Tinh Toan, Thiet Ke He Thong Say Tieu Thung Quay_de Tai 8

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ

MỤC LỤ LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH....................................................................................................4 DANH MỤC CÁC BẢ NG ................................................ .................................................................................................. .................................................... 5 LỜI MỞ ĐẦU .................................................. ..................................................................................................... .................................................................... ................. 6

CHƢƠNG 1: TỔ NG QUAN ............................................. .............................................................................................. ..................................................... 7 1.1. TỔ NG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU HẠT TIÊU ...................................................... 7 1.1.1. Tên gọi và phân lo ại khoa học ............................................................................. .............................................................................7 1.1.2. Thành phần hóa học.................................................. ............................................................................................. ...........................................9 1.1.3. Phân bố ............................................ ............................................................................................. .................................................................... ...................9 1.2. TỔ NG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP SẤY............................................. Y.............................................................. ................. 10 1.2.1. Bản chất của quá trình s ấy ................................................ ................................................................................. .................................10 1.2.2. Phân loại quá trình s ấy....................................................................................... ....................................................................................... 10 1.2.3. Thiết bị sấy thùng quay............................................. ...................................................................................... ......................................... 12 1.2.4. Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay .................................................. .................................................. 14 1.3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY TIÊU ................................................................ 16

1.3.1. Sơ đồ quy trình công ngh ệ ................................................ ................................................................................. .................................16 1.3.2. Giải thích quy trình ........................................................... ............................................................................................ ................................. 16

CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT K Ế THIẾT BỊ CHÍNH .............................................. .............................................. 21 2.1. CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY ............................................. ............................................................ ............... 21 2.2. CÁC CÔNG THỨ C SỬ D DỤ NG ............................................. .............................................................................. ................................. 21 2.3. TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY..................................................22 2.4. TÍNH CÂN BẰ NG VẬT CHẤT ............................................ ............................................................................. ................................. 27 2.5. TÍNH THỜI GIAN SẤY.......................................................................................... .......................................................................................... 28

GVHD: Đào Thanh Khê

[1]


2.5.1. Tính cƣờng độ sấy ............................................ ............................................................................................. .................................................28 2.5.2. Tính thờ i gian sấy ............................................. .............................................................................................. ................................................. 30 2.6. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH ......................................................................................... ......................................................................................... 30

2.6.1. Tính kích thƣớ c thùng quay ...................................................... ............................................................................... ......................... 30 2.6.2. Thời gian lƣu. ..................................................................................................... ..................................................................................................... 31 2.6.3. Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy............................................................................31 2.7. TÍNH BỀ DÀY CÁCH NHIỆT CỦA THÙNG ....................................................... ....................................................... 32

2.7.1. Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng 1 ................. 32 2.7.2. Hệ số cấ p nhiệt từ thành ngoài c ủa thùng sấy đến môi trƣờ ng ng xung quanh 2 . 34 2.8. TÍNH TRỞ LỰC QUA THÙNG SẤY .................................................................... .................................................................... 38 2.9. CHỌN KÍCH THƢỚC CÁNH ĐẢO TRONG THÙNG SẤY................................39

CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ ............................................ ..................................................................... ......................... 42 3.1. TÍNH CALORIFER CẤP NHIỆT ........................................................................... ........................................................................... 41 3.1.1. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình ............................................... ........................................................................ ......................... 43 3.1.2. Tính hệ số cấ p nhiệt phía không khí ngoài ống  2 ............................................ 44 3.1.2.1. Các thông số của không khí ngoài ống...........................................................44 3.1.2.2. Tính hệ số cấ p nhiệt 2 .................................................. ................................................................................... ................................. 45 3.1.2.3. Tính hệ số cấ p nhiệt phía trong ống 1 ...........................................................47 3.1.2.4. Hệ số truyền nhiệt K ....................................................................................... ....................................................................................... 48 3.1.2.5. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thƣớ c calorifer ............................ 48

ở l lực qua calorifer ....................................................................................... 3.1.2.6. Tr ở .......................................................................................49 3.2. TÍNH VÀ CHỌ N XYCLON .................................................................... ................................................................................... ............... 49 3.3. TÍNH TR Ở LỰ C VÀ CHỌ N QUẠT.......................................................................52

CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN ................................................. .................................................................................................. .................................................55 GVHD: Đào Thanh Khê

[2]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................. .................................................................................................. .................................................56


[3]


DANH MỤ MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Cây tiêu………………………………………………………………………...7

Hình 2: Hạt tiêu………………………………………………………… tiêu…………………………………………………………………………8 ………………8 Hình 3: Biểu đồ dự báo sản lƣợ ng ng hạt tiêu thế giới năm 2011……………………… ..10 Hình 4: Máy sấy thùng quay…………………………………………………………..12

Hình 5: Sơ đồ thiết bị sấy thùng quay…………………………………………………14 Hình 6: Sơ đồ sấy nguyên liệu………………………………………………………...18 Hình 7: Hạt tiêu sấy thành phẩm………………………………………………………20

Hình 8: Đồ thị H- d của không khí ẩm………………………………………………...23 Hình 9: Đồ thị biểu diễn ba điểm A, B, C c ủa quá trình sấy…………………………..27

vá ch thùng………………………………………….. 35 Hình 10: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách cá nh đảo trong thùng…………………………………… .39 Hình 11: Hình dạng một số cánh Hình 12: Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng……………………………………40 Hình 13: Các kích thƣớc của cánh tròn……………………………………………….. 43

t ruyền nhiệt………………………………………………………… ...44 Hình 14: Sơ đồ truyền Hình 15: Các diện tích bề mặt của ống có cánh……………………………………… .45

đơn………………………………………………………………… ………… ..51 Hình 16: Xyclon đơn………………………………………………………


[4]


DANH MỤ MỤC CÁC BẢ BẢNG Bảng 1: Tr ạng thái tác nhân s ấy trong quá trình sấy thực……………………………26 Bảng 2: Các thông s ố chọn để tính cƣờng độ sấy……………………………………..29

Bảng 3: Bảng M theo d……………………………………………………………… ..30 Bảng 4: Lƣu lƣợng và khối lƣợng riêng của không k hông khí sấy trong quá trình sấy thực…31 Bảng 5: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy………………………………32 sấ y………………………………32 Bảng 6: L/D theo chuẩn số Reynolds……………………………………… Re ynolds………………………………………………… ………… .33 Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy…………………………… .34 Bảng 8: Các bề dày thùng và vật liệu………………………………………………… .35 Bảng 9: Các thông số của các tác nhân qua calorifer………………………………... ..42 Bảng 10: Một số kích thƣớc của calorifer…………………………………………… ..42 Bảng 11: Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống………………………… ..44 Bảng 12: Các thông số của hơi nƣớc bão hòa ngƣng tụ trong ống……………………47 Bảng 13: Kích thƣớc cơ bản của xyclon đơn………………………………………… .50


[5]


LỜ I MỞ MỞ ĐẦ ĐẦU U Việt Nam là một trong các nƣớ c có nền sản xuất nông nghiệp lâu đờ i trên thế giớ i.i.

ọng khá cao trong cơ cấu kinh tế nƣớ c ta.Mặc Hiện nay, nông nghi ệ p v ẫn còn chiếm t ỉ tr ọng dù vậy, ngành nông nghi ệ p vẫn chƣa đem lại hi ệu quả tƣơng xứ ng v ớ i vị trí của nó trong nền kinh tế. Nguyên nhân ch ủ yếu hiện nay là do các khâu thu ho ạch, bảo quản và ch ế biến nông sản tại Việt Nam thực hiện chƣa khoa học. Điều đó làm giả m giá tr ị các sản phẩm khi đƣa ra thị trƣờ ng ng tiêu thụ.

Để cải thiện vấn đề này có r ất nhiều phƣơng pháp đƣợc đƣa ra, trong đó sấ y là một trong những phƣơng pháp thông dụ ng nhất hiện nay. Sản phẩm sau quá trình s ấy có độ

ẩm thích hợ p, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thờ i nâng cao chất lƣợ ng ng sản phẩm, tăng cảm quan cũng nhƣ giá trị kinh tế. Trong công nghiệ p thực phẩm, sấy bằng thùng quay là m ột trong các phƣơn g pháp khá phổ biến do mang lại hi ệu quả kinh tế cao, thuận tiện khi vận hành và ti ết kiệm thờ i gian.

Do đó, ngƣời ta thƣờ ng ng chọn thiết b ị sấy thùng quay trong vi ệc s ấy các s ản phẩm lƣơng thực, hạt, quả,… Trong phạm vi đồ án môn học này, chúng em s ẽ trình bày về quy trình công nghệ và thiết bị sấy thùng quay để sấy hạt tiêu, năng suất 120 kg hạt tiêu khô/mẻ. Mặc dù đã cố gắng r ất nhiều song vẫn còn r ất nhiều thiếu sót vì đây là lần đầ u tiên làm

đồ án nên chƣa có kinh nghiệ m. Bên cạnh đó trình độ t ự nghiên cứu và khả năng tƣ duy còn giớ i h ạn nên đồ án của nhóm không thể tránh nhiều thiếu sót. Qua đồ án này, chúng em kính mong quý th ầy cô chỉ bảo để có thể hoàn thiện tốt hơn đồ án cũng nhƣ bài tậ p lớ n mà thầy cô giáo cho chúng em vào nh ững lần sau. Chúng em xin chân thành c ảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hƣớ ng ng dẫn, các thầy cô giáo và bạn bè đã giúp đỡ chúng chúng em hoàn thi ện đồ án đúng thờ i hạn.


[6]


CHƢƠNG 1: TỔNG TỔNG QUAN 1.1. TỔNG TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU HẠT TIÊU HẠT TIÊU 1.1.1. Tên gọi và phân loại khoa học 

Tên khoa h ọc: Piper nigrum



Giớ i: i: Plantae



Ngành: Angiospermae



Lớ p: Magnoliidae



Phân lớ p: Rosidae



Bộ: Piperales



Họ: Piperaceae



Chi: Piper

 Loài: P.nigrum

Hồ tiêu còn g ọi là cổ nguyệt, hắc cổ nguyệt, bạch cổ nguyệt (danh pháp hóa học: Piper nigrum)

Piperaceae), tr ồng chủ yếu để lấ y là một loài cây loài cây leo có hoa thuộc họ Hồ tiêu ( Piperaceae

quả và hạt, thƣờ ng ng dùng làm gia làm gia vị dƣớ i dạng khô hoặc tƣơi.

H ìn h 1: Cây Cây ti t i êu


[7]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ Hồ tiêu là một loại dây leo, thân dài, nh ẵn không mang lông, bám vào các cây khác bằng r ễ. Thân mọc cuốn, mang lá mọc cách. Lá nhƣ lá tr ầu không, nhƣng dài và thuôn

hơn. Có hai loại nhánh: một lo ại nhánh mang qu ả, và một lo ại nhánh dinh dƣỡ ng, ng, cả hai loại nhánh đều xuất phát t ừ k ẽ lá. Đối chiếu vớ i lá là một cụm hoa hình đuôi sóc. Khi chín, r ụng cả chùm. Quả hình cầu nhỏ, chừng 20- 30 quả trên một chùm, lúc đầu màu xanh lục, sau có màu

vàng, khi chín có màu đỏ. Từ quả này có thể thu hoạch đƣợ c hồ tiêu tr ắng, hồ tiêu đỏ, hồ tiêu xanh và h ồ tiêu đen.

Đốt cây r ất dòn, khi v ận chuyển nếu không cận thận thì cây có th ể chết. Quả có một hạt duy nhất.

Hồ tiêu đƣợc thu hoạch mỗi năm hai lần. Muốn có hồ tiêu đen, đen, ngƣời ta hái quả vào lúc xuất hiện một số quả đỏ hay vàng trên chùm, nghĩa là lúc quả còn xanh; những quả còn non quá chƣa có sọ rất giòn, khi phơi dễ vỡ vụn, các quả khác khi phơi vỏ quả sẽ săn

lại, ngả màu đen. Muốn có hồ tiêu trắng (hay hồ tiêu sọ), sọ), ngƣời ta hái quả lúc chúng đã thật chín, sau đó bỏ vỏ. Loại này có màu trắng ngà hay xám, ít nhăn nheo và ít thơm hơn c hín). (vì lớp vỏ chứa tinh dầu đã mất) nhƣng cay hơn (vì quả đã chín).

Hình 2: Hạt tiêu GVHD: Đào Thanh Khê

[8]


1.1.2. Thành phầ phần hóa họ h ọc Hồ tiêu cũng rất giàu vitamin C, thậm chí còn nhiều hơn cả cà chua. Một nửa cốc hồ tiêu xanh, vàng hay đỏ sẽ cung cấp tới hơn 230% nhu cầu canxi 1 ngày/1 ngƣời. Trong tiêu có 1,2- 2% t inh dầu, 5- 9% piperin và 2,2- 6% chanvixin. chanvixin. Piperin và

chanvixin là 2 loại ankaloit có vị cay hắc làm cho tiêu có vị cay. Trong tiêu còn có 8% chất béo, 36% tinh bột và 4% tr o. o. Thƣờ ng ị. Tiêu thơm, cay nồ ng và kích ng dùng hạt tiêu đã rang chín, thơm cay làm gia vị. Tiêu thích tiêu hoá, có tác d ụng chữa một số bệnh.

Hạt tiêu cũng rất giàu chất chống oxy hóa, chẳng hạn nhƣ beta carotene, giúp tăng cƣờng hệ miễn dịch và ngăn ngừa sự hủy hoại các tế bào, gây ra các căn bệnh ung thƣ và tim mạch. 1.1.3. Phân bố Ở nƣớ c ta hồ tiêu đƣợ c phân bố thành các vùng s ản xuất chính ở B Bắc Trung Bộ, Duyên hải Trung Bộ, Tây Nguyên, vùng Đông Nam Bộ và đồng b ằng sông Cửu Long, trong đó

Tây Nguyên và Đông Nam Bộ là 2 vùng s ản xuất chính. Sản xuất hồ tiêu thƣờ ng ng hình thành các vùng nổi tiếng nhƣ: Tân Lâm (Quả ng Tr ị), Lộc Ninh (Bình Phƣớ c), c), Bà R ịa (Bà

– Vũng Tàu), Phú Quốc (Kiên Giang), Dak R’Lắp (Đăk Nông), Chƣ Sê (Gia Lai), điề u R ịa – Vũng này tạo điều kiện thuận lợ i cho việc quy hoạch thành các vùng s ản xuất hàng hóa tậ p

trung, đạt chất lƣợ ng ng xuất khẩu cao. Việt Nam hiện là một nƣớ c xu ất khẩu tiêu đứng hàng đầ u thế giớ i thế nhƣng chủ yếu xuất khẩu ở d dạng thô. Vì thế vấn đề bảo quản tiêu hạt để xuất khẩu h ết sức quan tr ọng và cần thiết trong nền kinh tế quốc dân.


[9]


ểu đồ d ự ự bá ản lượ n g h ạt ti êu th ế gi ới ới năm 2011 H ình 3: B i ểu báo s ản Vấn đề bảo quản tiêu nhìn chung là khó, vì tiêu là môi trƣờ ng ng thuận lợ i r ất thích h ợ p cho sâu mọt phá hoại. Muốn bảo quản lâu dài thì h ạt phải có chất lƣợng ban đầ u tốt, có độ

ẩm an toàn. Vì v ậy, quá trình sấy hạt sau thu ho ạch có vai trò quan tr ọng trong bảo quản, chế biến cũng nhƣ nân g cao chất lƣợ ng ng hạt. Với phƣơng pháp này sẽ bảo quản hạt tiêu

đƣợc lâu hơn, dễ dàng trong quá trình v ận chuyển, ứng dụng nhiều trong quá trình ch ế biến các sản phẩm ăn liền.

1.2. TỔ TỔNG QUAN VỀ VỀ PHƢƠNG PHÁP 1.2.1. Bả Bản chấ chất củ của quá trình sấ s ấy Sấy là sự bốc hơi nƣớ c của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợ p, là quá trình khuếch tán do chênh l ệch ẩm ở b b ề m ặt và bên trong v ật li ệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất hơi riêng phầ n ở b bề mặt vật liệu và môi trƣờ ng ng xung quanh.

1.2.2. Phân loại loại quá trình sấy - Ngƣờ i ta phân biệt ra 2 lo ại: + Sấy tự nhiên: nhờ tác tác nhân chính là n ắng, gió,... Phƣơng pháp này thờ i gian sấy dài, tốn diện tích sân phơi, khó điề u chỉnh và độ ẩm cu ối cùng của vật liệu còn khá l ớ n, n, phụ thuộc vào điều kiện thờ i tiết khí hậu.


[10]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ + Sấy nhân tạo: quá trình c ần cung cấ p nhiệt, nghĩa là phải dùng đế n tác nhân sấy nhƣ

khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt,… và nó đƣợ c hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong. Quá trình s ấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấ y tự nhiên. - Nếu phân loại phƣơng pháp sấ y nhân tạo, ta có:

* Phân loại loại theo phƣơng thứ c truyề truyền nhiệ nhiệt: + Phƣơng pháp sấy đối lƣu: nguồn nhiệt cung cấ p cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu sấy b ằng cách truyền nhiệt đối lƣu. Đây là phƣơng pháp đƣợ c

ộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt. dùng r ộng + Phƣơng pháp sấy bức xạ: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là thực hiện bằng

bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy, có thể dùng bức xạ thƣờng, bức xạ hồng ngoại. + Phƣơng pháp sấy tiếp xúc: nguồn cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc

trực tiếp vật sấy với bề mặt nguồn nhiệt. + Phƣơng pháp sấy bằng điện trƣờng dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy

nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trƣờng cao tần trong vật sấy sấ y làm vật nóng lên. + Phƣơng pháp sấy thăng hoa: đƣợc thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời hút

chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nƣớc, nƣớc thoát ra khỏi vật sấy nhờ quá trình thăng hoa. + Phƣơng pháp sấy tầng sôi: nguồn nhiệt từ không khí nóng nhờ quạt thổi vào buồng

sấy đủ mạnh và làm sôi lớp hạt, sau một thời gian nhất định, hạt khô và đƣợc tháo ra ngoài. + Phƣơng pháp sấy phun: đƣợc dùng để sấy các sản phẩm dạng lỏng. + Bức xạ: sự dẫn truyền nhiệt bức xạ từ vật liệu nóng đến vật liệu ẩm.

* Phân loạ loại theo tính chấ ch ất xử xử lý lý vậ vật liệ liệu ẩm qua buồ buồng sấ sấy: + Sấy mẻ: vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn tất sẽ đƣợ c tháo ra.


[11]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ + Sấy liên t ục: vật liệu đƣợ c cung cấ p liên t ục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua buồng sấy cũng xảy ra liên tục.

* Phân loạ loại theo sự sự chuyển chuyển động tƣơng đối đối giữ giữ a dòng khí và vậ v ật liệ liệu ẩm: + Loại thổi qua bề mặt. + Loại thổi xuyên vuông góc v ớ i vật liệu.

1.2.3. Thiết bị sấy thùng quay

ấ ấ y th ùn g quay H ìn h 4: M áy s qu ay Hệ thống sấy thùng quay là một hệ th ống sấy làm việc liên t ục chuyên dùng để sấy vật liệu hạt, cục nhỏ nhƣ lúa, ngô (bắ p), hạt đậu xanh, hạt tiêu,... Máy sấy thùng quay là 1 thùng hình tr ụ đặt nghiêng 1 – 6 6 o, có 2 vành đai đỡ, vành đai này tỳ vào con lăn đỡ khi khi thùng quay. V ật liệu vào sấy qua phễu nạ p vật liệu. Vật liệu


[12]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ trong thùng không quá 20- 25% th ể tích thùng. Sau khi s ấy xong, thành ph ẩm qua bộ phận tháo sản phẩm ra ngoài. Bên trong thùng có l ắp các cánh đảo để xáo tr ộn vật liệu làm cho hi ệu suất sấy đạt

đƣợc cao hơn, phía cuố i thùng có h ộ p tháo sản ph ẩm còn đầu thùng cấm vào lò đốt ho ặc nối v ớ i ống tạo tác nhân s ấy. Giữa thùng quay, h ộp tháo và lò có cơ cấ u bịt kín để không

khí và khói lò không thoát ra ngoài. Ngoài ra còn có xyclone để thu hồi sản phẩm bay theo khí và th ải khí sạch ra môi trƣờ ng. ng.

bên trong thùng. Phía đầ u Khí nóng và vật li ệu có thể đi cùng chiều hay ngƣợ c chiều ở bên chỗ nạ p liệu bên trong thùng sấy có lắ p cánh xoắn 1 đoạn khoảng 700- 1000mm, chi ều dài của đoạn này phụ thuộc vào đƣờ ng ng kính của thùng. Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không quá 3 m/s để tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thiết thùng. Vận tốc quay c ủa thùng là 5 – 8 8 vòng/phút.

Các đệm ngăn trong thùng chứ a có tác d ụng phân phối v ừa có tác d ụng phân phối đều cho vật li ệu theo tiết di d iện thùng, đảo tr ộn v ật liệu vừa làm tăng bề mặt tiế p xúc gi ữa v ật liệu s ấy và tác nhân s ấy. Cấu t ạo c ủa đệm ngăn (cánh trộn) phụ thu ộc vào kích thƣớ c v ật liệu sấy và độ ẩm của nó. Các loại đệm ngăn dùng phổ biến là: - Đệm ngăn mái chèo nâng và loạ i phối hợ p: dùng khi s ấy những vật liệu cực to, ẩm,... Loại này có hệ số chất đầy vật liệu không quá 0,1 – 0,2. 0,2. - Đệm ngăn hình quạt có những khoảng thông vớ i nhau. - Đệm ngăn phân phối hình chữ nhật và kiểu vạt áo đƣợ c xế p trên toàn b ộ tiết diện của

thùng đƣợ c dùng để s ấy các vật li ệu d ạng c ục nh ỏ, x ố p, khi thùng quay vật li ệu đảo tr ộn nhiều lần, bề mặt tiế p xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân s ấy lớ n. n. - Đệm ngăn kiểu phân khu: để sấy các vật li ệu đã đƣợc đạ p nhỏ, b ụi. Loại này chỉ cho phép hệ số điền đầy khoảng 0,15 – 0,25. 0,25.


[13]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ - Nếu nhiệt độ sấy cần lớn hơn 200 0C thì dùng khói lò nhƣng không dùng cho nhiệt độ > 8000C. 

Ƣu điểm: + Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ sự tiế p xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác

nhân sấy. Cƣờng độ sấy lớ n, n, có thể đạt 100 kg ẩm bay hơi/m3.h. + Thiết bị gọn có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn. 

Nhƣợc điểm: vật liệu bị đảo tr ộn nhiều nên dễ bị tạo bụi, vỡ vụn. Do đó nhiều

trƣờ ng ng hợ p sẽ làm giảm chất lƣợ ng ng sản phẩm sấy. 1.2.4. Nguyên lý hoạt hoạt động động củ của máy sấ sấy thùng quay

Hình 5: Sơ đồ th ết b ị ị s ấ y thù ấ thi i ế th ùn g quay qu ay 

Chú thích:

1. Thùng quay

5. Phễu hứng sản phẩm

9. Con lăn chặn

2. Vành đi đỡ

6. Quạt hút

10. Mô tơ quạt

3. Con lăn đỡ

7. Thiết bị lọc bụi

11. Bê tông

4. Bánh răng

8. Lò đốt

12. Băng tải

Máy sấy thùng quay g ồm 1 thùng hình tr ụ (1) đặt nghiêng vớ i mặt phẳng nằm ngang 1-

ọng lƣợ ng 60C. Toàn bộ tr ọng ng của thùng đƣợc đặ t trên 2 bánh đai đỡ (2). (2). GVHD: Đào Thanh Khê

[14]


Bánh đai đƣợc đặt trên bồn con lăn đỡ (3), (3), khoảng cách giữa 2 con lăn cùng 1 bệ đỡ (11) có thể thay đổi để điều chỉnh các góc nghiêng c ủa thùng, nghĩa là điề u chỉnh thờ i

gian lƣu vật liệu trong thùng. Thùng quay đƣợ c là nhờ ờ có có bánh răng (4). Bánh răng (4) ăn khớ p với bánh răng dẫn động (12) nhận truyền động của động cơ (10) qua bộ giảm tốc. Vật liệu ƣớt đƣợ c n ạ p liên t ục vào đầu cao của thùng phễu chứa (14) và đƣợ c chuyển

ờ các các đệm ngăn. Các đệm ngăn vừ a có tác d ụng phân bố đều vật liệu dọc theo thùng nhờ theo tiết di ện của thùng, đả o tr ộn v ật li ệu v ừa làm tăng bề mặt tiế p xúc gi ữa v ật li ệu s ấy và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thƣớ c của vật liệu sấy, tính chất và độ ẩm của nó. Vận tốc của không khí nóng đi trong máy sấ y khoảng 2 – 3 3 m/s, thùng quay 5 – 8 8 vòng/phút. Vật liệu khô ở cuối máy s ấy đƣợc tháo qua cơ cấu tháo sản

băng tải xích (13) vận chuyển vào kho. phẩm (5) r ồi nhờ băng Không khí thải đƣợ c quạt (7) hút vào h ệ thống tách bụi,... để tách những h ạt b ụi cu ốn theo khí thải. Các hạt bụi nhỏ đƣợ c tách ra, h ồi lƣu trở l lại bằng tải xích (13). Khí s ạch thải ra ngoài.


[15]


1.3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NGHỆ SẤ SẤY TIÊU 1.3.1. Sơ đồ quy đồ quy trình công nghệ ngh ệ Nguyên liệu Sàng tạ p chất

Sàng đá Phân loại tỉ tr ọng xoắn ốc Xử lý vi sinh Sấy Làm nguội

Tiêu Cân

Đóng bao Bảo quản

1.3.2. Giải thích quy trình 

Công đoạn đoạn 1: Làm sạ sạch

Để chế biến tiêu đen, tiêu đƣợ c hái cả chum quả khi thấy chùm có lác đác quả chín hoặc quả đã chuyển sang vàng. Dùng máy tách h ạt để tách hạt ra khỏi chum ngay hay có


[16]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ thể để dồn 2 – 3 3 ngày mớ i tách h ạt tùy theo kh ối lƣợng tiêu thu hái đƣợc. Để việc tách hạt

đƣợ c d ễ dàng ngƣời ta thƣờ ng ng ủ quả trong bao hay dồn đống l ại r ồi l ấy bạt ph ủ lên trong vòng 12 – 24 24 giờ, sau đó mới đem tách hạ t. Hạt tiêu nguyên li ệu đƣợc đƣa vào mộ t hộ p nạ p liệu xây chìm dƣới đất sau đó đƣợ c chuyển vào sang tạ p ch ất thông qua một gầu tải. Sàng tạ p chất hoạt động dựa trên nguyên

lý khí động h ọc, nguyên lý phân cách v ề tr ọng ọng lƣợ ng ng và nguyên lý phân cách v ề th ể tích. Do vậy, sàng tạ p chất có thể tách đƣợ c khoảng 90% lƣợ ng ng tạ p chất lẫn trong hạt tiêu g ồm: tạ p chất nh ỏ hơn hạt tiêu, tạ p chất l ớn hơn hạ t tiêu và tạ p chất nh ẹ hơn hạt tiêu (bao gồm cả bụi). Ngoài ra do có g ắn một bộ phận từ tính nên sàng tạ p chất còn có tác d ụng tách sắt thép lẫn trong nguyên li ệu.

ờ i khỏi sàng tạ p chất có kích thƣớ c trong khoảng từ 2,5 Hạt tiêu nguyên li ệu sau khi r ờ mm đến 6,5 mm. 

Công đoạn 2: Tách đá sạn sạn

Hạt tiêu trƣớc khi vào máy tách đá sạ n vẫn còn lẫn những h ạt s ạn kích cỡ v vớ i h ạt tiêu.

Máy tách đá sạn hoạt động dựa trên nguyên lý khác bi ệt về t ỷ tr ọng của hạt tiêu cùng kích cỡ . H ạt tiêu nhẹ hơn sẽ đƣợ c một lu ồng khí nâng lên t ạo thành một dòng chảy song song với lƣới sàng để chảy ra ngoài. Trong khi đó hạ t sạn nặng hơn sẽ rơi xuống va đậ p vớ i các hạt của rãnh lƣớ i và chảy ngƣợ c về sau để thoát ra ngoài. 

Công đoạn đoạn 3: Phân loạ lo ại tỷ tỷ trọ trọng xoắ xoắn ốc

Hạt tiêu sau quá trình làm s ạch, phân loại kích cỡ, tách đá sạn và phân lo ại bằng khí

động học vẫn còn khác nhau v ề hình dạng: móp méo hoặc tròn hay còn l ẫn những cọng tiêu. Máy phân loại hình dạng kiểu oắn ốc đƣợ c cấu tạo bở i những vách ngăn xoắ n ốc quanh tr ục thẳng đứng. Hỗn hợ p hạt tiêu g ồm hạt tiêu biến dạng và hạt tròn đƣợ c nạ p vào miệng


[17]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ trên của máy phân lo ại. B ở i vì hạt tiêu chảy xuống theo chi ều xo ắn ốc dƣới tác độ ng c ủa tr ọng lực. Các hạt tròn xoay tròn trên gia t ốc tăng dần đến m ột điểm mà chúng xoay tròn

theo độ nghiêng vách ngăn nằm rìa ngoài và đƣợ c tách ra, còn nh ững hạt biến dạng khi rơi tự do trên máng xo ắn ốc bị lực ma xát cao hơn tốc độ dòng chảy không bằng hạt tròn. Do đó các hạt biến dạng chảy gần hơn trụ c của máy xoắn ốc và đƣợc đƣa ra ngoài. 

Công đoạn đoạn 4: R ử ử a và xử xử lí lí vi sinh bằng bằng hơi nƣớ c

Để khử các vi sinh v ật có hại nhất là khuẩn Salmonella, ngƣờ i ta sử dụng hơi nƣớ c vớ i áp suất từ 2 – 3 3 kg/cm2 có nhiệt độ từ 120 – 1400C để phun vào hạt tiêu trong th ờ i gian ngắn nhất (khoảng 20 – 40 40 giây). Trong quá trình h ấ p thụ hơi nƣớ c nóng hạt tiêu đƣợ c

ống trích ly nƣớc trƣớ c khi qua h ệ thống sấy. chuyển qua tr ống 

Công đoạn đoạn 5: Sấ S ấy

Đối vớ i các nguyên li ệu hạt, ngƣời ta thƣờ ng ng áp dụng phƣơng pháp sấy đối lƣu. Không khí nóng đƣợ c dùng làm tác nhân s ấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợ p, chuyển động chảy trùm lên vật s ấy làm cho ẩm trong vật s ấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấ y ra ngoài. Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngƣợ c chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển

động của sản phẩm. Sấy đối lƣu có thể thực hiện theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục.

Hình 6: Sơ đồ s ấ ấy ngu n guyê yên l i ệu GVHD: Đào Thanh Khê

[18]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ 

Các yế yếu tố tố ảnh hƣởng đến đến quá trình sấ sấy:

- Nhiệt độ sấy: Rau quả, hạt là sản phẩm chịu nhiệt kém: trên 90 0C thì đƣờ ng ng fructose b ắt đầu bị caramel hoá, các ph ản ứng tạo ra melanoidin, polime hoá các h ợ p ch ất cao phân t ử xảy ra mạnh. Còn ở nhi nhiệt độ cao hơn nữa, nó có thể bị cháy. Do v ậy, để sấy hạt nông sản thƣờ nngg dùng chế độ sấy ôn hoà. Tu ỳ theo loại nguyên li ệu, nhiệt độ sấy không quá 80- 900C. Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt của vật liệu sấy. Nếu tốc độ tăng nhiệt quá nhanh thì b ề m ặt mặt qu ả b ị r ắn l ại và ngăn quá trình thoát ẩm. Ngƣợ c l ại, n ếu tốc độ tăng chậm thì cƣờng độ thoát ẩm yếu. - Độ ẩm không khí: Muốn nâng cao kh ả năng hút ẩm của không khí thì ph ải gi ảm độ ẩm tƣơng đối c ủa nó xuống. Sấy chính là bi ện pháp tăng khả năng hút ẩ m của không khí b ằng cách tăng nhiệ t

độ. Thông thƣờ ng ng khi vào buồng sấy, không khí có độ ẩm 10- 13%. Nếu độ ẩm của không khí quá thấ p s ẽ làm hạt nông sản n ứt ho ặc t ạo ra lớ p v ỏ khô trên bề m ặt, làm ảnh hƣở nngg xấu đến quá trình thoát hơi ẩ m tiếp theo. Nhƣng nếu độ ẩm quá cao s ẽ làm t ốc độ sấy giảm. Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩ m c ủa rau quả tƣơi nên độ ẩm tăng lên

(thông thƣờ ng ng khoảng 40- 60%). Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấ p thì sẽ tốn năng lƣợng. Ngƣợ c lại, nếu quá cao s ẽ dễ bị đọng sƣơng, làm hƣ hỏ ng sản phẩm sấy. Ngƣờ i ta điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lƣu thông của nó và lƣợ nngg rau quả tƣơi chứa trong lò s ấy. - Lƣu thông của không khí: Trong quá trình s ấy, không khí có thể lƣu thông tự nhiên hoặc cƣỡ ng ng bức. Trong các lò sấy, không khí lƣu thông tự nhiên vớ i tốc độ nh ỏ (nh ỏ hơn 0,4 m/s), do vậy thờ i gian s ấy

thƣờ ng ng kéo dài, làm ch ất lƣợ ng ng s ản ph ẩm sấy không cao. Để kh ắc ph ục nhƣợc điểm này, GVHD: Đào Thanh Khê

[19]


ngƣờ i ta phải dùng quạt để thông gió cƣỡ ng ng bức vớ i tốc độ trong khoảng 0,4- 4,0 m/s trong các thi ết bị sấy. Nếu tốc độ gió quá lớ n (trên 4,0 m/s) s ẽ gây tổn thất nhiệt lƣợ ng. ng. - Độ dày của lớ p sấy:

Độ dày của lớ p hạt nông sản sấy cũng ảnh hƣởng đến quá trình s ấy.Lớ p nguyên li ệu càng mỏng thì quá trình s ấy càng nhanh và đồng đều, nhƣng nế u quá mỏng sẽ làm giảm

năng suất của lò sấy. Ngƣợ c lại, nếu quá dày thì s ẽ làm giảm sự lƣu thông của không khí, dẩn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọ ng lại.

Thông thƣờ ng ng nên xế p lớ p rau quả trên các thi ết bị sấy vớ i khối lƣợ ng ng 5 – 8 8 kg/m2 là phù hợp. Đối vớ i nguyên li ệu hạt tiêu, ta ch ọn chế độ sấy ở 50 50 – 60 600C trong thờ i gian 2 gi ờ cho thiết bị sấy thùng quay. 

Công đoạn đoạn 6: Làm nguộ ngu ội sau sấ sấy và phân loạ loại

Sau khi sấy, hạt tiêu đƣợc đƣa vào mộ t thùng làm ngu ội và một l ần n ữa hạt tiêu đƣợ c tách tạ p chất gồm bụi vỏ hạt tiêu phát sinh sau quá trình s ấy. Sau đó hạ t tiêu đƣợc đƣa vào máy phân lo ại hình dạng kiểu xoắn ốc (lần 2). 

Công đoạn 7: Cân định lƣợ ng động ng tự tự độ ng

Hạt tiêu thành ph ẩm đƣợc đƣa vào thùng chứa để tr ữ hoặc đƣợc đƣa vào hệ thống cân tự động định lƣợ ng ng theo yêu cầu. Cân định

lƣợng đƣợ c t ự động hóa điề u khiển bằng hệ thống điện tử có hiển thị số vớ i giai bậc từ 30 – 60kg 60kg mà sai số cho phép là  45g/50kg

năng suất 200bao/giờ . - Sản phẩm thu đƣợc: tiêu đen sạch đạ t tiêu chuẩn ASTA.

H ình 7: H ạt t i êu s t h àn h ph ẩ m ấ ấ y th

- Công suất: 4000 tấn/ năm.


[20]


CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT THIẾT K Ế THIẾ THIẾT BỊ BỊ CHÍNH 2.1. CÁC THÔNG SỐ TÁC NHÂN SẤY Các ký hiệu: - G1, G2: lƣợ ng ng vật liệu trƣớ c và sau khi sấy (kg/h). - Gk : lƣợ ng ng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy s ấy (kg/h). - W1, W2: độ ẩm của vật liệu trƣớ c và sau khi s ấy, tính trên căn bản ƣớ t (%). - W: lƣợ ng ng ẩm đƣợ c tách ra khỏi vật liệu (kg/h). - L: lƣợ ng ng không khí khô (kkk) tuyệt đối qua máy s ấy (kg/h).

ời (kg ẩm/kg kkk). - do: hàm ẩm của không khí ngoài tr ờ - d1: hàm ẩm của không khí trƣớ c khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk). - d2: hàm ẩm của không khí sau khi s ấy (kg ẩm/kg kkk).

2.2. CÁC CÁC CÔNG THỨC SỬ DỤNG Dùng tác nhân sấy là không khí. - Phân áp suất bảo hòa của hơi nƣớ c trong không khí ẩm theo nhiệt độ: 

4026,42 



235,5  t o C 

pb  exp12 



[bar]

(CT 2.11/14),[6]

[kg/kgkkk]

(CT 2.15/15),[6]

[kj/kgkkk]

(CT 2.17/15),[6]

- Độ chứa ẩm: d  0,621

 . pb B   . pb

ời, i, B = 1 at = 0,981 bar. Vớ i: i: B: áp su ất khí tr ờ - Enthapy c ủa không khí ẩm: H  C pk .t  d .(r  C pa .t )  1,004 .t  d .(2500  1,842 842 .t )


[21]


Với: * C pk : nhiệt dung riêng c ủa không khí khô, C pk = 1,004 kJ/kg0K. * C pa: nhiệt dung riêng của hơi nƣớ c, c, C pa= 1,842 kJ/kg0K. * r: ẩn nhiệt hóa hơi của nƣớ c, c, r = 2500 kJ/kg. - Thể tích riêng c ủa không khí ẩm: v

RT M ( B   . pb )



[m3/kgkkk]

288 .T B   . pb

6,[8]

Vớ i: i: * R: h ằng số khí, R = 8314 J/kmol.độ . * M: khối lƣợ ng ng không khí, M = 29 kg/kmol.

ời và phần áp suất bão hòa c ủa hơi nƣớ c trong không khí, * B, p b: áp suất khí tr ờ N/m2. - Lƣu lƣợ ng ng không khí ẩm: V = v.L

[m3/kg]

6,[8]

Với: * L: lƣu lƣợng không khí khô, kg/h. * v: thể tích riêng của không khí ẩm, m 3/h. - Khối lƣợ ng ng riêng của không khí ẩm: [kg/m3]

 T  0,378. . pb   k  o o 1   T  B 

6,[8]

Trong đó: * o = 1,293 kg/m3: khối lƣợ ng ở điều kiện chuẩn. ng riêng của không khí khô ở điề ở điều kiện chuẩn. * T0 = 2730K: nhiệt độ không khí ở điề 2.3. TÍNH CÁC THÔNG SỐ SỐ CỦ CỦA TÁC NHÂN SẤ SẤY ời: đƣợ c biễu diễn bằng tr ạng ạng thái A, xác định bằng cặ p - Tr ạng thái không khí ngoài tr ời: thông số (t0, o).


[22]


Hình 8: Đồ th ị ị H - d c ủa kh k h ôn g kh k h íẩ m GVHD: Đào Thanh Khê

[23]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ - Do vật liệu sấy là tiêu h ạt có thể đƣợ c tr ồng và thu hoạch nhiều vụ trong một năm,

tuy nhiên tính theo mùa mƣa, ít nắ ng thì thi ết bị sẽ làm vi ệc tốt quanh năm. Vì vậ y, ta chọn tr ạng thái A theo giá tr ị nhiệt độ và độ ẩm trung bình của Thành phố Hồ Chí Minh: to= 27oC

A:

o = 84%



pbo  exp12 



4026,42 

4026,42     exp12    0,035482 235,5  t o  235 , 5 27   

 o . pb o 0,84.0,035482 d o  0,621.  0,621.  0,019459 B   o . pb o 0,981 0,84.0,035482

H o  1,004.t o  d 0 .(2500  1,842.t o )

 1,004.27  0,019459.(2500  1,842.27)  76,723 vo 

288.T o

B   o . pbo



288(27  273) 0,981.105  0,84.0,035482.105

 0,90833

[bar]

(CT 2.11/14),[6]

[kg/kgkk] (CT 2.15/15),[6]

[kJ/kgkk] (CT 2.17/15),[6] [m3/kgkk]

6,[8]

- Không khí đƣợc đƣa vào caloriphe và đƣợc đốt nóng đẳ ng ẩm (d1 = do) đến tr ạng thái

ạng thái B cũng là trạ ng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy. B (d1, t1). Tr ạng Không khí đƣợ c qu ạt đƣa vào caloriphe và đƣợc đốt nóng đẳ ng ẩm (d 1 = d o) đế n tr ạng thái B (d1, t1). Điểm B là điểm nhiệt độ sấy sao cho nguyên li ệu sấy không bị cháy. Tr ạng

thái B cũng là trạ ng thái c ủa tác nhân sấy vào thùng s ấy. Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhi ệt độ cao nhất c ủa tác nhân s ấy, do tính chất c ủa v ật liệu

ở B đƣợ c chọn phải thấ p sấy và chế độ công nghệ quy định. Nhiệt độ của tác nhân s ấy ở B hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột. Do hạt tiêu chứa khoảng 36% tinh bột, ban đầu độ ẩm của vật liệu sấy cao, nếu vật liệu tiế p xúc v ớ i tác nhân s ấy nhiệt độ cao thì lớ p bề mặt của hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớ p keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong lòng vật liệu ra ngoài.


[24]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ Theo kinh nghiệm sấy tiêu thủ công thì nhi ệt độ không khí sấy từ 50- 60oC. t1 = 55oC

Do đó chọn điể m B:

d1 = do = 0,019459 (kg/kgkkk) 

pb1  exp12 



d 1  0,621 621  d1.B

=

  1 

4026,42 

4026,42     exp12    0,15562 235,5  t 1  235,5  55  

 1 . pb1 B   1 . pb1

 d1.B

(CT 2.11/14),[6]

[kJ/kgkkk]

(CT 2.17/15),[6]

[m3/kgkkk]

6,[8]

= 0,621.  1 . pb1 + d1.  1 . pb1

 1 . pb1 (0,621 + d1) d 1. B

pb1 (0,621  d 1 )

0,019459.0,981



0,15562.(0,621  0,019459)

 0,19153

H 1  1,004.t 1  d 1.(2500  1,842.t 1 )

 1,004.55  0,019459.(2500  1,842.55)  105,839

v1 

[bar]

288.T 1 B   1. pb1



288(55  273) 0,981.10  0,19153.0,15562.10 5

5

 0,99311

ạng thái B đƣợc đẩ y vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy lý - Không khí ở tr ạng ở đầu ra của thiết bị sấy là C (t 2, 2). thuyết (H1 = H2). Tr ạng thái không khí ở đầ Nhiệt độ của tác nhân s ấy ra khỏi thiết bị sấy t 2 tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt độ do tác nhân sấy mang đi là bé nhất, nhƣng phả i tránh hiện tƣợng đọng sƣơng, nghĩa là tránh tr ạng thái C n ằm trên đƣờng bão hòa. Đồ ng thời độ ch ứa ẩm c ủa tác nhân s ấy t ại C phải

ở l lại. nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm tr ở Vớ i: i: H1= H2= 105,839 (kJ/kgkk)

tđs ≈ 31oC

 = 100%

Chọn t2= 35oC


[25]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ 

pb2  exp12 



4026,42 

4026,42     exp12    0,055849 235,5  t 2  235,5  35  

[bar]

(CT 2.11/14),[6]

H 2  1,004 .t 2  d 2 (2500  1,842 .t 2 ) H 2  1,004 .t 2

d 2 

2500  1,842 .t 2

 2 

v2 

d 2 . B pb2 (0,621 d 2 ) 288.T 2

B   2 . pb2







105 ,839  1,004 .35 2500  1,842 .35

 0,027569

0,027569.0,981 0,055849.(0,621 0,027569)

[kg/kgkk]  0,74665

288(35  273)

 0,94436 [m3/kgkk] 0,981.10  0,74665.0,055849.10 5

5

Bảng 1: Trạ Trạng thái tác nhân sấ s ấy trong quá trình sấ s ấy thự thự c

Đại lƣợ ng ng

Tr ạng thái không khí Tr ạng thái không khí

Tr ạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy

ban đầu (A)

vào thiết bị sấy (B)

t (oC)

27

55

35

 (%)

0,84

0,19153

0,74665

d (kg/kgkk)

0,019459

0,019459

0,027569

H (kJ/kgkk)

76,723

105,839

105,839

p b (bar)

0,035482

0,15562

0,055849

3

0,90833

0,99311

0,94436

v (m

/kgkk)


[26]

(B)


: Đồ th ị ị bi ể ểu di ễn ễn ba điể m A, B, C c ủa qu ấ ấ y H ìn h 9 q u átr ìn h s 2.4. TÍNH CÂN BẰ BẰNG VẬ VẬT CHẤ CHẤT - Năng suất thiết bị sấy theo nhập liệu: G1  G2 .

1   2 1  0,08 120 . 184  120  184 1   1 1  0, 4

[kg/h]

114,[12]

[kg/h]

115,[12]

[kg/h]

115,[12]

- Lƣợng ẩm cần tách: W = G1 – G G2 = 184 – 120 = 64 - Lƣợng tác nhân khô cần thiết: L 

W d 2  d 1



64 0,027569  0,019459

 7891 ,492

- Lƣợng tác nhân tiêu hao riêng: l 

L W



1 d 2  d 1



1 0,027569  0,019459

 123,305

[kgkk/kg ẩm] 115,[12]

- Nhiệt lƣợng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết: Qc = L.(H2 - Ho) = 7891,492.(105,839 – 76,723) = 229768,681 qc = l.(H2 - H0) = 123,305.(105,839 - 76,723) = 3590,148


[27]

[kj/h]

116,[12]

[kj/kg ẩm]

116,[12]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ Vớ i quá trình sấy thực tế tổn thất nhiệt là 10%: Qc thực tế = Qc + 10%Qc = 229768,681 + 10%.229768,681

[kj/h]

= 252745,549 - Tính hiệu suất sấy:

Gọi Qhi: nhiệt hữu ích, là nhi ệt lƣợ ng ng cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu Q hi = W.r tv1 + C a .(t .(t 2 - t v1 ) 

Trong đó: r tv1 nhiệt độ vào; r tv1 tv1: ẩn nhiệt hóa hơi của nƣớ c trong v ật liệu sấy ở nhi tv1 = 2500. Ca: là nhiệt dung riêng c ủa ẩm. Vớ i ẩm là hơi nƣớ c thì Ca = C pa = 1,842 (kJ/kg.K). t2: nhiệt độ không khí ra khỏi thiết bị sấy.

độ ban đầu của vật liệu sấy, thƣờ ng tv1: nhiệt độ ban ng lấy bằng nhiệt độ môi trƣờ ng: ng: tv1= to = 27oC. Q hi = 64. [2500 + 1,842.(35 - 27)] = 160943,104

[kj/h]

69,[6]

[%]

13,[8]

Hiệu suất sấy:  =

Q hi Q



160943,104 25274,549

.100% = 64

2.5. TÍNH THỜI THỜI GIAN SẤY 2.5.1. Tính cƣờng độ sấy - Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy: t k 

t 1  t 2 2



55  35 2

[oC]

 45

- Độ ẩm trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy:  k 

 1   2 0,19153 0,74665   0,46909 2 2


[28]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ - Phân áp suất bão hòa của hơi nƣớc trong tác nhân sấy: 

pb  exp12 



4026,42 

4026,42     exp12    0,094947  235,5  t  235 , 5 45  

[bar]

- Khối lƣợng riêng của tác nhân:  k 

 oT o  0,378. k . pb  1   T  B 

6,[8]

[kg/m3]

1,293.273  0,378.0,46909.0,094947   1    1,09098 ( 45  273)  0,981 

- Chọn các thông số để tính cƣờng độ sấy:

Bảng 2: Các thông số chọn để tính cƣờng độ sấy STT

Đại lƣợng

Khoảng giới

Tài liệu

hạn

tham khảo

m/s

2- 3

[8]

2,2

v/ph

0,5- 8

[7]

1

[6]

0,18

[6]

0,007

Ký hiệu

Đơn vị

vk

n

Chọn

Tốc độ trung bình 1

của tác nhân trong thùng sấy

2

3 4

Số vòng quay của thùng

Hệ số chứa đầy của vật liệu trong thùng Đƣờng kính trung bình hạt vật liệu

5

Khối lƣợng riêng thể tích vật liệu

6

Số cánh trong thùng




d

phần đơn vị m 3

v

kg/m

Z

cánh

[29]

Đối với thùng có cánh nâng,  = 0,18

Thực nghiệm [6]

750 8


2.5.2. Tính thời gian sấy  

W 1  W 2 11,1.M

 0,27 

0,40  0,08 11,1.0,53 .10 2

 0,27  5,17

[h]

Trong đó hệ số M phụ thuộc vào đƣờng kính trung bình d của hạt cho trong bảng: Bảng 3: Bảng M theo d d (mm)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

M.102

1,43

1,25

1,00

0,83

0,70

0,60

0,53

0,47

0,43

0,38

( Bảng 8.3/115,[6]) 2.6. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH 2.6.1. Tính kích thƣớc thùng quay - Thể tích thùng sấy: V T 

G1.

 v . 



184 184 .5,17

 7,05

750 .0,18

[m3]

(6.45a/178),[13]

Chọn đƣờng kính thùng theo tiêu chuẩn D T = 1,2m. - Chiều dài thùng: LT 



4V T  DT 2

LT DT





4.7,05  .1,2 2

6,2340 1,2

 6,2340

[m]

195  5,195

 Thỏa điều kiện

LT DT

48

Chọn LT = 6,5m Khi đó, thể tích của thùng sấy: V T 

 DT 2 4

. L 

 .1,2 2 4

[m3]

.6,5  7,3513


[30]

(CT 6.45a/178),[13]


2.6.2. Thời gian lƣu Thời gian mà vật liệu lƣu trú trong thùng (thời gian vật liệu đi hết chiều dài thùng):  1 

V T  . v G1



7,3513 .0,18 .750 184 184

 5,3936

[h]

 Thỏa điều kiện 1  

2.6.3. Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy Bảng 4: Lƣu lƣợng, lƣợng , khối lƣợng riêng không khí sấy của quá trình sấy thực

Đại

Ký hiệu–

lƣợng

Đơn vị

Nhiệt độ

t (oC)

Độ ẩm

Trạng thái không

Trạng thái

khí vào thiết bị

không khí ban

sấy– B B

đầu– A A

 (đơn

vị)

Trạng thái không khí ra khỏi thiết bị Ghi chú sấy- C

27

55

35

Bảng 1

0,84

0,19153

0,74665

Bảng 1

Lƣu

V (m3/h)

7064,148

7717,248

7349,347

lƣợng

V (m /s)

1,96226 1,96226

2,14368 2,14368

2,04149 2,04149

(kg/m3)

1,177

1,0765

1,1465

Khối lƣợng riêng - Lƣợng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy: V 

V 1  V 2 2



7717,248  7349,347 2

[m3/h]

 7533,298

[m3/s]

= 2,0926

- Tiết diện chảy của tác nhân: F  (1   ). F T  (1   )

 . DT 2 4


 (1  0,18)

 .1,2 2 4

 0,9274

[31]

[m2]

17,[8]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ - Vận tốc tác nhân sấy: vk  

V F



2,0926 0,9274

 2,2564

[m/s]

17,[8]

[%]

17,[8]

- Sai số so với vận tốc chọn:  

vk   vk vk 

.100 100 % 

2,2564  2,2 2,2564

.100 %  2,4996

Chọn vk = 2,2 m/s là hợp lý.



2.7. TÍNH BỀ DÀY CÁCH NHIỆT CỦA THÙNG Máy sấy có thể có hay không có bọc lớp cách nhiệt. Để tránh nhiệt trong máy sấy mất mát nhiều và để đảm bảo nhiệt độ bên ngoài máy sấy có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnh đƣợc thì thƣờng bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy. 2.7.1. Hệ Hệ số số cấ cấp nhiệ nhiệt từ từ dòng dòng tác nhân sấy sấy đến đến thành trong củ của thùng 1 Bảng 5: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy STT

Thông số

Kí hiệu

Đơn vị

1

Vận tốc

vk

m/s

2

Nhiệt độ trung bình

tk

3

Hệ số dẫn nhiệt

4

Nguồn– công công thức

Giá trị

Bảng 2

2,2

C

Bảng 2

45

k

W/m.oK

258,[6]

0,02865

Độ nhớt

k

Ns/m2

258,[6]

1,985.10-5

5

Khối lƣợng riêng

k

kg/m3

258,[6]

1,0765

6

Độ nhớt động

k

m2/s

o

- Chế độ chảy của tác nhân sấy trong thiết bị:

Chuẩn số Reynolds: Re 

v k DT

 k



2,2.1,2 1,8439 .10

5


 1,43175 .10 5

[32]

 k 

 k  k

1,8439.10-5

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ Re > 104



dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy. Quá trình truyền nhiệt trong thùng

xem nhƣ là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy rối, là quá trình truyền nhiệt do sự trộn lẫn của các lớp lƣu chất trong và ngoài xa trục của dòng chảy. Có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lƣu tự nhiên. Vậy, quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đối L

lƣu cƣỡng bức, dòng chảy trong ống có

D

 50 .

- Chuẩn số Nusselt đối với không khí: Nu = 0,018.l.Re0,8  

Trong đó:

Re,  l  f  Re,

L 



D 

Bảng 6: L/D theo chuẩn số Reynolds L/D

Ref

1

2

5

10

15

20

30

40

50

1.104

1,65

1,50 1,50

1,34

1,23

1,17

1,13

1,07

1,03

1

2.104

1,51

1,40 1,40

1,27

1,18

1,13

1,10

1,05

1,02

1

5.104

1,34

1,27 1,27

1,18

1,13

1,10

1,08

1,04

1,02

1

1.105

1,28

1,22 1,22

1,15

1,10

1,08

1,06

1,03

1,02

1

1.106

1,24

1,11 1,11

1,08

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1

Với: Re = 1,43175.105 L D



 =

1,1447

 5,195

 Nu = 0,018.1,1447.(1,43175.105)0,8 = 274,5731

- Hệ số cấ p nhiệt 1:  1 

Nu. k DT



274 274 ,5731 .0,02865 1,2


(W/m2.K)

 6,5554

[33]


2.7.2. Hệ Hệ số số cấ cấp nhiệ nhiệt từ từ thành thành ngoài củ của thùng sấy sấy đến môi trƣờ ng ng xung quanh 2 Quá trình truyền nhiệt từ thành ngoài của thiết bị sấy đến môi trƣờng xung quanh là quá trình truyền nhiệt do đối lƣu tự nhiên và do bức xạ nhiệt. 

Hệ số cấp nhiệt do đối lƣu tự nhiên nhiên ’2 - Do thùng sấy đặt n ằm ngang vớ i góc nghiêng  = 1,7o nên việc xác định hệ số cấp

nhiệt do đối lƣu tự nhiên xem nhƣ là xác định hệ số cấp nhiệt của ống nằm ngang khi không khí có thể tích lớn chuyển động tự do. Đối với trƣờng hợp này, các hằng số vật lý khi tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lƣu chất ở xa ống, tức là lấy theo nhiệt độ trung bình trung bình của không khí môi trƣờng. Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy STT

Thông số

Kí hiệu

1

Nhiệt độ

to

2


3

Đơn vị o

Nguồn– công công thức

Giá trị

C

Phần 2.3

27

o

W/m.oK

258,[6]

0,02646

Độ nhớt

o

Ns/m2

258,[6]

1,8292.10-5

4

Áp suất hơi bão hòa

p b

bar

Phần 2.3

0,035482

5


o

kg/m3

258,[6]

1,177

6


o

2

m /s

 0 

 0  0

1,5594.10-5

- Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng (phía tiếp xúc với không khí): t w4 = 35oC

là



nhiệt độ thích hợp để nhiệt từ tác nhân sấy sau khi truyền qua vách thùng và lớp cách nhiệt đến phía thành ngoài của thùng thì không còn quá nóng, an toàn cho c ho ngƣời làm việc. - Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem nhƣ nhiệt độ không đổi khi truyền qua bề

dày thân thùng và lớp bảo vệ. Sơ đồ truyền nhiệt:


[34]


d1 : bề dày thân thùng d2 : bề dày lớp cách nhiệt

tk tw1

tw4

d1

to

d3 : bề dày lớp bảo vệ

d2 d3

: Sơ đồ Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng H ìn h 10 1 0 - Chọn các bề dày của thùng:

Bảng 8: Các bề dày thùng và vật liệu STT

Đại lƣợng

Ký hiệu Giá trị chọn (m)

1

Bề dày thùng

1

0,008

2

Bề dày lớp cách nhiệt

2

0,001

3

Bề dày lớp bảo vệ

3

0,001

Vật liệu CT3

Bông thủy tinh CT3

Hệ số dẫn nhiệt  (W/mK)

50 0,05 50

- Đƣờng kính ngoài của thùng sấy: Dng = DT + 2.( 1 + 2 + 3) = 1,2 + 2.(0,008 + 0,001 + 0,001) = 1,22

[m]

- Chuẩn số Grashof: Gr 

3 g . Dng .  .T 2 o





3 g . Dng .T 2 o

 T



3 g . Dng .(t w4  t o )

 (t o  273) 2 o



9,81.1,223.(35  27) (1,5675.10 ) .(27  273)

- Chuẩn số Nusselt: Nu = 0,47. Gr 0,25 = 0,47. (1,9333.109)0,25 = 98,55364


[35]

5 2

 1,9333.109

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ - Hệ số cấ p nhiệt ’2:  2 

Nu. o



Dng



98,55364 .0,02646 1,22

 2,1375

[W/m2K]

12,[12]

[W/m2K]

23,[12]

Hệ số số cấ cấp nhiệ nhiệt do bứ bứ c xạ xạ nhiệ nhiệt ’’2

 T 1  4  T 2  4       100 100     Qbx    5,67. 12 .   2  F (T 1  T 2 ) (T 1  T 2 )

Trong đó: Q bx : nhiệt trao đổi do bức xạ ( W)

F : bề mặt bức xạ (m2) T1 : nhiệt độ của vật thể nóng, T 1= Tw4 T2 : nhiệt độ của vật thể nguội, là nhiệt độ không khí bao quanh thùng, T 2 = To  : độ đen của hệ.

Đối vớ i bức xạ giữa khí và b ề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vật thể nên độ đen của hệ xem nhƣ bằng độ đen của vật thể: 1-2 ≈ 1 = 0,8- 1 

Chọn  1-2 = 0,8. 0,8.

 T 1  4  T 2  4       100 Qbx    100    5,67. 12 .  2  F (T 1  T 2 ) (T 1  T 2 )  35  273  4  27  273  4        100   100    5,67.0,8.  5,0983 (35  27) 

[W/m2.K]

Hệ số số cấ cấp nhiệ nhiệt chung 2 [W/m2.K]

 2   2   2  2,1375  5,0983  7,2358


[36]

23,[12]


Hệ số truyền nhiệt K



- Hệ số truyền nhiệt K đối với tƣờng hình ống có chiều dày không dày lắm so với

đƣờng kính, khi bỏ qua nhiệt trở xem nhƣ qua vách phẳng. K 

1

 1

1 3  i

 i 1

 i





1

1 6,5554

 2



0,008 50



1 0,001 0,05



0,001 50



1

 3,2162

[W/m2.K] 25,[12]

7,2358

Tính bề mặt truyền nhiệt F



sấ y: - Đƣờng kính trung bình của máy sấy: Dtb 

DT  Dng 2



1,2  1,22 2

[m]

 1,21

- Bề mặt truyền nhiệt: gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặt đầu của thùng: F   . Dtb . LT  2.



 . Dtb2 4

 .1,212   .1,21 .6,5  2.  27 ,0084 4

[m2]

Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài

ttb

Gọi: * t1đ, t1c: nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy khi đi qua thùng sấy tđ1 = t1 = 55oC tc1 = t2 = 35oC * t2đ, t2c : nhiệt độ môi trƣờng xung quanh, t 2đ = t2c = to = 27oC - Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lƣu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy: o

tđ = t1đ – t t2đ = 55 – 27 27 = 28 ( C) o

tc = t1c – t t2c = 35 – 27= 27= 8 ( C)


[37]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ - Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài: t tb 

t đ  t c 28  8   15,9647 28 t đ ln ln 8 t c

[oC]

2.8. TÍNH TÍNH TRỞ LỰC QUA THÙNG SẤY Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp hạt nằm trên cánh và trên mặt thùng sấy mà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và các cánh từ trên xuống. Do đó, trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấy có những đặc thù riêng và đƣợc tính theo các công thức kinh nghiệm. - Chuẩn số Reynolds: Re 

vk .d .  k

 k



2,2.0,007 007 .1,0765 1,985 985 .10 5

835 ,1688  835

12,[12]

c huyển động trong thùng sấy: - Khối lƣợng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển  dx 

0,25 .(G1  G2 ).  0,75 .2.V



0,25 .(184  120 ).0,18 0,75 .2.7,3513

[kg/m3]

 1,2406

8.16/118,[6]

sấ y: - Trở lực của dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy: a. L.vk 2 .  k .C

 P hat 

[mmH2O]

2. g .d

8.14/118,[6]

Trong đó: 

a: hệ số thủy động

a  5,85 

 C 

490 Re



100 Re

 5,85 

490 835 ,1688

100



835 ,1688

 9,897

C: hệ số đặc trƣng cho độ chặt của lớp hạt

1   

2

Với:

 

 v   dx  v




750  1,2406 750

 0,99835

[38]

8.15/118,[6]


C 

1  



 P hat 

2



1  0,99835 0,99835

a. L.vk 2 . k .C 2. g .d

2



 1,6555 .10 3

8.16/118,[6]

9,897.6,5.2,2 2.1,0765.1,6555.103 2.9,81.0,007

 4,0403

[mmH2O] 2

[N/m ]

 39,6353

2.9. CHỌN CHỌN KÍCH THƢỚC CÁNH ĐẢO ĐẢO TRONG THÙNG

: Hình dạng một số cánh đảo trong thùng H ìn h 11 1 1 - Sử dụng cánh nâng có các thông số đặc trƣng nhƣ sau: (Bảng 6.1, [8]): 

Hệ số chứa đầy: = 18%



Góc gấ p của cánh: = 140o

h DT

 0,576 576 ;

F c 2

D T

 0,122 122

(Sách Kĩ thuật sấy vật liệu của Nguyễn Văn Lụa) Với: h: chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu DT : đƣờng kính thùng Fc : bề mặt chứa vật liệu của cánh. Fc = 0,122.DT2 = 0,122.1,22 = 0,1757 (m2)




[39]

24,[8]


Chọn: Chiều rộng cánh: b = 0,155 m Chiều cao cánh: d = 0,08 mm Chiều dài cánh: l 

F c b  d



0,1757 0,155 155  0,08

 0,750 750 ( m)

Chiều dày cánh: f = = 5mm Số cánh trên một mặt cắt : 8 cánh. 

Với chiều dài thùng sấy L T = 6,5m ta lắp 8 đoạn cánh dọc theo chiều dài thùng, ở

đầu nhập liệu của thùng lắp cánh cá nh xoắn để dẫn vật liệu vào thùng, với chiều dài 0,5m. - Tỷ lệ chứa đầy vật liệu trong thùng:  

F cd F 1

F1 : tiết diện ngang của thùng Ft

R



h Fcđ

: Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng H ìn h 12 1 2 F 1 

 DT 2 4



3,14 .1,2 2 4

 1,1304

[m2]

Fcđ: tiết diện chứa đầy Fcđ = .F1 = 0,18.1,1304 = 0,2034


[m2]

[40]

30,[8]


Do:   R 2 R 2 .sin 2 F cđ   180 2  . sin 2 0,2034     0,566 180 2 0,62

   55o

Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng: h = R – Rcos Rcos = 0,6- 0,6.cos(55o)= 0,255 (m)


[41]


CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 3.1. TÍNH CALORIFER CẤP NHIỆT Calorifer là thiết bị truyền nhiệt dùng để gia nhiệt gián tiếp cho không khí sấy. Trong kỹ thuật thƣờng dùng hai loại calorifer là calorifer khí– hơi và calorifer khí– khói. khí– khói. Ở đây ta chọn calorifer khí– hơi, khí– hơi, loại thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm, làm bằng giàn ống có cánh. Trong ống là hơi nƣớc bão hòa ngƣng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động. Hệ số trao đổi nhiệt của c ủa nƣớc ngƣng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu giữa mặt ngoài của ống với không khí, do đó bên ngoài ống phía không khí đƣợc làm cánh để tăng cƣờng truyền nhiệt. Vậy calorifer sử dụng là loại ống chùm với ống có cánh. Calorifer đƣợc bố trí nằm ngang. Theo sách Kĩ thuật sấy của Nguyễn Văn Phú, trong các loại calorifer khí hơi, không khí thƣờng đƣợc đốt nóng không quá 120 oC. Bảng 9: Các thông số của các tác nhân qua calorifer Tác nhân sấy

Không khí

Hơi đốt

Hơi nƣớc bão hòa ngƣng tụ

Nhiệt độ vào t2đ = to

27oC

Nhiệt độ ra t2c = t1

55oC

Áp suất p

2 at

Nhiệt độ ngƣng tụ T

120oC

- Chọn một số kích thƣớc của calorifer để sử dụng trong tính toán:

Bảng 10: Một số kích thƣớc của calorifer Thông số

g n Ố

Ký

hiệu

Đơn vị

Giá trị

Ghi chú

Chọn

Chiều dài

L

m

1,2

Đƣờng kính ngoài

d2

m

0,032

Bề dày ống



m

0,0032

Đƣờng kính trong

d1

m

0,0256


[42]

Chọn d1 = d2 – 2 2


Bƣớc ống ngang dòng lƣu chất Bƣớc ống dọc dòng lƣu chất ngoài ống Chiều dài cánh

m

Chọn

0,08

Trƣờng hợp xếp ống so le (ở s2

m

0,06928

đỉnh tam giác đều) (33,[8]) s2 = 0,866.s1

h

m

0,002

tc

m

0,005

Bề dày cánh

c

m

0,0005

Đƣờng kính cánh

dc

m

0,036

dc = d2 + 2h



W/mK

57

Thép CT20

Khoảng cách giữa h n á C

s1

2 cánh liên tiếp

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống và cánh

Chọn

dc c

t

s1 d2 s2

s1

: Các kích thước của cánh tròn H ìn h 13 1 3 3.1.1. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình - Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lƣu chất ở đầu vào và ra của calorifer: o

tmax = T – t t2đ = 120 – 27 27 = 93 ( C) o

tmin = T – t t2c = 120 – 55 55 = 65 ( C)


[43]


t T

t2c t2đ

: Sơ đồ truyền nhiệt H ìn h 14 1 4 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và hơi nƣớc cấp nhiệt: t tb 

t ma x  t min 93  65 166   78,166 93 t ma x ln( ) ln( ) 65 t min

[oC]

3.1.2. Tính hệ hệ số số cấ cấp nhiệ nhiệt phía không khí ngoài ống 2 3.1.2.1. Các thông số của không khí ngoài ống Tác nhân sấy là không khí ở nhiệt độ môi trƣờng t 2đ = to = 27oC sau khi qua calorifer sẽ đƣợc gia nhiệt lên t 2c= t1 = 55oC để đi vào thùng sấy. Bảng 11: Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống STT

Thông số

Kí hiệu

Đơn vị

Nguồn– công thức t o

 t 1

Giá trị

1

Nhiệt độ trung bình

tk

o

2

Độ ẩm trung bình

k

đơn vị

 k 

3


k

W/m.oK

Phụ lục 6, 258,[6]

0,02767

4

Độ nhớt

k

Ns/m2

Phụ lục 6, 258,[6]

1,915.10-5

5

Áp suất hơi bão hòa

p b

Bar

6


k

kg/m3


C

[44]

t k



2

 o   1 2

41 0,51577

0,077143

Phụ lục 6, 258,[6]

1,1245



7

m2/s

k

 k 

 k

1,7030.10-5

 k

3.1.2.2. Tính hệ hệ số số cấ cấp nhiệ nhiệt 2 : diện tích phần cánh của một ống. : diện tích phần không cánh của một ống. : diện tích ngoài của một ống có cánh (phía không khí).

: diện tích trong của một ống có cánh (phía hơi nƣớc ngƣng tụ).

l

H ìn h 15 1 5 : Các diện tích bề mặt của ống có cánh

- Số cánh trên một ống: nc 

1,2 L 218 ,182 182 (cánh)   218 005  0,0005 t c   c 0,005

Làm tròn nc = 219 cánh.



- Diện tích phần không làm cánh của một ống: F ol   .d 2 .t c .nc   .0,032 032 .0,005 005 .219 219  0,11008

[m2]

35,[8]

[m2]

219,[6]

[m]

219,[6]

- Diện tích phần cánh của một ống:   .d c2  .d 22    .0,0362  .0,0322    .219  0,093569 F  2.   .nc  2. 4 4 4 4     l c

- Đƣờng kính tƣơng đƣơng của ống: F .d 2  F . l o

d E 

l c

F ol  F cl

F cl 2nc

0,11008.0,032  0,093569.




0,093569

0,11008  0,093569

[45]

2.219

 0,024013

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ Chọn vận tốc của dòng khí vào calorifer là  = 2,5 m/s. - Vận tốc không khí tại khe hẹp nhất của calorifer:  ma x 



2,5



 d  0,032 2.0,002.0,0005  2.h. c   1     1   2  0 , 08 0 , 08 .( 0 , 005 0 , 0005 )  s s .( t )     1 c c   1

 4,1985

[m/s]

36,[8]

- Chuẩn số Reynolds: Re 

 ma x.d E  k



4,1985 .0,024013 1,7030 .10 5

 5920 ,06

- Với ống xếp so le, chuẩn số Nusselt: Nu  0,251. Re

0 , 67

 s  d 2   . 1 d  2 

0 , 2

 s1  d 2    1 t  c 

 0,08  0,032   0,251.(5920,06) 0, 67 .  0 , 032  

0 , 2

0 , 2

 0,08  0,032   1  0 , 005  

36,[8]

0 , 2

 48,624

- Hệ số cấp nhiệt của cánh:  c 

Nu. k d E



48,624 .0,02767 0,024013

 56,0291

[W/m2.oK] 12,[12]

- Hệ số cấp nhiệt tƣơng đƣơng phía ống có cánh:  2   c .

F cl F 2l

. c   

Trong đó: l



F 2

: diện tích ngoài của một ống có cánh [m2]

F 2l  F ol  F cl  0,11008  0,093569  0,20365

 

F ol l c

F



0,11008 0,093569

 1,1765

Chọn hiệu suất cánh tròn c là 0,95. GVHD: Đào Thanh Khê

[46]


Vậy, hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống: F cl  2   c . l . c    F 2

 56,0291.

0,093569 0,20365

[W/m2K]

37,[8]

[W/m2.độ]

37,[8]

.0,95  1,1765  54 ,7427

- Hệ số làm cánh:  c  1 

nc .(d c2  d 22 ) 2.d 1. L

 1

219.(0,0362  0,0322 ) 2.0,0256.1,2

 1,9695

3.1.2.3. Tính hệ hệ số số cấ cấp nhiệ nhiệt phía trong ống 1 Sự cấp nhiệt phía trong ống là cấp nhiệt do hơi nƣớc bão hòa ngƣng tụ trong ống đứng. Bảng 12: Các thông số của hơi nƣớc bão hòa ngƣng tụ trong ống STT

Thông số

1

Áp suất của hơi nƣớc ngƣng tụ

2

Nhiệt độ nƣớc ngƣng

3 4

Nhiệt độ thành ống phía tiếp xúc hơi nƣớc ngƣng tụ Nhiệt độ trung bình của màng nƣớc ngƣng tụ

Ký

Đơn vị

Giá trị

Ghi chú

P

at

2

Chọn

T

o

120

Chọn

tw

o

117

Chọn

tm

o

C

118,5 0,6859

hiệu

C C

t m



T

 t w 2

5


n

W/m.oK

6

Độ nhớt

n

Ns/m2 2,4064.10-4

- Lấy ở tm

7


n

kg/m3

944,285

144,[12]

8


n

m2/s

2,55.10-7

9

Ẩn nhiệt ngƣng tụ

R

J/kg

2202,8.103


[47]

- Lấy ở T. 145,[12]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ - Hệ số cấp nhiệt khi ngƣng tụ hơi nƣớc bão hòa trên ống đứng, khi màng chất ngƣng

tụ chảy tầng:  1  0,720.4

 n . g . 3 .r  n .(T  t w ).d 1 3

944,285.9,81.0,6859 .2202,8.10

 0,720.4

2,55.10 7.(120  117).0,0256

3

[W/m2K]

221,[6]

 17337,62

3.1.2.4. Hệ số truyền nhiệt K - Tỷ số giữa đƣờng kính ngoài và đƣờng kính trong của ống: d 2 d 1



0,032 032

 1,25

0,0256

- Với d2/d1 < 1,4 thì hệ số truyền nhiệt K đƣợc tính nhƣ với vách phẳng: K 

1

 1





1 

1



  2 . c

1 17337,62



1 0,0032 57

[W/m2K] 

38,[8]

 106,51

1 54,7427.1,9695

3.1.2.5. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thƣớc calorifer - Nhiệt lƣợng cần cung cấp cho calorifer: Q = L(H1 – H Ho) = 7891,492.(105,839- 76,723) = 229768,68

[kJ/h]

= 63824,63

[J/s]

116,[12]

- Diện tích bề mặt trong các ống:

Chọn hiệu suất calorifer η = 0,75. Khi đó F 1 bằng: F 1 

Q K .t tb .



63824 ,63 106 ,51 .78,166 .0,75


 10 ,222

[m2]

[48]

221,[6]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ - Tổng số ống trong calorifer: n

F 1



 .d 1 .L

10 ,222

 .0,0256 .1,2

 105 ,92

[ống]

221,[6]

Chọn số ống n = 106 ống.



Số ống trong một hàng m. Chọn số hàng Z= 9, khi đó: m

n Z





106 9

221,[6]

 11,78  12

Tổng số ống của calorifer là: [ống]

N = m.Z = 12.9 = 108 - Kích thƣớc calorifer bố trí ống đứng: + Chiều dài: L = m.s 1 = 12.0,08 = 0,96  1

[m]

+ Chiều rộng: a = Z.s 2 = 9.0,06928 = 0,62

[m]

+ Chiều cao: h = 1,2

[m]

3.1.2.6. Trở lực qua calorifer Hệ số trở lực: 0 ,9

 s  d 2   s1  d 2     0,72. Re 0, 245 . 1  2  .  t d  c  c   2 

0, 9

0,9

 d   s  d 2   . E  . 1  d s d 2   2   2

0, 9

 0,72.5920,06

 0,08  0,032   0,08  0,032  .  2  .   0,005  0,0005   0,032 

0, 245

0 , 9

0,1

0,9

 0,024013   0,08  0,032  .  .   0,032   0,06928  0,032 

 0,3792

Trở lực cục bộ qua calorifer:  P c   .  .

2  ma x

2

.z  0,3792 1,1245 


4,1985 2 2

 9  33,8243

[49]

N/m2

0,1


3.2. TÍNH VÀ CHỌ CHỌN XYCLON Khi tác nhân sấy không khí nóng đi qua máy sấy thƣờng có mang theo rất nhiều hạt bụi nhỏ, chúng cần đƣợc thu hồi để làm là m sạch môi trƣờng không khí thải. Trong hệ thống sấy thùng quay thƣờng dùng xyclon đơn. Loại này đảm bảo độ làm sạch bụi lớn nhất với hệ số sức cản thủy lực nhỏ nhất. Theo kinh nghiệm, diện tích tiết diện ống chính giữa xyclon nên lấy bằng (3÷ 4) lần tiết diện của kênh dẫn. Tốc độ tác nhân sấy trong kênh dẫn không nên vƣợt quá (20÷ 25) m/s. Thể tích xyclon tính theo lƣu lƣợng tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy chúng ta nên căn cứ vào số liệu thực nghiệm này nà y một hay nhiều xyclon. - Quan hệ giữa bán kính xyclon và ống trung tâm. Nếu kênh dẫn có tiết diện hình chữ

nhật với kích thƣớc b/a = (1,5÷ 2) thì bán kính xyclon R và bán kính trung tâm R 1 nên lấy theo quan hệ: D D1  a 2 2

sấ y: - Lƣu lƣợng khí vào xyclon chính là lƣu lƣợng tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy: [m3/h]

Vxyclon = V2 = 7349,347

[m3/s]

= 2,0415

- Chọn kích thƣớc cơ bản của xyclon đơn dựa vào V xyclon theo bảng 16.1 trang 237,[6].

Bảng 13: Kích thƣớc cơ bản của xyclon đơn STT

Kích thƣớc của xyclon

Ký hiệu

1

Đƣờng kính trong của xyclon

D

2

Đƣờng kính ống trung tâm

D1

0,5D

900

3

Chiều rộng của tiết diện kênh dẫn

a

D D1   0,25 D 2 2

450

b

0,5D

900

4

Chiều dài tiết diện kênh dẫn vào xyclon


[50]

Công thức

Giá trị

Đơn vị

1800

mm


5 6 7 8

Chiều dài phần ống trung tâm cắm vào xyclon Chiều cao phần hình trụ của xyclon

Chiều cao phần hình nón Đƣờng kính kính phần bé nhất của phễu

h1

0,33D

600

h2

0,46D

825

h3

0,8D

1440

d

0,2D

360

D1

h1

mm

mm

h2

D

h3 d

: Xyclon đơn H ìn h 16 - Bunke chứa bụi: + Thể tích làm việc của bunke đối với nhóm 1 xyclon: V bunke = 1,1m3. + Góc nghiêng của thành bunke: chọn 60 o. - Độ làm sạch của xyclon: 80- 85%, đƣờng kính của hạt bụi đƣợc tách là 5- 100mm.


[51]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ - Tốc độ quy ƣớc của khí: 4V

D 

[m]

 . q

 q 

4V

 D 2



4.2,0415

 .1,82

 0,802

[m/s]

- Trở lực qua xyclon:

Chọn hệ số trở lực của xyclon là  = 105.  p  

 q2 . 2 2

 105 .

0,802 802 2.1,1465 2

 38,715 ( N / m 2 )  3,947

[mmH2O]

47,[8]

3.3. TÍNH TÍNH TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT Quạt là bộ phận vận chuyển ch uyển không khí và tạo áp suất cho dòng khí đi qua các thiết bị: calorifer, thùng sấy, đƣờng ống, xyclon,… Năng xyclon,… Năng lƣợng do quạt tạo ra cung cấp cho dòng khí một áp suất động học để di chuyển và một phần để khắc phục trở lực trên đƣờng ống vận chuyển. Năng suất của quạt đƣợc đặc trƣng bởi thể tích khí vào hay ra khỏi thiết bị sấy. Do hệ thống sấy dài, có trở lực lớn nên ta dùng 2 quạt đặt ở đầu và cuối hệ thống: 

Quạt đặt ở đầu hệ thống – quạt đẩy, có nhiệm vụ cung cấp không khí cho

caloriphe. Không khí ngoài trời đƣợc quạt đẩy đƣa qua caloriphe, trao đổi nhiệt rồi đƣa vào thùng sấy, qua 2 đoạn ống cong c ong 90 o. 

Quạt đặt ở cuối hệ thống – quạt đẩy, có nhiệm vụ hút tác nhân sấy qua thùng sấy

để cấp nhiệt cho vật liệu sấy và qua xyclon để thu hồi bụi. Đƣờng ống từ sau thùng sấy đến trƣớc xyclon có tiết diện hình chữ nhật và bằng tiết diện cửa vào xyclon, có 1 đoạn cong 90o và rẽ làm 2 nhánh để đi vào xyclon.


[52]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ Tính trở lực qua lớp hạt trong thùng sấy :

 Re 

 d .d  55

Ta có:  dx 

 



1,846.105

 2

0,25.(G1  G2 ). 0,75.2.V

 v C 

a  5,85 



1  



 834,236

1  

C 

 v   dx



2,2.7.103

2

490 490

0,25.(184  120 ).0,18 0,75 .2.7,3513

750 750  1,2406



1  0,9983 0,9983 100 100 Re

2

[kg/m3]

 1,2406

 0,9983

750



Re



 1,7058 .103

 5,85 

490 490 834 834 ,236 236

100 100



834 834 ,236 236

 9,90

- Trở lực P  P 

a. L.v 2 .  k .C 2. g .d



9,90.6,5.2,2 .1,0765 .1,7058 .10  2

3

2.9,81.0,007 007

 4,16

[mmH2O]

sấ y (m). Trong đó: L: chiều dài thùng sấy v: tốc độ tác nhân sấy (m/s). 3

 k : khối lƣợ ng ng riêng của tác nhân sấy (kg/m

).

d: đƣờ ng ng kính hạt (mm). 

Trở lực qua xyclon:

- Theo kinh nghiệm lấy trở lực qua xyclon Px = 20 mmH2O, trở lực cục bộ và các tổn

thất phụ đƣợc lấy thêm 5%.


[53]

Tính toán và thi ết k ế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ m ẻ  P t  1,05 .( P  P x )  1,05.(4,16  20)  25,368

[mmH2O]

- Giáng áp động. Giả sử tốc độ tác nhân sấy ra khỏi quạt v q = 8 m/s, Khi đó : 2

Pđ 

v q .  k 2. g



82.1,0765 2.9,81

 3,512

[mmH2O]

125,[6]

[mmH2O]

125,[6]

- Cột áp của quạt Pq: Pq   P t  P đ  25,368 368  3,512 512  28,88 

Chọn quạt:

Căn cứ vào Vtb = 0,123.3600 = 443 (m 3/h), P = 28,88 mmH2O, chọn quạt N4 có hiệu suất quạt ηq = 0,45, A = 6000. Do đó, số vòng quay của quạt là: Pq   P t  P đ  25,368 368  3,512 512  28,88 n

A N o



6000 4

 1500


[54]

[mmH2O]

125,[6]

[vòng/ phút]

125,[6]


CHƢƠNG 4 CHƢƠNG 4:: KẾT LUẬN Đối với hệ thống sấy thùng quay này, việc thiết kế, tính toán dựa nhiều vào các công thức thực nghiệm, đƣợc cho trong nhiều tài liệu khác nhau. Mặt khác, do nguyên liệu sấy là tiêu hạt không có nhiều tài liệu tham khảo, nên trong quá trình tính toán đã sử dụng các số liệu thay thế của các loại nguyên liệu khác. Việc sử dụng công thức, số liệu nhƣ vậy không tránh khỏi sai số trong quá trình thiết kế. Để có thể thiết kế đƣợc chính xác ta cần lập hệ thống hoạt động thử để kiểm tra và chọn chế độ làm việc tối ƣu. Đồng thời, việc thiết kế hệ thống dựa nhiều trên tài liệu lý thuyết chứ không có thực tế kinh nghiệm, nên có thể có nhiều điều chƣa thật hợp lý, nhóm em rất mong đƣợc sự hƣớng dẫn, góp ý thêm của các thầy để hệ thống hoàn thiện hơn.


[55]


TÀI LIỆ LIỆU THAM KHẢ KHẢO ần Văn Phú, Tính toán thi ế t k ế ế h hệ thố ng ng sấ y, NXB giáo d ục, 2002. [1]. PGS – TSKH TSKH Tr ần – TS Hoàng Văn Chƣớ c, ế h hệ thố ng ng thiế t bị sấ y, NXB KH – KT, [2]. PGS – TS c, Thiế t k ế KT, 2006. ổ tay tay quá trình và thi ế t bị công nghệ hóa chấ t t ậ p 1, NXB KH – KT. [3]. S ổ KT. ổ tay tay quá trình và thi ế t bị công nghệ hóa chấ t t ậ p 2, NXB KH – KT [4]. S ổ KT [5]. Bảng tra cứ u quá trình thi ế t bị , , truyề n nhiệt và truyề n khố i,i, Trƣờng Đại học Bách khoa TP.HCM.

ần Văn Phú, Kĩ thuật sấ y, NXB giáo dục, 2008. [6]. GS.TSKH Tr ần May, Kĩ thuật sấ y nông sản. [7]. Nguyễn Văn May, Kĩ ế thiế t bị sấ y thùng quay sấy đậu xanh nguyên [8]. Đặng Thị Hoàng Lan, Đồ án Thiế t k ế hạt .

ế thi thiế t bị sấ y thùng quay s ấ y muố i. i. [9]. Đồ án Thiế t k ế thiế t bị sấy băng tả i sấ y chè. ế thi [10]. Nguyễn Thị Tƣ Diệ p, Đồ án Thiế t k ế

ế thi ố t.t. thiế t bị sấy băng tải sấ y cà r ố [11]. Đồ án Thiế t k ế [12]. Th.S Đào Thanh Khê, Bài giảng Kĩ thuậ t thự c phẩ m 2, Tr ƣờng ƣờng Đại học công nghiệ p thực phẩm TP.HCM. [13]. Nguyễn Văn Lụa, Kĩ thuật sấ y vật liệu. [14]. http://ttmindustry.vn [14]. http://ttmindustry.vn [15]. http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tinh http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tinh-toan-thiet-bi-say-muoi-bang-phuong-pha -toan-thiet-bi-say-muoi-bang-phuong-phap-sayp-saythung-quay-8618/


[56]



[57]

Tinh Toan, Thiet Ke He Thong Say Tieu Thung Quay_de Tai 8

Recommend Documents