Xem mẫu
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
Thiết kế hệ thống thiết bị sấy tầng sôi dùng để sấy ngô.
Các số liệu ban đầu:
• Năng suất thiết bị sấy: G2 = 550 kg/h
• Nhiệt độ không khí trước khi vào calorife: to = 20oC
• Độ ẩm tương đối: ϕ0 =85%
• Độ ẩm của vật liệu sấy: W1 =35%; W2 = 15%.
• Nhiệt độ vào buồng sấy của không khí: t1 = 85oC
• Nhiệt độ vào buồng sấy của không khí: t2 =45oC
MỤC LỤC
PHẦN I: MỞ ĐẦU
PHẦN I : MỞ ĐẦU
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 1
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
Trong công nghiệp sản xuất và chế biến nguyên liệu, luôn có những yêu cầu
về sấy vật liệu ẩm. Đặc biệt các thiết bị sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng
trong công nghệ sấy.
Trên thế giới, thì kỹ thuật sấy trở thành một ngành khoa học và phát triển từ
những năm 50 của thế kỉ XX. Nhờ các thành tựu khoa học nói chung, kỹ thuật
sấy nói chung, chúng ta đã giải quyết những vấn đề kỹ thuật sấy cho các ngành
công nghiệp cũng như nông nghiệp. Đặc biệt là kỹ thuật sấy các nông sản với
quy mô công nghiệp làm phong phú các mặt hàng nông sản.
Là một quốc gia nằm trong vùng nhiệt đới, Việt Nam có những sản phẩm từ
nông ngành nông nghiệp vô cùng phong phú như lúa gạo, ngô, khoai, sắn, đậu,
lạc…vv. Để bảo quản các nông sản khỏi bị hỏng thì cần sử dụng các thiết bị sấy
tương ứng với các phương pháp sấy khác nhau tùy thuộc vào loại vật liệu và các
chế độ sấy. Tuy nhiên, hiện nay ở nước ta, các thiết bị sấy có hiệu quả cao chủ
yếu được nhập khẩu với giá thành cao nên chi phí sản suất l ớn dẫn tới các mặt
hàng nông sản mang suất khẩu thị trường nước ngoài không thu được nhiều lợi
nhuận.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế các thiết bị sấy có ý nghĩa vô cùng
quan trọng, nó quyết định đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm, việc s ử dụng
hợp lí nhiên liệu, góp phần làm giảm chi phí và tăng thời gian bảo quản dẫn tới
làm giảm giá thành nông sản.
PHẦN 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 : ĐỊNH NGHĨA VỀ SẤY VÀ MỤC ĐÍCH CỦA SẤY
• Định nghĩa:
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. kết quả
của quá trình là hàm lượng chất khô của vật liệu tăng lên.
• Mục đích của sấy:
- Nhằm tăng thời gian bảo quản sản phẩm, tránh bị phân hủy
- Giảm độ kết dính, đóng cục ở các vật liệu dạng bột.
- Tăng khả năng dẫn nhiệt ( đối với than củi, than quặng, khoáng sản..)
- Tăng độ bền.
- Chống ăn mòn …
• Nguyên tắc của quá trình sấy:
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 2
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
Cung cấp năng lượng nhiệt nhằm biến đổi trạng thái pha của chất lỏng trong vật
liệu thành hơi. Cơ chế được mô tả bằng 4 quá trình sau:
− Cấp nhiệt vào bề mặt vật liệu
− Dòng nhiệt từ bề mặt dẫn vào trong vật liệu.
− Khi nhận được nhiệt lượng, dòng ẩm di chuyển ra ngoài bề mặt.
− Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu đi vào môi trường xung quanh.
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY
Quá trình sấy có thể tiến hành bằng nhiều cách: có thể tiến hành bay hơi tự
nhiên bằng năng lượng mặt trời, năng lượng gió… ( hay còn gọi là quá trình phơi
khô) Áp dụng ở các hộ gia đình sản xuất nhỏ lẻ cho năng suất thấp; sấy nhân tạo,
áp dụng trong các ngành công nghiệp cho năng suất cao.Tùy theo cách thức truyền
nhiệt, trong kỹ thuật sấy chia ra như sau:
- Sấy đối lưu: là phương pháp cho không khí nóng khói lò (tác nhân sấy),
tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy.
- Sấy tiếp xúc : là phương pháp không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với
vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt gián tiếp cho vật liệu sấy thông
qua một vách ngăn.
- Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng cảu tia
hồng ngoại mang năng lượng nhiệt truyền cho vật liệu sấy.
- Sấy bằng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường
có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của khối vật liệu sấy.
- Sấy thăng hoa:là phương pháp sấy trong môi trường có áp suất dư âm ( đ ộ
chân không cao) và nhiệt độ thấp, ẩm sẽ đóng băng sau đó thăng hoa thành
dạng đi ra khỏi vật liệu nhờ chênh lệch áp suất.
Trong công nghiệp, chủ yếu là dùng hai phương pháp đầu, ba phương
pháp cuối ít được sử dụng và còn được gọi là phương pháp đặc biệt.
2.3 CÁC THIẾT BỊ SẤY
Dựa vào các phương pháp sấy, trong kỹ thuật sấy có các thiết bị sấy như sau:
2.3.1 Thiết bị sấy đối lưu
Thiết bị sử dụng phương pháp sấy đối lưu. Đây là phương pháp sấy thông
dụng nhất. Thiết bị sấy đối lưu bao gồm: thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm, thiết
bị sấy khí động, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 3
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
bị sấy phun…
2.3.2 Thiết bị sấy tiếp xúc
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy tiếp xúc, gồm 2 kiểu:
1. Thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lò quay
2. Thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng .
2.3.3 Thiết bị sấy bức xạ
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bức xạ. Thiết bị sấy này dùng thích hợp
với một số loại sản phẩm.
2.3.4 Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần
Thiết bị sấy này dùng phương pháp sấy bằng điện trường cao tần
2.3.5 Thiết bị sấy thăng hoa.
Thiết bị này sử dụng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa. Việc thải ẩm sử
dụng hút chân không kết hợp với bình ngưng tụ ẩm.
2.3.6 Thiết bị sấy chân không thông thường
Thiết bị này sử dụng các thải ẩm bằng máy hút chân không. Do buồng sấy có
chân không nên không thể dùng cấp nhiệt bằng đối lưu, việc cấp nhiệt cho vật
ẩm bằng bức xạ hay dẫn nhiệt…
Các thiết bị sấy dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như công nghiệp
chế biến gỗ, chế biến lâm sản, lương thực thực phẩm, hải thủy sản, lượng thực, y
tế, công nghiệp khai thác mỏ, chế biến khoáng sản,…
Các thiết bị sấy phổ biến như:
− Thiết bị sấy tầng sôi
− Thiết bị sấy thùng quay
− Thiết bị sấy phun
− Thiết bị sấy thăng hoa
− Lò điện
− Thiết bị sấy kiểu ống khí động dùng để sấy cát.
Trong đồ án, em sẽ trình bày nội dung liên quan đến thiết bị sấy tầng sôi.
2.3.7 Giới thiệu về thiết bị sấy tầng sôi:
Một trong những phương thức của sấy đối lưu là sấy tầng sôi, đây cũng là
phương thức sấy phổ biến để sấy nông sản.
Sấy tầng sôi là một trong những thiết bị sấy tân tiến nhất. Quá trình sấy trong
lớp sôi bề mặt tiếp xúc pha là lớn nhất, vật liệu được khuấy trộn một cách mãnh
liệt, nên cường độ sấy rất cao và sấy đồng đều.
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 4
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
• Đặc điểm cấu tạo:
Hình 1 : Thiết bị sấy tầng sôi trongthực tế
• Ưu, nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ Cường độ sấy lớn
+ Năng suất cao.
+ Cấu tạo đơn giản, sấy đồng đều.
+ Có thể cơ khí hóa và tự động hóa hoàn toàn.
- Nhược điểm:
+ Chế độ làm việc khó khống chế.
+ Tạo bụi trong quá trình sấy.
+ Vật liệu có thể bị vỡ khi bị đỏa trộn mạnh.
+ Tốn năng lượng cho các thiết bị thu hồi.
2.3.8: Đặc tính của vật liệu sấy: Ngô
Ngô cây lương thực quan trọng trên toàn thế giới bên cạnh lúa mỳ và lúa
gạo. Ở các nước Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi, người ta sử dụng ngô làm lương
thực chính cho người với phương thức rất đa dạng theo vùng địa lý và tập quán
mỗi nơi. Tại Việt Nam, ở những vùng miền núi, vùng khó khăn, đồng bào các dân
tộc thiểu số vẫn còn tập quán sử dụng ngô làm lương thực chính.Thống kê của tổ
chức lương thực thế giới (FAO) về ngô như sau :
Diện tích Năng suất Sản lượng
Năm
(1000 ha) (tấn/ha) (1000 tấn)
1961 104.800 2,0 204.200
2004 145.000 4,9 714.800
2005 145.600 4,8 696.300
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 5
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
2006 148.600 4,7 704.200
2007 158.000 5,0 791.794
2008 160.815 5,1 826.718
2009 158.629 5,2 818.823
Bảng 2.1 : Diện tích, năng suất, sản lượng ngô trên thế giới ( FAO –
2010)
Ở nước ta, ngô là cây lương thực quan trọng thứ 2 sau lúa nước, nhưng cho
đến cuối những năm 1970 năng suất ngô Việt Nam chỉ đạt chưa đến 10 tạ/ha (chưa
bằng 30% năng suất trung bình thế giới) do trồng các giống ngô địa phương với kỹ
thuật canh tác lạc hậu. Từ giữa những năm 1980, nhờ hợp tác với Trung tâm Cải
tạo Ngô và Lúa mỳ Quốc tế, nhiều giống ngô cải tiến đã được trồng ở nước ta,
góp phần đưa năng suất tăng lên gần đạt 15 tạ/ha vào đầu những năm 1990.
Diện tích Năng suất Sản lượng
Năm
(1000 ha) (tạ/ha) (1000 tấn)
1961 229,2 11,4 260,1
1975 267,0 10,5 280,6
1990 432,0 15,5 671,0
1995 556,8 21,1 1.174,9
1997 662,9 24,9 1.650,6
2000 730,2 27,5 2.005,9
2001 729,5 29,6 2.161,7
2002 816,0 30,8 2.511,2
2003 912,7 34,4 3.136,3
2004 991,1 34,6 3.430,9
2005 1.052,6 36,0 3.787,1
2006 1.033,1 37,3 3.854,6
2007 1.096,1 39,3 4.303,2
2008 1.125,9 40,2 4.531,2
2009 1.086,8 40,8 4.431,8
Bảng 2.2. Sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 1961 đến những năm gần đây
(Nguồn : Cục thống kê Việt Nam - 2010)
Dưới đây là một số nội dung nghiên cứu về cây ngô và hạt ngô :
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 6
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
• Đặc điểm cấu tạo, tính chất về ngô
Các cơ quan sinh dưỡng ngô gồm: rễ, than, lá nhiệm vụ duy trì đời sống
của cây. Phôi và hạt là khởi thủy cây mầm.
Các cơ quan sinh sản đực (bông cờ), cái( mầm ngô) khác nhau nhưng
trên cùng một cây. Ngô giao phấn chéo nhờ gió và côn trùng.
Khi thu hoạch, con người sử dụng hạt ngô là thực phẩm, hạt ngô thuộc
loại quả dĩnh gồm 4 bộ phận chính: vỏ hat, lớp aleron, phôi và nội nhũ.
− Vỏ hạt (6-9% khối lượng hạt ngô) là màng nhẵn bao bọc xung quanh hạt
có màu trắng, màu tím và vàng tùy thuộc vào giống.
− Lớp aleron (6-8% khối lượng hạt ngô) nằm sau vỏ hạt bao bọc lấy nội
nhũ và phôi.
− Nội nhũ (70-85% khối lượng hạt ngô) là bọ phận chính chứa đầy các
chất dinh dưỡng để nuôi phôi. Nội nhũ chứa tinh bột. Tinh bột nội nhũ
gồm 3 loại: bột, sừng và pha lê, đặc điểm và màu sắc nội nhuxlaf căn cứ
phân loại ngô.
− Phôi (8-15% khối lượng hạt ngô) bao gồm lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ
mầm và chồi mầm. Phôi ngô chiếm gần 1/3 thể tích hạt, bao quanh ngô
có lớp tế bào xốp giúp cho vận chuyển nước vào phôi và ngược lại
thuận lợi.
• Thành phần hóa học và có trong hạt ngô.
Thành phần hóa học
Ngô nếp Ngô đá vàng
( % khối lượng)
Nước 14,67 13,65
Chất đạm 9,19 9,17
Chất béo 5,18 5,14
Tinh bột 65,34 67,02
Xơ 3,25 3,61
Chất khoáng 1,32 1,32
Sinh tố 0,08 0,05
Các chất khác 0,40 0,30
Bảng 3.3 : Thành phần hóa học của hạt ngô
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 7
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
• Ứng dụng của hạt ngô
PHẦN 3: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
3.1 SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
( Vẽ trên khổ giấy A3)
3.2: THUYẾT MINH SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN
PHẦN 4: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
4.1 CÂN BẰNG VẬT LIỆU
• Dùng các kí hiệu như sau:
G1: Lượng vật liệu ẩm đi vào máy sấy
G2: Lượng vật liệu ra khỏi máy sấy.
w1,w2: Độ ảm ban đầu và cuối của vật liệu( tính theo khối lượng) ,%
W: Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy, kg/h.
Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối.
• Tính toán cân bằng vật liệu
Theo phương trình cân bằng vật liệu ta có:
Lượng vật liệu ẩm đi vào máy sấy:
G1= G2 = 550 = 719,23 kg/h
Suy ra: W= 719,23 -550 = 169,23 kg/h
Và lượng vật liệu khô tuyệt đối :
Gk = G2 = 550 = 467,5 kg/h.
4.2 QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT
Các thông số của quá trình sấy:
I: Ethanpy, kJ/kgkkk
t: Nhiệt độ, oc
x: Hàm ẩm, kg/kgkkk
ϕ: Độ ẩm tương đối, % khối lượng.
• Thông số của tác nhân sấy (I0, x0, t0 và ϕ 0)
Ta có:
- Ethanpy được tính bằng công thức:
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 8
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
I0 = 1,004.t0 + x0( 2500 + 1,842.t0 ) ( 2.18 – TL2/T.16)
Với hàm ẩm của không khí là :
= 0,621 ( 2.15 – TL2/T.16 )
từ thông số ban đầu : t0 = 20oc, = 85%
Áp suất hơi nước bão hòa tại = 20oC được tính bằng:
= exp ( 2.11 -TL2/T.25)
= exp = 0,02331 bar
Áp suất chung lấy giá trị là P = 745 mmHg = = 0,9933 bar.
Vậy = 0,621 = 0,01264 kg/kgkkk
Từ đó suy ra : I0 = 1,004.20 + 0,01264.(2500 + 1,842.20)
= 52,146 kJ/kgkkk
Nên nhiệt dung riêng của không khí ẩm khi có hàm ẩm là x0 bằng:
Ckk = Ckkk – Ch = 1,004 + 1,842. 0,01264 = 1024,9 J/kgoc = 1,02728 kJ/kgoC
Trong đó : Ckkk là Nhiệt dung của không khí khô, lấy bằng 1,004 kJ/ kgoc
Ch là Nhiệt dung riêng của hơi nước, lấy bằng 1,842 J/kgoc.
• Thông số của không khí ở calorife (I1,, t1 và ϕ 1)
Quá trình gia nhiệt trong calorife là quá trình có x= const
nên = = 0,01264 kgẩm /kgkkk
- Ethanpy : I1 = 1,004.t1 + x1( 2500 + 1,842.t1 )
= 1,004.85 + 0,01264.(2500 + 1,842.85)
= 118,919 kJ/kgkkk
- Áp suất hơi nước bão hòa ứng với nhiệt độ t1 = 85oC là:
= exp = = exp = 0,56954 bar
Khi đó 1 = = 0,0348 3,5%
• Thông số của tác nhân sấy sau buồng sấy (I2, , t2 và ϕ 2)
- Đối với máy sấy lý thuyết thì I1 = I2 = 118,919 kJ/kgkkk
- Độ chứa ẩm x2 có thể tính theo công thức :
x2 = (2.19 – TL2/ T.15)
= = 0,02855 kgẩm / kgkkk
- Tính độ ẩm tương đối của tác nhân sấy sau quá trình sấy:
ở t2 = 45oc, áp suất hơi nước bão hòa là :
= exp = = exp= 0,09495 bar
Vậy ϕ2 = = = 0,462 = 46,2 %
4.2.3 Lượng không khí lý thuyết
- Lượng không khí khô tiêu tốn riêng cho 1kg ẩm bốc hơi là :
l0 = ( 7.30- TL/T.290)
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 9
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
= = 62,85 kgkk/ kgam
- Lượng không khí tiêu tốn chung:
L0 = = Wl0 ( 7.29- TL/T.290)
= 169,23 . 62,85 = 10636.11 (kgkk/ h)
• Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên đồ thị I – x
• Dựng các trục I, x, các đường nhiệt độ.
- Dựng trục tung là I ( kcal/ kgk kk).
- Dựng trục x ( kgẩm/ kgkkk ) hợp với trục I một góc bằng 135o.
- Vẽ các đường I0, I1 và I2 song song với trục x.
- Trên trục tung, vẽ các đường đẳng nhiệt t 0, t1 và t2. Các đường này tạo với
trục một góc nhất định và chúng có đọ dốc tăng dần khi nhiệt độ tăng.
• Biểu diễn các trạng thái:
- Trạng thái đầu tiên của không khí được xác định bởi điểm A( x0 , t0 )
- Không khí bắt đầu đi vào calorife, đốt nóng không khí thì nhiệt độ tăng t ừ t 0
lên t1 và hàm ẩm x = const (x0 = x1).
- Sau khi không khí ra khỏi calorife, trạng thái được xác định bởi điểm B(x1 , t1)
- Đoạn thẳng AB biểu diễn giai đoạn đốt nóng không khí trong calorife.
- Điểm C( x2 , t2) biểu diễn trạng thái cuối của không khí trong quá trình sấy lí
thuyết, C nằm trên đường I1 ( vì I1 = I2)
- Như vậy, đường gấp khúc ABC biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên đồ thi I
– x.
4.3 QUÁ TRÌNH SẤY THỰC
4.3.1 Các thông số của quá trình sấy thực
• Thông số của không khí:
Như đã tính ở phần lí thuyết, không khí là tác nhân sấy đi vào :
Nhiệt độ t0 = 20oC
Độ ẩm ϕ0 = 85 %
Nhiệt dung riêng của không khí ẩm : Ckk = 1,025 kJ/kgoC
Ethanpy : I0 = 52,146 kJ/kgkkk.
Độ chứa ẩm: x0 = 0,01264 kg/kgkkk
Áp suất hơi nước bão hòa ở 20oC : = 0,02331 bar
Áp suất chung : B = = 0.9933 bar.
• Thông số của vật liệu sấy:
Các kích thước của ngô: tra phụ lục 7 (trang 351/tài liệu [2])
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 10
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
Dài: l = 12 mm
Rộng: a= 7mm
Dày: b= 5 mm
Nhiệt dung riêng: C = 1,55 (KJ/Kg)
Khối lượng riêng rắn: ρv = 1300 Kg/m3
Hệ số hình dạng : dtd= 0,0075 (m).
4.3.2 Tính các đại lượng cần thiết
• Tốc độ làm việc tối ưu:
- Trước tiên, cần tính chuẩn số Fe: Fe =
Ở điều kiện t = 0,5(t1 + t2) = 0,5(85+ 45)= 65oC, tra phụ lục tài liệu ta được các
thông số như sau :
υk = 19,75.10-6 m2/s
= 1,037 kg/m3
Vậy Fe = 0,0075 = 260,71
- Lấy tốc độ làm việc theo tiêu chuẩn :
Re = 0,5(0,19 + 0,258)Re1,56 ( 12.18- TL2)
= 0,5(0,19 + 0,258) .260,711,56 = 1316,6
Do đó : wt = = = 3,467 m/s
• Xác định sơ bộ diện tích ghi và chiều cao:
- Diện tích FG và chiều cao vật liệu sấy sẽ được tính chính xác khi tính đ ược
lương tác nhân sấy thực tế. Tính đến diện tích chiếm chỗ của lưới thép, lấy
sơ bộ diện tích ghi bằng 1,2 – 1,5 . Diện tích ghi tính theo l ượng tác nhân
sấy lý thuyết. Vậy ta có:
FG = = = 0,99 m2
Vậy đường kính ghi sơ bộ :
D = = = 1,128 m
- Chiều cao lớp hạt nằm trên ghi, chọn sơ bộ H = 0,25m. Để bố trí phếu đưa
vật liệu sấy vào và ra buồng sấy, chọn chiều cao buồng sấy H b = 4.H =
4.0,25 = 1 m. Cũng như diện tích ghi lò chiều cao H sẽ được tính toán khi
tính xong quá trình sấy thực.
- Như vậy diện tích bao quanh buồng sấy bằng:
F = FG+D.Hb = 1+1,128.1 = 4,54 m2
• Tổn thất nhiệt ra môi trường:
− TBS là một hình trụ tròn bằng thép có δ = 0,01, hệ s ố dẫn nhi ệt λ =
71.58(w/m.K)
Và nhiệt độ ngoài môi trường t0 = 200C tốc độ trao đổi nhiệt wt = 3,467 (m/s)
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 11
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
Nhiệt độ trung bình của TNS ttb = (85+45)0,5 = 650C
Chạy chương trình tổn thất nhiệt viết trong ngôn ngữ psscal. Ta được:
tw1= 55,3619: Nhiệt độ mặt trong của buồng sấy.
tw2 = 55,334150C : Nhiệt độ măt ngoài của buồng sấy.
Để tính tổn thất nhiệt , ta cần tính các thông số :
- Hệ số cấp nhiệt ở mặt trong của buồng sấy với tốc độ của TNS là
được tính như sau :
= 6,15 + 4,17. (6.7- TL2/T.74)
= 6,15 + 4,17.3,467 = 20,607 (W/m2h.K).
− Mật độ dòng nhiệt do tác nhân sấy cấp cho mặt trong buồng sấy là :
q1 = ( tf1 – tw1)
tf1 – Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy , tf1 = ttb = 65oC
Vậy q1 = 20,607( 65 - 55,3619) = 198,613 W/m2 .
− Mật độ dòng nhiệt do TNS dẫn qua mặt thép có độ dày và độ dẫn nhiệt
λ là :
q2 = ( tw1 – tw2) = (55,3619 – 55,33415) = 189,535 W/m2
− Mật độ dòng nhiệt cấp ra môi trường nhiệt độ tf2 = t0
q3 = 1,715(tw2 – tf2)1.333 (6.10 – TL2/T74)
= 1,715( 55,33415 - 20)1,333 = 189,613 W/m2
Để kiểm tra điều kiện ta có sai số tương đối :
= = 3,52.10-6 0%
Nên ta có = q2 = q3.
Lấy mật độ nhiệt qtb = + q3) .0,5 = ).0,5 = 198,613 W/m2
Như vậy, tổn thất nhiệt ra môi trường bằng :
Qmt = qtb.F =198,613. 4,54 = 941,7 /901,7W
Nhiệt tổn thất tính cho 1 giờ:
q = = = 19,2 kJ/kg ẩm.
• Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi
Nhiệt độ VLS sau quá trình sấy tv2 thường lấy theo điều kiện tv2 khoảng (5÷10)
0
C. Ở đây: tv2 = 45 – 5 = 400C.
Nhiệt dung riêng Cv = 1,55 kJ/kgK.
Khi đó nhiệt lượng do VLS mang đi là :
qv = = = =100,75 kJ/kg ẩm
• Nhiệt lượng có ích qi
qi = i2 – Catv1 = (2500 + 1,842.45 ) – 4,1868.20 = 2499,154 kJ/kg ẩm.
(i2 = r + 1,842.t2 : )
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 12
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
( Nhiệt dung riêng của nước :Ca = 4,1868 kJ/kg.K )
• Tổng tổn thất nhiệt
= Catv1 – qv – qmt = 4,1868.20 – 100,75 – 19,2 = 36,21/ kJ/kg ẩm.
4.3.3 Xác định thông số của quá trình sấy thực
Sau khi đã có giá trị tổng tổn thất nhiệt chúng ta có thể xây dựng quá trình sấy
thực trên đồ thị I-x. Trạng thái TNS sau quá trình sấy thực bằng điểm C. Từ điểm
C chúng ta tìm được entanpy I2, lượng ẩm d2 và độ ẩm tương đối . Đương nhiên
các thông số này cũng có thể tính toán bằng:
- Độ chứa ẩm của không khí sau buồng sấy x2 :
x2 = x0 + = 0,01264 + = 0,02833 kg/kgkkk.
- Ethanpy :
I2 = 1,004t2 + x2i2 (2.18 – TL2/T.17)
= 1,004.45 + 0,02833.(2500 + 1,842.45) = 118,35 kJ/kgkkk
- Độ ẩm tương đối ϕ2 :
ϕ2 = (5.12 – TL2/T.63)
( Pbh2 = 0,9495 bar )
= = 0,456 45,6 % ϕ2 lí thuyết.
- Lượng không khí thực tế :
l = = = 63,73 kgkk/ kgẩm
L = lW = 63,4. 169,23 = 10785,028 kgkk/h.
- Lượng nhiệt tiêu hao do TNS mang đi q2 :
q2 = l. = 63,73.1,02728( 45 – 20 ) = 1636,714 kJ/kg ẩm.
- Lượng nhiệt tiêu hao q:
q = l( I1 – I0 ) (5.10 – TL2/T.59)
= 63,73(118,919 52,146) = 4255,44 kJ/kg ẩm.
- Nếu tính phương trình cân bằng ta có :
q’ =
= 2499,154 +1636,714 + 100,75 + 19,2 = 4255,82 kJ/kg ẩm .
Sai số tương đối trong quá trình tính toán :
= = 8,93.10-5 = 0,009% 0 %
Bảng cân bằng vật liệu và hiệu suất buồng sấy:
Ký
Stt Đại lượng kJ/kg ẩm %
hiệu
1 Nhiệt lượng có ích q1 2499,154 58,73
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 13
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
2 Tổn thất do TNS q2 1636,714 38,45
3 Tổn thất do VLS qv 100,75 2,37
4 Tổng tổn thất ra môi trường qmt 19,2 0,45
4255,44
5 Tổng nhiệt lương tiêu hao q 100
4.4 Các số liệu tính toán được:
• Số liệu ban đầu:
t0 = 20oC ϕ0 = 85%
t1 = 85oC
t2 = 45oC
•Thông số lí sấy lý thuyết :
I0 = 52,146 kJ/kgkkk x0 =0,01264 kg/kgkkk
I1 = 118,919kJ/kgkkk x1 = 0,01264 kg/kgkkk ϕ1 = 3,5%
I2 = 118,919kJ/kgkkk x2 = 0,02855 kg/ kgkkk ϕ2 = 46,2%
2 = 46.2 % L0 = 10636,11 kg/h
• Thông số sấy thực tế:
I2’= 118,35 kJ/kgkkk
x2’ = 0,02833 kg/kgkkk
2’ = 45,6%
L = 10785,028 kgkk/h.
4.5 Tính lại kích thước
• Diện tích thực tế :
FG = = = 0,99 m2 1 m2
• Tính lại đường kính ghi:
D = = = 1,13 m
• Khối lượng vật sấy trên ghi G:
- Trước hết ta tính tiêu chuẩn Nu, giả sử thêm nếu với Fe = 247,759 thì có th ể
tính theo công thức :
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 14
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
Nu = 0,0283.Fe0,6.Re0,56. (10.07 – TL2/T.153)
= 0,028.(260,71)0,6.(1316,6)0,56 = 48,46
- Theo phụ lục, ở nhiệt độ trung bình ttb = 65oC, ta có hệ số dẫn nhiệt của
không khí = 0,0293 W/mK
nên hệ số trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy và thiết bị sấy α:
α=
= = 198,32 W/m2K
- Độ chênh lệch giữa nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy và vật liệu sấy ∆t:
∆t = (10.28 – TL2/T.156)
(với = t0 ; tv2 = 40oC)
= = 23,4 oC
• Khối lượng vật liệu sấy thường xuyên nằm trên ghi G :
G = (10.33 – TL2/T.157)
= = 252 kg
• Tính lại chiều cao lớp hạt nằm trên ghi H :
H = (10.35 – TL2/T157)
lấy = 850.
Vậy H = = 0,3 m
• Khối lượng hạt thực tế nằm trên ghi.
Trước đây, chọn sơ bộ H = 0,25 m. Thực tế H = 0,3 m, do đó khối l ượng hạt
thường xuyên nằm trên ghi được tính bằng :
G = 252 = 302 kg
- Thời gian sấy trung bình :
= (10.36 – TL2/T.157)
= = 0,48 giờ = 29 phút.
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 15
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
PHẦN 5: TÍNH KÍCH THƯỚC CỦA THIẾT BỊ
5.1 Thông số cần thiết cho tính toán
Nhiệt độ tác nhân vào: t1 = 85 0C
Nhiệt độ tác nhân ra : t2 = 45 0C
Nhiệt độ tính toán trung bình: t = 65 0C
Khối lượng riêng: ρk = 1,037 kg/m3
Độ nhớt động học: νk = 19,75.10-6 m2/s
Độ nhớt động lực học: μk = 20,35.10-6 Ns/m
Hệ số dẫn nhiệt: λk = 0,0293 W/mK
Độ xốp của ngô trong tầng sôi là = 0,4.
5.2 Tốc độ giới hạn
− Chuẩn số Arimet:
Ar = = = 13,3.105
− Chuẩn số Reynol tới hạn:
=
= = 178,84
− Tốc độ tới hạn
th = = = 0,47m/s
5.3 Tốc độ tác nhân sấy trong tầng sôi
− Chuẩn số Arimet : Ar = 13,3.105
− Chuẩn số Ly tra đồ thị Ly = f(Ar), ta có: Ly = 200 (Hình 10.8 – TL[2] )
vk = = = 3,64 m/s
Ta có: Fp = = = = 0,95 m2
− Tốc độ TNS trên bề mặt lưới phân phối là
vl = vk = 3,64. = 3,85 m/s
− Tốc độ thưc TNS qua lớp giả lỏng
= = 9,1 m/s
( : Độ xốp của lớp sôi, với hạt cầu ta chọn = 0,4)
5.4 Tốc độ cân bằng
− Khi bắt đầu bị lôi cuốn ԑ = 1
− Chuẩn số reynol:
Re = = = 1843,4
− Chuẩn số Liasenco:
Ly = = = 4709,85
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 16
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
− Vận tốc cân bằng:
= = = 10,4 m/s
− Vận tốc chủ đạo của dòng khí qua lưới
= 2 = 20,8 m/s
5.5 Lưới phân phối:
- Diện tích:
FG = 1 m2
- Đường kính tương đương:
D = = = 1,128 (m)
Đường kính lỗ lưới: dựa vào kích thước của hạt vật liệu, để hạt không lọt qua, ta
chọn ỗ có đường kính 2,5 mm
- Tỷ số tiết diện chảy và lưới:
νak = = 5,7
Chọn lưới có cách đục lỗ như sau:
Diện tích lưới: t2
Diện tích lỗ lưới: 2 1,57d2
d: đường kính lỗ lưới
= 5,7 ; Suy ra t = 7,5mm
5.6 Chiều cao buồng sấy:
Khối lượng hạt thưc tế nằm trên ghi. Trước đây chúng ta chọn sơ bộ H =
0,25m. Thực tế Hs = 0,3m.
Để đảm bảo quá trình hoạt động ta chọn chiều cao buồng phân ly bằng 2,5
lần chiều cao lớp tầng sôi Hp = 0,3.2,5 = 0,75 m
Vậy chiều cao lớp buồng sấy H = 0,58+1,45 = 1.05 m
5.7 Bề dày của thiết bị
5.7.1 Lưới
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 17
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
- Khối lượng vật liệu thường xuyên nằm trên lưới:
G = 252 = 302 kg
- Áp suất trên lưới:
P = = = 5927,3 (N/m2)
- Chiều dày lưới tính theo công thức:
S=D
Trong đó:
ψ : hệ số hàm yếu do lưới có đục lỗ.
Ψ = = = = 0,53
K = 0,187 : Hệ số cấu tạo (lắp bằng bulông)
[σ ] = 140.106 N/m2
D = 1,128 m
C: hệ số bổ sung do tính toán và độ mài mòn.
S= 1,127 + C = 4,308 + C
Chọn: C = 1 mm
Nên Smm
Vậy bề dày lưới là: 5 mm.
5.7.2 Buồng sấy
Thân buồng sấy chịu tác dụng của lực nén chiều trục.
Theo điều kiện bền khi lta có:
S=
Trong đó:
P: lực nén chiều trục
P = 5749,81 = 5630,94 N
[σ n ] : ứng suất cho phép khi nén của vật liệu chế tạo.
= 140 N/mm2 = 140.106 N/m2 (chọn vật liệu chế tạo là thép CT3)
S = + C = 11,37.10-4 + C mm
C: hệ số bổ sung
Chọn: S= 4 mm
− Điều kiện ổn định:
Ta có: S
Trong đó:
E = 19,6.104 N/mm2 (môdun đàn hồi)
Khi:
= = 140,875 250 thì
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 18
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
thông số này phụ thuộc vào trị số
Vậy: = 0,28 mm
Ta thấy S = 3 mm thoả mãn điều kiện ổn định.
− Điều kiện bền:
0,118.19,6.104. = 61,565 N/mm2
vì σ = 61,565 nên thoả điều kiện bền.
Vậy chiều dày thiết bị là S = 3 mm
5.7.3 Bộ phận nạp liệu
Chọn bộ phận nhập liệu dạng vít xoắn, vít xoắn đặt nằm ngang
Năng suất của vít tải được tính theo công thức:
Q = 47.n.s...C
Trong đó:
D: đường kính tiêu chuẩn của vít tải, D = 200 m
n: số vòng quay của trục vít, n = 30 vòng/phút.
s: bước vít, s = (0,8 – 1)D = 0,8.200 = 160 mm
: khối lượng riêng của ngô, Tấn/m3. ρ = 850 kg/m3
ρ
: hệ số chứa đầy, đối với ngô ta chọn bằng 0,4
φ
C: hệ số tính tới việc giảm năng suất khi vít tải đặt nghiêng. Trong
trường hợp này do vít tải đặt nằm ngang nên C=1
Thế vào ta được:
Q = 47.0,2230.0,168500,4.1 = 3068,16 kg/phút = 51,136 kg/s
Công suất của động cơ truyền động cho vít tải:
N = (ξ + 1)
Trong đó:
Q: năng suất của vít tải, kg/s
η: hiệu suất truyền động, η = 0,9
H: chiều cao nâng vật liệu, H = 2 m
k: hệ số tổn thất do ma sát trục vít với gối đỡ, k= 1,15
ξ: hệ số trở lực, ξ = 6
Vậy công suất của động cơ truyền động cho vít tải:
N = . (6+1) = 5,4 kW
Chọn công suất của động cơ: 5,5 kW
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 19
- ĐỒ ÁN MÔN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
8. Bộ phận tháo liệu
Ở đây ta chọn bộ phận tháo liệu là một ống hình tròn, đường kính là
150mm.Ngô khi đạt đến độ khô cần thiết sẽ nổi lên trên và tự động được đưa ra
ngoài theo ống tháo liệu này. Sở dĩ Ngô có thể tự động ra ngoài là do tính chất đặc
biệt của lớp hạt ở trạng thái tầng sôi, lúc này lớp hạt giống như là một khối chất
lỏng và có thể tự chảy ra ngoài.
PHẦN 6: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
6.1 Cyclon
Trong hệ thống sấy thường phải có thiết bị cyclon đi kèm để tách bụi ra khỏi
tác nhân sấy hoặc để thu hồi sản phẩm bị lôi cuốn theo. Cyclon hoạt động theo
nguyên lý ly tâm. Cấu tạo và kích thước cơ bản của nó được biểu diễn trên hình
vẽ sau:
Hình 6.1 Thiết bị cyclon
Để tìm kích thước của cyclone ta dựa vào bảng quan hệ giữa lưu lượng thể
tích tác nhân (m3/h) và kích thước cyclon cho dưới dạng bảng 10-2 (Kỹ thuật sấy
nông sản– Trần Văn Phú, Lê Nguyên Dương).
- Lưu lượng không khí đi qua cyclon:
Vkk = = = 10400 (m3/h)
- Dựa vào lưu lượng không khí và tra bảng 17.3 (trang 321/tài liệu [1]), ta được
cyclon có các kích thước cơ bản như sau:
D=2m d = 0,4 m
GVHD: Th.S Nguyễn Tiến Hưng
Sinh viên : Đặng Thái Sơn, lớp CH2Đ11 20
nguon tai.lieu . vn
