sản lượng sắn Việt Nam đã tăng khoảng 3,93 lần và năng suất sắn tăng gấp đôi; tuy nhiên, năng suất sắn của Việt Nam vẫn thấp hơn một số nước Đông Nam Á như Lào (25,17 tấn/ha), Indonesia (22,86 tấn/ha) và Thái Lan (21,82 tấn/ha).
Hiện nay, sắn được trồng tại khoảng 100 quốc gia trên toàn thế giới với các quy mô canh tác rất khác nhau Sản lượng sắn toàn cầu duy trì ở mức khoảng 250 triệu tấn mỗi năm trong nhiều năm gần đây Sản xuất sắn đang bùng nổ ở các nước Đông Nam Á song song với nhu cầu lương thực ngày càng tăng ở châu Phi Nigeria là quốc gia sản xuất sắn hàng đầu thế giới, với sản lượng sắn củ tươi đạt 57,56 triệu tấn năm 2012 Theo FAO, xuất khẩu sắn trên thị trường thế giới năm 2012 tăng khoảng 30% do nhu cầu làm nhiên liệu sinh học. -**Support Pollinations.AI:** -🌸 **Ad** 🌸Powered by Pollinations.AI free text APIs [Support our mission](https://pollinations.ai/redirect/kofi) to keep AI accessible for everyone.
Trong bối cảnh nhu cầu của Trung Quốc tăng cao, Thái Lan là nước xuất khẩu sắn hàng đầu thế giới với 11,65 triệu tấn và Việt Nam đứng thứ hai với 2,4 triệu tấn Năm 2012, tổng sản lượng xuất khẩu của Thái Lan và Việt Nam chiếm 85% thị phần sắn xuất khẩu toàn cầu.
Cây sắn phát triển rễ và rễ ngang, hình thành củ sắn và tích lũy tinh bột; tinh bột là thành phần vật chất có ý nghĩa của cây sắn, được tách ra khỏi khối liên kết với xơ và thịt của củ sắn Hình 1.1 minh họa về củ sắn.
Bảng1: thành phần cấu tạo của củ sắn tính theo vật chất khô [17]
.Tro toàn phần không lớn hơn
Sợi xơ (cenlyloza) không lớn hơn
1.2 Cấu tạo của tinh bột
Tinh bột chiếm phần lớn trong thịt củ, lên tới khoảng 95%, tồn tại dưới dạng liên kết vật lý bền chặt với xơ ở dạng các mạch xoắn theo biên dạng hình học của xơ thịt củ Khoảng 4–5% tinh bột còn lại tập trung ở phần vỏ lụa của củ.
Cấu trúc trúc hóa học của tinh bột sắn thuộc lớp đường tổng hợp : (C6H O )10 5 n
Tinh bột thuần khiết có kích thước từ 5÷80μmm không hòa tan vào nước khi chưa làm thay đổi tính chât hóa lý của nó.
Nhiệt hồ hóa của nó khoảng từ 55÷ 60°C [14] Đây là một tính chất quan trọng cần phải chú ý trong quá trinh sấy.
Tinh bột sắn đóng vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực, được dùng làm thức ăn cho chăn nuôi và làm nguyên liệu cho các sản phẩm như bột ngọt, cồn, maltodextrin, lysine và acid citric Nó còn được chế biến thành siro glucozơ và đường glucozơ tinh thể, tham gia vào quá trình sản xuất mạch nha giàu malto, và là thành phần không thể thiếu trong các loại bánh kẹo, mì ăn liền và miến.
1.3 Liên kết ẩm trong tinh bột sắn
Trong tinh bột, liên kết ẩm hấp phụ và liên kết hóa học chiếm khoảng 10%, và quá trình tách ẩm dẫn đến biến đổi phức tạp của sản phẩm Trong quá trình chế biến tinh bột, ẩm cần tách chủ yếu là ẩm bề mặt, tức là ẩm dính ướt vào bề mặt vật; đặc điểm của liên kết này dễ tách.
Bảng 2: chỉ tiêu chất lượng của tinh bột sắn
Chỉ tiêu chất lượng Tiêu chuẩn việt nam TCVN
.Hàm lượng trong tổng số (%)
.Hàm lương protein cao nhất
1.4 Quy trình sản xuất tinh bột sắn
Hình 1.2 sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn [14]
Nguyên liệu sắn được bóc vỏ từ kho chứa, xe xúc đưa vào phễu phân phối và từ đây sắn được chuyển lên thiết bị tách vỏ nhờ băng tải cao su.
Thiết bị tách vỏ sắn được cấu tạo từ các thanh sắt song song ghép thành một rọ tròn rỗng với khe hở cho bụi đất, tạp chất và vỏ gỗ thoát ra ngoài Bên trong có các gờ hình xoắn được bố trí quanh tâm và một động cơ do công nhân điều khiển để điều chỉnh lượng sắn đưa vào thiết bị rửa Khi động cơ quay, thiết bị quay theo nhờ lực ma sát giữa sắn với thành thiết bị và giữa các củ với nhau, khiến vỏ gỗ và đất đá bị loại bỏ, còn sắn tiếp tục đi qua thiết bị rửa.
Hình1.3 hệ thống máy bóc và làm sạch vỏ
Thiết bị rửa gồm hai thùng chứa hình máng, bên trong có các cánh khuấy giúp khuấy trộn và vận chuyển sắn lên băng tải Phía trên lắp đặt hệ thống vòi phun nước để rửa nguyên liệu, phía dưới có các lỗ thoát đất đá, vỏ và nước ra ngoài Cấu tạo này giúp sắn được làm sạch hiệu quả và chuẩn bị cho các công đoạn tiếp theo trong quy trình chế biến, nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Hình 1.4 máy rửa củ động cơ 3 Cánh khuấy vỏ máy 4 Trục khuấy
Sau khi xả xuống thùng, củ sắn được đảo trộn nhờ các cánh khuấy gắn trên hai trục quay kết nối với động cơ Nhờ va đập giữa cánh khuấy và củ sắn, các vòi phun nước trên phía trên phun nước rửa sạch củ sắn Sau khi được rửa sạch, củ sắn được cánh khuấy đẩy lên băng tải cao su để vận chuyển đến thiết bị băm mài.
Sau khi sắn được rửa sạch, nó được đưa bằng băng tải đến máy băm Quá trình chặt khúc nguyên liệu diễn ra bên trong máy băm, với bộ phận chính là các dao gắn chắc vào trục quay và được truyền động bởi động cơ Dưới đáy thiết bị là các tấm thép đặt song song với nhau, tạo thành các khe hở có kích thước đúng bằng độ dày của lát cắt và ngăn nguyên liệu rơi xuống trước khi được chia nhỏ thành các khúc.
Nguyên liệu sau khi được chặt thành nhiều khúc nhỏ sẽ lọt qua các khe hở ở đáy thiết bị và rơi vào máy mài.
Quá trình mài xát được thực hiện trong máy mài Cấu tạo của máy mài gồm một khối kim loại hình trụ tròn có mặt ngoài được khắc các răng cưa nhỏ; phía ngoài trục có lớp vỏ thép cứng chịu lực khi máy hoạt động Do bề mặt tang quay của máy mài và bản thân máy mài cũng có dạng răng cưa, các răng cưa này tạo ra lực nghiền và mài xát làm nhỏ nguyên liệu.
Nguyên liệu sau khi qua máy mài rồi rơi vào hầm chứa chờ bơm qua bộ phận tách xác.
Dịch sữa tinh bột thu được từ máy mài sẽ được bơm qua thiết bị tách xác thô. Tại đây sơ bã và các phân tử lớn sẽ bị giữ lại trên lưới lọc để đưa sang máng rồi hòa với nước sạch đem đi lọc rồi chiết lần cuối nhằm thu hồi triệt để lượng tinh bột còn lại trong bã Còn dịch sữa tinh bột lọt qua lưới lọc chảy vào thùng chứa chờ bơm đi tách dịch bào lần 1 Dịch sữa bột trong giai đoạn này người ta hiệu chỉnh nồng độ chất khô trong khoảng 3 -5 Be.
TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ SẤY KHÍ ĐỘNG SẤY TINH BỘT SẮN
Chọn chế độ sấy
Chọn chế độ sấy đối lưu, không khí nóng chuyển động với vận tốc lớn cuốn theo tinh bột, không khí nóng và tinh bột thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm Trong quá trình này cần phải chú ý đến nhiệt độ hồ hóa của tinh bột trong quá trình sấy phải đảm bảo nhiệt độ của tinh bột không được quá 70 o C.
Tốc độ của không khí trong quá trình sấy là ω m/s, sau đó ta sẽ tính kiểm tra lại khi tính nhiệt quá trình sấy. τs, w1 w2 t1 t2 ω
Tốc độ đốt nóng hạt tinh bột trong quá trình sấy 200 o C/phút
2.5 Tính toán các kích thước cơ bản của hệ thống
Dựa vào tiêu chuẩn Re và tiêu chuẩn Phêđôrov để tính tốc độ ω1
Theo tiêu chuẩn Phêđôrov, dtd là đường kính tương đương của tinh bột khi đưa vào ống sấy Do tinh bột ở dạng nhão nên các hạt tinh bột kết dính lại thành các cục tinh bột có đường kính lớn hơn, vì vậy dtd = 0,009 mm ρ là khối lượng riêng của tinh bột, ρ_v = 20 kg/m³ khi đưa vào sấy ρ_k là khối lượng riêng của không khí ν_k là độ nhớt động học của không khí g là gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s².
Nhiệt độ trung bình của không khí t = 0,5.( t + t ) = 115 1 2 o C tra bảng thông số vật lý của không khí khô ta được: ρk = 0,897 kg/m 3 νk = 24,7 10 -6 m 2 /s
Ta có theo tài liệu [2/259]khi Re > 100 thì ta tính ω1 theo công thức:
Chọn tốc độ làm việc w theo tốc độ tới hạn[2/261]: w = (1,3÷1,6) w1 nên ta chọn w = 15 m/s là thoải mãn
5.2 Chiều dài cơ bản của ống sấy
Chiều dài cơ bản của ống sấy[2/261]:
TÍNH TOÁN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY KHÍ ĐỘNG
Lượng ẩm cần bốc hơi: W
Là lượng ẩm cần bốc hơi trong một đơn vị thời gian.
G2: khối lượng sản phẩm ra khỏi thiết bị sấy
G = 120 tấn/ngày, đêm.G = 5000kg/h 2 2 Độ ẩm ban đầu ω1 = 38% Độ ẩm cuối ω2 %.
3.2 Khối lượng tinh bột đưa vào hệ thống sấy
3.3 Tính toán quá trình sấy lý thuyết
3.3.1 Tính toán thông số vật lý của không khí tại các điểm hình 3.1 đồ thị I-d [3]
Theo điều kiện khí hậu ta chọn:
•• t0 = 20℃ φ0 = 85% Điểm O = t0 ∩ φ0 nhiệt độ 20 o C ta có:
Độ chứa ẩm của không khí: φ×PP obh 0,85.0,023
I0= 51,4 kJ/kgkkk Điểm 1= t (d =d =constand) do quá trình (0-1) là quá trình gia nhiệt nên1 1 0 có độ chứa ẩm không đổi ta có:
P 1bh (ρd +0,622) 1 6,117(ρ0,0124+0,622) Điểm 2=t 2∩(I 2=I = cons’t) do quá trình bay hơi đoạn nhiệt1 tacó:
I =I = 194,82 kJ/kgkkk 2 1 Độ chứa ẩm:
3.3.2 Lượng không khí khô lý thuyết
• Lượng không khí khô cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm
• Lượng không khí khô cần thiết để làm bay hơi W kg ẩm/s.
3.3.3 Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết
Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm q = l (I -I ) = 28,57.( 194,82– 51,4) = 4097,51 kJ/kg ẩm 0 0 1 0
Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi W kg ẩm/s.
3.4 Tính toán sơ bộ các kích thước cơ bản của ống sấy
3.4.1Đường kính của ống sấy
Vk: Lưu lượng thể tích khí trong ống sấy
L : lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy L ,64 kg/s0 0
1 1 v : thể tích riêng của khí trong ống sấy v =k k = = 1,115 ρ k 0,897
Vk= 16,64.1,115= 18,55 m 3 /s w : tốc độ không khí trong ống sấy w = 15 m/s.k k
3.3.4.2 Tính chiều dài ống sấy
Chiều dài phần bổ sung của ống sấy (để tính đến phần hai đầu của ống
• Chiều dài của ống sấy:
4 Tính toán quá trình sấy thực
4.1 Xây dựng quá trình sấy thực và xác định lượng không khí khô cần
Hình 3.2 mô tả dòng nhiệt trong quá trình sấy
Từ phương trình cân bằng nhiệt thiết bị sấy[3]:
Q + Q + LI + G C t + WC t + G C t = G C t + G C t + Q + LIbs 0 2 m m1 n m1 vt vt m1 2 m m2 vt vt m2 5 2
+ Q = L( I - I ) - Tổn thất nhiệt theo tác nhân sấy.2 2 0
+ Q = G C (t -t ) - Tổn thất nhiệt theo vật liệu sấy. m 2 m m2 m1
+ Q = G C (t - t ) - Tổn thất nhiệt do thiết bị vận chuyển. vt vt vt m2 m1
+ WCntm1 : Nhiệt hữu ích mang vào theo ẩm.
Chia 2 vế phương trình (*) cho W ta có: q +q = q - C t + q + q + q bs 2 n m1 m vt 5 (3)
Theo quá trình sấy lý thuyết: q = l (I -I )1 0
Thay vào phương trình (3): q + l (I -I ) = l (I -I ) - C t + q + q + qbs 1 0 2 0 n m1 m vt 5
2 1 bs n m1 m vt 5 Đặt = q + C t bs n m1 – q - q - q : tổn thất nhiệt phụ để làm bay hơi 1 kg ẩm m vt 5 l (I -I ) = 2 1
⇒ I 2 = I 1 + : entanpi cuối quá trình sấy thực.Δ (3.6) l
Xây dựng quá trình sấy thực trên đồ thị I-d :
Hình 3.3 đồ thị I-d quá trình sấy thực
Từ một điểm C 0 I = I = const, vẽ đường thẳng song song trục I Trên đường1 thẳng này ta đặt doạn C E thoả mãn đẳng thức:0 0
Liên kết B (điểm biểu diễn trạng thái tác nhân sấy trước khi sấy) với đường E tại thời điểm t0 và cắt tại điểm C; điểm C chính là trạng thái của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực tế.
0 thì E0 nằm dưới C0 Đối với tác nhân sấy trong thiết bị khí động này ta có:
= C - q - q (nhiệt có ích- tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi- tổn
n 1i m 5 thất nhiệt ra môi trường)
3.4.2 Tính tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra
Tổn thất này là do khi vật liệu sấy đưa vào với nhiệt độ thấp khi ra có nhiệt độ cao.
Nhiệt độ vật liệu sấy lấy theo điều kiện: t = t v2 2 – (7÷12) 0 C, ở đây ta lấy : t = v2 70-10 = 60 0 C ,
Cv: nhiệt dung riêng của tinh bột sắn[2/21], C = 1,381+0,0218ω (3.8) C= 1,381+0,0281.0,12=1,384 kJ/kgđộ t : nhiệt độ vật liệu sấy đưa vào t 0 0 = 20℃
W: lượng ẩm cần bốc hơi W 96,774kg/h
4.3 Tổn thất nhiệt ra môi trường q 5
Để thao tác vệ sinh an toàn và không bị bỏng, nhiệt độ bề mặt ngoài của ống sấy được chọn trong khoảng 40–50°C, cụ thể t = 40°C; nhiệt độ môi trường t = 20°C Hệ số tỏa nhiệt từ mặt ống ra ngoài không khí theo điều kiện chảy rối được xác định bởi α2 = 1,715·(t − t_f2)^{0,333} (W/m^2K) theo tài liệu [2/145] Với t = 40°C và t_f2 = 20°C, α2 = 1,715·(40 − 20)^{0,333} ≈ 4,65 W/m^2K d3 là đường kính ngoài cùng của ống sấy.
lớp tôn bọc ngoài lớp cách nhiệt bông thủy tinh
3 lớp thép làm ống sấy t f2 t f1 t w3 t w2 t w1 d 1 d 2 d 3 hình 3.4 cấu tạo của ống sấy Theo phương trình cân bằng nhiệt cho dòng nhiệt đi qua 1m chiều dài ống trụ ta có: q =q =q =qmt 1 2 3 qmt: mật độ dòng nhiệt tỏa ra từ bề mặt ống ra môi trường tính cho 1m chiều dài ống : q =α (t -t )π.d (W/m) (3.11) q1: mật độ dòng nhiệt do dòng không khí chuyển động tỏa ra cho bề mặt mt 2 w3 f2 3
Trong tính toán nhiệt cho ống với chiều dài 1 m, q1 được xác định theo công thức q1 = α1 f1 w1 (t1 − t2) π d (W/m); α1 là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa tác nhân sấy và bề mặt trong của ống Với vận tốc tác nhân sấy w = 15 m/s (vượt mức 5 m/s theo tài liệu [2/144]), α1 được tính bằng α1 = 7,5 w^0,78 = 7,5 × 15^0,78 ≈ 62 W/m^2K Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong ống được lấy là t̄ = 0,5 (t1 + t2).
115 0 C tw1: nhiệt độ của bề mặt trong của vách ống d1: đường kính trong của ống
+ q2 : mật độ dòng nhiệt truyền qua 1m chiều dài vách ống theo [1], w/m
Để mô tả sự truyền nhiệt qua ống thép có lớp cách nhiệt, ta dùng mô hình dẫn nhiệt cho ống tròn Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống được ký hiệu λ1, với thép có λ1 = 46 W/mK Nhiệt độ bề mặt ngoài vách giữa lớp thép và lớp cách nhiệt được ký hiệu tW2 Đường kính ngoài của ống thép được ký hiệu d2 và đường kính trong d1 Công suất truyền nhiệt theo chiều dài L của ống được tính bằng Q = (2πL λ1 ΔT) / ln(d2/d1), với ΔT = T_in − T_out là chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong ống và môi trường bên ngoài Việc xác định d2 và d1 cho phép tính ln(d2/d1) và từ đó ước lượng lượng nhiệt thông qua ống.
+q3: mật độ dòng nhiệt truyền qua 1m chiều dài lớp cách nhiệt theo [1]
(ρt w2 −t w3 ) q3 = 1 d 3 (3.15) πλ 2 ln d 2 2 λ 2 hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh, λ = 0,04 2
Do lớp tôn bọc ở ngoài rất mỏng nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của lớp này d3 tính theo công thức: d = d + 2δ + 2δ
3 1 1 δ1: chiều dầy ống sấy δ2:chiều dầy lớp cách nhiệt
Lấy δ1 = 6mm sẽ kiểm tra lại trong phần tính toán cơ khí
Và lấy δ2 theo chiều dầy lớp cách nhiệt tiêu chẩn
Bảng 3 Số liệu tính toán
Theo từ bảng số liệu tính toán ta được:
Vậy tổn thất nhiệt ra môi trường:
(3.18) mt mt q5= 3 ,6 푄 푄푄= 3,6×P20743,47
Ca: nhiệt dung của nước
4.5 Xác định thông số trong quá trình sấy thực
Hình 3.5 đồ thị I-d của quá trình sấy thực[3]
Tính toán entanpi và độ chứa ẩm:
′ d 2 = 46,36g/kgkk Độ ẩm tương đối φ 2 ’ :
3.4.6 Lượng không khí tiêu hao trong quá trình sấy thực
Lượng không khí thực tế để làm bay hơi 1kg ẩm
Lượng không khí thực tế để làm bay hơi W kg ẩm/h
4.7 Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực tế
Lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi 1kg ẩm: q=l.(I -I ) = 29,4.(194,82-51,4) = 4216,55 kJ/kgẩm 1 0 (3.23) Lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi W kgẩm/h
4.8 Hiệu suất của thiết bị q 1 η = q (3.24) q1: nhiệt lượng có ích: q = i - C t = (2493+1,97t ) - C t a v1 (3.25)
1 2 a v1 2 i : entanpi của hơi ẩm ra khỏi ống sấy, i =(2493+1,97t ) kJ/kg ẩm2 2 2 q1= (2493 +1,97.70) – 4,186.20 = 2547,18 kJ/kgẩm η= 2 547,18 = 0,6041
3.4.9 Tính sai số kiểm tra quá trình tính toán
Tính theo phương trình cân bằng nhiệt ta có: q’ = q 1+ q + q2 mt (3.26) q1: nhiệt lượng có ích: q = i – C t = ( 2493 + 1,97t ) - C t a v1
1 2 a v1 v2 q1 = ( 2493 + 1,97 60) – 4,186.20 = 2527,48 kJ/kgẩm q2: tổn thất do tác nhân sấy mang đi; q = l.C.(t 2 2– t ) = 29,4.(70 - 20) = 1470 kJ/kgẩm0
Vậy sai số tương đối trong quá trình tính toán: q − q' ε = = | 4 216,55−4031,55
Với sai số như trên thì kết quả tính toán được xem là đúng
4.10 Tính lại kích thước của ống sấy
Q’: tổng nhiệt lượng đốt nóng vật liệu sấy Q và nhiệt lượng có ích Q :v 1
Q’ = 276801 + 5340861 = 5617662 kW α: hệ số trao đổi nhiệt giữa dòng tác nhân sấy và dòng vật liệu sấy xác định theo thực nghiệm theo giới hạn Fe:
Nu = 0,83Fe 0,74 = 0,83.269,157 0,74 = 52,15 λ k : hệ số dẫn nhiệt của không khí ta có t = 115 tb o C nên ta tra được λ k =0,0326 W/mK
F: Tổng bề mặt của n hạt:
F = = = 297619,05 m 2 /h (3.30) d td v 9.10 −5 1120 Δt: độ chênh nhiệt độ trung bình giữa dòng tác nhân sấy và dòng vật liệu sấy: ( t − t )−( t − t ) ( ) Δt = 160 − 20 − (70 − 60) = 49,26 0 C
τs, = = 6,94 s ≈ τs, chọn nên không cần tính lại các kích
3.4.11 Tính tổn thất áp suất theo chiều dài ống
P: tổng tổn thất áp suất của thiết bị sấy, Pa
PL: trở lực ma sát của đường ống sấy và đường ống dẫn tác nhân sấy, Pa
PV: tổn thất trong ống sấy theo chiều cao của ống
P : tổn thất áp suất do ma sát của hạt vật liệu tác động, Pa z
∆PG: tổn thất do chiều cao đẩy chất rắn, Pa
∆Pc: tổn thất do trở lực cục bộ, Pa ρ L
L: chiều dài ống sấy, m d: đường kính trong của ống sấy , m ρ: khối lượng riêng của không khí, kg/m 3 w: tốc độ của không khí f: hệ số trở lực ma sát
Reynolds của khí là: vDρ 15.1,3.1,029
Re = = = 9,555 10 6 (3.35) μ Độ nhỏm của ống sấy R= 20 àm vậy ta cú hệ số ma sỏt
• ρ∗: khối lượng riêng tương đối Chỉ số Froude liên quan tới vận tốc khí v 15
1 Fr b μ = 1 0 a a,b phụ thuộc vào kích thước hạt a = 1,44d + 1,96 = 1,44.9 10 −3 + 1,96 = 1,97 b = 1,1d+2,5 = 1,1.9 10−3+2,5 = 2,51 μ = 1 4,28 2,51 = 0,412
• λz ∗: hệ số ma sát của vật liệu Theo Konno và Saito hệ số ma sát của vật liệu
2 ξ: hệ số trở lực cục bộ ξ = 0,9 ρv 2 1,029.15 2
Suy ra tổng tổn thất thiết bị:
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
Lựa chọn vật liệu chế tạo thiết bị
Chọn vật liệu chế tạo là Thép 201 với các thông số đi kèm như sau:
4.2 Tính chiều dày của ống sấy
P: áp suất làm việc của quá trình, P=1 (at) = 101325 (N/m²).
D: đường kính ống, m. φ: hệ số bền của mối hàn.
[σ]: ứng suất cho phép của vật liệu, N/m².
Giới hạn bền kéo: σk = 685 (ρMPa).
Giới hạn bền chảy: σc = 292 (ρMPa). Ứng suất kéo và chảy cho phép của vật liệu: σ k
Trong đó theo n k = 2,6; n c = 1,5; η = 1 Suy ra:
1,5 Ứng suất cho phép của vật liệu là: 194,47 10 6 (ρPa)
Suy ra: bỏ qua thành phần áp suất dưới mẫu trong công thức tính bề dầy của ống sấy.
Độ dư ăn mòn được xác định dựa trên tuổi thọ của thiết bị (thường chọn 15–20 năm) và tốc độ ăn mòn của vật liệu Để đảm bảo tính an toàn và độ tin cậy, các tham số dư được đặt như sau: c1 = 1 mm là độ dư cho phép tối thiểu để bù vào dung sai âm và độ không chính xác khi gia công tấm vật liệu; c2 = 2 mm là độ dư do bào mòn thiết bị; và c3 = 1 mm là độ dư cho các yếu tố còn lại của quá trình sản xuất.
Kiểm tra bền theo áp suất thử:
Pth: áp suất thử thủy lực.
Tra bảng suy ra: Pth = 1,25P
Vậy chiều dầy ống là S=6mm
4.3 chọn bích nối ống sấy
Hình 4.1 bích thiết bị Bulong và bích đều được làm từ thép SUS 201 Với các thông số như sau:
D D b D1 Do Bulông h δđệm db z mm cái
• Khối lượng ống sấy m = 10008 kg Tải trọng tác dụng lên tai treo:
Số lượng tai treo 4 cái tải trọng tác dụng lên 1 tai treo 2,5.10 4 N
Chọn tai treo với thông số trong bảng sau:
Hình 4.2 tai treo Bảng 4 Thông số tai treo
Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ TRỢ
Thiết bị Cyclone thu hồi tinh bột
Các thông số đầu vào
• Ta có lưu lượng khí cần xử lý
Cách tính các kích thước cơ bản của xyclon và ống trung tâm:
Nếu kênh dẫn có tiết diện hình chữ nhật với kích thước b/a = (1,5÷2) thì bán kính trung tâm R1 nên lấy theo quan hệ:
Tính đường kính của xyclon D xác định theo công thức thực nghiệm sau[2/320]:
Trong hình 5.1 Cyclone, công thức (5.1) mô tả đường kính hạt tinh bột D dựa trên các tham số φ, C và ρk; dv là đường kính hạt tinh bột, ρv là khối lượng riêng của một hạt, ρk là khối lượng riêng của tác nhân sấy, và a là chiều rộng tiết diện kênh dẫn Hệ số hình dáng φ xác định theo hình dạng hạt: với hạt tròn φ = 2,75, còn với hạt có hình mảnh φ = 3,94 Các tham số trên liên kết với nhau để góp phần phân tích và thiết kế quá trình lọc và phân tách trong cyclone, được minh họa trong hình 5.1.
Kích thước cơ bản của xyclon.
Trong thiết kế hệ xyclon, các tham số chính được xác định như sau: D1 là đường kính ống trung tâm; h1 là đường kính phần bé nhất của phễu; h2 là chiều dài phần ống trung tâm cắm vào xyclon; h3 là chiều cao phần trụ của xyclon; và b là chiều dài tiết diện kênh dẫn vào xyclon Những tham số này quyết định lưu lượng và hiệu suất phân ly: D1 ảnh hưởng đến khả năng thông khí của ống trung tâm, h1 xác định kích thước tối ưu của phễu, h2 cho độ sâu lắp đặt của ống trung tâm vào xyclon, h3 xác định chiều cao trụ và b ảnh hưởng đến đường vào của luồng qua kênh dẫn.
Xác định chiều dài ống trung tâm cắm vào xyclon h1
Tính chiều cao phần hình trụ của xyclon h2: h = h + 2a , m (5.3)
Tính chiều cao phần côn của xyclon:
2 Với tgm hệ số ma sát.
Do lưu lượng khí cần xử lý lớn nên ta sử dụng hệ thống Xyclone tổ hợp với 4 Cyclone
Lưu lượng 1 Cyclone cần xử lý: V858,25 m³/h
Thông số kích thước của Xyclone như sau[2/321]:
Trờ lực do cyclone gây ra là:
Theo ct tr.229 thiết kế hệ thống thiết bị sấy -TS Hoàng Văn Chước
Dc = 1,632√ (5.5) ΔP c với ξ = 110 hệ số trở lực
Chọn vật liệu chế tạo Cyclne thép 201, có khối lượng riêng ρ = 7860 kg/m 3 Chọn chiều dày cyclone t =4 mm vậy D = 1,208 mc n
2 Thiết bị lọc bụi tay áo
Các thông số đầu vào :
- Nồng độ bụi khí vào : Cb2 = 12 g/m 3
- Chọn khí nén để rũ bụi có áp suất : P = 3 atm
Tổng bề mặt lọc bụi :
S = V (5.7) v.η m 3 m 2 m 3 v: cường độ lọc , lấy v = 150 m 2 h η: Hiệu suất làm việc của bề mặt , η = 85%
200.0,85 Chọn ống vải lọc bụi hình tròn có : đường kính d= 0,4 m
Chiều dài ống tay áo l= 3 m
Số tay áo cần là :
Trờ lực qua thiết bị lọc bụi : ΔPlb = A.ν n ( Pa)
A : hệ số thực nghiệm với từng loại vải kể đến độ hao mòn và bẩn A%…0,25 chọn A n: hệ số thực nghiệm , n=1,25 1,3 chọn n =1,25
Sơ bộ tổng tổn thất áp suất trong lá trình sấy gồm :
Tổn thất qua thiết bị sấy
Tổn thất qua lọc bụi tay áo ΣΔPP = 683 + 65000 + 7521 = 73204 Pa = 0,72 at Công suất của quạt
Hình 5.2 Các kiểu cấp liệu vật liệu sấy a- van trượt; b- van quay; c- Khay nạp bảng; d- vít tải; e- van côn; f- van chữ L
Chọn kiểu cấp liệu vít tải
Hình 5.4 Kiểu cấp vật liệu sấy vít tải
Tham khảo tài liệu [10] đưa ra các kích thước của Venturi kết nối như sau hình 5.5 Venturi kết nối
Thông qua đồ án thiết kế hệ thống sấy khí động, em ôn lại kiến thức lý thuyết đã học, nắm vững cách tính toán cân bằng vận chuyển vật liệu và làm quen với việc tìm tài liệu tra cứu để nhận ra mối quan hệ giữa lý thuyết và thực tế; dự án giúp em rèn luyện kỹ năng tiếp cận tài liệu, xác định phương pháp tính toán và đánh giá sự phù hợp giữa lý thuyết và thực tế Đối với hệ thống sấy khí động em thiết kế, các tính toán dựa chủ yếu vào các công thức thực nghiệm được ghi nhận trong nhiều tài liệu khác nhau; do trình độ còn hạn chế, việc dùng nhiều công thức có thể gây ra sai số trong quá trình tính toán, khiến kết quả mang tính lý thuyết và khó áp dụng trực tiếp vào thực tế.
Trong đồ án, các bộ phận chi tiết chính đã được tính toán đầy đủ để đáp ứng các yêu cầu của bản đồ án môn học Tuy nhiên, do tính toán mang tính lý thuyết nên để thiết kế được chính xác, cần phải tiến hành thử nghiệm và chọn chế độ làm việc tối ưu Do kinh nghiệm thực tế còn ít, có thể còn có những điều chưa thật hợp lý; em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô để hệ thống của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo TS Nguyễn Đặng Bình Thành - Bộ môn Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí, người đã đồng hành cùng em để hoàn thành đồ án Nhờ sự giảng dạy nghiêm túc, những góp ý sắc bén và sự hỗ trợ kịp thời của thầy Thành cùng tập thể thầy cô, em đã tích lũy được kiến thức và kỹ năng cần thiết cho đồ án này Những đóng góp của bộ môn Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí sẽ mãi là nguồn động lực và kim chỉ nam cho hành trình học tập và nghiên cứu của em.
Sinh viên thực hiệnTrần Văn Tướng