say ngo thung quay
DESCRIPTION
sấy thùng quayTRANSCRIPT
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ 1
PHẦN 1 - TỔNG QUAN ............................................................................................ 2
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG ....................................................................................... 2
1.2. KHÁI NIỆM VỀ SẤY ........................................................................................ 3
1.2.1. Khái niệm .......................................................................................................... 3
1.2.2. Phân loại ............................................................................................................ 3
1.2.3. Nguyên lí của quá trình sấy ............................................................................... 4
1.3. CHỌN TÁC NHÂN SẤY, CHẤT TẢI NHIỆT VÀ CHẾ ĐỘ SẤY .............. 7
1.3.1. Tác nhân sấy ...................................................................................................... 7
1.3.2. Các loại tác nhân sấy ......................................................................................... 8
1.3.3. Chế độ sấy ......................................................................................................... 9
1.3.4. Thiết bị sấy và chế độ sấy ................................................................................. 9
1.4. GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM SẤY ............................................................... 10
1.5. CHỌN PHƢƠNG ÁN SẤY VÀ THIẾT BỊ SẤY .......................................... 12
1.5.1. Chọn phương án sấy ........................................................................................ 12
1.5.2. Chọn thiết bị sấy .............................................................................................. 13
PHẦN 2 - QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ................................................................... 16
2.1. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .............................................................. 16
2.2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ............................................. 16
2.2.1. Vật liệu ............................................................................................................ 16
2.2.2. Tác nhân sấy .................................................................................................... 17
PHẦN 3 - TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG
LƯỢNG ..................................................................................................................... 19
3.1. CÁC THÔNG SỐ ............................................................................................. 19
3.2. CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY ............ 19
3.3. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI TÁC NHÂN SẤY TRONG
QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT .......................................................................... 20
3.3.1. Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A) ........................................... 20
3.3.2. Thông số trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy (B) ................................ 21
3.3.3. Thông số trạng thái của tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy (C) ........................... 21
3.4. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ..................................................................... 24
3.5. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY
TRONG QUÁ TRÌNH THỰC TẾ ......................................................................... 24
3.5.1. Cân bằng năng lượng chung cho quá trình sấy ............................................... 24
3.5.2. Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy ................................................. 25
PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ............................................................................ 29
4.1. TÍNH TOÁN THÙNG QUAY ........................................................................ 29
4.1.1. Thể tích thùng sấy tính theo lý thuyết ............................................................. 29
4.1.2. Tính tốc độ tác nhân sấy.................................................................................. 31
PHẦN 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ .................................................................. 33
5.1. TÍNH VÀNH ĐAI VÀ CON LĂN .................................................................. 33
5.2. THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG CHO THÙNG ............................ 35
5.3. CHỌN CALORIFE CẤP NHIỆT .................................................................. 44
5.4. CHỌN QUẠT ................................................................................................... 45
PHẦN V - KẾT LUẬN ............................................................................................. 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 48
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 1
LỜI NÓI ĐẦU
Từ lâu, con người đã biết sấy khô vật liệu bằng nhiều cách khác
nhau.Ngày nay, kỹ thuật sản xuất phát triển và vai trò của ngành sấy càng trở
nên quan trọng việc sấy khô để đảm bảo, tang thời gian bảo quản thực
phẩm.Nên nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống.Trong
quá trình công nghệ sản xuất của nhiều nhà máy đều phải có công đoạn sấy
khô để bảo quản dài ngày.Công nghệ này ngày càng phát triển trong ngành
hải sản, rau quả và các ngành thực phẩm khac. Các loại nông sản thực phẩm
dạng hạt như ngô, thóc, cà phê…..
Nhu cầu sấy sản phẩm nông sản ngày nay là rất cần thiết, với khí hậu
nhiệt đớiở Việt Nam thì nông sản sẽ khó khăn trong việc bảo quản. Do vậy,
Sấy là một phương pháp cần thiết để giảm độẩm nguyên liệu và tang thời gian
bảo quản cho các nông sản.
Ngô là loại nông sản phẩm là nguyên liệu quan trọng có thành phần
dinh dưỡng cao, đượcứng dụng nhiều trong công nghiệp chế biến nông sản.
Đặc biệt, Ngô là nguyên liệu chính trong công nghiệp sản xuất thứcăn chăn
nuôi. Vì vậy cần phải sấy khô và bảo quản lâu dài.
Ngoài ra, các loại cây thuốc cũng có độẩm tương đối cao và dễ bị hỏng
làm giảm hoạt tính của thuốc. Do đó, nhiều loại thuốc cần giảm lượng ẩm để
tang thời gian bảo quản, hạn chế sự hao hụt và tang được hiệu lực tác dụng.
Với mục đích tìm hiểu về một quy trình công nghệ sấy, đồ án này nêu
lên đại cương về kỹ thuật và trình bày tính toán thiết kế sấy ngô bằng thùng
quay.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 2
PHẦN 1 - TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế
sản xuất và đời sống.Đặc biệt trong nghành công nghệ thực phẩm , chế biến
bảo quản , hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng…kỹ thuật sấy đóng một vai
trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất.Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm
thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển , chế biến, đồng thời nâng
cao chất lượng sản phẩm.
Ngô là một nông sản thực phẩm, trong những loạingũ cốc thìđây là sản
phẩm cógiá trị dinh dưỡng cao như: thành phần tinh, đường, protein, chất
béo...Đây là một trong những nguyên liệu chính trong công nghệ sản xuất
thứcăn chăn nuôi.
Do tính chất và thành phần của ngô khi sấy phải giữ được các tính chất
về giá trị cảm quan nên dùng mốt số loại thiết bị như sấy thùng quay, sấy sàn
rung,…
Trong đồ án này em nhận nhiệm vụ sấy thùng quay với sản phẩm là
ngô. Tuy đề tài thiết kế thiết bị sấy ngô nhưng mụcđích của thiết kế này là có
thể sử dụng cho nhiêu loại nguyên liệu nông sản như thóc, đậu xanh,…Mặt
khác, thiết bị có thể sử dụng cho việc sấy khô các loại thuốc đặc biệt là các
loại nguyên liệu thuốc lá, những loại có giá trị cao về mặt dinh dưỡng cũng
như có khả năng chữa bệnh để tang thời gian bảo quản.
Đây là lần đầu tiên em tiếp nhận hệ thống sấy mang tính chất đào sâu
chuyên nghành, do kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên em không
thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thiết kế.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của Thầy TS.Tôn Thất
Minh để em có thể hoàn thành tôt đồ án này.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 3
1.2. KHÁI NIỆM VỀ SẤY
1.2.1. Khái niệm
Sấy là một quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước tự do ra khỏi
vật liệu lỏng hoặc rắn. Với mục đích giảm bớt khối lượng nguyên liệu, giảm
công chuyên chở, kho tồn..), tăng độ bền vật liệu ( như gốm ,sứ , gỗ…), bảo
quản tôt trong một thời gian dài, nhất là đối với lương thực, thực phẩm.
Bản chất của quá trình sấy là quá trình khuyếch tán ẩmdo chênh lệch độ
ẩm ở bề mặt và trong vật liệu, nói cách khác là do chênh lệch áp suất hơi
riêng phần của ẩm ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Sấy là quá
trình không ổn định, độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian sấy.
Càng về cuối quá trình sấy, nước càng khó tách ra khỏi vật liệu, do ở giai
đoạn này lượngẩm tự do ít và chủ yếu là lượng nước lien kết trong vật liệu.
1.2.2. Phân loại
Quá trình sấy bao gồm hai phương thức:
- Sấy tự nhiên: tiến hành ở ngoài trời dùng năng lượng mặt trời để làm
bay hơi nước trong bề mặt vật liệu.Phương pháp này đơn giản, không tốn
năng lượng … tuy nhiên không chủ động được thời gian, điều chỉnh được tốc
độ sấy của quá trình theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp.
- Sấy nhân tạo: thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để
cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng tùy theo
phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuât sấy có thể chia ra nhiều dạng:
1/ Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy,
mà tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò…
2/ Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp
vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một
vách ngăn.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 4
3/ Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia
hồng ngoại do nguồn điên phát ra truyền cho vật liệu sấy.
4/ Sấy bằng dòng điện cao tầng: phương pháp dùng dòng điện cao tầng
để đốt nóng toàn bộ chiều dày của vât liệu sây.
5/ Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường cố độ chân không
cao, nhiệt độ rất thấp, nên độ ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ
trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng.
1.2.3. Nguyên lí của quá trình sấy
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn
rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuyếch tán bên trong và cả bên
ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là một quá trình
nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang
pha hơi, sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu. Động lực của quá trình
là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu. Quá
trình khuyếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật
liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí
xung quanh. Vận tốc của toàn bộ quá trình được qui định được giai đoại nào
là chậm nhất. Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thức
đẩy hoặc cản trở quá trình duy chuyển ẩm từ trong vật liệu sấy ra bề mặt vật
liệu sấy.
Trong quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh
hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. Do vậy cần nghiên cứu tính chất và
thông số cơ bản của quá trình sấy.
Quá trình tách ẩm của vật liệu chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như
nhiệt độ, độ ẩm không khí, tính chất vật liệu,…
Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ
gió…, việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 5
nước trong nguyên liệu giảm xuống càng nhiều. Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở
giới hạn cho phép vì nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất
lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng
ở lớp bề ngoài cản trở tới sự chuyển động của nước từ lớp bên trong ra bề mặt
ngoài. Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá
trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hủy hoại nguyên liệu.Nhiệt độ
sấy thích hợp được xác định phụ thuộc vào độ dày bán thành phẩm, kết cấu tổ
chức của thịt quả và đối với các nhân tố khác. Khi sấy ở những nhiệt độ khác
nhau thì nguyên liệu có những biến đổi khác nhau ví dụ: nhiệt độ sản phẩm
trong quá t nh sấy cao hơn 600C thì protein bị biến tính, nếu trên 900oC thì
fructaza bắt đầu caramen hóa các phản ứng tạo ra melanoidin tạo polyme cao
phân tử có chứa N và không chứa N, có màu và mùi thơm xảy ra mạnh mẽ.
Nếu nhiệt độ cao hơn nữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh
dưỡng và mất giá trị cảm quan của sản phẩm.
Quá trình làm khô tiến triển, sự cân bằng của khuếch tán nội và khuếch
tán ngoại bị phá vỡ, tốc độ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc độ khuếch tán nội
thì chậm lại dẫn đến hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng đến quá trình làm
khô.
Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy,
tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy. Vì tốc độ
chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để
cân bằng quá t nh sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại.
Vì vậy, cần phải có một tốc độ gió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của quá
trình làm khô.
Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá t nh làm khô, khi hướng gió
song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh.Nếu hướng gió
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 6
thổi tới nguyên liệu với góc 450 thì tốc độ làm khô tương đối chậm, còn thổi
thẳng vuông góc với nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất chậm.
Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định
đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ
chậm lại. Các nhà bác học Liên Xô và các nước khác đã chứng minh rằng: độ
ẩm tương đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình sấy sẽ chậm lại rõ rệt,
còn độ ẩm tương đối của không khí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô
sẽ dừng lại và bắt đầu xảy ra hiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút
ẩm trở lại.
Để cân bằng ẩm, khuếch tán nội phù hợp với khuếch tán ngoại và tránh
hiện tượng tạo màng cứng, người ta áp dụng phương pháp làm khô gián đoạn
tức là vừa sấy vừa ủ.
Làm khô trong điều tự nhiên khó đạt được độ ẩm tương đối của không
khí 50% đến 60% do nước ta khí hậu nhiệt đới thường có độ ẩm cao. Do đó,
một trong những phương pháp để làm giảm độ ẩm của không khí có thể tiến
hành làm lạnh để cho hơi nước ngưng tụ lại. Khi hạ thấp nhiệt độ của không
khí dưới điểm sương hơi nước sẽ ngưng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của
không khí cũng được hạ thấp.Như vậy để làm khô không khí người ta áp dụng
phương pháp làm lạnh.
Kích thước cũng như bản chất liên kết của vật liệu có ảnh hưởng không
nhở đến quá trình bay hơi ẩm. Nguyên liệu càng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy
càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích thước quá bé và quá mỏng sẽ làm
cho nguyên liệu bị cong, dễ gẫy vỡ. Trong những điều kiện giống nhau về chế
độ sấy (nhiệt độ, áp suất khí quyển) thì tốc độ sấy tỷ lệ thuận với diện tích bề
mặt S và tỷ lệ nghịch với chiều dày nguyên liệu δ. Các thành phần trong vật
tạo các mối liệu liên kết với nước giữ cho không bị thoát ra ngoài, lực liên kết
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 7
lớn thì việc tách ẩm gặp khó khăn hơn do phải cung cấp năng lượng cần thiết
đủ lớn cần thiết để phá vỡ được liên kết này.
Tóm lại nghiên cứu quá trình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quá
trình sấy:
Mặt tĩnh lực học: tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng
ta sẽ tìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và
của các tác nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác
nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy.
Mặt động lực học: tức là nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của
độ ẩm vật liệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất,
cấu trúc, kích thước của vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của
tác nhân sấy để từ đó xác định được chế độ sấy và thời gian sấy thích hợp.
1.3. CHỌN TÁC NHÂN SẤY, CHẤT TẢI NHIỆT VÀ CHẾ ĐỘ SẤY
1.3.1. Tác nhân sấy
Tác nhân sấy là những chất được dùng để chuyên chở lượng nhiệt đến
vùng sấy, thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với vật liệu sấy.Lượng nhiệt này
truyền năng lượng cho làm lượng ẩm tách khỏi vật liệu.Tác nhân sấy đưa ẩm
tách ra từ vật liệu sấy ra ngoài vùng sấy.
Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm
thoát ra từ vật sấy.Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối
trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đố sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật
sấy và môi trường trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ
ngừng lại.
Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy:
- Gia nhiệt cho vật sấy.
- Tải ẩm : mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 8
- Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.
Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện một trong
các nhiệm vụ trên.
Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn : Gia nhiệt cho vật liệu sấy để
làm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường. Nếu ẩm thoát
ra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm
từ vật liệu sấy thậm chí cồn làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm. Để tải ẩm đã
bay hơi từ vật sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp:
- Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt.
- Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật sấy thải ra ngoài ( sấy chân
không).
Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặt biệt quan trọng vì nó
đóng vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm. Các tác nhân sấy thường dùng là không
khí nóng và khói lò, hơi quá nhiệt, chất lỏng…Tùy vào tính chất công nghệ và
lạo vật liệu để chọn tác nhân sấy phù hợp.Đối với sấy đối lưu thì thong
thường chọn tác nhân sấy là không khí nóng làm chất tải nhiệt và truyền nhiệt
gián tiếp.
1.3.2. Các loại tác nhân sấy
Không khí nóng là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho
hầu hêt các loại sản phẩm. Dùng không khí nóng không làm sản phẩm sau khi
sấy bị ô nhiễm và thay đổi mùi vị. Tuy nhiên dùng không khí nóng làm tác
nhân sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiêt không khí ( calorife khí, hơi hay khí
hoặc khói ), nhiệt độ sấy không quá cao, thường nhỏ hơn 5000C vì nếu nhiệt
độ cao quá thiết bị trao đổi nhiêt phải được chế tạo bằng thếp hợp kim hay
gốm sứ với chi phí đắt.
Đối với thiết bị sấy thùng quay tác nhân sấy được sử dụng chủ yếu là
không khí ẩm với ba yếu tố: độ ẩm tương đối của không khí ẩm, nhiệt độ của
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 9
không khí trước khi vào thùng quay là t1 và nhiệt độ của khối không khí khi
ra khỏi thùng quay là t2 nhiệt độ tác nhân sấy sau khi ra khỏi thùng sấy t2
được chọn sao cho tổn thất năng lượng là nhỏ nhất.
Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy
lên 10000C mà không cần thiết bị gia nhiêt tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô
nhiễm gây mùi khói.
Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm đễ bị
cháy nổ và có khả năng chụi được nhiệt độ cao.
1.3.3. Chế độ sấy
Chế độ sấy là cách thức tổ chức quá trình truyền nhiệt truyền chất giữa
tác nhân sấy và vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất ,
chất lượng sản phẩm yêu cầu và chi phí vận hành cũng như chi phí năng
lượng là hợp lí.
Một số chế độ sấy thường gặp:
1. Chế độ sấy có đốt nóng trung gian: Chế độ sấy này dùng để sấy
những vât liệu không chụi được nhiệt độ cao.
2. Chế độ sấy hồi lưu một phần: Chế độ này khá tiết kiệm năng lượng
nhưng lại tồn nhiều chi phí đầu tư thiết bị.
3. Chế độ sấy hồi lưu toàn phần: Là chế độ sấy kín tác nhân sấy được
hồi lưu hoàn toàn.Chế độ này dùng để sấy các sản phẩm không chứa nước mà
còn là các loại chứa tinh dầu cần được thu hồi …
4. Chế độ sấy hồi lưu và đốt nóng trung gian:
1.3.4. Thiết bị sấy và chế độ sấy
Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều
kiểu thiết bị sấy khác nhau vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 10
- Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy bằng không khí hay thiết bị sấy
bằng khói lò, ngoài ra còn có thiết bị sấy bằng phương pháp đặt biệt như sấy
thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại, sấy bằng dòng điện cao tần…
- Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy ở áp
suất thường.
- Dựa vào phương thức và chế độ làm việc: sấy liên tục hay sấy gián
đoạn.
- Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp
xúc, thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy bức xạ…
- Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải…
- Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy: cùng chiều hay ngược
chiều.
1.4. GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM SẤY
Bắp vừa là cây lương thực vừa là cây thứcăn chăn nuôi gia súc quan
trọng, là một trong những loại cây lương thực có sản lượng cao nhất trên thế
giới. Đây là loại cây ngắn ngày mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người nông
dân. Cùng với sự phát triển của ngành chăn nuôi, nhu cầu tiêu thụ các sản
phẩm từ hạt bắp tang lên rất cao.
Trong nước, diện tích trồng cây bắp ngô càng ngày được mở rộng, chủ
yếu là các tỉnh miền trung và trung du miền núi phía bắc. Với địa hình tương
đối, vùng khí hậu nhiệt đới độ ẩm cao, tính chất địa hình cũng như về dinh
dưỡng đất là nơi phù hợp cho sự phát triển của cây. Không chỉ trong nước,
ngô cũng là thực phẩm có năng suất cao phục vụ cho các ngành công nghiệp
chế biến thực phẩm.
Hạt bắp còn được dung để chuyển hóa thành chất dẻo hay vải sợi. Một
lượng bắp nhất định được phân hủy hay xử lý bằng enzyme để sản xuất siro,
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 11
cụ thể siro chứa nhiều fructoza, gọi là siro ngô, một tác nhân làm vị ngọt và
đôi khi cũng được lên mem để sau đó chưng cất thành rượu. Rượu sản xuất từ
ngô cũng được dung ở hàm lượng thấp( 10% hoặc ít hơn ) như thành phần
phụ của xăng làm nguyên liệu cho một số động cơ để gia tăng chỉ số octan,
giảm ô nhiễm môi trường và giảm cả mức tiêu thụ xăng (được gọi chung là
nguyên liệu sinh học ).
Với tầm quan trọng của việc sản xuất bắp như vậy nên diện tích trồng
bắp ngày càng tang lên rất nhiều, hình thành các vùng chuyên canh trồng bắp.
Để năng suất ngày càng tăng, giá thành càng giảm các biện pháp canh tác tiên
tiến, các loại giống mới cho năng suất cao đã được áp dụng vào trong sản
xuất.
Trong công tác thu hoạch và bảo quản, các loại máy móc tiên tiến đã
được đưa vào sử dụng, nhờ đó sản phẩm làm ra có chất lượng tốt hơn, lượng
nhân công lao động giảm, tăng tính cạnh tranh của hàng hóa trong nước trong
quá trình hội nhập.
Sau khi thu hoạch, bắp ngô sẽ được làm khô và tiến hành tách hạt ra
khỏi cùi. Độ ẩm của bắp có liên quan mật thiết với độ bền giữa hạt và bắp cùi.
Độ ẩm càng cao thì độ bền liên kết càng lớn. Vì vậy, độ ẩm ảnh hưởng trực
tiếp đến quá trình tách hạt. Để đảm bảo quá trình tách hạt thuận lợi, hạn chế
hạt bắp bị vỡ thì độ ẩm bắp ngô yêu cầu cho quá trình tách hạt là <35%.
Các thành phần hóa học chủ yếu trong hạt bắp:
Thành phần (%) Nội nhũ Phôi Vỏ và aloron
Protit 8,41 16,34 8,27
Tinh bột 72,61 8,2 7,4
Đường 0,64 10.80 0,34
Chất béo 1,35 25,03 11,41
Xenluloza 0.65 2,75 16,85
Tro 0,68 7,55 1,27
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 12
Hàm lượng dịnh dưỡng của 100g hạt bắp :
Đường : 3,2g
Xơ tiêu hóa : 2,7g
Chất béo : 1,2g
Protein : 3,2g
Vitamin A : 10µg
Vitamin B1 : 0,2µg
Vitamin B3 : 1,7µg
Vitamin B9 : 46µg
Vitamin C : 7mg
Sắt : 7 mg
Magie : 37 mg
Kali : 270 mg
Với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa ở nước ta, độ ẩm tương đối cao
là điều kiện thuận lợi cho các loại vi sinh vật, nấm mốc, các loài côn trùng
phát triển. Việc này một phần ảnh hưởng đến năng suất và quá trình bảo quản
nông sản. Như vậy, vấn đề cấp thiết là tăng thời gian bảo quản nông sản, cụ
thể hơn ở đây là hạt bắp ngô sau khi thu hoạch. Sấy đối lưu là một trong
những phương pháp được áp dụng rộng rãi trong việc làm giảm độ ẩm của
nông sản thực phẩm nhằm tăng thời gian bảo quản, mặt khác phương pháp
này cũng đơn giản, thiết bị không quá phức tạp. Do đó, nó càng ngày được sử
dụng rộng rãi, không phụ thuộc vào thời tiết như phương pháp phơi thủ
công.
1.5. CHỌN PHƢƠNG ÁN SẤY VÀ THIẾT BỊ SẤY
1.5.1. Chọn phƣơng án sấy
Ngô được sấy gián đoạn theo mẻ với tác nhân là không khí nóng. Vật
liệu sẽ được lưu và đảo trộn liên tụ nhờ các cánh đảo. Tác nhân sấy đi xuyên
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 13
qua và trao đổi nhiệt với khối vật liệu, tại đây quá trình chuyển khối xẩy ra
làm bay nước trong vật liệu, hơi ẩm theo tác nhân sấy đi ra ngoài.
Tác nhân sấy được sử dụng trong hệ thống là không khí nóng. Không
khí ẩm môi trường được quạt gió hút và thổi đi vào calorife và đi vào thùng
sấy. Tại calorife, không khíẩm được gia nhiệt để nâng từ nhiệt độ môi trường
lên nhiệt độ sấy và làm giảm độ ẩm trong tác nhân sấy để tăng động lực của
quá trình sấy.
1.5.2. Chọn thiết bị sấy
Thiết bị sấy được chọn ở đây là hệ thống sấy thùng quay là một hệ
thống sấy đối lưu. Được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy
các loại hạt ngũ cốc. Cấu tạo chính hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy
hình trụ tròn.Đối với bài toán sấy ngô này thì hệ thống sấy thùng quay
hoạtđộng giánđoạntheo mẻ. Thùng sấy được đặt nằm ngang, vật liệuđược cho
vào qua cữa tiếp liệu và khi hoàn thành quá trình sấy thì vật liệu cũngđược
tháo ra qua cữa này. Thùng sấy quay với tốc độ (1,5-8)vòng/phut nhờ một
động cơ điện thông qua một hộp giảm tốc.Vật liệu vào phễu chứa đi vào
thùng sấy, thùng sấy quay tròn, vật liệu sấy vừa bị xáo trộn vừa đi đầu cao
xuống đầu thấp. Trong quá trình này tác nhân sấy và vật liệu sấy trao đổi
nhiệt và ẩm cho nhau.
* Ƣu và nhƣợc điểm của hệ thống sấy thùng quay ( HTSTQ)
- Ưu điểm của hệ thống sấy thùng quay :
Quá trình sấy được đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu
và tác nhân sấy, cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được cao , thiết bị đơn
giản dễ vận hành.
Nguyên liệu trong thùng luôn được đảo trộn nhờ cách cánh chia và
thùng quay, việc này tang sự tiếp xúc của bề mặt vật liệu sấy với tác nhân sấy
làm tang khả năng bốcẩm ra khỏi khối vật liệu. Mặt khác, tác nhân sấy
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 14
đượcđưa vào giữa thùng sấy và xuyên qua lớp vật liệu sấy rồi thoát ra qua
thành thùng làm tang khả năng trao đổi nhiệt vật liệu.
Với thiết kế nhỏ gọn và tiện lợi cho việc sử dụng, thiết bị có thể
đượcứng dụng cho sấy các loại vật liệu khác nhau như thuốc, lá thảo
dược,…Đặc biệtápdụng để sấy là thảo dược rất hiệu quả.Khả năng trao đổi
nghiệt cao, lượng tổn thất không tiếp xúcít và thời gian được rút ngắn.
- Nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay:
Là hệ thống sấy giánđoạn thì nguyên liệu không đượcliên tục, mặt khác
nguyên liệu luôn đượcđảo trộn trong quá trình sấy làm cho vật liệu bị vớ, gây
nhiều bụi.Đối với thiết kế này, thiết bị nhỏ gọn, lượng nhiệt thất thoát qua vật
liệu bao che không lớn, nhưng khi thực hiện với thiết bị quay mô lớn thì yêu
cầu thiết kế tính toán tốiưu hơn để giảm tổn thất.
Do tác nhân sấy của hệ thống được thải trực tiếp vào môi trường mang
theo lượng nhiệt dư trong tác nhân sấy làm thất thoát nhiệt. Việc tận dụng
lượng tác nhân sấy thảiở giai đoạn sau sẽ làm giảm được năng lượng tiêu hao,
khi sử dụng thành thùng là cữa thải khí, tác nhân sấyđi xuyên qua thành thùng
thìứng dụng sấy tuần hoàn khí thải là rất khó.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 15
Hình 1: Sơ đồ hệ thống sấy
1: Thùng quay 2: Bánh răng 3: Vànhđai đỡ
4: Calorife 5: Quạt 6: Con lăn đỡ
7: Động cơ 8: Hộp giảm tốc
Trong quá trình sấy dùng chất tải nhiệt là không khí khô được gọi là tác
nhân sấy. Không khí được thổi qua calorife để tang nhiệt độ và giảm hàm ẩm
đi vào buồng sấy. Khồng khí nóng đi qua bề mặt vật liệu, trao đổi nhiệt và
làm nước trong vật liệu bay hơi, lượng hơi nước sẽ được tác nhân sấy cuốn đi
ra ngoài.
Trong đồ án này em xin trình bày về quy trình công nghệ sấy ngô, tính
toán vàthiết kế máy sấy thùng quay làm việc gián đoạn dùngđể sấy các nông
sản năng suất 50kg/mẻ.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 16
PHẦN 2 - QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.2.1. Vật liệu
Bắp ngô sau khi thu hoạch sẽ được tiến hành tách vỏ và loại bỏ cách
thành phần khác, chỉ giữ lại hạt liền cùi ngô. Việc này được tiến hành thủ
công nên cần nhiều nhân lực để hoàn thành.
Sau khi ngô được làm sạch, tách vỏ sẽ được tiến hành phơi khô sơ bộ.
Giai đoạn này thực hiện phơi ngoài trời tận dụng ánh nắng mặt trời theo
Bảo quản
Thùng sấy
Tẽ hạt
Thu hoạch
Tách vỏ phơi khô sơ bộ
Calorife
Quạt đẩy
Không khí ra
Khoâng khí
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 17
phương pháp thủ công. Phương pháp này cần nhiều khồng gian hữu ích để
phơi tách ẩm nhờ ánh nắng trực tiếp của mặt trời, áp dụng cho quy mô nhỏ lẻ
của hộ gia đình. Trong giai đoạn này, lượng ẩm một phần bay hơi làm giảm
độ ẩm trong vật liệu, điều này làm cho liên kết giữa hạt và cùi ngô yếu dần.
Khi đến độ ẩm thích hợp cho quá trình tách hạt ra khỏi cùi thì chuyển sang
giai đoạn tách hạt để loại bỏ cùi không cần thiết.
Do liên hết hạt với cùi yếu hơn so với lúc thu hoạch và hạt đủ khô, khi
thực hiện tách thì hạt sẽ không bị vỡ, tránh hao hụt ngô trong quá trình. Việc
thực hiện quá trình tách hạt như bình thường vẫntheo phương pháp thủ công,
năng suất không cao và cần nhiều nhân công để thực hiện. Như vậy rất tốn
thời gian và nhân lực khi thực hiện với năng suất lớn. Hiện nay, các loại máy
tách hạt đã ra đời, thựchiện cũng dựa trên nguyên lý của phương pháp thủ
công nhưng được cơ giới hóa. Năng suất làm việc của các máy này lớn, giúp
làm giảm thời gian và nhân lực để thực hiên.
Hạt sau khi được tách khỏi cùi sẽ được tiến hành sấy bổ sung để về
độẩm thích hợp bảo quản. Quá trình sấy sử dụng thiết bị sấy thùng quay,
phương pháp thực hiệntheo mẻ. Cho nguyên liệu sấy vào thùng một lượng
nhấtđịnh và tiến hành quá trình sấy. Nguyên liệu đượcđảo trộn nhờ các
cánhđảo trong quá trình thùng quay làm tang tiếp xúc của bề mặt vật liệu với
tác nhân sấy. Như vậy, vật liệu nhận được nhiều năng lượng cần thiết làm
tang quá trình bay hơiẩm trong vật liệu.
2.2.2. Tác nhân sấy
Không khí ở điều kiện bình thường (250C, 90%) được quạt hút đưa vào
hệ thống qua ống dẫn khí vào calorife để tiến hành trao đổi nhiệt lên 700C,
sau đó được dẫn vào thùng sấy. Do có sự mất mát nhiệt trên đường ống dẫn
nên khi tác nhân sấy vào tới thùng quay thì nhiệt độ có phần giảm hao hụt.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 18
Tại thùng sấy, tác nhân sấy sẽ tiến hành quá trình truyền nhiệt và dẫn ẩm ra
khỏi vật liệu sấy. Nhiệt độ tác nhân sấy giảm dần và khi ra khỏi thùng sấy chỉ
còn 500C. Tác nhân sấy được thải trực tiếp ra môi trường bên ngoài.
Kết thúc quá trình, vật liệu đạt đến độ ẩm yêu cầu sẽ được đem đi bảo
quản. Sản phẩm sẽ được lấy ra từ cửa tháo nguyên liệu trên thiết bị.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 19
PHẦN 3 - TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN
BẰNG NĂNG LƢỢNG
3.1. CÁC THÔNG SỐ
Năng suất nhập liệu tính theo sản phẩm : G2 = 50 kg/mẻ
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy :ω1 = 35% = 0.35
Độ ẩm cuối của vật liệu sấy:ω2 = 0.14% = 0.14
Khối lượng riêng hạt vật liệu: = 1.253 kg/m3
Khối lượng riêng khối hạt vật liệu: r = 850 kg/m3
Nhiệt dung riêng của vật liệu khô: Ck = 1,2 – 1,7 (kJ/kg.K)
Chọn Ck= 1,7 (kJ/kg.K)
Kích thước hạt bắp :
- Dài : l = 4,2 – 8,6 mm
- Rộng : b = 1,6 – 4,0 mm
- Dày : δ = 1,5 – 3,8 mm
- Đường kính tương đương của hạt bắp : dtđ = 7,5 mm
3.2. CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY
- Hàm ẩm:
b
b
PP
Px
.
.622,0
(kg ẩm/kg kkk). (CT VII.11-tr95-[11])
Trong đó: P –áp suất khíquyển: P= 1.013 bar.( 760 mmHg)
- Enthalpy:
)..(. tCrxtCI hok (kJ/kg). (CT VII.13-tr95-[11])
Trong đó:
- Ck = 1 kJ/kg.K – Nhiệt dung riêng của không khí khô.
- Ch = 1,97 kJ/kg.K - Nhiệt dung riêng của hơi nước.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 20
- r0 = 2493 kJ/kg - Nhiệt ẩm hóa hơi của nước.
- t – Nhiệt độ không khí (0C).
- x – Hàm ẩm (kg ẩm/kgkkk).
)97,12493.( txtI
- Thể tích riêng của không khí ẩm:
bb PP
T
PPM
TRv
.
288
)..(
.
(m
3/kgkk). (CT VII.8-tr94-[11])
Trong đó:
- R - Hằng số khí: R =8314 J/kmol.độ.
- M - Khối lượng không khí: M = 29 kg/kmol.
- P, Pb – áp suất khí trời và áp suất bão hòa của hơi trong không khí
(N/m2).
- Khối lƣợng riêng của không khí ẩm:
(kg/m3)(CT VII.9-tr95-[2])
Trong đó:
- P, Pb lấyđơn vị N/m2.
- T0 - Nhiệt độ tiêu chuẩn: T0 = 273 K.
- o – Khối lượng riêng không khí theo điều kiện: o = 1,293 kg/m3.
3.3. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI TÁC NHÂN SẤY
TRONG QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
3.3.1. Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A)
Vậy, tại điểm A ta có:
to= 25oC; 0 =90%
Áp suất hơi bão hòa: Pb0 = 0,03166 bar.
Hàm ẩm: x0 = 0,0178 kg ẩm/kgkkk.
P
P
TP
PT bo
o
o .378.01
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 21
Enthalpy: I0 = 70,25 kJ/kg.
Thể tích riêng của không khí ẩm: v0 = 0,872 m3/kgkk.
Khối lượng riêng :0 =1,172 kg/m3.
3.3.2. Thông số trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy (B)
Không khí ngoài trời ở trạng thái A được thổi qua calorife nhờ quạt ht.
Tại đây, không khí trao đổi nhiệt với calorife làm tăng nhiệt độ v giảm độ ẩm
không khí, đưa không khí lên trạng thái B(x1, t1) và đi vào thùng sấy (x1 = x0
= 0,0178 kg ẩm/kgkk).
Rõ ràng, nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy,
được quy định bởi tính chất của vật liệu sấy và chế độ công nghệ và được
chọn ở phần trên.
Tại điểm B: t1 = 70oC,x1 = x0 = 0,0178 kg ẩm/kgkk.
Khi đó áp dụng các công thức đã nêu ở phần III.1., các thông số khác
của tác nhân sấy ở trạng thái B được xác định như sau:
- Áp suất hơi bão hòa: Pb1 = 0,307 bar.
- Độ ẩm tương đối:1 = 0,0918 = 9,18 %.
- Enthalpy: I1 = 116,83 kJ/kg.
- Thể tích riêng của không khí ẩm: v1 = 1,003 m3/kgkk.
- Khối lượng riêng :1 = 1.018 kg/m3.
3.3.3. Thông số trạng thái của tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy (C)
Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị sấy để thực hiện quá
trình sấy.
Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất
nhiệt do tác nhân sấy mang đi là bé nhất nhưng phải tránh hiện tượng đọng
sương (nghĩa là tránh trạng thái C nằm trên đường bão hòa). Đồng thời, hàm
ẩm của tác nhân sấy tại C phải nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại
điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 22
Với quá trình sấy lý thuyết ta có: I2 = I1 = 116,83 kJ/kgkk, = 100 %.
Thời gian sấy của hệ thống sấy thng quay phụ thuộc vo độ ẩm ban đầu
ω1 của vật liệu sấy và nhiệt độ vào của tác nhân sấy t1. Với bài toán đặt ra thì
thời gian sấy của hệ thống là τ (h) và độ ẩm trung bình của vật liệu sấý ωtb thì
nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép th được xét theo công thức :
tb
ht
.63,037,0
5,23ln.343,4218,2
,
oC
Khi đó tác nhân sấy ra khỏi vùng sấy được xác định theo mối quan hệ:
htt )105(2 , oC
Như vậy điều kiện sấy trong 1h và độ ẩm trung bình của vật liệu sấy ωtb
= 24,5 thì nhiệt độ đốt nóng hạt bằng:
47245,0.63,037,0
5,231ln.343,4218,2
.63,037,0
5,23ln.343,4218,2
tb
ht
Do đó, chọn t2 = 50oC.
Khi đó áp dụng các công thức đã nêu, các thông số khác của tác nhân
sấy ở trạng thái C được xác định như sau:
- Áp suất hơi bão hòa: Pb2 = 0,125 bar.
- Hàm ẩm: x2 = 0,0258kg ẩm/kgkk.
- Độ ẩm tương đối: 2 = 0,3228 =32,28%.
- Thể tích riêng của không khí ẩm: v2 = 0,956 m3/kgkk.
- Khối lượng riêng :1 = 1.076 kg/m3.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 23
Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết tóm tắt ở Bảng 1.
Bảng1: Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:
Đại lƣợng Trạng thái không
khí ban đầu (A)
Trạng thái không khí
vào thiết bị sấy (B)
Trạng thái không khí
ra khỏi thiết bị sấy (C)
t (oC) 25 70 50
0,9 0,0918 0,3228
x (kg/kgkk) 0,0178 0,0178 0,0258
I (kJ/kgkk) 70,25 116,83 116,83
Pb (bar) 0,0349 0,307 0,125
v (m3/kgkk) 0,872 1,003 0,956
(kg/m3) 1,172 1,018 1,076
I1=I2
I’2
A
70oc
50OCC =0.9
C’
25OC B
x
xo=x1x’2 x2
Đồ thị I-x biểu diễn quy trình sấy trong máy sấy
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 24
3.4. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Phương trình cân bằng vật chất:
WGG
WGG
2211
21
..
Lượng ẩm bốc hơi trong 1 mẻ:
154,16
)35,01(
)14,035,0.(50
1
.
1
212
GW kg/mẻ.
Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
43)14,01.(50)1.( 22 GGk kg.
Năng suất nhập liêu tính theo vật liệu ban đầu:
154,66154,165021 WGG kg/mẻ.
Lượng tác nhân khô cần thiết:
25,2019
0178,00258,0
154,16
12
xx
WL kg/mẻ.
Lượng tác nhân tiêu hao riêng:
125
0178.00258,0
11
12
xxW
Ll kgkk/kg ẩm.
3.5. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN
SẤY TRONG QUÁ TRÌNH THỰC TẾ
3.5.1. Cân bằng năng lƣợng chung cho quá trình sấy
Vì quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng và thiết bị sấy thùng
quay không có thiết bị chuyển tải Qbs = Qvc = 0. Như vậy:
Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:
Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorife: L(I1 – I0).
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G1 - W).Cvl + WCa].tvl1.
Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:
Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L(I2 – I0).
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 25
Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che Qbc.
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.Cvl.tvl2.
Trong đó:
tvl1 - nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, lấy bằng nhiệt độ môi trường:
tvl1 = t0 = 25oC.
tvl2 - nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy:
tvl2 = t2 – (5oC) = 50 – 5 = 45
oC.
Cv - nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm :
Cvl = Cvk(1 - ) + Ca. (J/kg.K).
Ca - nhiệt dung riêng của ẩm (nước): Ca = Cn = 4180 J/kg.K.
Ck - nhiệt dung riêng của vật liệu khô: Ck = 1,2 – 1,7 (kJ/kg.độ).
Chọn Ck = 1,7 (kJ/kg.độ).
Cvl2= Cvk(1 –2)+Ca.2
= 1,7.103.(1- 0,14) +4180.0,14 = 2047,2 (J/kg.K)
3.5.2. Cân bằng nhiệt lƣợng vào và ra hệ thống sấy
Định luật bảo tòan năng lượng :
∑Qv = ∑ Qr
L(I1 – I0) + [(G1 - W)Cvl + WCa].tvl1 = L(I2 – I0) + Qbc + G2.Cvl.tvl2
Đặt Qv - tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: Qv = G2Cvl2(tvl2 –tvl1)
Mặt khác:
G2 = G1 – W
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:
Q = L(I1 – I0) = L(I2 – I0) + Qbc + Qv – W.Ca.tvl1
Nhiệt lượng tiêu hao riêng (nhiệt lượng cần để bốc hơi 1kg ẩm):
q = l(I1 – I0) = l(I2 – I0) + qbc + qv – Ca.tvl1
Trong đó:
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 26
W
Qq bc
bc
W
ttCG
W
Qq vlvlvv
v
)( 122
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy: coi Cvl1 = Cvl2
Qv = G2Cvl(tvl2 –tvl1)
= 50×2047,2×(45 - 25) = 20472000 J/mẻ = 2047,2kJ/mẻ.
73,126
154,16
2,2047
W
Qq v
v kJ/kg ẩm.
Nhiệt do ẩm trong vật liệu đưa vào:
W.Ca.tvl1 = 16,154×4,18×25 = 1688,093 kJ/mẻ.
Ca.tvl1 = 4,18×25 = 104,5 kJ/kg ẩm.
Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che:
Qbc = (0.03 0.05).Qhi.
Chọn Qbc = 0,04.Qhi
Với Qhi = W.[rvl1 + Ch.(t2 – tv1)] - nhiệt hữu ích (tức là nhiệt cần thiết để
làm bay hơi ẩm trong vật liệu và nâng nhiệt độ ẩm từ nhiệt độ ban đầu đến
nhiệt độ cuối thùng sấy).
Trong đó:
rv1 - ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào :
rvl1 = 2428,99 kJ/kg (BảngI.212-tr254-[10])
Qhi= 16,154×(2428,99 + 1,97×(50-25)) = 40033,489 kJ/mẻ.
Qbc = 0,040×Qhi = 0,040×40033,489 = 1601,339 kJ/mẻ.
129,99154,16
339,1601
W
Qq bc
bc kJ/kg ẩm.
Đặt D - nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho quá trình sấy thực (là đại
lượng đặc trưng cho sự sai khác giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết):
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 27
D = Catvl1 – qbc – qv
Với quá trình sấy lý thuyết: D= 0
Với quá trình sấy thực tế: D≠ 0 vàđược tính như sau:
D = Ca.tvl1 – qbc – qv = 104,5 – 99,129 – 126,73 = –120,97 kJ/kg ẩm.
Vì D < 0 Catv1< qbc + qv I2< I1 trạng thái tác nhân sấy sau quá
trình sấy thực nằm dưới đường I1 (đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý
thuyết)
Xácđịnh nhiệt dung riêng dẫn xuất Cdx :
0368,10178,0.842,1004,1.842,1004,1 1 xCdx , kJ/kgkkK
Xác định hàm ẩm x2 ứng với quá trình sấy thực thông qua t2 được áp
dụng theo công thức:
0254,0
97,1201,2592
)5070.(0368,10178,0
).( 121
'
2
i
ttCxx dx , kg ẩm/kgkk
Với 1,259250.842,12500.842,12500 ti , kJ/kg
Áp dụng công thức tương ứng đã nêu, các thông số khác của tác nhân
sấy ở đầu ra của thùng sấy trong quá trình sấy thực C’ được xác định như sau:
Enthalpy: 82,115'
2 I kJ/kgkk.
Áp suất hơi bão hòa: P2’ =0,125bar.
Độ ẩm tương đối: %79,313179,0'
2 .
Thể tích riêng của không khí ẩm: 9557,0'
2 v m3/kgkk.
Khối lượng riêng:’=1,0756 kg/m
3.
3 Lượng tác nhân khô cần thiết:
526,21250178,00254,0
154,16
1
'
2
'
xx
WL kg kkk
Lượng tác nhân tiêu hao riêng:
58,1310178,00254,0
111
1
'
2
'
xxW
l kg kkk/kg ẩm.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 28
Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
Q’= L’.( I1 – I’2) + Qbc + Qv – W.Ca.tvl1
= 2125,526.(116,83 – 115,82) + 1601,339 +2047,20 – 1688,093
= 4107,227kJ
Lượng nhiệt cung cấp riêng:
25,254154,16
27,41072'
W
Qq (kJ/kg ẩm).
Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế được tóm tắt trong
bảng sau:
Bảng2: Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế:
Đại lƣợng Trạng thái không
khí ban đầu (A)
Trạng thái
không khí vào
thiết bị sấy (B)
Trạng thái không
khí ra khỏi thiết bị
sấy (C’)
t (oC) 25 70 50
(đơn vị) 0,9 0,0918 0,3179
x (kg/kgkk) 0,0178 0,0178 0,0254
I (kJ/kgkk) 70,25 116,83 115,82
pb (bar) 0,03495 0,307 0,125
v (m3/kgkk) 0,872 1,003 0,9557
(kg/m3) 1,172 1,018 1,0756
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 29
PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
4.1. TÍNH TOÁN THÙNG QUAY
Thiết bị sấy ngô thùng quay sử dụng cánh nâng, được chia làm 3 cánh
hợp với nhau góc 120o. Thùng thiết kế 2 trụ tròn rỗng đồng tấm, các trụ rỗng
này được tạo từ các tấm lưới có lỗ để tác nhân sấy xuyên qua. Tác nhân sấy đi
vào ống trong và xuyên qua thành ống, tại đây tiếp xúc với lớp vật liệu rồi đi
ra khỏi thùng quay qua thành ống lớn.
Chọn hệ số chứa đầy vật liệu =0.25(Bảng 6.1 tr177-[6])
Chọn tốc độ quay của thùng: n = 3 vòng/ph
Tốc độ tác nhân sấy đi trong vùng sấy v = 0,5m/s.
4.1.1. Thể tích thùng sấy tính theo lý thuyết
31
.
.m
GVT
(CT 6.42- tr178-[6])
Trong đó :
G1 : Khối lượng vật liệu sấy , kg => G1 = 66,154 kg
t : Thời gian sấy cho mẻ sấy , phút ( Do quá trình sấy theo mẻ
nên ta có thể bỏ qua thông số kể đến thời gian. )
: Hệ sốđiềnđầy, = 0,2 ÷ 0,3 => Chọn= 0,3
: Khối lượng riêng của vật liệu, kg/m3=> 850r kg/m
3
Như vậy, ta có thể tích vùng sấy cần thiết của thùng sấy:
31 259,0
3,0.850
154,66
.m
GVT
Thùng sấy hoạt động theo mẻ, mỗi mẻ cho 1 khối lượng nhất định vào
quá trình sấy. Tác nhân sấy được thổi từ trong lòng thùng sấy xuyên qua lớp
vật liệu và ra ngoài qua thành thùng. Thiết kế kết cấu của thng được tạo bởi 2
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 30
trụ rỗng làm bằng lưới thép có đột lỗ. Như vậy khối vật liệu sẽ nằm trong
khoảng giữa của 2 trụ rỗng.
Mặt khác, để tăng khả năng tiếp xúc với tác nhân sấy và đảo vật liệu
được đều hơn thì giữa khoảng không của 2 trụ rỗng chia làm 3 khoang bằng
các cánh chắn nối liền 2 trụ. Các cánh này hợp với nhau một góc 120o, khi
hoạt động thì vật liệu được san đều cho các khoang này.
Không chỉ vậy, vật liệu được phân bố đều trong các khoang này tạo ra
lực cân bằng khi thùng quay, trọng lực khối vật liệu được phân bố đều ra 2
bên của trục quay làm giảm momen cản trên trục quay. Do đó, momen cần
thiết của động cơ truyền động để làm quay thùng giảm, các chấn động do sự
xáo trộn của vật liệu được giảm tối thiểu.
Ta có mối liên hệ giữa thể tích vùng sấy và thể tích của 2 trụ rỗng :
32
2
2
1 ,).(.4
mDDLV T
Trong đó :
- V : Thể tích vùng lm việc của thng sấy, m3
- D1 : Đường kính của trụ rỗng lớn, đồng thời cũng là đường
kính của thiết bị, m
- D2 : Đường kính của trụ nhỏ, đây là ống dẫn tác nhân sấy vào
tâm thùng sấy, m
- LT : Chiều dài thùng sấy, m
Từ mối liên hệ trên, ta chọn kích thước cần thiết cho thùng sấy :
- LT = 1,4 m
- D1 = 0,5 m
- D2 = 0,3 m
Thể tích thực của buồng sấy thùng quay :
3222
2
2
1 25,0)15,05,0(4,14
).(.4
mDDLV TT
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 31
Sai số tính tốn thể tích thùng sấy :
%47,3
259,0
259,025,0
V
VVT
4.1.2. Tính tốc độ tác nhân sấy
Tốc độ tác nhân sấy của hệ thống nằm trong khoảng v = 0,3÷0,6 m/s.
Trong bài toán này, ta chọn tốc độ tác nhân sấy v = 0,6 m/s.
Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy sau calorife:
903,2131526,2125003,1'
11 LvV , m3/mẻ
Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy sau thùng sấy:
365,2031526,21259557,0'' '
22 LvV , m3/mẻ
Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy trong thùng:
634,20812
365,2031903,2131
2
'21_
VV
V , m3/mẻ
Tiết diện tự do của thùng sấy:
22
2
2
1
2
2
2
1 ).(5498,04
).()3,01()1( mDD
DDFF T
Tốc độ tác nhân sấy đi trong thùng:
)/(6,0)/(2160)..(5498,0.
634,2081
.. 2
2
2
1
_
smhmDDLFL
Vv
TT
k
Thời gian sấy của hệ thống xác định theo công thức:
855,32160.25,0
634,2081
...
kTkT vV
V
vFL
V , h
Trong công thức này, thời gian được xác định qua lượng tác nhân sấy
cần thiết của cả quá trình và thể tích tự do của thùng sấy, đây là khoảng không
gian mà tác nhân sấy trao đổi nhiệt với vật liệu. Thời gian này chỉ mang tính
tương đối, nó chỉ xét đến quá trình sấy ổn định. Quá trình càng về sau thì khả
năng tách ẩm càng khó do độ ẩm giản, tỷ lệ ẩm liên kết càng cao.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 32
Các cánh đảo của thùng sấy phân chia vùng làm việc của vật liệu sấy,
mặt khác còn làm cho vật liệu sấy đảo trộn trong vùng làm việc của nó.
Nhưng đặc điểm này sẽ làm cho tác nhân sấy bị chia lối theo từng vị trí của
khoang chia. Ở những vị trí cụ thể, vật liệu nằm choán tồn bộ bề mặt của
thành ống nhỏ, khi đó tác nhân sấy có trở lực lớn khi đi qua lớp vật liệu này,
thùng quay nên các vị trí này được luân phiên với từng khoảng thời gian xác
định. Lượng tác nhân sẽ tập trung phân chia sang các khoang khác. Chọn vận
tốc sấy lấy giá trị trung bình tương đối của quá trình.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 33
PHẦN 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
5.1. TÍNH VÀNH ĐAI VÀ CON LĂN
Vành đai lắp tự do vào thân thùng, dùng các chân đế, giữa chân đế và
thùng có đặt các tắm căng cứng dày 5-20 mm. giữa chân đế và mặt trong của
thùng có đặt các tấm thép căng bằng thép mỏng.
Chọn bề dày thanh tăng cứng: 3 mm.
Chọn bề dày tấm thép mỏng làm thùng: 3 mm
(Việc chọn bề dày tấm thép làm thùng kích thước bé ảnh hưởng rất nhỏ
đến thể tích thực của vùng sấy nên có thể bỏ qua yếu tố ảnh hưởng này)
Chọn kích thước vành đai:
Chọn sơ bộ bề rộng vành đai: B = 35 mm.
Bề dàyvành đai:
Đối với thùng tải trọng nặng :
46,13)(6,2
35
6,2 mm
Bh Chọn h = 35 mm.
Đường kính ngoài đai:
DN = DT+2h = 506 + 2.35 = 576mm
Khối lượng vành đai:
Mvd = kgDDB
CTTN 34,167850).506,0576,0(4
035,0.)..(
4
. 22
3
22
Tính tải trọng thùng:
Khối lượng thùng sấy:
Tiết diện của thùng sấy là hình vành khăn
Thể tích của vật liệu làm thùng sấy:
22222
2
2
2
2
2
1
2
1
00857,0144,015,0500,0506,04
4,1.
4
.
m
DDDDL
V trngtrngvl
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 34
Khối lượng thùng:
kgVm svlluoi 85,443/7850.00857,0.23/..2
( Do thùng được làm từ các tấm thép có đột lỗ nên khối lượng tổng của thùng
giảm. Hệ số này tùy thuộc vào loại lưới chọn. Trong trường hợp chọn thép đột lỗ
nên chọn hệ số khối lượng ở đây là k =2/3 )
Khối lượng bộ phận bánh răng: bằng thép có khối lượng riêng
7850 kg/m3.
Bánh răng xem như tương đương vật có tiết diện hình vành khăn
với:
Đường kính ngoài = Đường kính vòng lăn = 576mm.
Đường kính trong =Đường kính vòng chân răng = 506mm.
Rộng b=40 mm.
Khối lượng răng:
kgDDb
M CTtrrangngrangrang 67,187850).506,0576,0(4
04,0.)(
4
. 22
3
2
.
2
.1
Khối lượng các thanh tăng cứng cho thùng:
tctvtctctvtc bLnDDnSLnDDnm ..)..).(.(.)..).(.( 2121
Chọn loại thép có bề dày δ = 3mm, bề rộng của thanh b = 25mm.
Thùng chia thành 3 khoang nên tăng cứng đồng đều sao cho cân trọng
lượng ở các khoang. Với thùng ngoài sử dụng 6 thanh, còn lưới trong sử dụng
3 thanh tăng cứng.
Mặt khác, thành thùng cũng được tăng cứng bởi các thanh uốn cong.
Bố trí thành 3 vòng tăng cứng cho cả lưới ngoài và lưới trong.
kgmtc 03,117850.003,0.025,0).4,1.9)15,05,0.(.3(
Tổng khối lượng thùng:
kg
MMMMMMM tcnlcnlvdrangthung
384,17303,11154,6634,16.267,1885,44
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 35
Tổng tải trọng của thùng:
Q= NgM 87,170081,9.384,173.
Tải trọng tác dụng lên một vành đai= Q/2=850,45 (N)
Phản lực tác dụng lên mỗi con lăn đỡ:
Chọn góc giữa con lăn hợp với phương thẳng đứngo30
01,49130cos.2
45,850
cos.2
3
Q
T (N)
Kiểm tra lại bề rộng vành đai:
02,024000
01,491
rP
TB cm= 2,0mm (thỏa) (CT5.34-tr250-[9])
Do thùng năng quay chậm nên chọn Pr =24000 N/cm
Tính con lăn đỡ:
Bề rộng con lăn đỡ:
Chọn Bc=B+10=35+10=45cm
Đường kính con lăn thép:
cmB
T
B
Td
Cc
c 364,05,4.300
01,491
.300)400300(
Chọn dc=100mm
5.2. THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG CHO THÙNG
Xác định công suất động cơ dùng quay thùng:
Công suất cần thiết để quay thùng:
)(.....0013,0 3 kWnLDN vTTthung (CTVII.54/p123,[11])
Với:
DT - đường kính trong của thùng: DT = 0,5 m.
LT - chiều dài thùng: LT = 1,4 m.
- hệ số phụ thuộc vào dạng cánh.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 36
Với cánh nâng, hệ số chứa đầy = 0,3:
α = 0,071 (Bảng VII.5/p123,[11])
n - tốc độ quay của thùng: n = 3 vòng/ph.
v - khối lượng riêng thể tích của vật liệu: v = 850 kg/m3.
Nthùng = 0,0013×0,53×1,4×0,071×3×850 = 0,042 kW
Để quay được thùng thì công suất làm việc của động cơ phải lớn hơn công
suất cần thiết để quay thùng một lượng nhất định để có thể thắng lực ma sát giữa
thùng với con lăn đỡ, hay do hiệu suất của các bộ truyền không đạt 100%,…Ngồi
ra, cơng suất động cơ sử dụngđể thắng lực ma sát nghỉ ban đầu hay mômen mở máy
nên sẽ chọn dư nhiều so với cơng suất quay thng. Theo Bảng 2P-tr32-[5], chọn
động cơ kiểu A02-41-8 là động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ rôto ngắn
mạch, có các số liệu kỹ thuật sau:
Công suất động cơ: Nđc = 1,5 kW.
Vận tốc quay: nđc =720 vòng/ph.
Hiệu suất: 81,0dc
Công suất làm viêc của động cơ:
kWNN dcdclv 215,181,0.5,1.
Nlv > N thỏa điều kiện để quay thùng.
Phân phối tỷ số truyền động cho hệ thống truyền động:
Do động cơ có vận tốc lớn, thùng có vận tốc nhỏ hơn rất nhiều. Sử dụng bộ
truyền động giảm tốc có hệ 3 bộ truyền động. Bộ truyền động bánh đai dùng để
truyền chuyển động từ động cơ đến hộp giảm tốc. Đến đây tốc độ có giảm đi một
phần vào khi qua hộp giảm tốc thì tốc độ này giảm đi rất lớn. Hộp giảm tốc này sử
dụng truyền động bánh vít - trục vít có tỉ số truyền cao và khả năng truyền momen
lớn. Hộp giảm tốc sẽ sử dụng thêm bộ truyền động bánh răng trụ răng thẳng để hợp
với thùng quay qua một bánh răng trung gian. Từ hộp giảm tốc sẽ truyền động lên
bánh răng trung gian (hệ bánh răng 1) và từ bánh răng trung gian này truyền chuyển
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 37
động lên bánh răng của thùng quay ( hệ bánh răng 2). Hệ bánh răng của thùng quay
được gắn trực tiếp vào thùng.
Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống:
2403
720...
thung
dc21
n
nuuuuu bdbrbrhc
Do tỷ số truyền quá lớn nên phải sử dụng hộp giảm tốc để giảm số vòng quay
và truyền công suất từ động cơ đến trục công tác của thùng.
Chọn tỉ số truyền của bộ truyền hộp giảm tốc: 60hu
Hộp giảm tốc sử dụng bộ truyền bnh vít - trục vít nên có tỉ số truyền lớn,
tăng momen truyền động cho thùng quay.
Do chọn tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh vít - trục vít nên ta có tích số tỉ
số truyền của bộ truyền động bánh răng với bộ truyền động bánh đai:
460
240.. 21
h
cbdbrbr
u
uuuu
Truyền động đai thang:
Sử dụng bộ truyền đai thang để truyền chuyển động từđộng cơđến hộp giảm
tốc. Ty vo mụcđích sử dụng chức năng sấy vật liệu mà xác định thay đổi vận tốc
quay thùng cũng như tốc độ quay, công suất động cơ. Việc sử dụng loại bộ truyền
này ta có thể thay đổi các thông số được dễ dàng hơn.
Theo tiêu chuẩn kích thước bánh đai thang. Chọn kích thước bánh đai :
Bánh đai chủ động: d1 = 800mm.
Bánh đai bị động: d2 = 1000mm.
Tỉ số truyền bộ truyền bnh đai : 25,1800
1000
1
2
2
1 d
d
n
nubd
( bỏ qua sự trượt đai trong lúc bộ truyền hoạt động )
Truyền động bánh răng trụ răng thẳng :
Bộ truyền bánh răng truyền chuyển động trực tiếp lên thùng quay. Bánh răng
lớn được gắn trực tiếp lên thành thùng và được truyền động nhờ bánh răng nhỏ chủ
động từ hộp giảm tốc.
Tỉ số truyền sơ bộ qua tính tốn theo cc bộ truyền đã chọn :
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 38
2,325,1.60
240
.. 21
bdh
cbrbr
uu
uuu
Vận tốc quay:
jji ,1
1-j
j
nn
(vòng/ph)
Công suất:
jj ,1
1-j
j
NN
(kW)
Công suất cần để quay thùng:
052,081,0
042,0' dc
NN
(kW)
Theo bảng 2.1/tr27-[5], ta chọn hiệu suất các bộ truyền như sau:
o Bộ truyền bánhđai thang : 90,0bd
o Bộ truyền hộp giảm tốc: 96,0h
o Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
94,096,0.90,0
81,0
.
bdh
cbr
Ta có bảng kết quả tính toán sau:
Bảng 9: Sơ đồ truyền động
Trục
Thông số Động cơ Trục I Trục II Trục III Trục IV
Tỷ số truyền i 1,4 60 3,2
Vận tốc quay n (v/ph) 720 515 8.6 1 3
Công suất N (kW) 0,052 0,047 0,045 0,042 0,042
Bánh răng nhỏ dùng chỉ số “1”, bánh răng lớn dùng chỉ số “2”
Chọn vật liệu làm bánh răng:
Chọn nhóm bánh răng có độ rắn HB 350, được cắt gọt chính xác sau nhiệt
luyện (do độ rắn tương đối thấp), không đòi hỏi phải qua các nguyên công tu sửa
đắt tiền như mài, mài nghiền … Bánh răng có khả năng chạy mòn tốt.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 39
Để tránh dính bề mặt làm việc của răng, lấy độ rắn của bánh răng nhỏ lớn
hơn bánh răng lớn 30–50HB..
Bảng 10: Các thông số cơ tính của các vật liệu dùng chế tạo các bánh răng:
Loại thép Độ bền kéo
[]b
Độ bền chảy
[]b Độ rắn HB
Bánh răng lớn Thép C35 540 N/mm2 320 N/mm
2 160
Bánh răng nhỏ Thép C40 580 N/mm2 340 N/mm
2 200
Đối với 2 bánh răng ăn khớp nhau, báng răng nhỏ làm việc nhiều, chân
răng bé nên mòn nhiều và chóng bị gãy hơn bánh răng lớn, do vậy cần được
chế tạo bằng vật liệu tốt hơn. Nếu sử dụng 2 bánh răng cùng vật liệu thì phải
cĩ phương pháp nhiệt luyện để bánh răng nhỏ có độ rắn mặt răng lớn hơn.
- Bánh răng chịu tải trọng trung bình, sử dụng thép 45 thường hóa có
các thông số cơ tính:
- Độ rắn HBbr nhỏ = 200HB
- Giới hạn bền ko: sb = 580 N/mm2
- Giới hạn chảy: sch = 340 N/mm2
Momen cần để quay thng :
Nmm
NTTN
thung
thung ,.
Trong đó: ω :Vận tốc góc của thùng quay, rad/s
sradpv /314,0
60
2.3/3
T : Momen xoắn cần để quay thùng , Nmm
Nthùng : Công suất quay thùng , kW
WkWN 310.42042,0
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 40
Nmm
n
NNT
thungthung,10.134
3.2
10.42.60
.2
.603
3
- Ứng suất tiếp xúc cho phép : ( CT 10-65/[13] )
xHLVR
H
HH KKZZ
s....lim
Trong đó : σHlim: Giới hạn bền mỏi tiếp xúc của mặt răng.
Sh: Hệ số an tồn => chọn sh = 1,2
ZR : Hệ số ảnh hưởng của bề nhm mặt
=> Thường chọn ZR = 0,95
ZV : Hệ sốảnh hưởng của vận tốc vòng => chọn ZV = 1,1
KL : Hệ số ảnh hưởng của bôi trơn => chọn KL = 1
KxH : Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng
Trong tính toán hộp giảm tốc cc hệ số chưa được xác lập cụ thể. Do đó,
các hệ số có thể lấy ZR.ZV.KL.KxH = 1. Giới hạn mới tiếp xúc của bề mặt răng
σo
Hlim ứng với số chu kỳ cơ sở NHO, giá trị này được xác định bằng thực
nghiệm. Theo bảng 10-7/[13]cho các giới hạn bền mỏi của các bánh răng
thép: Thép thường hóa có HB<350 => σo
Hlim = 2HB + 70
MPaKHBK HLHL
o
HH 4701).70200.2().702(.limlim
Với KKL là hệ số ảnh hưởng của chu kỳ làm việc.
MPaKKZZs
xHLVR
H
HH 3921.
2,1
470....lim
- Ứng suất uốn cho phép : ( CT 10-73/[13])
xFSR
F
FF KYY
s...lim
Trong đó : σFlim : Giới hạn bền mỏi uốn của bánh răng.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 41
Sh : Hệ số an tồn => chọn sh = 1,7
ZR : Hệ số ảnh hưởng của bề nhám mặt
=> Thường chọn ZR = 1
YS : Hệ số ảnh hưởng của kích thước răng
=> YS = 1,08 – 0,16.l.g.m . Chọn YS = 1,08
KxF : Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng
=>d< 400mm thì KxF = 1.
Giới hạn bền mỏi uốn σFlim ứng với số chu kỳ NFE được xác định theo
công thức: ( CT 10-74/[13] )
FCFL
o
FF KK ..limlim
Trong đó : σo
Flim - Giới hạn bền mỏi uốn của răng ứng với số chu kỳ
cơ sở NFO = 4.106. Theo bảng 10-6/[13] xét cho loại thép thường hóa có độ
rắn của răng 200HB, ta có σo
Flim = 1,8.HB.
KFL :Hệ số tuổi thọ.
Với hệ thống hoạt động gián đoạn, ta lấy KFL = 1.
KFC : Hệ số giảm giới hạn bền mỏi uốn. Trong trường hợp bộ
truyền hoạt động 1 chiều KFC = 1.
3602008,18,1..limlim HBKK FCFL
o
FF
Ta có: ứng suất uốn cho phép
MPaKYY
sxFSR
F
FF 7,2281.08,1.1.
7,1
360...lim
Trong thiết kế kích thước chi tiết của thùng quay, đường kính thùng
quay tính được D = 500mm. Từ hộp giảm tốc, bộ truyền động được sử dụng
bộ truyền bánh răng. Bánh răng lớn được gắn trực tiếp vào thùng, được truyền
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 42
chuyển động quay từ động cơ qua cc bộ truyền. Với bộ truyền không dịch
chỉnh => Chọn đường kính vòng lăn của bánh răng lớn d2 = 576mm.
Ta cĩ : Đường kính vòng lăn của bánh răng nhỏ
mm
u
dd
d
du
br
br 1802,3
57621
1
2
Khoảng cách trục sơ bộ :
mmud
a 3782
)12,3.(180
2
)1.(1
Modun pháp của bánh răng : m = (0,01÷0,02).á = 3,78 ÷ 7,56
Chọn modun theo tiêu chuẩn : m = 6mm.
Số răng của bánh răng nhỏ : d1 = Z1.m => Z1 = 30 răng.
Số răng của bánh răng lớn : d2 = Z2.m => Z2 = 96 răng.
Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc : ( CT 10-25/[13])
H
HvHHMH
ub
uKKT
d
ZZZ
.
)1.(...2.
..
1
1
1
Trong đó :
T1 : Momen xoắn của bánh dẫn, Nmm => T1 = 134.103 Nmm
ZM : Hệ số xét đến cơ tính của vật liệu. Đối với vật liệu làm bằng
thép thì hệ số này được lấy ZM= 275 (MPa)1/2
ZH : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc. (CT 10-26/[13])
sin/2HZ
Khi dịch chỉnh x=0 ta α = 20o v ZH = 1,76
Z : Hệ số xét đến tổng chiều dài tiếp xúc. ( CT 10-22/[13])
3/)4( Z
Với = 1,88 – 3,2.(1/Z1 + 1/Z2 ) = 1,74 => Z = 0,868
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 43
Chọn bề rộng vành răng b1 = 30
KH : Hệ số tập trung tải trọng. Theo đồ thị trên hình 10-14/[13] ta
xác định được hệ số KH = 1,4
KHv :Hệ số tải trọng động khi tính độ bền tiếp xúc. Trong tính toán
sơ bộ có thể chọn hệ số.
Chọn KHv = 1,32 với độ bền răng <350HB với cấp chính xác 6.
Ứng suất tiếp xúc :
H
HvHHMH
MPa
ub
uKKT
d
ZZZ
3432,3.30
)12,3.(32,1.4,1.10.134.2.
180
868,0.76,1.275
.
)1.(...2.
..
3
1
1
1
Kiểm nghiệm độ bền uốn : ( CT 10-34/[13] )
FvFFF KKYmdb
T...
..
2
1
Trong đó :
T1 : Momen xoắn của bánh dẫn, Nmm => T1 = 134.103 Nmm
KF :Hệ số tập trung tải trọng. Theo hình 10-15/[13] ta có KF = 1,5
KFv : Hệ số tải trọng động. Chọn KFv = 1,64 với độ bền răng
<350HB, cấp chính xác 6 với vận tốc vòng 10v/p.
YF : Hệ số dạng răng. Theo hình 10-21/[13] ta có YF = 3,8 với Z
=30, hệ không dịch chỉnh.
Ứng suất uốn :
FFvFFF KKYmdb
T
32,7764,1.5,1.8,3.6.180.30
10.134.2...
..
2 3
1
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 44
Vậy các thông số tính toán bánh răng trong bộ truyền :
Modun pháp của răng theo tiêu chuẩn : m = 6mm.
Số răng của bánh răng nhỏ : d1 = Z1.m => Z1 = 30 răng.
Số răng của bánh răng lớn : d2 = Z2.m => Z2 = 96 răng.
Đường kính của bánh răng lớn d2 = d2 = 576mm.
Đường kính của bánh răng nhỏ d1 = d1 = 180mm.
5.3. CHỌN CALORIFE CẤP NHIỆT
Trong kĩ thuật, với thiết bị công suất lớn, sấy thường sử dụng hai loại
caloriphe để đốt nóng không khí caloriphe khí –hơi và caloriphe khí – khói.
Calorife khí – hơi loại thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm : hơi nước bão hòa
ngưng tụ đi trong ống và không khí chuyển động ngoài ống. Lượng hơi nước
đi trong ống và truyền nhiệt với khồng khí qua thành ống, trên thành được bố
trí các cánh tản nhiệt để tăng bề mặt tiếp xúc, tăng hiệu quả truyền nhiệt. Để
tạo được lượng hơi nước đi trong ống thì phải thiết kế bổ sung thêm hệ thống
hơi nước. Khi sử dụng phương pháp truyền nhiệt này thì đảm bảo được vệ
sinh trong phân xưởng và tiện lợi trong quá trình dẫn hơi.
Calorife – khói cũng sử dụng ống truyền nhiệt để truyền nhiệt từ khói
với không khí làm tăng nhiệt độ. Lượng khói nóng được đi trong lòng ống và
không khí đi ngoài ống, các ống được gắn các cánh tản nhiệt tăng bề mặt tiếp
xúc. Khói sử dụng buồng đốt để đốt các nguyên liệu như than, ga, dầu,… để
tạo không khí đốt có nhiệt độ cao. Do nhiệt độ không khí nhiệt độ cao nên khi
đưa về nhiệt độ truyền nhiệt trong ống thì phải tiến hành hòa trộn với không
khí thường ở buồng hòa khí. Sau khi hòa khí để đạt nhiệt độ thích hợp thì
không khí nĩng được dẫn đi trong đường ống đến thiết bị trao đổi nhiệt
calorife.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 45
Tùy vào công suất của thiết bị để lựa chọn công suất truyền nhiệt và
phương thức truyền nhiệt.
Trong bài toán này, thiết bị tương đối nhỏ gọn, không lớn và có công
suất nhỏ nen phương thức sử dụng để gia nhiệt không khí là sử dụng calorife
điện. Loại calorife sử dụng điện năng để phát nhiệt, dạng chuyển đổi năng
lượng từ điện năng sang nhiệt năng. Với loại này thì có thể khống chế nhiệt
độ đơn giản, và kích thước thiết bị nhỏ gọn, thu hẹp được không gian.
Các thanh truyền nhiệt có dạng chữ u, trên mỗi thanh đều được gắn các
cách tản nhiệt theo hình xoắn vít để tăng khả năng tiếp xúc và truyền nhiệt với
không khí.
Chọn công suất truyền nhiệt của mỗi thanh truyền nhiệt Q = 1,5kW.
Theo lượng nhiệt cần cung cấp cho quas trình thì cần sử dụng 4 thanh truyền
nhiệt. Như vậy, tổng công suất truyền nhiệt của quá trình Qt = 6kW.
Bảng16: Các thông số của các tác nhân qua calorife :
Tác nhân sấy
( Khơng khí )
Nhiệt độ vào tw1 = to 25oC
Nhiệt độ ra tw2 = t1 70oC
5.4. CHỌN QUẠT
Trong hệ thống sấy thùng quay, thiết bị được thiết kế với quy mơ nhỏ
nên chỉ cần bố trí một quạt đẩy. Quạt được đặt ở đầu hệ thống có nhiệm vụ
cung cấp không khí qua caloriphe để gia nhiệt sau đó đẩy vào thùng sấy. Tác
nhân sấy đi xuyên qua lớp vật liệu trong thùng, tiếp xúc trực tiếp và thực hiện
quá trình trao đổi nhiệt mang ẩm ra ngoài.
Vận tốc khí:
oángS
Vv (m/s)
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 46
Với :Sống - Diện tích tiết diện ngang của ống (m2).
Chọn quạt ly tâm áp suất trung bình U3-57 có kích thước:
Mặt bích cửa ra : hình vuông B = 165 mm.
Mặt bích cửa vào: hình tròn, D = 210 mm.
Trong các thiết bị sấy thường dùng các loại quạt hướng trục và quạt ly
tâm. Theo áp suất chia thnh 3 loại:
- Quạt áp suất thấp, tổng áp suất tạo ra đến 100 mmH2O.
- Quạt trung áp, tổng áp suất tạo ra từ 100 - 300 mmH2O.
- Quạt cao áp, tổng áp suất tạo ra từ 300- 1500 mmH2O.
Để vận chuyển không khí nóng trong hệ thống sấy em dùng quạt ly tâm
với các thông số được xác định dựa vào cột áp và lưu lượng khơng khí cần
cung cấp.
Để thắng được trở lực trong thùng và Calorife ta chọn quạt trung áp
( 100 mH20 – 300 mH20)
Lưu lượng không khí cần cung cấp cho Caloriphe L = 2125,56 m3/h
Chọn quạt công suất: 1,5 KW
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 47
PHẦN V - KẾT LUẬN
Sau thời gian làm đồ án em đã rút ra được rất nhiều điều bổ ích, tìm
hiểu thêm về các quá trình sấy và các qúa trình truyền nhiệt trong thực phẩm.
Các quá trình nhiệt trong quá trình sấy tương đối phức tạp và rất khó để tính
toán một cách chính xác, các công thức được tìm ra dựa trên thực nghiệm. Do
vậy, trong tính tốn có nhiều sai số không tránh khỏi, cùng một biến số nhưng
có các cách khác nhau để xác định.
Với thiết bị sấy, thùng quay là thiết bị truyền nhiệt đối lưu có chức
năng làm bay hơi ẩm trong vật liệu. Loại này có nhiều ưu điểm hơn so với các
thiết bị sấy đối lưu khác.
Trong quá trình làm đồ án chỉ dựa vào những nguồn tài liệu như sách
vở, chưa qua thực tế nên việc sử dụng cơng thức, số liệu không tránh khỏi sai
số trong quá trình thiết kế.
Để có thể thiết kế được chính xác ta cần lập hệ thống hoạt động thử để
kiểm tra và chọn chế độ làm việc tối ưu. Đồng thời, việc thiết kế hệ thống
phải dựa vào cả những kiến thức thực tế chứ không thể chỉ dựa vào tài liệu lý
thuyết, nên có thể có nhiều điều chưa thật sự chính xác, em rất mong được sự
hướng dẫn, góp ý thêm của các thầy, cô để hệ thống hoàn thiện hơn.
Em chân thành cảm ơn thầy cô!
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, “Quá trình và Thiết bị Công
nghệ Hóa học, tập 5, Quá trình và Thiết bị Truyền nhiệt”, NXB ĐHQG
TPHCM, 2000.
[2]. Phạm Văn Bôn, “Sổ tay dẫn nhiệt không ổn định (phỏng theo
A.V.Luikov) – Thông số nhiệt lý của thực phẩm và nguyên liệu (phỏng theo
A.S.guizbour”, TPHCM, 2004.
[3]. Hoàng Văn Chước, “Kỹ thuật sấy”, NXB KHKT, 1997.
[4]. Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Nguyễn Đình Thọ, “Thiết bị trao đổi
nhiệt”, NXB KHKT, 1999.
[5]. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, “Thiết kế chi tiết máy”,
NXBGD, 2000.
[6]. Nguyễn Văn Lụa, “Kỹ thuật sấy vật liệu”, NXB ĐHQG TPHCM,
2001.
[7]. Vũ Bá Minh, Hoàn minh Nam, “Cơ học vật liệu rời”, NXB KHKT,
1998.
[8]. Hồ Lê Viên, “Thiết kế tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất, tập
1”, NXB KHKT, 1978.
[9]. Hồ Lê Viên, “Thiết kế tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất, tập
2”, NXB KHKT, 1978.
[10]. Các tác giả, “Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất,
tập I”, NXB KHKT, 1999.
[11]. Các tác giả, “Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất,
tập II”, NXB KHKT, 1999.
[12]. Hồng Văn Chước, “ Thiết kế hệ thống sấy” NXB KHXH, 2006.
[13]. Nguyễn Trọng Hiệp, “ Chi tiếtmy” NXB GIÁO DỤC , 2007.
Đồ án chuyên nhành Quá trình - Thiết bị
SVTH: Lê Tiến Thao 49