(Tiểu luận) đồ án kỹ thuật thực phẩm thiết kế thiết bị sấy bắp kiểu thùng quay, năng suất nhập liệu 2500kgh

- Trong tĩnh lực học: xác định bởi mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vậtliệu sấy cùng tác nhân sấy dựa trên phương pháp cân bằng vật chất và năng lượng, từ đó xác định được t

BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM

Thiết kế thiết bị sấy bắp kiểu thùng quay, năng suất

BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM

Thiết kế thiết bị sấy bắp kiểu thùng quay, năng suất nhập

và giúp chúng em hoàn thành đồ án đúng hạn.

Do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những thiếu sót trong bài báo cáo Emrất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô để báo cáo đồ án đạt đượckết quả tốt hơn cũng như rút kinh nghiệm cho các đồ án sau này

Cuối cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sựnghiệp của mình ạ

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 7

1.1 Tổng quan về nguyên liệu ngô 7

1.1.1 Nguồn gốc 7

1.1.2 Cấu trúc của hạt ngô 7

1.1.3 Thành phần hóa học 8

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bắp trong bảo quản: 8

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY 10

2.1 Tổng quan về sấy 10

2.1.1 Khái niệm chung 10

2.1.2 Thiết bị sấy 10

2.1.2.1 Phân loại thiết bị sấy 10

2.1.2.2 Nguyên lý thiết kế thiết bị sấy 11

2.1.2.3 Lựa chọn thiết bị sấy 11

2.1.3 Xác định các thông số của tác nhân sấy và tiêu hao nhiệt cho sấy 12

2.1.3.1 Nhiệm vụ của tác nhân sấy 12

2.1.3.2 Các loại tác nhân sấy 12

2.1.4 Chế độ sấy 12

2.1.4.1 Khái niệm và định nghĩa 12

2.1.4.2 Các thông số xác định chế độ sấy 13

2.1.4.3 Chọn chế độ sấy 14

2.1.5 Cấu trúc hệ thống sấy 15

2.1.5.1.Các bộ phận cơ bản của hệ thống sấy 15

2.1.5.2.Các dạng cấu trúc hệ thống sấy 16

2.1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 16

2.2 Giới thiệu hệ thống sấy thùng quay 17

2.2.1 Cấu tạo hệ thống thùng quay 17

2.2.2 Hệ thống sấy thùng quay 18

2.2.3 Nguyên lý làm việc 18

CHƯƠNG 3 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH 20

3.1 Các thông số ban đầu 20

3.2 Lượng ẩm được tách ra 20

3.3 Năng suất vật liệu sau khi ra khỏi thùng sấy 20

3.4 Lượng vật liệu khô tuyệt đối 20

CHƯƠNG 4 TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 21

4.1 Tính cân bằng nhiệt lượng sấy lý thuyết 21

4.1.1 Tính thông số của tác nhân sấy 21

5.1 Thời gian sấy 32

5.2 Nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt: 32

5.3 Thể tích thùng sấy 32

5.4 Đường kính thùng sấy 32

5.5 Chiều dài thùng quay 33

5.6 Tiết diện thùng sấy 33

5.7 Tốc độ tác nhân sấy lý thuyết: 33

5.8 Cường độ bay hơi ẩm 33

5.9 Thời gian lưu của vật liệu 33

5.10 Số vòng quay của thùng 33

5.11 Tính bề dày thùng cách nhiệt 34

5.11.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy 34

5.11.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh .35

5.11.3 Hệ số truyền nhiệt K 38

5.11.4 Bề mặt truyền nhiệt F 38

5.11.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhâ sấy và không khí bên ngoài: .38

5.11.6 Tính nhiệt lượng mất mát ra xung quanh 39

5.11.7 Kiểm tra bề dày thùng 39

5.11.8 Tính trở lực qua thùng sấy 40

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 42

6.1 Tính caloriphe 42

6.1.1 Số liệu chọn và tính kích thước 42

6.1.2 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình 43

6.1.2.1 Hệ số cấp nhiệt 44

6.1.2.2 Hệ số cấp nhiệt 45

6.1.3 Hệ số truyền nhiệt K 48

6.1.4 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước caloriphe 49

6.1.5 Trở lực qua caloriphe 49

6.2 Thiết kế bộ phần truyền động 50

6.2.1 Tính công suất quay thùng 50

6.2.2 Chọn tỷ số truyền động 50

6.2.3 Tính bộ truyền bánh răng: 52

6.3 Chọn kích thước cánh đảo 54

2

6.3.1 Chọn kích thước cánh đảo đầu thùng 54

6.3.2 Chọn kích thước cánh đảo trong thùng 55

6.4 Tính vành đai và con lăn đỡ 57

6.4.1 Tính tải trọng thùng sấy 57

6.4.2 Tính con lăn đỡ 59

6.5 Tính gầu tải nhập liệu 60

6.5.1 Chọn các chi tiết cơ bản của gầu tải 60

6.6 Tính băng tải tháo liệu 61

6.6.1 Năng suất của băng tải 61

6.6.2 Kích thước băng tải 62

6.7 Tính và chọn xyclon 62

6.8 Tính trở lực và chọn quạt 65

6.8.1 Thiết kế đường ống 65

6.8.2 Tính trở lực đường ống 67

6.8.2.1 Trở lực ma sát trên đường ống 67

6.8.2.2 Tính trở lực cục bộ 68

6.8.3 Tính trở lực cho hệ thống 71

6.8.4 Tính công suất và chọn quạt 73

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Hệ thống thiết bị sấy 18

Hình 2 Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng 36

Hình 3 Các kích thước cánh tròn 43

Hình 4 Các diện tích bề mặt của ống có cánh 45

Hình 5 Sơ đồ hệ thống truyền động cho thùng 51

Hình 6 Hình dạng một số cánh đảo trong thùng 55

Hình 7 Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng 56

Hình 8 Lực tác dụng lên con lăn đỡ 59

Hình 9 Xyclon đơn 64

Hình 10 Sơ đồ đường ống của hệ thống sấy 67

4

DANH MỤC BẢNG BIỂ

Bảng 1 Thành phần hóa học của ngô 8

Bảng 2 Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết 24

Bảng 3 Độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy 25

Bảng 4 Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế 29

Bảng 5 Lưu lượng và khối lượng riêng không khí sấy tại các điểm của quá trình sấy thực 30

Bảng 6 Quan hệ giữa hệ số M trong với đường kính hạt d (mm) 32

Bảng 7 Các hệ số của không khí bên trong thùng sấy 34

Bảng 8 Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy 35

Bảng 9 Các bề dày thùng và vật liệu 36

Bảng 10 Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng 39

Bảng 11 Hệ số bổ sung kích thước 40

Bảng 12 Chọn kích thước ống truyền nhiệt 42

Bảng 13 Các thông số của hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống 44

Bảng 14 Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống 45

Bảng 15 Sơ đồ chuyển động 51

Bảng 16 Kích thước chủ yếu của cặp bánh răng 53

Bảng 17 Khối lượng bề mặt cách nhiệt 58

Bảng 18 Kích thước băng tải 62

Bảng 19 Bảng tóm tắt các thông số của không khí trên đường ống 65

Bảng 20 Thiết kế đường ống 66

Bảng 21 Kết quả tính trở lực trên đường ống 68

Bảng 22 Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ do đột mở 69

Bảng 23 Tổn thất cột áp mà quạt phải khắc phục 72

Bảng 24 Bảng tính công suất và chọn quạt 73

Bảng 25 Các thông số của quạt và động cơ 74

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, bắp đã trở thành cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa

Ở Việt Nam,do những chính sách khuyến khích của Nhà nước và nhiều tiến bộ của Kỹthuật, đặc biệt về giống nên bắp đã được tăng trưởng về diện tích, năng suất và cả sảnlượng.Ở các nước thuộc Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi, người ta cũng sử dụng bắplàm lương thực chính cho người với phương thức rất đa dạng theo tập quán từng nơi.Bắp được sử dụng với rất nhiều công dụng như: làm thực phẩm tươi, làm thức ăn chănnuôi và là nguyên liệu cho ngành công nghiệp lương thực-thực phẩm để tạo ra các sảnphẩm thực phẩm khác

Chất lượng hạt bắp phụ thuộc và nhiều yếu tố khác nhau Trong đó, quá trình bảo quảnảnh hưởng rất lớn Thời gian bảo quản lâu hay không phụ thuộc nhiều vào độ ẩm củahạt Vì vậy, quá trình sấy bắp hết sức quan trọng và ảnh hưởng lớn đến chất lượng hạtbắp

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất và đờisống Trong công nghiệp như chế biến nông – hải sản, chế biến gỗ, sản xuất vật liệuxây dựng , kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất Trongquá trình sấy, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp sấy khác nhau Đối với bắpdạng hạt thì phương pháp sấy bắp bằng hệ thống thùng quay, với tác nhân là không khí

là lựa chọn tốt nhất vì đây là phương pháp khá phổ biến và được ứng dụng rộng rãitrong thực tế sản xuất

Trong đồ án này, chúng em có nhiệm vụ : Thiết kế thiết bị sấy bắp kiểu thùng quay vớinăng suất nhập liệu 2500kg/h Nhằm tìm hiểu kỹ hơn về nội dung đề tài cũng như làmquen với việc tính toán, thiết kế một thiết bị chế biến thực phẩm

6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1.1 Tổng quan về nguyên liệu ngô

Ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và là cây màu quan trọng nhấtđược trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệthống canh tác

Ngô có tên khoa học là: Zea mays L

- Giới: Plantae

- Ngành: Magnoliophyta

- Lớp: Liliopsida (Monocotyledones)

- Bộ: Poales(bộ Hòa thảo, bộ cỏ, bộ lúa)

- Họ: Gramineae(họ Hòa thảo), Poaceae

Có rất nhiều giả thuyết cho rằng:

 Ngô là sản phẩm thuần dưỡng trực tiếp từ cỏ ngô (Zea mays ssp parviglumis)một năm ở Trung Mỹ, có nguồn gốc từ khu vực thung lũng sông Balsas ở miền

nam México, với tối đa khoảng 12% vật chất gen của nó thu được từ Zea

mays ssp mexicana thông qua xâm nhập gen

không đáng kể của ngô dại) với cỏ ngô thuộc đoạn Luxuriantes, có thể là Z luxurians hoặc Z diploperennis.

Ngô trải qua 2 hay nhiều lần thuần dưỡng của ngô dại hay cỏ ngô

1.1.2 Cấu trúc của hạt ngô

Cơ quan sinh dưỡng của ngô gồm: rễ, thân và lá làm nhiệm vụ duy trì đời sống cá thể.Hạt được coi là cơ quan khởi đầu của cây

Hạt ngô gồm 4 bộ phận chính: vỏ hạt, lớp aloron, phôi và nội nhũ Phía dưới hạt cógốc hạt gắn liền với lõi bắp

Vỏ hạt (chiếm 6-9%): bao bọc xung quanh, màu săc vỏ hạt phụ thuộc và từng giống

Lớp aloron (6-8%): bao bọc nội nhũ và phôi.

Nội nhũ: là thành phần chính 70-78% trọng lượng hạt, chủ yếu là tinh bột và còn cóprotein, lidid, vitamin, khoáng và enzyme để nuôi phôi phát triển

Phôi ngô lớn: chiếm 8-15% nên chú trọng bảo quản

1.1.3 Thành phần hóa học

Các chất trong hạt ngô dễ bị đồng hóa nên có giá trị dinh dưỡng cao

Hạt ngô chứa: tinh bột, lipid, protein, đường (khoảng 3,5%), chất khoáng ( khoảng 2,4%), vitamin ( gồm A, B , B , B ,C) và một lượng rất nhỏ xenlulo (2,2%).1 2 6

1-Bảng 1 Thành phần hóa học của ngô

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bắp trong bảo quản:

- Nhiệt độ không khí:

Nhì chung trên khu vực tp.HCM, nhiệt độ tương đối cao Đó là một trong những yếu

tố ngoại cảnh có tác động thúc đẩy các hoạt động sống của nông sản phẩm, đồng thờitạo điều kiện phát sinh các sinh vật gây hại trong kho bảo quản

Nhiệt độ không khí là một trong những điều kiện cơ bản làm ảnh hưởng đến tốc độcác quá trình xảy ra trong hạt bắp khi bảo quản chế biến Khi nhiệt độ tăng lên thì cácquá trình lý học ,hóa học, sinh học đều tăng lên

Hạt bắp hay các nông sản phẩm nói chung có khả năng hút ẩm từ môi trường khôngkhí xung quanh làm tăng hàm ẩm của bản thân nông sản và ngược lại cũng có thể bốchơi ẩm của nó và môi trường xung quanh, làm cho hàm ẩm của nó giảm đi Tính chấtnày có ý nghĩa quan trọng trong quá trình bảo quản và chế biến.

Qúa trình hút ẩm và nhả ẩm của hạt bắp tùy thuộc vào tương quan giữa hàm ẩm củahạt bắp và độ ẩm tương đối của không khí xung quanh, tức là tương quan giữa áp suấthơi của không khí lớn hơn áp suất riêng phần trên bề mặt hạt bắp thì sẽ xảy ra tìnhtrạng hút hơi ẩm và ngược lại

Quá trình trao đổi ẩm đó sẽ đạt dến trạng thái cân bằng động khi áp suất hơi trên bềmặt của hạt bắp hay của nông sản bằng áp suất của không khí và được gọi là hàm ẩmcân bằng hay hàm ẩm tới hạn

Độ ẩm không khí càng lớn thì hàm ẩm cân bằng của hạt bắp càng lớn Nhiệt độ khôngkhí càng cao thì thì hàm ẩm cân bằng của hạt bắp càng thấp và ngược lại

=> Hạt bắp hay nông sản nói chung hút ẩm từ môi trường xung quanh, làm tăng hàm

ẩm vượt quá trị số hàm ẩm tới hạn sẽ là tăng các quá trình hoạt động sống của khốinông sản, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật, nấm mốc, sâu mọtlàm cho hạt bắp hay nông sản phẩm bị phá hủy nhanh chóng

- Yếu tố sinh hóa: là những biến đổi nội tại của bản thân hạt bắp khi bảo quản tạo ra sựchuyển hóa hạt bắp từ dạng này sang dạng khác như hạt bị mọc mầm, do tác độngcủa các enzyme

- Yếu tố sinh học: Do tác động của vi sinh vật và côn trùng phá hoại khi bảo quản gây

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY

2.1 Tổng quan về sấy

2.1.1 Khái niệm chung

Trong công nghệ hóa chất, thực phẩm, quá trình tách nước ra khỏi vật liệu (làm khôvật liệu) là rất quan trọng Tùy theo tính chất và độ ẩm của vật liệu, mức độ làm khôcủa vật liệu mà thực hiện một trong các phương pháp tách nước ra khỏi vật liệu sauđây:

- Phương pháp cơ học (sử dụng máy ép, lọc, ly tâm )

- Phương pháp hóa lý (sử dụng canxi clorua, acid sunfulric để tách nước)

- Phương pháp nhiệt (dùng nhiệt để bốc hơi ẩm trong vật liệu)

Sấy là một quá trình bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Nhiệt cungcấp cho vật liệu ẩm bằng cách dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điệntrường có tần số cao Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật liệu,tăng độ liên kết bề mặt và bảo quản được tốt hơn

Trong quá trình sấy, nước được bay hơi ở nhiệt độ bất kì do sự khuếch tán bởi sựchênh lệch độ ẩm ở bề mặt vật liệu đồng thời bên trong vật liệu có sự chênh lệch ápsuất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

Quá trình sấy được khảo sát về bề mặt: tĩnh lực học và động lực học

- Trong tĩnh lực học: xác định bởi mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vậtliệu sấy cùng tác nhân sấy dựa trên phương pháp cân bằng vật chất và năng lượng, từ

đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết

- Trong động lực học: khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu vớithời gian và các thông số của quá trình sấy

Ví dụ : tính chất và cấu trúc của vật liệu, kích thước vật liệu, các điều kiện thủy độnglực học của tác nhân sấy và thời gian thích hợp

2.1.2 Thiết bị sấy

2.1.2.1 Phân loại thiết bị sấy

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

- Dựa vào tác nhân sấy: ta có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói

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

10

- Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường.

- Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bịsấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ

- Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay,sấy tầng sôi, sấy phun

- Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: cùng chiều, ngượcchiều và giao chiều

- Dựa vào phương pháp làm việc: máy sấy liên tục và máy sấy gián đoạn

2.1.2.2 Nguyên lý thiết kế thiết bị sấy

Yêu cầu thiết bị sấy là phải làm việc tốt (vật liệu sấy khô đều có thể điều chỉnh đượcvận tốc dòng vật liệu và tác nhân sấy, điều chỉnh được nhiệt độ và độ ẩm của tác nhânsấy), tiết kiệm nguyên vật liệu, năng lượng và dễ sử dụng

Khi thiết kế thiết bị sấy cần có những số liệu cần thiết:

- Loại vật liệu cần sấy (rắn, nhão, lỏng ), năng suất, độ ẩm đầu và cuối của vật liệu,nhiệt độ giới hạn lớn nhất, độ ẩm và tốc độ tác nhân sấy, thời gian sấy

- Trước hết phải vẽ sơ đồ hệ thống thiết bị, vẽ quy trình sản xuất, chọn kiểu thiết bịphù hợp với tính chất của nguyên liệu và điều kiện sản xuất

- Tính cân bằng vật liệu, xác định số liệu và kích thước thiết bị

- Tính cân bằng nhiệt lượng để tính nhiệt tiêu thụ và lượng tác nhân sấy cần thiết

- Đối với các thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển cần phải tính độ bền

Sau khi tính xong những vấn đề trên ta bắt đầu chọn và tính các thiết bị phụ của hệthống: bộ phận cung cấp nhiệt (lò đốt, calorifer), bộ phận vận chuyển, bộ phận thu hồibụi (nếu có), quạt , công suất tiêu thụ để chọn động cơ điện

2.1.2.3 Lựa chọn thiết bị sấy

Sấy thùng quay là một thiết bị chuyên dung để sấy hạt Loại thiết bị này được dungrộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các vật ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ.Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhânsấy, do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy mạnh và độ đồng đều sản phẩm cao Ngoài

ra thiết bị còn làm việc với năng suất lớn

2.1.3 Xác định các thông số của tác nhân sấy và tiêu hao nhiệt cho sấy

2.1.3.1 Nhiệm vụ của tác nhân sấy

Tác nhân sấy có nhiệm vụ sau:

- Gia nhiệt cho vật sấy

- Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường

- Bảo vệ vật sấy khỏi bị ẩm khi quá nhiệtTùy theo phương pháp sấy, tác nhân sấy có thể thực hiện một hoặc hai trong ba nhiệm

vụ nói trên:

Khi sấy đối lưu, tác nhân sấy làm hai nhiệm vụ gia nhiệt và tải ẩm

Khi sấy bức xạ, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm và bảo vệ vật sấy

Khi sấy tiếp xúc tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm

Khi sấy bằng điện trường tần số cao, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm

Khi sấy chân không chỉ có thể cấp nhiệt bằng bức xạ hay dẫn nhiệt hoặc kết hợp cả haicách cấp nhiệt này Việc dùng bơm chân không hay kết hợp bơm chân không và thiết

bị ngưng kết ẩm(sấy thăng hoa), vì vậy phương pháp sấy chân không không cần tácnhân sấy

2.1.3.2 Các loại tác nhân sấy

- Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất Dùng không khí ẩm có nhiều ưuđiểm: không khí có sẵn trong tự nhiên, không độc và không làm ô nhiễm sản phẩm

- Khói lò: sử dụng làm môi chất sấy có ưu điểm là không cần dùng calorife, phạm vinhiệt độ rộng nhưng dùng khói lò có nhược điểm là có thể ô nhiễm sản phẩm do bụi vàcác chất có hại như: CO2 , SO2

- Hỗn hợp không khí hơi và hơi nước: tác nhân sấy loại này dùng khi cần có độ ẩmtương đối φ cao

- Hơi quá nhiệt: dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm sấy

là chất dễ cháy nổ

2.1.4 Chế độ sấy

2.1.4.1 Khái niệm và định nghĩa

Chế độ sấy là một tập hợp các tác động nhiệt của môi chất sấy đến vật liệu sấy nhằmđảm bảo chất lượng và thời gian sấy nhất định theo yêu cầu

Chế độ sấy thể hiện dưới dạng các thông số sau: nhiệt độ tác nhân sấy, hiệu nhiệt độ

12

khô ướt Δt (hay độ ẩm tương đối φ), tốc độ môi chất sấy.

2.1.4.2 Các thông số xác định chế độ sấy

- Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị:

Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị ảnh hưởng quyết định đến tốc độ sấy có nghĩa là ảnhhưởng quyết định đến thời gian sấy Nhiệt độ t cũng ảnh hưởng đến chất lượng sản1

phẩm sấy Một số sản phẩm sấy không cho phép sấy ở nhiệt độ cao vì vậy nó khôngcho phép nhiệt tác nhân sấy vượt quá giá trị nhất định

- Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị càng cao, tốc độ sấy càng lớn dẫm đến thời giansấy giảm và giảm tiêu hao năng lượng Tuy vậy nhiệt độ tác nhân sấy càng cao thì tổnthất nhiệt vào môi trường càng lớn dẫn đến tăng tiêu hao năng lượng

Vì vậy cần xác định giá trị t tối ưu theo hàm mục tiêu là tiêu hao năng lượng.1

Trị số t tối ưu theo tiêu chí này thường khá lớn vì vậy khi sấy các vật liệu nhạy cảm1

nhiệt (chất lượng sản phẩm giảm khi nhiệt độ tăng) thì nhiệt độ tác nhân sấy t xác1

định theo điều kiện chất lượng sản phẩm

- Độ ẩm tương đối của không khí vào thiết bị φ (hay Δ ) Độ chênh lệch nhiệt độ khô1 t1

ướt của môi chất vào thiết bị Δ tạo nên thế sấy, nó là động lực cho ẩm thoát ra từ vậtt1

ẩm vào môi trường Thế sấy càng lớn thì tốc độ thoát ẩm càng lớn Tuy nhiên khi tốc

độ thoát ẩm lớn sẽ dẫn đến vật sấy biến dạng (vênh, nứt) vì vậy ta chọn Δ thích hợpt1

với từng loại sản phẩm và từng giai đoạn của quá trình sấy

- Nhiệt độ môi chất sấy ra khỏi thiết bị t2:

Nhiệt độ này càng lớn thì tổn thất do khí thoát càng cao Vì vậy, theo mục tiêu tiếtkiệm năng lượng thì nhiệt độ t càng nhỏ càng tốt Tuy nhiên, khi chọn t phải bảo đảm2 2

Δt2 = t – t để duy trì quá trình truyền nhiệt giữa môi chất sấy và vật liệu sấy t càng2 1 2

lớn thì truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy càng lớn dẫn tới tốc độ bay hơi ẩm lớn,thời gian sấy giảm, tiêu hao nhiệt cho quá trình sấy giảm Đồng thời t lớn sẽ dẫn tới2

tổn thất nhiệt do khí thoát và tăng tổn thất nhiệt vào môi trường do truyền nhiệt quathiết bị Vì vậy cần chọn Δt tối ưu Trị số này thường chọn theo kinh nghiệm từ 10 –2

15 C.0

- Độ ẩm môi chất sấy ra khỏi thùng sấy φ2:

Thông số này cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Chọn φ càng lớn thì tiêu hao riêng2

không khí càng nhỏ Tuy vậy, việc tăng φ bị hạn chế bởi độ ẩm cân bằng vật liệu2

tương ứng với trạng thái k ra khỏi buồng sấy (t, φ ) Khi φ tăng đến giá trị nhất định2 2 2

φ2k thì độ ẩm của vật liệu sấy ω = ω lúc này giữa vật liệu và môi chất sấy đạt đến câncb

bằng, ẩm trong vật liệu không thoát ra được thẩm chí nếu tăng φ quá trị số φ sẽ xảy2 2k

ra hiện tượng vật liệu hút ẩm từ môi chất sấy Trường hợp này có thể xảy ra khi sấyhầm cùng chiều

Trị số φ thường chọn nhỏ hơn trị số giới hạn φ từ 5 – 10% Trị số φ tối ưu thay đổi2 2k 2

tùy thuộc vào nhiệt độ t Với nhiệt độ t = 4060 C, trị số φ hợp lý là 80%.2 0

Trong thiết bị sấy buồng, chế độ sấy thay đổi theo thời gian sấy Mỗi giai đoạn sấythường chọn chế độ sấy khác nhau

- Tốc độ tác nhân sấyTốc độ tác nhân sấy ảnh hưởng đáng kể đến sự thoát ẩm của vật liệu sấy Tốc độ tácnhân sấy càng lớn sự thoát ẩm càng tốt Tuy nhiên, tốc độ tác nhân sấy càng lớn dẫnđến tăng tổn thất áp suất trong quá trình lưu động của môi chất sấy trong hệ thống làmtăng năng lượng của quạt gió Vì vậy cần chọn tốc độ thích hợp

2.1.4.3 Chọn chế độ sấy

Việc chọn chế độ sấy thường căn cứ vào hai tiêu chí: một là sự làm việc của thiết bị vàhai là căn cứ vào vật liệu sấy

- Căn cứ vào sự làm việc của thiết bị:

+ Các thiết bị sấy liên tục như: sấy hầm, sấy khí động, sấy tầng sôi, sấy phun các giaiđoạn của quá trình sấy phân bố ổn định trên thiết bị theo chiều chuyển động của vậtliệu ( ví dụ: thiết bị sấy hầm, các giai đoạn sấy phân bố theo chiều dài hầm) Ở cácthiết bị sấy này, chế độ sấy được chọn cho cả hai thiết bị không phụ thuộc vào thờigian, cụ thể là chọn trạng thái môi chất vào t , φ 1 1

Ngoài ra, việc chọn chế độ sấy còn căn cứ vào thiết bị làm việc cùng chiều hay ngượcchiều

+ Thiết bị làm việc theo chu kỳ:

Ở các thiết bị sấy làm việc chu kỳ, các giai đoạn của quá trình sấy phân bố theo thờigian sấy, vì vậy ở mỗi giai đoạn sấy cần chọn chế độ sấy thích hợp

- Căn cứ vào vật liệu sấy:

+ Các vật liệu sấy không cho phép cong, vênh, dễ nứt như gỗ, đồ gốm, men sứ khichọn chế độ sấy cần cả hai thông số nhiệt độ và độ ẩm tương đối (hay Δt)

+ Các vật liệu sấy không sợ nứt, cong vênh như rau quả, thực phẩm, thức ăn gia súc,khoai sắn thái lát khi chọn chế độ sấy chỉ cần chọn nhiệt độ vào thiết bị t còn nhiệt1

14

độ ra khỏi thiết bị t và độ ẩm tương đối φ chọn theo các tiêu chí riêng.2 2

2.1.5 Cấu trúc hệ thống sấy

2.1.5.1 Các bộ phận cơ bản của hệ thống sấy

Hệ thống sấy bao gồm các bộ phận sau:

- Bộ phận cung cấp nhiệt:

Tùy theo hệ thống sấy khác nhau, bộ phận cung cấp nhiệt cũng khác nhau Ví dụ, trongthiết bị sấy bức xạ, bộ phận cung cấp nhiệt khá đơn giản, có thể là các đèn hồng ngoại,các ống dây điện trở, hay các tấm bức xạ gia nhiệt bằng chất lỏng hay khí đốt Thiết bịsấy đối lưu dùng mỗi chất sấy là không khí, chất tải nhiệt là hơi nước thì bộ phận cấpnhiệt là calorife khí – khói

- Bộ phận thông gió và tải ẩm:

Bộ phận này có nhiệm vụ tải ẩm từ vật sấy vào môi trường Khi sấy bức xạ việc thônggió còn có nhiệm vụ bảo vệ vật sấy khỏi quá nhiệt Các thiết bị sấy dưới áp suất khíquyển đều dùng môi chất đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức) để tải ẩm Trong các thiết

bị này đều cần tạo điều kiện thông gió tốt hơn trên bề mặt vật liệu để ẩm thoát ra từ vậtđược môi chất mang đi dễ dàng

Khi thông gió cưỡng bức bộ phận này gồm: các quạt gió, các đường ống dẫn cấp gióvào buồng sấy, đường hồi (nếu có), ống thoát khí Các thiết bị sấy chân không, việcthải ẩm dùng bơm chân không hoặc kết hợp với các bình ngưng ẩm (sấy thăng hoa)

- Hệ thống đo lường, điều khiển:

Hệ thống này có nhiệm vụ đo nhiệt độ, độ ẩm tương đối của môi chất sấy tại các vị trícần thiết t2, φ2, t2, φ2 đo nhiệt độ khói lò Tự động điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm môichất vào thiết bị nhằm duy trì chế độ sấy theo đúng yêu cầu

2.1.5.2 Các dạng cấu trúc hệ thống sấy

- Hệ thống sấy công suất nhỏ:

Hệ thống này thường có cấu trúc dạng tủ, đa số là các kiểu sấy đối lưu cưỡng bức, một

số kiểu sấy bức xạ, sấy bằng điện trường tần cao Các thiết bị sấy loại này thườngđược chế tạo hàng loạt có điều kiển tự động nhiệt độ môi chất sấy Vật liệu sấy thườngđặt trên các khay đưa vào buồng sấy bằng thủ công và đặt trên các giá đỡ trong buồng.Loại thiết bị này có thể sấy nhiều loại sản phẩm khác nhau

- Hệ thống sấy công suất lớn:

Hệ thống này có cấu trúc rất đa dạng tùy thuộc vào phương pháp sấy, kiểu thiết bị sấy.Trong hệ thống này cần bố trí hợp lý giữa buồng sấy với các bộ phận khác như: bộphận cấp nhiệt, cấp hơi nước, cấp khói, bộ phận cấp vật liệu và lấy sản phẩm Trongdây chuyền công nghệ sản xuất sản phẩm, hệ thống sấy được bố trí trong một phânxưởng sơ chế nguyên liệu hay thành phẩm

2.1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

Như chúng ta đã biết, sấy đối lưu là đặt vật sấy ẩm vào buồng sấy rồi cho tác nhân sấychuyển động chùm lên vật sấy Do tác nhân sấy có nhiệt độ t cao hơn nhiệt độ t của1

vật sấy nên vật sấy nóng lên đến nhiệt độ t bay hơi ẩm (nước) Mặt khác, do độ ẩma

tương đối φ của tác nhân nhỏ nên hơi nước từ vật truyền mạnh vào tác nhân sấy Tốc1

độ ω của tác nhân sấy cũng ảnh hưởng lớn đến cường độ sấy.1

Qúa trình sấy gồm hai giai đoạn là: giai đoạn tốc độ sấy không đổi và giai đoạn tốc độsấy giảm dần

Để quá trình xảy ra như nhau cho mọi vật sấy đặt trong buồng sấy, thì các thông số củatác nhân gồm: t1, φ1, ω1 phải không được thay đổi đối với bề mặt tiếp xúc của mọi vậtsấy

Trong quá trình sấy,thực tế thì nhiệt độ t giảm dần, còn φ tăng dần, tốc độ ω phụ1 1 1

thuộc vào diện tích tự do không bị vật sấy chiếm chỗ ( tùy hình dạng, kích thước vàsắp xếp của vật sấy, cấu tạo của buồng sấy.) Vì vậy trong thực tế bao giờ chế độ sấycũng thay đổi bởi sự thay đổi của t , φ1 1, ω1 Sau đây là những ảnh hưởng của t , φ1 1, ω1

16

đến quá trình sấy.

Để xét sự ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân sấy đến động học quá trình sấy thì tác nhânsấy phải có các thông số như sau: t thay đổi (φ = const, ω = const v.v).1 1 1

Nhiệt độ tác nhân sấy càng cao thì thời gian sấy càng giảm và tốc độ sấy tăng, hàm ẩmlúc kết thúc giai đoạn thứ nhất càng cao Đó là do chênh lệch nhiệt độ giữa tác nhânsấy và nhiệt độ bề mặt vật sấy tăng thúc đẩy quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm cảtrong vật sấy và từ bề mặt vật sấy sang tác nhân sấy

Độ ẩm tương đương của tác nhân sấy càng cao thì thời gian sấy tăng, hàm ẩm của vậtsấy lúc kết thúc giai đoạn thứ nhất giảm

sấyVới sự tăng nhiệt độ tác nhân sấy (khi nhiệt độ còn thấp) làm tăng cường độ sấy, đếnkhi nhiệt độ đã cao thì nhiệt độ càng tăng làm gia tăng hệ số khuếch tán ẩm, kết quả tỷ

số giữa cường độ sấy trên hệ số khuếch tán ẩm lúc đầu gia tăng, sau đó giảm dần.Tóm lại,để có sản phẩm sấy có chất lượng cao theo yêu cầu, tùy loại vật sấy, mục đích

sử dụng sau khi sấy mà lựa chọn chế độ sấy (t , φt t, ωt) cho phù hợp Đồng thời tínhđến hiệu quả kinh tế của quá trình sấy

Để tránh tổn hao năng lượng lớn cho quạt, ta nên chọn ω =5 m/s trong giai đoạn sấyt

thứ nhất, ω =1 m/s ở giai đoạn thứ hai Sắp xếp vật sấy trong buồng sao cho ít trở lựct

nhất mà ít ảnh hưởng đến quá trình sấy

2.2 Giới thiệu hệ thống sấy thùng quay

2.2.1 Cấu tạo hệ thống thùng quay

Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn Trong đó cócác cánh trộn được bố trí để đảo trộn nguyên liệu cần sấy một cách đồng đều Thùngđược đặt nghiên với mặt phẳng nằm ngang theo tỉ lệ 1/15 – 1/50 Thùng sấy quay vớitốc độ 1,5 – 8 vòng/phút Nhờ một động cơ điện thông qua hộp giảm tốc Vật liệu sấy

từ thùng chứa được đưa vào thùng sấy cùng với tác nhân sấy Khi đó thùng sấy quaytròn, đồng thời vật liệu sấy vừa được đảo đều vừa di chuyển từ đầu cao của thùng sấyđến đầu thấp Trong quá trình sấy tác nhân sấy và vật liệu sấy trao đổi nhiệt cho nhau.Vật liệu sấy đi hết chiều dài thùng sấy được lấy ra và vận chuyển vào kho nhờ mộtbăng tải còn tác nhân sấy đi qua xyclon để thu hồi vật liệu cuốn theo còn khí thải đượcthải ra môi trường

Để góp phần tăng cường đão trộn và trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấyngười ta bố trí trong thùng sấy hệ thống các cánh đảo.

2.2.2 Hệ thống sấy thùng quay

2.2.3 Nguyên lý làm việc

Thùng được thiết kế nằm nghiêng một góc α, vật liệu sấy được đưa vào đầu cao củathùng sấy với sự hoạt động của thùng vật liệu sấy di chyển xuống thấp và đi ra ngoài.Tác nhân sấy đi cùng chiều với vật liệu sấy và đi ra khỏi thùng vào hệ thống dẫn khíqua xyclon để xử lý Tác nhân sấy cùng vật liệu sấy được đảo đều và xảy ra quá trìnhtrao đổi nhiệt ẩm làm khô vật liệu sấy Thời gian sấy là thời gian mà vật liệu sấy đi từđầu vào đến hết thùng sấy Hệ số điền đầy có thể lên đến 27,5% tùy vào hệ thống cánhđảo được lắp đặt bên trong thùng Để vật liệu sấy tiếp xúc tốt với tác nhân sấy người ta

có thể đặt nhiều cánh hứng hay cũng có thể chia thành nhiều khoang

Thiết bị sấy dùng để sấy các vật liệu sấy dạng hạt Khi sấy các vật liệu dạng hạt cỡ nhỏcần chọn tốc độ quạt thổi sao cho vật liệu sấy không bay theo khí thoát quá nhiều.Trong hệ thống sấy thùng quay thường không sử dụng tái tuần hoàn khí thải vì trongkhí thải có bụi Nếu tuần hoàn thí thải thì sẽ phải bố trí hệ thống lọc bụi tốn chi phí vànăng lượng

Thiết bị sấy thùng quay là thiết bị sấy đối lưu vì thế khi thiết kế ta cần chọn một số

BụiNước ngưng

Hạt ngô ướt

Hình 1 Hệ thống thiết bị sấy

Không khíQuạt đầy Nước ngưngCaloriferHơi Cơ cấu nhập liệuHạt ngô ướtThùng sấyBăng tảiGàu tảiphẩmSản Quạt hútCyclonBụiKhông khíQuạt đầy Nước ngưngCaloriferHơi Cơ cấu nhập liệuHạt ngô ướtThùng sấyBăng tảiGàu tảiphẩmSản Quạt hútCyclonBụiKhông khíQuạt đầy Nước ngưngCaloriferHơi Cơ cấu nhập liệuHạt ngô ướtThùng sấyBăng tảiGàu tảiphẩmSản Quạt hútCyclonBụi

CHƯƠNG 3 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH

3.1 Các thông số ban đầu

- Năng suất nhập liệu: G = 2500kg/h1

- Độ ẩm vật liệu vào: ω = 30%1

- Độ ẩm vật liệu ra: ω = 12%2

- Nhiệt độ môi trường: t = 27°C0

- Độ ẩm tương đối: φ = 85%

- Nhiệt độ tác nhân sấy vào: t = 80°C1

- Nhiệt độ tác nhân sấy ra: t = 42°C2

3.2 Lượng ẩm được tách ra

Trong đó:

: Lượng ẩm được tách ra (%)

G1, G : lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy (kg/h)2

: độ ẩm của vật liệu trước khi sấy (tính theo % khối lượng vật liệu ướt): độ ẩm của vật liệu sau khi sấy (tính theo % khối lượng vật liệu ướt)

3.3 Năng suất vật liệu sau khi ra khỏi thùng sấy

CHƯƠNG 4 TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

4.1 Tính cân bằng nhiệt lượng sấy lý thuyết

4.1.1 Tính thông số của tác nhân sấy

Dùng tác nhân sấy là không khí nóng

Áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:

: áp suất khí quyển (bar) ( = 1at = 0,981bar)

Trong đó:

I : nhiệt lượng riêng của không khí ẩm (kJ/kg kkk)

Ck : nhiệt dung riêng của không khí khô, C = 1,004 kJ/kg.°Kk

Ch : nhiệt dung riêng của hơi nước, C = 1,97 kJ/kg.°Kh

r : ẩn nhiệt hóa hơi của nước r =2493 kJ/kg

 Thể tích riêng của không khí ẩm:

: áp suất khí quyển và áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí, (N/m2).

T: nhiệt độ của không khí, (°K)

độ ẩm tương đối của không khí (phần đơn vị)

4.1.2 Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A)

Trạng thái không khí ngoài trời được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặpthông số

Do vật liệu sấy là ngô có thể trồng và thu hoạch nhiều vụ trong một năm, tuy nhiêntính theo mùa mưa, ít nắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanh năm.Vì vậy ta chọn trạngthái A có : ( đây là nhiệt độ không khí trung bình năm ở Tp HCM từ 26-28 và độ ẩmtương đối của không khí trung bình là 80- 85% )

Áp suất hơi bão hòa:

4.1.3 Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B)

Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm đến trạng thái B.Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng quay

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

và quy trình công nghệ qui định Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấphơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột Do ngô là loại giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm củavật liệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp hạt tinhbột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ lòng vật liệu rangoài

Ngô được dùng để chế biến sấy nên được sấy ở nhiệt độ khoảng 80 C0

Do đó chọn điểm B: và d = d = 0,0197 kg ẩm/kg kkk1 0

 Áp suất hơi bão hòa:

(bar)

22

Từ độ chứa ẩm suy ra độ ẩm tương đối:

4.1.4 Thông số trạng thái không khí khi ra khỏi thiết bị sấy (C)

Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị để thực hiện quá trình sấy lý thuyết( I = I ), trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C (t , ).1 2 2

Nhiệt của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy tùy chọn sao cho tổn thất do tác nhân sấymang đi là bé nhất, nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa là tránh trạng thái

C nằm trên đường bão hòa Đồng thời độ chứa ẩm của tác nhân sấy tại C phải nhỏ hơn

độ ẩm cân bằng vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại

Với enthapyl: I = I = 132,473 (kJ/kgkk)1 2

Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là: t = 42C2

Áp suất hơi bão hòa (bar)

- Tóm lại, trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực:

Bảng 2 Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết

Đại lượng

khí ban đầu(A)

Trạng thái khôngkhí vào thiết bị sấy(B)

Trạng thái khôngkhí ra khỏi thiết bịsấy (C)

- So sánh x với độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy:2

Bảng 3 Độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy

-Ta thấy, tại điểm C (t = 42C, = 67,9%), hàm ẩm cân bằng của vật liệu sấy = 0,1232

(kg/kg) → Độ chứa ẩm của không khí x < , vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.2

Người ta gọi thiết bị sấy lý tưởng là thiết bị sấy thỏa mản các điều kiện sau đây:

- Nhiệt lượng bổ sung Q =0BS

- Tổn thất nhiệt qua môi trường Q =0mt

- Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải Q =0Ct

- Tổn thất do vật liệu sấy mang đi Q =0V

- Chỉ có tổn thất do tác nhân sấy mang đi

Do không có nhiệt lượng bổ sung và các loại tổn thất nên nhiệt lượng cần thiết để bốchơi 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 nhiệtlượng 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 quá trình sấy lý thuyết

Giả sử lượng khí vào ra thiết bị sấy là không đổi, kí hiệu là : L (kg/h)0

- Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:

(CT 7.12/130-[1])

- Lượng không khí khô cần thiết:

24

- Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm:

4.2 Tính toán quá trình sấy thực tế

Một thiết bị sấy ngoài tổn thất do tác nhân sấy mang đi còn có thể có nhiệt lượng bổsung Q và luôn luôn tồn tại tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che Q , tổnBS BC

thất nhiệt do thiết bị sấy chuyển tải và tổn thất nhiệt lượng do vật liệu sấy mang đi Q V

Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không có thiết

bị chuyền tải, do đó Q =0, QBS CT=0Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:

+ Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào: L0.I0

+ Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorifer: L0(I -I )1 0

+ Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào:

Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:

+ Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L0(I -I )2 0

+ Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: QBC

+ Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.C tV2 V2

tv2 = t – (5 10°C) = 42 – 5 = 37°C 2 

Cv1=C =Cv2 v: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy là như nhau

Cv là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm : 12%2

Cv= C (1- ) + Cvk 2 a.2 (kJ/kg°K) (CT 7.40/141-[1])Với: C : nhiệt dung riêng của ẩm (ẩm của nước thì: Ca a=Cn=4,1868 (kJ/kg.K)

Cvk = 1,5 (kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của vật liệu khôSuy ra: C = C (1- ) + Cv vk 2 a.2 = 1,5.(1-0,12) + 4,1868.0,12 = 1,82 (kJ/kg.K)

4.2.1 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy

-Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào:

Qkk = L0.I0 = 29558,38 77,338 = 2285985,992 (kJ/h) = 4470,4 (kJ/kg ẩm)

- Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorifer:

Qs = L0.(I -I1 0) = 29558,38 (132,473 – 77,338) = 1629701,281 (kJ/h) = 318,565 (kJ/kg ẩm)

- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào:

Qvl = =

= 155455,95 (kJ/h) = 304,004 (kJ/kg ẩm)

4.2.2 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy

- Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy:

Trong đó: G = G - W, ta xem C2 1 v1=C =Cv2 v

Nên ta có nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:

Q = L(I1-I0) = L(I2-I0) + G2.C (t -tv2 v2 v1) + Q –W.CBC a.tv1 (CT 7.18/135-[1])Đặt Qv =G2Cv2 v2 v1(t -t ) : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi

-> Q = L(I1-I0) = L(I2-I0) + Q + Q –W.Cv BC a.tv1

Xét cho 1kg ẩm cần bốc hơi:

-> q = l(I1-I0) = l(I2-I0) + q + q –Cv BC a.tv1 (CT 7.19/135-[1])Trong đó: q = , qV V = , = l

- Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:

=36193,248 (kJ/h)

26

(kJ/kg ẩm)

- Tổn thất nhiệt ra môi trường:

khoảng 3-5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích

QBC = (0,03 ÷ 0,05).Qhi

Qhi : nhiệt hữu ích, là nhiệt cần thiết để bay hơi ẩm ttrong vật liệu:

Với: r : ẩn nhiệt hoá hơi của nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào, r = 2500 kJ/kgtv1 tv1

Ca : nhiệt dung riêng của ẩm, với ẩm là hơi nước: Ca =Cpa =1,842 (kJ//kgkk)

=> (kJ/h)

QBC = 0,03.Q = 0,03 1292528,88 = 38775,87 (kJ/h)hi

qBC (kJ/kg ẩm)Đặt : nhiệt lượng cần bổ sung cho quá trình sấy thực, là đại lượng đặc trưng cho sự saikhác giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết

(kJ/kg ẩm)

=> < 0 => Catv1 < q + qBC v

 I < I : trạng thái của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I = I (vậy2 1 1

đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết)

- Độ chứa ẩm của tác nhân sấy:

Trong quá trình sấy lý thuyết ta đã xác định trạng thái điểm 2 nhờ giả thiết I2=I1 Trongquá trình sấy thực tồn tại một giá trị nhiệt lượng tổn thất nên:

= 1,004.42 + 0,035.2577,37 = 132,38 (kj/kgkkk)

(bar) 0,644 0,9799 (m /kgkk) 3

- Tóm lại, trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế:

Bảng 4 Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế

khí ban đầu(A)

Trạng thái không khívào thiết bị sấy (B)

Trạng thái không khí rakhỏi thiết bị sấy (C’)

- Lượng nhiệt cung cấp riêng:

(kJ/kg ẩm)

- Hiệu suất sấy:

- Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực:

Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái trước khi vào buồng sấy:

28

=0,909.33422,22=30380,798(m3/h)Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái vào buồng sấy:

=1,069.33422,22=35728,353(m3/h)Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái ra khỏi buồng sấy:

=0,9799.33422,22=32750,433(m3/h)Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy:

(m3/h) = 9,51 (m3/s)

- Lưu lượng và khối lượng riêng không khí sấy tại các điểm của quá trình sấy thực:

Bảng 5 Lưu lượng và khối lượng riêng không khí sấy tại các điểm của quá trình sấy

thực

-đơn vị

Trạng thái khôngkhí ban đầu - A

Trạng thái khôngkhí vào thiết bịsấy - B

Trạng thái khôngkhí ra khỏi thiết

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

4.3 Thời gian sấy

(CT 8.10/115 -[6])Trong đó: Hệ số M phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt cho bảng sau:

Bảng 6 Quan hệ giữa hệ số M trong với đường kính hạt d (mm)

d(mm)

Trong đó:(kg/m ) là mật độ của khối hạt( = = 850 kg/m ) (phụ lục 4/330-[10])3 r 3

4.7 Chiều dài thùng quay

Từ tỉ số = 5 nên suy ra:

Lt = 5D = 52,1 = 10,5 (m) t

30

4.8 Tiết diện thùng sấy

Tiết diện của thùng sấy:

4.11 Thời gian lưu của vật liệu

Thời gian lưu mà vật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vật liệu di hết chiều dài củathùng):

== 2,793 (h) =178,38 (phút)

2.1 Số vòng quay của thùng

(CT VII.52/122- )[3]Trong đó:

n: số vòng quay của thùng

Lt: là chiều dài của thùngm: Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, chọn cánh nâng thì m=0,5 theo bảng(VII.4/122-[3])

k: hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, vì tác nhân sấy chuyển động cùngchiều, chọn k = 0,65

: thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay

góc nghiêng của thùng quay (°) Thường góc nghiêng của thùng dài là dưới 3°, còn

4.12.1.Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy

Bảng 7 Các hệ số của không khí bên trong thùng sấy

ST

Tài liệu tham

Re > 10 => dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy Quá trình truyền nhiệt trong quá4

trình trong thùng xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy (rối),

là quá trình truyền nhiệt do sự trộn lẫn của các lớp lưu chất trong và ngoài xa trục củadòng chả Có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên Vậy, quá trình truyềnnhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức, dòngchảy trong ống có

Trong đó : Với Re = 4,03.10 5

2.1.1 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh

Bảng 8 Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy

ST

Tải liệu tham

Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng ( phía tiếp xúc với không khí ): t = 42˚C => làw4

nhiệt độ thích hợp để nhiệt từ tác nhân sấy sau khi truyền nhiệt qua vách thùng và lớpcách nhiệt đến phía thành ngoài của thùng thì không còn nóng, an toàn cho người làmviệc

Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên nhiệt độ xem như không đổi khi truyền qua bềdày thân thùng và lớp bảo vệ

Hình 2 Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng

Trong đó:

: bề dày thân thùng: bề dày lớp cách nhiệt

totw

4

tw1

tk

tw1

tw4

: bề dày lớp bảo vệ

Thùng đặt nằm ngang với góc nghiêng nhỏ nên xem như là hệ số cấp nhiệt của ốngnằm ngang khi không khí có thể tích lớn và chuyển động tự do

Xem như nhiệt độ không đổi trong quá trình truyền qua bề dày thân thùng

Chọn vật liệu làm thùng sấy là thép CT3 và vật liệu cách nhiệt là bông thủy tinh.Tra bảng XII.7/313-[3] ta được hệ số dẫn nhiệt của CT3 là 50 (W/m.độ) và bảngI.126/128-[2] ta có được dẫn nhiệt của bông thủy tinh là 0,0372 (W/m.độ) Lựa chọncác thông số kích thước bề dày thân thùng sấy, ta được bảng sau: