TỔNG QUAN
TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
1.1.1 Nguồn gốc và phân loại cây ngô
Cây ngô, hay còn gọi là Zea mays L., thuộc chi Maydeae và họ hòa thảo Gramineae, có nguồn gốc từ Trung Mỹ Ngô có bộ nhiễm sắc thể 2n và được phân loại dựa trên cấu trúc nội nhũ của hạt cũng như hình thái bên ngoài của hạt Các loài phụ của ngô bao gồm ngô đá rắn, ngô răng ngựa, ngô nếp, ngô đường, ngô nổ, ngô bột và ngô nửa răng ngựa Từ các loài phụ này, ngô còn được phân chia thành các thứ dựa trên màu hạt và màu lõi Ngoài ra, ngô cũng được phân loại theo các tiêu chí sinh thái học, nông học, thời gian sinh trưởng và thương phẩm.
Ngô, hay còn gọi là bắp, có nguồn gốc từ cỏ ngô (Zea mays ssp parviglumis) ở Trung Mỹ, đặc biệt là từ thung lũng sông Balsas tại miền nam Mexico Một số giả thuyết cho rằng ngô phát triển từ quá trình lai ghép giữa ngô đã thuần hóa và cỏ ngô thuộc đoạn Luxuriantes Quá trình này đã dẫn đến sự hình thành của nhiều loài phụ và nguồn dị hợp thể, tạo ra các dạng cây ngô đa dạng Ngô đã trở thành một trong những loại ngũ cốc quý giá, đứng ngang hàng với lúa mì và lúa nước trong nền nông nghiệp toàn cầu.
1.1.2 Đặc điểm nông sinh học của cây ngô
Cơ quan sinh dưỡng của ngô bao gồm rễ, thân và lá, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự sống của cây Hạt ngô được xem là cơ quan khởi đầu cho sự phát triển của cây.
Hạt ngô là loại quả dĩnh với bốn bộ phận chính: vỏ hạt, lớp alơron, phôi và nội nhũ Vỏ hạt bao bọc bên ngoài, có màu sắc khác nhau tùy thuộc vào giống ngô, trong khi lớp alơron nằm sau vỏ hạt, bảo vệ nội nhũ và phôi Nội nhũ chiếm 70-78% trọng lượng hạt, chủ yếu là tinh bột, cùng với protein, lipid, vitamin, khoáng chất và enzyme để nuôi phôi phát triển Phôi ngô lớn, chiếm 8-15% trọng lượng, cần được bảo quản cẩn thận.
Hạt ngô có giá trị dinh dưỡng cao nhờ vào khả năng đồng hóa dễ dàng của các chất bên trong Chúng chứa tinh bột chiếm khoảng 60-70%, lipid từ 3,5-7%, và protein dao động từ 4,8 đến 16,6% tùy thuộc vào giống Ngoài ra, hạt ngô còn chứa đường (khoảng 3,5%), chất khoáng (1-2,4%) và nhiều loại vitamin như A, B1, B2, B6, C, cùng một lượng nhỏ xenlulo (2,2%).
Bảng 1.1 Thành phần hoá học của hạt ngô và gạo (Phân tích trên 100g)
(Cao Đắc Điểm, 1988) 1.1.4 Phân bố
Ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng nhất trên thế giới, đứng thứ ba về diện tích trồng, chỉ sau lúa mì và lúa nước Nó có sản lượng đứng thứ hai và năng suất cao nhất trong các loại ngũ cốc Các quốc gia như Trung Quốc, Mỹ và Brazil chủ yếu sử dụng ngô lai trong sản xuất và cũng có diện tích trồng ngô lớn Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia được thể hiện rõ qua bảng 1.2.
Bảng 1.2 Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 2007
Thành phần hóa học Gạo trắng Ngô vàng
(Nguồn: Số liệu thống kê của FAO, 2008)
Mỹ là quốc gia có diện tích và sản lượng ngô lớn nhất thế giới, với 30,08 triệu ha và tổng sản lượng đạt 280,22 triệu tấn, năng suất bình quân đạt 100,64 tạ/ha Tại Việt Nam, ngô giữ vị trí là cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa, được trồng rộng rãi ở nhiều vùng sinh thái khác nhau với đa dạng về mùa vụ và hệ thống canh tác Ngô chủ yếu được trồng ở các địa phương có đất cao, dễ thoát nước, với các vùng trồng lớn như Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, miền núi phía Bắc, Trung du đồng bằng Sông Hồng và Duyên hải miền Trung.
Bảng 1.3 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 2004 đến năm 2006
Bảo quản ngô gặp nhiều khó khăn do môi trường thích hợp cho sâu mọt phát triển Để bảo quản lâu dài, hạt ngô cần có chất lượng tốt và độ ẩm an toàn Quá trình sấy hạt sau thu hoạch đóng vai trò quan trọng trong việc bảo quản, chế biến và nâng cao chất lượng hạt Phương pháp này giúp ngô được bảo quản lâu hơn, dễ dàng vận chuyển và ứng dụng cho nhiều quy trình chế biến sản phẩm khác.
TỒNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP
1.2.1 Bản chất của quá trình sấy
Sấy là quá trình loại bỏ độ ẩm khỏi vật liệu thông qua nhiệt, diễn ra nhờ sự khuếch tán do sự chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu Nói cách khác, quá trình này xảy ra do sự khác biệt về áp suất hơi riêng phần giữa bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
1.2.2 Phân loại quá trình sấy
Người ta phân biệt ra 2 loại:
Sấy tự nhiên sử dụng nắng và gió làm tác nhân chính, nhưng phương pháp này gặp khó khăn do cần diện tích sân phơi rộng và phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt là trong mùa mưa.
Sấy nhân tạo là quá trình sử dụng nguồn nhiệt như khói lò, không khí nóng hoặc hơi quá nhiệt để làm khô sản phẩm Phương pháp này cho phép kiểm soát quá trình sấy một cách dễ dàng và hiệu quả hơn so với sấy tự nhiên.
Và cũng có nhiều cách phân loại:
Dựa vào tác nhân sấy:
- Sấy bằng không khí hay khói lò.
- Sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tầng.
Dựa vào áp suất làm việc:
Dựa vào phương pháp làm việc:
Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho qúa trình sấy:
- Máy sấy tiếp xúc hoặc máy sấy đối lưu.
- Máy sấy bức xạ hoặc máy sấy bằng dòng điện cao tầng
Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun…
Dựa vào chuyển động tương hỗ của tác nhân sấy và vật liệu sấy: sấy xuôi chiều, ngược chiều, chéo dòng…
1.2.3 Phương pháp thực hiện Để nâng cao giá trị sử dụng niều mặt của ngô thì các công đoạn sau thu hoạch như làm khô, bảo quản và chế biến nhằm làm giảm tổn thất cũng như duy trì chất lượng ngô là việc làm vô cùng quan trọng và cần thiết Khi bảo quản ngô hạt phải đặc biệt quan tâm tới tình trạng phôi ngô vì phôi ngô dễ hút ẩm, có sức hấp dẫn mọt cao, dễ hư hỏng Đặc biệt sẽ xảy ra quá trình hô hấp trong quá trình bảo quản.
Mục tiêu của bảo quản ngô hạt là duy trì số lượng và chất lượng tối đa trong suốt quá trình lưu trữ Nếu điều kiện bảo quản không đảm bảo, như ngô chưa chín, phơi chưa khô hoặc dụng cụ chứa không kín, thì nguy cơ bị hư hỏng do chim, chuột, mốc và mọt là rất cao, có thể xảy ra chỉ trong vài tháng Do đó, cần làm khô ngô đến độ ẩm 12-13% để bảo quản an toàn và giảm thiểu hư hỏng.
Có hai phương pháp để làm khô ngô: phơi nắng và sấy Trong bối cảnh này, sấy được ưu tiên nhằm bảo quản lương thực và chế biến sản phẩm chất lượng cao, với độ ẩm phù hợp Có nhiều hệ thống sấy như buồng sấy, hầm sấy, tháp sấy và thùng sấy, mỗi loại đều có ưu, nhược điểm và ứng dụng riêng Chế độ sấy ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, vì đây là quá trình trao đổi nhiệt và chất phức tạp, làm thay đổi cả cấu trúc vật lý và thành phần hóa học của nguyên liệu Đối với ngô, thiết bị sấy tháp hoặc sấy thùng quay thường được sử dụng Trong đồ án này, thiết bị sấy thùng quay được chọn vì tính chuyên dụng cho vật liệu dạng hạt và cục nhỏ, phổ biến trong công nghệ sau thu hoạch Thiết bị này cho phép vật liệu được sấy trong trạng thái xáo trộn, tiếp xúc tốt với tác nhân sấy, giúp tăng tốc độ sấy và đảm bảo hạt được sấy đều, đồng thời có khả năng làm việc liên tục với năng suất lớn.
Tác nhân sấy trong quá trình sấy bắp có thể là không khí nóng hoặc khói lò, nhưng để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, chúng ta chọn không khí được đun nóng bởi caloriphe Nhiệt độ của tác nhân sấy phụ thuộc vào loại hạt, trong đó bắp chứa nhiều tinh bột, do đó nhiệt độ sấy cần được điều chỉnh theo nhiệt độ hồ hóa tinh bột khoảng 60°C Để đẩy nhanh quá trình sấy mà không làm vượt quá nhiệt độ hồ hóa, nhiệt độ tác nhân sấy được chọn là 55°C.
Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng trong thùng không được vượt quá 3 m/s để tránh cuốn vật liệu ra ngoài quá nhanh, trong khi vận tốc quay của thùng khoảng 5-8 vòng/phút Để giảm thời gian sấy, cần tăng tốc độ tác nhân sấy bằng hệ thống quạt ly tâm hoặc hướng trục Với nguyên liệu là ngô, chế độ sấy cùng chiều được khuyến nghị vì phương pháp này có cường độ cao, thời gian sấy ngắn hơn và sản phẩm ra khỏi hầm đã nguội, mang lại hiệu quả kinh tế Phương pháp này phù hợp cho các sản phẩm không yêu cầu cao về cong vênh hay nứt nẻ, trong khi sấy ngược chiều cần áp dụng cho thành phẩm có chất lượng cao, đảm bảo không bị cong vênh và nứt nẻ.
Các cánh trộn trong thùng chứa giúp phân phối đồng đều vật liệu, tối ưu hóa diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Cấu tạo của cánh trộn phụ thuộc vào kích thước và độ ẩm của vật liệu sấy.
Các loại cánh đảo phổ biến như :
Cánh đảo nâng và đổ là thiết bị lý tưởng để sấy các vật liệu có kích thước lớn, giúp nâng vật liệu lên cao và đổ xuống để tạo ra mưa hạt, từ đó giảm thiểu tình trạng bám dính vào thùng sấy.
- Cánh đảo phân chia (phân phối): dùng với vật sấy có kích thước nhỏ hơn, dễ chảy.
- Cánh đảo hình quạt: được dùng cho trường hợp vật sấy có kích thước lớn và có trọng lượng riêng lớn.
- Cánh đảo trộn: dùng cho vật sấy có kích thước nhỏ như bột. a) b) c) d) e)
Hình 1:Các dạng cánh đảo a-Cánh nâng, đổ; b,c-Cánh phân chia; d-Cánh hình quạt; e-Cánh đảo trộn. Ưu điểm:
+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy.
+ Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100kg ẩm bay hơi/m 3 h.
+ Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.
+ Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn Do đó trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Vật liệu sấy là bắp hạt đã được rửa sạch và ráo nước, sau đó được đưa vào thùng sấy qua hệ thống gầu tải Bắp hạt có độ ẩm ban đầu 22% và di chuyển cùng chiều với tác nhân sấy là không khí được gia nhiệt từ khói lò Để đảm bảo nhiệt độ phù hợp, khói lò phải qua buồng hòa trộn trước khi vào caloriphe Dòng tác nhân sấy được gia tốc bởi quạt đẩy và quạt hút Thùng sấy hình trụ nghiêng 3-5 độ, được hỗ trợ bởi hệ thống con lăn và có bộ truyền động từ động cơ đến hộp giảm tốc Bên trong thùng có cánh nâng giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy, từ đó nâng cao hiệu quả truyền nhiệt và trao đổi nhiệt Khi bắp hạt được nâng lên và rơi xuống, độ ẩm sẽ bay hơi, và sau khi đi hết chiều dài thùng, độ ẩm sẽ đạt 12-13% Sản phẩm sau sấy được đưa vào buồng tháo liệu và ra ngoài qua băng tải để đóng gói Dòng tác nhân sấy chứa bụi cần được lọc qua hệ thống cyclon đơn trước khi thải ra môi trường, trong khi bụi lắng được thu hồi và xử lý riêng.
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
CÁC THÔNG SỐ TÁC NHÂN SẤY
Ta kí hiệu các đại lượng như sau:
Trong quá trình sấy, G1 và G2 đại diện cho lượng vật liệu trước và sau khi ra khỏi máy sấy, được đo bằng kg/h Độ ẩm của vật liệu, ký hiệu là 1 và 2, được tính theo phần trăm khối lượng của vật liệu ướt trước và sau khi sấy.
W:Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy (kg/h).
Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua mấy sấy được biểu thị bằng Gk (kg/h) Hàm ẩm của không khí ngoài trời được ký hiệu là d0 (kg ẩm/kg kkk), trong khi hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy là d1 (kg ẩm/kg kkk) và hàm ẩm của không khí sau khi sấy là d2 (kg ẩm/kg kkk).
CÁC CÔNG THỨC SỬ DỤNG
Dùng tác nhân sấy là không khí
Áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm theo nhiệt độ: p b =exp ( 12− 4026 235 , 5+t , 42 o C ) [bar] (CT 2.11/14-[14])
B−ϕ p b [kg/kgkkk] (CT 2.15/15-[14]) Với B: áp suất khí trời B t = 0,981bar
Enthapy của không khí ẩm
Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 kJ/kg o K
Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,842 kJ/kg o K
r : ần nhiệt hóa hơi của nước r %00 kJ/kg
Thể tích riêng của không khí ẩm v = RT
Trong đó, R: Hằng số khí, R(8J/kg 0 K;
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/m 2
T: nhiệt độ của không khí, 0 K
TÍNH THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY
2.3.1Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):
Trạng thái không khí ngoải trời được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặp thông số (to, 0)
Để tối ưu hóa điều kiện trồng bắp quanh năm, chúng ta chọn nhiệt độ không khí trung bình ở Đồng Nai từ 25°C đến 27°C và độ ẩm tương đối từ 80% đến 82% Điều này phù hợp với việc bắp được trồng nhiều vụ trong năm, đặc biệt là trong mùa mưa khi có ít nắng, giúp thiết bị hoạt động hiệu quả.
Áp suất hơi bảo hòa p b o =exp( 12− 235 4026 , 5 , 42 +t o ) =exp ( 12− 4026 235 , 5+ , 42 26 ) =0 , 0335 [bar]
2.3.2 Thông số trạng thái không khí sau khi đi qua caloriphe (B)
Không khí được quạt đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm, đạt đến trạng thái B (d1, t1), nơi nhiệt độ t1 là cao nhất của tác nhân sấy Nhiệt độ này phải thấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột, điều này đặc biệt quan trọng khi sấy ngô, loại hạt giàu tinh bột Nếu vật liệu sấy có độ ẩm cao tiếp xúc với tác nhân sấy có nhiệt độ cao, lớp tinh bột sẽ bị hồ hóa, tạo ra một lớp keo mỏng làm bít kín bề mặt thoát ẩm của vật liệu.
Ngô được sấy nhằm mục đích cho người sử dụng vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thấp, khoảng 40 -550C.
Do đó, chọn điểm B: t1U0 C và d1 = 0,0177(kg/kgkkk)
Áp suất hơi bảo hòa p b 1 =exp( 12− 4026 235 , 5+t , 42 1 ) =exp ( 12− 4026 235 , 5 , 42 +55 ) =0 , 155 ( bar )
Tử độ chứa ẩm suy ra độ ẩm tương đối
0,981.10 5 −0,174.0,155.10 5 =0,990(m 3 ¿kgkkk)2.3.3 Thông số trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy(C).
Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bị để thực hiện quá trình sấy lý thuyết(I1= I2), trạng thái không khí ở đầu ra của thiết bị sấy là C(t2,ᵩ2).
Để tối ưu hóa quá trình sấy, nhiệt độ của tác nhân sấy t2 cần được điều chỉnh sao cho tổn thất do tác nhân sấy mang đi là tối thiểu, đồng thời tránh hiện tượng đọng sương, tức là giữ cho trạng thái C không nằm trên đường bảo hòa Hơn nữa, độ ẩm của tác nhân sấy tại điểm C phải thấp hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy, nhằm ngăn chặn việc vật liệu sấy hút ẩm trở lại.
Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là t250C
Áp suất hơi bảo hòa p b 2 =exp ( 12− 4026 235 , 5+t , 42 2 ) =exp ( 12− 235 4026 , 5 , 42 +35 ) =0 , 0558 ( bar )
Trong quá trình sấy lý thuyết, trạng thái của tác nhân sấy được thể hiện qua ba giai đoạn: trạng thái không khí ban đầu (A) với nhiệt độ 26°C, trạng thái không khí khi vào thiết bị sấy (B) đạt 55°C, và trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C) là 35°C.
I (kJ/kgkk) 71,202 101,263 101,263 pb (bar) 0,0335 0,155 0,0558 v (m 3 /kgkk) 0,903 0,990 0,942
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Phương trình cân bằng vật chất
Lượng hơi ẩm bốc trong 1 giờ
Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
Năng suất của sản phẩm sấy:
2.5 CÂN BẰNG NÂNG LƯỢNG CHO THUYẾT BỊ SẤY LÝ THUYẾT:
Người ta gọi thiết bị sấy lý tưởng là thiết bị sấy thỏa mản các điều kiện sau đây:
Nhiệt lượng bổ sung QBS=0
Tổn thất nhiệt qua các kết cấu bao che QBC=0
Tổn thất nhiệt do thiết bị truyền tải QCt=0
Tổn thất do vật liệu sấy mang đi QV=0
Chỉ có tổn thất do tác nhân sấy mang đi
Quá trình sấy lý tưởng được xem là quá trình đẳng entanpy, trong đó nhiệt lượng cần thiết để bốc hơi ẩm trong vật liệu sấy được lấy từ chính nhiệt lượng của tác nhân sấy Do không có nhiệt lượng bổ sung và các loại tổn thất, ẩm dưới dạng hơi quay trở lại tác nhân và mang theo nhiệt lượng tương ứng, thể hiện dưới dạng nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt vật lý của hơi nước.
Giả sử lượng khí vào ra thiết bị sấy là không đổi, kí hiệu là : L 0 (kg/h)
Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:
Lượng không khí khô cần thiết
Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm: l 0 =L 0
Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết
Nhiệt lượng tiêu hao riêng q 0 =Q 0
(kj/kh ẩm) (CT 7.16/131-[1]) 2.6 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ SẤY THỰC:
Một thiết bị sấy không chỉ chịu tổn thất nhiệt từ tác nhân sấy mà còn có thể nhận nhiệt lượng bổ sung QBS Đồng thời, thiết bị này luôn gặp phải tổn thất nhiệt ra môi trường qua kết cấu bao che QBC, cũng như tổn thất nhiệt do quá trình chuyển tải của thiết bị sấy và từ vật liệu sấy mang đi QV.
Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không có thiết bị chuyển tải, dó đó QBS=0, QCT=0.
Nhiệt lượng đưa vào hệ thống sấy gồm:
Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorifer: L(I1-I2)
Nhiệt lượng bổ sung QBS
Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang vào : GCTCCTtCT1
Nhiệt vật lý 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-I0)
Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che: QBC
Nhiệt vật lý do thiết bị chuyển tải mang ra : GCTCCTtCT2
Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang ra: G2CV2tV2.
tV1 : nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường: tv1 = to = 26 o C
tV2: nhiệt độ cuối cùa vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy: tv2 = t2 – (5 0 C) = 35 – 5 = 30 o C , ta chọn nhỏ hơn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy 3-5 0 C.
Cv1 = Cv2 = Cv: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy là như nhau Ở đây nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở 2 % :
Cv = Cvk(1-2) + Ca 2,kJ/kg o K (CT 7.40/141-[1])
Với: Ca: nhiệt dung riêng của ẩm, Ca=Cn=4,18KJ/kg 0 K
Cvk=1,45(kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của vật kiêu khô.
=> Cv = Cvk(1-2) + Ca 2= 1,45.(1 - 0,13) + 4,18.0,13=1,8049(kJ/kg.K)
- Cân bằng nhiệt lượng vào ra tiết bị sấy, ta có:
L(I1-I0)+Q BS + GCTCCTtCT1+ [(G1-W)CV1+WCa]tV1
- Vậy nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực:
Q = L(I1-I0) = L(I2-I0) - Q BS + QBC + GCTCCT (tCT2-tCT1) + G2CV2 (tV2 –t V1) - WCatV1 Đặt QCT = GCTCCT (tCT2-tCT1) và QV = G2CV2 (tV2 –t V1), tương ứng với tổn thất do thiết bị chuyển tải và tổn thất do vật liệu sấy mang đi.
- Xét cho 1 kg ẩm cần bốc hơi: q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:
Qv = G2Cv(tv2 – tv1) = 717,241 1,8049.(30 – 26) = 5178,193 (kJ/h) q v =Q v
Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che
Tổn thất nhiêt qua cơ cấu bao che hay qua môi trường QBC thường chiếm khoảng 3-5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích QBC=(0,03-0,05)Qhi
Trong đó : Qhi: là nhiệt hữu ích cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu:
Với rtv1: ẩn nhiệt hóa hơi chủa nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vảo, rtv1%00 kJ/kg
QBC = 0,03.Qhi= 0,03 208269,479 b48.0844(kj/h) q BC =Q BC
Δ=C a t V 1 −q BC −q V là nhiệt lượng riêng cần bổ sung trong quá trình sấy thực, phản ánh sự khác biệt giữa sấy thực tế và sấy lý thuyết.
Quá trình sấy ly thuyết: Δ=0
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:
Q = L(I2 – Io) 217,160(101,263-71,202)07138,0468(KJ/h) q = l(I1 – Io)3,457(101,263-71,202)707,908(KJ/kg ẩm)
Quá trình sấy thực tế: Δ≠0 Δ =C a t V 1 −q BC −q V =4,18.26-75,497-62,570= -29.369(kJ/kg ẩm)
=> Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I1(vậy 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
Tuy nhên vì chưa biết l nên ta xác định độ chứa ẩm d2 trước thông qua t2 đã biết:
Độ chứa ẩm của tác nhân sấy d 2 =C pk (t 1 −t 2 )+d o (i 1 −Δ)
Trong đó: i1%00+1,842.55&01,31(KJ/kg) i2%00+ 1,842.35%36,842(kJ/kg)
Áp suất hơi bảo hòa p b 2 =exp( 12− 4026 235 , 5+t , 42 2 ) =exp ( 12− 235 4026 , 5+35 , 42 ) =0 , 0558
=>Lượng tác nhân khô cần thiết:
Lượng tác nhân tiêu hao riêng: l= L
Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
2.7 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
2.7.1 Đường kính của thùng sấy
√ 1− β ∗ √ V ω (CTVII.49-trang 121-[7]) Trong đó: + β: Hệ số chứa, giá trị từ 20% ¿ 30%
+ ω : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy, ω=2 m/ s÷3 m / s
+V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy ( m 3 / h )
⇒ V 2 =L.v 2 217,160.0,94224,565(m 3 /h) Chọn: hệ số chứa β= 20%, vận tốc ω =3m/s
Dựa vào kích thước chuẩn (BảngXIII.6/359–[7]), ta chon D t =1,2(m).
- Kiểm tra lại tốc độ tác nhân sấy
Ta có t1P 0 C=> ρ 1 =1 ,093( Kg /m 3 ) (Tra bảng I.255 trang 318-[6])
Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:
Tiết diện tự do của thùng sấy
Vận tốc tác nhân sấy: v k ' =V
Sai số so với vận tốc chọn ε= v k ' −v k v k ' 100%= 3 , 00221−2 , 892
Sai số nhỏ nên ta vẫn chấp nhận vận tốc ban đầu là ω=2 ,892( m/ s )
2.7.4 Cường độ bay hơi ẩm:
(kg ẩm/ m 3 h) (CT VII.50/121-[7]) 2.7.5 Thời gian sấy:
(CT 8.10/115-[14]) Trong đó:Hệ số M phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt cho bảng sau:
Ta có d=7,5mm, theo bảng trên ta có M=0,5.10 -2
11,1.0,5.10 −2 −0,27=1.352(h),0973(phút) 2.7.6 Thời gian lưu của vật liệu:
Thời gian lưu mà lật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vật liệu di hết chiều dài của thùng): τ 1 = V T β ρ v
=> τ 1 > τ do đó thỏa mản điều kiện.
2.7.7 Số vòng quay của thùng
+ n ’ : số vòng quay của thùng.
+ L: là chiều dài của thùng.
+ : Góc nghiêng của thùng quay, độ Thường góc nghiêng của thùng dài là 2.5-3 0 , còn thùng ngắn đến 6 0 , chọn =3 0 tg = 0,0524
+ m : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m = 0,5
+ k : Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, k = 0,65
+ : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay, phút
Ban đầu ta chọn n=1(vòng/phút)
Kiểm tra lại sai số vòng quay: ε = n−n ' n 100%= 1−0 , 958
=>1 sai số vẫn chấp nhận.
2.7.8 Tính bề dày cách nhiệt của thùng
Máy sấy thường được bọc lớp cách nhiệt để ngăn chặn sự mất mát nhiệt, đảm bảo hiệu quả hoạt động Lớp cách nhiệt này cũng giúp duy trì nhiệt độ bên ngoài thùng sấy ở mức an toàn, cho phép công nhân làm việc gần đó mà không gặp nguy hiểm.
2.7.8.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy Bảng 2.3 Các hệ số của không khí bên trong thùng sấy.
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Tài liệu tham khaỏ Giá trị
2 Nhiệt độ trung bình tk oC 45
3 Hệ số dẩn nhiệt k W/m o K Phụ lục 6/350[1] 0,02795
4 Độ nhớt k Ns/m 2 Phụ lục 6/350[1] 1,935.10 -5
5 Khối lượng riêng k kg/m 3 Phụ lục 6/350[1] 1,1105
- Chế độ chảy của tác nhân trong thiết bị:
Quá trình truyền nhiệt trong thùng sấy được xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống với dòng chảy rối, nhờ vào sự trộn lẫn của các lớp lưu chất trong và ngoài trục dòng chảy Trong quá trình này, có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên Do đó, truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị chủ yếu là do đối lưu cưỡng bức trong dòng chảy.
Hệ số cấp nhiệt α 1 : α 1 = Nu λ k
2.7.8.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh α 2 Bảng 2.4: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Tải liệu tham khảo Giá trị
2 Hệ số dẫn nhiệt o W/m o K Phụ lục 6/350[1] 0,02622
3 Độ nhớt o Ns/m 2 Phụ lục 6/350[1] 1,83.10 -5
4 Áp suất hơi bảo hòa pb bar (2.3) 0,0335
5 Khối lượng riêng o kg/m 3 Phụ lục 6/350[1] 1,189
Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng ( phía tiếp xúc với không khí ): tw4 = 35 o C
Nhiệt độ lý tưởng để nhiệt từ tác nhân sấy truyền qua vách thùng và lớp cách nhiệt đến bề mặt bên ngoài của thùng là mức an toàn, đảm bảo không còn nóng và bảo vệ an toàn cho người lao động.
Do hệ số dẩn nhiệt của thép lớn nên nhiệt độ xem như không đổi khi truyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ.
Sơ đổ truyền nhiệt: to tw1 tw4
Hình 1: Sơ đổ truyền nhiệt qua vách thùng δ 1 : bề dày thân thùng δ 2 : bề dày lớp cách nhiệt δ 3 : bề dày lớp bảo vệ
Bảng 2.5 Các bề dày thùng và vật liệu:
STT Đại lượng Kí hiệu Giá trị chọn(m) Vật liệu Hệ số dẫn nhiệt
2 Bề dày lớp cách nhiệt 2 0,01 Bông thủy tinh 0,05
3 Bề dày lớp bảo vệ 3 0,001 CT3 50
- Đường kính ngoài của thùng sấy:
- Hệ số cấp nhiệt α 2 ' : α 2 ' = Nu λ o
- Hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt α 2 } } } { ¿¿ ¿ : α 2 '' = Q bx F(T 1 −T 2 )=5,7.ε 1−2 [ ( 100 T 1 ) 4 − ( 100 T 2 ) 4 ]
+Qbx: nhiệt trao đổi do bức xạ, W
+ T1: nhiệt độ của vật thề nóng, 0K, T1= Tw4
+ T2: nhiệt độ của vật thể nguội là nhiệt độ không khí bao quanh thùng,0K,T2=T0
Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, độ đen của hệ được xác định bởi độ đen của vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vật thể Do đó, giá trị độ đen của hệ được xem như nằm trong khoảng từ 0,8 đến 1, tức là ε 1−2 = 0,8-1.
- Hệ số cấp nhiệt chung: α 2 =α 2 ' + α 2 ' ' ¿ 2 ,0131 +5,1 =7 ,112( W / m 2 K )
- Hệ số truyền nhiêt K đối với tường hình ống có chiều dày không dày lắm so với đường kính:
2.7.8.4 Tính bề mặt truyền nhiệt F
- Đường kính trung bình của máy sấy:
- Bề mặt truyền nhiệt: gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặt đầu của thùng:
2.7.8.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhâ sấy và không khí bên ngoài Δt tb :
+t1đ, t1c: nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của tác nhân sấy khi qua thùng sấy tđ1 = t1 = 55 o C tc1 = t2 = 35 o C +t2đ, t2c: nhiệt độ môi trường xung quanh, , t2đ = t2c = to = 26 o C
- Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy: Δt đ = t1đ – t2đ = 55 – 26 ) ( o C) Δt c = t1c – t2c = 35 – 26 = 9 ( o C)
- Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài: Δt tb = Δt đ − Δt c ln Δt đ Δt c
( 0 C) 2.7.8.6 Tính nhiệt lượng mất mát ra xung quanh :
Nhiệt truyền tử trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt đến môi trường bên ngoài là ổn định, thể hiện lượng nhiệt mất mát khi bốc hơi 1 kg ẩm Đối với máy sấy thùng quay, lượng nhiệt mất mát này cũng chính là nhiệt tồn thất qua cơ cấu bao che.
- Theo phương trình truyền nhiệt: q xq = K F Δt tb
2.7.9 Kiểm tra bề dày thùng:
- Vật liệu chế tạo thùng chọn là CT3, có các tính chất sau:
Bảng 2.6: Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Ứng suất tiêu chuẩn [*] N/mm 2 140
2 Giới hạn an toàn đơn vị 1
3 Hệ số bền mối hàn h đơn vị 0,95
4 Ứng suất cho phép [σ]=η.[σ ¿ ] N/mm 2 140
Thùng sấy có hình dạng nằm ngang, chế tạo bằng phương pháp hàn, thùng làm việc ở áp suất khí quyển.
Hệ số hiệu chỉnh η :đối với thiết bị có bọc cách nhiệt, chọn η =0,95 Ứng suất cho phép:
9 ,81.10 4 10 −6 0 , 9588>25 do đó bề dày tối thiểu thùng được xác định theo công thức:
Hệ số bổ sung kích thước:
Bảng 2.7 Các hệ số bồ sung kích thước cho bề dày thùng:
STT Hệ số bổ sung kích Kí hiệu Giá trị
1 Hệ số bồ sung do ăn mòn hóa học Ca 0 Đối với vật liệu bến trong môi trường có độ ăn mòn hóa học không lớn hơn 0,05mm/năm
Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học, ký hiệu là Cb, được xác định bởi sự chuyển động và va đập của các hạt rắn trong thiết bị Giá trị của Cb thường được chọn dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm.
Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo
Cc 0,8 Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép la,2 thùng Với thùng bằng thép CT3, dày 8mm thì C3 = 0,8 mm Theo bảng XIII.9/364–[6])
4 Hệ số quy tròn kích thước Co 5,75 Chọn
C = Ca + Cb + Cc + Co = 0 + 1 + 0,8 + 5,75 = 7,55 (mm)
Bề dày thực của thân thùng:
Giả thiết bề dày thùng 8mm là chấp nhân được.
Áp suất lớn nhất cho phép trong thân thiết bị:
(N/mm 2 ) Vậy thùng sấy có bề dày là 8 mm, thỏa điều kiện làm việc p Cv = Cvk(1-2) + Ca 2= 1,45.(1 - 0,13) + 4,18.0,13=1,8049(kJ/kg.K)
- Cân bằng nhiệt lượng vào ra tiết bị sấy, ta có:
L(I1-I0)+Q BS + GCTCCTtCT1+ [(G1-W)CV1+WCa]tV1
- Vậy nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực:
Q = L(I1-I0) = L(I2-I0) - Q BS + QBC + GCTCCT (tCT2-tCT1) + G2CV2 (tV2 –t V1) - WCatV1 Đặt QCT = GCTCCT (tCT2-tCT1) và QV = G2CV2 (tV2 –t V1) tương ứng với tổn thất do thiết bị chuyển tải và tổn thất do vật liệu sấy mang đi.
- Xét cho 1 kg ẩm cần bốc hơi: q = l(I1 – Io) = l(I2 – Io) + qBC + qv – Catv1
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:
Qv = G2Cv(tv2 – tv1) = 717,241 1,8049.(30 – 26) = 5178,193 (kJ/h) q v =Q v
Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che
Tổn thất nhiêt qua cơ cấu bao che hay qua môi trường QBC thường chiếm khoảng 3-5% nhiệt lượng tiêu hao hữu ích QBC=(0,03-0,05)Qhi
Trong đó : Qhi: là nhiệt hữu ích cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu:
Với rtv1: ẩn nhiệt hóa hơi chủa nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vảo, rtv1%00 kJ/kg
QBC = 0,03.Qhi= 0,03 208269,479 b48.0844(kj/h) q BC =Q BC
Δ=C a t V 1 −q BC −q V là nhiệt lượng riêng cần bổ sung trong quá trình sấy thực, thể hiện sự khác biệt giữa quá trình sấy thực tế và lý thuyết.
Quá trình sấy ly thuyết: Δ=0
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:
Q = L(I2 – Io) 217,160(101,263-71,202)07138,0468(KJ/h) q = l(I1 – Io)3,457(101,263-71,202)707,908(KJ/kg ẩm)
Quá trình sấy thực tế: Δ≠0 Δ =C a t V 1 −q BC −q V =4,18.26-75,497-62,570= -29.369(kJ/kg ẩm)
=> Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I1(vậy 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
Tuy nhên vì chưa biết l nên ta xác định độ chứa ẩm d2 trước thông qua t2 đã biết:
Độ chứa ẩm của tác nhân sấy d 2 =C pk (t 1 −t 2 )+d o (i 1 −Δ)
Trong đó: i1%00+1,842.55&01,31(KJ/kg) i2%00+ 1,842.35%36,842(kJ/kg)
Áp suất hơi bảo hòa p b 2 =exp( 12− 4026 235 , 5+t , 42 2 ) =exp ( 12− 235 4026 , 5+35 , 42 ) =0 , 0558
=>Lượng tác nhân khô cần thiết:
Lượng tác nhân tiêu hao riêng: l= L
Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
2.7.1 Đường kính của thùng sấy
√ 1− β ∗ √ V ω (CTVII.49-trang 121-[7]) Trong đó: + β: Hệ số chứa, giá trị từ 20% ¿ 30%
+ ω : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy, ω=2 m/ s÷3 m / s
+V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy ( m 3 / h )
⇒ V 2 =L.v 2 217,160.0,94224,565(m 3 /h) Chọn: hệ số chứa β= 20%, vận tốc ω =3m/s
Dựa vào kích thước chuẩn (BảngXIII.6/359–[7]), ta chon D t =1,2(m).
- Kiểm tra lại tốc độ tác nhân sấy
Ta có t1P 0 C=> ρ 1 =1 ,093( Kg /m 3 ) (Tra bảng I.255 trang 318-[6])
Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng sấy:
Tiết diện tự do của thùng sấy
Vận tốc tác nhân sấy: v k ' =V
Sai số so với vận tốc chọn ε= v k ' −v k v k ' 100%= 3 , 00221−2 , 892
Sai số nhỏ nên ta vẫn chấp nhận vận tốc ban đầu là ω=2 ,892( m/ s )
2.7.4 Cường độ bay hơi ẩm:
(kg ẩm/ m 3 h) (CT VII.50/121-[7]) 2.7.5 Thời gian sấy:
(CT 8.10/115-[14]) Trong đó:Hệ số M phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt cho bảng sau:
Ta có d=7,5mm, theo bảng trên ta có M=0,5.10 -2
11,1.0,5.10 −2 −0,27=1.352(h),0973(phút) 2.7.6 Thời gian lưu của vật liệu:
Thời gian lưu mà lật liệu lưu trú trong thùng (thời gian vật liệu di hết chiều dài của thùng): τ 1 = V T β ρ v
=> τ 1 > τ do đó thỏa mản điều kiện.
2.7.7 Số vòng quay của thùng
+ n ’ : số vòng quay của thùng.
+ L: là chiều dài của thùng.
+ : Góc nghiêng của thùng quay, độ Thường góc nghiêng của thùng dài là 2.5-3 0 , còn thùng ngắn đến 6 0 , chọn =3 0 tg = 0,0524
+ m : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m = 0,5
+ k : Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, k = 0,65
+ : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay, phút
Ban đầu ta chọn n=1(vòng/phút)
Kiểm tra lại sai số vòng quay: ε = n−n ' n 100%= 1−0 , 958
=>1 sai số vẫn chấp nhận.
2.7.8 Tính bề dày cách nhiệt của thùng
Máy sấy thường được bọc lớp cách nhiệt để giảm thiểu sự mất mát nhiệt, đảm bảo nhiệt độ bên ngoài thùng sấy an toàn cho công nhân làm việc xung quanh Lớp cách nhiệt này giúp duy trì hiệu quả hoạt động của máy sấy và bảo vệ môi trường làm việc.
2.7.8.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến bên trong của thùng sấy Bảng 2.3 Các hệ số của không khí bên trong thùng sấy.
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Tài liệu tham khaỏ Giá trị
2 Nhiệt độ trung bình tk oC 45
3 Hệ số dẩn nhiệt k W/m o K Phụ lục 6/350[1] 0,02795
4 Độ nhớt k Ns/m 2 Phụ lục 6/350[1] 1,935.10 -5
5 Khối lượng riêng k kg/m 3 Phụ lục 6/350[1] 1,1105
- Chế độ chảy của tác nhân trong thiết bị:
Quá trình truyền nhiệt trong thùng sấy được xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy rối, diễn ra nhờ sự trộn lẫn của các lớp lưu chất xung quanh trục dòng chảy Trong trường hợp này, có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên Do đó, truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị chủ yếu là do đối lưu cưỡng bức, với dòng chảy trong ống.
Hệ số cấp nhiệt α 1 : α 1 = Nu λ k
2.7.8.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh α 2 Bảng 2.4: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Tải liệu tham khảo Giá trị
2 Hệ số dẫn nhiệt o W/m o K Phụ lục 6/350[1] 0,02622
3 Độ nhớt o Ns/m 2 Phụ lục 6/350[1] 1,83.10 -5
4 Áp suất hơi bảo hòa pb bar (2.3) 0,0335
5 Khối lượng riêng o kg/m 3 Phụ lục 6/350[1] 1,189
Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng ( phía tiếp xúc với không khí ): tw4 = 35 o C
Nhiệt độ tối ưu cho quá trình sấy là khi nhiệt từ tác nhân sấy được truyền qua vách thùng và lớp cách nhiệt, đảm bảo rằng phần thành ngoài của thùng không còn nóng, tạo sự an toàn cho người lao động.
Do hệ số dẩn nhiệt của thép lớn nên nhiệt độ xem như không đổi khi truyền qua bề dày thân thùng và lớp bảo vệ.
Sơ đổ truyền nhiệt: to tw1 tw4
Hình 1: Sơ đổ truyền nhiệt qua vách thùng δ 1 : bề dày thân thùng δ 2 : bề dày lớp cách nhiệt δ 3 : bề dày lớp bảo vệ
Bảng 2.5 Các bề dày thùng và vật liệu:
STT Đại lượng Kí hiệu Giá trị chọn(m) Vật liệu Hệ số dẫn nhiệt
2 Bề dày lớp cách nhiệt 2 0,01 Bông thủy tinh 0,05
3 Bề dày lớp bảo vệ 3 0,001 CT3 50
- Đường kính ngoài của thùng sấy:
- Hệ số cấp nhiệt α 2 ' : α 2 ' = Nu λ o
- Hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt α 2 } } } { ¿¿ ¿ : α 2 '' = Q bx F(T 1 −T 2 )=5,7.ε 1−2 [ ( 100 T 1 ) 4 − ( 100 T 2 ) 4 ]
+Qbx: nhiệt trao đổi do bức xạ, W
+ T1: nhiệt độ của vật thề nóng, 0K, T1= Tw4
+ T2: nhiệt độ của vật thể nguội là nhiệt độ không khí bao quanh thùng,0K,T2=T0
Độ đen của hệ giữa khí và bề mặt vật thể được xác định bởi mối quan hệ giữa diện tích bề mặt khí và bề mặt vật thể Khi bề mặt khí lớn hơn bề mặt vật thể, độ đen của hệ được coi như bằng độ đen của vật thể, với giá trị ε 1−2 dao động trong khoảng từ 0,8 đến 1.
- Hệ số cấp nhiệt chung: α 2 =α 2 ' + α 2 ' ' ¿ 2 ,0131 +5,1 =7 ,112( W / m 2 K )
- Hệ số truyền nhiêt K đối với tường hình ống có chiều dày không dày lắm so với đường kính:
2.7.8.4 Tính bề mặt truyền nhiệt F
- Đường kính trung bình của máy sấy:
- Bề mặt truyền nhiệt: gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặt đầu của thùng:
2.7.8.5 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhâ sấy và không khí bên ngoài Δt tb :
+t1đ, t1c: nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của tác nhân sấy khi qua thùng sấy tđ1 = t1 = 55 o C tc1 = t2 = 35 o C +t2đ, t2c: nhiệt độ môi trường xung quanh, , t2đ = t2c = to = 26 o C
- Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy: Δt đ = t1đ – t2đ = 55 – 26 ) ( o C) Δt c = t1c – t2c = 35 – 26 = 9 ( o C)
- Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài: Δt tb = Δt đ − Δt c ln Δt đ Δt c
( 0 C) 2.7.8.6 Tính nhiệt lượng mất mát ra xung quanh :
Nhiệt truyền tử bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt đến môi trường bên ngoài là ổn định, và lượng nhiệt này chính là nhiệt lượng mất mát khi bốc hơi 1 kg ẩm Đối với máy sấy thùng quay, lượng nhiệt mất mát ra môi trường cũng được coi là nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che.
- Theo phương trình truyền nhiệt: q xq = K F Δt tb
2.7.9 Kiểm tra bề dày thùng:
- Vật liệu chế tạo thùng chọn là CT3, có các tính chất sau:
Bảng 2.6: Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Ứng suất tiêu chuẩn [*] N/mm 2 140
2 Giới hạn an toàn đơn vị 1
3 Hệ số bền mối hàn h đơn vị 0,95
4 Ứng suất cho phép [σ]=η.[σ ¿ ] N/mm 2 140
Thùng sấy có hình dạng nằm ngang, chế tạo bằng phương pháp hàn, thùng làm việc ở áp suất khí quyển.
Hệ số hiệu chỉnh η :đối với thiết bị có bọc cách nhiệt, chọn η =0,95 Ứng suất cho phép:
9 ,81.10 4 10 −6 0 , 9588>25 do đó bề dày tối thiểu thùng được xác định theo công thức:
Hệ số bổ sung kích thước:
Bảng 2.7 Các hệ số bồ sung kích thước cho bề dày thùng:
STT Hệ số bổ sung kích Kí hiệu Giá trị
1 Hệ số bồ sung do ăn mòn hóa học Ca 0 Đối với vật liệu bến trong môi trường có độ ăn mòn hóa học không lớn hơn 0,05mm/năm
Hệ số bổ sung Cb 1 liên quan đến bào mòn cơ học do các hạt rắn chuyển động và va đập trong thiết bị Giá trị của Cb được xác định dựa trên thực nghiệm.
Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo
Cc 0,8 Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép la,2 thùng Với thùng bằng thép CT3, dày 8mm thì C3 = 0,8 mm Theo bảng XIII.9/364–[6])
4 Hệ số quy tròn kích thước Co 5,75 Chọn
C = Ca + Cb + Cc + Co = 0 + 1 + 0,8 + 5,75 = 7,55 (mm)
Bề dày thực của thân thùng:
Giả thiết bề dày thùng 8mm là chấp nhân được.
Áp suất lớn nhất cho phép trong thân thiết bị:
(N/mm 2 ) Vậy thùng sấy có bề dày là 8 mm, thỏa điều kiện làm việc p : hệ số không khí thừa của buồng đốt: bđ = 1,5–1,8(Bảng VII–2/190– [15]), chọn bđ = 1,5.
- Lượng hơi nước trong khói lò sau buồng đốt:
(kg ẩm/kg nhiên liệu) (CT 3.20/58–[1])
Khối lượng khói khô sau buồng đốt:
L k =(α dđ L 0 +1 )−(Tr+ 9 H + A )=(1,5.8 , 17+1 )−( 0 ,19+9.0 , 046 +0 , 15 ) ¿ 12 ,501( kg khóikhô / kgnhiênliêu )
- Độ chứa ẩm của khòi lò sau buồng đốt: d 1 , =G a
Enthalpy của khói lò sau buồng đốt:
- Nhiệt độ của khói lò sau buồng đôt: t 1 ' = I 1 ' −2500 d 1 '
- Thể tích riêng sau buồng đốt
- Lượng nhiên liệu (than) tiêu hao để bốc hơi 1 kg ẩm: m= q
Trong đó η bd =0,6: hiệu suất của buổng đốt
- Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 h
- Lượng khói khô cần thiết trong 1 h
- Lưu lượng thể tich khói:
- Diện tích bề mặt ghi lò:
B ,502kg/h: lượng than cần cung cấp,(kg/h)
Q t = 23548,78(kJ/kg): Nhiệt trị thấp của than(kj/kg) rF5000( W/m 2 ): cường độ nhiệt của ghi,(bảng 3-1/30-[9])
465000 =0.345( m 2 ) Đối với than antraxit, chon tỷ lệ mắt ghi
Vậy diện tích mắt ghi: f=0,15.0,345=0,05178(m 2 )
Mật độ nhiệt thể tích của buổng đốt, khi sử dụng than antraxit q)0.10 3 - 348.10 3 (W/m 3 ) Ta chọn q48.10 3 (W/m 2 ) (Bảng 3-2/30-[9])
- Chiều ngang(N), dài(L) của buông đốt:
Chiều dài buồng đốt là khoảng cách mà sản phẩm cháy di chuyển trước khi vào buồng hòa trộn Đối với buồng đốt thủ công, việc chọn chiều ngang lớn hơn chiều dài giúp phân bố than đều, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho thao tác và giảm bớt khó khăn trong việc đánh xỉ.
TÍNH CALORIPHE
Caloriphe là thiết bị truyền nhiệt được sử dụng để gia nhiệt gián tiếp cho không khí sấy Trong kỹ thuật, có hai loại caloriphe phổ biến là caloriphe khí-khói và caloriphe khí-hơi Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào caloriphe khí-khói.
Chọn kích thước của caloriphe để sử dụng trong tính toán:
Bảng 3.2: Một số kích thước của caloriphe.
Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Ố ng
Chiều dài L m 1,2 Đường kính ngoài d 2 m 0,057 Đường kính trong d 1 m 0,05
Bước ống ngang dòng lưu chất s 1 m 0,1
Bước ống dọc dòng lưu chất ngoài ống s 2 m 0,1
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống (thép CT2) λ W/mK 57
Chọn nhiệt độ của khói vào caloriphe là: tkv%0 0 C
Nhiệt độ của không khí vào caloriphe là tkkv& 0 C
Chọn nhiệt độ của không khí ra khỏi caloriphe là:tkrU 0 C
Lượng khói khô cần thiết trong 1 h: L1’%62,96(kg/h)=0,712(kg/s)
Lưu lượng thể tich khói: V1 ’49,532(m 3 /h)=0,292(m 3 /s)
Lưu lượng không khí vào caloriphe:Vkk26,095(m 3 /h)=2,562(m 3 /s)
Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
Ta có Q=G1Cp1(t1v-t1r)=G2Cp2(t2r-t2v)=2,562.1,128.1,005.29,227(KW)
Nhiệt độ của khói ra khỏi caloriphe: t 1 r =t 1v − Q
Độ chênh nhiệt độ Δt tb = Δt max − Δt min ln Δt max Δt min
Hệ số trao đổi nhiệt giữa khói và bề mặt ống α 1 =ϕ b α 1 đ
Trong đó: α 1đ : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ϕ b :hệ số xét đến trao đổi nhiệt bức xạ,theo kinh nghiệm ϕ b =0 , 05÷0 ,15 ,vậy ta chọn ϕ b =0,1
- Với nhiệt độ trung bình của khói là: t tb1 =
, ta tìm được λ 1 =4 , 305.10 −2 W /m đô , v 1 7 , 419.10 −6 m 2 / s , ρ 1 =0 , 701 kg /m 3 , Pr 1 =0 , 663 khi đó ta có:
+ Giả sử vận tốc dòng khói là 2,5(m/s) ờ đường ống 0,4(m) + Vận tốc của khói thổi vào caloriphe là: ω c = 2,5 0,4 2 0.05 2 0( m/ s )
Nu f =0 , 021.Re f 0,8 Pr f 0,43 ( Pr Pr f w ) 0 , 25 ε f
Đối với khói, trị số tiêu chuẩn ít thay đổi nên( Pr Pr f w ) 0 ,25 =1
Hêsó ε f , phụ thuộc vào chiểu dài ống ,ta có
=> Nu f = 0 ,021.Re f 0,8 Pr f 0 ,43 ( Pr Pr f w ) 0 ,25 ε f =0 , 021.213795 , 131 0,8 0 ,663 0,43 1 , 0952 , 286 ta có: α 1đ =Nu f λ f d 52,286 4,305 10 −2
Hệ số trao đổi nhiệt giữa bề mặt ngoài của ống với không khí α 2
- Nhiệt độ trung bình của không khí: t tb2 =
2 @,5 0 C từ đó ta tra bảng có các thông số sau: ρ 2 ,128 kg / m 3 ; λ 2 =2 ,76.10 −2 W / m đô;v 2 , 96.10 −6 m 2 / s ;Pr 2 =0 , 699
+ Vận tốc của dòng khí trong ống dẫn trước khi vào caloriphe có đường kính là 0.5m ω ô2 = V π D 2 ô2
+ Vận tốc của dòng khí khi vào cửa của caloriphe dường kính 0,25m ω=ω ô2 D ô2 2 d 2 , 055 0,5 2
+ Chuẩn số Reynolds của dòng không khí:
16 , 96.10 −6 5503 , 537>10 4 + Chuẩn số Nusselt của không khí
Nu f =0,26.Re 0 ,65 Pr 0 ,33 ( Pr Pr f w ) 0 ,25 ε s ¿0,26.175503,537 0 , 65 0,699 0,33 1,053b3,541
Trong đó: ε s : hệ số xét đến ảnh hưởng của bước ống:chùm song song ε s =( S d 2 ) 0, 15 = ( 0 0,1 ,057 ) 0 ,15 =1 , 053
0,057 3,313+ Hệ số truyền nhiệt là: k = 1 α 1 1 + δ λ ++ 1 α 2
43 , 028.193 , 554.0,75 , 485( m 2 ) + Số ống khói là: n= F kh π d 1 l = 13 , 485 π 0 ,05.1,2 q ,576( ông)
+ Chọn số ống trên một hàng là m,và số hàng z=8, khi đó: m=n zr
THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG
- Công suất cần để quay thùng:
+ n : Số vòng quay của thùng, vòng /phút
+ a : Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,063 (Bảng VII.5/123-[7])
+ : Khối lượng riêng xốp trung bình, = 750 kg/m 3
+ Dt,Lt : Đường kính và chiều dài của thùng, m
- Chọn động cơ 4A100L8Y3, có các đặc tính sau:
Công suất động cơ: Nđc = 1,5 kW
Vận tốc quay: nđc = 698 vòng/phút
Hệ số công suất: cosϕ =0,65
Công suất động cơ làm việc: N lv =N đc η=1,5.0 , 74=1.11 ( kw )
Vậy thõa điều kiện N lv > N cần thiết đề quay thùng
3.3.2 Chon tỷ số truyền động
- Tỷ số truyền động chung của hệ thống: i c = n ủc n thuứng i8
Do tỷ số truyền động quá lớn, hệ thống truyền động giảm tốc được sử dụng cho thùng Bộ phận giảm tốc gồm trục vít và bánh răng, trong đó trục động cơ nối thẳng với trục vít Trục vít truyền động qua bánh vít, tiếp theo là bánh răng nhỏ của hộp giảm tốc, rồi qua bánh răng lớn ra ngoài hộp giảm tốc Cuối cùng, truyền qua tang dẫn động và đến thùng thông qua bánh răng lớn gắn vào thùng.
Hình3.2: Sơ đồ hệ thống truyền động cho thùng
- Chọn tỷ số truyền động:
- Số vòng quay của các trục: i= n k n K+1 =>n k +1 = n k i
- Công suất cần để quay thùng:
Trong đó: chọn hiệu suất các bộ phận truyền động như:(trang27-[8])
+ Bộ truyền bánh răng trụ hở: hbr = 0,93 – 0,95=> chọn hbr=0,93
+ Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ được che kín: hbr’ = 0,96 – 0,98
+Hiệu suất của bộ truyền trục vít: η Trv = η ủc η br η br ' = 0 ,74
Bảng 3.3 Bảng sơ đổ truyền động
Thông số Động cơ Trục I Trục II Trục III
3.3.3 Tính bộ truyền bánh răng
Bộ truyền bánh răng là cơ chế truyền động quan trọng, chuyển động từ tang dẫn đến bánh răng lớn gắn vào thùng Với cấu trúc song song, bộ truyền động sử dụng bánh răng trụ thẳng, đảm bảo truyền động hở và bánh răng ăn khớp ngoài, mang lại hiệu quả cao trong việc truyền lực.
Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:
Chọn bánh răng có độ rắn HB ≤ 350, được gia công chính xác sau quá trình nhiệt luyện, giúp nâng cao khả năng chống mòn Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, độ rắn của bánh răng nhỏ hơn bánh răng lớn từ 30-50 HB, nhằm tránh hiện tượng dính bề mặt làm việc.
- Vật liệu: thép C355 thường hóa.
- Giới hạn bền kéo: b = 480 N/mm 2
- Giới hạn chảy: ch = 240 N/mm 2
- Vật liệu: thép C45 thường hóa.
- Giới hạn bền kéo: b = 580 N/mm 2
- Giới hạn chảy: ch = 290 N/mm 2
Xác định ứng suất uốn cho phép: Đối với răng làm việc một mặt:
+ –1 (N/mm 2 ):giới hạn mỏi uốn.
+ n: hệ số an toàn,đối với bánh răng thường thép rèn hóa, chọn n= 1,5. + k: hệ số tập trung ứng suất ở chân bánh răng, chọn k = 1.8.
Ứng suất uốn cho phép của:
+ Chọn hệ số tải trọng:
K = 1.3–1.5, chọn hệ số tải trọng K=1,3 do sử dụng vật liệu có khả năng chạy mòn, vận tốc thấp.
+ Chọn chiều dài tương đối của bánh răng: Đối với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, trục và ổ tương đối cứng( HB
+ b:chiều rộng bánh răng(mm)
+ Chọn hệ số răng và hệ số dạng răng:
Chọn số răng của bánh răng nhỏ(bánh răng dẩn động) Z1 = 35 (răng).
Theo bảng 3-18/52-[8], chọn hệ số dạng răng y1 = 0.4135
+ Tính modun của bánh răng: m= √ 3 19.10 y 1 [σ 6 ] u .ψ K m N Z 1 n = 3 √ 19.10 0 , 4135.35.1.20.145 6 1,3.0 , 739 =
7,576(mm) (CT 3-29/51-[8]) Chọn modun theo tiêu chuẩn (bảng3–1/34–[8])=> m mm.
+ Xác định khoảng cách trục A, số răng và chiều rộng bánh răng:
Khoảng cách trục được xác định theo công thức: m = (0,01 :0,02).A
Số răng bánh dẫn nhỏ:
Số bánh răng bị dẫn( lớn):
Chiều rộng bánh răng dẫn(nhỏ):
Chiều rộng bánh răng bị dẫn(lớn) b’ = 200 – 10 = 190 (mm)
- Kiểm tra sức bền uốn bánh răng:
- Hệ số dạng răng y được xác dịnh theo bảng 3-18/52–[8]:
- Ứng suất uốn tại chân răng nhỏ: σ u 1 = 19.10 6 1,3.0 , 739
- Ứng suất uốn tại chân răng lớn: σ u 1 = 19.10 6 1,3.0 ,739
Vậy bánh răng thỏa điều kiện bền uốn của răng.
- Bảng 3.4 Các thông số hình học chủ yếu của bô truyền:
STT Thông số Kí hiệu- Đơn vị
3 Đường kính vòng lăn d l (mm) 350 1400
5 Chiều rộng bánh răng b (mm) 200 190
6 Đường kính vòng đỉnh răng D e (mm) 370 1,420
7 Đường kính vòng chân răng D i (mm) 325 1,375
8 Chiều cao đầu răng h d (mm) 10
+ Tính lực tác dụng lên trục( không xét ma sát)
- Khối lương bánh răng: bánh răng làm bằng thép C35, = 7850 kg/m 3
TÍNH VÀNH ĐAI
Chọn sơ bộ các thông số của vành đai như sau:
Bề rộng vành đai: B0mm
Bề dày vành đai: đối với thùng tải trọng nặng chọn h=
Vật liệu làm vành đai: thép CT3, x50kg/m 3
Gân để lắp vành đai:
Khoảng cách giữa gân và thân thùng đề lắp chân đế:60mm
Đường kính ngoài vành đai:
Khối lượng 2 vành đai: m đai =2.ρ.V=2.7850.π
TÍNH TẢI TRỌNG THÙNG QUAY
Khối lượng của thùng quay:
Bảng3.5 : Khối lượng thùng sấy, LT=7,5m
Thông số Vật liệu Khối lượngriêng (kg/m 3 ) Đường kính trong (m) Đường kính ngoài (m) Khối lượng(kg)
Khối lượng thùng mthùng 72,985(kg)
Q=(mthùng+mcánh+mđai+mbánh răng +mvật liệu ).g
TÍNH CON LĂN ĐỠ
Chọn góc giữa hai con lăn đở là là:2 = 60 = 30.
Hình 3.3 : Lực tác dụng lên con lăn
Phản lực của mỗi con lăn đỡ lên vành đai:
Lực đẩy con lăn theo chiều ngang:
Lực ép con lăn lên bệ:
Đường kính con lăn thép: d c ≥ T
TÍNH CON LĂN CHẶN
Lực dọc thùng U được xác định như sau:
Lực U kéo thùng tụt xuống, vì vậy cần đặt con lăn sát vành đai để giữ thùng ổn định Trên thùng quay, lắp hai con lăn chặn ở hai bên vành đai gần bánh răng vòng Khi lắp đặt, đảm bảo trục con lăn vuông góc với mặt đất.
Góc nghiên của con lăn: sin α = d
Trong đó d: đường kính con lăn α =3 0 : góc nghiên của thùng quay.=>sin3
Lực tác dụng lớn nhất lên con lăn:
Trong đó, f là hệ số ma sát giữa vành đai và con lăn, chọn f =0.1
TÍNH GẦU TẢI NHẬP LIỆU
Chúng tôi chọn gầu tải làm cơ cấu nhập liệu do những ưu điểm nổi bật như cấu tạo đơn giản, kích thước gọn nhẹ và khả năng vận chuyển vật liệu lên độ cao lớn với năng suất cao Với vật liệu sấy là bắp hạt có đường kính trung bình 7,5mm, dạng hạt và hơi ẩm, gầu tải băng vận tốc cao, gầu nông và gắn cố định là sự lựa chọn phù hợp Bắp có ma sát nhỏ, vì vậy phương pháp nhập liệu hiệu quả là đổ vật liệu xuống đáy gầu và sử dụng gầu múc để vận chuyển lên trên.
3.8.1 Chọn các chi tiết cơ bản của gầu tải:
Băng được làm bằng vải cao su Chọn chiều rộng băng là 400mm, chọn số lớp vải z=5(do vật liệu ở dạng hạt), theo bảng 5.9/227-[2])
Chọn loại gầu nông đáy tròn có kích thước cơ bản sau:
B5mm; hmm: chiều cao của gầu;
R0mm; i=0,2lít =0,0002m3: dung tích 1 gầu.
- Các gầu đáy tròn được lắp trên bộ phận kéo cách nhau một khoảng:
Khi lắp băng, cần đập lõm phần kim loại xung quanh lỗ bắt vít để khi ghép gầu vào băng, mặt băng và bu lông nằm trên mặt phẳng Điều này giúp băng ôm khít với tang, đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt.
+ Tan dẫn động: tang của gầu tải băng được chế tạo bằng cách hàn. Đường kính tan được xác định:
,chọn đường kính theo tiêu chuẩn D0mm, theo bảng 3.11/201-[2].
3.8.2 Xác định năng suất và công suất của gầu tải:
+ Năng suất của gầu tải:
Trong đó: v=2m/s: vận tốc của cơ cấu kéo bằng băng
b:khối lượng riêng xốp của khối hạt
=0.6: hệ số chứa đầy vật liệu trong gầu, cho vật liệu dạng hạt.
+ Công suất của gầu tải:
Công suất cần thiết của động cơ truyền chuyển động cho gầu tải dùng băng:
H=2,5m: chiều cao nâng vật liệu của gầu tải.
= 0,7: hiệu suất của gầu tải băng, đối với H 30m.
TÍNH XYCLON
Khi không khí nóng được sử dụng làm tác nhân sấy đi qua máy sấy, nó mang theo nhiều hạt bụi nhỏ Việc thu hồi những hạt bụi này là cần thiết để làm sạch môi trường không khí thải.
Hệ thống sấy thùng quay sử dụng xyclon đơn ЦH-15 với góc nghiêng cửa vào δ 0, đảm bảo hiệu quả làm sạch bụi cao nhất và sức cản thủy lực thấp nhất Đường kính của xyclon ЦH-15 được chọn từ 40 đến 800mm, với bán kính nhỏ giúp tăng cường khả năng làm sạch bụi Để nâng cao năng suất, có thể ghép nhiều xyclon làm việc song song.
Lưu lượng khí vào xyclon chính là lượng tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy:
Đường kính xyclon: Chòn 1 xyclon, đường kính De0mm, dùng khi năng suất của xyclon ЦH-15 từ 7650 8920 m 3 /h (bảng III.5/524-[6])
Kích thước cơ bản của xyclon ЦH-15
Bảng 3.6 : Kích thước cơ bản của xyclon đơn loại ЦH-15(bảng III.5/524-[6])
STT Kích thước của xyclon ЦH-15 Kí hiệu Công thức Giá trị Đơn
1 Đường kính trong của xyclon D 650 vị mm
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 Chiêu cao phần bên ngoài ống tâm h4 0,3D 195
8 Đường kính ngoài của ống d 1 0,6D 390
9 Đường kính trong của cửa tháo bụi d2 0,3D 195
11 Chiều dài của ống cửa vào l 0,6D 390
12 Khoảng cách từ tận cùng xyclon đến mặt bích h5 0,32D 208
13 Góc nghiên giửa nắp và ống vào α 15 Độ
14 Hệ số trở lực của xyclon ξ 105 Đơn vị
- Thể tích làm việc của bunke dối với 2 nhóm xychon Vbunke=1,1 m 3 (bảng III.5a[6])
- Góc nghiên của thành bunke: chọn 60 0
- Để giảm chiều cao chung của bunke, ta đặt bunke chung cho nhóm xyclon.
- Xem lưu lượng khí vào mỗi xyclon trong 2 nhóm xyclon là bằng nhau và bằng:
- Tốc độ quy ước của khí:
(CTIII.50/522-[6])Trong đó, ρ 2 =1,1465kg/m 3 : khối lương riêng của không khí ở t25 0 C.
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TRỞ LỰC ĐƯỜNG ỐNG
Do hệ thống sấy có chiều dài lớn và trở lực cao, việc sử dụng quạt là cần thiết để vận chuyển không khí tác nhân sấy qua hệ thống, từ đó thực hiện hiệu quả quá trình sấy.
Quạt đặt ở cuối hệ thống có nhiệm vụ hút tác nhân sấy qua thùng sấy và thổi vào xyclon, giúp quá trình lắng diễn ra nhanh hơn Đường ống từ thùng sấy đến cửa vào xyclon có tiết diện hình chữ nhật, bao gồm một đoạn uốn 90 độ và rẽ nhánh vào xyclon.
Chọn quat ly tâm áp suất trung bình Ц 9-57,N05 có kích thước:
- Mặt bích cửa ra: hình tròn, B50mm
- Mặt bích cửa vào: hình tròn, DP9mm
Bảng 3.7: Bảng thiết kế đường ống
Bắt đầu đoạn ống Đoạn ống Kết thúc đoạn ống Điểm bắt đầu
Vận tốc khí v (m/s) Điểm kết thúc
1 Cửa ra quạt đẩy 350 2 500 2,562 13,055 Lối vào caloriphe 250
2 Cửa ra caloriphe 250 2 250 2,81 22,373 Cửa vào thùng nhập liệu 250
3 Cửa ra thùng tháo liệu
4 Cửa ra của nhóm cyclon 400 2 400 2,618 20,844 Cửa vào quạt hút 509 3.10.1 Tính trở lực ma sát trên đường ống:
Chế độ dòng chảy được xác định:
+ v, ρ k , μ k : lần lượt là vận tốc (m/s), khối lượng riêng(kg/m 3 ), độ nhớt(Ns/m 2 ) của không khí sấy tại các vị trí tương ứng.
+ Dtđ: đường kính tương đương của ống(m)
Ống hỡnh chữ nhật: D tủ =4S Π = 4.a.b
2.(a+b) ,với a, b: chiều dài 2 cạnh của tiết diện ống,(m)
.S: diện tích tiết diện ống,(m)
Khi Re > 4000, dòng khí chuyển sang chế độ chảy xoáy, đặc biệt là trong khu vực nhẵn thủy lực Từ đó, có thể xác định hệ số trở lực ma sát λ theo bảng II.12/379-[6] với công thức ΔP ms = λ L.
Bảng 3.8: Kết quả tính trở lực ma sát trên đường ống
1 Từ sau quạt đầy đến trước caloriphe 2 0,5 421530,65
2 Từ sau 2 0,25 485330,67 0,0131 17,2359 1,806 caloriphe đến thiết bị sấy 5
4 Từ sau xyclon đến quạt hút 2 0,4 507111,85
3.10.2 Tính trở lực cục bộ Áp suất cần thiết đề khắc phục trở lực cuc bộ trong ống dẫn: ΔP cb = ξ v k 2 ρ k
2 g (CT II.56/377-[6]) Trong đó: ζ : hệ số trở lưc cục bộ.
Hệ số trở lực do đôt mở:
+ A1,A2: diện tích tiết diện ống nhỏ và ống mở rộng,m 2
+ Theo bảng N11/387–[6],xác định được
Bảng 3.9: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ do đột mở
S Vị trí trở lực Ống nhỏ Ống mở rộng ξ
1 Từ cửa ra quạt đẩy đến đường ống 0,35 0,0962 0,4 0,1257 0,065 6,5643 0,669
2 Từ cửa ra caloriphe đến đường ống 0,25 0,0491 0,25 0,1256 0 0 0
3 Từ ống đến cửa vào quạt hút 0,4 0,1257 0,509 0,2035 0,16 39,849 4,062
Hệ số trở lực do đột thu:
- Vị trí có trở lực do dột thu là từ đường ống vào caloriphe
+ A1=0,0491: diện tích tiết diện ống nhỏ,m 2 + A2=0,1257: diện tích tiết diện ống mở rộng,m 2 + Theo bảng N13/387–[6],xác định được + Ta có A1/A2=0,0491/0,1257=0,391=> =0,0686
Hệ số trở lưc tại đoạn ống uốn 90 0 : Đối với ống tiết diện hình chữ nhật, vị trí uốn là sau thùng sấy, trước khi vào xyclon.
Hệ số tồn thất cột áp cục bộ của dòng chảy tại chỗ uốn cong 90 0 : ξw=A.B.C
Trở lực trên ống thẳng
3.10.3 Tính trở lục cho hệ thống:
Tổn thất cột áp động tại cửa ra của quạt:
- Vận tốc khí tại cửa ra của quạt: v quạt =v ống S ống
- Tổn thất cột áp động: ΔP đ =v quat 2 ρ
Tổn thất cột áp tinh toán: Δp tt = Δp t + Δp đ (N/m 2)
Tổn thất cột áp toàn phần ΔP = ΔP tt 273 +t
+ t: nhiệt độ làm việc của khí,0C
+ B: áp suất tại chỗ đặt quạt,B= 760 mmHg
: khối lương riêng của khí làm việc ở điều kiện tiêu chuẩn
Bảng 3.10: Tổn thất cột áp mà quạt phải khắc phục
Quạt đẩy Quạt hút Tồn thất ma sát Δ Pms Công thức Δ P1 + Δ P2 Δ P3 + Δ P4
Tổn thất cục bô Δ Pcb Công thức Δ P1 + Δ P2 + Δ P4 + Δ P6 Δ P3 + Δ P5
Tổn thất cột áp tĩnh Δ Pt Gổm Δ Pms + Δ Pcb + Δ
Giá trị (N/m 2 ) 839,662 1079,246 Tổn thất cột áp động Δ Pđ (N/m 2 ) 97,7 86,788
Tổn thất cốt áp tính toán Δ Ptt (N/m 2 ) 937,362 1166,034
Tổn thất côt áp toàn phần Δ P (N/m 2 ) 912,993 1086,628
TÍNH CÔNG SUẤT VÀ CHỌN QUẠT
- Năng suất của quạt V (m3/h): đối với không khí kít bẩn thì năng suất quạt lấy bằng lưu lượng khí theo tính toán ở điều kiện làm việc.
- Trở lực mà quạt phải khắc phục: lấy tổn thất cột áp toàn phần ở điều kiện làm việc.
- Công suất trên trục động cơ điện khi vận chuyển khí là:
1000.η q η tr ,KW, (CT II.239a/463, [6]) Với:
tr=0,9: hiệu suất truyền động của quạt với động cơ bằng bánh ma sát.
q :hiệu suất quạt(tra giản đổ đặc tuyến quạt ly tâm Ц 9–57, N5 (H.II.58/489-[6])
- Công suất động cơ điện:
Nđc = k3.N,kw (CT II.240/464, [6]) Với, k3: hệ số dữ trữ.
Bảng 3.11: Tính công suất và chọn quạt
STT Đại lượng Kí hiệu Quạt hút Quạt đẩy
2 Khối lượng riêng tác nhân sấy ρ (kg/m 3 ) 1,146 1,125
3 Tổn thất cột áp toàn phần ΔP (N/m 2 ) 1086,628 912,993
5 Công suất trên trục động cơ điện N (kW) 3,622 3,205
6 Công suất động cơ điện Nđc (kW) 4,165 3,685
7 Tốc độ vòng của bánh guồng n(m/s) 36,7 26,4
![Bảng 3.6 : Kích thước cơ bản của xyclon đơn loại ЦH-15(bảng III.5/524-[6]) ST T Kích thước của xyclon ЦH-15 Kí hiệu Công thức Giá trị Đơn - đồ án quá trình và thiết bị đề tài thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy bắp với năng suất 800 kgh](https://media.store123doc.com/figures/004/002/bang-kich-thuoc-xyclon-loai-bang-kich-thuoc-4002997.webp)
