Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU ĐẦU ĐỀ ĐỒ ÁN
Sấy là phương pháp thường dùng trong công nghiệp và đời sống. Kết quả
của quá trình sấy làm cho hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên. Điều đó có ý
nghóa quan trọng trên nhiều phương diện khác nhau. Ví dụ: đối với các nông sản
và thực phẩm nhằm tăng cường tính bền vững trong bảo quản, đối với các nhiên
liệu ( than, củi) được nâng cao lượng nhiệt cháy, đối với gốm sứ làm tăng độ bền
cơ học, giảm chi phí vận chuyển…
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi
trạng thái của pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Hầu hết các vật liệu trong quá
trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước nên người ta thường gọi là ẩm.
Tùy theo quá trình cấp nhiệt cho ẩm mà người ta phân ra các phương pháp
sấy khác nhau: cấp nhiệt bằng đối lưu gọi là sấy đối lưu, cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt
gọi là sấy tiếp xúc, cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ…
Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt, cục nhỏ.
Hệ thống sấy thùng quay cũng là hệ thống sấy đối lưu. Trong đồ án này, em xin
trình bày về qui trình công nghệ và thiết bò sấy thùng quay dùng để sấy đường với
năng xuất đầu ra là 1200kg/h.
GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU.
Nước ta là một nước nhiệt đới nên đường được sản xuất chủ yếu từ cây mía.
Đường được đem đi sấy là những tinh thể saccharose, có kích thước trung bình là
0,8 mm.
Saccarose là một đường kép có công thức phân tử là C
12
H
22
O
11

Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 2
1.
Đường sau
sấy
Băng tải
Thùng sấy
Cơ cấu nhập liệu
Đườn
g
Gầu tải
Calorife
Quạt đẩy
Nước ngưng
XyclonXyclon
Quạt hút
Bụi
đường
Hơi nước
Không khí
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
thống băng tải. Nhiệt độ đầu ra của đường khá cao ( khoảng40
0
C) nên phải được
làm nguội. Có 2 cách để thực hiện quá trình làm nguội đường:

Dùng luồng không khí lạnh, khô thổi cưỡng bức để làm nguội.

CÁC THÔNG SỐ:
Năng suất nhập liệu tính theo sản phẩm G
2
=1200 kg/h
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: u
1
=2%=0.02
Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: u
2
=0.4%=0.004
Khối lượng riêng thể tích của đường :ρ
v
=990+27u kg/m
3
(CT2.84,tr100-[2])
Nhiệt dung riêng của đường:C
đ
= 996+1.6T (J/kg.K) ( tr 100-[2])
Đường kính tương đương hạt đường: d=0,8 mm
Chọn quá trình sấy xuôi chiều.
Chọn cường độ sấy A=9 (kg/m
3
h) (Bảng 6.2,tr 179- [6])
CÔNG THỨC DÙNG XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC
NHÂN SẤY:
Áp suất hơi bão hòa:












+
=
+
=
⇒
)622.0(
)622.0(
x
xP
P
xP
xP
b
b
ϕ
ϕ
Trong đó: P
a
- áp suất khí quyển: P
a
= 1.013 bar.( 760 mmHg)
Enthalpy:
).(. tCrxtCI

PPM
RT
v
ϕϕ
−
=
−
=
288
)(
(m
3
/kgkk). (CT VII.8-tr94-[11])
Trong đó
R - hằng số khí: R =8314 J/kmol.độ.
M - khối lượng không khí: M = 29 kg/kmol.
P, P
b
- áp suất khí trời và phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí
(N/m
2
).
Khối lượng riêng của không khí ẩm:






−=

= 1,293 kg/m
3
.
XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI TÁC NHÂN SẤY
TRONG QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT:
Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A):
Vậy tại điểm A, ta có:
t
o
= 27
o
C; ϕ
0
=85%
Áp suất hơi bão hòa: P
b0
= 0,03548 bar.
Hàm ẩm: x
0
= 0,0188 kg ẩm/kgkkk.
Enthalpy: I
0
= 75.37 kJ/kg.
Thể tích riêng của không khí ẩm: v
0
= 0,879 m
3
/kgkk.
Khối lượng riêng : ρ
0

0
= 0.0188 kg ẩm/kgkk.
Khi đó áp dụng các công thức đã nêu ở phần III.1., các thông số khác của
tác nhân sấy ở trạng thái B được xác đònh như sau:
Áp suất hơi bão hòa: P
b1
= 0.6908 bar.
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 5
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Độ ẩm tương đối: ϕ
1
= 0.043 = 4.3 %.
Enthalpy: I
1
= 140.2 kJ/kg.
Thể tích riêng của không khí ẩm: v
1
= 2.45 m
3
/kgkk.
Khối lượng riêng : ρ
1
= 0.784 kg/m
3
Thông số trạng thái của tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy (C):

= 0.03896 kg ẩm/kgkk.
Độ ẩm tương đối: ϕ
2
= 0.8179 =82%.
Thể tích riêng của không khí ẩm: v
2
= 0.94535 m
3
/kgkk.
Khối lượng riêng : ρ
1
= 1.1386 kg/m
3
.
Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết tóm tắt ở Bảng 1.
Bảng1: Trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết:
Đại lượng Trạng thái không
khí ban đầu
(A)
Trạng thái không khí
vào thiết bò sấy (B)
Trạng thái không khí
ra khỏi thiết bò sấy (C)
t (
o
C) 27 90 40
ϕ
0.85 0.043 0,8179
x (kg/kgkk) 0.0188 0.0188 0,03896
I (kJ/kgkk) 74.87 140.2 140.2

1
212
=
−
−
=
−
−
=
u
uuG
W
kg/h.
Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
2.1195)004,01(*1200)1(
22
=−=−=
uGG
k
kg/h.
Năng suất nhập liêu tính theo vật liệu ban đầu:
59.121959.191200
21
=+=+=
WGG
kg/h.
Lượng tác nhân khô cần thiết:
73.971
0188,003896,0
59.19

= Q
vc
= 0. Như vậy:
Nhiệt lượng đưa vào thiết bò sấy gồm:
Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L(I
1
– I
0
).
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G
1
- W)C
v1
+ WC
a
].t
v1
.
Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bò sấy gồm:
Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L(I
2
– I
0
).
Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: Q
bc
.
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G
2
.C

C
v
= C
vk
(1 - u) + C
a
.u

(kJ/kg.K).
C
a
- nhiệt dung riêng của ẩm (nước): C
a
= C
n
= 4180 J/kg.K.
C
k
- nhiệt dung riêng của vật liệu khô: C
vk
= 996 + 1,26T (J/kg. độ).
kgJTC
vk
/08.1384)35273(26,199626,1996
22
=++=+=

{
KkgJuCuCC
akv

2
.C
v2
.t
V2
Đặt Q
v
- tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: Q
v
= G
2
C
v2
(t
v2
–t
v1
)
Mặt khác:
G
2
= G
1
– W
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:
Q = L(I
1
– I
0
) = L(I

Q
q
bc
bc
=
W
ttCG
W
Q
q
vvvv
v
)(
122
−
==
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy: coi C
v1
= C
v2
Q
v
= G
2
C
v2
(tv
2
–t
v1

bc
= 0,040 Q
hi
Với Q
hi
= W [r
v1
+ C
h
(t
2
– t
v1
)] - nhiệt hữu ích (tức là nhiệt cần thiết để làm
bay hơi ẩm trong vật liệu và nâng nhiệt độ ẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ
cuối thùng sấy).
Trong đó:
r
v1
- ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào :
r
v1
= 2428.99 kJ/kg. (có nội suy) (BảngI.212-tr254-[10])
⇒
Q
hi
= 19.59*(2428.99 + 1,97.(40-27)) = 48085.614 kJ/h..
⇒
Q
bc

CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
∆ = C
a
.t
v1
– q
bc
– q
v
= 112.86 – 98.18 – 672.57 = –657.89 kJ/kg ẩm.
Vì ∆ < 0
⇒
C
a
t
v1
< q
bc
+ q
v

⇒
I
2
< I
1

⇒
trạng thái tác nhân sấy sau quá

(CT VII.26-tr105-[11])
p dụng các công thức tương ứng đã nêu, các thông số khác của tác nhân
sấy ở đầu ra của thùng sấy trong quá trình sấy thực (C’) được xác đònh như sau:
Enthalpy:
894.98
'
2
=
I
kJ/kgkk.
p suất hơi bão hòa: 0.073bar.
Độ ẩm tương đối:
%6.73736,0
'
2
==
ϕ
.
Thể tích riêng của không khí ẩm:
972,0
'
2
=
v
m
3
/kgkk.
Khối lượng riêng:
3'
2

'
=
−
=
−
==
xx
W
L
l
kg kkk/kg ẩm.
Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
Q’= L’ *(I
1
– I’
2
) + Q
bc
+ Q
v
– W.C
a
.t
v1
= 1220.56*(140.2 -98.894) + 1923.42 + 13394.5 – 2210.9
= 63523.47 kJ/h.
Lượng nhiệt cung cấp riêng:
3242064
59.19
47.63523

C) 27 90 40
 (đơn vò) 0,85 0,43 0,74
x (kg/kgkk) 0,0188 0,0188 0,03485
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 9
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
I (kJ/kgkk) 74.87 140.2 98.894
p
b
(bar) 0,03548 0,6908 0,073
v (m
3
/kgkk) 0,878 1.45 0,972
ρ (kg/m
3
) 1,202 0,784 1,11
TÍNH THỜI GIAN SẤY:
Tính thời gian sấy
phphh
WWA
WW
d
202.1932,0
)]4,02(200[9
)4,02.(18,0.990.2
)](200[

W
V
T
≈==
(CT 6.42- tr178-[6])
Thời gian lưu của vật liệu trong thùng:
α
τ
tgDn
Lkm
T
T
..
..
1
1
=

Trong đó:
k
1
- hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu. Trường hợp sấy xuôi chiều:
k
1
= 0.2 – 0.7 ⇒ chọn k
1
= 0.6 ( tr 176-[1])
m - hệ số lưu ý đến dạng cánh trong thùng. Đối với cánh nâng: m = 0,5.
(tr 176-[1])
Để quá trình sấy đạt yêu cầu về các thông số đầu ra của vật liệu thì

L
D
V
TT
T
ατππ
==
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 10
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
⇒ đường kính thùng
m
tgtgn
kmV
D
T
78.0
5*1*20*
6,0*5,0*1767.2*4
...
..4
3
3
1
1
===

2
===
π
π
L
D
V
T
T
m
3
.
Thời gian lưu của vật liệu theo thông số thùng đã chọn:
ph
tgtgDn
Lkm
T
T
5.19
5*8.0*1
56.4*6,0*5,0
..
..
1
1
===
α
τ
(CT6.39-tr174-[6])
So sánh giữa thời gian lưu vật liệu và thời gian sấy:

2
38.11868.1769
2
'
3
21
_
hm
VV
V
=
+
=
+
=
Tiết diện tự do của thùng sấy:
)(412,0
4
8.0.
)18,01(
4
.
)18,01()1(
2
2
2
m
D
FF
T

F
F
cđ
=β
=0.18
Với F
1
- tiết diện ngang của thùng :
.503.0
4
8.0*
4
2
2
2
m
D
F
T
l
===
π
π
Và F
cđ
- tiết diện chứa đầy:
F
cđ
= β.F
l

Diện tích vật liệu tác dụng lên thùng:
28616.1180/)6.4.4,0.58.(..
1
mLRF
=Π==
α
Khối lượng khối vật liệu trong thùng:
M
nl
= G
1
1
τ
= 1219,95*19.5/60=396.48kg
TÍNH BỀ DÀY THÙNG:
Nhiệt độ tính toán chọn 90
0
C
Do áp suất dư bé hơn 5.10
4
N/m
2
nên ta tính thùng theo trường hợp thân chòu áp
suất trong P= 0.1 N/m
2
Chọn vật liệu làm thùng là thép OX18H10T

Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 12

5.126395,0.
1,0
133][
==
h
P
ϕ
σ
>25 (CT 5.1-tr130-[8])
Chiều dày tối thiểu của thùng :
mm
pD
S
h
T
316,0
95,0.133.2
1,0*800
].[2
.
===
′
ϕσ
Theo tr 128-[7] chọn S’=3mm
Hệ số bổ sung kích thước: C = Ca + Cb + Cc + Co (CT1.10/p27,[8])
Bảng4: Các hệ số bổ sung kích thước cho bề dày thùng:
STT
Hệ số
bổ sung kích
thước

khi chế tạo
C
c
0.5
Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép làm
thùng. Với thùng bằng thép không gỉ
0X18H10T dày 5mm thì C
3
= 0.5mm (Bảng
XIII.9/p364-[11])
4
Hệ số quy
tròn kích
thước
C
o
0.5
Đối với thùng sấy S = (0.0055÷ 0.007)D mm
tức là S = (4.4 ÷ 5.6)mm, chọn C
o
= 3 cho thỏa.
⇒
C = 0 + 1 + 0.5 + 0.5= 2mm
Bề dày thực của thân thùng:
S = S’ + C = 3 + 2 = 5mm (CT 5.9/p131,[8])
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 13
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò

−+
−×××
=
−+
−
=
aT
ah
CSD
CS
p
ϕσ
N/mm
2
=1,569.10
6
N/m
2
(CT 5.11/p131,[8])
⇒ thỏa điều kiện [p] > p = 0,1.10
6
N/m
2
.
TÍNH TRỞ LỰC QUA THÙNG SẤY:
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.
Bảng 5:Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:

6
Độ nhớt động 
k
m
2
/s 2,01.10
-5
Chuẩn số Reynolds:
3.37
1003,2
947,00008,01
..
Re
5
=
×
××
==
−
k
kk
dv
µ
ρ
(CT V.36/p13,[11])
Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy:
)/(
275,0
)(25,0
3

2
ρ
=∆
(mmH
2
O) (CT 10.19/p,[12])
Trong đó:
a - hệ số thủy động.
36.35
3.37
100
3.37
490
85,5
Re
100
Re
490
85,5
=++=++=
a
(CT 10.20/p,[12])
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 14
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
C - hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt

−
=⇒
ζ
ζ
C2
2hat
/5.32926.335
0008,081,92
0342,0947,016.436.35
mNOmmHP
==
××
××××
=∆⇒
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CÁNH ĐẢO:
Sử dụng cánh nâng làm bằng thép không gỉ 0X18H10T có các thông số đặc
trưng như sau: (Bảng 6.1/P167,[6]):
Hệ số chứa đầy: β = 18%
Góc gấp của cánh: ∆ϕ = 140
o
576.0
=
T
D
h
;
122.0

Chọn các thông số cho cánh:
a = 100 mm.
b = 130mm.
d = 5 mm.
=>
.339.0
15.0100.0
078.0
m
ba
F
c
c
=
+
=
+
=
Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 15
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Chọn :
o c = 340 mm
o Số cánh trên một mặt cắt : 12 cánh.
Với chiều dài thùng sấy L
T

2
Nhiệt độ trung
bình
t
k
o
C
64
3
Hệ số dẫn nhiệt 
k
W/m.K 0,0283
4
Độ nhớt 
k
Ns/m
2
2,03.10
-5
5
Khối lượng riêng 
k
kg/m
3
1,008
6
Độ nhớt động 
k
m
2

MSSV : 60503026
trang 16
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,018.ε
l
.Re
0,8
(CT V.42/p16-[11])
Trong đó:






=
D
L
f
l
Re,
ε
= 1.252
Với: Re = 39801 và
7.5
=

được xác
đònh một cách gần đúng là hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên của ống nằm ngang
(vì thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng nhỏ α = 5
o
). Theo [11], trong 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 theo nhiệt độ trung bình của không khí trong môi
trường xung quanh).
Bảng7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vò Giá trò
1 Nhiệt độ t
0
o
C 27
2 Hệ số dẫn nhiệt 
0
W/m.K 0,02649
3 Độ nhớt 
0
Ns/m
2
1,85.10
-5
4 Khối lượng riêng 
0
kg/m
3
1,1177
5 Độ nhớt động 
0

k
δ
1
: bề dày thân thùng
δ
2
: bề dày lớp cách nhiệt
δ
3
: bề dày lớp bảo vệ
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Hình 3: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng.
Chọn các bề dày của thùng theo Bảng8.
Bảng8: Các bề dày thùng và vật liệu:
STT Đại lượng
Ký
hiệu
Giá trò
chọn (m)
Vật liệu
Hệ số
dẫn
nhiệt

(W/mK)
Nguồn
1
Bề dày

Chuẩn số Grashof:
)273(
).(.
0
2
0
04
3
2
0
3
+
−
=
∆
=
t
ttDgTgD
Gr
wngng
νν
β
(CT V.39/p13,[11])
8
25
3
10*43.9
)27273(*)10.5710,1(
)2740(*818.0*81,9
=

Nu
λ
α
W/m
2
K. (CT V.135/p41,[11])
Tính hệ số truyền nhiệt của thùng K:
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:
41,1
7,2
1
50
001,0
04,0
003,0
3,16
005,0
8.3
1
1
11
1
2
3
1
1
=
++++
=