đồ án sấy muối thùng quay

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

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

PHẦN 1 TỎNG QUAN VÈ KỸ THUẬT SẤY1.1 TỐNG QUAN VỀ SẤY

1.1.1 Khái niệm chung

Trong công nghệ hóa chất, thực phẩm, quá trình tách nước ra khỏi vật liệu

(làm khô vật liệu) là rất quan trọng Tùy theo tính chất và độ ẩm của vật liệu,

mức độ làm khô của vật liệu mà thực hiện một trong các phương pháp tách nước

ra khỏi vật liệu sau đây:

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

- Phương pháp hóa lý (sử dụng canxi clorua, acid suníulric đế tách nước)

- Phương pháp nhiệt (dùng nhiệt đế bốc hơi âm trong vật liệu)

Sấy là một quá trình bốc hơi nước ra khởi vật liệu bằng phương pháp nhiệt.Nhiệt cung cấp cho vật liệu ấm bằng cách dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằngnăng lượng điện trường có tần số cao Mục đích của quá trình sấy là làm giảmkhối 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

sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt vật liệu đồng thời bên trong vật liệu có sự chênhlệch áp suất 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 vật liệu sấy cùng tác nhân sấy dựa trên phương pháp cân bàng vật chất

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

- Trong động lực học: khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ấm vậtliệu với thời 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 động lực học của tác nhân sấy và thời gian thích hợp

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

1.1.2 Thiết bị sấy

1.1.2.1 Phân loại thiết bị sấy

Do điều kiện sấy trong mồi trường hợp sấy khác nhau nên có nhiều kiểu thiết

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

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

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

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

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

ngược chiều và giao chiều

1.1.2.2 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 được vận tốc dòng vật liệu và tác nhân sấy, điều chỉnh được nhiệt độ và độ

ấm của tác nhân sấy), 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 âm đầu và cuối của vậtliệu, nhiệt độ giới hạn lớn nhất, độ ẩm và tốc độ tác nhân sấy, thời gian sấy.Trước hết phải vê sơ đồ hệ thống thiết bị, vẽ quy trình sản xuất, chọn kiểu thiết

bị phù họp 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 đế 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

của hệ thống: bộ phận cung cấp nhiệt (lò đốt, calorifer), bộ phận vận chuyển, bộ

phận thu hồi bụi (nếu có), quạt, công suất tiêu thụ đế chọn động cơ điện

1.1.2.2 Lựa chọn thiết bị sấy

Sấy thùng quay là một thiết bị chuyên dung đê sấy hạt Loại thiết bị này đượcdung rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch đê sây các vật âm dạng hạt có kích

thước nhỏ Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiếp xúc

nhiều với tác nhân sấy, 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

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

1.1.3.1 Nhiệm vụ của tác nhân sấy

Tác nhân sấy có nhiệm vụ sau:

- Gia nhiệt cho vật sấy

- Tải âm: mang ấm tù' bề mặt vật vào môi trường

- Bảo vệ vật sấy khỏi bị ấm khi quá nhiệt

Tùy theo phương pháp sấy, tác nhân sấy có thế thực hiện một hoặc hai trong banhiệm 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 âm và bảo vệ vật sấy

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

Khi sấy bằng điện trường tần sổ 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 hai cách 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 tác nhân sấy

1.1.3.2 Các loại tác nhân sấy

Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất Dùng không khí ẩm

có nhiều ưu điểm: không khí có sẵn trong tự’ nhiên, không độc và không làm ô

nhiễm sản phẩm

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông

Khói lò: sử dụng làm môi chât sây có ưu diêm là không cân dùng caloriíe,phạm vi nhiệt độ rộng nhưng dùng khói lò có nhược điếm là có thế ô nhiễm sảnphẩm do bụi và các chất có hại như: CO;, SO;

Hỗn hợp không khí hơi và hơi nước: tác nhân sấy loại này dùng khi cần có

độ ẩm tương đối (p cao

Hơi quá nhiệt: dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sảnphẩm sấy là chất dễ cháy nổ

1.1.3.3 Không khí ẩm

- Các thông số cơ bản của không khí ẩm:

+ Độ ấm tương đối là tỉ số giữa lượng hơi nước có trong không khí ấm vớilượng hơi nước lớn nhất có the chứa trong không khí ẩm đó ở cùng mộtnhiệt độ:

n — 1J—.100%=—^_100% (1.1)ơ

— /?max P h s Trong đó:

Gh, kg : lượng hơi nước trong không khí ẩm

Gh max 'ượng hơi nước lớn nhất có thể chứa trong không khí ẩmp„, N/m: : phần áp suất hơi nước trong không khí ẩm

phs, N/m2: áp suất bão hòa hơi nước ở nhiệt độ không khí ẩm

+ Độ chứa hơi là lượng hơi nước chứa trong lkg không khí khô:

: entanpy của hơi nước có trong 1 kg không khí khô

+ Nhiệt độ đọng sương (ts): nhiệt độ đọng sương của không khí ẩm là nhiệt độcủa không khí bão hòa đạt được bằng cách làm lạnh không khí ẩm trong điềukiện độ chứa hơi không đổi Khi biết nhiệt độ và độ ấm tương đối có thể xác địnhnhiệt độ đọng sương

Khi bão hòa (p = 100% , ph = phs nhiệt độ không khí âm lúc này là t chính là nhiệt

độ bão hòa ứng với ph = phs Vì vậy ta có thế tra bảng hơi nước bão hòa với p„ taxác định được nhiệt độ bão hòa

+ Nhiệt độ nhiệt kế ướt tM : là nhiệt độ của không khi ấm bão hòa đạt được bằngcách cho nước bốc hơi đoạn nhiệt vào không khí ấm Quá trình xảy ra làm chonhiệt độ không khí ẩm giảm, độ ẩm tương đối và độ ẩm chứa hơi tăng, cònentanpy không đồi Quá trình đạt đến trạng thái cân bằng (p = 100% thì nhiệt độkhông khí ẩm là tM Nhiệt độ này cũng chính là nhiệt độ nước Người ta đo nhiệt

độ này bàng cách lấy bông hoặc vải thô vấn vào bầu thủy ngân của nhiệt kế vànhúng vào nước vì vậy gọi là nhiệt độ nhiệt kế ướt

+ Thế tích riêng và khối lượng riêng theo không khí ấm:

Không khí âm là hỗn hợp của khí lý tưởng nên ta có thế xác định khối lượngriêng của nó:

) = >k + > =

Yũ

Lớp: DH07TP

Trang 5

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

Khi sử dụng khói làm môi chất sấy ta phải tính toán quá trình cháy nhằm thu

được khói lò có lưu lượng, nhiệt độ, độ chứa hơi nhất định Sơ đồ nguyên lý

buồng đốt tạo khói làm môi chất sấy được biếu diễn trên hình sau:

Không khí

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý bình đổt tạo khói

1 buồng đốt, 2.buồng lắng bụi, 3.buồng hòa trộn

Trong tính toán quá trình cháy, đế tạo khói làm môi chất sấy, người ta thường

tính cho 1 kg nhiên liệu và cần xác định các đại lượng cơ bản sau:

+ Nhiệt trị của nhiên liệu có the xác định theo thành phần nhiên liệu hoặc đo

trong phòng thí nghiệm Khi biết thành phần nhiên liệu, có thế xác định nhiệt trị

theo các công thức sau:

□ Đôi với nhiên liệu khí:

p

CW3tC-t 10

cmìCi A

Qa/4 = 35800 kJ/m'tc

C//3tC:ỏ

Q

CHỉtCì ô

+ Tiêu hao không khí

□ Tiêu hao không khí lý thuyết đổi với chất khí:

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

Q , Q/,S 2là nhiệt trị của các chất khí cháy tương ứng:

Q co

□ c t + * 1 /00

khkh

100

Trong đó aT là hệ số không khí thừa trong buồng lửa

Hệ số không khí thừa a - chọn theo loại nhiên liệu và cấu tạo buồng đốt Khidùng khói làm môi chất sấy, nhiệt độ khói thường thấp hơn nhiều so với nhiệt độ

Lóp: DH07TPTrang 8

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

Trong đó:

Q £: nhiệt trị cao của nhiên liệu

I M : hiệu suất buồng đốt

C„|: nhiệt dung riêng của nhiên liệutn,: nhiệt độ nhiên liệu vào buồng đốtentanpy của hơi nước trong khói

i h : entanpy của hơi ấm trong nhiên liệu

W„|: độ ẩm của nhiên liệu khí

lo :entapy của không khí vào buồng đốt

do: độ chứa hơi của không khí vào buồng đốt

ckh: nhiệt dung riêng của khói

Tkh: nhiệt độ của khóiCmHn : thành phần cacbua hydro tính theo thành phần khối lượngSau khi xác định hệ số thừa chung a ta chọn hệ số khí thừa của buồng đốt theo

nhiên liệu và kiểu buồng đốt ahd, tù' đó ta có:

Aa = a- Ohd (1.12)

Vậy lượng không khí cần hòa trộn thêm là:

AL = Aa.L0 (1.13), (kg/kgnl)

1.1.4 Chế độ sấy

1.1.4.1 Khái niệm và định nghĩa

- Ché độ sấy là một tập họp các tác động nhiệt của môi chất sấy đến vật liệusấy nhằm đảm bảo chất lượng và thời gian sấy nhất định theo yêu cầu

- Chế độ sấy thế hiện dưới dạng các thông số sau: nhiệt độ tác nhân sấy,hiệu nhiệt độ khô ướt At (hay độ ấm tương đối cp), tốc độ môi chất sấy.

1.1.4.2 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 hướng quyết định đến tốc độ sấy cónghĩa là ảnh hưởng quyết định đến thời gian sấy Nhiệt độ t, cũng ảnh hưởngđến chất lượng sản phẩm sấy Một số sản phẩm sấy không cho phép sấy ở nhiệt

độ cao vì vậy nó không cho 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 thờigian sấy giảm và giảm tiêu hao năng lưọng Tuy vậy nhiệt độ tác nhân sấy càngcao thì tốn thất 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.Trị sổ t, tối uu theo tiêu chí này thường khá lớn vì vậy khi sấy các vật liệu nhạycảm nhiệt (chất lượng sản phấm giảm khi nhiệt độ tăng) thì nhiệt độ tác nhânsấy ti xác định theo điều kiện chất lượng sản phẩm

Ví dụ khi sấy các vật liệu dạng tinh bột nhiệt độ tác nhân sấy t, thường nhỏhơn nhiệt độ hồ hóa (khoảng 60°C)

+ Độ ẩm tương đối của không khí vào thiết bị cp, (hay At,)

Độ chênh lệch nhiệt độ khô ướt của môi chất vào thiết bị At, tạo nên thế sấy, nó

là động lực cho ẩm thoát ra tù’ vật ẩm vào môi trường Thế sấy càng lớn thì tốc độthoát ẩm càng lớn Tuy nhiên khi tốc độ thoát ẩm lớn sẽ dẫn đến vật sấy biến

dạng (vênh, nứt) vì vậy ta chọn At, thích hợp với từng loại sản phẩm và từng giaiđoạn 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

tiết kiệm năng lượng thì nhiệt độ t2 càng nhỏ càng tốt Tuy nhiên, khi chọn t: phải

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông

bảo đảm Àt2 = t2 - t,để duy trì quá trình truyền nhiệt giữa môi chất sấy và vật

liệu sấy t, càng 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 t2 lớn sẽ dẫn tới tổn thất nhiệt do khí thoát và tăng tốn thất nhiệt vàomôi trường do truyền nhiệt qua thiết bị Vì vậy cần chọn At: tối ưu Trị sổ nàythường chọn theo kinh nghiệm từ 10 - 15°c

+ Độ âm môi chất sấy ra khỏi thùng sấy (p2

Thông sổ này cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Chọn (p2 càng lớn thì tiêu hao

riêng không khí càng nhỏ Tuy vậy, việc tăng (p2 bị hạn ché bởi độ ẩm cân bằng

vật liệu tương ứng với trạng thái không khí ấm ra khỏi buồng sấy (t2, (p2) Khi (p2tăng đến giá trị nhất định cp2k thì độ âm của vật liệu sấy 0) = (Oeb lúc này giữa vậtliệu và môi chất sấy đạt đến cân bằng, ẩm trong vật liệu không thoát ra được

thẩm chí nếu tăng (p2 quá trị số (p:k sẽ xảy ra hiện tượng vật liệu hút ẩm tù’ môi

chất sấy Trường hợp này có thể xảy ra khi sấy hầm cùng chiều

Trị số (p2 thường chọn nhở hơn trị số giới hạn (p2k từ 5 - 10% Trị số (p2 tối ưu

thay đối tùy thuộc vào nhiệt độ t2 Với nhiệt độ t2 = 40 * 60(lc, trị số (p2 hợp lý

hệ thống làm tăng năng lượng của quạt gió Vì vậy cần chọn tốc độ thích hợp

1.1.4.3 Chọn chế độ sấy

Việc chọn chế độ sấy thường căn cứ vào hai tiêu chí: một là sự làm việc củathiết bị và hai 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, sấyphun các giai đoạn của quá trình sấy phân bố ốn định trên thiết bị theo chiềuchuyển động của vật liệu ( ví dụ: thiết bị sấy hầm, các giai đoạn sấy phân bố

theo chiều dài hầm) Ớ các thiết bị sấy này, chế độ sấy được chọn cho cả hai thiết

bị không phụ thuộc vào thời gian, cụ thế là chọn trạng thái môi chất vào t„ cp Ngoài ra, việc chọn chế độ sấy còn căn cứ vào thiết bị làm việc cùng chiều hayngược chiều

+ Thiết bị làm việc theo chu kỳ:

Ớ các thiết bị sấy làm việc chu kỳ, các giai đoạn của quá trình sấy phân bốtheo thời gian sấy, vì vậy ở mỗi giai đoạn sấy cần chọn chế độ sấy thích họp

Ví dụ: trong thiết bị sấy thùng quay dùng sấy cà phê theo chu kỳ thời giansấy 24 giờ với cà phê hạt độ ấm đầu 52%, cuối 12% Chế độ sấy cũng được chọnkhác nhau có 3 giai đoạn:

o Giai đoạn đầu 8 giờ, nhiệt độ môi chất vào 68°c.

o Giai đoạn hai thời gian 8 giò, nhiệt độ môi chất vào 64°c.

o Giai đoạn ba thời gian 8 giờ, nhiệt độ môi chất vào 59nc.

- Căn cứ vào vật liệu sấy

+ Các vật liệu sấy không cho phép cong, vênh, dễ nứt như gồ, đồ gốm, men

sứ khi chọn chế độ sấy cần cả hai thông sổ nhiệt độ và độ ấm tương đối (hay

At)

+ Các vật liệu sấy không sợ nứt, cong vênh như rau quả, thực phấm, thức ăn giasúc, khoai săn thái lát khi chọn chế độ sấy chỉ cần chọn nhiệt độ vào thiết bị t,còn nhiệt độ ra khỏi thiết bị t; và độ âm tương đối cp; chọn theo các tiêu chí riêng

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

1.1.4.4 Các biện pháp đế duy trì chế độ sấy

Đe đảm bảo duy trì chế độ sấy thích hợp cho từng loại sản phẩm và từnggiai đoạn của quá trình sấy có thể tiến hành các biện pháp sau:

- Phun âm

Khi ché độ sấy cần độ ẩm tương đối cao mà sau khi gia nhiệt độ ẩm tươngđối của môi chất khá nhỏ, trường họp này cần tăng độ ẩm tương đối của khôngkhí Một biện pháp có hiệu quả là phun ẩm, tức là phun nước vào không khí,

nước sẽ bay hơi làm cho độ ấm tương đối của không khí tăng lên Trong hệ

thống điều hòa không khí người ta sử dụng rộng rãi phương pháp này

- Hồi lưu một phần khí thải

Khí thải của hệ thống sấy có độ ấm tương đối cp cao Sử dụng hồi lưu là lấymột phần khí thải hòa trộn với không khí mới đưa vào hệ thống Điếm hòa trộn

có thể đặt trước hoặc sau calorife và thường đặt ở đầu hút của quạt gió Làm nhưvậy có thể tăng độ ẩm tương đối của môi chất sấy vào hệ thống, đồng thời có thểtiết kiệm nhiệt Sử dụng hồi lưu có thể điều chỉnh được độ ẩm tương đối vào thiết

bị sấy theo yêu cầu của chế độ sấy bằng cách điều chỉnh tỷ lệ khí hòa trộn (hệ sốhồi lưu)

Gia nhiệt trung gian là gia

nhiệt thêm cho môi chất trong

buồng sấy Nhược điểm lớn nhất

của thiết bị sấy buồng là nhiệt độ

môi chất giảm dần theo chiều

chuyến động của môi chất trong

khi đó vật liệu đứng yên nên sản

phẩm khô không đều Đế khắc

phục nhược điểm này có thể sử

sấy ra mỗi phần đuợc gia nhiệt bố sung làm cho nhiệt độ tăng lên, nhiệt độ môichất trong buồng sấy sẽ đều hơn.

Ớ hình sấy có gia nhiệt trung gian quá trình 0-1 là quá trinh gia nhiệt trongcalorife chính, quá trình 1 -2' là quá trình sấy trong phần 1, quá trình 2’.]’ là quátrình gia nhiệt trong caloriíe phụ và quá trình 1 *-2 là quá trình sấy trong phần 2của buồng sấy

1.1.5 Các phưong pháp xác định thòi gian sấy

1.1.5.1 Phưong pháp A V Lư - cốp

Đây là phương pháp dùng để xác định thời gian sấy đối với vật liệu dạng tấmphang sấy trong thiết bị sấy đổi lưu

Để mô hình toán học có thể giải được một cách đơn giản, A V Lư - cốp đã

bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ ẩm Do đó phương trình dẫn chất có dạng:

thu được kết quả thời gian sấy trong giai đoạn tốc độ giảm như sau:

11

l2J ln *! ^ 0 -16)

11——

k 2 'ị cb

ri A- ĩ : 1' u- - Ẵ , _ V XT ' - = ^ 1 goi là hê Số sấy tương đối

o đây k gọi là hệ sô sây, k = X.N, với X toV r J &

11 1

1.1.5.2 Phương pháp G K Philônhencô

Philônhencô đã nghiện cứu nhiều đường cong sấy khác nhau, ông đã phát hiện

ra rằng các đừng cong sấy có thể biểu điển bằng một đường cong duy nhất nếu

lấy một trục là tốc độ sấy d / d và trục kia là tốc độ dẫn suất:

Các hệ sổ A, B, m phụ thuộc vào vật liệu và chế độ sấy Khi m = 1 thì thời giansấy có thế xác định bằng công thức:

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

Đối với tấm phẳng nói chung :

Phương pháp này đã coi phương trình dẫn ẩm như phương trình thấm

Từ đó ta có mối quan hệ giữa độ ẩm và thời gian sấy:

A + Bị

Trong đó: A, B phụ thuộc vào vật liệu sấy và chế độ sấy

Từ đó có thể xác định thời gian sấy theo công thức:

Lớp: DH07TP

Trang 16

Buồng sấy là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu Đây là bộ

phận quan trọng nhất của hệ thống sấy Tùy theo phương pháp sấy, loại thiết bịsấy mà buồng sấy có dạng khác nhau Ví dụ thiết bị sấy nguồn, bộ phận buồngsấy có thể nhỏ như một cái tủ, có thể lớn như một căn phòng Trong thiết bị

sấy hầm, buồng sấy là một buồng có chiều dài lớn như một đường hầm(tuynen) Trong thiết bị sấy phun, buồng sấy là một buồng hình trụ đứng haynằm ngang Trong thiết bị sấy khí động, buồng sấy là một ống hình trụ đếđứng, có chiều cao lớn

- Bộ phận cung cấp nhiệt

Tùy theo hệ thống sấy khác nhau, bộ phận cung cấp nhiệt cũng khác nhau

Ví dụ, trong thiết bị sấy bức xạ, bộ phận cung cấp nhiệt khá đơn giản, có the là

các đèn hồng ngoại, các ống dây điện trở, hay các tấm bức xạ gia nhiệt bằng chấtlỏng hay khí đốt Thiết bị sấy đổi lưu dùng mồi chất sấy là không khí, chất tải

nhiệt là hơi nước thì bộ phận cấp nhiệt là caloriíe khí - khói

- Bộ phận thông gió và tải ẩm

Bộ phận này có nhiệm vụ tải ấm tù' vật sấy vào môi trường Khi sấy bức xạviệc thông gió còn có nhiệm vụ bảo vệ vật sấy khỏi quá nhiệt

Các thiết bị sấy dưới áp suất khí quyển đều dùng môi chất đối lưu (tự' nhiênhay cường bức) đề tải ẩm Trong các thiết bị này đều cần tạo điều kiện thông gió

tốt hơn trên bề mặt vật liệu đế âm thoát ra từ vật được môi chất mang đi dễ dàng.Khi thông gió cưỡng bức bộ phận này gồm: các quạt gió, các đường ống dẫn cấp

gió vào buồng sấy, đường hồi (nếu có), ổng thoát khí

Các thiết bị sấy chân không, việc thải âm dùng bơm chân không hoặc kết

hợp với các bình ngưng ẩm (sấy thăng hoa)

- Bộ phận cấp vật liệu và lấy sản phấm

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

Bộ phận này cũng khác tùy thuộc vào loại thiết bị sấy Trong thiết bị sấybuồng và hầm vật liệu sấy đế trên các khay đặt thành tầng trên các xe goòng

Việc đẩy xe vào và lấy ra có thế bằng thủ công hay cơ khí Trong thiết bị sấy hầmdùng băng tải, vật liệu được đua vào và lấy ra khỏi hầm bằng băng tải Trong

thiết bị sấy phun, vật liệu đưa vào bằng bơm qua vòi phun Sản phẩm được lấy radưới dạng bột bằng các tay gạt và vít tải

- Hệ thống đo lường, điều khiến

Hệ thống này có nhiệm vụ đo nhiệt độ, độ ẩm tương đối của môi chất sấy tại các

vị trí cần thiết t„ cp,, t2, Ọ: đo nhiệt độ khói lò Tự động điều chỉnh nhiệt độ, độ

ẩm môi chất vào thiết bị nhằm duy trì chế độ sấy theo đúng yêu cầu

1.1.6.2 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 cưỡngbức, một số kiểu sấy bức xạ, sấy bằng điện trường tần cao Các thiết bị sấy loạinày thường được chế tạo hàng loạt có điều kiển tự’ động nhiệt độ môi chất sấy.Vật liệu sấy thường đặt trên các khay đưa vào buồng sấy bằng thủ công và đặttrên các giá đỡ trong buồng Loại thiết bị này có thể sấy nhiều loại sản phẩm khácnhau

- 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 khácnhư: bộ phận cấp nhiệt, cấp hơi nước, cấp khói, bộ phận cấp vật liệu và lấy sảnphấm Trong dây chuyền công nghệ sản xuất sản phấm, hệ thống sấy được bốtrí trong một phân xưởng sơ chế nguyên liệu hay thành phấm Có một số xí

nghiệp, hệ thống sấy là hệ thống chính, ví dụ xí nghiệp sản xuất cà phê hạt baogồm các công đoạn như sau: sát ướt ( quả cà phê đem chà sát, rửa sạch lấy hạt),

Trong các xí nghiệp sản xuất rau quả khô, hệ thống sấy cũng là hệ thống chính.

1.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUAY

1.2.1 Cấu tạo hệ thống thùng quay

Hình 1.3 Cấu tạo bên trong thùng quay

Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn.Trong đó có các cánh trộn được bố trí đế đảo trộn nguyên liệu cần sấy mộtcách đồng đều Thùng được đặt nghiên với mặt phang nằm ngang theo tỉ lệ1/15 - 1/50 Thùng sấy quay với tổc độ 1 , 5 - 8 vòng/phút Nhờ một động cơđiện thong qua hộp giảm tốc Vật liệu sấy từ thùng chứa được đưa vào thùngsấy cùng với tác nhân sấy Khi đó thùng sấy quay tròn , đồng thời vật liệu sấyvừa được đảo đều vừa di chuyến từ đầu cao của thùng sấy đến đầu thấp

Trong quá trình sấy tác nhân sấy và vật liệu sấy trao đối nhiệt cho nhau Vậtliệu 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 đế thu hồi vật liệu cuốn theo còn khíthải được thải ra môi trường

Đe góp phần tăng cường đão trộn và trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy và tácnhân sấy người ta bô trí trong thùng sấy hệ thống các cánh đảo

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

1.2.2 Nguyên lý làm việc

Thùng được thiết kế nằm nghiêng một góc a, vật liệu sấy được đưa vàođầu cao của thùng sấy với sự hoạt động của thùng vật liệu sấy di chyển xuốngthấp và đi ra ngoài Tác nhân sấy đi cùng chiều với vật liệu sấy và đi ra khỏithùng vào hệ thống dẫn khí qua xyclon đế sử lý Tác nhân sấy cùng vật liệusấy được đảo đểu và xảy ra quá trình trao đổi nhiệt ấm làm khô vật liệu sấy.Thời gian sấy là thời gian mà vật liệu sấy đi từ đầu vào đến hết thùng sấy Hệ

số điền đầy có thể lên đến 27,5% tùy vào hệ thống cánh đảo được lắp đặt bêntrong thùng Đe vật liệu sấy tiếp xúc tốt với tác nhân sấy người ta co thể đặtnhiều cánh hứng hay cũng có thế chia thành nhiều khoang

Thiết bị sấy dung để sấy các vật liệu sấy dạng hạt Khi sấy các vật liệu dạnghạt cở nhỏ cần chọn tốc độ quạt thổi sao cho vật liệu sây không bai theo khíthoát quá nhiều Trong hệ thống sấy thùng quay thường không sử dụng táituần hoàng khí thai vì trong khí thải có bụi Neu tần hoàng thí thải thì sẽ phải

bố trí hệ thống lọc bụi tốn chi phí và năng lương

Thiết bị sấy thùng quay là thiết bị sấy đối lun vì thế khi thiết kế ta cần

1.3 CHỌN VẬT LIỆU SẤY, NHÂN SẤY VÀ CHẤT TẢI NHIỆT

1.3.1 Nguyên liệu sấy

Hình 1.4 Muối ăn

Muối ăn hay trong dân gian còn gọi đơn giản là muối (tuy rằng theo đúng thuậtngữ khoa học thì không phải muối nào cũng là muối ăn) là một khoáng chất,được con người sử dụng như một thứ gia vị cho vào thức ăn Có rất nhiều dạngmuối ăn: muối thô, muối tinh, muối iốt Đó là một chất rắn có dạng tinh thể, cómàu từ trắng tới có vết của màu hồng hay xám rất nhạt, thu được từ nước biểnhay các mỏ muối Muối thu được tù’ nước biển có các tinh thể nhở hoặc lớn hơnmuối mỏ Trong tụ' nhiên, muối ăn bao gồm chủ yếu là clorua natri (NaCl),nhưng cũng có một ít các khoáng chất khác (khoáng chất vi lượng) Muối ăn thutù' muối mỏ có thế có màu xám hơn vì dấu vết của các khoáng chất vi lượng

Muối ăn là cần thiết cho sự sống của mọi cơ thế sống, bao gồm cả con người Đế

bảo quản tốt người ta làm giảm hàm lượng nước có trong tinh thể muối bằng

cách là sấy muối đến độ âm thích họp có nhiều phương pháp sấy ỏ' đây ta chọn

phương pháp sấy thùng quay đế sấy muối

Đồ án: sấy muối thùng quay

1.3.2 Quy trình sản xuât muôi ăn

GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

Hình 1.5 quy trình sản xuất muối ăn cơ bán

1.3.3 Chọn tác nhân sấy và chất tải nhiệt

Tác nhân sấy là khói lò

- Khói lò: dùng làm tác nhân sấy có ưu điểm là phạm vi hoạt động rộng từhàng chục độ đến trên 1000'C, không cần caloriíe Tuy vậy khói chỉ dùng cho

các vật liệu không sợ ô nhiễm như: gỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ Đây là tácnhân chính của đồ án sấy muối thùng quay bằng khói lò

Đồng thời khói lò cũng mang tính chất là chất tải nhiệ cung cấp nhiệt cho vật liệu

sấy giúp cho vật liệu liệu sấy thoát ấm ra khởi vật liệu ấm

PHÁN 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY2.1 YÊU CẦU CÙA QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN

2.1.1 Đầu đề ( nhiệm vụ thiết kế )

Tính toán máy sấy thùng quay đế sấy muối ăn năng suất 6 kg/s

2.1.2 Dữ kiện ban đầu tính toán

- Độ ấm ban đầu của muối 0)đ = 5% =0,05

- Độ ấm cuối của muối (Dc = 0,2% = 0,002

- Độ ẩm trung bình (0* = 0,5(0,002 + 0,05) = 0,026 = 2,6%

- Nhiệt độ của vật liệu ẩm 0,= 20°c

- Chất đốt cung nhiệt cho thùng sấy khói lò đốt khí thiên nhiên

- Nhiệt độ khói lò:

+ vào máy sấy t, = 200HC

+ ra khởi máy sấy t, = 70°c

- Mất mát nhiệt ra môi trường xung quanh tính theo lkg ấm bay hoi qm =22,6 kJ/kg

- Thông số không khí ban đầu:

+ Nhiệt độ t = 25°c

+ Độ ấm tương đối: cp0 = 85%

+ Áp suất trong máy sấy: B = 745mmHg

2.1.3 Nội dung tính toán

- Xác định các thông số của khói lò đưa vào máy sấy

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

- Xác định kích thước cơ bản của thùng sấy

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông

thiêt bị Đông thời qua việc thiêt lập cân băng nhiệt và cân băng năng lượng của

hệ thống sẽ xác định được hiệu suất sử dụng nhiệt và hiệu suất sử dụng năng

lượng của hệ thống cũng như tiêu hao nhiệt riêng phần của buồng sấy và hệ

thống

2.2 TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SÁY

1: thùng chứa nguyên liệu, 2: máy cấp nguyên liệu, 3: thùng quay, 4: lò đốt nhiênliệu, 5: buồng trộn, 6,7: bơm không khí, 8: thùng chứa trung gian, 9: băng tải, 10:xiclo, 11: máy hút hơi, 12: bánh răng

2.2.2 Sơ đồ yêu cầu tính toán

Hình 2.2 Sơ đồ yêu cầu tỉnh toán

Khí Phản ứng

Hiệu ứng nhiệt phản ứngKJ/m3

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

2.2.3 Tiêu hao không khí

Hình 2.3 Sơ đỏ nguyên lý thiết bị sấy đổi lưu

Tiêu hao riêng không khí lý thuyết tiêu hao cho quá trình sấy tiêu hao cholkg nguyên liệu

- Đối với nhiên liệu là khí:

n

L = 1,38(0,017900 + 0,248// +4 OH±NcH )

(.1) trang 163 [15]

Trong đó: co, H2, CmH„ là thành phần nhiên liệu tính theo khối lượng

Dựa vào thành phần khí đốt thiên nhiên Việt Nam ta có thành phần nhiênliệu theo khối lượng như sau: 85% mêtan (CH4), 10% êtan (C2H6), 2,5% H:, 1%

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

Bủng2.ỉ: Trị sổ hiệu ứng nhiệt đốt cháy của các chất khí:

- Lượng nhiệt tỏa ra Qv, khi đốt cháy lm3 khí:

- Phương trình cân bằng vật chất

1 + Lo = Lc r + 9n C K

A " (X.4) trang 263 [15]

Lcr: phần khối lượng của cấu tử khí khi đốt cháy lkg nhiên liệu

- Phương trình cân bằng nhiệt:

Qr| + C T t T + aL„I 0 = [ L c r + L„(a - 1)] /« r + [aL 0 I 0 +

trang 264 [15]

Ta chọn: Hiệu suất buồng đốt 95% => T| = 0,95

Lấy: Nhiệt dung riêng của nhiên liệu CT = 1,006 kJ/kg°K

Nhiệt dung riêng của của không khí khô Cc r = 1,004 kJ/kg°K

t„r = 200°c => /,r = c,r t.r =1,004.200 = 200,8 kJ/kg

Nhiệt dung riêng của hơi nước Cp = 1,842kJ/kg°K

Không khí có trạng thái xác định bởi (to, (po) = (25°c, 85%)

Dựa vào đồ giản đồ I - X trạng thái của hồn hợp khí ta tìm được:

Lượng chứa ẩm Xo = 0,016 kgẩm/kgkkkhô

_V ỉnC _

- Tính hàm lượng sau khi cháy tạo ra hơi:

0,85.16.273

CH - 0,77

4=22,4.0, 722(273 25)=

0,1.30.273CH

Trang 28

0, 025.2.273H;= 22, 4.0, 722(273 25)=0, 0028

- Lượng ẩm thoát ra khi cháy lkg nhiên liệu:

Vì hệ số a lớn cho nên tính chất vật lý hồn hợp khí dùng làm tác nhân sấy thực tế

không khác so với tính chất vật lý của không khí cho nên ta có thế sử dụng trạng

thái không khí ẩm trong tính toán (tức là đồ thị I - V có thể dùng cho quá trình

tính toán)

2.2.4 Xác định thông số của khí đã làm việc, tác nhân sấy

nhiệt cho sấy

- Lượng ấm bốc hơi từ vật liệu được tính bằng công thức:

- Hiệu số giữa tổn hao nhiệt đưa vào và nhiệt tiêu hao trực tiếp trong

phòng sấy:

A = cô, + qm - (qT+ qM+ qp) (X.l 1) trang 264[15]

Trong đó:

c: ẩm trong vật liệu ẩm kJ/kg.°K, c = 4,17 kJ/kg°K

: lượng nhiệt đưa thêm vào máy sấy kJ/kg ẩm, qm = 0

: tiêu hao nhiệt cho máy sấy cùng với phương tiện vận hành pT = 0

: tiêu hao nhiệt cho máy sấy của vật liệu sấy: qm = GKCM(0: - 0,)/ỈV

: vật liệu khối lò kJ/kg.°K, 0,8 kJ/kg.°K

fh: đô am vât liên khi ra khỏi máv sấv, 0 — 52°c, _Lớp: DH07TP

Trang 30

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

0,: độ ẩm vật liệu khi vào máy sấy, 0, = 20°c

qp: mất mát nhiệt khi sấy, qp = 22,6 kJ/kg

- Hiệu số giữa tổn hao nhiệt đua vào và nhiệt tiêu hao trực tiếp trong

phòng sấy:

6.0,8(52 20)

- = 4,17.20 ỉ (0032 I 22, 6 = 1445, 796

- Phương trình cân bằng nhiệt

A = {I-I,)l{x-x l ), hay 1 = 1, +ầ(x-x,) (X 12) trang 264 [15]

Hình 2.5 đồ thị I- X của không khỉ ấm ở B = 760 mmHg

Giả sử X = 0,1 kgấm/kgkkkhô, khi đó:

I = 273,44 - 445,796(0,1 - 0,025) = 240,005 (kJ/kgkkkhô)Dựa vào đồ thị I - X cùng với các trị số X i , I, hay X, I cùng với nhiệt độ ra khỏi

máy sấy t2 = 70°c khi đó từ đồ thị I - X ta có x 2 = 0,085,1: = 236 kJ/kgkkkhô

- Tiêu hao của khí khô Lcr:

Kích thước hạt Giá trị co, m/s khi pM, kg/m3

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông

- Tỉ sô lượng nhiệt tiêu hao cho quá trình sây và lượng nhiệt tỏa ra khiđốt cháy lkg nhiên liệu:

Vp : thể tích không gian cần thiết đề đun nóng vật liệu ẩm đến nhiệt độ bốc hơi

ẩm mạnh (nhiệt độ đó là kế ẩm của tác nhân sấy)

: thế tích cần thiết cho quá trình bốc hơi ẩm

- Thế tích không gian sấy của thùng sấy được tính theo công thức sau:

vc= W/(K V Ax’J (X.16) trang 165 [15]

Á*’cp: động lực chuyển khối trung bình (kg ẩm/nỉ)

K, = hệ số chuyến khối thế tích 1/c

Tính toán trong trường hợp hệ số truyền khối bằng hệ số cấp khối (Kv = p,)

- Đối với sấy thùng quay hệ số cấp khối ị3, tính theo công thức:

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

Bảng 2.2 chọn tốc độ làm việc khí trong tang sấy Cú (m/s)

Đối với vật liệu hạt có kích thước thường từ 0,2 đến 5mm, và khối lượng rót

pM = 800 - 1200 kg/m3 thì tốc độ làm việc tù’ 2 - 5 m/s Trong trường hợp nàykích thước 1 - 2 mm thì mật độ rót là 1200 kg/m3 Ta thừa nhận tốc độ khí trongtang quay 0) = 2,1 m/s Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy tcp = (200 + 10)12 =1350C

Hình 2.5 Cấu tạo bên trong của thủng sấy dựa vào hệ sổ điền đầy Ịí (%)

Lơp: D H U / 1 P

11 ( 18) trang 166 [15]

1 X =

http://www.ebook.edu.vn

Trang 34

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

1 -hệ số điều đầy p = 12%, 2-hệ số điền đầy p = 14%, 3 -hệ số điều đầy

p = 20,6%, 4 -hệ số điền đầy p = 27,5%

Ớ đây ta chọn hệ số điền đầy |3 = 12% và áp suất quá trình sấy thực hiện ở

áp suất khí quyển P0 =105 (Pa)

- Áp suất riêng phần của hơi nước vào hay ra máy sấy được tính từ côngthức:

xMP

/,

Áp suất riêng phần của hơi nước khi vào máy sấy

Đồ án: sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Vãn Thông

AX'M = x*2 + X ,động lực truyền khối ở cuối quá trình sấy (kg/m3)

x7 'X 2 \ hàm ẩm cân bằng đầu vào và đầu ra

- Động lực trung bình APtp (Pa):

- p \ - p -p = f M ) (.20) trang 166 [15]

o ln ( - P / - P

ÀPo = P*1 - p,: động lực đầu quá trình sấy, Pa

APM = p 2 - p2 : động lực cuối quá trình sấy, Pa

p 2 : áp suất hơi bão hòa trên vât liêu âm ở đầu và cuối quá trình sấy (Pa)

P'->

Xác định nhiệt độ của nhiệt kế uớt ở đầu vá cuối thùng sấy ở nhiệt độ

t và nhiệt độ Dựa vào độ thị /- X ta xác định được L ~ 52:°c

vp = Qp/K,Atcp (X.21) trang 166 [15]