Trong những năm trở lại đây việc đưa kỹ thuật sấy với sản phẩm là nông sản tươi sau khi thu hoạch thành nông sản khô, không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêm các mặt hàng sản phẩm như trái cây, cà phê, thịt, ... Đối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm thì việc nghiên cứu kỹ thật sấy có ý nghĩa đặc biệt, kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị phù hợp với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng sản phẩm tốt nhất...Đậu xanh là cây trồng có giá trị kinh tế cao, sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày, công nghiệp chế biến và xuất khẩu. Để tăng hiệu quả sản suất thì công tác bảo quản sau thu hoạch nhằm duy trì chất lượng và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm cũng cần được lưu ý và quan tâm đúng mực. Một trong những biện pháp hiệu quả mà các hộ nông dân trồng đậu xanh đã và đang thực hiện là sấy khô đậu xanh để kéo dài thời gian bảo quản, sau đó lựa chọn thời điểm và thị trường để tiêu thụ.
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY VÀ VẬT LIỆU SẤY
Động lực quá trình sấy, phương pháp sấy và tác nhân sấy
1.1 Động lực quá trình sấy
Quá trình sấy là quá trình loại bỏ độ ẩm khỏi vật liệu để thải ra môi trường Độ ẩm trong vật liệu nhận năng lượng và di chuyển từ bên trong ra ngoài Nếu gọi p v là áp suất hơi nước bên trong và p bm là áp suất hơi nước trên bề mặt, thì động lực của quá trình di chuyển ẩm từ bên trong ra bề mặt vật liệu được xác định bởi sự chênh lệch áp suất này.
L 1 tỷ lệ thuận với hiệu số (p v − p bm ):
Nếu phân áp suất hơi nước xung quanh vật p_h nhỏ hơn p_bm, thì độ ẩm sẽ tiếp tục di chuyển từ bề mặt vật vào môi trường xung quanh với động lực L_2.
Quá trình sấy được đặc trưng bởi sự dịch chuyển ẩm bên trong vật liệu và quá trình chuyển ẩm từ bề mặt vật ra môi trường xung quanh.
Khi vật được đốt nóng, phân áp suất của hơi nước trong vật (pv) tăng lên, trong khi phân áp suất hơi nước trong môi trường xung quanh (ph) không đổi Sự chênh lệch giữa pv và ph gia tăng, dẫn đến việc tăng cường quá trình sấy Đây là nguyên lý hoạt động của các thiết bị sấy bức xạ và dòng cao tần, trong đó không khí xung quanh chỉ có nhiệm vụ mang ẩm ra ngoài Đối với các thiết bị sấy đối lưu như buồng và hầm, môi trường xung quanh cũng được đốt nóng, đồng thời làm tăng pv và giảm ph, từ đó tăng cường hiệu quả sấy.
Nếu không đốt nóng VLS và giữ pv không đổi, việc giảm phân áp suất hơi nước ph trong môi trường xung quanh vẫn cho phép quá trình sấy diễn ra Điều này là nguyên tắc cơ bản của sấy chân không và sấy thăng hoa.
Dựa vào 2 phương pháp tạo ra động lực quá trình sấy chia ra 2 phương pháp sấy: sấy nóng và sấy lạnh
Tác nhân sấy là môi chất làm nhiệm vụ nhận ẩm từ bề mặt vật để thải vào môi trường: không khí, khói lò, ….
Phân loại hệ thống sấy
2.1 Các hệ thống sấy lạnh
Trong hệ thống sấy lạnh, nhiệt độ VLS có thể trên dưới nhiệt độ môi trường và cũng có thể nhỏ hơn 0 o C a) HTS lạnh ở nhiệt độ t>0
Với hệ thống HTS, không khí trong TNS được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh trước, sau đó được đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết và cho đi qua VLS Khi áp suất hơi nước trong TNS thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt vật, ẩm từ bề mặt sẽ bay hơi vào TNS, dẫn đến sự dịch chuyển ẩm từ bên trong vật ra bề mặt.
Trong hệ thống chân không (HTS), nước ở trạng thái dưới điểm 3 với nhiệt độ T Không khí ngoài trời (25 o ,85%) Áp suất bão hòa:
𝟐𝟑𝟓, 𝟓 + 𝐭] = 𝟎, 𝟎𝟑𝟏𝟓 𝐛𝐚𝐫 Độ chứa hơi d o = 0,0175 kgh/kgk Khối lượng không khí ẩm ứng với 1 kg không khí khô là:
G = 1+0,0175 = 1,0175 kg/kgkk e) Etanpi của không khí ẩm
Etanpi của không khí ẩm được xác định là etanpi tương ứng với 1 kg không khí khô Trong đó, ik và ih lần lượt là etanpi của 1 kg không khí khô và 1 kg hơi nước quá nhiệt có trong không khí.
Cpk và Cph là nhiệt dung riêng của không khí khô và của hơi nước quá nhiệt
=> Etanpi của tác nhân sấy:I o =1,004*25+0,0175*(2500+1,842*25)i,66 kJ/kg
Hình 2.1 Đồ thị I-d của không khí ẩm.
Khói lò
Khói lò có thể là tác nhân sấy hoặc nguồn cung cấp nhiệt lượng Ở đồ án này, ta trình bày khói là là nguồn cung cấp nhiệt
2.1 Tính toán quá trình cháy nhiên liệu a) Nhiệt trị nhiên liệu
Nhiệt trị của nhiên liệu là lượng nhiệt phát sinh khi một đơn vị nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn Đối với nhiên liệu rắn và lỏng, nhiệt trị cao được tính toán theo công thức cụ thể.
=>Trong đồ án, nhiên liệu sử dụng trong buồng đốt là than cám N4 có thành phần như sau:
C=0,367; H=0,027; S=0,032; N=0,007; O=0,111; Tr=0,206; A=0,25 Vậy nhiệt trị cao của nhiên liệu sử dụng:
Qc935 kJ/kgnl Nhiệt trị thấp của nhiên liệu:
Qt=Qc-2500*(9H+A) = 13702,5 kJ/kgnl b) Lượng không khí khô cần thiết đốt cháy 1 kg nhiên liệu
Là lượng không khí khô vừa đủ cung cấp oxi cho các phản ứng cháy
=>Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu đã cho:
QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT MỘT SỐ HỆ THỐNG SẤY CƠ BẢN
Quá trình sấy lý thuyết
Sấy lý thuyết là quá trình sấy mà các tổn thất bằng không, toàn bộ nhiệt lượng của TNS chỉ làm nhiệm vụ bay hơi ẩm trong VLS
Quá trình sấy lý thuyết của hệ thống sấy đối lưu
Hình 3.1.Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy đối lưu
Không khí ngoài trời ở trạng thái N được quạt đưa vào calorifer để đốt nóng đến nhiệt độ yêu cầu Trong quá trình đốt nóng, điểm O được xác định bởi cặp thông số O(to; do=dN) Tác nhân sấy tại điểm O được đưa vào TBS để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm với VLS, dẫn đến sự thay đổi trạng thái của nó theo đường OT.
Chế độ sấy
2.1 Chế độ sấy có đốt nóng trung gian
Chế độ sấy có đốt nóng trung gian là giải pháp hiệu quả khi vật liệu sấy (VLS) không chịu được nhiệt độ cao Phương pháp này giúp giảm nhiệt độ t1 của TNS, đảm bảo VLS không bị hư hại và tạo ra quá trình sấy dịu hơn Mặc dù vậy, lượng nhiệt cần thiết để bay hơi 1 kg ẩm trong chế độ sấy có đốt nóng trung gian và không có đốt nóng trung gian là tương đương.
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị I-d của HTS có đốt nóng trung gian
2.2 Chế độ hồi lưu một phần tác nhân sấy
Hình 3.3 Đồ thị i-d và sơ đồ thiết bị HTS hồi lưu 1 phần
Khi TNS ra khỏi TBS, nhiệt độ t2 càng thấp thì tổn thất nhiệt càng giảm Tuy nhiên, trạng thái TNS sau TBS cần phải đủ xa trạng thái bão hòa để tránh hiện tượng đọng sương trên bề mặt vật liệu đã được sấy khô Dù vậy, t2 vẫn luôn lớn hơn nhiệt độ môi trường Để giảm thiểu tổn thất nhiệt do TNS mang đi, người ta cho một phần TNS sau khi ra khỏi TBS quay trở lại trước hoặc sau calorifer nhằm tận dụng nhiệt.
2.3 Chế độ sấy hồi lưu toàn phần
Hình 3.4 HTS có chế độ sấy hồi lưu toàn phần a) Sơ đồ thiết bị b) Đồ thị I-d
TNS sau khi ra khỏi TBS 3 ở trạng thái C được chuyển vào bình ngưng 4, nơi nó được làm lạnh từ trạng thái C đến trạng thái S với dc=ds=const Tiếp theo, TNS ở trạng thái S được làm lạnh thêm để hơi nước trong đó ngưng tụ theo quá trình SA Khi TNS đạt trạng thái bão hòa tại điểm A, nó được quạt 1 đưa vào calorrifer 2 để được đốt nóng theo quá trình AB, tiếp tục quá trình sấy Như vậy, trong hệ thống hồi lưu toàn phần, độ ẩm trong VLS được TNS mang đi và thải ra môi trường dưới dạng lỏng trong bình ngưng.
Một số TBS đối lưu cơ bản
HTS buồng là một trong những hệ thống đối lưu phổ biến, được sử dụng để sấy nhiều loại vật liệu sấy khác nhau Nó rất phù hợp cho các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ và phân tán, giúp tối ưu hóa quy trình sấy Hệ thống này có khả năng tổ chức trao đổi nhiệt hiệu quả, đảm bảo chất lượng sản phẩm sau khi sấy.
Nhóm 4 Trang 15 D13 Điện Lạnh nhiệt ẩm đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức Một trong các HTS đối lưu cưỡng bức dùng quạt hướng trục có đốt nóng trung gian và tái tuần hoàn 1 phần
Cấu trúc cơ bản của hệ thống HTS bao gồm buồng sấy, có thể được xây dựng bằng gạch hoặc chế tạo từ các tấm thép bọc cách nhiệt Trong buồng sấy, có các thiết bị truyền tải (TBTT) được sử dụng, và loại thiết bị này sẽ thay đổi tùy thuộc vào loại vật liệu cần xử lý.
Trong hệ thống HTS buồng đối lưu cưỡng bức, việc bố trí calorifer, quạt và ống thải có thể linh hoạt Ngược lại, với hệ thống buồng đối lưu tự nhiên, cần phải đặt calorifer trên nền hầm sấy và ống thải ẩm ở đỉnh buồng để đảm bảo nguyên tắc không khí nóng nhẹ hơn sẽ di chuyển từ dưới lên trên và thoát ra ngoài.
Hình 3.5 Cấu tạo lò sấy thuốc lá
HTS hầm là hệ thống sấy đối lưu phổ biến, cho phép sấy liên tục hoặc bán liên tục với năng suất cao Hệ thống này hoạt động dựa trên nguyên lý đối lưu cưỡng bức.
Hệ thống sấy hầm (HTS) sử dụng băng tải hoặc nhiều xe goog để vận chuyển vật liệu sấy Băng tải dạng xích kim loại trong HTS có vai trò quan trọng trong việc chứa và di chuyển nguyên liệu, đồng thời cho phép tác nhân sấy đi qua băng tải để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm hiệu quả.
Hệ thống hầm sấy (HTS) chủ yếu bao gồm các hầm sấy có chiều dài từ 10 đến 30 mét Sự khác biệt giữa các hầm sấy chủ yếu nằm ở cách tổ chức của quá trình trao đổi nhiệt (TNS) và vận chuyển liệu (VLS), có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều.
Hình 3.6 Cấu tạo HTS hầm SNHIMOD-56
1-quạt gió, 2-calorifer, 3-cửa hút khí, 4-kênh dẫn gió nóng, 5-động cơ điện, 6-vật liệu sấy
3.3 Hệ thống sấy thùng quay a) Cấu tạo của hệ thống sấy thùng quay
Hệ thống sấy thùng quay điển hình bao gồm phần chính phận sau:
Ngoài ra còn có thêm một số thiết bị phụ đi kèm quạt gió, cylone (thu hồi bụi), buồng khử ẩm, động cơ,v.v
Hình 3.7 Sơ đồ tổng quan về hệ thống sấy thùng quay
1-Buồng đốt, 2-đĩa phân phối hạt, 3-phễu nạp, 4-gầu tải vls , 5-thùng sấy, 6-xyclon, 7- ống thải tns, 8- động cơ kéo quạt, 9-băng tải, 10-ống khói b) Chức năng
Thùng quay là thiết bị quan trọng trong quá trình trao đổi nhiệt và độ ẩm giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy Được thiết kế dưới dạng hình trụ kim loại, bên trong thùng có các cánh đảo giúp xáo trộn vật liệu khi thùng quay quanh trục Để đảm bảo thùng không bị trượt trong quá trình hoạt động, nó được trang bị vành đai bên ngoài Hệ thống bánh răng bên ngoài cũng được lắp đặt để dẫn động trực tiếp, giúp thùng quay hiệu quả.
Phễu nạp nguyên liệu có hình dạng chóp cụt và thường được làm từ kim loại, với kích thước lớn để chứa đủ nguyên liệu trước khi vào buồng sấy Hệ thống van điều đỉnh được gắn trên phễu giúp điều chỉnh lượng nguyên liệu đi vào một cách chính xác.
Buồng đốt là thành phần quan trọng trong hệ thống sấy, cung cấp nhiệt lượng cần thiết cho quá trình này Kích thước và hình dạng của buồng đốt phụ thuộc vào công suất và loại nhiên liệu sử dụng Các loại nhiên liệu phổ biến cho buồng đốt trong hệ thống sấy thùng quay bao gồm than, điện, củi và trấu.
Băng chuyền đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguyên liệu vào lò sấy và chuyển sản phẩm đã được sấy ra kho lưu trữ Để thực hiện nhiệm vụ này, băng chuyền cần có khả năng chịu đựng nhiệt độ cao, do sản phẩm sấy ra từ lò luôn có nhiệt độ nhất định.
Hệ thông sấy thùng quay đƣợc sử dụng rộng rãi trên rất nhiều lĩnh vực Nó đƣợc dùng để sấy thóc, đậu, lạc, xi măng, than đá,v.v
HTS tháp chuyên dụng cho các sản phẩm dạng hạt,năng suất lớn,dùng cho các kho,cơ sở sản xuất lớn,tập trung
Tháp sấy là cấu trúc chính, có hình dạng khối hộp hoặc được chia thành các khối nhỏ Bên trong tháp, các dãy hình chóp được lắp đặt để dẫn và thải TNS Thường thì các dãy kênh dẫn và kênh thải được bố trí xen kẽ nhau để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Hình 3.8 Kết cấu và cách bố trí các kênh dẫn và kênh thải
HTS tháp có khả năng hoạt động liên tục hoặc bán liên tục tùy thuộc vào VLS và độ ẩm của nó VLS được đưa lên đỉnh tháp bằng gầu hoặc băng tải và di chuyển từ trên xuống dưới, trong khi TNS di chuyển ngược lại từ dưới lên thông qua các kênh dẫn xuyên qua dòng VLS.
Nhóm 4 Trang 19 D13 Điện Lạnh quá trình trao đổi nhiệt ẩm và đi vào các kênh thải qua ống thải ẩm thải vào môi trường Có thể tổ chức VLS di chuyển từ trên xuống dưới theo 3 hình thức:
- VLS rơi tự do trong tháp nhờ trọng lực
- VLS được đưa vào tháp với tốc độ dịch chuyển được khống chế để hạt được lấy ra và đưa vào định kỳ
- VLS di chuyển từ trên xuống dưới liên tục với tốc độ nhanh,chậm tùy ý nhờ một cơ cấu chuyên dụng
=> Với yêu cầu đề tài sấy hạt đậu xanh năng suất 3 tấn/mẻ ta chọn hệ thống sấy thùng quay Ưu nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay:
Trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa, nhu cầu sấy hàng hóa ngày càng cao do sự đa dạng và phong phú trong sản xuất Phương pháp sấy truyền thống không còn đáp ứng đủ nhu cầu của người dân và doanh nghiệp Hệ thống sấy thùng quay, mặc dù ra đời muộn hơn, đang trở nên phổ biến nhờ nguyên lý hoạt động hiệu quả của nó, sử dụng nhiệt để tách nước trong sản phẩm Đây là phương pháp sấy trực tiếp, trong đó tác nhân sấy như không khí nóng hoặc khói lò sẽ trao đổi nhiệt và ẩm trực tiếp với sản phẩm cần sấy.
Hệ thống sấy thùng quay có những ưu điểm như sau:
• Sản phẩm sấy liên tục được hòa trộn với tác nhân sấy (cùng nằm trong thùng quay) nên ta thu được sản phẩm sấy đều hơn
THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUAY
Quy trình công nghệ
Hạt đậu xanh, sau khi được tuốt vỏ, phân loại và làm sạch, sẽ được đưa vào buồng chứa và sau đó nhập liệu vào thùng sấy qua hệ thống gầu tải Khi vào thùng sấy, hạt đậu xanh có độ ẩm 20% và sẽ chuyển động cùng chiều với tác nhân sấy.
Tác nhân sấy sử dụng trong quá trình này là không khí ẩm với điều kiện ban đầu là 25 độ C và độ ẩm 85% Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra với khói lò từ nhiên liệu đốt là than N4 Dòng tác nhân sấy được tăng cường nhờ quạt đẩy ở đầu thiết bị và quạt hút ở cuối thiết bị.
Thùng sấy hình trụ nghiêng 1° so với mặt phẳng ngang, được hỗ trợ bởi hệ thống con lăn và chặn Chuyển động quay của thùng được thực hiện qua bộ truyền động từ động cơ đến hộp giảm tốc và bánh răng Bên trong thùng, các cánh nâng giúp nâng và đảo trộn vật liệu sấy, tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy, từ đó cải thiện quá trình truyền nhiệt và trao đổi nhiệt, đảm bảo quá trình sấy hiệu quả.
Trong thùng sấy, hạt đậu được nâng lên và rơi xuống, tạo điều kiện cho vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy Quá trình này giúp thực hiện truyền nhiệt và truyền khối, làm bay hơi độ ẩm Nhờ độ nghiêng của thùng, vật liệu được vận chuyển dọc theo chiều dài thùng Khi ra khỏi thùng sấy, hạt đậu sẽ đạt độ ẩm lý tưởng 14%, phù hợp cho quá trình bảo quản.
Sau khi hạt đậu được sấy khô, chúng sẽ được chuyển vào buồng tháo liệu Tại đây, hạt đậu sẽ được đóng gói để bảo quản hoặc sử dụng cho các mục đích chế biến khác.
Sau khi đi qua buồng sấy, dòng tác nhân sấy có thể chứa nhiều bụi, do đó cần phải được xử lý qua hệ thống lọc bụi để ngăn chặn ô nhiễm không khí Hệ thống lọc bụi sử dụng bốn cyclon đơn, giúp loại bỏ bụi bẩn hiệu quả TNS sau khi đã được lọc bụi sẽ được thải ra môi trường, trong khi phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua cửa thu bụi của cyclon và xử lý riêng.
Các thông số cơ bản
*Vật liệu hạt đậu: Độ ẩm ban đầu:w 1 = 20% Độ ẩm sau sấy: w 2 = 14%
Khối lượng riêng của hạt:ρ = 1200 kg/m 3
Khối lượng riêng của khối hạt:ρ = 650kg/m 3
Nhiệt dung riêng của vật liệu khô: C k = 1,5 kJ/kgk
Kích thước hạt đậu: - Dài: 4.8 mm
- Đường kính tương đương: d td = 6.2 mm Năng suất: G 2 = 150 kg/h
Nhiệt độ: t o = 25 o Độ ẩm: φ o = 85% Độ chứa hơi: d o = 0,0175 kgh/kgkk
1 Khối lượng ẩm bay hơi trong 1h (W)
2 Khối lượng vật liệu sấy vào thiết bị sấy (𝐆 𝟏 )
3 Thời gian sấy hạt đậu
Trong hệ thống sấy thùng quay thời gian sấy hạt τ tính theo công thức: τ = w 1 − w 2 11,1 ∗ M− 0,27 w 1 ; w 2 : độ ẩm trước và sau sấy của vật
Hệ số M phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt, trong trường hợp này là hạt đậu với đường kính trung bình 6.2 mm, cho giá trị M là 0,586*10^-2 Thời gian sấy vật liệu được tính toán là τ = 0,2 − 0,14 / (11,1 * 0,586 * 10^-2 − 0,27), kết quả là 0,92 giờ.
4 Xác định kích thước thùng sấy
V = G 1 ∗ τ ρ ∗ ᵦ ρ = 650kg/m 3 khối lượng riêng của đậu ᵦ = 0,3 hệ số điền đầy của đậu (lấy theo kinh nghiệm) Vậy thể tích thùng sấy:
- Xác định đường kính và chiều dài thùng sấy Chọn tỷ lệ L/D = 6 Khi đường kính thùng sấy D bằng:
Chọn vật liệu làm thùng sấy gồm 2 lớp:
Vật liệu Khối lượng riêng (kg/m 3 ) Độ dày (m) Hệ số dẫn nhiệt (W/mK)
Bảng 4.1 Vật liệu làm thùng sấy Để tính khối lượng thùng sấy ta bỏ qua lớp bông cách nhiệt ceerramic do khối lượng riêng không đáng kể m = п ∗D n 2 − D t 2
D n = 1,486 m Đường kính thùng sấy khi tính lớp thép
D t = 1,48 m Đường kính trong của thùng sấy
L = 3,24 (m) Chiều dài thùng sấy ρ = 7850 kg/m 𝟑 Khối lượng riêng của thép
Vậy khối lượng thùng sấy: m= 355,5 kg
5 Số vòng quay thùng sấy
Theo [1], số vòng của thùng được tính theo công thức:[1]
Số vòng quay của thùng sấy được tính bằng vòng/phút, trong khi chiều dài và đường kính của thùng được đo bằng mét Góc nghiêng của thùng cũng cần được lựa chọn phù hợp Thời gian sấy được tính bằng phút và phụ thuộc vào hệ số m, liên quan đến cấu tạo của thùng quay, cũng như hệ số K, liên quan đến chiều chuyển động của không khí nóng.
Với sấy xuôi chiều và chọn cánh vạt áo thì tra được: m = 0,7; K = 0,75
6 Tính công suất chọn động cơ
Hệ số phụ thuộc dạng cánh Với loại cánh vạt áo thì n: Số vòng quay của thùng, vòng/phút
Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật của hệ thống
Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Quá trình sấy
1 Nhiệt độ tác nhân sấy vào và ra TBS a Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình ∆t
Tốc độ quay của thùng sấy là 3 vòng/phút, với giả thiết rằng lớp vật liệu sấy chỉ nằm trên bề mặt thùng sấy trong khoảng 1 vũng quay Do đó, thời gian khu trỳ được tính là τ kt = 60.
Từ τkt = 5s và w1 - w2 = 0,06 = 6%, chúng ta xác định được điểm C Giả sử tốc độ TNS v = (0,8-5 m/s), ta tính được hệ số trao đổi nhiệt αgP Kcal/kgK Tiếp theo, từ điểm A với αgP Kcal/kgK, ta kẻ một đường song song với trục tung, gặp đường kẻ qua điểm C song song với trục hoành, từ đó xác định độ chênh nhiệt độ trung bình.
Nhiệt độ cho phép của hạt: τ h = 2,218 − 4,343 ∗ ln(τ) + 23,5
Nhóm 4 Trang 25 D13 Điện Lạnh τ h = 2,218 − 4,343 ∗ ln(0.92) + 23,5
= 52 o b Xác định các thông số nhiệt độ
Nhiệt độ tác nhân sấy vào và ra tbs: t1; t2
Nhiệt độ vật liệu sấy vào và ra: tv1; tv2 t2 = th + (5-10 o ) = 58 o Để đơn giản ta xác định độ chênh nhiệt độ trung bình số học:
2 = 33 o t1 = 97 o Như vậy, chế độ sấy sẽ được xác định như sau:
Nhiệt độ tác nhân sấy vào và ra thùng sấy: t 1 = 97 o ; t 2 = 58 o , thời gian sấy 0.92h và thùng quay 3 vòng/phút
2, Tính toán quá trình cháy
Qc = 14935 kJ/kgnl Lượng không khí khô cần thiết đốt cháy 1 kg nhiên liệu
3 Xác định các thông số trạng thái cơ bản của không khí nóng sấy lý thuyết
Thông số trạng thái tại điểm O: Không khí ngoài trời (Đã tính toán ở trên)
Thông số trạng thái điểm 1: Sau thiết bị tđn, trước khi sấy d1 =do = 0.0175 kgh/kgk φ1= 2,9% t1 o
Thông số không khí sau sấy 2: Ra khỏi thiết bị sấy-sấy lý thuyết t2X o
I1=I24,26 kJ/kg d 2 =I 2− C pk∗ ∗ t 2 i 2 = 0,033 kgh/kgkk Phân áp suất lớn nhất
Ph2 =0,18 bar Độ ẩm tương đối tại điểm 2 là: φ2= 27,47 %
Lưu lượng không khí khô lý thuyết:
0,033 − 0,0175= 725,8 kg/h Lưu lượng thể tích trung bình:
=> thể tích riêng của không khí: v1 =1,08 m 3 /kgkk
=> thể tích riêng của không khí: v2 =1,01m 3 /kgkk
Vậy lưu lượng thể tích trung bình:
Tiết diện tự do của thùng sấy:
F td = (1 − ᵦ) ∗ F ᵦ: hệ số điền đầy
F: Tiết diện của thùng sấy
4 = 0,16 m 2 Tốc độ trung bình của tác nhân sấy trong sấy lý thuyết: v tb =V tb
4 Quá trình sấy thực a Tổn thất do vật liệu sấy mang đi q v
Nhiệt dung riêng của đậu khô tuyệt đối có thể lấy bằng Cvk = 1,5 kJ/kgK (lấy bằng thóc và ngô) Do đó:
Cv2=Cvk*(1-w2) + Ca*w2 =1,5*(1-0,14) + 4,18*0,14=1,88 kJ/kgK Nhiệt do vật liệu sấy mang đi: q v =G 2∗ C v2 ∗ (t v2 − t v1 )
100 = 76,14 KJ/kgẩm b Tổn thất ra môi trường q mt
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa TNS và mặt trong thùng sấy được tính toán với α1 = 6,15 + 4,17*v, trong đó giả thiết tốc độ TNS v = 5 m/s, dẫn đến α1 = 6,15 + 4,17*5 W/m²K Vật liệu thùng sấy gồm 2 lớp, với đường kính ngoài cùng D3 = 0,54 + 2*0,003 + 2*0,05 = 0,646 m Do D3/D < 2, tổn thất nhiệt qua thùng sấy có thể được tính như qua vách phẳng.
Hệ số trao đổi nhiệt giữa mặt ngoài thùng sấy với không khí xung quanh α2 Ta có phương trình truyền nhiệt như sau: q = α 1 ∗ (t f1 − t w1 ) =t w1 − t w3
Gỉả thiết nhiệt độ mặt ngoài thùng sấy lớn hơn nhiệt độ môi trường 10 o
tw3 = 25 +10 = 35 o Khi đó hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α2 bằng α2 = 1.715(tw3 – to)^1/3 = 4 W/m 2 K
Hệ số truyền nhiệt K bằng: k = 1
Diện tích bao quanh thùng sấy:
4 = 6,2 m 2 Vậy tổn thất nhiệt ra môi trường: q mt =3,6 ∗ k ∗ F ∗ (𝑡 1 + 𝑡 2
2 − 𝑡 0 ) W qmt = 191,65 kJ/kg ẩm c Tính giá trị của ∆
∆=4,18*25 - (76,14 + 191,65) = -163,29 kJ/kg ẩm d Thông số quá trình sấy thực
Cdx(d1) = 1,004+1,842*d1=1,004+1,842*0,0175=1,022 kJ/kgK d2=d 1 + C dx(d1)( t 1 −t 2) i 2 −∆ = 0,14 kgh/kgk
I2 = 1,004*t2+d2*(2500+1,842*t2)A5,62 kJ/k Phân áp suất lớn nhất
Lưu lượng không khí thực tế:
0,14−0,0175,84 kg/h = 0,025 kg/s (t1;φ1)=(97 o ;2,9%) => thể tích riêng của không khí: v1 =1,08 m 3 /kgkk
V1 = v1 * L = 1,08 * 3,24 = 3,5 m 3 /s (t2;φ2)=(58 o ;25%) => thể tích riêng của không khí: v2 =1 m 3 /kgkk
V2 = v2 * L=1 * 3,24 = 3,24 m 3 /s Vậy lưu lượng thể tích trung bình:
2 = 3,37 m 3 /s Tốc độ trung bình của tác nhân sấy trong sấy thực: v tb =V tb
So sánh với giả thiết, ta hoàn toàn chấp nhận được tốc độ TNS như trên e Thiết lập cân bằng nhiệt
0,14 − 0,0175 = 608,9kJ kgẩm Nhiệt lượng có ích q1: q1 =i2-Câ*tv1&7 - 4,18*25 = 202,5 kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt TNS mang đi q2: q 2 =C dx(d1) ∗ (t 2 − t 0 ) d 2 − d 1 q2"5,26 kJ/kgK
TT Các đại lượng Ký hiệu kJ/kg ẩm %
3 Tổn thất do VLS qv 76,14 11
4 Tổn thất ra môi trường qmt 191,65 0.95
5 Tổng nhiệt tính toán qtt 695,55 100
Theo bảng cân bằng nhiệt, hiệu suất nhiệt của thiết bị sấy thùng quay đạt 29,1% Trong các loại tổn thất nhiệt, tổn thất do tác nhân sấy mang đi là lớn nhất, chiếm 32,4% Để giảm thiểu tổn thất này, có thể điều chỉnh nhiệt độ của tác nhân sấy ra khỏi TBS xuống thấp hoặc áp dụng sơ đồ tái tuần hoàn.
5 Tính nhiên liệu tiêu hao
Lượng nhiên liệu tiêu hao để bay hơi 1 kg ẩm b: b = q
Qc: nhiệt trị cao của nhiên liệu γ bd : hiệu suất buồng đốt lấy 0.75 b = 608,9
14935 ∗ 0,75 = 0,054 kgnl kg ẩm Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1h:
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
Tính chọn cyclone
Trong hệ thống sấy, cyclone thường được sử dụng để thu hồi sản phẩm sấy bay theo không khí nóng hoặc để khử bụi trước khi thải không khí nóng ra môi trường Cyclone hoạt động dựa trên nguyên lý ly tâm, với cấu tạo và kích thước cơ bản được thể hiện trong hình ảnh minh họa.
Hình 5.1 Kích thước cơ bản của cycolne
- đường kính ống trung tâm; d - đường kính phần bé nhất của phễu;
- chiều dài phần ống trung tâm cắm vào cyclone;
- chiều cao phần hình trụ của cyclone;
- chiều cao phần phễu; b- chiều dài tiết diện kênh dẫn
V = V1 = 3,5 m 3 /s Dựa vào lượng khí vào cyclone ở trên, chúng ta chọn được loại sản phẩm đáp ứng được nhu cầu lọc bụi sau quá trình sấy.
Tính toán lò đốt
Tính diện tích bề mặt ghi lò:
B: Lượng trấu cần đốt trong 1 giờ; B = 124.875 kg/h
R: Cường độ cháy của ghi lò kg/m 2 h, với than cám R = 70 kg/m 2 h
Xác định thể tích buồng đốt:
B = 124.875kg/h Cường độ than cần đốt trong 1 giờ
Qt 702,5 kJ/kgnl Nhiệt trị thấp q: Mật độ nhiệt thể tích buồng đốt
Với nhiên liệu than cám, buồng đốt lò sấy: q50*10 3 W/m 2
F: Diện tích bề mặt ghi lò
Chiều dài và chiều ngang buồng đốt
Diện tích bề mặt ghi lò: F =1,78 m 2
Chọn chiều ngang buồng đốt là 1 m
Chiều dài buồng đốt là L=1,78 m
Tính thiết bị trao đổi nhiệt: Bài toán thiết bị trao đổi nhiệt-không khí chuyển động bên ngoài chùm ống, khói đi bên trong ống
Các thông số đã cho:
Nhiệt lượng khói cung cấp cho không khí qb17 kJ/kg ẩm
Q = q*w = 6217*11,25 = 19,43 kw Lượng nhiên liệu tiêu hao:
Nhiệt trị cao của nhiên liệu sử dụng:
Qc935 kJ/kgnl Nhiệt trị thấp của nhiên liệu:
Qt702,5 kJ/kgnl Lượng không khí cần để đốt cháy nhiên liệu:
Hệ số không khí thừa của buồng đốt α bđ = 1,2 – 1,3
Tính các thông số khói lò
Khối lượng hơi nước trong khói lò:
Gâ=(9H+A) + αbđ*Lo*do = (9*0,027+0,25) + 1,2*4,582*0,0175=0,595 kg ẩm/kgnl Khối lượng khói lò khô:
Gk=αbđ*Lo+1-Tr-9H-A=6,13 kg/kgnl Khối lượng khói khi đốt cháy 1kg nhiên liệu:
Gkhói = Gk+Gâ = 6,725 kg/kgnl
=>Lượng khói thu được khi đốt cháy 124,875 kgnl/h –Lưu lượng khói qua TBTĐN
G2=6,725*124,8759,78 kg/h=0,233 kg/s Độ chứa ẩm của khói: d = G â
G k = 0,097 kg ẩm/kgkk Entanpi của khói lò:
Nhiệt độ khói sau buồng đốt:
Nhóm 4 Trang 34 D13 Điện Lạnh t = I − 2500 ∗ d 1,004 + 1,842 ∗ d = 1400 độ
2.2 Tính trở lực và chọn quạt
Tính tiêu chuẩn Re Đường kính trung bình của đậu lấy bằng d=0.0062m Ở nhiệt độ trung bình của không khí nóng 77,5 theo phụ lục v ,86*10 -6 m 2 /s Do đó:
Hệ số thủy động a được tính bằng: a = 5,85 +490
√Re a=6,75 Khối lượng riêng dẫn xuất ρ dx = 0,25∗(G 1 +G 2 )
Hệ số Nếu lấy khối lượng riêng của đậu ρ v = 650 kg/m 3 ta tính được:
Hệ số độ chặt được tính theo công thức:
C 1 = 0,336 Trở lực qua lớp hạt Như vậy trở lực của không khí nóng qua lớp hạt bằng:
: Là khối lượng riêng không khí ở nhiệt độ 77,5 và bằng ρ k = 1,01 kg/m 3
Trở lực cyclone và buồng đốt Theo kinh nghiệm trở lực qua cyclone trở lực buồng đốt , trở lực cục bộ và các tổn thất phụ lấy thêm 5%
Tổng trở lực quạt phải khắc phục bằng:
∆ pi = 1,05 ∗ (1197,36 + 20 + 3) = 1281,378 mmH 2 O Giáng áp động:
Giả sử tốc độ không khí nóng ta khỏi quạt có tốc độ = 8 m/s Khi đó giáng áp động bằng:
Cột áp của quạt bằng:
∆ p = ∆ pi + ∆ pd = 1284,7 mmH 2 O Chọn quạt:
Căn cứ vào Vtb = 3,37 x 3600 = 12132 m 3 /h; ∆ p = 1284,7 mmH 2 O và biểu đồ chọn quạt có thể chọn quạt
Băng tải là thiết bị vận chuyển liên tục phổ biến, chuyên dùng để chuyển vật liệu rời một cách hiệu quả Với cấu tạo đơn giản và độ bền cao, băng tải có khả năng vận chuyển vật liệu theo hướng nằm ngang hoặc nghiêng, giúp tiết kiệm năng lượng và đạt năng suất lớn Tuy nhiên, nhược điểm của băng tải là tốc độ vận chuyển không cao, góc nghiêng hạn chế (dưới 22 độ) và không thể vận chuyển theo đường cong Đặc biệt, băng tải nghiêng được sử dụng để đưa hạt, như đậu xanh, từ vị trí thấp lên cao, phục vụ cho quá trình nhập liệu vào thùng sấy.
Nhóm 4 Trang 36 D13 Điện Lạnh 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
Năng suất của băng tải
Năng suất của băng tải:
Năng suất nhập liệu của thùng sấy được xác định là G1 = 161,25 kg/h Để tính toán năng suất băng tải, cần áp dụng hệ số dự trữ k, phản ánh sự hao hụt vật liệu trong quá trình di chuyển, với giá trị k được chọn là 10% (0,1).
Băng là bộ phận quan trọng trong việc kéo và vận chuyển vật liệu, đặc biệt là khi vận chuyển đậu xanh, một loại vật liệu rời dạng cục nhỏ Để đáp ứng nhu cầu này, loại băng nhiều lớp với hai mặt phủ cao su được sử dụng, có cấu tạo lõi vải bên trong và lớp cao su dày bên ngoài, đảm bảo độ bền cao và khả năng cuốn tốt.
Bảng 5.1: Các thông số chọn để tính toán băng tải nhập liệu:
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị
1 Vận tốc của băng tải v m/s 0,4 Từ 0,1 – 0,5 m/s
2 Bề dày lớp vật liệu trên băng h m 0,01 Chọn
3 Chiều cao nâng của vật liệu
H m 2,5 Chọn, để chiều cao từ mặt đất lên đến máng nhập liệu không quá 0,7 – 0,8m, thuận tiện cho người làm việc
4 Góc nghiêng của băng so với mặt phẳng nằm ngang α độ 20 Đối với hạt ngũ cốc, góc nghiêng giới hạn của băng tải là 20 o – 22 o
Năng suất của băng tải khi vận chuyển vật liệu trên băng tải nghiêng:
F : diện tích tiết diện ngang của lớp vật liệu trên băng, m 2 ρ : khối lượng riêng của vật liệu, ρ = 650 kg/m 3
K : hệ số tính tới việc giảm năng suất khi băng tải đặt nghiêng Đối với băng phẳng, nghiêng 10 – 22 o thì K = 1,15(Bảng 15.3)
Diện tích tiết diện ngang của lớp vật liệu trên băng:
Bề rộng mặt băng khi sử dụng băng phẳng:
Chiều dài đoạn băng tải giữa hai trục tang:
L = 2.l = 2.7,4 = 14,8 (m) Công suất trên trục băng tải tính theo công thức thực nghiệm
1000.1,36 Trong đó l là chiều dài băng tải giữa 2 trục
K hệ số phụ thuộc vào chiều rộng của băng tải cho trong bảng 15.3
