Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị và công nghệ sấy đường trên máy sấy thùng quay

Do chúng ta hầu như chỉ có các nhà máy sản xuất đường có quy mô lớn, ít cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, sản xuất theo mùa vụ nên sản lượng của chúng ta chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng của ngư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN TÂN THÀNH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ SẤY

ĐƯỜNG TRÊN MÁY SẤY THÙNG QUAY

Chuyên ngành :Quá trình và thiết bị Công nghệ sinh học – Công nghệ

Mục lục

Lời cam đoan……… 4

Lời mở đầu……… 5

Danh mục các bảng……… 6

Danh mục các hình vẽ, đồ thị và sơ đồ……… 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……… 8

I Giới thiệu tổng quan về ngành sản xuất đường……… 8

I.1 Sơ lược về ngành sản xuất đường……… 8

I.2 Công nghệ sản xuất đường……… 10

I.3 Các loại sản phẩm đường……… 15

I.4 Phương pháp và thiết bị sấy……… 17

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SẤY THÙNG QUAY……… 20

II.1 Thiết bị nghiên cứu – Máy sấy thùng quay……… 20

II.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc……… 20

II.1.2 Đặc tính nguyên liệu sấy ……… 21

II.1.3 Yêu cầu công nghệ sản xuất sau khi sấy ……… 22

II.2 Tính cân bằng vật liệu và xác định kích thước sơ bộ……… 23

II.2.1 Tính cân bằng vật liệu……… 23

II.2.2 Xác định kích thước sơ bộ hệ thống sấy thùng quay……… 24

II.3 Tính toán nhiệt cho thùng sấy……… 26

II.3.1 Quá trình sấy lý thuyết……… 26

II.3.2 Quá trình sấy thực tế ……… 28

II.4 Tính toán thiết bị caloriphe ……… 37

II.5 Tính hệ thống quạt 39

II.5.1 Xác định cột áp toàn phần ……… 39

II.5.2 công suất của quạt ……… 42

CHƯƠNG 3 : TÍNH CƠ KHÍ ……… 43

III.1 Xác định kích thước cơ bản của thùng sấy ……… 43

III.2 Xác định công suất quay thùng, công suất động cơ và truyền động … 44

III.3 Tính toán các bộ truyền 46

III.3.1 Tính bộ truyền đai thang 46

III.3.2 Tính sơ bộ bộ truyền hộp giảm tốc trúc vít - bánh vít 48

III.4.Tính cơ khí thùng quay 50

III.4.1 Tính các lực, chọn vành đai, bánh răng 50

III.4.2 Tính bền thân thùng, kiểm tra mối hàn, tính điểm đặt vòng bánh răng 51

III.5 Thiết kế hệ điều khiển 53

III.5.1 Xác định số Input – Output 54

III.5.2 Lựa chọn PLC 54

IV.5.3 Gán địa chỉ cho Input và Output 54

IV.5.4 Sơ đồ đấu nối mạch ngoài 55

IV.5.5 Lập trình 57

IV.5.6 Sơ đồ mạch lực 59

IV.5.7 Sơ đồ mặt tủ điều khiển 59

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TÌM CHẾ ĐỘ SẤY TỐI ƯU 60

IV.1 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 60

IV.1.1.Mô hình thí nghiệm và các thiết bị sử dụng 60

IV.1.2 Phương pháp xử lý nguyên liệu 60

IV.1.3 Phương pháp xác định độ ẩm 61

IV.1.4 Phương pháp tiến hành thí nghiệm, điều chỉnh các thông số công nghệ 61

IV.2 Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng phương trình hồi quy 61

IV.2.1.Thực hành thí nghiệm và xây dựng mô hình 61

IV.3 Quy hoạch thực nghiệm bậc một ba yếu tố 67

IV.3.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc một 67

IV.3.2 Kết quả thí nghiệm 69

IV.4.Quy hoạch thực nghiệm bậc 2 ba yếu tố 73

IV.4.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc 2 73

IV.4.2 Mô hình thực nghiệm bậc 2 78

IV.4.3 Xác định các giá trị tối ưu 90

Kết luận 91

Tài liệu tham khảo 92

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu,

kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Tân Thành

LỜI MỞ ĐẦU

Trong xu thế hội nhập và phát triển, ngành Công nghiệp thực phẩm đang là một

thế mạnh của chúng ta Việt Nam là một nước mà nền nông nghiệp chiếm vị trí quan

trọng trong nền kinh tế quốc dân, bên cạnh đó chúng ta đang trên đà phát triển về công

nghiệp Đặc biệt ngành công nghiệp mía đường đang ngày càng hiện đại hoá dây

chuyền công nghệ Để đáp ứng nhu cầu của ngành mía đường ngày càng phát triển thì

việc cơ khí hoá, hiện đại hoá máy móc thiết bị là một vấn đề mà chúng ta cần quan

tâm Do chúng ta hầu như chỉ có các nhà máy sản xuất đường có quy mô lớn, ít cơ sở

sản xuất nhỏ lẻ, sản xuất theo mùa vụ nên sản lượng của chúng ta chưa đáp ứng được

nhu cầu tiêu dùng của người dân và hằng năm phải nhập khẩu hơn 300.000 tấn đường

Trong công nghệ sản xuất đường, công đoạn sấy đóng vai trò quan trọng nhằm

nâng cao chất lượng sản phẩm, công nghệ sấy đường hiện nay được thực hiện chủ yếu

trên các thiết bị sấy sàng rung và sấy thùng quay.Việc nghiên cứu công nghệ và thiết

bị sấy thùng quay để sấy đường cho các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ nhằm nâng cao

chất lượng và hiệu quả kinh tế là việc cần thiết đối với những người làm công tác

nghiên cứu và kỹ thuật Bên cạnh đó, máy sấy thùng quay có thể ứng dụng để sấy các

loại sản phẩm khác như: sản phẩm dạng hạt, sản phẩm có kích thước nhỏ như đậu đỗ,

cà phê, ngô hạt, muối ăn, quả và củ cắt nhỏ Máy sấy thùng quay có những ưu điểm

lớn như làm việc ổn định, năng suất cao và rất kinh tế

Do vậy, mục đích nghiên cứu của luận văn có hai nội dung chính là thiết kế chế

tạo hoàn chỉnh máy sấy thùng quay và nghiên cứu tìm chế độ công nghệ sấy tối ưu sản

phẩm đường trên máy đó

Trong thời gian làm luận văn do thời gian không nhiều (1năm) nên một số nội

dung không tránh khỏi thiếu sót, còn đôi chỗ chưa thật hoàn chỉnh Tôi xin chân thành

cám ơn TS Tôn Thất Minh đã hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này Tôi cũng xin

cám ơn TS Nguyễn Minh Hệ đã giúp đỡ rất nhiều trong phần quy hoạch thực nghiệm

xây dựng phương trình hồi quy cho quá trình và sau cùng tôi xin chân thành cám ơn

toàn thể bộ môn Máy và Tự động hoá CNSH-CNTP đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong

những năm học vừa qua

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng I.1 : Chỉ tiêu hoá lý đường tinh luyện

Bảng I.2 : Chỉ tiêu hoá lý đường trắng

Bảng I.3 : Chỉ tiêu hoá lý đường thô

Bảng I.4 : Chỉ tiêu hóa lý đường vàng tinh khiết

Bảng III.1: Bảng tổng hợp các thiết bị điều khiển

Bảng IV.1 : Thí nghiệm theo nhiệt độ

Bảng IV.2 : Thí nghiệm theo tốc độ tác nhân sấy

Bảng IV.3 : Thí nghiệm theo tốc độ vòng quay của thùng

Bảng IV.4 : Ma trận thực nghiệm yếu tố đầy đủ 23

Bảng IV.5 : Ma trận thực nghiệm và kết quả thí nghiệm

Bảng IV.6 : Bảng tính các giá trị tại các điểm thí nghiệm

Bảng IV.7 : Các giá trị α, β

Bảng IV.8: Ma trận thực nghiệm cấp 2 ba yếu tố

Bảng IV.9: Kết quả các thí nghiệm 2 lần lặp tại mỗi thí nghiệm

Bảng IV.10: Tổng hợp các giá trị thời gian và phương sai

Bảng IV.11: Tính toán các hệ số hồi quy

Bảng IV.12 Tính toán các chỉ số để xác định hệ số có nghĩa của phương trình hồi

quy

Bảng IV.13 Xác định các hệ số hồi quy có nghĩa

Bảng IV.14 Kiểm tra tính thích ứng của mô hình

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VÀ SƠ ĐỒ

Hình I.1 : Máy sấy thùng quay

Hình I.2 : Máy sấy rung nằm ngang

Hình II.1 : Cấu tạo máy sấy thùng quay

Hình II.2 : Hệ thống đường ống dẫn khí và lọc bụi

Hình III.1 : Lực tác dụng lên con lăn đỡ

Hình IV.1 : Mô tả các toạ độ cực tối ưu

Đồ thị IV.5: Ảnh hưởng của tốc độ vòng quay thùng đến thời gian sấy khi cố định,

tốc độ tác nhân sấy V = 4 m/s , nhiệt độ sấy 80ºC

Đồ thị IV.6: Ảnh hưởng của tốc độ vòng quay thùng đến độ ẩm vật liệu khi cố định,

tốc độ tác nhân sấy V = 4 m/s , nhiệt độ sấy 80ºC

Sơ đồ III.1 : Sơ đồ đấu nối mạch ngoài

Sơ đồ III.2 : Sơ đồ lập trình thang

Sơ đồ III.3 : Sơ đồ mạch lực

Sơ đồ III.4 : Sơ đồ mặt tủ điều khiển

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

I Giới thiệu tổng quan về ngành sản xuất đường:

I.1 Sơ lược về ngành sản xuất đường

Nước ta nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới, nhiều đất đai từ Bắc đến Nam rất

thuận tiện cho phát triển tròng mía, nhất là các tỉnh miền Trung, Đông Nam Bộ, vì

vậy ngành sản xuất đường mía rất có tiềm năng

Sau năm 1975 ngành mía đường được khuyến khích phát triển, đến năm 1994 cả

nước có khoảng 150.000 ha trồng mía, sản lượng 6,5 triệu tấn mía, sản xuất được

0,32 triệu tấn đường quy ra đường thô, trong đó 0,11 triêu tấn được sản xuất trong

14 nhà máy

Trong những năm gần đây nhà nước ta đã và đang thực hiện chương trình mía

đường và hiện nay đã xây dựng được khoảng 40 nhà máy đường, trải khắp mọi

miền đất nước Việt Nam là nước có truyền thống sản xuất đường mía lâu đời

Đường có ý nghĩa quan trọng với ý nghĩa dinh dưỡng cho cơ thể con người, đường

còn là nguồn nguyên liệu quan trọng cho các ngành công nghiệp khác ( bánh kẹo,

đồ hộp nước giải khát, hoá học) Đường xuất khẩu thu về ngoại tệ cho đất nước

Việt Nam thuộc thuộc vùng nhiệt đới gió mùa thích hợp cho cây mía phát triển, với

nền kinh tế nước ta phần lớn là nông nghiệp nên rất thuận lợi cho phát triển công

nghiệp mía đường

Năm 1995 để đáp ứng đường tiêu thụ trong nước không phải nhập khẩu, tiến

đến xuất khẩu, nhà nước cho thành lập chương trình mía đường, nhiều nhà máy

đường được xây dựng, giải quyết nhiều việc làm cho lao động trong nước

Năm 1999 đã xảy ra tình trạng thừa đường do nhập lậu

Ngành mía đường Việt Nam thực sự bùng nổ và phát triển trong kế hoạch 5

năm 1995 – 2000 so với tổng cộng là 44 nhà máy đường mía và 2 nhà máy đường

luyện

Tháng 8- 2000 tại hội nghị mía đường Quốc gia, chúng ta đã tuyên bố đạt được

chỉ tiêu đề ra: tới năm 2000 thì đạt được 1 triệu tấn / năm

Theo báo cáo của ngành sản xuất đường mía thì:

+ Thị trường thế giới:

- Đầu tháng 9/2010, Ấn độ, nước tiêu thụ đương lớn nhất thế giới công bố sản

lượng cho vụ mía năm nay ( bắt đầu từ 1/10) sẽ tăng khoảng 17% giúp cho nước

này không còn phải nhập khẩu đường cho vụ tới Ngược lại, Ấn độ dự kiến sẽ xuất

khẩu đường trở lại trong vòng 3 tháng tới

- Nguồn cung trên thế giới đang ở mức ổn định vì thời tiết thuận lợi trong vụ

thu hoạch tại brazil, kéo dài từ tháng 4 đến tháng 11

- Giá đường liên tục tăng kể từ đầu tháng 7, từ 604USD/tấn lên giá hiện tại là

755USD/tấn

+ Thị trường nội địa:

- Tiêu thụ đường trong nước trong tháng 8/2010 ( giai đoạn từ 15/7 đến 15/8 )

chỉ đạt 46,100 tấn, giẩm 50% so với cùng kỳ ượng tồn kho đường còn lại 127,000

tấn Giá đường trong nước từ giữa tháng 8 tăng mạnh, với giá bán tại nhà máy

khoảng 18,000 – 19,000VND/1kg và giá bán lẻ khoảng 20,000 – 23,000VND/1kg

- Giá mía tại một số vùng khu vực miền tây bắt đầu ép sớm đã tăng cao từ 250 –

350VND/1kg so với năm ngoái

Triển vọng cho ngành đường năm 2011:

Thế giới: Cơn sốt giá đường 2009&2010 chủ yếu xuất phát từ sản lượng tụt giảm

của Ấn Độ, nước tiêu dùng 15% sàn lượng của thế giới Vụ mùa 2008/2009, Ấn Độ

thiếu hụt 6 – 7 triệu tấn đường trên tổng thiếu hụt toàn cầu là 10 triệu tấn, trong vụ

mùa 2008/2009, Ấn Độ thiếu hụt 4 triệu tấn đường trên tổng thiếu hụt toàn cầu là 6

triệu tấn Như vậy, những thông tin thế giới gần đây rằng Ấn Độ có thể xuất khẩu

khoảng 2 triệu tấn trong vụ 2010-1011 cho thấy một triển vọng về cung lớn hơn cầu

trong năm tới

Tại Việt Nam: Sản lượng nội địa các năm gần đây chỉ dao động quanh mức 900,000

tấn – 1,1 triệu tấn/năm trong khi nhu cầu khoảng 1,4 – 1,5 triệu tấn/năm Loại trừ

các khoản nhập khẩu lậu qua biên giới, mỗi năm Việt Nam cần nhập khẩu trong hạn

ngạch khoảng 300,000 tấn đường

I.2 Công nghệ sản xuất đường

Mật Mật

Xông

CO2

Lọc lần 1

Gia nhiệt 2

Nấu đường

Ly tâm R1

Trợ tinh chân không

Nấu đường R1

Bốc hơi

Trao đổi ion

Cacbonat hóa

Ly tâm

Trợ tinh

Ly tâm Sấy

a Xử lý mía trước khi ép

- Mục đích: Tạo điều kiện dễ dàng nâng cao năng suất và hiệu suất ép

- Biến đổi:

+ Mía được băm thành mảnh nhỏ

+ Phá vỡ lớp vỏ cứng của cây mía + Nâng cao mật độ mía trên băng tải Qua trình này sẽ được thực hiện qua nhiều thiết bị: máy san bằng, máy băm mía,

búa đập.Việc phối hợp giữa các thiết bị này tuỳ thuộc vào từng nhà máy

b Trích ly nước mía

- Mục đích: Lấy kiệt lượng nước mía có trong cây mía

- Phương pháp: Có hai phương pháp được sử dụng trong nhà máy

đường

+ Phương pháp ép: Qúa trình này sử dụng kết hợp giữa lực cơ học và

phương pháp thẩm thấu để tách tối đa lượng nước mía trong tế bào

+ Phương pháp khuếch tán: Sử dụng phương pháp ép kết hợp với khuếch

tán bã mía trong các thiết bị khuếch tán Phương pháp này có nhiều ưu điểm như tiết

kiệm được chi phí bảo dưỡng, chi phí lắp mới thấp hơn so với phương pháp ép

Nhưng chi phí năng lượng cho bốc hơi nước mía lớn

- Biến đổi: Lực cơ học làm cho tế bào bị phá vỡ

c Tách riêng bã vụn

Mục đích: Tách bả vụn có trong nước mía sau khi ép

Biến đổi: Nước mía sau khi qua sàng thì được tách bã vụn

Thiết bị : Sàng cong

d Làm sạch:

Trong nước mía hỗn hợp ngoài đường saccharose còn có những chất

không đường có tính chất hoá lí khác nhau Trong đó, chất keo chiếm một tỷ lệ đáng

kể 0,03 – 0,05% Các chất không đường này gây ảnh hưởng bất lợi đến qúa trình

sản xuất đường như: Lọc nước mía, tách mật kết tinh đường khó khăn, đồng thời

cũng tạo cho nước mía có nhiều bọt, giảm hiệu quả tẩy màu Do đó người ta tìm

cách loại những chất không đường này và những chất rắn lơ lửng ra khỏi nước mía

Có nhiều phương pháp làm sạch nước mía Nhưng sản xuất đường hiện nay chủ yếu

sử dụng 2 phương pháp đó là phương pháp SO2 và CO2

Các phương pháp làm sạch đều dựa trên các cơ sở lý của hệ keo:

- Tác dụng của PH:

Nước mía hỗn hợp thường có PH = 5,0 – 5,5 Trong quá trình làm sạch do sự

thay đổi PH dẫn đến sự thay đổi tính chất lý, hóa học của các chất không đường có

trong mía Nếu khống chế được PH tốt sẽ giảm được tổn thất đường, nếu không thì

đường Saccharose sẽ bị chuyển hóa thành đường khử hoặc bị phân hủy làm tổn thất

đường, tăng màu sắc của đường thành phẩm Trong nước mía có hai điểm PH làm

ngưng tụ keo: PH trên dưới 7 và PH dưới 11 Điểm PH trước là điểm đẳng điện

Điểm PH sau là điểm ngưng kết của protein trong môi trường kiềm mạnh Sản xuất

đường theo phương pháp cacbonat hóa có thể lợi dụng hai điểm ngưng tụ keo, còn

phương pháp sunfit chỉ lợi dụng được một điểm ngưng tụ keo

- Tác dụng của nhiệt độ: Làm giảm tỷ trọng của nước mía, làm ngưng tụ keo,

tăng nhanh tốc độ lắng của các chất lắng, tiêu diệt vi sinh vật Nếu khống chế không

tốt sẽ làm chuyển hóa đường, tăng sự phân hủy bã vụn có trong nước mía làm tăng

keo trong nước mía

- Tác dụng chất điện ly:

+ Vôi ( Ca(OH)2 ): Là hóa chất được dùng nhiều trong các nhà máy đường Chất

lượng vôi có ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình làm sạch Nếu vôi có chứa nhiều

tạp chất, khi cho vôi vào nước mía sẽ làm tăng tạp chất trong nước mía, lọc và kết

tinh khó khăn Trong quá trình sản xuất người ta sử dụng vôi dưới dạng sữa vôi

bằng cách hòa tan vôi cục đã được nghiền vào nước mía Nồng độ sữa vôi thường

trong khoảng 10 – 18 Be

+ SO2: Trung hòa lượng vôi dư, tạo kết tủa CaCO3 có khả năng hấp thụ chất không

đường và chất, chất keo trong dung dịch nước mía, tẩy màu dung dịch đường Cơ

chế tẩy màu của SO2 như sau:

SO2 + H2O = HSO3 hoặc

SO3 + H2O = OH- + HSO3

C=C + HSO3 = ( H-C-C-SO3 )

( H-C-C-SO3 )- + H2O = ( H-C-C-H-HSO4-)

Trước hết tác nhân khử phản ứng với nước tạo thành hidro rồi hidro kết hợp

với phân tử màu tạo thành chất không màu

+ CO2: Phản ứng với vôi tạo thành kết tủa CaCO3 Kết tủa này có tính chất hấp phụ

các chất không đường trong dung dịch nước mía làm giúp sạch nước mía

+ Chất trao đổi ion: Là chất cao phân tử không tan trong nước, có khả năng giải

phóng ra ion và trao đổi ion của mình với các ion khác có trong dung dịch Chất trao

đổi ion khi tiếp xúc với nước bị trương lên, nước mía thâm nhập vào bên trong dẫn

đến sự phân ly chất hoạt động Khi tiếp xúc với dung dịch, chất điện ly có thể thâm

nhập vào mạng lưới của trao đổi ion, nếu ion của chất trao đổi thì xẩy ra sự trao đổi

+ Rút ngắn thời gian kết tinh trong thiết bị nấu

+ Tiết kiệm hơi sử dụng cho nhà máy Do hơi sử dụng gia nhiệt cấp I, II đều có thể

dùng từ hơi thứ của các hiệu bốc hơi

- Biến đổi:

+ Nước mía được cô ở nhiệt độ 60 – 1300C Keetsquar là hơi nước bị bốc đi và trên

cơ bản không có sự thay đổi thành phần hoặc tính chất của chất khô của dung dịch

Tuy nhiên, trong quá trình cô đặc vẫn xảy ra nhiều phản úng hóa học và hóa lí dẫn

đến sự thay đổi thành phần và đặc tính chất tan

- Thiết bị: sử dụng hệ thống bốc hơi nhiều hiệu Thường sử dụng hệ thống bốc hơi

chân không 4 hiệu Thiết bị ống chùm tuần hoàn trung tâm, gia nhiệt nồi một bằng

hơi từ lò hơi

f Nấu đường :

- Mục đích: Tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến trạng thái quá bảo hòa Sản

phẩm nhận được sau khi nấu gọi là đường non gồm tinh thể và mật cái Quá trình

nấu đường được thực hiện trong nồi nấu chân không để giảm nhiệt độ sôi của dung

dịch, tránh hiện tượng caramen hóa và phân hủy đường Nhiệt độ nấu đường trong

khoảng 70 – 80oC Quá trình nấu đường chia thành 4 giai đoạn: cô đặc đầu, tạo

mầm, nuôi tinh thể và cô đặc cuối

- Thiết bị: quá trình nấu đường thực hiện trong nồi nấu chân không loại ống chùm

g Trợ tinh:

- Mục đích: đường non nấu giai đoạn cuối ở thể tích lớn, nồng độ mẫu dịch cao, độ

nhớt lớn cho nên đối lưu trong nồi kém Vì vậy nên kết tinh trong nồi cần có nhiều

thời gian nhưng hiệu quả kết tinh không cao, mặt khác tốn nhiều hơi đốt Bởi vậy

sau khi nấu đường đến thể tích nhất định và đạt nồng độ yêu cầu thì ta đưa đường

non xuống thiết bị trợ tinh để thực hiện tiếp quá trình trợ tinh

- Nguyên lý trợ tinh: khống chế nồng độ và nhiệt độ để khống chế độ quá bảo hòa

thích hợp, đồng thời duy trì một khoảng thời gian đầy đủ để thành đường trong

nước cốt tiếp tục được hấp thụ trên bề mặt tinh thể đường

- Thiết bị: Dùng thùng trợ tinh có cách khấy và thiết bị làm mát

h Ly tâm :

- Mục đích: Tách tinh thể ra khỏi mật trong các thùng quay tốc độ cao Sau khi ly

tâm sản phẩm nhận được gồm: đường, mật nâu và mật trắng

- Thiết bị: Sử dụng máy ly tâm gián đoạn, máy ly tâm liên tục

i Sấy :

- Mục đích: Đường cát sau khi ly tâm có độ ẩm từ 1 – 2 % Do vậy phải sấy khô

trước khi đóng gói sản phẩm

- Thiết bị sấy: Tùy thuộc vào từng nhà máy người ta có thể sử dụng các loại máy

sấy sau: máy sấy thùng quay, máy sấy sàng rung

I.3 Các loại sản phẩm đường

a) Đường tinh luyện

Đường tinh luyện là đường Saccharose được tinh chế và kết tinh và các tinh

- Màu sắc: Tinh thể trắng óng ánh, khi pha vào nước dung dịch trong suốt

Bảng I.1: Chỉ tiêu hóa lý đường tinh luyện

Sản phẩm Độ Pol % Độ ẩm % Độ tro % RS Độ màu (0UI)

Đường tinh luyện > 99.8 0.05 0.03 < 0.03 30

RS > 99.65 0.05 0.03 < 0.03 < 70

- Dư lượng SO2 (ppm) < 7

- Mức tối đa các chất nhiễm bẩn: Asen 1mg/kg; Đồng 2mg/kg; Chì 0.5mg/kg

- Bao bì nhãn, vân chuyển, bảo quản

+ Bao PP không có mùi không ảnh hưởng đến chất lượng của đường Ghi nhãn theo

quy định 178/1999/QĐ – TT

+ Bảo quản nơi khô ráo, sạch sẽ, tránh mưa nắng Tránh xa nguồn ô nhiễm Không

được vẩn chuyển chung với hóa chất

b) Đường trắng ( TCVN 6950: 2001)

- Đường trắng là đường Saccharose được tinh chế và kết tinh, được chia làm hai

dạng A, B

- Chỉ tiêu về cảm quan

+ Về ngoại hình mùi vị yêu cầu giống đường tinh luyện

+ Về màu sắc đối với hạng đường A: Tinh thể màu trắng, khi pha vào nước cho

dung dịch trong suốt Đối với hạng B: Tinh thể có màu trắng ngà tới trắng, khi pha

vào nước cho dung dịch tương đối trong

Bảng I 2: Chỉ tiêu hóa lý đường trắng

- Là đường Saccharose được làm sạch, kết tinh có độ Pol từ 96 – 99 % Tinh thể có

bám một lớp đường vàng, hoặc nâu vàng Được chia thành hai hạng 1 và hạng 2

- Chỉ tiêu cảm quan:

+ Ngoại hình: Tinh thể màu vàng nâu đến vàng nâu, kích thước tương đối đồng

đều, tơi khô, không vón cục

+ Mùi vị: Tinh thể đường hoặc dung dịch đương trong nước có vị tự nhiên, có vị

mật mía, không có vị lạ

+ Màu sắc: Tinh thể vàng nâu tới nâu Khi pha trong nước cất cho dung dịch tương

đối trong

Bảng I 3: Chỉ tiêu hóa lý đường thô

Độ Pol (%) Độ ẩm (%) Độ tro(%) Đường khử (%)

Bảng I 4 : Chỉ tiêu hóa lý đường vàng tinh khiết

Độ Pol %) Độ ẩm (%) Độ tro(%) Đường khử (%) Độ màu (UI) Tạp chất không tan

I.4 Phương pháp và thiết bị sấy

I.4.1 Thiết bị sấy thùng quay:

Thiết bị sấy thùng quay cũng là một thiết bị sấy chuyên dùng để sấy vật liệu

dạng hạt, bột hay sản phẩm rời

Độ điền đầy của vật liệu sấy trong thùng cũng phụ thuộc vào dạng vật liệu sấy

và cấu tạo của thùng sấy có thể đạt từ 20 – 50 % Tốc độ tác nhân sấy không nên

vượt quá 2 – 3 m/s

1

11 10

Hình I.1 Máy sấy thùng quay:1.Caloriphe; 2 cửa vào liệu; 3 cơ cấu nạp liệu; 4

thùng quay; 5.quạt hút; 6.xyclon; 7 băng tải tháo liệu; 8 động cơ; 9 hộp giảm tốc;

10 con lăn đỡ; 11.bộ phận bít kín

Tỷ lệ giữa chiều dài so với đường kính thùng quay là L/D tối thiểu nên lấy 3,4

và tối đa nên lấy 10, nghĩa là L/D = 3,5 – 10 Số vòng quay của thùng sấy n = 1,5 –

8 vòng/phút

I.4.2 Máy sấy rung:

Trong các máy sấy rung thì các vật sấy sôi rung dạng hạt cũng sôi, nhưng sự

sôi của lớp hạt được tạo bởi bề mặt rung và chuyển động của dòng tác nhân sấy

Căn cứ vào đó mà ta có thể chia máy sấy lớp sôi rung thành hai loại máy sấy lớp sôi

rung và máy sấy lớp sôi rung khí động

Máy sấy lớp sôi rung và máy sấy lớp sôi rung khí động có ưu điểm là:

- Quá trình sôi rung và sôi rung khí động rất ổn định

- Không cần tốc độ dòng khí ( tác nhân sấy) cao cũng sôi được nên ít tốn năng

lượng cho quạt

- Cường độ sấy cao

Nhược điểm của loại máy sấy này và cấu tạo phức tạp, đắt hơn máy sấy tầng sôi

bình thường

Hệ thống lớp sôi rung gồm các bộ phận sau:

- Bề mặt rung mà trên đó lớp vật liệu sấy dạng hạt sôi rung Bề mặt rung có thể là bề

mặt phẳng trơn hoặc đục lỗ đặt nắm ngang hay nghiêng; mặt cong dạng vít xoắn

Mặt rung nhận truyền động từ cơ cấu rung Cơ cấu rung gồm các thanh đỡ bằng lò

xo, bộ phận tạo rung thường là lực quán tính do chuyển động quay của khối lệch

tâm nhận truyền động từ động cơ

- Toàn bộ bề mặt rung có lớp vật sấy sôi rung được đặt trong buồng sấy, có cửa nạp

liệu, cửa tháo sản phẩm, cửa quan sát , cửa lấy mẫu thử

- Hệ thống quạt đẩy, hút hoặc vừa hút, vừa đẩy, xyclon, lọc túi v.v…

- Bộ phận cấp nhiệt là caloriphe, khói lò

9 10

1 2

3 4 5 6

Hình I.2 Máy sấy rung nằm ngang

1- Bộ phận lệch tâm quay tròn tạo rung; 2- động cơ; 3- móng máy; 4- khung đỡ; 5-

bề mặt rung đục lỗ; 6- cửa tháo sản phẩm; 7- các cửa tháo sản phẩm; 8- cửa nạp

liệu; 9- của vào của tác nhân sấy; 10- buồng (hộp) sấy

Hình vẽ thể hiện cấu tạo của máy sấy rung nằm ngang với lớp sôi rung

chuyển động ngang Nguyên liệu là các vật sấy dạng hạt được nạp vào cửa 8 vào bề

mặt rung giống như sàng rung Tác nhân sấy được đưa vào buồng sấy 10 qua cửa 9,

đi qua sàng xuyên qua lớp hạt sôi rồi đi qua các cửa 7 các hạt chuyển động sôi nhờ

mặt rung (sàng rung) và tác động của dòng tác nhân sấy lớp hạt vừa sôi rung vừa

chảy về phía cửa 6 thì khô bộ phận rung là khối lệch tâm 1 quay tròn nhờ đai truyền

và động cơ 2 Hộp sấy 10 được treo trên khung 4 bằng các thanh lò xo

Máy sấy lớp sôi rung nói chung có kết cấu phức tạp, giá thành cao, năng suất

sấy không lớn năng suất bay hơi riêng trên một mét vuông bề mặt làm việc (bề mặt

rung l) là AF : AF = 225kg ẩm bay hơi/m2.h (khi làm bay hơi một dung dịch nào đó,

có các hạt nền ) Năng suất bay hơi ẩm là Av : Av = 150 (kg/m3.h) lượng tác nhân

sấy và nhiệt lượng cần cho 1 kg ẩm bay hơi là G’ = 50 (kg/kg), qk = 4200 (kj/kg)

Qua phân tích những hệ thống sấy trên ta thấy ưu điểm của hệ thống thiết bị

sấy thùng quay là quá trình sấy đều đặn và mạnh liệt nhờ tiếp xúc hầu hết giữa vật

liệu sấy với tác nhân sấy, cường độ làm việc tính theo lượng ẩm đạt được cao.Làm

việc ổn định, năng suất lớn Trong thiết bị sấy thùng quay thường không sử dụng tái

tuần hoàn vì trong khí có chứa bụi và yêu cầu phải có thiết bị lọc bụi khí ra khỏi

thùng sấy do đó làm tăng trở lực của hệ thống, tăng vốn đầu tư và chi phí vận hành

dựa vào đặc tính làm việc và những ưu điểm của thiết bị sấy thùng quay và những

đặc tính của vật liệu đem sấy ta thấy thiết bị sấy thùng quay có thể đáp ứng được, áp

dụng cho các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ

Vì vậy các tính chất yêu cầu của đường thì việc chọn máy sấy thùng quay để

sấy đường là hợp lí nhất Chọn quá trình sấy xuôi chiều tác nhân sấy của máy sấy

thùng quay là không khí nóng Không khí từ môi trường bên ngoài được gia nhiệt

bằng calorifer sau đó được thổi vào thùng sấy Dùng tác nhân sây loại này vì các

thiết bị dễ chế tạo ở Việt Nam và có nguyên liệu sẵn có không tốn tiền, thiết bị vận

hành đơn giản, năng suất cao

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SẤY THÙNG QUAY

II.1 Thiết bị nghiên cứu – Máy sấy thùng quay

II.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

II.1.1.1 Cấu tạo:

1

9 10

11

4 2

8

Hình II.1 Cấu tạo máy sấy thùng quay

1.quạt; 2 caloriphe; 3 phễu cấp liệu; 4 bánh răng dẫn động; 5 thùng quay; 6

vành đai; 7 nắp tháo liệu; 8 khung đỡ thùng; 9 động cơ dẫn động thùng quay; 10

hộp giảm tốc; 11 con lăn

II.1.1.2 Nguyên lý làm việc:

Trước khi cho nguyên liệu (đường) vào sấy, ta bật quạt (1) và caloriphe (2)

cho máy chạy một lúc để toàn bộ hệ thống nóng lên, sau đó cấp nguyên liệu sấy vào

phễu cấp liệu (3), nguyên liệu sẽ đi từ đầu thùng đến cuối thùng nhờ cách bố trí

thùng nghiêng một góc 20, thùng được đỡ trên 2 cặp con lăn đỡ, thùng quay được

nhờ hệ thống truyền động gồm động cơ (9), hộp giảm tốc (10) và bộ bánh răng

truyền động (4) Thời gian sấy cũng chính là thời gian mà nguyên liệu đi từ đầu

thùng đến cuối thùng Tác nhân sấy ở đây là không được quạt thổi qua caloriphe và

nóng lên được đẩy vào thùng, trong thùng có các cánh nằm song song với đường

thân khai của thùng, cánh có nhiệm vụ nâng vật liệu lên đến đọ cao nhất định rồi đổ

xuống, vật liệu sẽ tiếp xúc với tác nhân gió nóng và làm bay hơi ẩm

II.1.2 Đặc tính nguyên liệu sấy(đường Saccharoza)

Đối với đường, do tính chất của vật liệu nên sự biến đổi của đường dưới điều

kiện sấy có khác so với các loại thực phẩm khác

Sấy các sản phẩm rắn không hòa tan dưới điều kiện không đổi gồm có ít nhất

là hai giai đoạn Giai đoạn thứ nhất gọi là giai đoạn sấy với tốc độ sấy không đổi, độ

ẩm của vật sấy là rất lớn và có một màng nước tồn tại trên bề mặt, nước đó gọi là

nước không liên kết hay còn gọi là nước tự do Trong giai đoạn này, tốc độ bay hơi

nước độc lập với hình thái học của vật thể và chỉ phụ thuộc vào điều kiện của tác

nhân sấy (như độ ẩm, nhịt độ, vận tốc)

Như vậy, hơi bay lên từ bề mặt sấy là hơi nước bão hòa, nhiệt hóa hơi đúng

bằng nhiệt hóa hơi của nước tự do Ta có phương trình biểu diễn sự thay đổi độ ẩm

của vật liệu sấy như sau:

const t

t r dt

du

b t n o

Trong đó:

α : Hệ số tỏa nhiệt từ tác nhân sấy cho vật sấy

tt : Nhiệt độ tác nhân sấy

tb : N hiệt độ bay hơi nước

rn : Nhiệt hóa hơi của nước tự do

u : Độ ẩm trung bình của vật sấy

T : Thời gian sấy

Trong quá trình sấy tốc độ giảm dần, bề mặt vật ẩm không còn ẩm tự do nữa

và độ ẩm phải di chuyển từ sâu bên trong vật sấy đi đến bề mặt, đây chính là nguyên

nhân làm giảm quá trình và hiệu quả bốc hơi nước Ẩm nếu trên được gọi là ẩm liên

kiết và tốc độ bốc hơi của nó phụ thuộc rất lớn vào cấu trúc mao dẫn của vật liệu

sấy (VLS)

Ở giai đoạn này ta có nhiệt độ tb tăng dần và nhiệt độ tác nhân sấy do đó hiệu

(tt – tb) giảm dần Mặt khác ta có nước bốc hơi là nước liên kết, nhiệt hóa hơi của

nước liên kết luôn lớn nhiệt hoá hơi của nước tự do r > rn Do vậy phương trình (1)

dT

du có chiều hướng giảm dần nên được gọi là giai đoạn sấy với tốc độ giảm dần

Đối với các vật liệu sấy là chất rắn hòa tan trong nước, chẳng hạn như đường

saccaroza, thì sự phân biệt giữa hai giai đoạn sấy là ít rõ ràng Đối với đường lúc

còn trạng thái ẩm luôn có một lớp màng mật bao quanh tinh thể Do trong quá trình

sấy, nồng độ của lớp mật này thay đổi và phụ thuộc chính vào tốc độ bốc hơi nước

từ lớp mật và khi lớp mật đạt đến trạng thái bão hòa thì có sự xuất hiện các tinh thể

giả trên bề mặt tinh thể đường (dạng gương) Nguyên lý di chuyển của nước trong

giai đoạn sấy tốc độ giảm dần cũng khác so với VLS là các chất rắn không hòa tan

Mặc dùng tinh thể ẩm ướt ban đầu của đường không có cấu trúc mao dẫn,

nhưng do sự hình thành các tinh thể giả trên bề mặt bao quanh tinh thể Đây là một

trạng thái đặc biệt của tinh thể đường ẩm trong quá trình sấy Điều này được giải

thích như sau: Khi nhiệt độ sấy tại bề mặt chung của màng vật và không khí cao,

làm gia tăng rất lớn động lực chuyển khối và kết quả là tốc độ bốc hơi rất cao Do

vậy, làm giảm mạnh lượng nước ở trong lớp màng mật, làm tăng độ quá bảo hòa

của mật Khi độ quá bão hòa đạt đến trị số nhất định, trên bề mặt tinh thể ( ở trong

lớp màng mật) xuất hiện hiện tượng kết tinh và hình thành các tinh thể giả bám vào

bề mặt các tinh thể chính Dẫn đến quá trình chuyển ẩm từ bề mặt tinh thể - màng

mật ra bề mặt màng mật – không khí là rất khó khăn Do đó trong quá trình sấy

đường có thể xem là giai đoạn bắt đầu hình thành lớp tinh thể giả trên bề mặt tinh

thể chính là bắt đầu giai đoạn sấy tốc độ giảm dần và trước đó là giai đoạn sấy tốc

độ không đổi Ẩm nằm trong lớp tinh thể giả được xem như là ẩm liên kết

II.1.3 Yêu cầu công nghê sản xuất sau khi sấy

Đường cát lấy ra từ máy tách mật, vì chứa hàm lượng nước cao, không thể đóng

gói thành sản phẩm xuất xưởng được mà còn phải trải qua các nguyên công xử lý

như làm khô, sàng tuyển, đóng gói và bảo quản

Đường cát của các nhà máy, để tránh trong quá trình bảo quản và vẩn chuyển

đường bị kết vón, bị ẩm và bị biến chất, hàm lượng nước chứa trong đường cát theo

tiêu chuẩn ban hành như sau:

- Đường tinh luyện nước thấp hơn 0,06%

- Đường cát trắng lọai I lượng nước thấp hơn 0,07%

- Đường cát trắng lọai II lượng nước thấp hơn 0,12%

- Đường cát vàng lượng nước thấp hơn 3.5%

Theo các tiêu chuẩn này thì đối với đường cát vàng có thể khống chế ngay trong

quá trình tách mật không cần làm khô nữa Còn đối với đường cát trắng lấy ra từ

máy ly tâm, còn chứa hàm lượng nước 0,5 – 1,5% Do vậy cần phải qua xử lý làm

khô để có thể bảo quản sản phẩm

Điều kiện để đánh giá sản phẩm đã đem đi bảo quản được hay chưa có thể dựa

vào hệ số an toàn được tính như sau:

Hệ số an toàn = -

100 - độ chiết quang của đường

- Khi hệ số an toàn lớn hơn 0,333 đường cát đã biến chất

- Khi hệ số an toàn là 0,25 – 0,333 dường cát dễ biến chất

- Khi hệ số an toàn nhỏ hơn 0,25 thì bảo quản bình thường

Đặc điểm của liên kết nước tinh thể đường chủ yếu là liên kết bề mặt Đây là thông

tin công nghệ rất quan trọng cho tính thiết kế hệ thống sấy sản phẩm

II.2 Tính cân bằng vật liệu và xác định kích thước sơ bộ

II.2.1 Tính cân bằng vật liệu:

Tính lượng ẩm cần bay hơi trong một giờ:

Gọi m1, u1 và m2, u2; Tương ứng là khối lượng và độ ẩm tương đối của vật

liệu sấy đi vào và đi ra khỏi buồng sấy:

Theo công thức [59-I]:

∆u= m1-m2 (2.1)

Hay ∆u= m1.w1 -m2.w2 (2.2)

Trong đó:

w1, w2 độ ẩm vật sấy trước và sau khi sấy

∆u: là lượng ẩm cần mang đi khỏi vật liệu cần sấy

Nếu viết các giá trị w1, w2 theo giá trị phần trăm (%) Thì công thức (2.2) trở thành

Để đơn giản ta viết độ ẩm của vật liệu sấy theo giá trị thực của nó

Do khối lượng của vật liệu khô trước và sau quá trình sấy là không đổi nên ta

có thể viết: mk = m1(1-w1) = m2(1-w2) (2.4)

Trong đó : mk là khối lượng vật chất khô có trong vật cần sấy

Kết hợp (2.1) và (2.3) chúng ta có thể tính được lượng ẩm cần bốc hơi trong

1 giờ khi biết năng suất thiết bị m2 hoặc biết năng suất vào vật liệu m1 và độ ẩm

trước và sau quá trình sấy w1, w2

Theo đầu bài ta đã có:

Năng suất thiết bị : m2=200kg/h; Độ ẩm trước khi sấy : w1=2%:Độ ẩm sau khi sấy

w2=0,05% ;Nhiệt độ vào t1=1000C; Nhiệt độ ra: t2=700C

Vậy từ công thức (2.3) ta có:

402,01

0005,002,0.200

2 1

Từ đây ta cũng tính được khối lượng vật liệu được đưa vào thiết bị sấy trong

một giờ : m1 = m2 + ∆u= 200 + 4 = 204 (kg/h)

II.2.2 Xác định kích thước sơ bộ hệ thống sấy thùng quay:

Theo công thức [136-I] ta có:

Lưu lượng tác nhân G cũng được tính theo công thức [136-I]:

t t

w

G D

ρβ

- ρt là khối lượng riêng của tác nhân sấy kg/m3;

- Dt là đường kính trong của thùng quay:

Chọn: - Hệ số chứa đầy: β =0.15

với ρt=0.916kg/m3 Ở 1000C (tra bảng phụ lục 9[234-1])

Thay các giá trị trên vào công thức (2.6) ta được:

37 , 0 916 , 0 3600 ).

15 0 1 (

14 , 3

7 , 285

2 1

2 2

w w

w w

- ρ: là khối lượng riêng trung bình của vật sấy trong thùng sấy; kg/m3;

- Av: là tải trọng bay hơi ẩm; (theo bảng 10.1[207-II] với vật chất là đường

0006 , 0 02 , 0 9

1588 15 , 0

+ +

−

=

II.3 Tính toán nhiệt cho thùng sấy

II.3.1 Quá trình sấy lý thuyết

Để xác định ϕ2, Q0 của quá trình sấy lý thuyết ta phải biết được các thông số

của khí trời và các thông số của tác nhân sau calorifer

Do đặc điểm thời tiết ở Việt Nam, ở miền Bắc chia làm bốn mùa rõ rệt trong

đó mùa đông thường lạnh giá và độ ẩm không khí xuống thấp có khi nhiệt độ xuống

tới 100C và độ ẩm không khí xuống dưới 60% còn mùa hè khí hậu nóng ẩm mưa

nhiều có khi nhiệt độ lên tới 400C và độ ẩm lên tới 95% Hai mùa còn lại nhiệt độ

thường từ 25÷300C độ ẩm thường 70÷85% Trong khi đó ở miền Nam thì khí hậu

lại nắng nóng quanh năm, nhiệt độ trung bình từ 28÷380C, độ ẩm trung bình 89%

Căn cứ vào các điều kiện trên ta chọn điều kiện không khí ngoài trời là:

t0=300C ϕ0=85%

Xác định d0 và I0 ta dựa vào đồ thị I-d [21-I] của không khí ẩm Từ điểm gặp

nhau của các đường t=300C và ϕ=85% ta xác định được điểm có các thông số sau:

I0=21,5 kcal/kgk2khô=90kJ/kg,k2khô

d0=23g/kgk2khô=0,023kg/kgk2khô

Xác định I1 ; ϕ1

Không khí ẩm ngoài trời được đưa vào buồng đốt để nâng nhiệt độ đến nhiệt

độ sấy thành tác nhân sấy trước khi vào thùng sấy, trong quá trình nâng nhiệt của

không khí ẩm thì độ chưa ẩm d không đổi

Từ điều kiện sấy có t1=1000C; d1=d0 ta tìm được điểm B có các thông số sau:

I1= 38,5 kcal/kgk2khô = 161kj/kg,k2khô

Xác định trạng thái của tác nhân ở sau thùng sấy

Để xác định được điểm C là điểm trạng thái của tác nhân sau quá trình sấy ta

phải biết một trong hai thông số t2 hoặc d2 Vì đường sau khi sấy có thể đem đóng

gói ngay hoặc được làm nguội một chút trước khi đóng gói, nên ta chọn nhiệt độ của

tác nhân sấy sau buồng đốt là 600C, vì quá trình sấy lý thuyết là quá trình đẳng I nên

bằng đồ thị I-d [245-X] của không khí ẩm ta xác định được điểm C có các thông số

sau:

I2=I1=38,5 kcal/kgk2khô = 161kj/kg,k2khô

d20 = 37g/kgk2khô = 0,037kg/kgk2khô

Từ đây ta có thể xác định được đường cong sấy lý thuyết

Tính lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết:

Để tính lượng không khí cho quá trình sấy lý thuyết ta thiết lập phương trình

cân bằng vật chất cho thùng sấy Trong quá trình sấy, tác nhân sấy và vật liệu ẩm

trao đổi ẩm cho nhau:

Theo công thức [63-I] ta có:

m1 w1+G1.d1=m2 w2+G2.d20 (3.1) Trong đó:

- m1, m2 lần lượt là khối lượng của vật sấy đi vào và sản phẩm ra;

- w1, w2 lần lượt là độ ẩm của vật sấy và sản phẩm sấy;

- d1, d2 lần lượt là hàm ẩm của không khí vào và ra;

- G1, G2 lần lượt là khối lượng của không khí vào và ra khỏi thiết bị;

Từ công thức (3.1) ta có:

m1 w1-m2 w2=G2 d20-G2.d20 (3.2) nếu bỏ qua tổn thất không khí tại buồng sấy ta có : G1=G2=G0=G

Mặt khác: m1 w1-m2 w2= ∆u

Thay các giá trên vào công thức (3.2) ta có:

G.(d20-d1) = ∆u (3.3) Hay

1

20 d d

u G

−

=

Chia cả hai vế cho ∆uta được lượng không khí khô cần để làm bay hơi 1kg

ẩm khỏi vật sấy, khi đi qua caloriphe hàm ẩm của không khí không đổi vậy lượng

khí trời cần để làm bay hơi 1kg ẩm từ vật sấy là:

kg kgk d

d

023 , 0 037 , 0

1

1 20

II.3.2 Quá trình sấy thực tế

Trong quá trình sấy thực tế không phải chỉ có vật sấy và tác nhân sấy trao đổi

ẩm và nhiệt cho nhau mà luôn tồn tại tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao

che QBC tổn thất do vật liệu mang vào Qv

Phương trình cân bằng nhiệt của quá trình sấy thực tế :

Theo nguyên tắc cân bằng nhiệt là nhiệt lượng đưa vào thiết bị phải bằng

nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị:

Nhiệt lượng đưa vào thiết bị gồm:

- Nhiệt lượng do tác nhân nhận được từ caloriphe Qk

- Nhiệt lượng do không khí mang vào G.I0

- Nhiệt lượng do vật sấy mang vào: m1.C1.t1

Nhiệt lượng mang ra khỏi thiết bị gồm:

- Nhiệt lượng khí thải ra G.I2

- Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra m2.C2.t2

- Nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che QBC

⇒ Phương trình cân bằng nhiệt:

G.Io+Qk+ m1.C1.t1= G.I2+ m2.C2.t2+QBC (3.5) Nhiệt lượng do vật sấy ẩm mang vào được tính theo công thức [66-I]

m1.C1.t1=∆u.Cn.t1+ m2.C2.t2 (3.6)

Trong đó: ∆u là lượng ẩm trong vật ẩm sẽ bay hơi trong quá trình sấy;

Cn là nhiệt dung riêng của nước Tra bảng phụ lục 7 [232-I] ta được

Cn=1 kcal/kgoK=4,1858 kj/kg0K

Từ các công thức (3.5) và (3.6) ta được:

Qk=G.(I2-I0)+m2.C2.(t2-t1)+QBC - ∆u.Cn.t1 (3.7) Chia hai vế của (I.16) cho ∆u ta được qk là năng lượng cần cung cấp cho hệ

thống sấy tính trên 1kg ẩm

qk = G’.(I2-I0)+m2.C2.(t2-t1)/ ∆u+qBC - Cn.t1 (3.8)

Đặt: 2 2 (t2 t1)

u

C m

- ∆u là lượng ẩm bay hơi từ vật sấy;

- m2 là khối lượng của sản phẩm sấy; m2=200 kg/h

- C2 là nhiệt dung riêng của sản phẩm sấy;

- C2 = Ck(1-w2)+Cn w2

- Cn là nhiệt dung riêng của nước; Cn= 4,1858 kj/kg.0K

Tra bảng phụ lục 4 [230-I] ta được nhiệt dung riêng của sản phẩm khô:

Ck = 0,27 kcal/kg.0K = 1,07 kj/kg.0K

vậy: C2 = 1,07.(1-0,0005) + 4,1858.0,0005 = 1,072 kj/kg.0K

Thay các thông số trên vào công thức (3.12) ta được:

2140)

3070.(

4

072,1

Theo công thức [69-I]:

Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che được tính bởi:

qBC = q’

BC+q”

BC

Trong đó:

- q’BC là nhiệt lượng tổn thất do truyền nhiệt qua bao che:

- q”BC là nhiệt lượng tổn thất do cửa bị hở;

a) Tính q’

BC;

Theo công thức [69-I]:

Nhiệt lượng tổn thất qua bao che được tính bởi:

- Ki là hệ số trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy chảy bên trong và không khí bên

ngoài bề mặt truyền nhiệt thứ I của thùng sấy:

- Fi là diện tích bề mặt truyền nhiệt thứ i;

- ∆tbi là hiệu nhiệt độ trung bình giữa bên trong và bề mặt truyền nhiệt thứ i;

*) Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt:

Diện tích bề mặt truyền nhiệt bằng diện tích xung quanh thùng và diện tích

hai đầu thùng:

, 4 /

t t

Theo công thức [129-III];

Hệ số truyền nhiệt qua vách trụ nhiều lớp được tính bởi:

; 1 ln

2

1 1

1

1 1 1

i

d d

d d

K

παλ

ππ

α

W/m.K (3.16)

Khi tỷ số đường kính ngoài và đường kính trong của thùng sấy nhỏ hơn 1,4

ta có thể tính hệ số truyền nhiệt K theo công thức hệ số truyền nhiệt của vách phẳng

Theo công thức [69-I] hệ số truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp được tính bởi:

; 1 1

j j j

K

αλ

δα

W/m2.K; (3.17)

Trong đó;

- α1,α2: là hệ số toả nhiệt bên trong và bên ngoài bề mặt truyền nhiệt;

- δj : là độ dày của từng lớp cấu tạo nên bề mặt truyền nhiệt;

- λj : là hệ số dẫn nhiệt của mỗi lớp

Để xác định hệ số truyền nhiệt ta dựa vào các phương trình [80-III]:

- Phương trình tiêu chuẩn Nusselt: ;

Lấy kích thước xác định là đường kính thùng Dt=0,38

Thay các giá trị trên vào phương trình (3.19) ta được:

10 93 , 14 10 45 , 25

38 , 0 1

Theo công thức [111-III]- tiêu chuẩn Nusselt tính cho dòng khí chảy rối được

xác định bởi:

Nuf = 0,021.Ref0,8Prf0,43 1 .

25 , 0

Pr

Pr

R w

3 = <

=

d l

Theo công thức [31-IV]:

t

t L D

2

1= 1 +

.25,1

Thay các giá trị tìm được vào công thức (3.22) ta được:

Nuf = 0,021.(14,93.104)0,8(0,686)0,43(1)0,25.1,25.1 = 317,45

Từ phương trình tiêu chuẩn đồng dạng (I.28) ta xác định được hệ số toả nhiệt:

8 , 26 1

10 21 , 3 45 , 317

Với giả thiết thiết bị sấy được đặt trong xưởng sản xuất

Theo tiêu chuẩn Grashoft: . .2. ;

3ν

βl t g

Vì chưa biết chắc chắn nhiệt độ của mặt ngoài thùng sấy nên ta giả sử ∆t= 10oC;

Với nhiệt độ trung bình của không khi bên ngoài là 30oC;

Tra bảng 7[172-III] ta được:

Chọn vật liệu làm vỏ thiết bị và lớp bảo vệ là thép CT3, chiều dày của vỏ thiết

bị A = 2 mm, chiều dày lớp bảo vệ là A = 0,5 mm

Với thép CT3 hệ số dẫn nhiệt là λ =λ1=λ2=22 W/m oC

Vì nhiệt độ làm việc của thùng sấy là 100oC nên ta chọn vật liệu cách nhiệt là

polystirol giả sử dày A=10 mm(chiều dày A có thể thay đổi để điều chỉnh ∆t cho

10 385 , 0 0033 , 0 81 , 9

− = 72.106 (Grf.Prf) = 0,336.109.0,701= 0,2356.109

Vì 103<(Grf.Prf)<109.Nên tiêu chuẩn Nusselt được tính bởi:

Theo công thức (3.18)

91 , 4 395

, 0

10 67 , 2 95 , 61

δλ

δ

α ik k cn cn

Khi đó nhiệt độ ở mặt ngoài thiết bị có thể được xác định như sau:

Theo công thức [70-I] nhiệt độ mặt ngoài và mặt trong thùng sấy được xác định

Tk – nhiệt độ không khí ngoài trời; Ttb

k – nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy;

73 ,

Ta thấy với ∆t = 220C có sai khác so với giá trị ta đã giả thiết là 150C Nhưng

nhiệt độ mặt ngoài thùng là 520C ta có thể chấp nhận được Nên ta chọn chiều dày

phần cách nhiệt là AA = 5mm

Thay K1 vào công thức (3.14) ta được :

64 , 75

Gk,Ck là khối lượng không khí chui vào và nhiệt dung riêng của không khí hoặc là

khối lượng tác nhân chui ra và nhiệt dung riêng của tác nhân ;

∆t là chênh lệch nhiệt độ giữa tác nhân sấy và môi trường:

Theo tài liệu [72-I] với doăng bít kín tốt, có thể lấy Gk=15m3=/h

Với

∆t =100-30=700C; Ck=1,005 kJ/kg.K

Thay các số liệu trên vào công thức (3.29) ta được:

q’’BC= 263 , 81

4

70 005 , 1

86 , 1 2500

.

t

d I t d

−

−

∆

∆ +

−

70 86 , 1 2500 85 , 2353

023 , 0 85 , 2353 78 , 161

- Ph2: áp suất riêng của hơi nước ở nhiệt độ t2;

Theo công thức [31-II] theo dạng Antoine:

, 5 , 235

42 , 4026 12

42 , 4026 12

% 15 15 , 0 303 , 0

1 029 , 0 622 ,

0

029 , 0

ABC – là đường sấy thực tế

Xác định lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy thực và nhiệt lượng cần

cung cấp cho calorifer:

Theo công thức [73-I]:

023 , 0 029 , 0

1 1

0 2

II.4 Tính toán thiết bị caloriphe

Lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy thực và nhiệt lượng cần cung

cấp cho thùng sấy :

G’=166,67 kg K2/kg.ẩm

qk= 49187 KJ/kg.ẩm

qk ở đây mới chỉ tính cho quá trình sấy vật ẩm phần trước chưa tính tổn thất

nhiệt do kết cấu bao che Caloriphe

Do chưa xác định được các kích thước nên ta chọn sơ bộ diện tích bao che cho

Caloriphe và ống dẫn từ Caloriphe đến thùng sấy là 10m2

Theo công thức [24-I]

u

t F K

q BC

∆

∆

= '1. 1'.

Trong đó : K’1 là hệ số truyền nhiệt; F’1 tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt; ∆t1 độ

chênh lệch giữa trong và ngoài thiết bị; ∆U lượng ẩm cần bay hơi ở thùng sấy

Vì K là hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che của Caloriphe Cách tính hệ số

này giống với cách tính hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che của thùng sấy

Vì vậy ta bọc cách nhiệt Caloriphe giống bọc cách nhiệt ở thùng sấy và chọn

tốc độ khí, nhiệt độ ra và vào gần giống với thùng sấy thì ta được kết quả tương tự

Vậy ta chọn :

- Tốc độ trung bình dòng khí qua Caloriphe là 1m/s

- Nhiệt độ đầu vào của dòng khí t1’ = 300C

- Nhiệt độ đầu ra của dòng khí là t2’=1000C

Và bọc cách nhiệt như thùng sấy:

Như vậy ta sẽ có được:

4

35 10 73 , 1

1 1 ' '

u

t F K

Công suất cần cung cấp cho không khí để nâng nhiệt độ từ 300C đến 1000C là

- l: chiều dài dây

- s: tiết diện dây (m.s=1mm)

Do đó ta có l = Rs/ρ=12752m

Mặt khác ta có : l = 2π.r

1

.

r

L s R

Với chiều dài dây như trên ta chọn khung để mắc dây là hình chữ nhật Như

vậy ta có thể có kích thước của khung mang dây là: axb=400x280

Giữa khung mang dây điện trở và vỏ của caloriphe có lót một lớp amiang

cách nhiệt dầy 5mm và có một khoảng cách công nghệ khoảng 5mm Do đó ta có

thể chọn chiều rộng caloriphe là 500mm và chiều dài coloriphe là 380mm

Như vậy kích thước của coloriphe là :Dài x rộng = 500x380 (mm)

Vỏ coloriphe làm bằng thép không rỉ , khung mắc dây điện trở được làm

bằng thép CT3, vỏ được liên kết bằng phương pháp gò khung được liên kết bằng

phương pháp hàn Giữa khung mắc dây và dây được cách điện bằng sứ Sứ vừa có

khả năng cách điện Như vậy, khả năng tổn hao nhiệt là không nhiều

II.5 Tính hệ thống quạt

Tính chọn quạt cho hệ thống sấy cơ sở để tính chọn quạt cho hệ thống sấy

thùng quay là năng suất không khí khô cung cấp cho thiết bị sấy (V) và cột áp toàn

- Trở lực của dòng tác nhân sấy đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy

Theo công thức [213-II):

∆PS =

d g

C W L

2

2 ρ 1

ν = 23,1.106m2/s; Re = 1.0,001/(23,13.10-6)=52,71

A = 5,85+490/43,23+100/ 43 , 23= 32,39

+ Hệ số đặc trưng cho độ dầm chặt của lớp hạt

Theo công thức [213-II]: C1=1 2

ρ

ρρ

- ρv là khối lượng riêng hạt

- ρdx khối lượng riêng dẫn suất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy

Theo công thức [213-II]

- ρdx =

V

m m

2 75 , 0

).

( 25 ,

- ρdx =

3 38 , 0 14 , 3 2 75 , 0

15 , 0 ).

100 42 , 106 ( 25 ,

999 , 0 1

2 =

−

Đường kính trung bình của hạt đường lấy bằng d = 0,001m

Khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t = 1000C

Theo phụ lục 9 [234-I] : ρk= 0,916kg/m3

Thay các giá trị vào (5.2) ta có : ∆PS= 0 , 0524m

001 , 0 81 , 9 2

001 , 0 916 , 0 1 3 39 ,

II.5.1.2 Xác định áp suất động khí thoát ra

Theo công thức [333-II]: ∆Pd=

g

2 ν2

2O

- ν tốc độ dòng khí thoát ra khỏi quạt ;chọn ν = 20m/s

- ρ là khối lượng riêng của khí ở nhiệt độ t = 1000C; ρ = 0,916kg/m3