Đồ án Thiết kế hệ thống sấy đường thùng quay 1500kg một giờ

Ví dụ sản xuất tinh bột, hoặc sản xuất chuối sấy v.v Nguyên tắc của quá trình sấy, là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái phacủa pha lỏng trong vật liệu thành hơi.. Trong th

Đồ án môn học Thiết kế hệ thống sấy thùng quay

1

MỞ ĐẨU

Đường saccarose là chất có vị ngọt tự nhiên là loại thực phẩm bổ dưỡng cung cấp nhiềunăng lượng cho cơ thể con người Đường có thể dùng trực tiếp hay dùng làm nguyên liệu trongcông nghệ sản xuất thực phẩm như : công nghệ sản xuất đồ hộp , làm bánh kẹo, làm mức, làmrượu, nước giải khát

Một trong những công đoạn quan trọng hổ trợ đắc lực trong công nghệ sản xuất đường

là giai đoạn sấy đường sau khi tinh thể đường được tạo ra Việc sấy đường đã giúp cho việc bảoquản và vận chuyển đường được thuận lợi nên công đoạn sấy đường là công đoạn không thể thiếuđược trong cộng nghệ sản xuất đường cát

Tính chất của nguyên liêu

Đường saccarose là thành phần chính quan trọng nhất của cây mía, là sản phẩm củacông nghệ sản xuất đường

o Tính chất vật lý:

Là chất rắn kết tinh ,không màu, trong suốt, vị ngọt

Khối lượng riêng : 1.5879 g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy :186-188°c

Không tan trong dầu hỏa, ancol, CS2, bezen, Glyxerin khan,

Dễ tan trong nước độ tan tỉ lệ thuận với nhiệt độ

Độ hoà tan của đường sacaroza trong nước

Nhiệt độ

°c

Độ hoà tan gSaccarose/100g nước

Nhiệt độ

°c

Độ hoà tan gSaccarose/100g nước

o Tính chất hoá học

Trong môi trường acid

Trong môi trường có tính acid (pH < 7) đường saccarose bị thủy phân thành glucoza vàfructoza

c 12 H 22 o 11 +H 2 o > c 6 H12 o 6 + c 6 H 12 o 6

Phản ứng trên là phản ứng nghịch đảo đường

Trong môi trường kềm

Dung dịch đường có tính acid yếu nên tác dụng được với các chất kiềm tạo thành saccarate Phản ứng kiềm áp dụng trong sản xuất đường là phản ứng vôi:

Mono và đi canxi saccarate dễ bị phân hủy , tri saccarate khó bị phân huỷ Đặc tính nàycủa tri saccarate được ứng dụng để lấy đường sacarose ra khỏi mật củ cải

Điều kiện pH >8-9 và bị nung nóng trong thời gian dài đường saccarose bị phân hủy tạo thành các hợp chất có màu vàng và màu nâu [1]

CHƯƠNGI TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SAY.

Quá trình sấy:

Sấy là một quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt Như phơinắng là biện pháp sấy tự nhiên rất đơn giản được áp dụng lâu đời trong nhân gian Tuy nhiênphơi nắng cũng bị hạn chế do diện tích sân phơi cần phải lớn, vả lại còn phụ thuộc vào thời tiết,đặc biệt bất lợi trong mùa mưa Vì vậy trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế xã hội người

ta phải áp dụng biện pháp sấy nhân tạo

Kết qủa của quá trình sấy: hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên, điều đó có ýnghĩa quan trọng trên phương diện khác nhau Ví dụ như đối với các nông sản và thực phẩmnhằm tăng cường tính bền vững trong bảo quản ; đối với các nhiên liệu (than, củi) được nângcao lượng nhiệt cháy; đốt với gốm sứ làm tăng độ bền cơ học; v.v và nói chung các vật liệusau sấy đều được giảm giá thành trong vận chuyển

Do các ý nghĩa đã nêu, mà đối tượng của quá trình sấy thật đa dạng: bao gồm nguyênliệu bán thành phần và thành phẩm trong các giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất và chếbiến, thuộc nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau Nói một cách khác, kỹ thuật sấy được ứng dụngrộng rãi trong các nghành công và nông nghiệp

Thật ra sấy là một quá trình công nghệ phức tạp, và đôi khi nó thường đóng vai tròquyết định trong qui trình sản xuất Ví dụ sản xuất tinh bột, hoặc sản xuất chuối sấy v.v

Nguyên tắc của quá trình sấy, là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái phacủa pha lỏng trong vật liệu thành hơi Hầu hết các vật liệu trong quá trĩnh sản xuất đều chứa phalỏng là nước và người ta thường gọi là ẩm Như vậy trong thực tế có thể xem sấy là quá trìnhtách ẩm bằng nhiệt

Việc cung cấp năng lượng nhiệt cho vật liệu trong quá trình sấy được tiến hành theocác phương pháp truyền nhiệt đã biết Như vậy có các tên gọi tương ứng: cấp bằng nhiệt đối lưugọi là sấy đối lưu; cung cấp bằng dẫn nhiệt gọi là sấy tiếp xúc, còn cấp nhiệt bằng bức xạ gọi làsấy bức xạ Ngoài ra còn có các phương pháp sấy đặc

biệt: sấy bằng dòng điện cao tần; sấy trong trường siêu âm, sấy thăng hoa, v.v [2]

Phương pháp sấy được chia ra làm hai loại:

-phương pháp sấy tự nhiên

-phương pháp sấy bằng cấp nhiệt

♦♦♦ Phươns pháp sấy tư nhiên có :

• ưu điểm:

Đơn giản

Đầu tư vốn ít

Bề mặt trao đổi nhiệt lớn

Dồng nhiệt bức xạ từ mặt trời tới vật có mật độ lớn(1000w/M)

• Nhươc Điểm:

Khó thực hiện cơ giới hóa,chi phí lao động nhiều

Nhiệt độ thấp nên cường độ sấy không cao

Sản phẩm dễ bị ô nhiễm do bụi và sinh vật, vi sinh vật

Chiếm diện tích mặt bằng sản xuất lđn

Nhiều sản phẩm nếu sấy tự nhiên chất lượng sản phẩm không đạt yêucầu

♦♦♦ Phươns pháp cung cấp nhỉêt:

• TBS đối lưu

• TBS tiếp xúc

• TBS bức xạ, chân không và thăng hoa

Trong thiết bi sấy đối lưu thường găp các thiết bi sấy sau đâv:

♦♦♦ Chọn tác nhân sấy và chất tải nhiệt

+ Cơ chế của quá trình sấy gồm hai giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóahơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu mà khôngmang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tđi qúa trình bốc hơi ẩm từ vật sấy Cụ thể là làm chậm quá

trình thoát ẩm từ vật sấy thậm chí có thể làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm của vật sấy Quátrình có thể dẫn tới làm tăng nhiệt

độ vật sấy làm cho vật không khô mà bị ninh nhừ đi Để tải ẩm đã bay ra từ vật sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp như sau:

- Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt

- Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy thải ra ngoài (sấy chân không)+ Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó đóng vai trò vừa giảinhiệt vừa tải ẩm Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng, khói nóng, hỗn hợp khôngkhí nóng và khói, hơi quá nhiệt, chất lỏng

+ Trong sấy đối lưu chất tải nhiệt có thể dùng là hơi nước hay khói để gia nhiệt cho tácnhân sấy và các bề mặt truyền nhiệt cho vật liệu

- Dùng khói làm chất tải nhiệt thì hệ thống thiết bị sẽ đơn giản hơn, giá thành thiết bị thấphơn so với dùng hơi nưđc vì không cần dùng lò hơi

- Dùng hơi nước làm chất tải nhiệt có ưu điểm là calorife hơi-khí cấu tạo gọn nhẹ vì có

hệ số truyền nhiệt lớn và thường có thể làm cánh ở phía không khí, việc điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy dễ dàng Thiết bị không bị bám bẩn do khói, lại làm việc ở nhiệt độ thấp nên tuổi thọ cao hơn so với calorife khí-khổi Hơn thế nữa làm việc ở nhiệt độ thấp.

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN THIÊT KÊ

Sấy là một trong những công đoạn quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch đối vớicác loại nông sản.Thực tế cho thấy, nếu phơi khô hoặc sấy khô không kịp nhiều nông sản có thể

bị mất mát do ẩm mốc và biến chất vào khoảng 10-20% Ngoài ra, sấy còn là quá trình côngnghệ quan trọng trong chế biến nông sản thành thương phẩm Do đó trước khi thiết kế một TBScần tìm hiểu qúa trình công nghệ khác có liên quan, đặc biệt là hai công đoạn trước và sau khisấy

Thiết kế một thiết bị sấy nông sản thường tiến hành theo các bước sau đây:

> Chọn dạng thiết bị sấy

> Chọn nguồn năng lượng và tác nhân

> Chọn chế độ sấy tối ưu

>• Tính toán nhiệt cho TBS

> Tính và chọn các thiết bị phụ

> Tính toán kinh tế kỷ thuật cho toàn bộ hệ thống sấy

Vì đường là vật liệu dạng hạt nên ta chọn thiết bị sấy thùng quay

IL1 Hệ thống thùng quay:

Hệ thống thùng quay là HTS chuyên dùng để sấy các vật liệu dạng hạt, cục nhỏ v.v Hệ thống sấy thùng quay cũng là HTS đối lưu

H.2 Cấu tao hê thống thùng quay:

Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn Trong đóđặt cánh xáo trộn Thùng đặt nghiêng vđi mặt phẳng nằm ngang theo tỷ lệ: 1/15-1/50 Thùngsấy quay với tốc độ (1.5-8) vòng/phút Nhờ một động cơ điện thông qua hộp giảm tốc VLS từphiễu chứa đi vào thùng sấy cùng với tác nhân Thùng sấy quay tròn, vật liệu sấy vừa xáo trộnvừa đi dần từ đầu cao của thùng xuống đầu thấp Trong quá trình sấy, tác nhân sấy và VLS traođổi nhiệt ẩm cho nhau Vật liệu đi hết chiều dài thùng sấy được lấy ra và vận chuyển vào khochứa nhờ một băng tải còn tác nhân sấy đi qua xyclon để thu hồi vật liệu sấy cuốn theo và thải

ra môi trường

Để tăng cường quá trình xáo trộn và quá trình trao đổi nhiệt ẩm người ta bố trí trong thùngsấy có cánh đảo

H.3 Nguyên tắc làm việc:

Thiết bỉ làm việc liên tuc:

Thùng đặt nghiêng vật liệu đổ vào ỏ một đầu và theo chiều nghiêng vật liệu chuyểndần xuống đầu thấp hơn và được lấy ra ngoài Môi chất sấy đưa vào thùng và thoát ra theo ốngthoát ở đầu kia(thường cùng chiều vật liệu) Không khí cùng vật liệu xáo trộn trong thùng, quátrình trao đổi nhiệt ẩm xảy ra và vật liệu được sấy khô Thời gian sấy là thời gian vật liệu dichuyển từ đầu vào đến đầu ra khỏi thùng.ĐỘ điền đầy vật liệu trong thùng có thể đến 20% Đểvật liệu sấy được xáo trộn tốt với không khí trong thùng người ta đặt nhiều cánh hướng, cũng

có thể chia thùng thành nhiều khoang

Thiết bị sấy thùng quay dùng để sấy các vật liệu dạng hạt Khi sấy các vật liệu dạng hạt

cỡ nhỏ cần chọn tốc độ khí sao cho tránh bay vật liệu theo khí thoát Trong thiết bị sấy thùngquay thường không sử dụng tái tuần hoàn vì trong khí thoát có bụi Nếu dùng tái tuần hoàn thìphải đặt thêm thiết bị lọc bụi, do đó tăng vốn đầu tư và chi phí vận hành

ở đây ta thấy thiết bị sấy thùng quay là một trong những thiết bị sấy đối lưu

vì thế ta thiết kế thiết bị sấy thùng quay ta cần chọn một số thông số sau:

> Ta chọn tác nhân sấy thùng quay là không khí (vật liệu sấy phải sạch)

> Chọn caloriíe khí-hơi (làm việc ỏ nhiệt độ 100°c )

> Chọn vật liệu sấy là Đường (thiết bị sấy thùng quay )

> Chọn thiết bị làm việc liên tục

> Chọn thiết bị có lắp cánh đảo (giúp quá trình xáo trộn vật liệu)

H.4 Thu vết minh quv trình cỏng nghê

Đường sau ly tâm liên tuc được vận chuyển vào máy sấy nhờ bộ phận vis tải, đườngđược sấy nhờ tác nhân sấy từ calorife thông qua quạt ly tâm hút áp suất cao

VLS và TNS được sáu trộn và trao nhiệt ẩm trong thùng sau đó VLS được vận chuyển

ra ngoài và cho vào kho chứa nhờ băng tải

TNS sau khi sấy cho vào xiclon để loại bỏ bụi đường phần khí còn lại theo quạt hút rangoài

CHƯƠNG III

ĨĨI.1 CÂN BẰNG VẲT CHAT

Vật liệu cần sấy là đường có thành phần như sau:

Độ ẩm tương đối ban đầu: Wi = 4%

Độ ẩm tương đối sau khi sấy: W2= 1%

Nhiệt độ không khí trước khi vào calorife: to = 23.6°c.

Độ ẩm tương đối: q>ữ = 85%.

Nhiệt độ không khí trưđc khi vào thiết bị sấy: ti = 100°c.

Nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi thiết bị sấy: t2 = 40°c.

Năng suất nhập liệu: Gi = 1500kg/h

Đặt thiết bị sấy ồ tỉnh Thanh Hóa

Độ ẩm tương đối không khí sau calorife: ọ 1 = 2.24%.

Độ ẩm tương đối không khí sau khi ra khỏi TBS: cp 1 = 79.6

- Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ:

W:lượng ẩm bay hơi trong một giờ của VLS, kg/h.

V T : thể tích thùng sấy, m 3 A:cường độ bay hơi kg/m 3 h

= 2,218-4,3431nl + 23,5

0,37 + 0,63*0,025

Công suất để quay thùng sấy N N = 0,00X3.Dị X T p r n.ơ 4-118 trang 138 [4].

cr : hệ số công suất cr = 0.071 Bảng 4-3 trang 138 [ 4] py : khối lượng riêng

của vật sấy ẩm , kg/m3 n : số vòng quay của thùng , v/p

N = 0,0013*13 *6*1587,9*8*0,071 = 7 kw in.2.2 Tính toán nhiệt thùng sây

- Tổn thất do VLS mang đỉ

Nhiệt dung riêng của đường với độ ẩm a >2

Cy = CyỊT (1 - (0 2 ) + C a o> 2 7.40 trang 141 [3]

CyỊT :nhiệt dung riêng của vật liệu khô,kj/kgđộ chọn C^=1.45 kJ/kgKK Bảng 11-24 trang

55 [5 ]

C a : nhiệt dung riêng của hơi nước , kj/kgđộ chọn C a =4,1868 kj/kgđộ Cy = 1.45(1

- 0.01) + 4.1868*0.01 = 1.477 kj/kgđộ Yậy tổn thất nhiệt do VLS mang đi

q T = 7.19 trang 135 [31

tvi:nhiệt độ VLS vào thiết bị là nhiệt độ to ,°c tv2:nhiệt độ VLS ra khỏi TBS ,°c

tv2 = t2 - 8 trang 141 [3] tv2= 40 - 8 = 32°c

♦♦♦ Cân bằng năng lường:

+ Tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt - Tiết diện tự do của thùng sấy = (l-y6)7Đ Z

„ _ (l-0.25);r.l

rtd

= -4Vổi yỡ là hệ số chứa đầy Chọn /? = 0.25

- Lưu lượng thể tích của TNS trước quá trình sấy Vi:

m3/s

Vổi Vi, V2là thể tích không khí ẩm ỏ lkg không khí khô trước và sau khi vào TBS m3/kgKK Theo phục lục 5 [3] ta tìm được:

V!=l,099m3/kgKKV2=0,962 m3/kgKK

Trong thùng sấy là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức.Khi đó hệ số trao đổi nhiệt cưỡng bức giữa TNS với bề mặt trong của thùng sấy.

cq=6,15 + 4,17 W T 7.46 trang 144 [3]

«3=6,15 + 4,17 *1,15 = 10,95 W/m2K

Chọn twi = 69°c là nhiệt dộ vách trong của thùng sấy

Chọn thùng sấy bằng thép Crôm Niken (12XH3) có hệ số dẫn nhiệt 4=36.1 W/mK Bảng 1.125 trang 127 [4]

- Mật độ dòng nhiệt truyền qua bề dày thùng

<Ỉ 2 = ịÌKi - tyứ) 7.43 trang 143 [3]

Ẳ 2 :hệ số dẫn nhiệt của không khí, W/m2K Ẫ 2 =0,0264

-Mật độ dồng nhiệt truyền cho một đợn vị

diện tích bề mặt truyền nhiệt

q = k(tfi + tỉì) 7.43 trang 143[3] q =

0.316(70 - 23.6) = 14.677 w/m2

- Nhiệt độ vách trong của thùng sấy (tính lần hai)

Tiến hành tính lập nhiều lần trên excel ta được kết quả vđi sai số 77=1.99(<5)

t w i = 68.7°c ; t w2= 30.4°c ; q = 14.27 w/m2 ; cq = 10.946W/m 2 K ;a 2 = 2A2W/

m z K ;k = 0.31 w/m

- Diện tích bao quanh thùng sấy

Đồ án môn học Thiết kế hệ thống sấy thùng quay

16

*2

- Nhiệt dung riêng dẫn xuất của TNS trước quá trình sấy thực

Cdx(xi) = Cpk +CpaXi 7.10 trang 130 [3]

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

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

Entanpy trạng thái có thể tính theo công thức:

- Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực

+ Lưu lượng thể tích ỏ trạng thái trước quá trinh sấy thực + Vi

= V1.L = 1,099*0,601 = 0,66 m3/s

+ LuU lượng thể tích của của TNS ở trạng thái sau quá trình sấy thực + v2=

V2.L = 0,962*0,601 = 0,578 m3/s + Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực Vtb = 0,5(Vi + v2) = 0.5(0,655 +0,573) = 0,614 m3/s

- Tốc độ TNS trong quá trìng sấy thực

_v t b _ 0,619 _ , „

W T = —p- = = 1,05 m/s

F t đ 0,59Tốc độ tác nhân sấy trong quá trình sấy thực phải thoả

1 1 — = 47.62 kgKK/kg ẩm

x 2 -x l 0.036 - 0.015

q2 = 47.62*1.03( 40 - 23,6 ) = 804.38 kj /kg ẩm o Nhiệt lượng tiêu hao

/ =

- Giả thiết tốc độ TNS trong quá trình sấy thực Wo = 1.15 là hợp lí

Nhiệt lượng có ích để bốc hơi 1 kg ẩm

#1 = h ~ CA

Ỉ 2 = 2500+1.842.t2 trang 215 [3]

Ĩ2 =2500+1.842*40 = 2573.68kJ/kg Ca = 4,18 ; 01 = 23,6 lấy bằng nhiệt độ t° = 23,60C ql = 2573.68 - 4.18*23.6 =2475.03 (kj/kg ẩm) Nhiệt do tác nhân thải mang đi q2 :

q2=lCdx( Í2 - to) o Nhiệt dung riêng dẫn xuất Cdx = Cpk +Cpaxl ( kJ/kgOK ) 7.10 trang 130 [3]

Cdx =1.004 + 1.842*0.015 = 1,03 kJ/kgKK o lượng tác nhân sấy thực

q=/ (Ii-Io)q=47.62(140.231 -60.697) = 3787.41 38 kj /kg ẩm - Vậy tổngnhiệt lượng có ích và các tổn thất là q’:

q’— qi + q2 + qv + qmtq’ = 2475.03 + 804.38 + 397.06 + 26.33= 3702.8 kj/kg ẩm

về nguyên tắc nhiệt lượng tiêu hao q và tổng nhiệt lượng có ích và các tổn thất q’phảibằng nhau Ớ đây do nhiều lý do, có thể do tính toán chúng ta đã làm tròn hoặc sai số do tra đồ

thị v.v , mà chúng ta đã phạm phải sai số tuyệt đối Aq:

Aq = q-q'= 3787.41-3702.8 = 84.6 kj/kg ẩm

hay sai số tương đối: £ = —100 = — 1 0 0 = 2 ,2 %

q 3787,41

0,25(ƠJ +G 2 )/3 Pdx

Pdx

0,75 * 2.V t

0.25(1500 + 1454.55)0.250.75*2*5.05

10.23 ưang 213[3]

= 24.38 kg/m3

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤIV.l Tính trở lực và chọn quạt

Py :khối lượng riêng của saccaro ,kg/m3

py =1587,9 kg/m3 ưang 21 kỹ nghệ sx đường mía

158^2438 = 098

1587.9

- Hệ số Ci đặc tnữig cho độ chặt của lớp hạt