tinh toan, thiet ke he thong say tieu thung quay_de tai 8

Tính toán và thiết kế hệ thống sấy tiêu thùng quay, năng suất 120 kg khô/ mẻ

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH....................................................................................................4

DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................................5

LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................................6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................................7

1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU HẠT TIÊU......................................................7

1.1.1. Tên gọi và phân loại khoa học.............................................................................7

1.1.2. Thành phần hóa học.............................................................................................9

1.1.3. Phân bố................................................................................................................9

1.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẤY..............................................................10

1.2.1. Bản chất của quá trình sấy.................................................................................10

1.2.2. Phân loại quá trình sấy.......................................................................................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 nghệ.................................................................................16

1.3.2. Giải thích quy trình............................................................................................16

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH..............................................21

2.1. CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY............................................................21

2.2. CÁC CÔNG THỨC SỬ DỤNG..............................................................................21

2.3. TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY..................................................22

2.4. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT.............................................................................27

2.5. TÍNH THỜI GIAN SẤY..........................................................................................28

GVHD: Đào Thanh Khê [1]


2.5.1. Tính cường độ sấy.............................................................................................28

2.5.2. Tính thời gian sấy..............................................................................................30

2.6. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH.........................................................................................30

2.6.1. Tính kích thước thùng quay...............................................................................30

2.6.2. Thời gian lưu.....................................................................................................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 α 1.................32

2.7.2. Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh α 2..34

2.8. TÍNH TRỞ LỰC QUA THÙNG SẤY....................................................................38

2.9. CHỌN KÍCH THƯỚC CÁNH ĐẢO TRONG THÙNG SẤY................................39

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ......................................................................42

3.1. TÍNH CALORIFER CẤP NHIỆT...........................................................................42

3.1.1. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình........................................................................43

3.1.2. Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài ống α 2.............................................44

3.1.2.1. Các thông số của không khí ngoài ống...........................................................44

3.1.2.2. Tính hệ số cấp nhiệt α 2...................................................................................45

3.1.2.3. Tính hệ số cấp nhiệt phía trong ống α 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 thước calorifer............................48

3.1.2.6. Trở lực qua calorifer.......................................................................................49

3.2. TÍNH VÀ CHỌN XYCLON...................................................................................49

3.3. TÍNH TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT.......................................................................52

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN..................................................................................................55



TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................56



DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Cây tiêu………………………………………………………………………...7

Hình 2: Hạt tiêu…………………………………………………………………………8

Hình 3: Biểu đồ dự báo sản lượng 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 của quá trình sấy…………………………..27

Hình 10: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng…………………………………………..35

Hình 11: Hình dạng một số cánh đảo trong thùng…………………………………….39

Hình 12: Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng……………………………………40

Hình 13: Các kích thước của cánh tròn………………………………………………..43

Hình 14: Sơ đồ truyền nhiệt…………………………………………………………...44

Hình 15: Các diện tích bề mặt của ống có cánh……………………………………….45

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



DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực……………………………26

Bảng 2: Các thông số chọn để tính cường độ sấy……………………………………..29

Bảng 3: Bảng M theo d………………………………………………………………..30

Bảng 4: Lưu lượng và khối lượng riêng của không khí sấy trong quá trình sấy thực…31

Bảng 5: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy………………………………32

Bảng 6: L/D theo chuẩn số Reynolds………………………………………………….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 thước của calorifer……………………………………………..42

Bảng 11: Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống…………………………..44

Bảng 12: Các thông số của hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống……………………47

Bảng 13: Kích thước cơ bản của xyclon đơn………………………………………….50



LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam là một trong các nước có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời trên thế giới.

Hiện nay, nông nghiệp vẫn còn chiếm tỉ trọng khá cao trong cơ cấu kinh tế nước ta.Mặc

dù vậy, ngành nông nghiệp vẫn chưa đem lại hiệu quả tương xứng với vị trí của nó trong

nền kinh tế. Nguyên nhân chủ yếu hiện nay là do các khâu thu hoạch, bảo quản và chế

biến nông sản tại Việt Nam thực hiện chưa khoa học. Điều đó làm giảm giá trị các sản

phẩm khi đưa ra thị trường tiêu thụ.

Để cải thiện vấn đề này có rất nhiều phương pháp được đưa ra, trong đó sấy là một

trong những phương pháp thông dụng nhất hiện nay. Sản phẩm sau quá trình sấy có độ

ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao

chất lượng sản phẩm, tăng cảm quan cũng như giá trị kinh tế.

Trong công nghiệp thực phẩm, sấy bằng thùng quay là một trong các phương pháp khá

phổ biến do mang lại hiệu quả kinh tế cao, thuận tiện khi vận hành và tiết kiệm thời gian.

Do đó, người ta thường chọn thiết bị sấy thùng quay trong việc sấy các sản phẩm lương

thực, hạt, quả,…

Trong phạm vi đồ án môn học này, chúng em sẽ 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 rất nhiều song vẫn còn rất nhiều thiếu sót vì đây là lần đầu tiên làm

đồ án nên chưa có kinh nghiệm. Bên cạnh đó trình độ tự nghiên cứu và khả năng tư duy

còn giới hạn nên đồ án của nhóm không thể tránh nhiều thiếu sót. Qua đồ án này, chúng

em kính mong quý thầy cô chỉ bảo để có thể hoàn thiện tốt hơn đồ án cũng như bài tập lớn

mà thầy cô giáo cho chúng em vào những lần sau.

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn, các

thầy cô giáo và bạn bè đã giúp đỡ chúng em hoàn thiện đồ án đúng thời hạn.



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU HẠT TIÊU

1.1.1. Tên gọi và phân loại khoa học

Tên khoa học: Piper nigrum

Giới: Plantae

Ngành: Angiospermae

Lớp: Magnoliidae

Phân lớp: Rosidae

Bộ: Piperales

Họ: Piperaceae

Chi: Piper

Loài: P.nigrum

Hồ tiêu còn gọi là cổ nguyệt, hắc cổ nguyệt, bạch cổ nguyệt (danh pháp hóa học: Piper

nigrum) là một loài cây leo có hoa thuộc họ Hồ tiêu (Piperaceae), trồng chủ yếu để lấy

quả và hạt, thường dùng làm gia vị dưới dạng khô hoặc tươi.

Hình 1: Cây tiêu


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Ph%C3%A2n_l%E1%BB%9Bp_Hoa_h%E1%BB%93ng&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Gia_v%E1%BB%8B

http://vi.wikipedia.org/wiki/Qu%E1%BA%A3

http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%8D_H%E1%BB%93_ti%C3%AAu

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Th%E1%BB%A5_v%E1%BA%ADt_c%C3%B3_hoa&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=C%C3%A2y_leo&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BB%B1c_v%E1%BA%ADt_c%C3%B3_hoa


Hồ tiêu là một loại dây leo, thân dài, nhẵn không mang lông, bám vào các cây khác

bằng rễ. Thân mọc cuốn, mang lá mọc cách. Lá như lá trầu không, nhưng dài và thuôn

hơn. Có hai loại nhánh: một loại nhánh mang quả, và một loại nhánh dinh dưỡng, cả hai

loại nhánh đều xuất phát từ kẽ lá. Đối chiếu với lá là một cụm hoa hình đuôi sóc. Khi

chín, rụng 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 được hồ tiêu trắng, hồ tiêu đỏ, hồ

tiêu xanh và hồ tiêu đen.

Đốt cây rất dòn, khi vận chuyển nếu không cận thận thì cây có thể chết. Quả có một hạt

duy nhất.

Hồ tiêu được thu hoạch mỗi năm hai lần. Muốn có hồ tiêu đen, người 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 chưa 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), người 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

(vì lớp vỏ chứa tinh dầu đã mất) nhưng cay hơn (vì quả đã chín).

Hình 2: Hạt tiêu

1.1.2. Thành phần hóa họcGVHD: Đào Thanh Khê [8]

http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BA%A1t

http://vi.wikipedia.org/wiki/Tr%E1%BA%A7u_kh%C3%B4ng


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 người.

Trong tiêu có 1,2- 2% tinh dầu, 5- 9% piperin và 2,2- 6% 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% tro.

Thường dùng hạt tiêu đã rang chín, thơm cay làm gia vị. Tiêu thơm, cay nồng và kích

thích tiêu hoá, có tác dụng chữa một số bệnh.

Hạt tiêu cũng rất giàu chất chống oxy hóa, chẳng hạn như beta carotene, giúp tăng

cường hệ miễn dịch và ngăn ngừa sự hủy hoại các tế bào, gây ra các căn bệnh ung thư và

tim mạch.

1.1.3. Phân bố

Ở nước ta hồ tiêu được phân bố thành các vùng sản xuất chính ở Bắc Trung Bộ, Duyên

hải Trung Bộ, Tây Nguyên, vùng Đông Nam Bộ và đồng bằng sông Cửu Long, trong đó

Tây Nguyên và Đông Nam Bộ là 2 vùng sản xuất chính. Sản xuất hồ tiêu thường hình

thành các vùng nổi tiếng như: Tân Lâm (Quảng Trị), Lộc Ninh (Bình Phước), Bà Rịa (Bà

Rịa– Vũng Tàu), Phú Quốc (Kiên Giang), Dak R’Lắp (Đăk Nông), Chư Sê (Gia Lai), điều

này tạo điều kiện thuận lợi cho việc quy hoạch thành các vùng sản xuất hàng hóa tập

trung, đạt chất lượng xuất khẩu cao.

Việt Nam hiện là một nước xuất khẩu tiêu đứng hàng đầu thế giới thế nhưng chủ yếu

xuất khẩu ở dạng thô. Vì thế vấn đề bảo quản tiêu hạt để xuất khẩu hết sức quan trọng và

cần thiết trong nền kinh tế quốc dân.


http://vi.wikipedia.org/wiki/Gia_v%E1%BB%8B


Hình 3: Biểu đồ dự báo sản lượng hạt tiêu thế giới năm 2011

Vấn đề bảo quản tiêu nhìn chung là khó, vì tiêu là môi trường thuận lợi rất thích hợp

cho sâu mọt phá hoại. Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượng ban đầu tốt, có độ

ẩm an toàn. Vì vậy, quá trình sấy hạt sau thu hoạch có vai trò quan trọng trong bảo quản,

chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt. Với phương pháp này sẽ bảo quản hạt tiêu

được lâu hơn, dễ dàng trong quá trình vận chuyển, ứng dụng nhiều trong quá trình chế

biến các sản phẩm ăn liền.

1.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

1.2.1. Bản chất của quá trình sấy

Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp, là quá trình

khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh

lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.

1.2.2. Phân loại quá trình sấy

- Người ta phân biệt ra 2 loại:

+ Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió,... Phương pháp này thời gian sấy dài,

tốn diện tích sân phơi, khó điều chỉnh và độ ẩm cuối cùng của vật liệu còn khá lớn, phụ

thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu.



+ Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến tác nhân sấy như

khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt,… và nó được hút ra khỏi thiết bị khi sấy xong.

Quá trình sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên.

- Nếu phân loại phương pháp sấy nhân tạo, ta có:

* Phân loại theo phương thức truyền nhiệt:

+ Phương pháp sấy đối lưu: nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ

môi chất sấy đến vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu. Đây là phương pháp được

dùng rộng rãi hơn cả cho sấy hoa quả và sấy hạt.

+ Phương 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 thường, bức xạ hồng ngoại.

+ Phương 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.

+ Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tầng: nguồn nhiệt cung cấp cho vật sấy

nhờ dòng điện cao tần tạo nên điện trường cao tần trong vật sấy làm vật nóng lên.

+ Phương pháp sấy thăng hoa: được thực hiện bằng làm lạnh vật sấy đồng thời hút

chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa của nước, nước thoát ra khỏi vật

sấy nhờ quá trình thăng hoa.

+ Phương 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 được tháo ra

ngoài.

+ Phương pháp sấy phun: được 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 loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy:

+ Sấy mẻ: vật liệu đứng yên hoặc chuyển động qua buồng sấy nhiều lần, đến khi hoàn

tất sẽ được tháo ra.



+ Sấy liên tục: vật liệu được cung cấp liên tục và sự chuyển động của vật liệu ẩm qua

buồng sấy cũng xảy ra liên tục.

* Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm:

+ Loại thổi qua bề mặt.

+ Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu.

1.2.3. Thiết bị sấy thùng quay

Hình 4: Máy sấy thùng quay

Hệ thống sấy thùng quay là một hệ thống sấy làm việc liên tục chuyên dùng để sấy vật

liệu hạt, cục nhỏ như lúa, ngô (bắp), hạt đậu xanh, hạt tiêu,...

Máy sấy thùng quay là 1 thùng hình trụ đặt nghiêng 1– 6o, có 2 vành đai đỡ, vành đai

này tỳ vào con lăn đỡ khi thùng quay. Vật liệu vào sấy qua phễu nạp vật liệu. Vật liệu



trong thùng không quá 20- 25% thể tích thùng. Sau khi sấy xong, thành phẩm qua bộ

phận tháo sản phẩm ra ngoài.

Bên trong thùng có lắp các cánh đảo để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất sấy đạt

được cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm còn đầu thùng cấm vào lò đốt hoặc

nối với ống tạo tác nhân sấy. Giữa thùng quay, hộp tháo và lò có cơ cấu 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 thải khí sạch ra môi trường.

Khí nóng và vật liệu có thể đi cùng chiều hay ngược chiều ở bên trong thùng. Phía đầu

chỗ nạp liệu bên trong thùng sấy có lắp cánh xoắn 1 đoạn khoảng 700- 1000mm, chiều

dài của đoạn này phụ thuộc vào đường 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 của thùng là 5– 8 vòng/phút.

Các đệm ngăn trong thùng chứa có tác dụng phân phối vừa có tác dụng phân phối đều

cho vật liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật

liệu sấy và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm ngăn (cánh trộn) phụ thuộc vào kích thước vật

liệu sấy và độ ẩm của nó.

Các loại đệm ngăn dùng phổ biến là:

- Đệm ngăn mái chèo nâng và loại phối hợp: dùng khi sấy những vật liệu cực to, ẩm,...

Loại này có hệ số chất đầy vật liệu không quá 0,1– 0,2.

- Đệm ngăn hình quạt có những khoảng thông với nhau.

- Đệm ngăn phân phối hình chữ nhật và kiểu vạt áo được xếp trên toàn bộ tiết diện của

thùng được dùng để sấy các vật liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng quay vật liệu đảo trộn

nhiều lần, bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy lớn.

- Đệm ngăn kiểu phân khu: để sấy các vật liệu đã được đạp nhỏ, bụi. Loại này chỉ cho

phép hệ số điền đầy khoảng 0,15– 0,25.

- Nếu nhiệt độ sấy cần lớn hơn 2000C thì dùng khói lò nhưng không dùng cho nhiệt độ

> 8000C.GVHD: Đào Thanh Khê [13]


Ưu điểm:

+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ sự tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác

nhân sấy. Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100 kg ẩm bay hơi/m3.h.

+ Thiết bị gọn có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.

Nhược điểm: vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị tạo bụi, vỡ vụn. Do đó nhiều

trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy.

1.2.4. Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay

Hình 5: Sơ đồ thiết bị sấy thùng quay

Chú thích:

1. Thùng quay

2. Vành đi đỡ

3. Con lăn đỡ

4. Bánh răng

5. Phễu hứng sản phẩm

6. Quạt hút

7. Thiết bị lọc bụi

8. Lò đốt

9. Con lăn chặn

10. Mô tơ quạt

11. Bê tông

12. Băng tải

Máy sấy thùng quay gồm 1 thùng hình trụ (1) đặt nghiêng với mặt phẳng nằm

ngang 1- 60C. Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ (2).



Bánh đai được đặt trên bồn con lăn đỡ (3), khoảng cách giữa 2 con lăn cùng 1 bệ đỡ

(11) có thể thay đổi để điều chỉnh các góc nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnh thời

gian lưu vật liệu trong thùng. Thùng quay được là nhờ có bánh răng (4). Bánh răng (4) ăn

khớp với bánh răng dẫn động (12) nhận truyền động của động cơ (10) qua bộ giảm tốc.

Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng phễu chứa (14) và được chuyển

dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn. Các đệm ngăn vừa có tác dụng phân bố đều vật liệu

theo tiết diện của thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy

và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật liệu sấy, tính

chất và độ ẩm của nó. Vận tốc của không khí nóng đi trong máy sấy khoảng 2– 3 m/s,

thùng quay 5– 8 vòng/phút. Vật liệu khô ở cuối máy sấy được tháo qua cơ cấu tháo sản

phẩm (5) rồi nhờ băng tải xích (13) vận chuyển vào kho.

Không khí thải được quạt (7) hút vào hệ thống tách bụi,... để tách những hạt bụi cuốn

theo khí thải. Các hạt bụi nhỏ được tách ra, hồi lưu trở lại bằng tải xích (13). Khí sạch thải

ra ngoài.



1.3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY TIÊU

1.3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ

1.3.2. Giải thích quy trình

Công đoạn 1: Làm sạch

Để chế biến tiêu đen, tiêu được hái cả chum quả khi thấy chùm có lác đác quả chín

hoặc quả đã chuyển sang vàng. Dùng máy tách hạt để tách hạt ra khỏi chum ngay hay có


Tiêu

Bảo quản

Đóng bao

Cân

Làm nguội

Sấy

Xử lý vi sinh

Phân loại tỉ trọng xoắn ốc

Sàng đá

Sàng tạp chất

Nguyên liệu


thể để dồn 2– 3 ngày mới tách hạt tùy theo khối lượng tiêu thu hái được. Để việc tách hạt

được dễ dàng người ta thường ủ quả trong bao hay dồn đống lại rồi lấy bạt phủ lên trong

vòng 12– 24 giờ, sau đó mới đem tách hạt.

Hạt tiêu nguyên liệu được đưa vào một hộp nạp liệu xây chìm dưới đất sau đó được

chuyển vào sang tạp chất thông qua một gầu tải. Sàng tạp chất hoạt động dựa trên nguyên

lý khí động học, nguyên lý phân cách về trọng lượng và nguyên lý phân cách về thể tích.

Do vậy, sàng tạp chất có thể tách được khoảng 90% lượng tạp chất lẫn trong hạt tiêu gồm:

tạp chất nhỏ hơn hạt tiêu, tạp chất lớn hơn hạt tiêu và tạp chất nhẹ hơn hạt tiêu (bao gồm

cả bụi).

Ngoài ra do có gắn một bộ phận từ tính nên sàng tạp chất còn có tác dụng tách sắt thép

lẫn trong nguyên liệu.

Hạt tiêu nguyên liệu sau khi rời khỏi sàng tạp chất có kích thước trong khoảng từ 2,5

mm đến 6,5 mm.

Công đoạn 2: Tách đá sạn

Hạt tiêu trước khi vào máy tách đá sạn vẫn còn lẫn những hạt sạn kích cỡ với hạt tiêu.

Máy tách đá sạn hoạt động dựa trên nguyên lý khác biệt về tỷ trọng của hạt tiêu cùng kích

cỡ. Hạt tiêu nhẹ hơn sẽ được một luồng khí nâng lên tạo thành một dòng chảy song song

với lưới sàng để chảy ra ngoài. Trong khi đó hạt sạn nặng hơn sẽ rơi xuống va đập với các

hạt của rãnh lưới và chảy ngược về sau để thoát ra ngoài.

Công đoạn 3: Phân loại tỷ trọng xoắn ốc

Hạt tiêu sau quá trình làm sạch, phân loại kích cỡ, tách đá sạn và phân loại bằng khí

động học vẫn còn khác nhau về hình dạng: móp méo hoặc tròn hay còn lẫn những cọng

tiêu.

Máy phân loại hình dạng kiểu oắn ốc được cấu tạo bởi những vách ngăn xoắn ốc quanh

trục thẳng đứng. Hỗn hợp hạt tiêu gồm hạt tiêu biến dạng và hạt tròn được nạp vào miệng

trên của máy phân loại. Bởi vì hạt tiêu chảy xuống theo chiều xoắn ốc dưới tác động của



trọng lực. Các hạt tròn xoay tròn trên gia tốc tăng dần đến một điểm mà chúng xoay tròn

theo độ nghiêng vách ngăn nằm rìa ngoài và được tách ra, còn những hạt biến dạng khi

rơi tự do trên máng xoắn ốc bị lực ma xát cao hơn tốc độ dòng chảy không bằng hạt tròn.

Do đó các hạt biến dạng chảy gần hơn trục của máy xoắn ốc và được đưa ra ngoài.

Công đoạn 4: Rửa và xử lí vi sinh bằng hơi nước

Để khử các vi sinh vật có hại nhất là khuẩn Salmonella, người ta sử dụng hơi nước với

áp suất từ 2– 3 kg/cm2 có nhiệt độ từ 120– 1400C để phun vào hạt tiêu trong thời gian

ngắn nhất (khoảng 20– 40 giây). Trong quá trình hấp thụ hơi nước nóng hạt tiêu được

chuyển qua trống trích ly nước trước khi qua hệ thống sấy.

Công đoạn 5: Sấy

Đối với các nguyên liệu hạt, người ta thường áp dụng phương pháp sấy đối lưu. Không

khí nóng được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động

chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy ra ngoài.

Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển

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

Hình 6: Sơ đồ sấy nguyên liệu

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy:

- Nhiệt độ sấy:



Rau quả, hạt là sản phẩm chịu nhiệt kém: trên 900C thì đường fructose bắt đầu bị

caramel hoá, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hoá các hợp chất cao phân tử xảy ra

mạnh. Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, nó có thể bị cháy. Do vậy, để sấy hạt nông sản thường

dùng chế độ sấy ôn hoà. Tuỳ theo loại nguyên liệu, 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 bề mặt mặt quả bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm. Ngược lại, nếu

tốc độ tăng chậm thì cường độ thoát ẩm yếu.

- Độ ẩm không khí:

Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tương đối của nó

xuống. Sấy chính là biện pháp tăng khả năng hút ẩm của không khí bằng cách tăng nhiệt

độ.

Thông thường khi vào buồng sấy, không khí có độ ẩm 10- 13%. Nếu độ ẩm của không

khí quá thấp sẽ làm hạt nông sản nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hưởng

xấu đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo. Nhưng nếu độ ẩm quá cao sẽ làm tốc độ sấy

giảm.

Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩm của rau quả tươi nên độ ẩm tăng lên

(thông thường khoảng 40- 60%). Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp thì sẽ tốn năng

lượng. Ngược lại, nếu quá cao sẽ dễ bị đọng sương, làm hư hỏng sản phẩm sấy. Người ta

điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lưu thông của nó và lượng

rau quả tươi chứa trong lò sấy.

- Lưu thông của không khí:

Trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức. Trong các lò

sấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4 m/s), do vậy thời gian sấy

thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao. Để khắc phục nhược điểm này,

người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4- 4,0 m/s

trong các thiết bị sấy. Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4,0 m/s) sẽ gây tổn thất nhiệt lượng.

- Độ dày của lớp sấy:



Độ dày của lớp hạt nông sản sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy.Lớp nguyên liệu

càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm

năng suất của lò sấy. Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông của không khí,

dẩn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại.

Thông thường nên xếp lớp rau quả trên các thiết bị sấy với khối lượng 5– 8 kg/m 2 là

phù hợp. Đối với nguyên liệu hạt tiêu, ta chọn chế độ sấy ở 50– 600C trong thời gian 2 giờ

cho thiết bị sấy thùng quay.

Công đoạn 6: Làm nguội sau sấy và phân loại

Sau khi sấy, hạt tiêu được đưa vào một thùng làm nguội và một lần nữa hạt tiêu được

tách tạp chất gồm bụi vỏ hạt tiêu phát sinh sau quá trình sấy. Sau đó hạt tiêu được đưa vào

máy phân loại hình dạng kiểu xoắn ốc (lần 2).

Công đoạn 7: Cân định lượng tự động

Hạt tiêu thành phẩm được đưa vào thùng

chứa để trữ hoặc được đưa vào hệ thống cân

tự động định lượng theo yêu cầu. Cân định

lượng được tự động hóa điều khiển bằng hệ

thống điện tử có hiển thị số với giai bậc từ

30– 60kg mà sai số cho phép là ± 45g/50kg

năng suất 200bao/giờ.

- Sản phẩm thu được: tiêu đen sạch đạt

tiêu chuẩn ASTA. Hình 7: Hạt tiêu sấy thành phẩm

- Công suất: 4000 tấn/ năm.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

2.1. CÁC THÔNG SỐ TÁC NHÂN SẤY



Các ký hiệu:

- G1, G2: lượng vật liệu trước và sau khi sấy (kg/h).

- Gk: lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h).

- W1, W2: độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính trên căn bản ướt (%).

- W: lượng ẩm được tách ra khỏi vật liệu (kg/h).

- L: lượng không khí khô (kkk) tuyệt đối qua máy sấy (kg/h).

- do: hàm ẩm của không khí ngoài trời (kg ẩm/kg kkk).

- d1: hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk).

- d2: hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk).

2.2. CÁC CÔNG THỨC SỬ DỤNG

Dùng tác nhân sấy là không khí.

- Phân áp suất bảo hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ:

pb=exp (12−4026 ,42

235 ,5+toC ) [bar] (CT 2.11/14),[6]

- Độ chứa ẩm:

d=0 ,621ϕ . pb

B−ϕ . pb[kg/kgkkk] (CT 2.15/15),[6]

Với: B: áp suất khí trời, B = 1 at = 0,981 bar.

- Enthapy của không khí ẩm:

H=C pk .t +d .(r+C pa . t )=1 , 004 .t +d .(2500+1 ,842. t ) [kj/

kgkkk](CT 2.17/15),[6]

Với: * Cpk: nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk= 1,004 kJ/kg0K.

* Cpa: nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa= 1,842 kJ/kg0K.

* r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r = 2500 kJ/kg.



- Thể tích riêng của không khí ẩm:

v= RTM ( B−ϕ . pb )

=288 .TB−ϕ . pb

[m3/kgkkk] 6,[8]

Với: * R: hằng số khí, R = 8314 J/kmol.độ.

* M: khối lượng không khí, M = 29 kg/kmol.

* B, pb: áp suất khí trời và phần áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí,

N/m2.

- Lưu lượng không khí ẩm:

V = v.L [m3/kg] 6,[8]

Với: * L: lưu lượng không khí khô, kg/h.

* v: thể tích riêng của không khí ẩm, m3/h.

- Khối lượng riêng của không khí ẩm:

ρk=ρo To

T (1−0 , 378. ϕ . pb

B ) [kg/m3]6,[8]

Trong đó: * o = 1,293 kg/m3: khối lượng riêng của không khí khô ở điều kiện chuẩn.

* T0 = 2730K: nhiệt độ không khí ở điều kiện chuẩn.

2.3. TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY

- Trạng thái không khí ngoài trời: được biễu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặp

thông số (t0, φo).



Hình 8: Đồ thị H- d của không khí ẩm



- Do vật liệu sấy là tiêu hạt có thể được trồng và thu hoạch nhiều vụ trong một năm,

tuy nhiên tính theo mùa mưa, ít nắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanh năm. Vì vậy, ta

chọn trạng thái A theo giá trị nhiệt độ và độ ẩm trung bình của Thành phố Hồ Chí Minh:

A: to= 27oC

φo = 84%

pbo=exp(12−

4026 ,42235 ,5+ to

)=exp (12−4026 ,42235 , 5+27 )=0 , 035482 [bar] (CT 2.11/14),[6]

do=0 ,621 .ϕo . pb

o

B−ϕo . pbo

=0 ,621 .0 ,84 .0 ,035482

0 ,981−0 ,84 .0 , 035482=0 ,019459 [kg/kgkk] (CT 2.15/15),[6]

Ho=1 ,004 . to+d0 .(2500+1 ,842 . to )=1 ,004 . 27+0 , 019459 .(2500+1 , 842.27 )=76 ,723

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

vo=288 .T o

B−ϕo . pbo

=288(27+273 )0 ,981 .105−0 ,84 .0 , 035482 .105 =0 , 90833 [m3/kgkk] 6,[8]

- Không khí được đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 = do) đến trạng thái

B (d1, t1). Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy.

Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 = do) đến trạng

thái B (d1, t1). Điểm B là điểm nhiệt độ sấy sao cho nguyên liệu sấy không bị cháy. Trạng

thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy.

Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chất của vật liệu

sấy và chế độ công nghệ quy định. Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấp

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 tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp bề mặt của

hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong

lòng vật liệu ra ngoài.

Theo kinh nghiệm sấy tiêu thủ công thì nhiệt độ không khí sấy từ 50- 60oC.



Do đó chọn điểm B: t1 = 55oC

d1 = do = 0,019459 (kg/kgkkk)

pb1=exp (12−

4026 ,42235 ,5+t 1

)=exp(12−4026 , 42235 ,5+55 )=0 , 15562 [bar] (CT 2.11/14),[6]

d1=0 , 621ϕ1 . pb

1

B−ϕ1 . pb1 d1.B = 0,621.ϕ1 .

pb1+ d1.

ϕ1 .pb

1

d1.B = ϕ1 .pb

1(0,621 + d1)

⇒

ϕ1=d1 . B

pb1(0 ,621+d1 )

= 0 , 019459.0 , 9810 , 15562.(0 ,621+0 , 019459 )

=0 , 19153

H1=1 ,004 .t1+d1 .(2500+1 , 842 .t1 )=1 , 004 .55+0 , 019459.(2500+1, 842 .55 )=105 , 839

[

kJ/kgkkk]

(CT 2.17/15),[6]

v1=288 . T1

B−ϕ1 . pb1

=288 (55+273 )0 , 981 .105−0 , 19153 . 0 ,15562 .105 =0 , 99311

[m

3/kgkkk]

6,[8]

- Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy lý

thuyết (H1 = H2). Trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C (t2, 2).

Nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt độ 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 độ chứa 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.

Với: H1= H2= 105,839 (kJ/kgkk)

ϕ = 100%

Chọn t2= 35oC


tđs ≈ 31oC


pb2=exp (12−

4026 ,42235 ,5+t 2

)=exp(12−4026 ,42235 ,5+35 )=0 ,055849 [bar] (CT 2.11/14),[6]

H2=1 ,004 .t2+d2(2500+1 ,842. t2)

d2=H 2−1 , 004 . t2

2500+1 , 842. t2

=105 ,839−1 , 004 .352500+1 ,842 . 35

=0 , 027569[kg/

kgkk]

ϕ2=d2 . B

pb2(0 ,621+d2 )

= 0 , 027569 . 0 ,9810 , 055849 .(0 , 621+0 , 027569)

=0 , 74665

v2=288 . T2

B−ϕ2 . pb2

=288(35+273 )0 , 981 .105−0 ,74665 . 0 , 055849.105 =0 , 94436

[

m3/kgkk]

Bảng 1: Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực

Đại lượngTrạng thái không khí

ban đầu (A)

Trạng thái không khí

vào thiết bị sấy (B)

Trạng thái không khí

ra khỏi thiết bị sấy

(B)

t (oC) 27 55 35

ϕ (%) 0,84 0,19153 0,74665

d (kg/kgkk) 0,019459 0,019459 0,027569

H (kJ/kgkk) 76,723 105,839 105,839

pb (bar) 0,035482 0,15562 0,055849

v (m3/kgkk) 0,90833 0,99311 0,94436



Hình 9: Đồ thị biểu diễn ba điểm A, B, C của quá trình sấy

2.4. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

- Năng suất thiết bị sấy theo nhập liệu:

G1=G2 .1−ω2

1−ω1

=120 .1−0 , 081−0,4

=184[kg/h]

114,[12]

- Lượng ẩm cần tách:

W = G1 – G2 = 184 – 120 = 64 [kg/h] 115,[12]

- Lượng tác nhân khô cần thiết:

L= Wd2−d1

=640 , 027569−0 ,019459

=7891,492 [kg/h] 115,[12]

- Lượng tác nhân tiêu hao riêng:

l= LW

= 1d2−d1

= 10 , 027569−0 ,019459

=123 , 305 [kgkk/kg ẩm] 115,[12]

- Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:

Qc = L.(H2 - Ho) = 7891,492.(105,839 – 76,723) = 229768,681 [kj/h] 116,[12]

qc = l.(H2 - H0) = 123,305.(105,839 - 76,723) = 3590,148 [kj/kg ẩm] 116,[12]



Với quá trình sấy thực tế tổn thất nhiệt là 10%:

Qc thực tế = Qc + 10%Qc = 229768,681 + 10%.229768,681

= 252745,549[kj/h]

- Tính hiệu suất sấy:

Gọi Qhi: nhiệt hữu ích, là nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu

Qhi = W . [rtv1 +Ca .( t2 -tv1) ] Trong đó: rtv1: ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào; rtv1 = 2500.

Ca: là nhiệt dung riêng của ẩm.

Với ẩm là hơi nước thì Ca = Cpa = 1,842 (kJ/kg.K).

t2: nhiệt độ không khí ra khỏi thiết bị sấy.

tv1: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường:

tv1= to = 27oC.

Qhi = 64 .[ 2500+1,842.(35-27 ) ] = 160943,104 [kj/h] 69,[6]

Hiệu suất sấy:

η = Qhi

Q=160943,104

25274,549.100% = 64 [%] 13,[8]

2.5. TÍNH THỜI GIAN SẤY

2.5.1. Tính cường độ sấy

- Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy:

t k=t1+t2

2=55+35

2=45 [oC]

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

ϕk=ϕ1+ϕ2

2=0 , 19153+0 ,74665

2=0 , 46909

- Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong tác nhân sấy:



pb=exp (12−4026 ,42235 ,5+t )=exp (12−4026 ,42

235 , 5+45 )=0 ,094947 [bar]

- Khối lượng riêng của tác nhân:

ρk=ρo T o

T (1−0 , 378 .ϕk . pb

B )¿1 ,293 .273( 45+273 ) (1−0 ,378 .0 , 46909.0 ,094947

0 ,981 )=1 ,09098[kg/m3] 6,[8]

- Chọn các thông số để tính cường độ sấy:

Bảng 2: Các thông số chọn để tính cường độ sấy

STT Đại lượng Ký hiệu Đơn vịKhoảng giới

hạn

Tài liệu

tham khảoChọn

1

Tốc độ trung bình

của tác nhân trong

thùng sấy

vk m/s 2- 3 [8] 2,2

2Số vòng quay của

thùngn v/ph 0,5- 8 [7] 1

3Hệ số chứa đầy của

vật liệu trong thùngβ

phần

đơn vị

Đối với

thùng có

cánh nâng,

β = 0,18

[6] 0,18

4 Đường kính trung

bình hạt vật liệud m [6] 0,007

5 Khối lượng riêng thể

tích vật liệuv kg/m3

Thực

nghiệm750

6 Số cánh trong thùng Z cánh [6] 8



2.5.2. Tính thời gian sấy

τ=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 đường 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 thước thùng quay

- Thể tích thùng sấy:

V T=G1 . τ

ρv . β=184 . 5 , 17

750 . 0 ,18=7 , 05 [m3] (6.45a/178),[13]

Chọn đường kính thùng theo tiêu chuẩn DT = 1,2m.

- Chiều dài thùng:

LT=4V T

πDT2=4 .7 ,05

π . 1,22=6 ,2340

[m]

⇒

LT

DT

=6 ,23401,2

=5 ,195

⇒ Thỏa điều kiện

LT

DT

=4÷8

Chọn LT = 6,5m

Khi đó, thể tích của thùng sấy:

V T=πDT

2

4. L= π . 1,22

4.6,5=7 ,3513 [m3] (CT 6.45a/178),[13]



2.6.2. Thời gian lưu

Thời gian mà vật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vật liệu đi hết chiều dài thùng):

τ1=V T β . ρv

G1

=7 , 3513 . 0 ,18 . 750184

=5 ,3936 [h]

⇒ Thỏa điều kiện 1 ≥

2.6.3. Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy

Bảng 4: Lưu lượng, khối lượng riêng không khí sấy của quá trình sấy thực

Đại

lượng

Ký hiệu–

Đơn vị

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

Ghi chú

Nhiệt độ t (oC) 27 55 35 Bảng 1

Độ ẩm φ (đơn vị) 0,84 0,19153 0,74665 Bảng 1

Lưu

lượng

V (m3/h) 7064,148 7717,248 7349,347

V (m3/s) 1,96226 2,14368 2,04149

Khối

lượng

riêng

(kg/m3) 1,177 1,0765 1,1465

- Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:

V=V 1+V 2

2=7717 , 248+7349 , 347

2=7533 ,298

[m3/h]

= 2,0926 [m3/s]

- Tiết diện chảy của tác nhân:

F=(1−β ). FT=(1−β )π .DT

2

4=(1−0 , 18 ) π . 1,22

4=0 ,9274 [m2] 17,[8]



- Vận tốc tác nhân sấy:

vk' =V

F=2 ,0926

0 ,9274=2 , 2564 [m/s] 17,[8]

- Sai số so với vận tốc chọn:

ε=vk

' −vk

vk' . 100 %=2, 2564−2,2

2 ,2564. 100 %=2 , 4996 [%] 17,[8]

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 được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy.

2.7.1. Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng α 1

Bảng 5: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy

STT Thông số Kí hiệu Đơn vịNguồn– công

thứcGiá trị

1 Vận tốc vk m/s Bảng 2 2,2

2 Nhiệt độ trung bình tkoC Bảng 2 45

3 Hệ số dẫn nhiệt k W/m.oK 258,[6] 0,02865

4 Độ nhớt k Ns/m2 258,[6] 1,985.10-5

5 Khối lượng riêng k kg/m3 258,[6] 1,0765

6 Độ nhớt động k m2/s νk=μk

ρk1,8439.10-5

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

Chuẩn số Reynolds:

Re=vk DT

νk

= 2,2. 1,21 ,8439 . 10−5

=1, 43175 . 105



Re > 104 dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy. Quá trình truyền nhiệt trong thùng

xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy rối, là quá trình truyền

nhiệt do sự trộn lẫn của các lớp lưu chất trong và ngoài xa trục của dòng chảy. Có thể bỏ

qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên.

Vậy, quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đối

lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống có

LD

<50.

- Chuẩn số Nusselt đối với không khí:

Nu = 0,018.ε l.Re0,8

Trong đó:

ε l=f (Re,LD )

Bảng 6: L/D theo chuẩn số Reynolds

Ref

L/D

1 2 5 10 15 20 30 40 50

1.104 1,65 1,50 1,34 1,23 1,17 1,13 1,07 1,03 1

2.104 1,51 1,40 1,27 1,18 1,13 1,10 1,05 1,02 1

5.104 1,34 1,27 1,18 1,13 1,10 1,08 1,04 1,02 1

1.105 1,28 1,22 1,15 1,10 1,08 1,06 1,03 1,02 1

1.106 1,24 1,11 1,08 1,05 1,04 1,03 1,02 1,01 1

Với: Re = 1,43175.105

LD

=5 ,195

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

- Hệ số cấp nhiệt α 1:


- ε l = 1,1447


α 1=Nu . λk

DT

=274 ,5731 .0 , 028651,2

=6 ,5554(W/m2.K)

2.7.2. Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh α 2

Quá trình truyền nhiệt từ thành ngoài của thiết bị sấy đến môi trường xung quanh là

quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên và do bức xạ nhiệt.

Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên α’2

- Do thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng γ= 1,7o nên việc xác định hệ số cấp

nhiệt do đối lưu tự nhiên xem như là xác định hệ số cấp nhiệt của ống nằm ngang khi

không khí có thể tích lớn chuyển động tự do. Đối với trường hợp này, các hằng số vật lý

khi tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chất ở xa ống, tức là lấy

theo nhiệt độ trung bình của không khí môi trường.

Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy

STT Thông số Kí hiệu Đơn vịNguồn– công

thứcGiá trị

1 Nhiệt độ tooC Phần 2.3 27

2 Hệ số dẫn nhiệt o W/m.oK 258,[6] 0,02646

3 Độ nhớt o Ns/m2 258,[6] 1,8292.10-5

4 Áp suất hơi bão hòa pb bar Phần 2.3 0,035482

5 Khối lượng riêng o kg/m3 258,[6] 1,177

6 Độ nhớt động o m2/s ν0=μ0

ρ01,5594.10-5

- Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng (phía tiếp xúc với không khí): tw4 = 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 người làm việc.

- Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem như nhiệt độ không đổi khi truyền qua bề

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



Hình 10: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng

- Chọn các bề dày của thùng:

Bảng 8: Các bề dày thùng và vật liệu

STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị chọn (m) Vật liệuHệ số dẫn nhiệt

(W/mK)

1 Bề dày thùng 1 0,008 CT3 50

2 Bề dày lớp cách nhiệt 2 0,001Bông thủy

tinh0,05

3 Bề dày lớp bảo vệ 3 0,001 CT3 50

- Đường 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=g . Dng

3 .β . ΔT

νo2

=g . Dng

3 . ΔT

νo2 T

=g .Dng

3 .( tw 4−to )

νo2 (to+273 )

=9 ,81 .1,223 .(35−27 )

(1,5675 .10−5 )2 .(27+273 )=1,9333 .109

- Chuẩn số Nusselt:


tk

d3d2d1

tw1tw4 to

d1 : bề dày thân thùng

d2 : bề dày lớp cách nhiệt d3 : bề dày lớp bảo vệ


Nu = 0,47. Gr0,25 = 0,47. (1,9333.109)0,25 = 98,55364

- Hệ số cấp nhiệt α’2:

α2' =

Nu .λo

Dng

=98 ,55364 .0 ,026461 ,22

=2 ,1375 [W/m2K] 12,[12]

Hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt α’’2

α 2' '=

Qbx

F (T1−T 2)=5 , 67 . ε1−2 .

[( T 1

100 )4

−( T 2

100 )4 ]

(T1−T 2)[W/m2K] 23,[12]

Trong đó:

Qbx : nhiệt trao đổi do bức xạ (W)

F : bề mặt bức xạ (m2)

T1 : nhiệt độ của vật thể nóng, T1= Tw4

T2 : nhiệt độ của vật thể nguội, là nhiệt độ không khí bao quanh thùng, T2 = To

α 1−2: độ đen của hệ.

Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vật thể

nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể: ε1-2 ≈ ε1 = 0,8- 1

Chọn ε1-2 = 0,8.

α 2' '=

Qbx

F (T 1−T 2 )=5 , 67 . ε1−2 .

[(T 1

100 )4

−(T 2

100 )4 ]

(T 1−T2 )

¿5 ,67 .0,8 .[(35+273

100 )4

−(27+273100 )

4 ](35−27 )

=5 ,0983

[W/m2.K] 23,[12]

Hệ số cấp nhiệt chung ε2

α 2=α2' +α 2

' '=2 , 1375+5 , 0983=7 ,2358 [W/m2.K]



Hệ số truyền nhiệt K

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

đường kính, khi bỏ qua nhiệt trở xem như qua vách phẳng.

K= 1

1α1

+∑i=1

3 δ i

λ i

+ 1α2

= 11

6 , 5554+

0 , 00850

+0 , 0010 ,05

+0 ,00150

+1

7 ,2358

=3 , 2162[W/m2.K] 25,[12]

Tính bề mặt truyền nhiệt F

- Đường kính trung bình của máy sấy:

Dtb=DT+Dng

2=1,2+1, 22

2=1 , 21 [m]

- Bề mặt truyền nhiệt: gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặt đầu của

thùng:

F=π . Dtb . LT+2 .π . Dtb

2

4=π . 1 ,21 . 6,5+2.

π . 1 ,212

4=27 , 0084 [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 trường xung quanh, t2đ = t2c = to = 27oC

- Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy:

∆tđ = t1đ – t2đ = 55 – 27 = 28 (oC)

∆tc = t1c – t2c = 35 – 27= 8 (oC)



- Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài:

Δt tb=Δtđ−Δt c

lnΔt đ

Δtc

=28−8

ln288

=15 , 9647[oC]

2.8. 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 được

tính theo các công thức kinh nghiệm.

- Chuẩn số Reynolds:

Re=vk . d . ρk

μk

=2,2. 0 , 007 .1 ,07651 , 985 .10−5

=835 , 1688 12,[12]

- Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy:

ρdx=0 ,25 .(G1+G2 ). β

0 ,75 .2 .V=

0 ,25 .(184+120 ) .0 , 180 ,75 .2.7 , 3513

=1 , 2406 [kg/m3] 8.16/118,[6]

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

ΔPhat=a .L . vk

2 . ρk . C

2 .g . d[mmH2O] 8.14/118,[6]

Trong đó:

a: hệ số thủy động

a=5 ,85+490Re

+100

√Re=5 , 85+490

835 ,1688+100

√835 ,1688=9 ,897 8.15/118,[6]

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

C=1−ζ

ζ2 Với:

ζ =ρv−ρdx

ρv

=750−1 , 2406750

=0 , 99835



C=1−ζ

ζ2=1−0 ,99835

0 ,998352=1, 6555 .10−3

8.16/118,[6]

ΔPhat=a. L. vk

2 . ρk .C

2 .g . d=

9 ,897 .6,5 . 2,22 .1 , 0765 . 1, 6555 .10−3

2. 9 ,81 .0 , 007=4 , 0403

=39 , 6353

[mmH2O]

[N/m2]

24,[8]

2.9. CHỌN KÍCH THƯỚC CÁNH ĐẢO TRONG THÙNG

Hình 11: Hình dạng một số cánh đảo trong thùng

- Sử dụng cánh nâng có các thông số đặc trưng như sau: (Bảng 6.1, [8]):

Hệ số chứa đầy: β= 18%

Góc gấp của cánh: δ= 140o

hDT

=0 ,576;

Fc

DT2=0 ,122

(Sách Kĩ thuật sấy vật liệu của Nguyễn Văn Lụa)

Với: h: chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu

DT : đường kính thùng

Fc : bề mặt chứa vật liệu của cánh.

Fc = 0,122.DT2 = 0,122.1,22 = 0,1757 (m2)



Chọn: Chiều rộng cánh: b = 0,155 m

Chiều cao cánh: d = 0,08 mm

Chiều dài cánh: l=

Fc

b+d= 0 ,1757

0 , 155+0 , 08=0 , 750(m )

Chiều dày cánh: f = 5mm

Số cánh trên một mặt cắt: 8 cánh.

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

nhập liệu của thùng lắp cánh xoắn để dẫn vật liệu vào thùng, với chiều dài 0,5m.

- Tỷ lệ chứa đầy vật liệu trong thùng:

β=Fcd

F1

F1 : tiết diện ngang của thùng

Hình 12: Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng

F1=πDT

2

4=3 , 14 . 1,22

4=1 , 1304

[m2]

Fcđ: tiết diện chứa đầy


Ft

R α

h

Fcđ


Fcđ = β.F1 = 0,18.1,1304 = 0,2034 [m2]30,[8]

Do:

Fcđ=απ R2

180−R2 . sin 2 α

2

⇒α . π180

−sin 2 α2

=0 , 2034

0,62=0 , 566

⇒α=55o

Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng:

h = R – Rcosα = 0,6- 0,6.cos(55o)= 0,255 (m)



CHƯƠNG 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 thường dùng hai loại calorifer là calorifer khí– hơi và calorifer khí– khói. Ở đây

ta chọn calorifer khí– hơi, loại thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm, làm bằng giàn ống có

cánh. Trong ống là hơi nước bão hòa ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động.

Hệ số trao đổi nhiệt của nước ngưng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa

mặt ngoài của ống với không khí, do đó bên ngoài ống phía không khí được làm cánh để



tăng cường truyền nhiệt. Vậy calorifer sử dụng là loại ống chùm với ống có cánh.

Calorifer được bố trí nằm ngang.

Theo sách Kĩ thuật sấy của Nguyễn Văn Phú, trong các loại calorifer khí hơi, không

khí thường được đốt nóng không quá 120oC.

Bảng 9: Các thông số của các tác nhân qua calorifer

Tác nhân sấy Không khíNhiệt độ vào t2đ = to 27oC

Nhiệt độ ra t2c = t1 55oC

Hơi đốt Hơi nước bão hòa ngưng tụÁp suất p 2 at

Nhiệt độ ngưng tụ T 120oC

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

Bảng 10: Một số kích thước của calorifer

Thông sốKý

hiệuĐơn vị Giá trị Ghi chú

Ống

Chiều dài L m 1,2 Chọn

Đường kính ngoài d2 m 0,032Chọn

Bề dày ống δ m 0,0032

Đường kính trong d1 m 0,0256 d1 = d2 – 2δ

Bước ống ngang

dòng lưu chấts1 m 0,08 Chọn

Bước ống dọc

dòng lưu chất

ngoài ống

s2 m 0,06928

Trường hợp xếp ống so le (ở

đỉnh tam giác đều) (33,[8])

s2 = 0,866.s1

Cán

h

Chiều dài cánh h m 0,002

ChọnKhoảng cách giữa

2 cánh liên tiếptc m 0,005

Bề dày cánh δ c m 0,0005

Đường kính cánh dc m 0,036 dc = d2 + 2h



Hệ số dẫn nhiệt của vật

liệu làm ống và cánhλ W/mK 57 Thép CT20

Hình 13: Các kích thước của cánh tròn

3.1.1. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình

- Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của calorifer:

∆tmax = T – t2đ = 120 – 27 = 93 (oC)

∆tmin = T – t2c = 120 – 55 = 65 (oC)

Hình 14: Sơ đồ truyền nhiệt

Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và hơi nước cấp nhiệt:


s1

d2

tδ c

dc

s2

s1

F

t

t2đ

t2c

T


Δt tb=Δt max−Δtmin

ln(Δtmax

Δtmin

)=93−65

ln(9365

)=78 ,166

[oC]

3.1.2. Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài ống α 2

3.1.2.1. Các thông số của không khí ngoài ống

Tác nhân sấy là không khí ở nhiệt độ môi trường t2đ = to = 27oC sau khi qua calorifer

sẽ được gia nhiệt lên t2c= t1 = 55oC để đi vào thùng sấy.

Bảng 11: Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống

ST

TThông số Kí hiệu Đơn vị

Nguồn–công

thứcGiá trị

1 Nhiệt độ trung bình tkoC t k=

to+t1

241

2 Độ ẩm trung bình φk đơn vị ϕk=ϕo+ϕ1

20,51577

3 Hệ số dẫn nhiệt k W/m.oKPhụ lục 6, 258,

[6]0,02767

4 Độ nhớt k Ns/m2Phụ lục 6, 258,

[6]1,915.10-5

5 Áp suất hơi bão hòa pb Bar 0,077143

6 Khối lượng riêng k kg/m3Phụ lục 6, 258,

[6]1,1245

7 Độ nhớt động k m2/s νk=μk

ρk1,7030.10-5

3.1.2.2. Tính hệ số cấp nhiệt α 2

GVHD: Đào Thanh Khê [45]l

F2l

F1l Fo

l

Fcl

Fc

l: diện tích phần cánh của một ống.

Fo

l: diện tích phần không cánh của một ống.

F2

l: diện tích ngoài của một ống có cánh (phía không

khí).

F1

l: diện tích trong của một ống có cánh (phía hơi

nước ngưng tụ).


Hình 15: Các diện tích bề mặt của ống có cánh

- Số cánh trên một ống:

nc=L

t c+δ c

= 1,20 ,005+0 ,0005

=218 ,182 (cánh)

Làm tròn nc = 219 cánh.

- Diện tích phần không làm cánh của một ống:

Fol =π .d2 . t c .nc=π .0 , 032 .0 ,005 . 219=0 ,11008 [m2] 35,[8]

- Diện tích phần cánh của một ống:

Fcl=2 .( π .dc

2

4−

π .d22

4 ) .nc=2 .( π . 0 ,0362

4−

π .0 ,0322

4 ). 219=0 ,093569 [m2] 219,[6]

- Đường kính tương đương của ống:

d E=Fo

l . d2+Fcl .√ Fc

l

2nc

Fol +Fc

l=

0 , 11008. 0 , 032+0 ,093569.√ 0 , 0935692. 219

0 ,11008+0 , 093569=0 , 024013

[m] 219,[6]

Chọn vận tốc của dòng khí vào calorifer là ω = 2,5 m/s.

- Vận tốc không khí tại khe hẹp nhất của calorifer:

ωmax=ω

1−( d2

s1

+2.h .δ c

s1 .( t c+δ c ))= 2,5

1−( 0 ,0320 ,08

+2.0 ,002.0 ,0005

0 ,08 .(0 ,005+0 ,0005 ))=4 ,1985

[m/s] 36,[8]

- Chuẩn số Reynolds:



Re=ωmax . dE

νk

=4 ,1985 . 0 ,0240131 ,7030 .10−5

=5920 ,06

- Với ống xếp so le, chuẩn số Nusselt:

Nu=0 ,251 . Re0, 67 .(s1−d2

d2)−0,2

(s1−d2

t c

+1)−0,2

¿0 ,251. (5920 , 06 )0 ,67 .(0 ,08−0 ,0320 ,032 )

−0,2

(0 , 08−0 , 0320 , 005

+1)−0,2

=48 , 624

36,[8]

- Hệ số cấp nhiệt của cánh:

α c=Nu . λk

dE

=48 , 624 . 0 ,027670 , 024013

=56 , 0291 [W/m2.oK] 12,[12]

- Hệ số cấp nhiệt tương đương phía ống có cánh:

α 2=α c .Fc

l

F2l

. (ηc+ χ )

Trong đó:

F2

l

: diện tích ngoài của một ống có cánh

F2l=Fo

l +Fcl =0 , 11008+0 ,093569=0 , 20365 [m2]

χ=Fo

l

Fcl= 0 ,11008

0 ,093569=1 , 1765

Chọn hiệu suất cánh tròn c là 0,95.

Vậy, hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống:

α 2=α c .Fc

l

F2l

. (ηc+ χ )

¿56 ,0291 .0 ,0935690 ,20365

. (0 ,95+1 ,1765 )=54 ,7427[W/m2K] 37,[8]

- Hệ số làm cánh:



ε c=1+nc .(dc

2−d22 )

2.d1 .L=1+

219 .(0 ,0362−0 , 0322 )2 .0 ,0256 .1,2

=1 ,9695 [W/m2.độ] 37,[8]

3.1.2.3. Tính hệ số cấp nhiệt phía trong ống α 1

Sự cấp nhiệt phía trong ống là cấp nhiệt do hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống đứng.

Bảng 12: Các thông số của hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống

STT Thông sốKý

hiệuĐơn vị Giá trị Ghi chú

1 Áp suất của hơi nước ngưng tụ P at 2 Chọn

2 Nhiệt độ nước ngưng T oC 120 Chọn

3Nhiệt độ thành ống phía tiếp xúc

hơi nước ngưng tụtw

oC 117 Chọn

4Nhiệt độ trung bình của màng

nước ngưng tụtm

oC 118,5 tm=T+tw

2

5 Hệ số dẫn nhiệt n W/m.oK 0,6859

- Lấy ở tm

144,[12]

6 Độ nhớt n Ns/m2 2,4064.10-4

7 Khối lượng riêng n kg/m3 944,285

8 Độ nhớt động n m2/s 2,55.10-7

9 Ẩn nhiệt ngưng tụ R J/kg 2202,8.103- Lấy ở T.

145,[12]

- Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi nước bão hòa trên ống đứng, khi màng chất ngưng

tụ chảy tầng:

α 1=0 ,720 .4√ ρn . g . λ3 .r

νn .(T−tw ) . d1

=0 ,720 . 4√944 , 285 .9 , 81 . 0 ,68593 .2202 , 8 .103

2 ,55 .10−7 .(120−117 ). 0 , 0256=17337 ,62

[W/m2K] 221,[6]



3.1.2.4. Hệ số truyền nhiệt K

- Tỷ số giữa đường kính ngoài và đường kính trong của ống:

d2

d1

= 0 ,0320 ,0256

=1 ,25

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

K=11α1

+δλ

+1α 2 . εc

¿1117337 ,62

+0 ,003257

+154 ,7427 .1 ,9695

=106 ,51[W/m2K] 38,[8]

3.1.2.5. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước calorifer

- Nhiệt lượng cần cung cấp cho calorifer:

Q = L(H1 – Ho) = 7891,492.(105,839- 76,723) = 229768,68

= 63824,63

[kJ/h]

[J/s]116,[12]

- Diện tích bề mặt trong các ống:

Chọn hiệu suất calorifer η = 0,75. Khi đó F1 bằng:

F1=Q

K . Δt tb . η=63824 , 63

106 ,51 . 78 ,166 . 0 ,75=10 , 222 [m2] 221,[6]

- Tổng số ống trong calorifer:

n=F1

π . d1 . L=10 , 222

π . 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= nZ

=1069

=11 , 78≈12 221,[6]

Tổng số ống của calorifer là:

N = m.Z = 12.9 = 108 [ống]

- Kích thước calorifer bố trí ống đứng:

+ Chiều dài: L = m.s1 = 12.0,08 = 0,96 ̧ 1 [m]

+ Chiều rộng: a = Z.s2 = 9.0,06928 = 0,62 [m]

+ Chiều cao: h = 1,2 [m]

3.1.2.6. Trở lực qua calorifer

Hệ số trở lực:

ξ=0 ,72 .Re−0 ,245 .(s1−d2

t c+δc

+2)0,9

.(s1−d2

d2)−0,9

.(d E

d2)0,9

. (s1−d2

s2−d2)−0,1

¿0 ,72.5920 ,06−0 ,245 .(0 ,08−0 ,0320 ,005+0 ,0005

+2)0,9

.(0 , 08−0 ,0320 , 032 )

−0,9

.(0 ,0240130 ,032 )

0,9

.(0 , 08−0 ,0320 , 06928−0 ,032 )

−0,1

¿0 ,3792

Trở lực cục bộ qua calorifer:



ΔPc=ξ . ρ .ωmax

2

2. z=0 ,3792×1 ,1245×4 , 19852

2×9=33 , 8243

N/m2

3.2. TÍNH VÀ CHỌN XYCLON

Khi tác nhân sấy không khí nóng đi qua máy sấy thường có mang theo rất nhiều hạt bụi

nhỏ, chúng cần được thu hồi để làm sạch môi trường không khí thải.

Trong hệ thống sấy thùng quay thường 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 vượt quá (20÷ 25) m/s.

Thể tích xyclon tính theo lưu lượng tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy chúng ta nên căn cứ

vào số liệu thực nghiệm này 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 thước b/a = (1,5÷ 2) thì bán kính xyclon R và bán kính trung tâm R1 nên lấy

theo quan hệ:

D2

−D1

2=a

- Lưu lượng khí vào xyclon chính là lưu lượng tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy:

Vxyclon = V2 = 7349,347 [m3/h]

= 2,0415 [m3/s]

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

Bảng 13: Kích thước cơ bản của xyclon đơn

STT Kích thước của xyclon Ký hiệu Công thức Giá trị Đơn vị

1 Đường kính trong của xyclon D 1800

mm2 Đường kính ống trung tâm D1 0,5D 900



3Chiều rộng của tiết diện kênh

dẫna D

2−

D1

2=0 , 25 D 450

4Chiều dài tiết diện kênh dẫn vào

xyclonb 0,5D 900

5Chiều dài phần ống trung tâm

cắm vào xyclonh1 0,33D 600

6Chiều cao phần hình trụ của

xyclonh2 0,46D 825

mm

7 Chiều cao phần hình nón h3 0,8D 1440

8Đường kính phần bé nhất của

phễud 0,2D 360 mm

- Bunke chứa bụi:


Hình 16: Xyclon đơn

D1h1

h2

h3

d

D


+ Thể tích làm việc của bunke đối với nhóm 1 xyclon: Vbunke = 1,1m3.

+ Góc nghiêng của thành bunke: chọn 60o.

- Độ làm sạch của xyclon: 80- 85%, đường kính của hạt bụi được tách là 5- 100mm.

- Tốc độ quy ước của khí:

D=√ 4 Vπ . ωq

[m]

ωq=4V

πD2=4 . 2, 0415

π . 1,82=0 ,802 [m/s]

- Trở lực qua xyclon:

Chọn hệ số trở lực của xyclon là ξ = 105.

Δp=ξωq

2 . ρ2

2=105 .

0 ,8022 .1 , 14652

=38 , 715( N /m2 )=3 , 947 [mmH2O] 47,[8]

3.3. TÍNH TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT

Quạt là bộ phận vận chuyển không khí và tạo áp suất cho dòng khí đi qua các thiết bị:

calorifer, thùng sấy, đường ống, xyclon,… Năng lượng 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 đường ống

vận chuyển.

Năng suất của quạt được đặc trưng 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 được quạt đẩy đưa qua caloriphe, trao đổi nhiệt rồi đưa

vào thùng sấy, qua 2 đoạn ống cong 90o.

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. Đường ống từ sau thùng sấy



đến trước 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.

Tính trở lực qua lớp hạt trong thùng sấy:

Re=ωd . d

ν55

= 2,2 .7 . 10−3

1 , 846 .10−5=834 ,236

Ta có:

C=1−ξ

ξ2

ρdx=0 ,25 .(G1+G2 ). β

0 ,75 .2 .V=

0 ,25 .(184+120 ) .0 , 180 ,75 .2.7 , 3513

=1 , 2406 [kg/m3]

ξ=ρv−ρdx

ρv

=750−1, 2406750

=0 , 9983

C=1−ξ

ξ2=1−0 ,9983

0 ,99832=1 ,7058 . 10−3

a=5 ,85+490Re

+100

√Re=5 ,85+490

834 , 236+100

√834 ,236=9 ,90



- Trở lực ∆P

ΔP=a . L. v2 . ρk .C

2 .g . d=9 , 90 . 6,5 .2,22 . 1 ,0765 . 1 ,7058 .10−3

2 . 9 , 81.0 , 007=4 ,16 [mmH2O]

Trong đó: L: chiều dài thùng sấy (m).

v: tốc độ tác nhân sấy (m/s).

ρk: khối lượng riêng của tác nhân sấy (kg/m3).

d: đường 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 được lấy thêm 5%.



ΔPt=1 , 05 .( ΔP+ ΔPx )=1 ,05 .( 4 , 16+20 )=25 , 368 [mmH2O]

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

ΔPđ=v

q2 . ρk

2 . g=

82 . 1 ,07652. 9 , 81

=3 ,512 [mmH2O] 125,[6]

- Cột áp của quạt ∆Pq:

ΔPq=ΔPt+ΔPđ=25 ,368+3 ,512=28 ,88 [mmH2O] 125,[6]

Chọn quạt:

Căn cứ vào Vtb = 0,123.3600 = 443 (m3/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:

ΔPq=ΔPt+ΔPđ=25 ,368+3 ,512=28 ,88 [mmH2O] 125,[6]

n= A

N o=6000

4=1500 [vòng/ phút] 125,[6]



CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

Đối với hệ thống sấy thùng quay này, việc thiết kế, tính toán dựa nhiều vào các công

thức thực nghiệm, được 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 như vậy

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 dựa nhiều trên tài liệu lý

thuyết chứ không có thực tế kinh nghiệm, nên có thể có nhiều điều chưa thật hợp lý,

nhóm em rất mong được sự hướng dẫn, góp ý thêm của các thầy để hệ thống hoàn thiện

hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. PGS – TSKH Trần Văn Phú, Tính toán thiết kế hệ thống sấy, NXB giáo dục, 2002.



[2]. PGS – TS Hoàng Văn Chước, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB KH – KT, 2006.

[3]. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, NXB KH – KT.

[4]. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, NXB KH – KT

[5]. Bảng tra cứu quá trình thiết bị, truyền nhiệt và truyền khối, Trường Đại học Bách

khoa TP.HCM.

[6]. GS.TSKH Trần Văn Phú, Kĩ thuật sấy, NXB giáo dục, 2008.

[7]. Nguyễn Văn May, Kĩ thuật sấy nông sản.

[8]. Đặng Thị Hoàng Lan, Đồ án Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên

hạt.

[9]. Đồ án Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy muối.

[10]. Nguyễn Thị Tư Diệp, Đồ án Thiết kế thiết bị sấy băng tải sấy chè.

[11]. Đồ án Thiết kế thiết bị sấy băng tải sấy cà rốt.

[12]. Th.S Đào Thanh Khê, Bài giảng Kĩ thuật thực phẩm 2, Trường Đại học công nghiệp

thực phẩm TP.HCM.

[13]. Nguyễn Văn Lụa, Kĩ thuật sấy vật liệu.

[14]. http://ttmindustry.vn

[15]. http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tinh-toan-thiet-bi-say-muoi-bang-phuong-phap-say-

thung-quay-8618/


http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tinh-toan-thiet-bi-say-muoi-bang-phuong-phap-say-thung-quay-8618/

http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tinh-toan-thiet-bi-say-muoi-bang-phuong-phap-say-thung-quay-8618/

http://ttmindustry.vn/

tinh toan, thiet ke he thong say tieu thung quay_de tai 8

Documents