Tài liệu Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy đường với năng suất 100 kgh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ ------- --- ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY THÙNG QUAY ĐỂ SẤY ĐƯỜNG VỚI NĂNG SUẤT 100Kg/h GVHD: Nguyễn Thị Như Ngọc 1 Năm học : 2018-2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Qúa Trình và Thiết Bị NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN KỸ THUẬT HÓA HỌC Họ và tên sinh viên Lớp : Ngành : Kỹ Thuật Hóa Lý 1/ Tên đề tài: Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đường. Áp suất làm việc: áp suất thường 2/ Các số liệu ban đầu: Năng suất tính theo nguyên liệu : 1000 (kg/h) Nồng độ ẩm ban đầu : 3% Nồng độ ẩm sau sấy : 1% 3/ Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Tính toán quá trình sấy Chương 3: Tính toán thiết bị chính Chương 4: Tính toán thiết bị phụ Chương 5: Tính toán giá thành thiết bị Chương 6: Kết luận Tài liệu tham khảo 4/ Các bản vẽ và đồ thị (ghi rõ các loại bản và kích thước các loại bản vẽ) 1 bản vẽ hệ thống thiết bị chính, khổ A1 1 bản vẽ thiết bị chính, khổ A1 5/ Giáo viên hướng dẫn: Phần: toàn bộ Họ và tên: Nguyễn Thị Như Ngọc 6/ Ngày giao nhiệm vụ: 7/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Thông qua bộ môn Ngày tháng năm 2018 2 TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN (ký, ghi rõ họ tên) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN....................................................................................................5 1.1. Tổng quan về nguyên liệu.........................................................................................5 1.2. Tổng quan về phương pháp sấy................................................................................6 1.2.1. Bản chất quá trình sấy.........................................................................................6 1.2.2. Phân loại quá trình sấy........................................................................................6 1.2.3. Phương pháp thực hiện.......................................................................................7 1.2.4. Phương án thiết kế hệ thống sấy đường.............................................................8 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH...............................................................................9 2.1. Các thông số tác nhân sấy:............................................................................................9 2.1.1. Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):.............................................11 2.1.2. Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B):............................11 2.1.3. Thông số trang thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C):.....................................11 2.2. Cân bằng vật chất........................................................................................................12 2.3. Cân bằng năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết....................................................12 2.4. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực: ..............................................................13 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH...................................................................17 3.1. Thể tích, đường kính và chiều dài thùng sấy.............................................................17 3.2. Cường độ bay hơi ẩm:................................................................................................19 3.3. Thời gian lưu của vật liệu:............................................................................................19 3.4. Sốố vòng quay của thùng................................................................................................19 3.5. Hệ số truyền nhiệt K....................................................................................................20 3.6. Bề mặt truyền nhiệt F..................................................................................................23 3.7 . Kiểm tra bề dày thùng:..............................................................................................24 3.8. Tính trở lực qua thùng sấy:........................................................................................25 3.9. chiều cao vật liệu trong thùng.....................................................................................26 3.10. Thông số cánh đảo trong thùng................................................................................27 3 CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ........................................................................28 4.1. caloriphe.......................................................................................................................28 4.1.1. Hệ số trao đổi nhiệt giữa khói và bề mặt ống α 1...............................................29 4.1.2.Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí chảy cắt ngang ống α 2...................30 4.2. Buồng đốt.....................................................................................................................31 4.3. Xyclon...........................................................................................................................32 4.4. Trở lưc hệ thống..........................................................................................................33 4.5. Tính công suất của quạt và chọn quạt........................................................................37 4.6. thiết bị quay thùng.......................................................................................................39 4.6.1. chọn động cơ quay thùng.....................................................................................39 4.6.2. Chọn hộp giảm tốc................................................................................................39 4.6.3. Bộ truyền bánh răng.............................................................................................41 4.6.4. Vành đai quay thùng............................................................................................44 4.7. Con lăn đỡ và con lăn chặn.........................................................................................45 4.8. Gầu tải nhập liệu.........................................................................................................47 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ.........................................................48 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN......................................................................................................48 TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................................49 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Đường saccarose là chất có vị ngọt tự nhiên, là loại thực phẩm không thể thiếu đối với cơ thể con người. Đường có thể dùng trực tiếp hoặc dùng làm nguyên liệu trong sản xuất thực phẩm như sản xuất bánh kẹo, mứt, nước giải khát, … Sấy là một công đoạn đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất ra đường. Việc sấy đường đã giúp cho việc bảo quản và vận chuyển đường được thuận lợi và đảm bảo chất lượng. Quy trình sản xuất đường mía có thể mô tả như sau: Mía cây xé tơi mía Ép mía Trích ly Làm sạch Kếốt tnh đường non Nâốu đường Cố Đặc Lắống Đường loại I Phân ly 1.1. Sấấy đường Đóng gói Tổng quan về nguyên liệu. 5 Đường saccarose là một trong những thành phần chính của cây mía chiếm hàm lượng cao, là sản phẩm của công nghệ sản xuất đường. Đường saccarose có những tính chất đặc trưng sau  Tính chất vật lý: Là chất rắn kết tinh không màu, trong suốt, vị ngọt Khối lượng riêng: = 1,5879 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy t = 186-188oC Không tan trong dầu hỏa, ancol, benzen,… Dễ tan trong nước, độ tan tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Ở 20oC, độ tan của đường = 211,5g/ 100ml H2O  Tính chất hóa học Trong môi trường acid Trong môi trường acid có pH<7 đường saccarose bị thủy phân thành glucoza và fructoza C12H22O11 + H2O -> C6H12O6 + C6H12O6 Phản ứng trên là phản ứng nghịch đảo đường Trong môi trường kiềm Dung dịch đường có tính acid yếu nên tác dụng được với các chất kiềm tạo thành saccarate. Phản ứng kiềm áp dụng trong sản xuất đường là phản ứng vôi: Mono và dicanxi saccarate dễ bị phân hủy, trisaccarate khó bị phân hủy. Đặc tính này của tri saccarate được ứng dụng để lấy đường saccarose ra khỏi mật củ cải. Điều kiện pH >8 ( môi trường base nhẹ) và bị nung nóng trong thời gian dài, đường saccarose bị phân hủy tạo thành các hợp chất có màu vàng và nâu. 1.2. Tổng quan về phương pháp sấy 1.2.1. Bản chất quá trình sấy 6 Sấy là qúa trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, là quá trình khuếch tán do sự 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 ... Tuy nhiên, phơi nắng bị hạn chế lớn là cần diện tích sân phơi rộng và phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong mùa mưa .  Sấy nhân tạo: là quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dung dến tác nhân sấy như khói lò, không khí nóng, hơi quá nhiệt.Quá trính sấy này nhân, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên. Và cũng có nhiều cách phân loại:  Dựa vào tác nhân sấy: - Sấy bằng không khí hay khói lò. - Sấy thăng hoa. - Sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tầng.  Dựa vào áp suất làm việc: - Sấy chân không. - Sấy ở áp suất thường.  Dựa vào phương pháp làm việc: - Máy sấy liên tục. - Máy sấy gián đoạn.  Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho qúa trình sấy: - Máy sấy tiếp xúc hoặc máy sấy đối lưu. - Máy sấy bức xạ hoặc máy sấy bằng dòng điện cao tầng  Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun… 7  Dựa vào chuyển động tương hỗ của tác nhân sấy và vật liệu sấy: sấy xuôi chiều, ngược chiều, chéo dòng… 1.2.3. Phương pháp thực hiện Sử dụng tác nhân sấy và chất tải nhiệt Cơ chế của quá trình sấy gồm hai giai đoạn: gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vào môi trường, Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc hơi ẩm từ vật liệu sấy và xảy ra hiện tượng hút ẩm trở lại. Quá trình có thể dẫn tới làm cho vật không những không được thoát ẩm mà còn làm cho tính chất hóa lý của vật cần sấy thay đổi. Để tải ẩm từ vật cần 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 liệu sấy thải ra ngoài( sấy chân không) Trong quá trình sấy đối lưu, vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó đóng vai trò vừa tải nhệt vừa tải ẩm. Các tác nhân sấy thường là không khí nóng, khói nóng, hỗn hợp không khí nóng và khói hay hơi quá nhiệt. Dùng khói làm chất tải nhiệt thì hệ thống thiết bị sẽ đơn giản, giá thành thiết bị thấp hơn so với dùng hơi nước. Dùng hơi nước làm chất tải nhiệt có ưu điểm là caloriphe hơi-khí cấu tạo gọn nhẹ, hệ số truyền nhiêt lớn và thường có thể làm cánh ở phía không khí,việc điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy dễ dàng. Thiết bị không bị bám bẩn do khói, làm việc ở nhiệt độ tương đối thấp nên tuổi thọ có thể cao hơn so với caloriphe khí-khói. Tuy nhiên, giá thành đầu tư thiết bị tương đối lớn . 1.2.4. Phương án thiết kế hệ thống sấy đường. Đường là vật liệu dạng hạt với đường kính tương đối nhỏ. Với hệ thống sấy thùng quay, một thiết bị đặc trưng sử dụng cho sấy những vật liệu dạng nhỏ, vật liệu được xáo trộn và trao đổi nhiệt đối lưu với tác nhân sấy. Trong quá trình sấy, hạt được đảo trộn mạnh và tiếp xúc tốt với tác nhân sấy nên tốc độ sấy nhanh và hạt được sấy đều hơn. Bên cạnh đó, hệ thống sấy thùng quay có thể làm việc độc lập liên tục với năng suất lớn, phù hợp với các yêu cầu sản xuất đường thực tế. Tác nhân sấy: 8 Tác nhân sấy được chọn là không khí, được đun nóng bởi caloriphe, nhiệt cung cấp cho không khí trong caloriphe là từ khói lò. Nhiệt độ tác nhân sấy phụ thuộc vào bản chất của đường. Tốc độ không khí nóng đi trong thùng và vận tốc quay của thùng đảm bảo tránh vật liệu sấy bị cuốn nhanh ra khỏi thùng và giữ tính ổn định. Để nâng cao hiệu suất sấy cũng như giảm thời gian sấy, tác nhân sấy được tăng tốc độ bởi hệ thống quạt ly tâm hay hướng trục. Thiết bị sấy Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn. Trong đó có đặt các cánh xáo trộn. Thùng được đặt nghiêng so với mặt phẳng theo tỷ lệ. Trong quá trình sấy, thùng quay theo trục với vận tốc được ấn định trước. Vật liệu sấy từ phễu chứa đi vào thùng sấy cùng chiều với tác nhân, vật liệu sấy được xáo trộn vừa đi từ đầu cao của thùng xuống đầu thấp, tác nhân sấy và vật liệu sấy trao đổi nhiệt ẩm cho nhau. Vật liệu sấy đi hết chiều dài thùng sấy và được lấy ra chuẩn bị cho công đoạn tiếp theo. Tác nhân sấy đi qua xyclon để thu hồi bụi và vật liệu sấy bị cuốn đi sau đó thải ra môi trường. Thiết bị sấy được lắm cánh đảo trộn phân chia, thường được sử dụng để sấy các vật liệu có kích thước nhỏ, dễ chảy. Bộ phận cánh đảo giúp quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, bên cạnh đó thiết bị cánh sấy được thiết kế nhỏ gọn và tự động hóa hoàn toàn. Quy trình công nghệ Đường sau khi ly tâm liên tục được vận chuyển vào máy sấy nhờ bộ phận Vis tải, đường được sấy nhờ tác nhân sấy từ caloriphe thông qua quạt ly tâm hút áp suất cao. Vật liệu sấy và tác nhân sấy được sáo trộn và trao đổi nhiệt ẩm trong thùng sau đó vật liệu sấy được vận chuyển ra ngoài và đi đến công đoạn tiếp theo. Tác nhân sấy được dẫn vào xyclon để loại bỏ bụi và đường và theo quạt hút ra ngoài. CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH Vật liệu sấy là đường loại I với các thông số  Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: 1= 3%  Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: 2= 1%  Năng suất nhập liệu G1= 1000kg/h 9 2.1. Các thông số tác nhân sấy: Ta quy ước ký hiệu các đại lượng: G1,G2: Lượng nhập liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi thiết bị sấy (kg/h) 1, 2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo phần trăm khối lượng vật liệu ướt. W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (kg/h) Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h) d0: Hàm ẩm của không khí ngoài trời (kg ẩm/ kg kk) d1: Hàm ẩm của không khí khi đi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kk) d2: Hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kk) Các công thức tính toán áp dụng  Áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ: pb=exp [( 17 × t o C −5,093 233,59+t o C ) ] [bar] (CT 2.10-[2]) Sách KTS – Trần Văn Phú  Độ chứa ẩm d d=0,621 ϕ . pb P−ϕ . p b [kg/kgkkk] (CT 2.15-[3]) Với P: áp suất khí trời. P =1at = 0,981bar Sách KTS – Trần Văn Phú  Enthapy của không khí ẩm I =C pk . t + d( r +C pa .t )=1,004. t+d (2500+ 1,842.t ) [kj/kgkk] (CT 2.18-[3]) Sách KTS – Trần Văn Phú    Trong đó: Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 kJ/kgoK Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 kJ/kgoK r : ần nhiệt hóa hơi của nước r =2500 kJ/kg 10  Thể tích riêng của không khí ẩm: v= 287 T [m3/kgkk] (CT 2.9-[2]) (P−P h) ×(1+0,001d ) Trong đó: P,Ph: áp suất khí trời và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí, N/m2. T: nhiệt độ của không khí,0K  Độ ẩm tương đối ϕ= P ×d % Pb ×( 0,621+ d) 2.1.1. Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A): Thiết bị sấy giả sử được lắp đặt và vận hành ở tỉnh Đồng Nai, do vậy nhiệt độ trung bình của không khí khoảng t0= 26oC, độ ẩm tương đối 0= 85% 2.1.2. Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B): Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1 =d0) đến trạng thái B(d1,t1). Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng quay. Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy , do tính chất của vật liệu sấy và quy trình công nghệ quy định. Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của đường. Do đó, ta chọn điểm B có t1=70oC, và d1=d0 (kg/kgkk) 2.1.3. Thông số trang thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C): Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị để thực hiện quá trình sấy lý thuyết (I1= I2), trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C(t2, 2). Nhiệt của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất 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 bảo 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, Enthalpy:I1=I2 (kj/kgkk) Đồ thị I-d của không khí ẩm: Từ đồ thị ta có nhiệt độ điểm sương ts=33oC 11 Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là t2=35oC Như vậy, áp dụng công thức tính toán và đặc điểm các trạng thái không khí theo giai đoạn, ta có bảng kết quả các thông số cần thiết trong quá trình sấy lý thuyết: Đại lượng Trạng thái không khí ban đầu(A) t (oC)  (đơn vị) d (kg/kgkk) I (kJ/kgkk) pb (bar) v (m3/kgkk) Trạng thái không khí vào thiết bị sấy (B) Trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C) 26 70 35 0,85 0,0187 73,75 0,0337 0,901 0,093 0,0187 119,19 0,3094 1,033 0,88 0,0328 119,19 0,056 0,949 2.2. Cân bằng vật chất  Phương trình cân bắằng vật châốt W =G 1−G 2 W =G1 ω1−G 2 ω2 Sách KTS – TVP (5.1)  Lượng hơi ẩm bốc trong 1 giờ W =G 1 ω1−ω2 0,03−0,01 =1000 × =20,2( kg/h) 1−ω2 1−0,01 Sách KTS – TVP (5.3)  Lượng vật liệu khô tuyệt đối: Gk =G1 (1−ω1 )=G2 (1−ω2 )¿>G k =1000(1−0,03)=970 ( kg /h ) Sách KTS – TVP (5.2)  Năng suất của sản phẩm sấy: G2=G1−W =1000−20,2=979,8 ( kg /h ) 2.3. Cân bằng năng lượng cho quá trình sấy lý thuyết Người ta gọi thiếốt bị sâốy lý tưởng là thiếốt b ị sâốy th ỏa m ản các điếằu ki ện sau đây:  Nhiệt lượng bổ sung QBS=0 12     Tổn thâốt nhiệt qua các kếốt câốu bao che QBC=0 Tổn thâốt nhiệt do thiếốt bị truyếằn tải QCt=0 Tổn thâốt do vật liệu sâốy mang đi QV=0 Chỉ có tổn thâốt do tác nhân sâốy mang đi Do khống có nhiệt lượng bổ sung và các loại t ổn thâốt nến nhi ệt l ượng câằn thiếốt đ ể bốốc h ơi ẩm trong vật liệu sâốy được lâốy ngay chính nhiệt lượng của tác nhân sâốy và sau đó ẩm d ưới d ạng h ơi l ại quay trở lại tác nhân và mang trả lại cho tác nhân m ột nhi ệt l ượng đúng bắằng thếố, nhi ệt l ượng này thể hiện dưới dạng nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt v ật lý c ủa h ơi n ước. Vì v ậy ng ười ta xem quá trình sâốy lý tưởng là quá trình đẳng entanpy. Đây là đ ặc tr ưng c ơ b ản c ủa quá trình sâốy lý thuyếốt. Giả sử lượng khí vào ra thiếốt bị sâốy là khống đ ổi, kí hi ệu là : L 0 (kg/h) Theo phương trình cân bắằng vật châốt ta có: L0 d 1+G1 ω 1=L0 d2 +G 2 ω2 Tính toán và tke ht sâốy -TVP (7.12)  Lượng không khí khô cần thiết L0= W 20,2 = =1432,62(kg /h) (CT 7.13/131-[2]) d 2−d 0 0,0328−0,0187 Tính toán và tke ht sấy -TVP  Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm: l 0= L0 1 1 = = =70,92 (kgkk/kg ẩm)(CT 7.14/131-[2]) W d 2−d 0 0,0328−0,0187 Tính toán và tke ht sấy -TVP  Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết (I1=I2) Q 0=L 0(I 1−I 0 )=L0 (I 2−I 0)=1432,62(119,19-73,75)=65098,25( KJ/h) Tính toán và tke ht sấy -TVP (7.15)  Nhiệt lượng tếu hao riếng q 0= Q 0 65098,25 = =3222,68 (kj/kh ẩm) W 20,2 Tính toán và tke ht sấy -TVP (7.16) 13 2.4. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực: Một thiết bị sấy ngoài tổn thất do tác nhân sấy mang đi còn có thề có nhiệt lượng bổ sung QBS và luôn luôn tồn tại tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che QBC, tồn thất nhiệt do thiết bị sấy chuyển tải và tổn thất nhiệt lượng do vật liệu sấy mang đi QV. Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không có thiết bị chuyển tải, do đó QBS=0, QCT=0.  Nhiệt lượng đưa vào hệ thống sấy gồm:  Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorifer: L(I1-I2)  Nhiệt lượng bổ sung QBS  Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang vào : GCTCCTtCT1  Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang vào: [(G1-W)CV1+WCa]tV1  Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:  Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi L(I2-I0)  Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che: QBC  Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang ra : GCTCCTtCT2  Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang ra: G2CV2tV2. Với  tV1: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường: t v1 = to = 26oC  tV2: nhiệt độ cuối cùa vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy: tv2 = t2 – (50C) = 35 – 4 = 31oC , ta chọn nhỏ hơn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy 3-50C. C v1 = Cv2 = Cv: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy là như nhau. Ở đây nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở 2 =1% : Cv = Cvk(1-2) + Ca. o 2,kJ/kg K (CT 7.40/141-[1]) Với: Ca: nhiệt dung riêng của ẩm, Ca=Cn=4,18KJ/kg0K Cvk=1,45(kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của vật liêu khô. => Cv = Cvk(1-2) + Ca. 2= 1,45.(1 - 0,01) + 4,18.0,01=1,4773(kJ/kg.K) - Cân bằng nhiệt lượng vào ra thiết bị sấy, ta có: L(I1-I0)+QBS+ GCTCCTtCT1+ [(G1-W)CV1+WCa]tV1 14 = L(I2-I0) + QBC + GCTCCTtCT2+ G2CV2tV2 Trong đó: G2=G1−W , ta xem C V =C V =C V - Vậy nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực: Q = L(I1-I0)= L(I2-I0) - QBS +QBC + GCTCCT (tCT2-tCT1)+ G2CV2 (tV2 –tV1) -WCatV1 Đặt QCT= GCTCCT (tCT2-tCT1), QV= G2CV2 (tV2 –tV1) tương ứng là tổn thất do thiết bị chuyển tải và tổn thất do vật liệu sấy mang đi ta được: Q = L(I1-I0)= L(I2-I0) + QV +QBC - WCatV1 Tính toán và tke ht sấy -TVP (7.18) - Xét cho 1 kg ẩm cần bốc hơi: q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1 - Tính toán và tke ht sấy -TVP (7.19) 2 - Trong đó q V = 1 QV 1 Q G C (t −t ) ; q V = V = 2 V V 2 V 1 ;l= d −d W W W 2 1  Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy: Qv = G2Cv(tv2 – tv1) =979,8 . 1,4773.(31 – 26) = 7237,29 (kJ/h) q v= Qv 7237,29 = =358,28 (kJ/kg ẩm) W 20,2  Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che Tổn thất nhiêt qua cơ cấu bao che hay qua môi trường Q BC thường chiếm khoảng 3-5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích QBC=(0,03-0,05)Qhi Trong đó : Qhi: là nhiệt hữu ích cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu: Qhi = W.[rtv1 + Ca(t2 – tv1)] ? Với rtv1: ẩn nhiệt hóa hơi chủa nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào, rtv1=2500 kJ/kg  Qhi= 20,2.[2500 + 1,842.(35 – 26)] = 50834,88 (kJ/h) QBC = 0,03.Qhi= 0,03. 50834,88 =1525,05(kj/h) QBC 1525,05 = =75,49 (kj/kg ẩm) W 20,2 Đặt Δ=C a t V 1−q BC −qV :nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho quá trình sấy thực, là q BC = đại lượng đặc trưng cho sự sai khác giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết.  Quá trình sấy ly thuyết: Δ=0 Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết: 15 Q = L(I2 – Io)¿ 1432,62(119,19-73,75)=65098,25(KJ/h ) q = l(I1 – Io)=70,92(119,19-73,75)=3222,6(KJ/kg ẩm)  Quá trình sấy thực tế: Δ ≠ 0 Δ=C a t V 1−q BC −qV =4,18.26-75,49-358,28=-325,09 (kJ/kg ẩm) => Δ <0 ⇒Catv1 < qBC + qv => I2 < I1 => Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I 1(vậy đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết) Từ đó ta xác định lại các tính chất của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy I 2=I 1 + Δ l Tuy nhên vì chưa biết l nên ta xác định độ chứa ẩm d2 trước thông qua t2 đã biết:  Độ chứa ẩm của tác nhân sấy d 2= C pk (t 1−t 2)+ d o (i1 −Δ) (i2 −Δ) (CT 7.31/138–[2]) Trong đó: i1=2500+1,842.70=2628,94(KJ/kg) i2=2500+ 1,842.35=2564,47(kJ/kg) 1,004(70−35)+0,0187(2628,94 +325,09) =0,0315(kg /kgkkk ) 2536,842+325,09  d 2=  Enthalpy I 2 =1 , 004 . t2 +d 2 (2500+1 , 842. t 2 ) ¿ 1 ,004 . 35+0 , 0315(2500+1 , 842 .35 )=115, 92( kj/kgkkk)  Độ ẩm tương đối ϕ 2= d2. P 0,0315.0,981 = =0,845 pb (0,621+ d2 ) 0,056.(0,621+ 0,0315) 2  Thể tích riêng v 2= 287.T 2 287( 35+ 273) = =0,947( m3 /kgkkk ) 5 5 P−ϕ 2 . pb 0,981.10 −0,845.0,056 .1 0 2 =>Lượng tác nhân khô cần thiết: 16 L=  W 20,2 = =1578,13(kg /h) d 2−d1 0,0315−0,0187 Lượng tác nhân tiêu hao riêng: l= L 1 1 = = =78,125 (kg/kg ẩm) W d 2−d 1 0,0315−0,0187  Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực: Q= L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv =1432,62(115,92-73,75)+ 1525,05+ 7237,29 -20,2.4,18.26 =66980(kj/h)  Lượng nhiệt cung cấp:  q= Q 66980 = =3315,87 (kJ/kg ẩm) W 20,2 η= Qh i 50834,88 = =0.759=75,9 % Q 66980 Hiệu suất sấy CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 3.1. Thể tích, đường kính và chiều dài thùng sấy. Thiết bị sấy là TB thùng quay: Dt = 0.0188 V ∗ √ 1−β ω √ (CTVII.49- [4]) Sổ tay 2 Trong đó: + β : Hệ số chứa, giá trị từ 10%÷ 25% +ω : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy, ω=2 m/s ÷ 3 m/s +V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy (m3 /h) V 2=L . v 2=1432,62 .0,949=1359,56(m3 /h) Chọn: hệ số chứa β = 25%, vận tốc ω =2,5m/s ⇒ Dt = 0,0188 1359,56 . =0,506( m) 2,5 √1−0,25 √ Dựa vào kích thước chuẩn (BảngXIII.6/359–[7]), ta chon D t =0,55(m). 17 Sổ tay 2 Tính lại ω: 0.0188 V . √ 1−β ω √ Ta có: D t = 2 ⇒ ω= 2 0,018 8 .V 0,018 8 .1359,56 = =2,11(m/s) . Dt2 .(1−β ) 0,5 52 .(1−0,25) Kiểm tra lại tốc độ tác nhân sấy Ta có t1=700C=> ρ1=1,029 (Kg/m3 ) (Tra bảng I.255 trang 318-[5]) Vậy: V0=L.v0=1432,62.0.901=1290,79(m3/h) V 1=L . v 1=1432,62.1,033=1479.9(m3 /h) V 2=L . v 2=1432,62.0,949=1359,56(m3 /h)  Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy: V= V 1 +V 2 1479,9+ 1359,56 = =1419,7(m3 /h) 2 2  Tiết diện tự do của thùng sấy D2t 0,5 52 F td =(1−β). F t =(1−0.25) π . =(1−0.25). π . =0,178(m2 ) 4 4  Vận tốc tác nhân sấy: ' v k= V 1419,7 = =7975,8 (m/h)=2,22(m/s) F 0,178  Sai số so với vận tốc chọn ε= v 'k −v k 2,22−2,11 .100 %= .100 %=4,95 % (<5%) ' 2,22 vk Sai số nhỏ nên ta vẫn chấp nhận vận tốc ban đầu là ω = 2,11 m/s Chiều dài thùng sấy: Đối với TB sấy thùng quay, tỷ lệ thông thường: ta chọn L =¿3,5-7, D L =¿6,5 D 18 ⇒ Lt =6,5. D t=6,5.0,55=3,58( m). Vậy ta chọn Lt= 4 (m) Thể tích thùng sấy: Ta có: V t = Π Dt 2 3,14.0,55 2 . Lt = ×4=0,95 (m3) 4 4 (VII.51/121-[6]) 3.2. Cường độ bay hơi ẩm: A= Ta có: ƯW 3 = 20,2 =21,26 m Vt 0,95 (kg ẩm/ h) (CT VII.50/121-[6]) 3.3. Thời gian lưu của vật liệu: Thời gian lưu mà lật liệu lưu trú trong thùng (thời gian v ật li ệu di hếốt chiếằu dài c ủa thùng): τ1= V T β . ρv 0,95.0,25.1587 = =0,377(h)=22,6 ( p hú t ) G1 1000 Với ρ v=1587kg/m3 Klr CỦA ĐƯỜNG 3.4. Số vòng quay của thùng m. k . L , Ta có: n = τ . D . tgα , t ( CTVII.52/122 –[6]) Trong đó : + n’: số vòng quay của thùng. + L: là chiều dài của thùng. +  : Góc nghiêng của thùng quay, độ. Thường góc nghiêng của thùng dài là 2.5-30, còn thùng ngắn đến 60, với L=4m là tương đối ngắn, chọn  =4 0  tg = 0,0699 + m : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, TB lắp cánh đảo phân chia, chọn m=1 19 + k : Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, khí di chuyển cùng chiều với VLS, nên chọn k = 0,4 +  : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay, phút ⇒ n'= 1.0,4 .4 =1,84 (vòng/phút). 22,6.0,55 .0,699 (trang 122-[6]) 3.5. Hệ số truyền nhiệt K  Hệ số cấp nhiệt α 1 từ dòng tác nhân sấy đến bên trong thùng sấy. Thông số của không khí bên trong thùng sấy: Nhiệt độ trung bình Ttb= 52,5oC ; vân tốcω =2,11m/s; hệ số dẫn nhiệt k=0,0281W/m.oK; độ nhớt k=0,197.10-4Ns/m2; khối lượng riêng k=1,085 kg/m3; độ nhớt động học ν k = μk = 1,816.10-5 (phụ lục 6- [2]) ρk Chuẩn số Reynolds: ℜ¿ ω . D t 2,11.0,55 5 = =0,64.10 −5 νk 1,816.10 Ta thấy, Re>104, nên dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy, nên 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 với L/D<50. Chuẩn số Nusseelt Nu = 0,018. ε l .Re0,8, trong đó hệ số hiệu chỉnh ε l=1,135 (bảng V.2-[6] Vậy Nu= 0,018.1,135.(0,64.105)0,8=142,96 Hệ số cấp nhiệt α 1 α 1= Nu . λk 142,96.0,0281 = =7,304 DT 0,55  Hệ số cấp nhiệt α 2 từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh Thông số không khí bên ngoài thùng sấy: Nhiệt độ T=26oC???; hệ số dẫn nhiệt k=0,0264W/m.oK; độ nhớt k=0,184.10-4Ns/m2; khối lượng riêng k=1,181 kg/m3; độ nhớt động học ν k = μk = 1,56.10-5 ( phụ lục 6- [2]) ρk 20