quy trình công nghệ

Thiết kế thiết bò sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
7
Thiết kế thiết bò sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
Thuyết minh quy trình công nghệ:
Vật liệu sấy là bắp hạt sau khi được rửa sạch, tuốt ra khỏi cùi, được cho vào buồng chứa,
sau đó được nhập liệu vào thùng sấy bằng hệ thống gầu tải. Bắp hạt khi vào thùng sấy có
độ ẩm 35%, chuyển động cùng chiều với tác nhân sấy.
Tác nhân sấy sử dụng là khói lò, tạo ra từ nhiên liệu đốt là than, sau khi qua buồng đốt
được hòa trộn với không khí bên ngoài để đạt nhiệt độ thích hợp cho quá trình sấy. Dòng tác
nhân sấy được gia tốc bằng quạt đẩy đặt ở trước thiết bò, và quạt hút đặt cuối thiết bò.
Trên đường ống dẫn khói lò vào buồng hòa trộn và đường ống dẫn không khí từ môi
trường vào buồng hòa trộn đều có các van, dùng để điều chỉnh lưu lượng các dòng. Đặt
nhiệt kế ở sau buồng hòa trộn để xác đònh nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào thùng
sấy, nếu nhiệt độ quá cao ta sẽ mở van để tháo bớt khói lò ra ngoài, giảm lượng khói lò vào
buồng hòa trộn để giảm bớt nhiệt độ, ngược lại nếu nhiệt độ chưa đủ, ta khóa bớt van dẫn
không khí từ môi trường vào buồng hòa trộn.
Thùng sấy có dạng hình trụ đặt nằm nghiêng một góc 1.5° so với mặt phẳng ngang, được
đặt trên một hệ thống các con lăn đỡ và chặn. Chuyển động quay của thùng được thực hiện
nhờ bộ truyền động từ động cơ sang hộp giảm tốc đến bánh răng gắn trên thùng. Bên trong
thùng có gắn các cánh nâng, dùng để nâng và đảo trộn vật liệu sấy, mục đích là tăng diện
tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, do đó tăng bề mặt truyền nhiệt, tăng cường
trao đổi nhiệt để quá trình sấy diễn ra triệt để.
Trong thùng sấy, bắp hạt được nâng lên đến độ cao nhất đònh, sau đó rơi xuống. Trong
quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và
truyền khối làm bay hơi ẩm. Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi
dọc theo chiều dài thùng. Thời gian lưu của vật liệu trong thùng là 89 phút. Khi đi hết chiều
dài thùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiết cho quá trình bảo quản là 11%.
Sản phẩm bắp hạt sau khi sấy được đưa vào buồng tháo liệu, sau khi qua cửa tháo liệu sẽ
được bao gói, để bảo quản hay dùng vào các mục đích chế biến khác.
Dòng tác nhân sấy sau khi qua buồng sấy chứa nhiều bụi, do đó cần phải đưa qua một hệ
thống lọc bụi để tránh thải bụi bẩn vào không khí gây ô nhiễm. Ở đây, ta sử dụng hệ thống
lọc bụi bằng nhóm bốn cyclon đơn. Khói lò sau khi lọc bụi sẽ được thải vào môi trường.
Phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua cửa thu bụi của cyclon và được xử lý riêng.
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
8
Thiết kế thiết bò sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
Phần III:
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
9
Thiết kế thiết bò sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
Vật liệu sấy là bắp hạt, có các thông số vật lý cơ bản như sau:
 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (theo vật liệu ướt):
ω
1
= 35%
 Độ ẩm cuối của vật liệu sấy (theo vật liệu ướt):
ω
1
= 11%
 Khối lượng riêng hạt vật liệu:
ρ
r
= 1,253 kg/m
3
(Bảng 2.4/47–[2])
 Khối lượng riêng khối hạt:
ρ
r
= 850 kg/m
3
(Phụ lục 4/230–[3])
 Nhiệt dung riêng của vật liệu khô:
C
k
= 1.2 – 1.7 kJ/kg.K (Trang 20–[1])
Chọn C
k
= 1.7 kJ/kg.K
 Kích thước hạt bắp: (Phụ lục 7/351–[1])
- Dài : l = 4.2 – 8.6 mm.
- Rộng : b = 1.6 – 4.0 mm.
- Dày : δ = 1.5 – 3.8 mm.
- Đường kính tương đương: d
tđ
= 7.5 mm.
 Năng suất nhập liệu: G
1
= 1,000 kg/h.
 Cường độ bốc hơi ẩm: A = 32 kg/m
3
.h (Bảng 10.1/207–[1])
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
10
Thiết kế thiết bò sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
I. Tính cân bằng vật chất:
Ta kí hiệu các đại lượng như sau:
G
1
, G
2
(kg/h) : khối lượng vật liệu sấy đi vào, ra thiết bò sấy.
ω
1
, ω
2
: độ ẩm tương đối của vật liệu sấy ở đầu vào, ra của
thiết bò sấy.
W (kg/h) : lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ.
G
k
(kg/h) : khối lượng vật liệu khô tuyệt đối.
Phương trình cân bằng vật chất:
1 2
1 1 2 2
W G G
W G G
ω ω
= −
= −
(Trang 127–[1])
Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ:
1 2
1
2
0.35 0.11
1,000 269.66 ( / )
1 1 0.11
W G kg h
ω ω
ω
− −
= = =
− −
Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
( ) ( )
( )
1 1 2 2
1 1
1,000 1 0.35 650 ( / )
k
k
G G G
G kg h
ω ω
= − = −
⇒ = − =
Năng suất của sản phẩm sấy:
2 1
1,000 269.66 730.34 ( / )G G W kg h= − = − =
II. Tính cân bằng năng lượng:
1. Công thức xác đònh các thông số của tác nhân sấy:
- Áp suất hơi bão hòa:
4,026.42
exp 12 ( )
235.5 ( )
b
P bar
t C
 
= −
 ÷
+ °
 
(CT 2.31/31–[1])
- Độ chứa ẩm:
0.621 (kg ẩm/kg không khí)
b
a b
P
d
P P
ϕ
ϕ
×
=
− ×
(CT 2.18/28–[1])
0.621
1
( )
0.621
1
a
b
a
b
P
P
d
P
P bar
d
ϕ
ϕ

=

 
+

 ÷
  
⇒


=

 
+
 ÷

 

P
a
= 0.981 (bar): áp suất khí quyển.
- Enthalpy:
( )
k a
pk pa
I i d i
C t d r C t
= + ×
= × + + ×
(CT 2.24/29–[1])
Trong đó:
i
k
, i
a
(kJ/kg) : enthalpy của 1kg không khí khô và 1kg hơi nước.
C
pk
= 1.004 (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của không khí khô.
C
pa
= 1.842 (kJ/kg.K) : nhiệt dung riêng của hơi nước.
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
11
Thiết kế thiết bò sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
r = 2,500 (kJ/kg) : ẩn nhiệt hóa hơi của nước.
( )
1.004 2,500 1.842 ( / )
1.004
(kg ẩm/kg không khí khô)
2,500 1.842
2,500
( )
1.004 1.842
I t d t kJ kg
I t
d
t
I d
t C
d
⇒ = × + + ×
− ×

=


+ ×
⇒

− ×

= °

+ ×

- Thể tích riêng:
3
288
( / khói kho)â
a b
T
m kg
P P
ν
ϕ
×
=
− ×
(CT VII.8/94–[6])
Trong đó, P
a
, P
b
lấy đơn vò là N/m
2
.
2. Xác đònh các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:
a. Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):
Không khí ngoài trời có:
-Nhiệt độ : t
0
= 27°C
-Độ ẩm : ϕ = 75%
Áp suất hơi bão hòa:
4,026.42
exp 12 0.035 ( )
235.5 27
b
P bar
 
= − =
 ÷
+
 
Độ chứa ẩm:
0
0.75 0.035
0.621 0.01707 (kg ẩm/kg không khí)
0.981 0.75 0.035
d
×
= =
− ×
Enthalpy:
( )
0
1.004 27 0.01707 2,500 1.842 27 70.632 ( / )I kJ kg⇒ = × + + × =
Thể tích riêng:
( )
5
3
0
288 27 273 10
0.905 ( / khói kho)â
0.981 0.75 0.035
m kg
ν
−
× + ×
= =
− ×
b. Thông số trạng thái của khói lò sau buồng đốt (B’), buồng hòa trộn (B):
Tính toán quá trình cháy:
Thành phần nhiên liệu than sử dụng: chọn than Tuyên Quang.
Nguyên tố Hàm lượng (%)
C 57
H 4.6
O 2.6
N 0.2
S 1.6
Tr (Tro) 19
A (Nước) 15
(Bảng VII–14/219–[5])
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
12
Thiết kế thiết bò sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
Nhiệt trò cao của nhiên liệu:
( )
( )
33,858 125,400 10,868
33,858 0.57 125,400 0.046 10,868 0.026 0.016
24,958.78 ( / nhiên liệu)
c
Q C H O S
kJ kg
= × + × − −
= × + × − −
=
(CT 3.2/53–[1])
Nhiệt trò thấp của nhiên liệu:
2,500(9 )
24,958.78 2,500(9 0.046 0.15)
23,548.78 ( / nhiên liệu)
t c
Q Q H A
kJ kg
= − +
= − × +
=
(CT 3.4/53–[1])
Lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy:
( )
( )
0
11.6 34.8 4.3
11.6 0.57 34.8 0.046 4.3 0.016 0.026
8.170 ( / nhiên liệu)
L C H S O
kJ kg
= × + × + −
= × + × + −
=
Trong thực tế do tùy thuộc vào việc tổ chức quá trình cháy và độ hoàn thiện
của buồng đốt mà không khí khô thực tế L để cháy hết 1kg nhiên liệu lớn
hơn lượng không khí khô lý thuyết. Do đó ta có:
bđ
0
L
L
α
=
: hệ số không khí thừa của buồng đốt (CT 3.14/56–[1])
Ở đây ta sử dụng buồng đốt than đá thủ công, do đó:
α
bđ
= 1.5–1.8 (Bảng VII–2/190–[5])
Chọn α
bđ
= 1.5.
Lượng không khí khô thực tế cho quá trình cháy:
bđ 0
1.5 8.170 12.255 ( / nhiên liệu)L L kJ kg
α
= × = × =
Tuy nhiên do nhiệt độ khói sau buồng đốt rất lớn so với yêu cầu, do đó tác
nhân sấy là khói lò trước khi đi vào thùng sấy cần phải qua quá trình hòa trộn
với không khí ngoài trời để có một nhiệt độ thích hợp.
Gọi α là hệ số không khí thừa của buồng hòa trộn, là tỉ số giữa lượng không
khí khô cần cung cấp thực tế cho buồng đốt cộng với lượng không khí khô
đưa vào buồng hòa trộn chia cho lượng không khí khô lý thuyết cần thiết cho
quá trình cháy.
( ) ( )
( )
( )
bđ
0
1
0 0 1 0
9 1 9
C nl nl a pk
a a pk
Q C t i H A C t H A Tr
L d i i C t t
η
α
 
+ − + − − + +
 
=
 
− + −
 
(CT 3.15/57–[1])
Trong đó:
-Chọn hiệu suất buồng đốt η
bđ
= 0.6.
-Chọn nhiệt độ của khói lò sau hòa trộn t
1
= 70°C.
-C
nl
= 0.12 kJ/kg.K : nhiệt dung riêng của than.
-t
nl
= 27°C
-Enthalpy của hơi nước:
2,500 1.842 ( / )i t kJ kg= + ×
(CT 3.16/57–[1])
o Trong không khí ngoài trời:
0
2,500 1.842 27 2,549.734 ( / )
a
i kJ kg= + × =
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
13
Thiết kế thiết bò sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
o Trong hơi nước chứa trong khói sau buồng hòa trộn:
2,500 1.842 70 2,628.940 ( / )
a
i kJ kg= + × =
( ) ( )
( )
( )
bđ
1
9 1 9
24,958.78 0.6 0.12 27 2,628.940 9 0.046 0.15
1.004 70 1 9 0.046 0.15 0.19
13,478.50 ( / )
C nl nl a pk
Q C t i H A C t H A Tr
kJ kg
η
 
+ − + − − + + =
 
= × + × − × +
 
− × − × + + =
 
=
( )
( )
( ) ( )
0
0 0 1 0
8.17 0.01707 2,628.940 2,549.734 1.004 70 27
363.761 ( / )
a a pk
L d i i C t t
kJ kg
 
− + − =
 
 
= − + − =
 
=
13,478.500
37.053
363.761
α
⇒ = =
 Các thông số của khói lò:
 Lượng hơi nước trong khói lò:
- Sau buồng đốt:
bđ 0 0
(9 )
(9 0.046 0.15) 1.5 8.17 0.01707
0.773 (kg ẩm/kg nhiên liệu)
a
G H A L d
α
′
= + + × ×
= × + + × ×
=
(CT 3.20/58–[1])
- Sau buồng hòa trộn:
0 0
(9 )
(9 0.046 0.15) 37.053 8.17 0.01707
5.731 (kg ẩm/kg nhiên liệu)
a
G H A L d
α
= + + × ×
= × + + × ×
=
(CT 3.21/58–[1])
 Khối lượng khói khô:
- Sau buồng đốt:
( ) ( )
( ) ( )
bđ 0
1 9
1.5 8.17 1 0.19 9 0.046 0.15
12.501 (kg khói khô/kg nhiên liệu)
k
L L Tr H A
α
′
= × + − + +
= × + − + × +
=
(CT 3.23/59–[1])
- Sau buồng hòa trộn:
( ) ( )
( ) ( )
0
1 9
37.053 8.17 1 0.19 9 0.046 0.15
302.969 (kg khói khô/kg nhiên liệu)
k
L L Tr H A
α
= × + − + +
= × + − + × +
=
(CT 3.24/59–[1])
 Độ chứa ẩm của khói lò:
- Sau buồng đốt:
1
0.773
0.06184 (kg ẩm/kg khói khô)
12.501
a
k
G
d
L
′
′
= = =
′
(CT 3.26/59–[1])
- Sau buồng hòa trộn:
1
5.731
0.01892 (kg ẩm/kg khói khô)
302.969
a
k
G
d
L
= = =
(CT 3.27/59–
[1])
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
14
Thiết kế thiết bò sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
 Enthalpy của khói lò: (kJ/kg không khí)
- Sau buồng đốt:
bđ bđ 0 0
1
24,958.78 0.6 0.12 27 1.5 8.17 0.01707
12.501
1,267.427 (kJ/kg khói khô)
C nl nl
k
Q C t L d
I
L
η α
+ + × ×
′
=
′
× + × + × ×
=
=
(CT 3.31/60–[1])
- Sau buồng hòa trộn:
bđ 0 0
1
24,958.78 0.6 0.12 27 37.053 8.17 0.01707
302.969
120.014 (kJ/kg khói khô)
C nl nl
k
Q C t L d
I
L
η α
+ + × ×
=
× + × + × ×
=
=
(CT 3.32/60–[1])
 Nhiệt độ khói lò: (°C)
- Sau buồng đốt:
( )
1 1
1
1
2,500 1,267.427 2,500 0.06184
995.454
1.004 1.842 1.004 1.842 0.06184
I d
t C
d
′ ′
− × − ×
′
= = = °
′
+ × + ×
1
995.5t C
′
⇒ °;
- Sau buồng hòa trộn:
( )
1 1
1
1
2,500 120.014 2,500 0.01892
70
1.004 1.842 1.004 1.842 0.01892
I d
t C
d
− × − ×
= = = °
+ × + ×
 Áp suất hơi bão hòa: (bar)
- Sau buồng đốt:
1
4,026.42
exp 12 6,180.454 ( )
235.5 995.5
b
P bar
 
′
= − =
 ÷
+
 
- Sau buồng hòa trộn:
1
4,026.42
exp 12 0.307 ( )
235.5 70
b
P bar
 
= − =
 ÷
+
 
 Độ ẩm tương đối:
- Sau buồng đốt:
5
1
0.981
1.44 10
0.621
6,180.454 1
0.06184
ϕ
−
′
= = ×
 
+
 ÷
 
- Sau buồng hòa trộn:
1
0.981
0.09448
0.621
0.307 1
0.01892
ϕ
= =
 
+
 ÷
 
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
15
Thiết kế thiết bò sấy thùng quay để sấy bắp hạt năng suất 1,000 kg/h
 Thể tích riêng:
- Sau buồng đốt:
( )
5
3
1
5
288 995.5 273 10
4.095 ( / khói kho)â
0.981 1.44 10 6,180.454
m kg
ν
−
−
× + ×
′
= =
− × ×
- Sau buồng hòa trộn:
( )
5
3
1
288 70 273 10
1.038 ( / khói kho)â
0.981 0.09448 0.307
m kg
ν
−
× + ×
= =
− ×
c. Thông số trạng thái của tác nhân sấy sau buồng sấy (C):
Trong thiết bò sấy dùng khói lò làm chất vừa cung cấp nhiệt lượng cho vật liệu
sấy vừa thải ẩm ra môi trường, quá trình sấy lý thuyết là quá trình không có tổn
thất do vật liệu sấy, do thiết bò chuyền tải mang đi, không có tổn thất do tỏa ra
môi trường qua các kết cấu bao che, … mà chỉ có tổn thất do tác nhân sấy mang
đi. Do đó, bao nhiêu nhiệt lượng khói lò cung cấp cho vật liệu sấy hoàn toàn
dùng để tách ẩm khỏi vật liệu. Khi ẩm tách khỏi vật liệu, lại bay vào trong khói,
do đó ẩm đã mang toàn bộ nhiệt lượng mà khói đã mất trả lại dưới dạng ẩn nhiệt
hóa hơi r và nhiệt vật lý của hơi nước C
pa
t. Vì vậy, quá trình sấy lý thuyết bằng
khói lò được xem là quá trình đẳng enthalpy.
Ta có các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết được xác đònh
như sau:
-Enthalpy: I
20
= I
1
= 120.014 kJ/kg khói khô.
-Chọn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy là t
20
= 36°C.
-Áp suất hơi bão hòa:
2
4,026.42
exp 12 0.059 ( )
235.5 36
b
P bar
 
= − =
 ÷
+
 
-Độ chứa ẩm:
20
120.014 1.004 36
0.03268 (kg ẩm/kg khói khô)
2,500 1.842 36
d
− ×
= =
+ ×
-Độ ẩm tương đối:
1
0.981
0.8313
0.621
0.059 1
0.03268
ϕ
= =
 
+
 ÷
 
-Thể tích riêng:
( )
5
3
2
288 36 273 10
0.955 ( / khói kho)â
0.981 0.8313 0.059
m kg
ν
−
× + ×
= =
− ×
GVHD: Thầy Hoàng Minh Nam SVTH: Lâm Đào Trung Hiếu
16

Xem chi tiết: quy trình công nghệ