TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BỘ MÔN: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
***

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Đề tài: Thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy đường

GVHD

TS. Lê Đức Trung

:

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Tú
MSSV

: 20134494

Hà Nội, 2016
***

1


Mục lục
Mục lục.............................................................................................................. 1
Lời mở đầu........................................................................................................ 2
Phần I: Tổng quan.............................................................................................

1.1.
1.2.
1.3.

Giới thiệu về sản phẩm sấy...........................................................
Giới thiệu về phương pháp sấy.....................................................
Giới thiệu về hệ thống sấy thùng quay.........................................

Phần II: Tính toán công nghệ sấy đường……………………………………....
2.1. Tính toán cân bằng vật liệu................................................................
2.2. Tính thời gian sấy……………………………………………………
2.3. Tính kích thước và các thông số của thùng........................................
2.4. Tính toán quá trình sấy lí thuyết.........................................................
2.5. Tính toán quá trình nhiệt quá trình sấy...............................................
2.5.1. Tính tổn thất nhiệt.........................................................................
2.5.2. Tính toán quá trình sấy thực..........................................................
2.5.3. Tính toán cân bằng nhiệt……………………………………………
Phần III: Tính toán thiết bị của hệ thống sấy ………………………………….
3.1. Tính toán thùng sấy
3.2. Tính chọn cánh đảo trộn
3.3. Thiết kế bộ phận truyền động cho thùng quay
3.4. Tính vành đai và con lăn
3.5. Tính Caloripher………………………………………………………
3.6. Tính trợ lực và chọn quạt…………………………………………………
3.7. Tính công suất của dộng cơ quay………………………………………
Lời kết…………………………………………………………………………….
2


LỜI MỞ ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong các công
nghệ sản xuất và đời sống thực tế. Đặc biệt, trong các ngành công nghiệp thực
phẩm, chế biến, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng… kỹ thuật sấy đống một
vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm
thích hợp thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng
cao chất lượng sản phẩm.
Đường là một sản phẩm của công nghiệp thực phẩm. Đường saccarose có
vị ngọt tự nhiên, là loại thực phẩm bổ dưỡng, cung cấp nhiều năng lượng cho
con người. Đường là sản phẩm dùng trực tiếp hoặc có thể dùng làm nguyên liệu
trong các ngành công nghệ sản suất thực phẩm như: công nghệ sản xuất đồ hộp,
công nghệ sản xuất bánh kẹo, mứt, nước giải khát…
Một trong những quá trình quan trọng trong công nghệ sản xất là sấy
đường khi tinh thể đường được tạo ra. Sấy đã giúp cho công việc bảo quản và
vận chuyển đường được thuận lợi, đồng thời đường thành phẩm bảo đảm chất
lượng cũng như giá trị cảm quan. Do tính chất và thành phần của đường khi sấy
phải giữ được những tính chất về giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng nên có
thể sử dụng môt số loại thiết bị như sấy thùng quay, sấy sàn rung, sấy tầng sôi,
…tuy nhiên thông dụng nhất trong sấy hiện nay là kiểu sấy thùng quay với tác
nhân là không khí nóng.
Trên cơ sở những kiến thức đã được học và sự hướng dẫn của thầy giáo
trong đồ án môn học này, em sin trình bày về “ Tính toán thiết kế sấy thùng
quay sấy đường với năng suất 1200 kg/h ” với nội dung bao gồm các phần
sau :
Phần I: Tổng quan.
Phần II: Tính toán công nghệ sấy đường.
Phần III: Tính chọn thiết bị phụ.
Do trình độ, kinh nghiệm nghiên cứu và tài liệu tham khảo còn hạn chế
nên em không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình tính toán, thiết kế dồ
án này, rất mong được thầy cô và các bạn góp ý, chỉ bảo để em có thể bổ sung,
củng cố kiến thức cho bản thân.

Em xin chân thành cảm ơn!
3


PHẦN I

TỔNG QUAN
1.1.

Giới thiệu về sản phẩm sấy

Đường saccarose có công thức phân tử là C 12H22O11 , cấu tạo từ 2 đường
đơn là Glucose và Fructose, trọng lượng phân tử là 32,3 đvC. Tinh thể saccarose
trong suốt không màu, không mùi, có vị ngọt; khối lượng riêng: 1,5879 g/cm 3.
Nhiệt độ nóng chảy: 180 – 1860C; dễ tan trong nước với độ hòa tan khá cao, tỷ
lệ với nhiệt độ. Ở trạng thái kết tinh, đường saccarose không hút ẩm, độ hút ẩm
của nó phụt thuộc vào tạp chất lẫn trong tinh thể đường, độ tan chất càng lớn thì
khả năng hút ẩm càng cao.
Đường saccarose không có tính khử. Trong môi trường axit hoặc kiềm
mạnh, saccarose bị thủy phân tạo thành glucose và frucrose. Dưới tác dụng cả
nhiệt độ cao (1600C) đường saccarose bị nóng chyar và khi nhiệt độ lớn hơn
1800C thì nó sẽ bị caramen hóa.
Trong tự nhiên, đường saccrose có nhiều trong mía, củ cải đường, thốt
nốt, nhưng trong công nghiệp, đường saccarose được sản xuất chủ yếu từ mía và
củ cải đường.
Ở Việt Nam, nguyên liệu chủ yếu sản xuất đường là mía. Quy trình sản
xuất đường từ nguyên liệu mía như sau:
Nguyên liệu

Ép


Làm trong
nước mía

Bao gói

Sấy

(Mía)

Thành phẩm

4

Cô đặc
nước mía

Nấu
đường

Ly tâm

Kết tinh


Quá trình sấy đường tương đối dễ vì tinh thể đường saccarose không
ngậm nước, chủ yếu là tách ẩm bề mặt tinh thể, mặt khác là độ ẩm ban đầu của
đường nhỏ. Vì vậy, thiết bị sấy không phức tạp nhưng sấy xong bắt buộc phải
làm nguội đến nhiệt độ phòng để tạo điều kiện bảo quản tốt cho sau này.
1.2. Giới thiệu phương pháp sấy

1.2.1. Khái niệm chung về sấy
1.2.1.1. Định nghĩa
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi bề mặt vật liệu nhờ sử dụng nhiệt năng.
Quá trình sấy nhằm mục đích giảm bớt khối lượng, tăng độ bền của vật liệu; bảo
quán tốt vật liệu trong một thhowif gian dài, nhất là đối với các sản phẩm nông
sản, lương thực, thực phẩm; giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vận
chuyển vật liệu; hoặc để đảm bảo các thông số kỹ thuật cho các quá trình gia
công vật liệu tiếp theo.
1.2.1.2. Phân loại
Quá trình sấy bao gồm 2 phương thức:
•

•

Sấy tự nhiên: là phương pháo sử dụng trực tiếp năng lượng tự nhiên như
năng lượng mặt trời, năng lượng gió… để làm bay hơi nước. Phương
pháp này đơn giản, không tốn năng lượng, rẻ tiền tuy nhiên không điều
chỉnh được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp, phụ
thuộc vào thời tiết, cần diện tích bề mặt lớn, điều kiện vệ sinh kém… Do
đó phương pháp này được áp dụng cho sản xuất quy mô lẻ, hộ gia đình,
Sấy nhân tạo: là phương pháp sấy được sử dụng các nguồn năng lượng do
còn người tọa ra, thường được tiến hành trong các thiết bị sấy, cung cấp
nhiệt cho các vật liệu ẩm.

Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong
kỹ thuật sấy có thể chia ra làm các dạng:
-

-


Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với
không khí nóng, khói lò… (gọi là tác nhân sấy ).
Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc với
nhiệt độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp
qua một vách ngăn.
Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương thức sấy dùng năng lượng của tia
hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy.
5


-

-

Sấy bằng dòng 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 lớp
vật liệu.
Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân
không rất cao, nhiệt độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng
và bay hơi trừ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng.

1.2.1.3. Nguyên lí của quá trình sấy.
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất
phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật
liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là một quá trình nối tiếp nghĩa
là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha long sang pha hới sau đó
tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu. Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ
ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu. Quá trình khuếch tán
chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất
hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh. Vận tốc

của toàn bộ quá trình được quy định bởi giai đoạn nào là chậm nhất. Ngoài ra
tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình
di chuyển ẩm từ trong vật liệu sấy ra ngoài bền mặt vật liệu sấy.
Trong quá trình sấy thì môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh
hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. Do vậy cần nghiên cứu tính chất là
thông số cơ bản của quá trình sấy.
1.2.2. Tác nhân sấy
Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật
liệu sấy. Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm thoát
ra từ vật liệu sấy. Nếu dộ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong
buồng sấy được tăng lên đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật
liệu sấy và môi trường trong buồng sấy, quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ
ngừng lại.
Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy:
-

Gia nhiệt cho vật liệu sấy.
Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường.
- Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.

6


Tùy theo phương pháp sấy mà các tác nhân sấy có thể thực hiện một hay
nhiều các nhiệm vụ trên.
Các loại tác nhân sấy:
•

•


•
•

Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất, có thể dùng cho hầu
hết các loại sản phẩm. Dùng không khí ẩm sẽ có nhiều ưu điểm: không
khí có sẵn trong tự nhiên, không độc , không làm sản phẩm sau khi sấy ô
nhiễm và thay đổi mùi vị. Tuy nhiên, dùng không khí ẩm làm tác nhân
sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí (caloripher khí –hơi bay khí
– khói), nhiệt độ sấy không quá cao. Thường nhỏ hơn 500 0C vì nếu nhiệt
độ cao quá thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim
hay gốm sứ với chi phí đắt.
Khói lò : khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên
10000C mà không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô
nhiễm do bụi và các chất có hại như CO2, SO2 ,…
Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị
cháy nổ và có khả năng chịu được nhiệt độ cao.
Hỗn hợp không khí và hơi nước: Tác nhân sấy này chỉ dùng khi độ ẩm
tương đối cao.
1.2.3. Thiết bị sấy.
Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có
nhiều kiểu thiết bị sấy khác nhau đề phù hợp với các loại vật liệu sấy
riêng biệt. Có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:
-

-

-

Dựa vào tác nhân sấy: thiết bị sấy bằng không khí hay thiết bị sấy
bằng khói lò, ngoài ra còn có nhiều thiết bị sấy bằng phương pháp đặc

biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại, sấy bằng dòng điện
cao tần…
Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không hay thiết bị sấy ở áp
suất thường.
Dựa vào phương pháp cấp nhiệt cho quá trình sấy: Thiết bị sấy tiếp
xúc, thiết bị sấy đối lưu hay thiết bị sấy bức xạ…
Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải.
Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy: cùng chiều hay ngược
chiều.
 Chọn thiết bị, tác nhân và phương án sấy :
Chọn thiết bị sấy: Căn cứ vào ưu nhược điểm của các loại thiết bị sấy
và đặc điểm của vậ liệu sấy ở đây là đường ta chọn thiết bị sấy là hệt
7


-

-

thống sấy thùng quay. Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy
chuyên dùng để sấy các vật liệu hạt, cục nhỏ. Loại thiết bị này được
dùng rộng rãi trong công nghệ sau: thu hoạch để sấy các vật liệu ẩm
dạng hạt có kích thước nhỏ.
Chọn tác nhân sấy: ĐƯờng là sản phẩm thực phẩm có thể dùng để ăn
trức tiếp hoặc dùng làm nguyên liệu chế biến sản xuất các sản phẩm
thực phẩm, dược phẩm khác vì vậy yêu cầu quá trình sấy phải sạch,
không bị ô nhiễm, bám bụi. Mặt khác, sấy đường không sấy ở nhiệt độ
cao. Do đó ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng.
Chọn phương án sấy: Đường được sấy liên tục với tác nhân là không
khí nóng. Vật liệu và tác nhân sấy sẽ đi qua xyclon thu hồi bụi đường

và thải khí ra ngoài môi trường.

1.3. Giới thiệu về hệ thống sấy thùng quay.
Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ
tròng được đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một khoảng 1-5 độ. Có 2
vành đai trượt trên các con lăn đỡ khi thùng quay. Khonagr cách giữa các con
lăn có thể điều chỉnh được để thay đổi của thùng. Thùng quay với tốc độ 1,5 – 8
vòng/phút nhờ một động cơ điện thông qua hộp giảm tốc. Bên trong thùng có
lắp các cánh đảo để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất đạt cao hơn, phía cuối
thùng có hộp tháo sản phẩm.
Hệ thống sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển. Tác nhân sấy có
thể là không khí sạch hay khí lò. Tác nhân sấy và vật liệu có thể chuyển động
cùng chiều hoặc ngược chiều. Vận tốc của tác nhân sấy đi trong thùng không
quá 3m/s đẻ tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.
Vật liệu ướt qua phễu nạp liệu rồi vào thùng sấy ở đầu cao. Thân thùng quay
trònm vật liệu sấy vừa bị xáo trộn, vừa đi dần từ đầu cao xuống đầu thấp của
thùng. Nó chuyển động được nhờ những đêm chắn. Đệm chắn vừa phân bố đều
vật liệu theo tiết diện thùng, vừa xáo trộn vật liệu, làm cho vật liệu tiếp xúc với
tác nhân sấy tốt hơn.
Quá trình vật liệu đi trong thùng quay, tác nhân sấy và vật liệu sấy trao
đổi nhiệt ẩm cho nhau. Vật liệu đi hết chiều dài thùng sấy được lấy ra vầ vận
chuyển cào kho nhờ bằng tải còn tác nhân sấy đi qua xyclon để thu hồi vật liệu
sấy theo khí thải và được thải ra ngoài môi trường.


Ưu, nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay :
8


-


-

Ưu điểm :
+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy
và tác nhân sấy.
+ Cường độ làm việc tính theo lượng ẩm khá cao, có thể lên tới
100kg/m3.h
+ Thiết bị đơn giản, dễ vận hành, chiếm diện tích mặt bằng nhỏ.
Nhược điểm :
+ Vật liệu dễ bị vỡ vụn, làm giảm chất lượng sản phẩm.
+ Cần có xyclon để lọc bụi nếu vật liệu sấy tạo ra nhiều bụi.
+ Tiếng ồn lớn do quạt tạo ra.

PHẦN II
9


TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẤY ĐƯỜNG
Thông số đề bài:
•
•
•
•
•
•
•

Độ ẩm vật liệu trước khi sấy: W1 = 3%.
Độ ẩm vật liệu sau khi sấy: W2 = 0,15%.

Nhiệt độ của vật liệu trước khi vào thiết bị sấy: tv1 = 250C.
Nhiệt độ của vật liệu sau khi ra khỏi thiết bị sấy: tv2 = 350C.
Nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào thiết bị sấy: t1 = 1000C.
Nhiệt độ của tác nhân sau khi vào thiết bị sấy: t2 = 400C.
Cường độ bốc hơi ẩm : A = 9 kg/m3.h
Năng suất: G1 =1200 kg/h.

2.1. Tính cân bằng vật liệu.
Lượng ẩm bốc hơi trong 1h của vật liệu sấy:
W= G1* , kg/h (Công thức VII.18 – trang 102 – [2])
Trong đó:
W1: Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ của vật liệu sấy (kg/h)
W2: Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy (%)
G2: Lượng vật liệu ra khỏi máy sấy (kg/h)
Vậy: W = 1200* (kg/h)
Khối lượng vật liệu ẩm vào thùng sấy:
G2 = G1 - W, kg/h (Công thức VII.17 – trang 102 – [2]).
G2 = 1200 – 34,25 = 1165,75 (kg/h)

Khối lượng vật liệu khi tuyệt đối:
Gk = G2

100 − W2
100

, kg/h (Công thức VII.19 – trang 102 – [2])

Gk =1165,75 = 1198,2(kg/h)
10



2.2. Thời gian sấy.
120.β .ρ .(w −w )

τ = A.[200−(w 1+w 2)]
1

2

, phút (Công thức VII.53 – trang 123[2])

Trong đó:
Β : Hệ số điền đầy, chọn = 0.2
ρ : Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng quay
ρ = 1587 kg/m3.
A: Cường độ bốc ẩm hơi, chọn A=9 kg/m 3h (theo bảng 10.1 – trang 207 –
[1])
W1, W2 : Độ ẩm ban đầu và cuối của vật liệu, (%)
Vậy: = 61,27 phút
2.3. Tính kích thước và các thông số của thùng sấy :
Thể tích của thùng sấy (V):

A= W
Từ công thức :

V

( Công thức 10.2 – trang 207 – [2])

Trong đó :

A : Cường độ bốc ẩm bay hơi, (kg/m3h)
W : Lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ của vật liệu sấy, (kg/h)
V : thể tích thùng sấy, (m3)

Suy ra :
V

=W
A

= = 3,8 (m3)

Đường kính 2 chiều dài của thùng sấy ( D, L):
11


L=

4.V
π .D 2

, m (Công thức VII.5.1 – trang 121 – [2])

Trong đó :
L : chiều dài của thùng sấy, (m)
D : đường kính thùng sấy, (m)
V : thể tích thùng sấy, (m3)
Theo kinh nghiệm, người ta lấy quan hệ giữa chiều dài và đường kính thùng sấy
là L/D=()
Chọn L/D = 5 hay L = 5D

Suy ra :

D=3

4.V
4π

= = 1(m).

Nên L = 5D = 5. 1= 5 (m)
Số vòng quay của thùng sấy :

n=

L
a.τ .D.tan α

, vòng/phút

Trong đó :
L,D : chiều dài và đường kính của thùng sấy, (m)
a : Hệ số phụ thuộc đường kính và kiểu cánh đảo chọn a = 1,2

τ
α

: thời gian sấy, (phút)
: góc nghiêng của thùng sấy, chọn

Vậy n= = 0,97( vòng /phút ).

2.4. Tính toán quá trình sấy lí thuyết.
12

α

= 40


Nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép :

th = 20 – 10.log

τ

+

2350
0.37.(100 − Wtb ) + Wtb

( Công thức 10.9 – trang 210 – [1])

Trong đó :

τ

: thời gian sấy( phút )

Wtb : độ ẩm trung bình của vật liệu sấy trước và sau khí sấy, (%)
Wtb = = 1,58 (%)
Vậy th = 20 – 10.log61.27 + (0C)

Quá trình sấy lí thuyết không có hồi lưu được biểu diễn trên đồ thị I – d (hình
vẽ)

•

Tính toán trạng thái không khí bên ngoài :

13


Chọn không khí bên ngoài được xác đinhh bởi cặp thông số nhiệt độ và độ ẩm
tương đối (t0 ,

ϕ0

) = ( 25%,85%), có áp suất p =745 mmHg.

Pbo= exp {12,000) -

4026, 420
235,500 + t0

}

Áp suất hơi bão hòa ứng với t0 = 250C.

Pbo = exp {12,000 -

4026, 420
235,500 + t0


}== exp {12,000 -

4026, 420
235,500 + 25

}=0,0315 bar

Lượng chữa ẩm d0:
0,621.

d0 =
0,621.

=

ϕ0 .Pbo
B − ϕo .Pbo

( Công thức 2.13 – trang 28 – [1])

0,85.0, 0315
745
− 0,85.0, 0315
750

= 0,0172 (kg ẩm/kk)

Emtapy I0 :
I0= 1,004.t0 + d0.(2500 + 1,842.t0) ( Công thức 2.25 – trang 29 – [1])

= 1,004.25 + 0,0172.(2500 + 1,842.25) = 68,892 ( kJ/kg kk)
•

Tính toán trạng thái không khí vào thùng sấy:

Không khí được đưa vào thùng sấy được qua caloripher để đốt nóng
không tăng ẩm đến nhiệt độ t1 = 1000C, lượng chứa ẩm d1 = d0 = 0,0172 kg ẩm/
kg kk.

Pb1 = exp {12,000 -

4026, 420
235,500 + t1

}

Áp suất hơi bão hòa ứng với t = 1000C

14


Pb1 = exp {12,000 -

4026, 420
235,500 + t1

}= exp { 12,000 -

4026, 420
235,500 + 100


} = 0,9987 bar

Độ ẩm tương đối q1 :
0, 0172.(745 / 750)
= 2, 68(%)
0,9987.(0, 621 + 0, 0172)

ϕ1 =

Etanpy I1 :
I1= 1,004.t1 + d1.(2500 + 1,842.t1)
= 1,004.100 + 0,0172.(2500 + 1,842.100) = 146,568 (kJ/kg kk)
Nhiệt lượng mà caloripher cần cung cấp để đốt nóng 1kg không khí từ trạng
thái (t0,ρ0) đến trạng thái (t1,ρ1) là :
q = I1 – I0 = 146,568 – 68,892 =77,676 (kJ/kg kk)
•

d20 =

Tính toán trạng thái không khí sau quá trình sấy lý thuyết :
I 2 −1,004.t2
146,568 −1,004.40
2500 + 1,842.t2
2500 + 1,842.40
=
=0,0413 (kg ẩm/kg kk)

Áp suất hơi bão hòa ứng với t2 = 400C :


Pb2 = exp {12,000 -

4025, 420
235,500 + t2

} = exp {12,000 -

4025, 420
235, 500 + 40

} = 0,0732 bar

Độ ẩm tương đối của không khí sau quá trình sấy lí thuyết là :

ϕ20

=

d 20. .B
Pb 2 .(0, 621 + d 20 )

-

=

0, 0413.(745 / 750)
0, 0732.(0, 621 + 0, 0413)

=84,62 (%)


Lượng ẩm mà không khí nhận từ vật liệu :
Gbc0 = d20 – d1 = 0,0413 – 0,0172 = 0,0241 (kg ẩm/kg kk)

Ta có bảng thông số của quá trình sấy :
15


Không khí trước khi đi Không khí sau khi đi qua Không khí sau khi sấy
qua caloripher
caloripher
t0 = 250C

t1 = 1000C

t2 = 400C

ϕ

ϕ1

ϕ2

= 85%

I0 =68,892 kJ/kg kk

= 2,68 %

I1 = 146,568 kJ/kg kk


d0 = 0,0172 kg ẩm / kg kk d1 = 0,0172 kg ẩm/kg kk
•
-

= 84,62%

I2 = 146,568 kJ/kg kk
d20 = 0,0413 kg ẩm/kg kk

Lượng ẩm tác nhân sấy lí thuyết cần :
Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm là :
l0 =

1
d 20 − d0

=

1
0,0413 − 0,0172

=41,49 (kg kk/kg ẩm)

Vậy lượng tác nhân sấy vào caloripher là :

-

•

L0 = l0.W = 41,49. 34,25 = 1421 (kg/h)

Theo phụ lục 5 ( Trang 349 – [1]), thể tích không khí ẩm chứa 1kg
không khí khô trước và sau quá trình sấy là : v 1 = 1,105m3/kg kk, v2 =
0,969 m3/kg kk, do đó :
Lượng thể tích của tác nhân sấy trước quá trình sấy lý thuyết V1 :
V1 = v1.L0 = 1,105. 1421 = 1570 (m3/h)
Lượng thể tích của tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết V20 :
V20 = v20.L0 = 0,969. 1421 = 1377 (m3/h)
Lượng thể tích trung bình của quá trình sấy lý thuyết Vtb0 :
Vtb0 = 0,5.(V1 + V20) = 0,5.(1570+ 1377) = 1473,5 (m3/h)
= 0,41 (m3/s).
Nhiệt lượng tiêu hao lý thuyết :
q0 = l0.(I1 – I0) = 41,49.(146,568 – 68,892) = 3222,78 ( kJ/kg ẩm)
Q0 = q0.W = 3222,78. 34,25= 110380(kJ/h) = 30,66 (kW)

2.5. Tính toán nhiệt quá trình sấy :
2.5.1. Tổn thất nhiệt
2.5.1.1. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi :
16


-

Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm w2 = 0,15% là :
Cv = Cvk.(1 – w2) + Ca.w2, [kJ/kg độ] ( Công thức 7.40 – trang 14 – [1])

Trong đó :
Cvk : Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khô, Cvk = 1,45 kJ/kg độ
Ca : Nhiệt dung riêng của hơi nước, Ca = 4,1868 kJ/kg độ
Suy ra : Cv = 1,45.(1 – 0,0015) + 4,1868.0,0015 = 1,454 kJ/kg độ
-


Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi :
qv = , kJ/ kg ẩm ( Công thức 7.19 – trang 135 – [1])

Trong đó :
tv1, tv2 : Nhiệt độ của vật liệu sấy trước và sau khi sấy.
G2 : Lượng vật liệu ra khỏi máy sấy (kg/h)
Cv : Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm w2, (kJ/kg độ)
Vậy : qv = = 494,9 ( kJ/kg ẩm )
Qv = qv . W = 494,9. 34,25= 16950 kJ/h
2.5.1.2. Tổn thất nhiệt do môi trường.
Để tính được tổn thất nhiệt do môi trường ta phải giả thiết tốc độ sấy của
tác nhân sấy là w(m/s). Sau khi tính toán xong lượng tác nhân quá trình sấy thực
ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này.
Cơ sở để giả thiết tốc độ tác nhân sấy trong thiết bị sấy thực tế là tốc độ
sấy lý thuyết w0(m/s). Tốc độ này chính là tỉ số giữa lưu lượng thể tích trung
bình Vtb0 và chọn β = 0,1 do đó tiết diện tự do của thùng sấy của thể tính gần
đúng bằng :
Ftd = (1-β).Fts = = 0,628 (m2)
Khi đó, tốc độ tác nhân sấy lý thuyết bằng :

W0 = = = 0,65( m/s)
17


Giả thiết tốc độ của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực W = 0,65 m/s
Như vậy dự liệu để tính mật độ dòng gồm :
-

-


Nhiệt độ của dịch thể nóng trong trường hợp này là trung bình nhiệt
độ cả tác nhân vào và ra thùng sấy.
tf1 = 0,5.(t1 + t2) = 0,5.(100 + 40) = 700C
Nhiệt độ của dịch thể lạnh. Nhiệt độ này chính là nhiệt độ của môi
trường.
tf2 = t0 = 250C
Thùng được cấu tạo từ 3 lớp từ trong ra ngoài như sau :
STT Lớp

Tên lớp

Chất liệu

1

Lớp
quay

2

Lớp bảo ôn

Bông thủy tinh δ 2

3

Lớp bảo vệ

Thép CT3


thùng Thép CT3

Kí hiệu
dày

δ1

δ3

độ Độ dày
5mm
50mm
1mm

Các quá trình truyền nhiệt xảy ra :
•
•
•

Quá trình cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị sấy.
Quá trình dẫn nhiệt từ thành trong ra ngoài thiêt bị
Quá trình cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị đến không khí.

Lớp thép bọc bên ngoài cách nhiệt với bề dày 1mm có tác dụng chủ yếu là để
bảo vệ, tổn thất nhiệt qua lớp này là không đang kể nên khi tính toán có thể bỏ
qua.
Hệ số truyền nhiệt từ tác nhân sấy ra ngoài môi trường xung quanh K được tính
theo công thức :


18


K=

1
1
δ 1
+∑ +
α1
r α2

, W/m2 độ.

Trong đó :
α1

: Hệ cấp nhiệt từ vật liệu sấy đến thành trong thiết bị sấy,(W/m2.độ)

α2

: Hệ cấp nhiệt từ thành ngoài ra ngoài môi trường (W/m2.độ)

r : Hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị.
δ
a.

: Chiều dày thiết bị (m).

Quá trình cấp nhiệt từ tác nhấn sấy đến thiết bị sấy :

Mật độ dòng nhiệt do trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy và thành
trong của thùng sấy q1 được xác định theo công thức :
q1 = α1. ( t f 1 − t w1 ) ,W / m 2
Với tw1 : là nhiệt độ thành trong của thiết bị sấy.
α1

được xác định bằng công thức sau :

α1 = k . ( α1' + α1'' ) , W / m2

.độ (Công thức 8.47 – [4])

Trong đó :
k: hệ số tính tới độ nhám, theo [3], k = 1,2 - 1, chọn k =1,2

α1'

: hệ cấp nhiệt từ vật liệu sấy đến thành trong thiết bị sấy do đối lưu
cưỡng bức, phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí (W/m2.độ)

α1"

: hệ

cấp nhiệt từ thành ngoài ra ngoài môi trường do đối lưu tự nhiên,

2

(W/m .độ).
•


Xác định

α1'

:
19


Tính chuẩn sô Reynolds Re được xác định theo công thức :

•

Re =

Wtb .D
ϑ

(công thức V.36 – trang 13 – [2])

Trong đó :
wtb : Vận tốc tác nhân sấy trung bình, wtb = 1,41 m/s.
D : Đường kính thùng sấy,(m).
ϑ

: Độ nhớt động học của tác nhân sấy, (m2/s)
0

( Tra phụ lục 6 – [1], ở 70 C có


ϑ

=20,02.10-6 (m2/s) )

Re = = 7,04.104
Vì Re > 104 nên ta chọn dòng khí trong thiết bị chuyển động chảy xoáy.
•

Tính chuẩn số Nusselt :
0,8

Nu = 0,018.Re .

ε
1

(Công thức V.42 – trang 17 – [2])

Trong đó : Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số giữa chiều dài và
đường kính thùng sấy.
Ta có : L/4 = 4 >

→

ε
1

= 1,21 ( Tra bảng V.2 – trang 16 – [2])

Nu = 0,018.(7,04.104)0,8.1,21 = 156,3


Mà Nu =

α1' .D
D

Trong đó :
D : đường kính thùng sấy, (m)
D

: Hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy, (W/m2.độ)
20


0

Ở 70 C ,
Suy ra :

α1'

D

= 2,96.10-2 W/mK ( tra phụ lục 6 – trang 350 – [1])

= = = 4,63 (W/m2.k)
α1"

Xác định :
Tính chuẩn số Gratkov :


•
•

g.β .∆t.l 3
ϑ2

Gr =

Trong đó :
g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
l : kích thước hình học chủ yếu, (m)

β : Hệ số dãn nở thể tích, β =
ϑ

1
T

: Độ nhớt động học của tác nhân sấy, (m2/s)

∆t

: Hiệu số nhiệt độ giữa bề mặt trao đổi nhiệt và dòng, (0C).

Giả sử nhiệt độ mặt trong của thùng sấy là tw1 = 650C

→

∆t


= tf1 – tw1 = 70 – 65 = 50C

Nhiệt độ trung bình giữa tác nhân và bề mặt trong của thùng sấy là :
t f 1 + tw1

ttb1 =

2

=

70 + 65
= 67,50
2

C

Tra phụ lục 6 ( trang 350 – [1]) tại 67,50C có :
ϑ
D

= 19,76.10-6 m/s
= 2,95.10-2 W/m.K

Thay số : Gr = = 0,07.109
21


•


Tính chuẩn số Nusselt :
Nu = 0,47.Gr0,25 ( công thức 8.48 – [4])
Nu = 0,47.(0,07.109)0,25 = 65,19

→

α1"

→

α1

=

= k.(

Vậy q1 =
b.

D.Nu
Dt

= = 1,92 (W/m2.k)

α1'

α1

+


α1"

) = 1,2.(4,63 + 1,28) = 7,09 (W/m2.k)

.(tf1 – tw1) = 7,09.(70 – 65) = 35,5 (W/m2).

Quá trình cấp nhiệt từ thành ngoài đến không khí.
α2
Xác định
bằng công thức sau :
α2 α2 ' α2 "
=
+
, W/m2.độ ( Công thức 8.50 – [4])
Trong đó :
α2 "
: Hệ số cấp nhiệt do bức xạ, (W/m2.độ)
α2 '
: Hệ cấp do đối lưu tự nhiên, (W/m2.độ)
α2 '
• Xác định
• Tính chuẩn số Gratkov
•
•
•
•

g.β .∆t.l 3
ϑ2


Gr =
Trong đó :
g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
l : kích thước hình học chủ yếu, (m)
1
T

•

β : Hệ số dãn nở thể tích, β =
ϑ
: Độ nhớt động học của tác nhân sấy, (m2/s)

•
•

: Hiệu số nhiệt đọ giữa bề mặt trao đổi nhiệt và dòng, (0C).
Giả sử nhiệt độ mặt trong của thùng sấy là tw4 = 300C

•

→

∆t

∆t

= tf1 – tw1 = 30 – 25 = 50C
22



Nhiệt độ trung bình giữa tác nhân và bề mặt trong thùng sấy là :

ttb1 =

t f 1 + tw1 25 + 30
=
= 27,50
2
2

C

Tra phụ lục 6 ( trang 350 – [1]), tại 27,50C có :

ϑ

= 15,765.10-6 m2/s.

D

= 2,65.10-2 W/mK

l

= Dng = Dt + 2.(0,005 + 0,05 + 0,001) = 1,112(m)

Thay số : Gr = = 0,18.109
•


Tính chuẩn số Nusselt :
Nu = 0,47.Gr0,25 ( công thức 8.48 – [4])
Nu = 0,47.(0,18.109)0,25 = 54,6

→
•

=

D.Nu
Dt

= = 1,3 ( W/m2.k)

Xác định α2”

T
T
ε n .C0 .[( 1 )4 − ( 2 ) 4
100
100 , W / m
α2 " =
T 1 − T2
( Công thức 8.51 – [4])

Trong đó :
εn : Mức độ đen của hệ, tra bảng 56 – [4], εn = 0,95

23



C0 : Hệ số của vật đen tuyệt đối, C0 = 5,76 W/m2.0K4
T1 , T2 : Nhiệt độ tuyệt đối của bề mặt thiết bị sấy và môi trường xung
quanh,0K
Thay số :

α2 " =



30 + 273 4 25 + 273 4
) −(
)
100
100
= 5,94
( 30 + 273) − (25 + 273)

0,95.5,76.[(

α2 = α’2 + α”2 = 1,3+ 5,94= 7,24 ( W/m2 .K)

Vậy q4 = α2.(tw4 – tf2) = 7,24.(30 – 25)=36,2 (W/m2)
Sai số giữa q1 và q4 :
| q4 − q1 |
q4
η
=
=


= 2%

Với sai số này thì chấp nhận được.
-

-

Tính hệ số truyền nhiệt K :
1
1
k=
=
= 0,63(W / m2 .
1
0,005 0,05
1
1 δ1 δ 2 1
+
+
+
+ + +
α1 λ1 λ2 α 2 8148 71,58 0,0375 7,89

độ

)
Do đó mật độ dòng nhiệt q bằng :
q = k.(tf1 – tf2) = 0,63.(70 – 25) = 25,43 (W/m2.độ)
Diện tích bao quanh thùng sấy F : Vì tính truyền nhiệt qua thùng sấy

như là truyền nhiệt qua vách phẳng, do đó tính diện tích bao quanh
thùng sấy bằng diện tích phần hình trụ tính theo đường kính trung
bình:

24


F = π.D.L + 2.

π .Dtb 2
4

,m2

Trong đó :
Dtb : đường kính trung bình của thùng sấy, (m)
Dtb = = 1,056(m)
L : chiều dài của thùng sấy, (m)
Suy ra F= π.1.5+ 2.= 14,3(m2)
Do đó tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt bằng :
Qmt = 3,6.q.F = 3,6.25,43.14,3= 1310 (kJ/h)
qmt = (kJ/kg ẩm)
Trong hệ thống sấy thùng quay tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi
và tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường. Tổng tổn thất Qtt này bằng :
Qv = G2.Cv.(tv1 – tv2) = 1165,75.1,454.(35 – 25) = 16950(kJ/h)
Qtt = Qv + Qmt = 16950 + 1310 = 18260(kJ/h)
qtt = qv + qmt = = 533(kJ/kg ẩm)
2.5.2. Tính toán quá trình sấy thực tế :
•


Tính giá trị

∆

∆

(lượng nhiệt bổ sung thực tế)

= Ca.t0 – (qv + qmt) (kJ/kg ẩm) (Công thức trang 221 – [1])
Trong đó :
Ca : Nhiệt dung riêng của hơi nước, Ca = 4,1868 (kJ/kg.độ)
t0 : Nhiệt độ bên ngoài môi trường, t0 =250C.

∆

•
-

Thay số : = 4,1868.25 – 533 = -428,3 (kJ/kg ẩm)
Xác định các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực :
Xác định lượng ẩm chứa ẩm d2 :
C pk .(t1 − t2 ) + d 0 ( i1 − ∆ )
i2 − ∆
d2 =
, kg ẩm/kg kk (Công thức 7.31 – [1])
Trong đó :
Cpk : Nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 kJ/kg.K
i1, i2 : Entanpi của 1 kg hơi nước ở nhiệt độ t1, t2 , kJ/kg

Theo [1] – 29, ia = r + Cpa với ẩn r : ẩn nhiệt hóa hơi, r = 2500 (kJ/kg).


Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 kJ/kg.K

→

Ở nhiệt độ t1 = 1000C : i1 = 2500 + 1,842.100 = 2684,20 (kJ/kg).
25