Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt - Phạm Văn Bôn

doc 53 trang yendo 12/05/2021 4810
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt - Phạm Văn Bôn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docthiet_ke_thiet_bi_say_thung_quay_say_dau_xanh_nguyen_hat_pha.doc

Nội dung text: Thiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt - Phạm Văn Bôn

  1. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt PHẦN 1: MỞ ĐẦU Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất và đời sống. Trong công nghiệp như chế biến nông – hải sản, chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xây dựng , kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Trong nông nghiệp, sấy là một trong những công đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch Sản phẩm sau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Ở Đồ án môn học này, em xin trình bày về quy trình công nghệ và thiết bị sấy thùng quay để sấy đậu xanh nguyên hạt, năng suất 1 tấn/h theo sản phẩm. I. SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU - Đậu xanh, còn gọi là lục đậu, boubour, haricotdore, green bean. Tên khoa học: Phaseolus aureus Roxb., Vigna aurea Roxb. Thuộc họ đậu Fabaceae (Papilonaceae). Mô tả cây: cây thảo, mọc đứng, ít phân nhánh, cao 0,6m , lá có 3 lá chét, lá chét hình trái xoan, ba cạnh, màu lục sẫm, có lông nháp. Hoa màu vàng hoặc lục, rất dày đặc, xếp thành chùm ở nách, quả nằm ngang hình trụ, có lông rồi nhẵn, có đầu nhọn ngắn. Hạt 10–15, phân cách nhau bởi các vách, màu lục, bóng. - Đậu xanh, cùng với đậu nành, đậu đen, đậu trắng, đậu Hà Lan đều được xếp vào hàng họ đậu. Đặc điểm chung của chúng là chứa nhiều protein (25 –50%). Do ở rễ của cây họ đậu có các nốt sần, ở đó các vi khuẩn cộng sinh phát triển, có khả năng lấy Nitơ từ không khí nên không những cung cấp đủ Nitơ cho cây mà còn làm cho đất đai thêm màu mỡ bằng nguồn Nitơ thừa thải ra. - Về mặt cấu tạo, họ đậu thuộc các hạt họ hòa thảo. Chúng không có nội nhũ, nội nhũ của chúng bị mất trong quá trình hình thành hạt. Cấu tạo chủ yếu của họ đậu gồm 3 phần: vỏ, tử diệp (lá mầm) và phôi (mộng). - Thành phần hóa học của hạt đậu xanh: hạt đậu xanh có trung bình: 13,7% nước 2,4% lipid 4,6% xenluloza 23% protit 52% glucid - Mỗi 100g đậu xanh cung cấp cho cơ thể: 329 calo 62,7 mgCa 369,5 mgP 4,75% Fe 0,06mg% caroten 0,71mg% vitB1 0,15mg% vitB2 2,4mg% vitPP 4mg% vitC - Đậu xanh được trồng ở khắp nước ta, lấy hạt chủ yếu làm thực phẩm, thường được chế biến ngay thành thức ăn. Đậu xanh, ngoài protid còn có nhiều glucid, chủ yếu là tinh bột, và ít lipid. Thành phần protein của nó chứa đầy đủ các acid amin không thay thế. Tinh bột đậu xanh có tỷ lệ amyloza tương đối rất cao (45 – 50%), được dùng nhiều để chế biến miến, làm bánh kẹo - Vấn đề bảo quản đậu xanh cũng như các nguyên liệu họ đậu nói chung là khó, vì đậu là môi trường rất thích hợp cho các loại sâu mọt phá hoại. Mặt khác, nếu điều kiện bảo quản không tốt như nhiệt độ, độ ẩm cao, đậu sẽ bị “sượng” (hóa già) làm giảm chất lượng đậu. Muốn bảo quản lâu dài thì hạt phải có chất lượng ban đầu tốt, không sâu mọt và có độ ẩm an toàn. Vì vậy, quá trình phơi, sấy hạt sau khi thu hoạch có vai trò rất quan trọng trong bảo quản, chế biến cũng như nâng cao chất lượng hạt. SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 1
  2. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt II. QUY TRÌNH SẤY ĐẬU XANH HẠT Đậu xanh Thu hoạch Phơi (sấy sơ bộ) Vỏ Đập, tách hạt Tạp chất Làm sạch Phân loại Sấy Làm nguội Kiểm tra cỡ hạt Đóng gói Đậu được thu hoạch từ đồng ruộng, người ta chặt cây và nhặt đậu ra. Khi mới thu hoạch từ ruộng về, hạt thường có độ ẩm cao trung bình 20 – 25%. Đối với đậu xanh thu hoạch cả vỏ thì phải phơi, sấy Thànhsơ bộ tớiphẩm độ khô nhất định mới tách, lấy hạt khỏi vỏ thuận lợi. Việc đập và tách hạt đậu ra khỏi quả có thể làm bằng máy hoặc bằng tay. Sau đó tiến hành làm sạch, tách những tạp chất trong hạt như cỏ, rác, mảnh, cành lá, đất sỏi, đá, mảnh kim loại lẫn vào hạt khi thu hoạch, tách hạt . Có thể tách bằng sàng, rây: tạp chất hữu cơ (cỏ, rác, cành, lá ) lớn hơn hạt nên ở lớp trên cùng, lớp giữa là hạt, lớp dưới cùng là đất, cát, rác vụn nhỏ hơn hạt. Sau khi có khối đậu sạch thì tiến hành lấy mẫu đo độ ẩm bằng máy đo độ ẩm để xác định độ ẩm ban đầu. Tiếp theo, người ta phân loại đậu theo loại 1, 2, 3 theo kích cỡ, có thể dùng sàng với các lớp lưới có đường kính lỗ khác nhau. Sau khi phân loại, tiến hành sấy theo từng loại đậu. Sau thời gian sấy phải kiểm tra lại độ ẩm, độ ẩm thành phẩm đạt 14% thì quá trình sấy kết thúc. Sau khi sấy, đậu được làm nguội tự nhiên hoặc có quạt thổi để giảm nóng, tránh dùng không khí có độ ẩm cao để thông gió sẽ làm tăng độ ẩm hạt. Tiếp theo, khối đậu được kiểm tra lại cỡ hạt để loại bỏ những hạt lép, hỏng sau khi sấy. Có thể dùng sàng để phân loại hạt. Cuối cùng, đậu được đóng gói theo yêu cầu thị trường: 50 kg, 25 kg, 10 kg, 5 kg, 1kg. Sản phẩm đậu xanh nguyên hạt. III. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH SẤY - Muốn bảo quản lương thực hoặc chế biến sản phẩm có chất lượng cao, các loại hạt cần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quản hoặc chế biến. Để thực hiện quá trình sấy có thể sử dụng nhiều hệ thống sấy như buồng sấy, hầm sâùy, tháp sấy, thùng sấy Mỗi hệ thống có những ưu, khuyết điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau. Chế độ sấy có ảnh hưởng rất lớn đến SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 2
  3. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt chất lượng sản phẩm vì sấy là một quá trình trao đổi nhiệt – chất phức tạp và làm thay đổi không những cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học của nguyên liệu. - Để sấy đậu xanh là nông sản dạng hạt, người ta thường dùng thiết bị sấy tháp hoặc sấy thùng quay. Ở Đồ án môn học này, em chọn thiết bị sấy thùng quay, là thiết bị chuyên dùng để sấy vật liệu dạng hạt, cục nhỏ và được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch. Trong thiết bị sấy thùng quay, vật liệu được sấy ở trạng thái 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. Hệ thống sấy thùng quay có thể làm việc liên tục với năng suất lớn. - Tác nhân sấy sử dụng cho quá trình sấy có thể là không khí nóng hoặc khói lò. Quá trình sấy đậu xanh hạt dùng làm thức ăn đòi hỏi đảm bảo tính vệ sinh cho sản phẩm, nên ở đây em chọn tác nhân sấy là không khí, được làm nóng trong caloriphe, nhiệt cung cấp cho không khí trong caloriphe là từ quá trình ngưng tụ hơi nước bão hòa. Nhiệt độ tác nhân sấy được chọn phụ thuộc vào bản chất của hạt. Có loại hạt sấy ở nhiệt độ cao vẫn giữ được tính chất vật lý, sinh lý và công nghệ, nhưng có loại không cho phép sấy ở nhiệt độ cao. Đối với đậu xanh là loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, với nhiệt độ không khí sấy từ 40 – 55oC 1. Do đó, em chọn nhiệt độ tác nhân sấy đưa vào thùng sấy là 55 oC, chế độ sấy cùng chiều. - Quá trình hoạt động của hệ thống: Đậu xanh có độ ẩm ban đầu 20% được chuyển vào thùng sấy bằng băng tải và di chuyển trong thùng sấy cùng chiều với tác nhân, với độ chứa đầy 18%. Thùng sấy hình trụ tròn, đặt nghiêng 1,7o so với mặt phẳng ngang, trên hệ thống con lăn đỡ và con lăn chặn. Tốc độ quay thùng là 1 vòng/phút. Hệ thống truyền động cho thùng quay gồm bánh răng vòng lắp trên vỏ thùng, động cơ truyền động và hộp giảm tốc. Bên trong thùng có gắn các cánh nâng dọc theo đường sinh của thùng để nâng và đảo vật liệu, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy, tăng bề mặt trao đổi nhiệt giúp đẩy nhanh quá trình sấy. Ở đầu nhập liệu của thùng, cánh nâng được bố trí xoắn đóng vai trò như cơ cấu hướng dòng cho vật liệu sấy đi vào thùng. Khi thùng quay, hạt được mang lên cao tới góc rơi rồi đổ xuống, trong lúc đó tác nhân sấy nóng 55oC, được quạt hút vận chuyển đi với vận tốc 2,6 m/s, thổi qua, trao đổi nhiệt ẩm và làm khô hạt. Nhờ độ nghiêng của thùng mà hạt sẽ được vận chuyển dần ra phía tháo liệu. Thời gian lưu của vật liệu trong thùng sấy là 0,8 giờ. Kết thúc quá trình sấy, đậu xanh có độ ẩm 14%, được dẫn ra ngoài bằng băng tải, đưa vào hệ thống đóng bao. Không khí nóng được đưa qua xyclon để lắng bụi rồi thải ra ngoài. 1 Theo Đoàn Dụ, Bùi Duy Hân, Võ Văn Mân, Lò sấy thủ công, NXB KHKT, Hà Nội, 1971. SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 3
  4. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt Hình 1: Một số hệ thống sấy thùng quay PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY Vật liệu sấy là đậu xanh nguyên hạt có các thông số cơ bản như sau: . Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (theo nguyên liệu ẩm): 1 = 20% = 0,2 . Độ ẩm cuối của vật liệu sấy (theo nguyên liệu ẩm): 2 = 14% = 0,14 . Độ xốp của khối hạt vật liệu (lấy theo hạt đậu nành): [11]  SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 4
  5. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt . Khối lượng riêng của hạt vật liệu: [5] 3 r = 1000  1400 kg/m . Khối lượng riêng thể tích của vật liệu: v 3  1 v r (1 ) 560  784 kg/m r 3 Chọn v = 650 kg/m . Nhiệt dung riêng của vật liệu khô: [6] o Cvk = 1,2  1,7 kJ/kg. K o Chọn Cvk = 1,5 kJ/kg. K . Đường kính trung bình của hạt vật liệu: d = 5 mm = 0,005m . Năng suất (theo sản phẩm):G 2 = 1000 kg/h. I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 1. Tính các thông số của tác nhân sấy: 1.1. Các công thức sử dụng: [1], [10] Dùng tác nhân sấy là không khí. - Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ: 4026,42 p exp 12 ,bar (CT 2.31, [10]) b o 235,5 t C - Độ chứa ẩm: .p x 0,621 b ,kg/kgkk (CT 2.18, [10]) B .pb với: . B: áp suất khí trời, B = 1at = 0,981 bar - Enthapy của không khí ẩm: I C pk .t x (r C pa .t ) 1,004.t x (2500 1,842.t ) ,kJ/kgkk (CT 2.25, [10]) o với:.C pk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 kJ/kg K o .Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 kJ/kg K . r : ẩn nhiệt hóa hơi của nước, r =2500 kJ/kg - Thể tích riêng của không khí ẩm: RT 288.T v ,m3/kgkk (CT VII.8, [1]) M (B .pb ) B .pb với: . R : hằng số khí, R =8314 J/kmol.độ . M : khối lượng không khí, M = 29 kg/kmol . B, pb : áp suất khí trời và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí, N/m2 - Lưu lượng không khí ẩm: SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 5
  6. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt V = v.L ,m3/kg với: . L : lưu lượng không khí khô, kg/h . v : thể tìch riêng của không khí ẩm, m3/h - Khối lượng riêng của không khí ẩm: oTo 0,378. .pb 3 k 1 ,kg/m (CT 1.11, [8]) T B 3 trong đó: . o = 1,293 kg/m : khối lượng riêng không khí khô ở điều kiện chuẩn o .To = 273 K : nhiệt độ không khí ở điều kiện chuẩn. 1.2. Tính các thông số của tác nhân sấy: - Trạng thái không khí ngoài trời: được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặp thông số (to, o). Do vật liệu sấy là đậu xanh có thể được trồng và thu hoạch nhiều vụ trong một năm, tuy nhiên tính theo mùa mưa, ít nắng thì thiết bị sẽ làm việc tốt quanh năm. Vì vậy, ta chọn trạng thái A theo giá trị trung bình vào tháng 9 ở Thành phố Hồ Chí Minh: [1] o A: to = 27 C o = 84% 4026,42 4026,42 p exp 12 exp 12 0,0355 (bar) bo 235,5 to 235,5 27 o .pb o 0,84.0,0355 x o 0,621 0,621 0,0194 (kg/kgkk) B o .pb o 0,981 0,84.0,0355 I o 1,004.to x o (2500 1,842.to ) 1,004.27 0,0194.(2500 1,842.27) 76,7213 (kJ/kgkk) 288.To 288(27 273) 3 v o 0,9083 (m /kgkk) B .p 5 5 o bo 0,981.10 0,84.0,0355.10 - Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (x 1 = xo) đến trạng thái B (x1, t1). Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy. Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy, do tính chất của vật liệu sấy và chế độ công nghệ quy định. Nhiệt độ của tác nhân sấy ở B được chọn phải thấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh. Do đậu xanh là loại hạt giàu tinh bột, ban đầu khi độ ẩm của vật liệu sấy còn cao, nếu vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy nhiệt độ cao thì lớp bề mặt của hạt tinh bột bị hồ hóa và tạo thành một lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong lòng vật liệu ra ngoài. Quy tắc sấy đối với loại nguyên liệu chứa lượng đạm cao thì sấy ở nhiệt độ thấp, ví dụ như sấy một số loại đậu hạt chứa nhiều đạm thì nhiệt độ không khí sấy từ 40 – 55oC. o Do đó, chọn điểm B: t1 = 55 C x1 = xo = 0,0194 (kg/kgkk) 4026,42 4026,42 p exp 12 exp 12 0,1556 (bar) b1 235,5 t1 235,5 55 x .B 1 1 p (0,621 x ) b1 1 0,0194.0,981 0,1915 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan 0,1556.(0,621 0,0194) Trang 6
  7. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 1.pb1 x 1 0,621 B 1.pb1 I 1 1,004.t1 x 1(2500 1,842.t1) 1,004.55 0,0194.(2500 1,842.55) 105,8369 (kJ/kgkk) 288.T 288(55 273) v 1 0,9931 (m3/kgkk) 1 B .p 5 5 1 b1 0,981.10 0,1915.0,1556.10 - Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị sấy 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 độ của tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy t 2 tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt 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 bão 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 I2 = I1 = 105,8369 kJ/kgkk o  = 100%  tđs ≈ 31 C o Chọn t2 = 35 C. 4026,42 4026,42 p exp 12 exp 12 0,0558 (bar) b2 235,5 t 2 235,5 35 I 2 1,004.t 2 x 2 (2500 1,842.t 2 ) I 2 1,004.t 2 105,8369 1,004.35 x 2 0,0290 (kg/kgkk) 2500 1,842.t 2 2500 1,842.35 x .B 0,0290.0,981 2 0,7844 2 p (0,621 x ) 0,0558.(0,621 0,0290) b2 2 288.T 288(35 273) v 2 0,9465 (m3/kgkk) 2 B .p 5 5 2 b2 0,981.10 0,7844.0,0558.10 - So sánh x2 với độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy: Bảng 1: Hàm ẩm cân bằng cb của vật liệu sấy (với vật liệu sấy là đậu nành): [5], [9] (kg ẩm/kg chất khô) Độ ẩm không khí, % toC 20 30 40 50 60 70 80 90 100 30 - 0,0563 0,06 0,068 0,0846 0,103 0,142 0,199 0,304 20 0,054 0,065 0,071 0,08 0,095 0,116 0,153 0,209 - o Ta thấy, tại điểm C (t 2 = 35 C, 2 = 78,4%), hàm ẩm cân bằng của vật liệu sấy  cb 0,128 (kg/kg)  Độ chứa ẩm của không khí x2 < cb, vật liệu sấy không hút ẩm trở lại. - Tóm lại, trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết: Bảng 2 : Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết: Đại lượng Trạng thái không khí Trạng thái không khí vào Trạng thái không khí ra ban đầu (A) thiết bị sấy (B) khỏi thiết bị sấy (C) SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 7
  8. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt t (oC) 27 55 35  (đơn vị) 0,84 0,1915 0,7844 x (kg/kgkk) 0,0194 0,0194 0,0290 I (kJ/kgkk) 76,7213 105,8369 105,8369 pb (bar) 0,0355 0,1556 0,0558 v (m3/kgkk) 0,9083 0,9931 0,9465 2. Tính cân bằng vật chất: [8] - Năng suất thiết bị sấy theo nhập liệu: 1 2 1 0,14 G1 G 2 . 1000. 1075 (kg/h) 1 1 1 0,2 - Lượng ẩm cần tách: W = G1 – G2 = 1075 – 1000 = 75 (kg/h) - Lượng tác nhân khô cần thiết: W 75 L 7837,742 (kg/h) x 2 x 1 0,029 0,0194 - Lượng tác nhân tiêu hao riêng: L 1 1 l 104,503 (kgkk/kg ẩm) W x 2 x 1 0,029 0,0194 II. TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG [10] Quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng, QBS = 0 Thiết bị sấy thùng quay không có thiết bị chuyển tải, QCT = 0 - Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm: . Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L(I1 – Io) . Nhiệt lượng 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 – Io) . Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: QBC . Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.Cv2.tV2 Với: o tv1 : nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi o trường:tv1 = to = 27 C o tv2 : nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy: o o tv2 = t2 – (5 10 C) = 35 – 5 = 30 C o Cv1 = Cv2 = Cv : nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy là như nhau. Ở đây, C v là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm 2: o Cv = Cvk(1-2) + Ca.2 ,kJ/kg K ä Ca: nhiệt dung riêng của ẩm. o Với ẩm là nước thì: Ca = Cn = 4,18 kJ/kg K Cv = Cvk(1-2) + Ca.2 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 8
  9. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt = 1,5.(1 - 0,14) + 4,18.0,14 = 1,8752 (kJ/kgoK) - Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy: L(I2 – I1) + [(G1 - W)Cv1 + WCa].tv1 = L(I2 – Io) + QBC + G2.Cv2.tV2 Đặt: Qv = G2Cv(tv2 – tv1) : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi. Mặt khác: G2 = G1 – W Cv1 = Cv2 = Cv - Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực: Q = L(I1 – Io) = L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv1 - Nhiệt lượng tiêu hao riêng (cho 1kg ẩm cần bốc hơi): q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1 trong đó: Q Q G C (t t ) q BC ; q v 2 v v 2 v 1 BC W v W W . Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy: Qv = G2Cv(tv2 – tv1) = 1000.1,8752.(30 – 27) = 5625,6 (kJ/h) Qv 5625,6 qv 75,008 (kJ/kg ẩm) W 75 . Nhiệt do ẩm trong vật liệu đưa vào: WCatv1 = 75.4,18.27 = 8464,5 (kJ/h) Ca.tv1 = 4,18.27 = 112,86 (kJ/kg ẩm) . Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che: QBC = (0,03  0,05).Qhi [14] Qhi : nhiệt hữu ích, là nhiệt cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu: Qhi = W.[rtv1 + Ca(t2 – tv1)] [8] với: o rtv1 : ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào, r tv1 = 2500 kJ/kg o Ca : nhiệt dung riêng của ẩm. o Với ẩm là hơi nước thì: Ca = Cpa = 1,842 kJ/kg K Qhi = 75.[2500 + 1,842.(35 – 27)] = 188605,2 (kJ/h) QBC = 0,03.Qhi = 0,03.188605,2 = 5658,156 (kJ/h) QBC 5658,156 q BC 75,4421 (kJ/kg ẩm) W 75 - Đặt: Catv1 – qBC – qv : nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho quá trình sấy thực, là đại lượng đặc trưng cho sự sai khác giữa quá trình sấy thực tế và sấy lý thuyết. . Với quá trình sấy lý thuyết: = 0 Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết: Q = L(I2 – Io) = 7837,742.(105,8369 – 76,7213) = 228200,399 (kJ/h) SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 9
  10. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt q = l(I2 – Io) = 104,503.(105,8369 – 76,7213) = 3042,672 (kJ/kg ẩm) . Với quá trình sấy thực tế: ≠ 0  = Catv1 – qBC – qv = 112,86 – 75,4421 – 75,008 = -37,5901 (kJ/kg ẩm) < 0 Catv1 < qBC + qv I2 < I1 trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I 1 (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 I 2 í l Tuy nhiên vì l chưa biết nên ta xác định độ chứa ẩm x2 trước thông qua t2 đã biết: C pk (t1 t 2 ) x o (i í ) x 2 (i2 ) C pk (t1 t 2 ) x o [(r C pat1) ] [(r C pat 2 ) ] 1,004(55 35) 0,0194.[(2500 1,842.55) ( 37,5901)] 0,0274 (kg/kgkk) [(2500 1,842.35) ( 37,5901)] I 2 1,004.t 2 x 2 (2500 1,842.t 2 ) 1,004.35 0,0274(2500 1,842.35) 105,5365 (kJ/kgkk) 4026,42 4026,42 p exp 12 exp 12 0,0558 (bar) b2 235,5 t 2 235,5 35 x .B 0,0290.0,981 2 0,7436 2 p (0,621 x ) 0,0558.(0,621 0,0274) b2 2 288.T 288(35 273) v 2 0,9442 (m3/kgkk) 2 B .p 5 5 2 b2 0,981.10 0,7436.0,0558.10 - Tóm lại, trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế: Bảng 3: Trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực: Đại lượng Trạng thái không khí Trạng thái không khí vào Trạng thái không khí ra ban đầu (A) thiết bị sấy (B) khỏi thiết bị sấy (C’) t (oC) 27 55 35  (đơn vị) 0,84 0,1915 0,7436 x (kg/kgkk) 0,0194 0,0194 0,0274 I (kJ/kgkk) 76,7213 105,8369 105,5365 pb (bar) 0,0355 0,1556 0,0558 v (m3/kgkk) 0,9083 0,9931 0,9442 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 10
  11. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 11
  12. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt Hình 2: Đồ thị I – d không khí ẩm - Lượng tác nhân khô cần thiết: W 75 L 9383,8531 (kg/h) x 2 x 1 0,0274 0,0194 Lượng tác nhân tiêu hao riêng: L 1 1 l 125,1180 (kg/kg ẩm) W x 2 x 1 0,0274 0,0194 - Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực: Q = L(I2 – Io) + QBC + Qv - WCatv1 = 9383,8531.(105,5365-76,7214) + 5658,156 + 5625,6 – 8464,5 = 273216,3084 (kJ/h) Lượng nhiệt cung cấp riêng: Q q 3642,8841 (kJ/kg ẩm) W - Hiệu suất sấy: Q 188605,2  hi 0,69 Q 273216,3084 III. TÍNH THỜI GIAN SẤY [8] 1. Tính cường độ sấy: - Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy: t1 t 2 55 35 o t k 45 ( C) 2 2 - Độ ẩm trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy: 1 2 0,1915 0,7436 k 0,4675 2 2 - Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong tác nhân sấy: 4026,42 4026,42 pb exp 12 exp 12 0,0949 (bar) 235,5 t 235,5 45 - Khối lượng riêng của tác nhân: oTo 0,378. .pb k 1 T B 1,293.273 0,378.0,4675.0,0949 3 1 1,0910 (kg/m ) (45 273) 0,981 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 12
  13. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt - Chọn các thông số để tính cường độ sấy: Bảng 4 : Các thông số chọn để tính cường độ sấy: Ký Đơn Tài liệu STT Đại lượng Khoảng giới hạn Chọn hiệu vị tham khảo 1 Tốc độ trung bình của vk m/s 2  3 [1] 2,6 tác nhân trong thùng sấy 2 Số vòng quay của n v/ph 1  8 [8] 1 thùng 3 Hệ số chứa đầy của vật  phần Đối với thùng có [8] 0,18 liệu trong thùng đơn vị cánh nâng,  = 0,18 4 Góc nghiêng của thùng  độ 1,15  3,82 [8] 1,7 (1/15  1/50 rad) 5 Góc nghiêng tự nhiên  độ 24  32 (đối với đậu [12] 27 của vật liệu nành) 6 Đường kính trung bình d m 0,005 hạt vật liệu 3 7 Khối lượng riêng thể v kg/m 560  784 [5], [12] 650 tích vật liệu 8 Số cánh trong thùng Z cánh 8 Khi sử dụng dạng cánh nâng thì các thông số đặc trưng của cấu trúc dạng cánh: [8] h F 0,576 ; c 0,122 D 2 T DT với: . h : chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu, m .DT : đường kính trong của thùng sấy, m 2 .Fc : bề mặt chứa vật liệu của cánh, m - Cường độ bay hơi thể tích A xác định theo công thức thực nghiệm đối với vật liệu dạng hạt: 0,65 k .v k 0,5 tg W 2 3 A 3,03. .n.B .  . ,kg/m h d tg W h max trong đó: . B : yếu tố cấu trúc của thùng quay F h B c .Z . 0,122.8. 0,576 0,7407 2 D DT T .W hmax : độ hút ẩm cực đại của vật liệu. W 2 Theo [8], trường hợp nếu W2  Whmax thì lấy 1 W h max Whmax được xác định theo công thức: SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 13
  14. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 1 1 1 1 W W B ln B cb h max W cb W h max ln với: . Wcb : độ ẩm cân bằng của vật liệu, % . B : hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ. Vì  0 thì W cb W h max Wcb > Whmax (1) Mà quá trình sấy ở đây có độ ẩm cuối (W 2 = 14%) > độ ẩm cân bằng (W cb = 12,8%): W2 > Wcb (2) (1), (2) W2  Whmax W Vậy ta lấy 2 1 trong công thức tính A. W h max 1,091.2,6 tg1,7 A 3,03. .1. 0,7407 0,5. 0,18. .1 10,7123 (kg/m3h) 0,005 tg 27 2. Tính thời gian sấy: 2 ..(W W ) 2.650.0,18.(20 14)  v 1 2 0,79 (h) A[200 (W 1 W 2 )] 10,7123.[200 (20 14)] = 47,37 (ph) IV. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH [8] 1. Tính kích thước thùng quay: - Thể tích thùng sấy: W 75 3 VT 7,0013 (m ) A 10,7123 - Chọn đường kính thùng, theo tiêu chuẩn: DT = 1,2m - Chiều dài thùng: 4V 4.7,0013 L T 6,1905 (m) T 2 2 DT .1,2 LT 6,1905 Chọn LT = 6,5m 5,42 DT 1,2 L thỏa điều kiện T 4  8 DT Khi đó, thể tích của thùng sấy: 2 2 DT .1,2 3 VT .L .6,5 7,3513(m ) 4 4 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 14
  15. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 2. Thời gian lưu: Thời gian mà vật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vật liệu đi hết chiều dài thùng): VT . v 7,3513.0,18.650 1 0,80 (h) = 48,01 (ph) G1 1075 thỏa điều kiện 1   3. Kiểm tra tốc độ quay của thùng: m.k .L n 1 T ,vg/ph 1.DT .tg trong đó:.k 1 : hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu. Trường hợp sấy xuôi chiều: k1 = 0,2  0,7  Chọn k1 = 0,5 . m : hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng. Đối với cánh nâng, m = 0,5 m.k .L 0,5.0,5.6,5 n 1 T 0,9504 (vg/ph) 1.DT .tg 48,01.1,2.tg1,7 Sai số so với giá trị chọn: n n 1 0,9504  .100% .100% 4,96% n 1 chọn n = 1 vg/ph là hợp lý. 4. Kiểm tra vận tốc tác nhân sấy: Bảng 5: Lưu lượng và khối lượng riêng không khí sấy tại các điểm của quá trình sấy thực: Trạng thái Trạng thái không Trạng thái không khí Đại Ký hiệu – không khí ban khí vào thiết bị Ghi ra khỏi thiết bị sấy - lượng Đơn vị đầu – A sấy – B chú C’ (trạng thái 3) (trạng thái 1) (trạng thái 2) Bảng Nhiệt độ t (oC) 27 55 35 3  (đơn Bảng Độ ẩm 0,84 0,1915 0,7436 vị) 3 Lưu V (m3/h) 8523,6411 9319,1810 8860,1435 lượng V (m3/s) 2,3677 2,5887 2,4612 Khối  lượng 1,1631 1,0638 1,1277 (kg/m3) riêng - Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy: V V 9319,181 8860,144 V 1 2 9089,6622 (m3/h) 2 2 = 2,5249 (m3/s) - Tiết diện chảy của tác nhân: SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 15
  16. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 2 2 DT .1,2 2 F (1  ).FT (1  ) (1 0,18) 0,9274 (m ) 4 4 - Vận tốc tác nhân sấy: V 2,5249 v k 2,7226 (m/s) F 0,9274 - Sai số so với vận tốc chọn: v v 2,7226 2,6  k k .100% .100% 4,50% v k 2,7226 chọn vk = 2,6 m/s là hợp lý. 5. Tính bề dày cách nhiệt của thùng: Máy sấy có thể có hay không có bọc lớp cách nhiệt. Để tránh nhiệt trong máy sấy mất mát nhiều và để đảm bảo nhiệt dộ bên ngoài máy sấy có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy. 5.1. Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng 1: Bảng 6 : Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy: Nguồn STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị – Công thức 1 Vận tốc vk m/s (III.1) 2,6 o 2 Nhiệt độ trung bình tk C (III.1) 45 o 3 Hệ số dẫn nhiệt k W/m. K Bảng 30, [3] 0,02755 2 -5 4 Độ nhớt k Ns/m Bảng I.114, [1] 1,9314.10 3 5 Khối lượng riêng k kg/m (III.1) 1,0910  2 k -5 6 Độ nhớt động k m /s  k 1,7702.10 k - Chế độ chảy của tác nhân sấy trong thiết bị: Chuẩn số Reynolds: v D 2,6.1,2 Re k T 1,7625.105 5  k 1,7702.10 Re > 104  dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy. Quá trình truyền nhiệt trong thùng xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy rối, là quá trình truyền nhiệt do sự trộn lẫn của các lớp lưu chất trong và ngoài xa trục của dòng chảy. Có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên. [2] Vậy, quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đối L lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống có 50 . D - Chuẩn số Nusselt: 0,8 Nu = 0,018.l.Re (CT 3.32, [3]) L trong đó:  l f Re, D Với: Re = 1,76.105  l = 1,135 (Bảng II-2, [2]) SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 16
  17. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt L 5,42 D Nu = 0,018.1,135.(1,7625.105)0,8 = 321,4382 - Hệ số cấp nhiệt 1: Nu .k 321,4382.0,02755 2 1 7,380 (W/m .K) DT 1,2 5.2. Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh 2: Quá trình truyền nhiệt từ thành ngoài của thiết bị sấy đến môi trường xung quanh là quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên và do bức xạ nhiệt. . Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên ’ 2 : - Do thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng  = 1,7 o nên việc xác định hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên xem như là xác định hệ số cấp nhiệt của ống nằm ngang khi không khí có thể tích lớn chuyển động tự do. Theo [3], đối với trường hợp này, các hằng số vật lý khi tính chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chất ở xa ống, tức là lấy theo nhiệt độ trung bình của không khí môi trường. Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy: Nguồn STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị – Công thức o 1 Nhiệt độ to C (II) 27 o 2 Hệ số dẫn nhiệt o W/m. K Bảng 30, [3] 0,02629 2 -5 3 Độ nhớt o Ns/m Bảng I.114, [1] 1,8464.10 4 Áp suất hơi bão hòa pb bar (II) 0,0355 3 5 Khối lượng riêng o kg/m CT1.11, [8] 1,1631 2 -5 6 Độ nhớt động o m /s k 1,5875.10  k k o - Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng (phía tiếp xúc với không khí): t w4 = 35 C  là nhiệt độ thích hợp để nhiệt từ tác nhân sấy sau khi truyền qua vách thùng và lớp cách nhiệt đến phía thành ngoài của thùng thì không còn quá nóng, an toàn cho người làm việc. - Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên xem như nhiệt độ không đổi khi truyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ. Sơ đồ truyền nhiệt: 1 : bề dày thân thùng 2 : bề dày lớp cách nhiệt tk 3 : bề dày lớp bảo vệ tw1 tw4 to 1 2 3 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 17
  18. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt Hình 3: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng - Chọn các bề dày của thùng: Bảng 8: Các bề dày thùng và vật liệu: Hệ số dẫn nhiệt STT Đại lượng Ký hiệu Giá trị chọn (m) Vật liệu  (W/mK) 1 Bề dày thùng 1 0,008 CT3 50 Bề dày lớp cách nhiệt Bông thủy 2  0,001 0,05 2 tinh 3 Bề dày lớp bảo vệ 3 0,001 CT3 50 - Đường kính ngoài của thùng sấy: Dng = DT + 2.( 1 + 2 + 3) = 1,2 + 2.(0,008 + 0,001 + 0,001) = 1,22 (m) - Chuẩn số Grashof: [2] g.D 3 .. T g.D 3 . T g.D 3 .(t t ) Gr ng ng ng w 4 o 2 2 2  o  oT  o (t o 273) 9,81.1,223.(35 27) 1,8849.10 9 (1,5875.10 5 )2 .(27 273) - Chuẩn số Nusselt: [1] 0,25 9 0,25 Nu = 0,47. Gr = 0,47. (1,8849.10 ) = 97,9312 - Hệ số cấp nhiệt ’2 : Nu .o 97,9312.0,0263 2 2 2,1103 (W/m K) D ng 1,22 . Hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt ’’2 : [1] 4 4 T T 1 2 100 100 Qbx 2 5,7. . ,W/m K 2 F (T T ) 1 2 (T T ) 1 2 1 2 (CT V.135, [1]) trong đó:.Q bx : nhiệt trao đổi do bức xạ, W . F : bề mặt bức xạ, m2 o . T1 : nhiệt độ của vật thể nóng, K , T1 = Tw4 o . T2 : nhiệt độ của vật thể nguội, là nhiệt độ không khí bao quanh thùng, K , T2 = To . : độ đen của hệ. Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể: 1-2 ≈ 1 = 0,8  1  Chọn e1-2 = 0,8. SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 18
  19. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 4 4 T T 1 2 100 100 Qbx  2 5,7.1 2 . F (T1 T 2 ) (T1 T 2 ) 4 4 35 273 27 273 100 100 5,7.0,8. 5,4456 (W/m2.K) (35 27) . Hệ số cấp nhiệt chung 2 : [1] 2 2 2 (CT V.134, [1]) 2,1103 5,4456 7,5560 (W/m2.K) 5.3.Hệ số truyền nhiệt K: [3] - Hệ số truyền nhiệt K đối với tường hình ống có chiều dày không dày lắm so với đường kính, khi bỏ qua nhiệt trở của lớp cáu: 1 K 1 3  1  i 1 i 1 i 2 1 3,4718 1 0,008 0,001 0,001 1 (W/m2.K) 7,3797 50 0,05 50 7,5560 5.4.Tính bề mặt truyền nhiệt F: [14] - Đường kính trung bình của máy sấy: DT D ng 1,2 1,219 D 1,21 (m) tb 2 2 - Bề mặt truyền nhiệt: gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặt đầu của thùng: .D 2 F .D .L 2. tb tb T 4 .1,212 .1,21.6,5 2. 27,0084 (m2) 4 5.5. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài ttb: [14] - Gọi:.t 1đ, t1c : nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy khi đi qua thùng sấy o tđ1 = t1 = 55 C o tc1 = t2 = 35 C o . t2đ, t2c : nhiệt độ môi trường xung quanh, t2đ = t2c = to = 27 C - Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy: o tđ = t1đ – t2đ = 55 – 27 = 28 ( C) o tc = t1c – t2c = 35 – 27 = 8 ( C) - Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài: SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 19
  20. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt t t 28 8 t ñ c 15,9647 (oC) tb t 28 ln ñ ln t c 8 5.6. Tính lượng nhiệt mất mát ra xung quanh: [14] - Xem nhiệt truyền từ bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đến môi trường bên ngoài là ổn định. Lượng nhiệt đó chính là lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh khi bốc hơi 1kg ẩm qxq. Đối với máy sấy thùng quay thì lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh này cũng là nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che qBC. - Theo phương trình truyền nhiệt: K .F . t tb q xq W 3,4720.27,0084.15,9647.3600 71,8555 (J/kg ẩm) 1000.75 - So sánh với lượng nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che đã giả thiết ban đầu: q BC q xq 75,4421 71,8555  .100% .100% 4,75% q BC 75,4421 giả thiết về chiều dày lớp cách nhiệt ban đầu là hợp lý. 6. Kiểm tra bề dày thùng: [15] - Vật liệu chế tạo thùng chọn là thép CT3, có các tính chất sau: Bảng 9: Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng: [15] Nguồn STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị – Công thức 1 Ứng suất tiêu chuẩn [*] N/mm2 Hình 1.1 140 2 Giới hạn an toàn  đơn vị trang 26 1 3 Hệ số bền mối hàn h đơn vị Bảng 1.7 0,95 [] =  .[*] 4 Ứng suất cho phép [] N/mm2 h 140 (CT 1.9) - Áp suất làm việc của hệ thống: thùng sấy làm việc ở áp suất thường (không có áp suất), theo [1], chiều dày thành thiết bị tính theo thiết bị làm việc với áp suất trong nhưng lấy p không bé hơn 0,1.106 N/m2.  áp suất làm việc của hệ thống, lấy: p = 0,1.106 N/m2 = 0,1 N/mm2 - Ta có : [ ] 140 . h .0,95 1330 25 p 0,1 Do đó bề dày tối thiểu của thân thùng: D .p 1,2.0,1 S T 4,5.10 4 (m ) (CT 5.3, [15]) 2[ ]. h 2.140.0,95 - Hệ số bổ sung kích thước: C = Ca + Cb + Cc + Co (CT 1.10, [15]) Bảng 10: Các hệ số bổ sung kích thước cho bề dày thùng: SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 20
  21. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt Hệ số Kí Giá trị STT bổ sung kích Ghi chú hiệu (mm) thước Hệ số bổ sung Đối với vật liệu bền trong môi trường có độ ăn 1 do ăn mòn hóa Ca 0 mòn hóa học không lớn hơn 0,05 mm/năm. học Hệ số bổ sung Do nguyên liệu là các hạt rắn chuyển động, va 2 do bào mòn cơ Cb 1 đập trong thiết bị. Giá trị Cb chọn theo thực học nghiệm. Hệ số bổ sung Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép làm thùng. 3 do sai lệch khi Cc 0,8 Với thùng bằng thép CT3, dày 8mm thì C3 = 0,8 chế tạo mm (Bảng XIII.9, [1]) Hệ số quy tròn 4 C 5,75 Chọn. kích thước o C = Ca + Cb + Cc + Co = 0 + 1 + 0,8 + 5,75 = 7,55 (mm) - Bề dày thực của thân thùng: S = S’ + C = (0,45 + 7,55).10-3 = 8.10-3 (m)  giả thiết bề dày thùng 8 mm là chấp nhận được. - Kiểm tra: S C 8 0 a 0,0067 DT 1200 S C  thỏa điều kiện a 0,1 DT - Áp suất lớn nhất cho phép trong thân thiết bị: 2[ ]. .(S C ) 2.140.0,95.(8 0) [p] h a 1,76 (N/mm2) DT (S C a ) 1200 (8 0) Vậy thùng sấy có bề dày là 8mm, thỏa điều kiện làm việc p < [p]. 7. Tính trở lực qua thùng sấy: [10] Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp hạt nằm trên cánh và trên mặt thùng sấy mà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và các cánh từ trên xuống. Do đó, trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấy có những đặc thù riêng và được tính theo các công thức kinh nghiệm. - Chuẩn số Reynolds: v .d . 2,6.0,005.1,0910 k k Re 5 734,3659  k 1,9314.10 - Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy: 0,25.(G G ). 1 2 dx 0,75.2.V (CT 10.23, [10]) 0,25.(1075 1000).0,18 8,4678(kg / m 3 ) 0,75.2.7,35 - Trở lực của dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy: SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 21
  22. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 2 a.L.v k . k .C P ,mmH2O (CT 10.19, [10]) haït 2.g.d trong đó: . a : hệ số thủy động 490 100 a 5,85 (CT 10.20, [10]) Re Re 490 100 5,85 10,2074 734,3659 734,3659 . C : hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt 1  C (CT 10.21, [10])  2 650 8,4678 với : v dx 0,9870 (CT 10.22, [10]) v 650 1  1 0,9870  C 0,0134  2 0,9870 2 a.L.v 2 . .C  P k k haït 2.g.d 10,2074.6,5.2,6 2.1,0910.0,0134 2.9,81.0,005 2 61,1443(mmH 2O ) 599,8256(N / m ) V. THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG 1. Tính công suất quay thùng: - Công suất cần thiết để quay thùng: 2 N = 0,0013.DT .LT..n. kW (CT VII.54, [1]) với:.D T : đường kính trong của thùng, DT = 1,2m. .LT : chiều dài thùng, LT = 6,5m. . : hệ số phụ thuộc vào dạng cánh. Với cánh nâng, hệ số chứa đầy  = 0,18 thì  = 0,059 (Bảng VII.5, [1]). . n : tốc độ quay của thùng, n = 1 vg/ph. . : khối lượng riêng xốp của vật liệu,  = 650 kg/m 3 2  N = 0,0013.DT .LT..n. = 0,0013.1,22.6,5.0,059.1.650 = 0,56 (kW) - Chọn động cơ 4A100L8Y3, ([4]), có các đặc tính: . Công suất động cơ: Nđc = 1,5 kW . Vận tốc quay: nđc = 698 vg/ph . Hiệu suất:  = 74% . Hệ số công suất: cos = 0,65 Công suất làm viêc của động cơ: SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 22
  23. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt Nlv = Nđc. = 1,5.074 = 1,11 (kW)  thỏa điều kiện Nlv > N cần thiết để quay thùng. 2. Chọn tỷ số truyền động: [4] - Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống: nñc 698 i c 698 nthuøng 1 Do tỷ số truyền quá lớn nên phải sử dụng hệ thống truyền động giảm tốc cho thùng. Sử dụng bộ phận giảm tốc 2 cấp kiểu trục vít – bánh răng. Hệ thống truyền động như sau: trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít này truyền động qua bánh vít (giảm cấp i 01), từ bánh vít qua bánh răng nhỏ của hộp giảm tốc, rồi qua bánh răng lớn (giảm cấp i 12), sau đó ra khỏi hộp giảm tốc, truyền qua tang dẫn động và đến thùng qua bánh răng lớn gắn vào thùng (giảm cấp i23). I II III Ñoäng cô Hình 4: Sơ đồ hệ thống truyền động cho thùng - Chọn tỷ số truyền:: Sơ đồ.i hệ23 thống= 5 truyền động . i12 = 4 i c 698 . i 01 29,083 i12 .i 23 4.6 - Vận tốc quay: nj-1 = ij-1,j . nj (vg/ph) - Công suất: Nj = Nj-1 . j-1,j (kW) với:. Hiệu suất h của bộ truyền bánh răng trụ hở: h br = 0,93 – 0,95  Chọn hbr = 0,93. (Bảng 2.3, [4]) . Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ được che kín (trong hộp giảm tốc): h br’ = 0,96 – 0,98  Chọn hbr’ = 0,96. (Bảng 2.3, [4]) . Hiệu suất của bộ truyền trục vít:  0,74  ñc trv ' 0,829 br .br 0,93.0,96 Bảng 11: Bảng sơ đồ truyền động Trục Thông số Động cơ Trục I Trục II Trục III Tỷ số truyền i 29,083 4 6 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 23
  24. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt Vận tốc quay n (vg/ph) 698 24 5 1 Công suất N (kW) 0,698 0,6272 0,602 0,56 3. Tính bộ truyền bánh răng [13] Bộ truyền bánh răng truyền chuyển động từ tang dẫn động đến bánh răng lớn gắùn vào thùng. Đây là cơ chế truyền động giữa hai trục song song nên ta sử dụng bộ truyền động bánh răng trụ (răng thẳng), truyền động hở, bánh răng ăn khớp ngoài.  Chọn vật liệu làm bánh răng: . Bánh răng lớn: thép 45 thường hóa, có độ rắn HB 180. . Bánh răng nhỏ: - Đối với 2 bánh răng ăn khớp nhau, báng răng nhỏ làm việc nhiều, chân răng bé nên mòn nhiều và chóng bị gãy hơn bánh răng lớn, do vậy cần được chế tạo bằng vật liệu tốt hơn. Nếu sử dụng 2 bánh răng cùng vật liệu thì phải có phương pháp nhiệt luyện để bánh răng nhỏ có độ rắn mặt răng lớn hơn. - Bánh răng chịu tải trọng trung bình, sử dụng thép 45 thường hóa có các thông số cơ tính: . Độ rắn HBbr nhỏ = (1,1 – 1,4)HBbr lớn = 1,1.180 = 198 2 . Giới hạn bền: B = 600 N/mm 2 . Giới hạn chảy: C = 340 N/mm - Ứng suất uốn cho phép: 1,5. 1  o u n.K  2 với:. Giới hạn mỏi:  -1 = 0,25.(sb + sch) + 50 = 285 (N/mm ) . Hệ số an toàn: n = 1,5 – 2,2  chọn n = 1,5 . Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng: K  = 1,2 – 1,8 (trị số lớn dùng cho bánh răng thép thường hóa và tôi)  K = 1,8 1,5. 1 1,5.285 2   o u 158,35(N / mm ) n.K  1,5.1,8  Tính mođun sơ bộ: 6 19.10 .N 3 .K . m 3 ,mm y [ ]u . m .Z .n với: .N 3 : công suất truyền của bộ truyền. Đối với bộ truyền bánh răng trụ hở có hệ số truyền  br = 0,93 –0,95  chọn br = 0,93. N thuøng 0,56  N 3 0,6021(kW ) br 0,93 . : hệ số độ mòn răng Với độ mòn 20%   = 1,5 . m : hệ số chiều dài răng, m = 10 – 12  chọn m = 12. . Z : số răng. o Với bánh răng nhỏ (chủ động) quay bằng động cơ : SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 24
  25. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt Z1 = 17 – 30  Chọn Z 1 = 28 răng o Với bánh răng lớn: Z2 = i.Z1 = 5.28 = 140 răng . y : hệ số dạng răng, phụ thuộc Z o Bánh răng nhỏ: y = 0,411 o Bánh răng lớn: y = 0,488 . K : hệ số tải trọng, chọn sơ bộ K = 1,5 (bánh răng đặt ở đầu trục) Tính mođun theo bánh răng có tích y.[] u nhỏ, còn nếu bánh răng cùng vật liệu thì tích y.[]u lấy của bánh răng nhỏ: 6 19.10 .N 3 .K . m 3 y [ ]u . m .Z .n 19.10 6.0,6021.1,5.1,5 3 9,224(mm ) 0,411.158,33.12.28.1,5  Chọn mođun theo tiêu chuẩn (theo TCVN 1064-71) : m = 10 mm.  Kiểm nghiệm sức bền uốn răng: 19.10 6.N .K .    u y .m 2 .b.Z .n u với: . b : chiều dài răng, mm. b = m . m =12.10 = 120 (mm) . K = Kt.Kđ : hệ số tải trọng o Kt : hệ số tải trọng tập trung. Với độ rắn mặt răng HB < 350  Chọn Kt = 1. o Kđ : hệ số tải trọng động, phụ thuộc vậb tốc tiếp tuyến và cấp chính xác của bánh răng. . Gọi A: khoảng cách giữa 2 tâm bánh răng m = (0,01 – 0,02).A  chọn m = 0,012A m 10  A 833,33 (mm) 0,012 0,012  làm tròn A = 835mm . Số răng bánh nhỏ: 2A 2.835 Z 27,78 1 m(i 1) 10(6 1)  Z1 = 28 răng  chọn Z1 = 28 rănglúc đầu là hợp lý. . Xem vận tốc quay thùng bằng vận tốc quay của bánh răng lớn và bằng 1vg/ph.  Vận tốc quay của bánh răng nhỏ: nII = i. nI = 6.1 = 6 (vg/ph) . Vận tốc vòng: SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 25
  26. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 2 An 2 835.5 v 1 0,0729(m / s) 60.1000(i 1) 60.1000.(5 1) v < 2 m/s  chọn cấp chính xác của bánh răng = 9  Kđ = 1,2  Hệ số tải trọng: K = Kt . Kđ = 1.1,2 =1,2  Độ bền uốn: 19.10 6.N .K .  u y .m 2 .b.Z .n 19.10 6.0,6021.1,2.1,5 24,852(N / mm 2 ) 0,411.10 2.120.28.6  u < []u  hệ an toàn về uốn.  Tính kích thước chủ yếu của cặp bánh răng: Bánh răng Bánh răng bị S T Thông số Ký hiệu Công thức tính dẫn (Bánh dẫn (bánh răng T răng nhỏ) lớn) 1 Mođun m (mm) 10 2 Tỷ số truyền i 6 3 Số răng Z (răng) 28 140 Đường kính vòng 4 D (mm) D = Z.m 280 1400 lăn Đường kính vòng 5 D (mm) D = D + 2m 300 1420 đỉnh đ đ Đường kính vòng 6 D (mm) D = D – 2,5m 255 1375 đáy c c Chiều cao chân 7 h (mm) h = 1,25m 12,5 răng c c Chiều cao đỉnh 8 h (mm) h = m 10 răng đ đ 9 Chiều cao răng h (mm) h = hđ + hc 22,5 D D A 1 2 Khoảng cách giữa 2 10 A (mm) 770 2 tâm bánh răng m(Z Z ) 1 2 2 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 26
  27. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt VI. CHỌN KÍCH THƯỚC CÁNH ĐẢO TRONG THÙNG Hình 5: Hình dạng một số cánh đảo trong thùng - Sử dụng cánh nâng có các thông số đặc trưng như sau: (Bảng 6.1, [8]): . Hệ số chứa đầy:  = 18% . Góc gấp của cánh:  = 140o h F .; c 0,576 2 0,122 DT DT với: . h: chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu .DT : đường kính thùng .Fc : bề mặt chứa vật liệu của cánh. 2 2 2  Fc = 0,122.DT = 0,122.1,2 = 0,1757 (m ) - Chọn: . Chiều rộng cánh: b =155mm . Chiều cao cánh: d = 80 mm F 0,1757 . Chiều dài cánh: l c 0,750(m ) b d 0,155 0,18 . Chiều dày cánh:  = 5mm . Số cánh trên một mặt cắt : 8 cánh.  Với chiều dài thùng sấy LT = 6,5m ta lắp 8 đoạn cánh dọc theo chiều dài thùng, ở đầu nhập liệu của thùng lắp cánh xoắn để dẫn vật liệu vào thùng, với chiều dài 0,5m. - Tỷ lệ chứa đầy vật liệu trong thùng: F  cd F1 F1 : tiết diện ngang của thùng Ft SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 27
  28. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt R h Fcđ Hình 6: Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng D 2 ,1,2 2 F T 1,1304(m 2 ) 1 4 4 Fcđ : tiết diện chứa đầy 2 Fcđ = .Ft = 0,18.1,1304 =0,2034 (m ) Do: R 2 R 2 .sin 2 F cñ 180 2 . sin 2 0,2034 0,565 180 2 0,6 2 55o Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng: h = R – Rcos =0,255 (m). VII. TÍNH VÀNH ĐAI VÀ CON LĂN ĐỠ 1. Tính tải trọng thùng sấy: . Vành đai: - Chọn sơ bộ bề rộng vành đai: B = 100mm B - Bề dày vành đai: đối với thùng tải trọng nặng chọn h 38,46(mm ) 2,6  Chọn h = 40mm - Vật liệu làm vành đai: chọn thép CT3,  = 7850 kg/m3 - Gân để lắp vành đai vào thân thùng: cao 50mm, dày 40mm - Khoảng cách giữa gân và thân thùng để lắp chân đế: 60mm - Đường kính mặt đỡ ngoài chân đế (đường kính trong của gân): Dđế = DT + 2.60 = 1200 + 2.60 = 1320 (mm) - Đường kính ngoài vành đai: Dđai = 1200 + 2.(60 + 50 + 40) = 1520 (mm) - Khối lượng 2 vành đai: Mđai = 2..(Vđai + Vgân) = 2.7850..[(1,52+0,1).0,1.0,04 + (1,320+0,04).0,04.0,05] SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 28
  29. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt = 433,32 (kg) . Thùng sấy Bảng 12: Khối lượng thùng sấy, LT = 6,5m Khối lượng Đường kính Đường kính Khối lượng Thông số Vật liệu riêng (kg/m3) trong (m) ngoài (m) (kg) Thân CT3 7850 1,2 1,216 1549,14 thùng Lớp cách Bông 200 1,216 1,218 4,97 nhiệt thủy tinh Lớp bảo CT3 7850 1,218 1,220 195,41 vệ  Khối lượng thùng : Mthùng = 1749,52 (kg) . Bánh răng - Bánh răng xem tương đương vật có tiết diện hình vành khăn: . Đường kính ngoài xem như bằng đường kính vòng lăn, Dng = 1400mm . Rộng B = 120mm, dày h = 30mm . Khối lượng riêng 7850 kg/m3  Mbrăng = 161 (kg) - Gân: . Chọn chiều rộng B = 60mm, dày h = 55mm . Đường kính trong của gân: D1 = Dđáy răng – 2.(hgân + hrăng) = 1375 – 2.(30+55) = 1205 (mm)  Mgân = 85,45 (kg)  Mbrăng = 246,45 (kg) . Cánh đảo: - Chọn vật liệu bằng thép CT3, r = 7850 kg/m3 - Các kích thước đã chọn ở VI.  Mcánh = 441,36 (kg) . Khối lượng vật liệu trong thùng: - Năng suất thùng theo nhập liệu: G1 = 1075 (kg/h) - Thời gian lưu của vật liệu trong thùng:  = 0,8h  Khối lượng vật liệu trong thời gian làm việc: Mhạt = G1. = 860 (kg) Vậy tải trọng tổng cộng của thùng sấy đè lên con lăn là: M  M i 3730,65(kg )  Q = M.g = 36600 (N) 2. Tính con lăn đỡ: [15] Q SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 29
  30. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt S N T Hình 7: Lực tác dụng lên con lăn đỡ - Phản lực của mỗi con lăn lên đai: Q 36600 T 21121(N ) 2 cos 2 cos30 - Lự c ép con lăn lên bệ: N = TcosQ/2 = 18300 (N) - Lực đẩy con lăn theo chiều ngang: S = Tsin = 10560,5 (N) - Bề rộng con lăn, chọn: Bc = B + (3 – 5)cm = 10 + 5 = 15 (cm) - Đường kính con lăn thép: T 21121 d 4,69  3,52(cm ) c (300  400).B (300  400).15  Chọn dc = 500mm. - Kiểm tra lại đường kính con lăn: 0,25D dc 0,33D với: D : đường kính ngoài của vành đai, D = 1520mm.  dc = 500mm thỏa điều kiện: 380 dc 501,6 (mm) VIII. TÍNH CALORIFER CẤP NHIỆT - Calorifer là thiết bị truyền nhiệt dùng để gia nhiệt gián tiếp cho không khí sấy. Trong kỹ thuật thường dùng hai loại calorifer là calorifer khí – hơi và calorifer khí – khói. Ở đây ta chọn calorifer khí – hơi, loại thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm. Trong ống là hơi nước bão hòa ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động. Hệ số trao đổi nhiệt của nước ngưng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống với không khí, do đó, bên ngoài ống phía không khí được làm cánh để tăng cường truyền nhiệt. Vậy calorifer sử dụng là loại ống chùm với ống có cánh. Calorifer được bố trí nằm ngang. Bảng 13: Các thông số của các tác nhân qua calorifer o Nhiệt độ vào t2đ = to 27 C Tác nhân sấy Không khí o Nhiệt độ ra t2c = t1 55 C Áp suất p 2 at Hơi đốt Hơi nước bão hòa ngưng tụ Nhiệt độ ngưng tụ T 119,6oC - Chọn một số kích thước của calorifer để sử dụng trong tính toán: Bảng 14: Một số kích thước của calorifer Ký Thông số Đơn vị Giá trị Ghi chú hiệu Ố n g Chiều dài L m 1,5 Chọn theo tiêu chuẩn, [2] SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 30
  31. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt Đường kính ngoài d2 m 0,016 Chọn theo tiêu chuẩn: ống 16 Bề dày ống  m 0,0016 x 1,6 [2] Đường kính trong d1 m 0,0128 d1 = d2 – 2 Chọn theo tiêu chuẩn đối với Bước ống ngang s m 0,05 chùm ống có cánh, ([2], trang dòng lưu chất 1 75) Trường hợp xếp ống so le (ở Bước ống dọc dòng đỉnh tam giác đều), ([2], trang s m 0,0433 lưu chất ngoài ống 2 75): s2 = 0,866.s1 Chiều dài cánh h m 0,001 Khoảng cách giữa 2 t m 0,005 Chọn cánh liên tiếp c Cánh Bề dày cánh c m 0,0005 Đường kính cánh dc m 0,018 dc = d2 + 2h Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu  W/mK 57 Thép CT20 làm ống và cánh dc h c t s1 d2 Hình 8: Các kích thước của cánh tròn s 21. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình: s1 - Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của calorifer: o tđ = T – t2đ = 119,6 – 27 = 92,6 ( C) o tc = T – t2c = 119,6 – 55 = 64,6 ( C) t - Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và hơi nước cấp nhiệt: T t ñ 2 t 2c tc t t t ñ c tb 2 t2đ 92,6 64,6 78,6(o C ) 2 F Hình 9: Sơ đồ truyền nhiệt SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 31
  32. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 2. Tính hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài ống 2: [6] 2.1. Các thông số của không khí ngoài ống: o Tác nhân sấy là không khí ở nhiệt độ môi trường t 2đ = to = 27 C sau khi qua calorifer o sẽ được gia nhiệt lên t2c = t1 = 55 C để đi vào thùng sấy. Bảng 15: Các thông số của không khí di chuyển ngoài ống Nguồn STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị – Công thức o to t1 1 Nhiệt độ trung bình tk C t k 41 2 o 1 2 Độ ẩm trung bình k đơn vị k 0,516 2 o 3 Hệ số dẫn nhiệt k W/m. K Bảng 30, [3] 0,0273 2 -5 4 Độ nhớt k Ns/m Bảng I.114, [1] 1,9125.10 5 Áp suất hơi bão hòa pb bar (II) 0,0771 3 6 Khối lượng riêng k kg/m CT 1.11, [8] 1,1069  2 k -5 7 Độ nhớt động k m /s  k 1,7278.10 k 2.2. Tính hệ số cấp nhiệt 2: l Fc l F l F : diện tích phần cánh của một ống. l l 2 c F Fo 1 l Fo : diện tích phần không cánh của một ống. l F2 : diện tích ngoài của một ống có cánh (phía không khí). F l : diện tích trong của một ống có cánh (phía  1 hơi nước ngưng tụ).  Hình 10: Các diện tích bề mặt của ống có cánh - Bước cánh: sc = t + dc = 0,005 + 0,0005 = 0,0055 (m) - Số cánh trên một ống: L 1,5 nc 272,73 (cánh) s c 0,0055 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 32
  33. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt  làm tròn nc = 273 cánh. - Diện tích phần không làm cánh của một ống: l 2 Fo .d 2 .t .nc .0,016.0,005.273 0,0686 (m ) - Diện tích phần cánh của một ống: .d 2 .d 2 F l 2. c 2 .n c c 4 4 .0,0182 .0,016 2 2. .273 0,0292 (m2) 4 4 - Đường kính tương đương của ống: F l F l .d F l . c o 2 c 2n d c E l l Fo Fc 0,0292 0,0686.0,016 0,0292. 2.273 0,0134 (m) 0,0696 0,0292 - Lưu lượng không khí vào calorifer: 3 Vo = vo.L = 0,9083.9383,8531 = 8523,6411 (m /h) = 2,3677 (m3/s) o 3 trong đó:.v o : thể tích riêng của không khí tại 27 C, m /kg, (Bảng 3) . L : lưu lượng tác nhân khô, kg/h, (II). - Chọn đường kính của ống dẫn khí trong hệ thống là 0,4m. Vận tốc dòng khí đi trong đường ống: V 2,3677  o (m/s) oâ 2 2 18,8414 Doâ .0,4 4 4  thỏa điều kiện chọn đường kính ống sao cho vận tốc khí đi trong ống là 15  20 m/s. - Chọn đường kính cửa vào của calorifer là 0,25m. Khi đó sẽ có sự tăng vận tốc của dòng khí tại cửa vào calorifer do đột mở, và giá trị của vận tốc đó là: D 2 0,4 2   . o 18,8414. 33,4958 (m/s) oâ d 2 0,252 - Vận tốc không khí tại khe hẹp nhất của calorifer:   max d 2h 1 2 c s s .s 1 1 c 33,4958 49,5233 (m/s) 0,016 2.0,001.0,0005 1 0,05 0,05.0,0433 - Chuẩn số Reynolds: SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 33
  34. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt  .d 49,5233.0,0134 Re max E 3,8433.10 4  1,7278.10 5 - Với ống xếp so le, chuẩn số Nusselt: 0,2 0,2 0,67 s1 d 2 s1 d 2 Nu 0,251.Re . 1 d 2 t 0,2 0,2 0,05 0,016 0,05 0,016 0,251.(3,8433.10 4 )0,67 . 1 0,016 0,005 168,866 - Hệ số cấp nhiệt của cánh: Nu .k 168,866.0,0273 2 o c 343,4302 (W/m . K) d E 0,0134 - Hệ số cấp nhiệt tương đương phía ống có cánh: F l . c .   2 c l c F2 trong đó: l . F2 : diện tích ngoài của một ống có cánh l l l 2 F2 Fo Fc 0,0686 0,0292 0,0978 (m ) F l 0,0686 . o  l 2,3529 Fc 0,0292 . Hiệu suất cánh tròn c: tgh(.h ) c .h d 0,018 với:  c 1,125 d 2 0,016 h h.(1 0,35.ln ) 0,001.(1 0,35.ln1,125) 1,041.10 3 (m ) 2. 2.343,4302  c 155,2429 c . c 57.0,0005 tgh(.h ) tgh(155,2429.1,041.10 3 )  0,9914 c .h 155,2429.1,041.10 3 Vậy, hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống: l Fc 2 c . l . c  F2 0,0292 343,4302. . 0,9914 2,3529 342,5473 (W/m2K) 0,0686 - Hệ số làm cánh: SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 34
  35. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 2 2 2 2 nc .(d c d 2 ) 273.(0,018 0,016 )  c 1 1 1,483 2d 1L 2.0,0128.1,5 3. Tính hệ số cấp nhiệt phía trong ống 1: [3] Sự cấp nhiệt phía trong ống là cấp nhiệt do hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống đứng. Bảng 16: Các thông số của hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống: Ký STT Thông số Đơn vị Giá trị Ghi chú hiệu 1 Áp suất của hơi nước ngưng tụ p at 2 Chọn Bảng Phụ lục 2 Nhiệt độ nước ngưng T oC 119,6 57, [3] Nhiệt độ thành ống phía tiếp xúc 3 t oC 111 Chọn hơi nước ngưng tụ w Nhiệt độ trung bình của màng o T tw 4 tm C 115,3 t m nước ngưng tụ 2 5 Hệ số dẫn nhiệt W/m.oK 0,6851 n - Lấy ở t 2 -3 m 6 Độ nhớt n Ns/m 0,2473.10 3 - Bảng I.249, 7 Khối lượng riêng n kg/m 946,813 2 -7 [1] 8 Độ nhớt động n m /s 2,614.10 - Lấy ở T. 9 Ẩn nhiệt ngưng tụ r J/kg 2208.103 - Bảng Phụ lục 57, [3] - Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi nước bão hòa trên ống đứng, khi màng chất ngưng tụ chảy tầng: 0,25 r 2 1 1,13.A ,W/m K L. t1 trong đó: 0,25 0,25 3 . 2 0,68513.946,8132 . A n n 184,7587 3  n 0,2473.10 . t1 : hiệu số nhiệt độ: o t1 = T – tw = 119,6 – 111 = 8,6 ( C) 0,25 r 1,13.A  1 L. t 1 0,25 2208.10 3 1,13.184,7587. 4246,5453 (W/m2K) 1,5.8,6 4. Hệ số truyền nhiệt K: [6] - Tỷ số giữa đường kính ngoài và đường kính trong của ống: d 0,016 2 1,25 d1 0,0128 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 35
  36. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt - Với d2/d1 < 1,4 thì hệ số truyền nhiệt K được tính như với vách phẳng: 1 K 1  1 1  2 . c 1 2 448,1314 (W/m K) 1 0,0016 1 4246,5453 57 342,5473.1,4834 - Kiểm tra lại việc chọn tw: . Theo phương trình truyền nhiệt, ta có mật độ dòng nhiệt truyền qua tường phẳng: q K . ttb 1. t1 2 . t k . Ta có: 2 q = K.ttb = 448,1314.78,6 = 35223,1327 (W/m ) 2 q1 = 1.t1 = 4246,5453.8,6 = 36520,2893 (W/m ) . Sai số: q q 36520,2893 35223,1327  1 .100% .100% 3,55% q1 35223,1327 o  sai số  < 5%  việc chọn tw = 111 C là chấp nhận được. 5. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước calorifer: - Nhiệt lượng cần cung cấp cho calorifer: Q = L(I1 – Io) = 273216,3084 (kJ/h) (II) = 75893,419 (J/s) - Diện tích bề mặt trong các ống: Q 75893,419 2 F1 2,1546 (m ) K . t tb 448,1314.78,6 - Tổng số ống trong calorifer: F 2,1546 n 1 35,72 (ống) d 1 .L .0,0128.1,5  chọn theo tiêu chuẩn, lấy n = 37 ống. (Bảng V.II, [1]) - Với kiểu bố trí ống trên mạng ống theo hình sáu cạnh đều, ta có các thông số như sau (Bảng V.II, [1]): . Tổng số ống của thiết bị: n = 37 ống. . Số hình sáu cạnh: 3 . Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh: b = 7 ống. - Đường kính trong của calorifer: D = s1.(b – 1) + 4.d2 = 0,05.(7 – 1) + 4.0,0128 = 0,364 (m)  chọn theo tiêu chuẩn, lấy D = 0,4m, ([2]). 6. Trở lực qua calorifer: - Hệ số trở lực: SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 36
  37. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 0,9 0,9 0,9 0,1 0,245 s1 d 2 s1 d 2 d E s1 d 2  0,72.Re . 2 . . . s c d 2 d 2 s 2 d 2 0,9 0,9 0,9 0,1 0,05 0,016 0,05 0,016 0,0134 0,05 0,016 0,72.38434 0,245. 2 0,0055 0,016 0,016 0,0433 0,016 0,1522 - Trở lực cục bộ qua calorifer:  2 49,52332 p . max .b 0,1522.1,1069. .7 1446,235 (N/m2) c 2 2 = 147,4246 (mmH2O) IX. TÍNH BĂNG TẢI NHẬP LIỆU [9] - Băng tải là loại thiết bị vận chuyển liên tục được sử dụng rộng rãi để vận chuyển vật liệu rời. Nó có thể làm việc trong thời gian dài, chuyển vật liệu đi theo hướng đã định một cách liên tục, đều đặn. Ưu điểm cơ bản của băng tải là cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển vật liệu theo hướng nằm ngang, nằm nghiêng (hay kết hợp cả hai) với khoảng cách lớn, làm việc êm, năng suất cao và tiêu hao năng lượng không lớn lắm. Nhược điểm của băng tải là tốc độ vận chuyển không cao, độ nghiêng của băng tải nhỏ (góc nghiêng < 24 o), không vận chuyển được theo đường cong. - Đối với băng tải nhập liệu, ta sử dụng băng tải đặt nghiêng để đưa hạt từ dưới thấp lên cao và đổ vào đầu nhập liệu của thùng sấy. Đậu xanh được nhập vào băng tải qua máng nhập liệu. Lớp vật liệu trên băng đồng đều và có thể điều chỉnh theo chiều cao của tấm chắn ở máng, tháo liệu ở phía đầu tang dẫn động. 1. Năng suất của băng tải: - Năng suất của băng tải: Qbt = (1+k).G1 ,kg/h trong đó: . G1 : năng suất nhập liệu của thùng sấy, G1 = 1075 kg/h. . k : hệ số dự trữ đối với năng suất băng tải, so với năng suất nhập liệu vào thùng sấy, tính đến sự hao hụt vật liệu trên đường di chuyển. Chọn k = 10% = 0,1. Qbt = (1+k).G1 = (1+0,1).1075 = 1182,5 (kg/h) 2. Băng: - Băng là chi tiết chủ yếu vừa đóng vai trò là bộ phận kéo, vừa là bộ phận vận chuyển vật liệu. Để vận chuyển đậu xanh, là vật liệu rời dạng cục nhỏ, thì sử dụng loại băng nhiều lớp, hai mặt phủ cao su. Loại băng này cấu tạo gồm lõi vải đặt phía trong, bên ngoài được phủ lớp cao su có chiều dày nhất định, có độ bền cao và có độ cuốn tốt. Bảng 17: Các thông số chọn để tính toán băng tải nhập liệu: Ký Đơn Giá STT Thông số Ghi chú hiệu vị trị 1 Vận tốc của băng tải v m/s 0,4 Từ 0,1 – 0,5 m/s ([9], trang 26) Bề dày lớp vật liệu 2 h m 0,01 Chọn trên băng 3 Chiều cao nâng của H m 2,5 Chọn, để chiều cao từ mặt đất lên đến SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 37
  38. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt vật liệu máng nhập liệu không quá 0,7 – 0,8m, thuận tiện cho người làm việc. Góc nghiêng của Đối với hạt ngũ cốc, góc nghiêng giới 4 băng so với mặt  độ 20 hạn của băng tải là 20 o – 22o ([9], trang phẳng nằm ngang 194) - Năng suất của băng tải khi vận chuyển vật liệu trên băng tải nghiêng: Qbt = 3600.F.v.K ,kg/h (CT 5.9, [9]) trong đó: . F : diện tích tiết diện ngang của lớp vật liệu trên băng, m2. . r : khối lượng riêng của vật liệu, r = 650 kg/m3. . K : hệ số tính tới việc giảm năng suất khi băng tải đặt nghiêng. Đối với băng phẳng, nghiêng 20 – 22o thì K = 0,85 (Bảng 5.6, [9])  Diện tích tiết diện ngang của lớp vật liệu trên băng: Q 1182,5 F bt 1,486.10 3 (m 2 ) 3600. .v .K 3600.650.0,4.0,85 - Bề rộng mặt băng khi sử dụng băng phẳng: Bh F (m2) (CT 5.7, [9]) 2 2F 2.1,486.10 3 B 0,297(m ) h 0,01  Chọn B = 0,3m = 300mm. - Chiều dài đoạn băng tải giữa hai trục tang: H 2,5 l 7,31(m ) sin sin 20  Chọn l = 7,4m - Chiều dài băng tải: L = 2.l = 2.7,4 = 14,8 (m) L H Hình 11: Băng tải nhập liệu 3. Công suất của băng tải: - Tải trọng riêng của nhánh không tải của băng tải (trọng lượng của 1m băng): SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 38
  39. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt q2 = (B.)..g ,N/m trong đó:. : bề dày của băng tải, chọn d = 2mm = 0,002m. . : khối lượng riêng của băng tải, xem như bằng khối lượng riêng của cao su,  = 930 kg/m3 (Bảng I.1, [1]) q2 = (0,3.0,002).930.9,81 = 5,4740 (N/m) - Trọng lượng của vật liệu trên 1m chiều dài băng: Q.g 1182,5.9,81 q 8,0558 (N/m) 3 3600.v 3600.0,4 - Tải trọng riêng của các phần chuyển động trên nhánh có tải, gồm trọng lượng của 1m băng và trọng lượng vật liệu chuyển động trên đó: q1 = q2 + q3 = 5,4740 + 8,0558 = 13,5298 (N/m) Bảng 18: Các thông số dùng trong tính công suất băng tải Ký Đơn STT Thông số Giá trị Ghi chú hiệu vị Tải trọng riêng của các 1 phần chuyển động trên q1 N/m 13,5298 q1 = q2 + q3 nhánh có tải Tải trọng riêng của 2 q N/m 5,4740 q = (B.)..g nhánh không tải 2 2 Trọng lượng của vật Qg 3 q3 N/m 8,0558 q liệu trên 1m băng 3 3600.v 4 Chiều dài nhánh có tải L1 m 7,4 - Do tháo liệu ở phía đầu tang dẫn Chiều dài nhánh không 5 L m 7,4 động. tải 2 Chiều dài vận chuyển - Lấy bằng chiều dài giữa 2 trục 6 L m 7,4 vật liệu 3 tang. Chọn, khi tỉ số giữa đường kính Hệ số trở lực của nhánh đơn ngỗng trục của con lăn đỡ và đường 7 C1 0,04 có tải vị kính con lăn đỡ dn/Dtl = ¼, ([10], trang 195) Hệ số trở lực khi các đơn Chọn, khi con lăn đỡ lắp ổ bi lăn, 8 C 0,05 con lăn đỡ chịu tải 2 vị ([9], trang 196) Hệ số xét đến trở lực khi băng bị uốn tại các đơn 9 k 0,8 Chọn từ 0,8 – 0,85, ([9], trang 197) tang và ma sát trong vị các ngỗng trục Hệ số xét đến ảnh hưởng của chiều dài đơn Khi chiều dài băng tải từ 10 – 15m, 10 K 1,4 băng tải đối với công vị (Bảng 5.8, [9]) suất Hệ số truyền động có đơn Chọn, khi truyền động bằng bánh 11  0,9 ích vị ma sát. - Công suất động cơ dùng cho băng tải: 1 N N N N N N .K . ,kW ñc 1 2 3 4 5 k . SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 39
  40. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt (CT5.10, [9]) trong đó: . Công suất dùng để khắc phục trở lực nhánh có tải của băng tải: q .v .C .L N 1 1 1 (CT 5.11, [9]) 1 1000 13,5298.0,4.0,04.7,4 1,6019.10 3 (kW ) 1000 . Công suất dùng để khắc phục trở lực nhánh không tải của băng tải: q .v .C .L N 2 1 2 (CT 5.13, [9]) 2 1000 5,4740.0,4.0,04,7,4 6,4812.10 4 (kW ) 1000 . Công suất dùng để vận chuyển vật liệu theo chiều dài băng tải: q .v .C .L N 3 2 3 3 1000 8,0558.0,4.0,05.7,4 1,1922.10 3 (kW ) 1000 . Công suất để khắc phục trở lực của cơ cấu tháo liệu: N4 = 0 (kW), do sử dụng cách tháo liệu ở đầu tang dẫn động của băng tải. . Công suất để nâng vật liệu: q 3 .v .H N 4 (CT 5.18, [9]) 1000 8,0558.0,4.2,5 8,0558.10 3 (kW ) 1000 1  N N N N N N .K . ñc 1 2 3 4 5 k . 1 1,6019 0,64812 1,1922 0 8,0558 .10 3.1,4. 0,8.0,9 0,0224(kW ) Chọn động cơ điện 4A50B4Y3, có: . Công suất N = 0,06kW . Hiệu suất   Vận tốc quay n = 1500vg/ph. . Hệ số công suất cos(Bảng P.13, [4]) 4. Các chi tiết cơ bản của băng tải: 4.1. Tang dẫn động: Bộ phận dẫn động của băng tải gồm có cơ cấu truyền động từ động cơ tới tang dẫn động. - Đường kính của tang: D  125.z ,mm với: . z : số lớp đệm của băng, chọn z = 2. SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 40
  41. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt D  125.2 = 250 (mm) Chọn D = 250mm. - Chiều dài của tang: L = B + 2C ,mm (CT 5.1, [9]) với: . B : chiều rộng băng, B = 300mm . C = 60 – 70mm L = 300 + 2.60 = 420 (mm). - Vận tốc tang quay: v 0,4  1,6 (vg/s) = 96 (vg/ph) D 0,25 - Tỷ số truyền của hộp giảm tốc cần dùng: n 1500 i 15,625  96  Để truyền động cho tang dẫn động từ động cơ có thể truyền qua hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp, tỉ số truyền của hộp giảm tốc từ 8 – 40, ([4]). 4.2. Cơ cấu căng băng: Bộ phận căng băng gồm có tang căng băng, lắp lên các gối trục có khả năng dịch chuyển, có nhiệm vụ tạo ra lực căng cần thiết của tấm băng, đảm bảo cho băng bám chặt vào tang dẫn và làm giảm độ võng của băng theo chiều dài. Đối với băng tải có chiều dài không lớn lắm thì dùng cơ cấu căng băng cơ khí, trong quá trình làm việc băng bị giãn đòi hỏi phải căng nhiều lần. 4.3. Con lăn đỡ: Con lăn đỡ có nhiệm vụ đảm bảo vị trí của tấm băng theo chiều dài vận chuyển và hình dạng tấm băng trên nhánh có tải. Dùng loại con lăn đỡ thẳng, dùng cho cả nhánh có tải và không tải. - Khoảng cách giữa 2 con lăn trên nhánh có tải: lt = A – 0,625.B ,mm (CT 5.2, [9]) với: . A : hằng số phụ thuộc khối lượng riêng của vật liệu vận chuyển. Với đậu xanh, r < 1000 kg/m3 thì A = 1750mm. lt = 1750 – 0,625.300 = 1562,5 (mm) - Khoảng cách giữa 2 con lăn trên không có tải: lo = 2.lt = 2.1562,5 = 3125 (mm) 4.4. Cơ cấu nhập liệu và tháo liệu: Vật liệu được nhập vào băng tải qua máng nhập liệu, tháo liệu ở phía đầu tang dẫn động. - Chiều rộng đáy máng nhập liệu: B1 = (0,6  0,7).B ,mm (CT 5.4, [9]) Chọn B1 = 0,6.B = 0,6.300 = 180 (mm) - Góc nghiêng của máng nhập liệu:  =  + (5o  10o) (CT 5.5, [9]) với: . = 27 o : góc nghiêng của vật liệu SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 41
  42. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt Chọn  = 27o + 5o = 32o. X. TÍNH VÀ CHỌN XYCLON Khi tác nhân sấy không khí nóng đi qua máy sấy thường có mang theo rất nhiều hạt bụi nhỏ, chúng cần được thu hồi để làm sạch môi trường không khí thải. Trong hệ thống sấy thùng quay thường dùng xyclon đơn. Chọn loại xyclon đơn ЦH- 15 với góc nghiêng cửa vào 15o. Loại này đảm bảo độ làm sạch bụi lớn nhất với hệ số sức cản thủy lực nhỏ nhất. Khi thiết kế xyclon, đối với loại ЦH-15 thì chọn đường kính từ 40  800mm. Hệ số làm sạch bụi càng tăng nếu bán kính xyclon càng bé, vì vậy nên dùng xyclon có bán kính nhỏ. Năng suất của xyclon đơn khá lớn, muốn tăng năng suất có thể ghép nhiều xyclon làm việc song song. - Lưu lượng khí vào xyclon chính là lưu lượng tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy: 3 3 Vxyclon = V2 = 8860,143 (m /h) = 2,4612 (m /s) - Đường kính xyclon: chọn nhóm 2 xyclon, đường kính D = 650mm, dùng khi năng suất của xyclon ЦH từ 7650  8920 m3/h, (Bảng III.5, [1]). - Kích thước cơ bản của xyclon ЦH-15: Bảng 19: Kích thước cơ bản của xyclon đơn loại ЦH-15: (Bảng III.4, [1]) STT Kích thước của xyclon ЦH-15 Ký hiệu Công thức Giá trị Đơn vị 1 Đường kính trong của xyclon D 650 2 Chiều cao cửa vào a 0,66D 429 3 Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 1,74D 1131 4 Chiều cao phần hình trụ h2 2,26D 1469 5 Chiều cao phần hình nón h3 2,0D 1300 6 Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h4 0,3D 195 7 Chiều cao chung H 4,56D 2964 mm 8 Đường kính ngoài của ống ra d1 0,6D 390 9 Đường kính trong của cửa tháo bụi d2 0,3D 195 10 Chiều rộng của cửa vào b1/b 0,26D/0,2D 169/130 11 Chiều dài của ống cửa vào l 0,6D 390 Khoảng cách từ tận cùng xyclon 12 h 0,32D 208 đến mặt bích 5 13 Góc nghiêng giữa nắp và ống vào  15 độ 14 Hệ số trở lực của xyclon  105 đơn vị 4 h a 1 a h l 2 h 3 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan h Trang 42 5 h D
  43. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt Hình 12: Xyclon đơn - Bunke chứa bụi: 3 . Thể tích làm việc của bunke đối với nhóm 2 xyclon: Vbunke = 1,1m (Bảng II.5a, [1]). . Góc nghiêng của thành bunke: chọn 60o. . Để giảm chiều cao chung của bunke, ta đặt bunke chung cho nhóm xyclon. - Độ làm sạch của xyclon:  85%, đường kính của hạt bụi được tách là 5  100m. - Đối với nhóm xyclon dùng chung bunke, để xyclon làm việc bình thường phải tránh sự đổi dòng khi khí đi từ xyclon này đến xyclon khác, bằng cách đảm bảo khí đi vào và đi ra phân bố đều đặn giữa các xyclon. Vì vậy, những xyclon trong nhóm có trở lực như nhau. Xem lưu lượng khí vào mỗi xyclon trong nhóm 2 xyclon là bằng nhau và bằng: V xyclon 2,4612 V 1,2306 (m3/s) 2 2 - Tốc độ quy ước của khí: 4V D ,m (CT VII-90, [14]) . q 4V 4.1,2306  3,7085 (m/s) q D 2 .0,652 - Trở lực qua xyclon: 2  q . 2 (CT III.50, [1]) p  2 3,70852.1,1277 105. 814,234(N / m 2 ) 83,0(mmH O ) 2 2 XI. TÍNH TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT 1. Thiết kế đường ống: - Do hệ thống sấy dài, có trở lực lớn nên ta dùng 2 quạt đặt ở đầu và cuối hệ thống: . Quạt đặt ở đầu hệ thống – quạt đẩy, có nhiệm vụ cung cấp không khí cho caloriphe. Không khí ngoài trời được quạt đẩy đưa qua caloriphe, trao đổi nhiệt rồi đưa vào thùng sấy, qua 2 đoạn ống cong 90o. . Quạt đặt ở cuối hệ thống – quạt đẩy, có nhiệm vụ hút tác nhân sấy qua thùng sấy để cấp nhiệt cho vật liệu sấy và qua xyclon để thu hồi bụi. Đường ống từ sau thùng sấy đến trước cyclon có tiết diện hình chữ nhật và bằng tiết diện cửa vào cyclon, có 1 đoạn cong 90o và rẽ làm 2 nhánh để đi vào nhóm 2 xyclon. SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 43
  44. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt - Lưu lượng khí lấy theo Bảng 5. Đối với 2 nhánh rẽ trên đường ống trước xyclon thì lưu lượng bằng ½ lưu lượng nhánh chính. - Vận tốc khí: V v ,m/s S oáng với: . Sống : diện tích tiết diện ngang của ống. - Chọn quạt ly tâm áp suất trung bình Ц 9-57, No5 có kích thước: . Mặt bích cửa ra : hình vuông, B = 350mm. . Mặt bích cửa vào: hình tròn, D = 209mm. Bảng 20: Bảng tóm tắt các thông số của không khí trên đường ống Trạng thái không Đại Ký hiệu – Đơn Trạng thái không Trạng thái không khí khí ngoài trời lượng vị khí vào thiết bị sấy ra khỏi thiết bị sấy Nhiệt độ t (oC) 27 55 35 Độ ẩm  (đơn vị) 0,84 0,1915 0,7436 Lưu V (m3/h) 8523,6411 9319,1810 8860,1435 lượng V (m3/s) 2,3677 2,5887 2,4612 Khối 3 lượng k (kg/m ) 1,1631 1,0638 1,1277 riêng 2 -5 -5 -5 Độ nhớt kNs/m ) 1,8464.10 1,9775.10 1,8842.10 Bảng 21: Bảng thiết kế đường ống Bắt đầu đoạn ống Đoạn ống Kết thúc đoạn ống S Lưu Kích Chiều Kích Vận tốc Kích T Điểm bắt lượng Điểm kết thước dài l thước khí v thước T đầu khí V thúc (mm) (m) (mm) (m/s) (mm) (m3/s) Cửa ra Lối vào 1  350 2 400 2,3677 18,8414 250 quạt đẩy caloriphe Cửa vào Cửa ra 2 250 2 400 2,5887 20,5999 thùng nhập 400 caloriphe liệu Cửa ra 2  429 4 29 thùng tháo (nhánh 2,4612 33,9464 x169 x169 liệu chính) 3 1,5x2 (2  429  429 Cửa vào  429 nhánh 1,2306 16,9736 x169 x169 xyclon x169 rẽ) Cửa ra của Cửa vào 4 nhóm 400 2 400 2,4612 19,5852 509 quạt hút cyclon SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 44
  45. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 7 3 4 5 6 1 2 Hình 13: Sơ đồ đường ống của hệ thống sấy 1. Quạt đẩy 5. Thùng tháo liệu và dẫn khí ra 2. Caloriphe 6. Xyclon 3. Thùng nhập liệu và dẫn khí vào 7. Quạt hút 4. Thùng sấy 2. Tính trở lực đường ống: 2.1. Trở lực ma sát trên đường ống: - Chuẩn số Reynolds: v .D . Re tñ k ,trong đó:  k 3 2 . v, k, k : vận tốc (m/s), khối lượng riêng (kg/m ), độ nhớt (Ns/m ) của không khí sấy tại các vị trí tương ứng. .D tđ : đường kính tương đương của đường ống (m) o Ống tròn : Dtđ = Dống 4S 4.a.b o Ống hình chữ nhật : D tñ  2.(a b) . a, b : chiều dài 2 cạnh của tiết diện ống, (m) . S : diện tích tiết diện ống, (m2). .  : chu vi tiết diện ống, (m). - Với không khí chảy xoáy rối, Re 4000, xem dòng chảy ở khu vực nhẵn thủy lực  hệ số trở lực ma sát , theo Bảng II.12, [1]. - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực ma sát trong ống dẫn: 2 L v k . k 2 Pms . . (N / m ) (CT II.55, [1]) Dtñ 2 2 L v k . k . . (mmH 2O ) Dtñ 2.g Bảng 22: Kết quả tính trở lực ma sát trên đường ống SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 45
  46. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt L Pl Pl STT Đoạn ống Dtđ (m) Re  2 (m) (N/m ) (mmH2O) Từ sau quạt đẩy 1 đến trước 2 0,4 4,75.105 0,0132 13,6256 1,389 caloriphe Từ sau caloriphe 2 đến trước thiết bị 2 0,4 4,43.105 0,0135 15,2359 1,553 sấy Nhánh Từ sau 2 0,2425 4,93.105 0,0131 70,2006 7,156 chính thùng 3 2 sấy đến nhánh 3 0,2425 2,46.105 0,0251 50,4021 5,138 xyclon rẽ Từ sau xyclon 4 2 0,4 4,69.105 0,0133 14,3827 1,466 đến quạt hút 2.2. Tính trở lực cục bộ: [11] A2, V2 A1, V1 A1, V1   A2, V2 Hình 14: Ống hội tụ và ống phân kỳ - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ trong ống dẫn: v 2 . P  k k (CT II.56, [1]) cb 2 v 2 .  k k 2.g với: .  : Hệ số trở lực cục bộ. a. Hệ số trở lực do đột mở: - Hệ số tổn thất cột áp cục bộ của dòng chảy qua ống phân kỳ: 2 A 1  k 1 (CT P8.5, [11]) A 2 2 với:.A 1, A2 : diện tích tiết diện ống nhỏ và ống mở rộng, m . . k : hệ số. Với góc mở = 6o thì k = 0,1 (Bảng b2, [14]) . Áp suất Pcb tính theo v2. Bảng 23: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ do đột mở S Vị trí trở lực Ống nhỏ Ống mở rộng  Pl Pl SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 46
  47. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt T D D (N/m2) (mmH O) tđ1 A (m2) tđ2 A (m2) 2 T (m) 1 (m) 2 Từ cửa ra 6,67 1 quạt đẩy đến 0,35 0,1225 0,4 0,1257 0,0138 0,0014 .10-5 đường ống Từ cửa ra 2 caloriphe đến 0,25 0,0491 0,4 0,1257 0,2434 54,9314 5,5995 đường ống Từ ống đến 3 cửa vào quạt 0,4 0,1257 0,509 0,2035 0,0383 3,1633 0,3224 hút b. Hệ số trở lực do đột thu: - Vị trí có trở lực do đột thu là từ đường ống vào caloriphe. 2 .A2 = 0,0491: diện tích tiết diện ống nhỏ (lối vào caloriphe), m . 2 .A1 = 0,1257: diện tích tiết diện ống ống mở rộng (đường ống), m . - Hệ số tổn thất cột áp cục bộ của dòng chảy qua ống hội tụ: 2 1  k 1 (CT P8.9, [11])  với: . k : hệ số. Với góc hội tụ = 60o thì k = 0,2 (Bảng b4, [14]) . e : hệ số co hẹp. Ta có: n = A2/A1 = 0,39 < 0,6 thì: 0,043  0,57 A (CT P8.7, [11]) 1,1 2 A 1 0,043 0,57 0,6306 0,0491 1,1 0,1257 2 2 1 1   k 1 0,2 1 0,0686  0,6306 - Vận tốc khí tại lối vào caloriphe: v2 = 33,4960 m/s. - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ do đột thu Pcb4 tính theo v2: v 2 . 33,496 2.1,1631 P  k k 0,0686 cb 4 2 2 2 44,7742(N / m ) 4,5641(mmH 2O ) c. Hệ số trở lực tại đoạn ống uốn cong 90o:  Ro a R D SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 47
  48. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt  b Hình 15: Ống uốn cong góc  . Đối với ống tiết diện tròn: - Trên hệ thống có 2 lần uốn cong 90 o trên ống tròn là sau caloriphe để đến hệ thống sấy. - Hệ số tổn thất cột áp cục bộ của dòng chảy tại chỗ uốn cong, đối với ống tiết diện tròn:  o  k . (CT P8.10, [11]) 90o với:.   R o : bán kính uốn D : đường kính ống D Chọn 0,5  k = 0,29 (Bảng b7, [11]) 2R o  o 90o   k . 0,29. 0,29 90o 90o - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ do 2 lần uốn cong 90 o trên ống tròn Pcb5: v 2 . 20,5999 2.1,0638 P 2. k k 0,29. cb 5 2 2 2 65,4590(N / m ) 6,6727(mmH 2O ) . Đối với ống tiết diện vuông: - Vị trí uốn là trước xyclon, sau thùng sấy. - Hệ số tổn thất cột áp cục bộ của dòng chảy tại chỗ uốn cong, đối với ống tiết diện hình chữ nhật:  = A.B.C với:.    A = 1 (Bảng II.16, N o24, [1]) o . Chọn R/Dtđ = 4  B = 0,11 (Bảng II.16, N 25, [1]) a 0,169 . Ta có:  C = 1,59 0 ,(Bảng4 II.16, N o26, [1]) b 0,429   = A.B.C = 1.0,11.1,59 = 0,1749 - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ do uốn cong 90 o trên ống tiết diện chữ nhật Pcb6: v 2 . 16,9732 2.1,1277 P  k k 0,29. cb 6 2 2 2 27,4114(N / m ) 2,8962(mmH 2O ) d. Hệ số trở lực trên ống 3 ngả: [1] SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan V2, F2, v2 Trang 48 V1, F1, v1 V3, F3, v3
  49. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt Hình 16: Ống 3 ngả 2 .F1, F2, F3 : diện tích mặt cắt ngang của ống tập trung, ống thẳng và ống nhánh, m . Ta có: F1 = F2 = F3. . : góc phân nhánh, chọn  v vv3 : vận tốc dòng tại các mặt cắt tương ứng, m/s. . Áp suất Pcb tính theo v1. . Trở lực trên ống rẽ: - Hệ số trở lực trên ống rẽ: v 3 16,9736 o Ta có :  1  (Bảng II.16, N 22, [1]) v 2 16,9736 - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ trên ống rẽ Pcb7: v 2 . 16,9736 2.1,1277 P  . k k 0,58. cb 7 3 2 2 2 94,2174(N / m ) 9,6042(mmH 2O ) . Trở lực trên ống thẳng: - Hệ số trở lực trên ống thẳng trực tiếp: v 2 16,9736 o Ta có :  0,5 (Bảng II.16, N 23, [1]) v 1 33,9464 - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ trên ống thẳng Pcb8: v 2 . 16,9736 2.1,1277 P  . k k 0,1. cb 8 2 2 2 2 16,2444(N / m ) 1,6559(mmH 2O ) 3. Tính trở lực cho hệ thống: - Tổn thất cột áp động tại cửa ra của quạt: . Vận tốc khí tại cửa ra của quạt: S oáng v quaït v oáng . ,m/s S quaït . Tổn thất cột áp động: v 2 . v 2 . P quaït (N / m 2 ) quaït (mmH O ) ñ 2 2g 2 - Tổn thất cột áp tính toán: 2 Ptt = Pt + Pđ N/m - Tổn thất cột áp toàn phần, ở điều kiện làm việc (do sử dụng đặc tuyến thành lập cho điều kiện tiêu chuẩn): SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 49
  50. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 273 t 760 P P . . . k ,N/m2 (CT II.238a, [1]) tt 293 B với: . t : nhiệt độ làm việc của khí, oC . B : áp suất tại chỗ đặt quạt, B = 760 mmHg 3 . k : khối lượng riêng của khí ở điều kiện làm việc, kg/m . Bảng 24: Tổn thất cột áp mà quạt phải khắc phục Quạt đẩy Quạt hút Công thức P1 + P2 P3 + P4 Tổn thất ma sát P Giá trị ms 28,8615 134,9854 (N/m2) P + P + P + P + P + P + Công thức 1 2 4 5 3 7 P P Tổn thất cục bộ P 6 8 cb Giá trị 230,6374 142,0366 (N/m2) P + P + Gồm P + P + P ms cb ms cb caloriphe P + P Tổn thất cột áp tĩnh P hạt xyclon t Giá trị 1705,7338 1691,0777 (N/m2) 2 Tổn thất cột áp động Pđ (N/m ) 217,2534 227,6036 Tổn thất cột áp tính P (N/m2) 1922,9873 1924,2461 toán tt Tổn thất cột áp toàn P (N/m2) 1835,8403 1898,7318 phần 4. Tính công suất và chọn quạt: - Năng suất của quạt V (m 3/h): đối với không khí ít bẩn thì năng suất quạt lấy bằng lưu lượng không khí theo tính toán ở điều kiện làm việc. - Trở lực mà quạt phải khắc phục P (N/m2): lấy tổn thất cột áp toàn phần ở điều kiện làm việc. - Công suất trên trục động cơ điện, khi vận chuyển không khí ở nhiệt độ cao: V . P. N ,kW (CT II.239b, [1]) 1000.q .tr với:. q : hiệu suất quạt, lấy theo đặc tuyến . tr : hiệu suất truyền động. Khi truyền động bằng bánh ma sát tr = 0,9 - Công suất động cơ điện: Nđc = k3.N ,kW (CT II.240, [1]) với: . k3 : hệ số dự trữ. Bảng 25: Bảng tính công suất và chọn quạt SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 50
  51. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt STT Đại lượng Ký hiệu Quạt hút Quạt đẩy Ghi chú Năng suất trung 1 V (m3/s) 2,4782 2.5249 bình Khối lượng 2 riêng trung  (kg/m3) 1,1069 1,0910 bình tác nhân Tổn thất cột áp P 3 1835,8403 1898,7318 toàn phần (N/m2) Tra đồ thị đặc tuyến 4 Hiệu suất quạt q 0,65 0,65 quạt ly tâm Ц 9-57, No5 (Hình II.58, [1]) Công suất trên 5 trục động cơ N (kW) 8,61 8,94 điện Công suất động Với N > 5 kW thì k = 6 N (kW) 9,47 9,834 3 cơ điện đc 1,1 Như vậy ta chọn quạt Ц 9-57, No5 lúc đầu là hợp lý. - Các thông số của quạt và động cơ: ta sử dụng 2 quạt Ц 9-57, N o5 có các thông số giống nhau. Bảng 26: Các thông số của quạt và động cơ Giá Thông số Ký hiệu Ghi chú trị Quạt Ký hiệu quạt Ц 9-57, No5 Hiệu suất  0,65 Tra đồ thị đặc tuyến quạt ly tâm Ц Tốc độ vòng của v (m/s) 4,19 9-57, No5 (Hình II.58, [1]) bánh guồng  (rad/s) 150 Ký hiệu động cơ 4A160S4Y3 Công suất N đc 15 (kW) Động Hiệu suất  0,89 Bảng P1.3, [4] cơ đc Tốc độ quay v đc 1460 (vg/ph) Hệ số công suất cos 0,88 XII. TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ Bảng 27: Tính giá thành vật tư – thiết bị Giá thành STT Vật liệu – Thiết bị Đơn vị tính Đơn giá (ngàn đồng) 1 Thép 3725,68 (kg) 10.000 đ/kg 37.300 2 Vật liệu cách nhiệt 4,97 (kg) 4 triệu đ/m3 100 SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 51
  52. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt 3 Quạt (cả môtơ) 2 x 15 (kW) 600.000 đ/HP 24.140 4 Bulon 110 (con) 2000 đ/con 220 5 Môtơ điện quay thùng 1,5 (kW) 500.000 đ/HP 1.005 Ống thép 6 11 (m) 30.000 đ/m 330  > 50mm Van thép, 7 2 (cái) 50.000 đ/cái 100  > 50mm Lưu lượng kế 8 2 (cái) 1.5 triệu/cái 3.000  > 50mm 9 Nhiệt kế điện trở 2 (cái) 150.000 đ/cái 300 10 Áp kế tự động 1 (cái) 400.000 đ/cái 400 Tổng cộng 66.895 - Tiền công chế tạo lấy bằng 300% tiền vật tư : 200.685 (ngàn đồng) - Giá thành hệ thống: 267.580.000 đồng PHẦN 3: KẾT LUẬN Đối với hệ thống sấy thùng quay này, việc thiết kế, tính toán dựa nhiều vào các công thức thực nghiệm, được cho trong nhiều tài liệu khác nhau. Mặt khác, do nguyên liệu sấy là đậu xanh không có nhiều tài liệu tham khảo, nên trong quá trình tính toán đã sử dụng các số liệu thay thế của đậu nành hoặc các loại ngũ cốc khác. Việc sử dụng công thức, số liệu như vậy không tránh khỏi sai số trong quá trình thiết kế. Để có thể thiết kế được chính xác ta cần lập hệ thống hoạt động thử để kiểm tra và chọn chế độ làm việc tối ưu. Đồng thời, việc thiết kế hệ thống dựa nhiều trên tài liệu lý thuyết SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 52
  53. GVHD: Thầy PHẠM VĂN BÔNThiết kế thiết bị sấy thùng quay sấy đậu xanh nguyên hạt chứ không có thực tế kinh nghiệm, nên có thể có nhiều điều chưa thật hợp lý, em rất mong được sự hướng dẫn, góp ý thêm của các thầy, cô để hệ thống hoàn thiện hơn. SVTH: Đặng Thị Hoàng Lan Trang 53