BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC
SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
----------

BÁO CÁO
THIẾT KẾ SẤY THÙNG QUAY

SVTH:

Niên học: 2021-2022

1


CHƯƠNG 1. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA Q TRÌNH
1. Các thơng số ban đầu
Tính tốn thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy nhân cà phê . Chọn
các thơng số cho tính tốn như sau:
Năng suất ban đầu:

5000kg/Vl/mẻ

Độ ẩm vật liệu vào:

ω1 = 28%

Độ ẩm vật liệu ra:

ω2 =12%

Nhiệt độ môi trường:

t0 = 250C

Độ ẩm tương đối:

ϕ0 = 80%

Thời gian sấy:

t=3h

Nhiệt độ TNS vào:

t1 = 800C

Nhiệt độ TNS ra:

t2 = 400C

Nguồn nhiệt:

Khí nóng

Địa điểm:

Gia Lai

2. Lượng ẩm được tách ra


w = G1.

w1 - w 2
w - w2
= G2. 1
100 - w 2
100 - w1

Trong đó:
w: lượng ẩm được tách ra (%)
G1, G2: lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy (kg/vl/mẻ)
w1: độ ẩm của vật liệu trước khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt
w2 : độ ẩm của vật liệu sau khi sấy, tính theo % khối lượng vật liệu ướt
Suy ra:

w= 5000. (kg/vl/1 mẻ)

3. Khối lượng sản phẩm sấy
G2 = G1 - w
=5000 – 909,09 = 4090,1(kg/1 mẻ)

2


4. Lượng vật liệu khô tuyệt đối

G k = G1.

100 - w1
100 - w 2

= G 2.
100
100

= (kgvl)

5. Tính các thơng số của khơng khí
5.1. Tính trạng thái khơng khí ngồi trời
+ Phân áp bão hịa theo nhiệt độ: t=25 ºC => Pbh=0,03166(bar)
Pb= =0,81.0,03166=0,02535 (bar)
+ Hàm ẩm ban đầu:
+ Nhiệt lượng riêng của khơng khí ẩm:
Io= 1,004.25+0,0161(2500,77+1,84.25)=66,1(kJ/kgkkk)
5.2. Tính tốn khơng khí đưa ra khỏi calorifer
+ Hàm ẩm của khơng khí là không thay đổi:
t1 = 80ºC, d1 = d0 = 0,0161 (kg/kgkkk)
+ Phân áp bão hòa hơi nước theo nhiệt độ: Pbh1=0,48(bar)

=>
+ Nhiệt lượng riêng của khơng khí ẩm:
I1=1,004.80+0,0161(2500,77+1,84.80)=122,94(kJ/kgkkk)
5.3. Tính tốn khơng khí ra khỏi buồng sấy
Nhiệt lượng riêng của khơng khí ẩm khơng đổi: I 1= I2= 122,94(kJ/kgkkk)
Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi máy sấy: t 2 = 40ºC
+ Phân áp suất bão hòa hơi nước theo nhiệt độ:
+ Ta có:
I1 = I2 = 122,94(kJ/kgkkk)
I2 =1,004.40+(2500,77+1,84.40)= 122,94 kJ/kgkkk
=>=0,049 kg/kgkkk
+ Ta lại có:


3


=>
5.4. Cân bằng vật liệu cho tác nhân sấy (cân bằng theo lượng ẩm)
Coi khơng khí khơ đi qua máy sấy khơng bị mất đi trong q trình sấy
Lượng khơng khí khơ tiêu tốn trong q trình sấy: L
Khi làm việc ổn định thì khơng khí sấy mang theo lượng ẩm: L.d1
Sau khi sấy lượng ẩm bốc ra từ vật liệu: w
Lượng ẩm khơng khí ra khỏi máy sấy: L.d2
Lúc này ta có phương trình cân bằng vật liệu theo lượng ẩm:
L.d1 + w = L.d2
L=
Vậy lượng khơng khí khơ tiêu tốn cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong
vật liệu:
l= (kgkkk/kg ẩm bay hơi)
:
Bảng 1.1. Bảng tổng kết cho vật liệu sấy
Đại lượng (đơn vị đo)

Giá trị

G1: khối lượng vật liệu vào thùng sấy (kg/vl/1 mẻ)

5000

G2: khối lượng vật liệu ra khỏi thùng sấy (kg/vl/ 1 mẻ)

4090,1


Gk: khối lượng vật liệu khô tuyệt đối (kgvl)

3600

w1: độ ẩm vật liệu vào (%)

28

w2: độ ẩm vật liệu ra (%)

12

w: lượng ẩm được tách ra ()

909,09

l: lượng khơng khí khơ để bốc hơi 1 kg ẩm (kgkkk/kg ẩm)

62,839

L: lượng khơng khí khô để bốc hơi w kg ẩm (kgkkk/h)

19042,1

4


Bảng 1.2. Bảng tổng kết cho tác nhân sấy
t0(ºC)


d(kg/kgkkk)

ϕ(%)

I(kJ/kgkkk)

Trước khi vào calorifer

25ºC

0,01636

80

66,1

Sau khi ra khỏi calorifer

80ºC

0,01636

5,2

122,94

Sau khi ra khỏi buồng sấy

40ºC


0,03245

66

122,94

CHƯƠNG 2. TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Đường kính và chiều dài thùng sấy:
Ta có: L/D=3,5-7
Chọn tỉ lệ: L/D=3
Khi đó đường kính thùng sấy được xác định:
V===> D=2.94(m)
 L ==5.2,507=8.82

+ Tiết diện tự do của thùng sấy:

π.D 2
Ftd = ( 1β- )
4
Hệ số điền đầy trong hệ thống sấy thùng quay chiếm khoảng từ 10÷25% thể
tích thùng sấy. Ta chọn:

β

= 0,25

+ Tốc độ tác nhân sấy lý thuyết:
(m/s)


5


Bảng 2.1. Chọn bề dày thùng sấy
Giá
trị
Vật liệu
chọn (m)

Hệ số dẫn
nhiệt
λ
(W/m.độ)

STT

Đại lượng

Kí
hiệu

1

Bề dày thùng

δ1

0,008

CT3


50

2

Bề dày lớp cách nhiệt

δ2

0,001

Bơng thủy tinh

0,05

3

Bề dày lớp bảo vệ

δ3

0,001

CT3

50

Đường kính ngồi của vỏ thùng sấy:
Dng = D + 2.( δ1 + δ2 +δ3)
= 2,94 + 2.(0,008 + 0,001 + 0,001) = 2,96 (m)


+ Chuẩn số Gratkov: m2/s
 Hệ số truyền nhiệt K:

Hệ số truyền nhiệt K đối với tường hình ống có chiều dày khơng dày lắm so với
đường kính, khi bỏ qua nhiệt trở của lớp cách nhiệt:
K= (W/m2.độ)
 Tính bề mặt truyền nhiệt F:

Đường kính trung bình máy sấy:
Dtb = ==2,95(m)
Bề mặt truyền nhiệt máy sấy bao gồm diện tích xung quanh và diện tích hai
đầu của thùng:

Fπ.D
= .Ltb 2.
+

π.D 2tb
4

== 94,41 (m2)
 Tính tổn thất nhiệt qua vỏ máy sấy:

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

Δt tb =

Δt đ - Δt c
Δt

ln đ
Δt c

6


Trong đó:
∆tđ: Hiệu số nhiệt độ của khơng khí tác nhân sấy vào và nhiệt độ môi trường,
∆tđ = t1 – t0 = 80 – 25 = 550C
∆tc: Hiệu số nhiệt độ của khơng khí tác nhân sấy ra và nhiệt độ môi trường, ∆t c
= t2 – t0 = 40 – 25 = 15oC


= 30,78oC
Vậy: Tổn thất nhiệt từ vỏ máy sấy ra môi trường xung quanh:
qm = = =12,65(kJ/kg ẩm)
Tổng nhiệt ra là:
∑

qr = qkkr + qvlr + qm
= 7869,55 + 293,38 + 162,65 = 8175,58(kJ/kg ẩm)

2. Tính tốn q trình sấy thực tế
2.1. Nhiệt lượng bổ sung thực tế
Tìm giá trị ∆ (lượng nhiệt bổ sung thực tế):
∆ = Cn.t0 - (qvl + qm)
Nhiệt lượng để làm nóng vật liệu:

=
qvl


G 2 .C vl
.(t vl2 - t vl1 )
w

=83,818(kJ/kg)
Suy ra:
∆ = 4,1816.25 – (83,818 + 12,65) = 8,072 (kJ/kg)
2.2. Xác định các thông số của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực
+ Nhiệt dung riêng dẫn xuất của tác nhân sấy trước khi sấy:
Cdx(d1) = Cpk + Cpa.x1
Trong đó : Cpk : nhiệt dung riêng của khơng khí khơ.
Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước.
Chọn Cpk = 1,004 ; Cpa = 1,842.
Suy ra: Cdx(d1) = 1,004 + 1,842.0,01636 = 1,0341 (kJ/kgkkk)
+ Lượng ẩm chứa d2 của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực:

7


i'2 = 2500 + 1,842.t2
= 2500 + 1,842.40 = 2573,68 (kJ/kg)
Ta có:+
= =0,0323 (kg ẩm/kgkkk)
+ Nhiệt lượng riêng của khơng khí ẩm:

I'2

= Cpk.t2 +.i'2
= 1,004.40 + 0,0323.2573,68= 123,189(kg/kgkkk)


+ Độ ẩm tương đối:
=0,03226
=>
+ Lượng tác nhân sấy cần thiết cho quá trình sấy thực tế:
(kgkkk/kg ẩm)
+ Lượng tác nhân sấy thực tế:
L’ = l’.w
= 63,879.909,09 = 58088,123 (kgkkk/h)
2.3. Phương trình cân bằng nhiệt lượng: ∑q v = ∑qr
2.3.1. Nhiệt vào
+ Nhiệt lượng do calorifer sưởi cung cấp:

q s'

= l’.(

I'2

– I0)

= 62,73.(123,189– 66,815) = 3536,34(kJ/kg ẩm)
+ Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: qvls = 876,44 (kJ/kg ẩm)
+ Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào: qkkv = 4223(kJ/kg ẩm)
+ Tổng lượng nhiệt mang vào:

∑

q'v qs'
=


+ qvls + qkkv

= 3645,96+3876,44+4223= 8745,4 (kJ/kg ẩm)
2.3.2. Nhiệt ra
+ Nhiệt do khơng khí mang ra:

8


q'kkr

= l’.

I'2

= 63,897.123,16 = 7869,55 (kJ/kg ẩm)

+ Nhiệt do vật liệu sấy mang ra: qvlr = 293,36 (kJ/kg ẩm)
+ Nhiệt do tổn thất qua vỏ máy sấy ra môi trường xung quanh:
qm = 12,65 (kJ/kg ẩm)
+ Tổng lượng nhiệt mang ra:

∑

q'r

=

q'kkr


+ qvlr + qm

= 7869,55+293,38+12.65 = 8175,58 (kJ/kg ẩm)
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH
Theo như đã tính tốn lựa chọn ở phần cân bằng nhiệt lượng, ta có các thơng số
kĩ thuật của thiết bị chính như sau:
+ Thời gian sấy:

t

= 3(h) = 180 (phút)

+ Thể tích thùng sấy: V = 25.64(m3)
+ Đường kính thùng sấy: D = 2,94 (m)
+ Chiều dài thùng sấy: L = 8,82 (m)

n=
+ Tính số vịng quay của thùng:

m.k.L
t .D.tga

Trong đó:
+ m, k: hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh và chiều chuyển động của khí
Với dạng cánh nâng m = 0,5 và tác nhân sấy chuyển động cùng chiều, chọn k =
2
+ L, D: đường kính và chiều dài của thùng, (m)
+ α: góc nghiêng của thùng so với mặt phẳng ngang
Đối với thùng dài: α = 2,5÷3o, chọn α = 2,5

Nên: n== 0,409( vịng/phút)
+ Cơng suất cần thiết để quay thùng:
-2

3

N = 0,13.10 .D .L.a.n.

r

9


Trong đó:
n: số vịng quay của thùng sấy (vịng/phút)
a: hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,063
ρ: khối lượng riêng xốp trung bình, ρ = 650 (kg/m3)
D, L: đường kính và chiều dài của thùng, (m).
Nên: N = 0,13.10-2.(2,94)3.8,82.0,063.0,409.650 = 4,88 (kW/h)

KẾT LUẬN

Thiết bị chính:
+ Chiều dài: 8,82 (m)
+ Đường kính: 2,94 (m)
+ Tốc độ quay: 0,409 (vịng/phút)
+ Thời gian sấy: 180p (phút)

10