Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
PHẦN I
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong quá trình sản xuất sản phẩm muốn bảo quản lâu dài, vận chuyển,
lưu hành trên thị trường thì đối với đa số các sản phẩm của nông- lâm- ngư
nghiệp, vật liệu xây dựng công đoạn sấy là rất quan trộng không thể
thiếu,nó quyết định chất lượng sản phẩm và thời gian bảo quản
Trong sản xuất Đường cũng không thể thiếu công đoạn sấy nhằm đạt
độ ẩm cần thiết trước khi bao gói và phân phối đến người tiêu dùng
Được sự phân công và hướng dẫn của thầy cô giáo trong đồ án môn
học này em xin trình bày: “Quy trình công nghệ và thiết kế hệ thống máy
sấy thùng quay dùng để sấy Đường với năng suất 48 tấn sản phẩm/ngày”.
Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
Phần II
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH THỰC HIỆN
1. Khái niệm về sấy
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bốc hơi ẩm ra khỏi vật liệu
rắn hoặc lỏng. Với mục đích giảm bớt khối lượng vật liệu (giảm công chuyên
chở), tăng độ bền vật liệu(như gốm, sứ, gỗ ) và để bảo quản trong một thời
gian dài, nhất là đối với lương thực thực phẩm
Đối với vật liệu lỏng có nồng độ chất khô quá thấp nên cô đặc trước
khi sấy nhằm tách nước sơ bộ. Cũng giống như sấy quá trình cô đặc dùng
nhiệt để làm bay hơi nước nhưng thực hiện ở nhiệt độ sôi còn sấy làm bay
hơi nước ở nhiệt độ bất kỳ
Bản chất của quá trình sấy là quá trình khuyếch tán do chênh lệch độ
ẩm ở bề mặt và trong vật liệu, nói cách khác là do chênh lệch áp suất hơi
riêng phần của ẩm ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Sấy là quá
trình không ổn định, độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian sấy
2. Các phương thức sấy và ưu điểm, nhược điểm
 Có hai phương thức sấy
a. Sấy tự nhiên:

 Nguyên lý của quá trình sấy
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn
rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuyếch tán bên trong và bên ngoài
vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là quá trình nối tiếp,
nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi,
sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu.
Tốc độ sấy chịu ảnh hưởng của:Nhiệt độ,môi trường không khí ẩm
xung quanh nên ta xét 2 mặt của quá trình sấy là mặt tĩnh lực học và mặt
động lực học
- Mặt tĩnh lực học: Tức dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt
lượng ta sẽ tìm được độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật liệu sấy và của tác
nhân sấy để từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và
nhiệt lượng cần cho quá trình sấy
Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
- Mặt động lực học: Tức là nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến
thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình sấy
như: Tính chất cấu trúc, kích thước của vật liệu sấy và các điều kiện thủy
động lực học của tác nhân sấy để từ đó xác định được chế độ sấy,tốc độ sấy
và thời gian sấy thích hợp
3. Giới thiệu về nguyên liệu sấy (Đường):
 Đường saccarose là chất có vị ngọt tự nhiên là loại thực phẩm bổ
dưỡng cung cấp nhiều năng lượng cho cơ thể con người. Đường có thể dùng
trực tiếp hằng ngày hay dùng làm nguyên liệu trong công nghệ sản xuất thực
phẩm:đồ hộp, bánh kẹo, nước giải khát
 Quy trình sản xuất đường:
Nguyên liệu mía
→
xử lý
→
công đoạn ép

+ Khối lượng riêng:1,5879 g/cm
3

+ Nhiệt độ nóng chảy: 186-180
o
c
+ Không tan trong rượu,benzen,dầu hỏa nhưng dễ tan trong
nước độ tan tỉ lệ với nhiệt độ
Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
Độ hòa tan của đường saccarose trong nước:
Nhiệt độ
o
C
Độ hòa tan
saccarose/100g nước
Nhiệt độ
o
C
Độ hòa tan
saccarose/100g nước
0 179.2 60 278.3
10 190.5 70 320.5
20 203.9 80 362.2
30 219.5 90 415.7
40 238.1 100 478.2
50 260.1
Độ nhớt của dung dịch đường tăng khi nồng độ tăng và giảm theo chiều
tăng nhiệt độ như sau:
Nồng độ Độ nhớt, 10
3

H
12
O
6
+ Trong môi trường kiềm dung dịch đường có tính chất axít yếu
nên tác dụng được với chất kiềm mạnh tạo thành saccarose.
+ Trong môi trường kiềm saccarose bị phân hủy thành
lactose,glucose,fructose và các hợp chất đường khác.
Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
+ Ở PH=8-9 đun nóng trong thời gian dài đường saccarose bị
phân hủy thành hợp chất màu vàng và màu nâu tốc độ phân hủy tăng theo độ
PH.
4. Chọn tác nhân sấy(TNS) và thiết bị sấy
A.Chọn tác nhân sấy
- Tác nhân sấy có nhiệm vụ
+ Gia nhiệt cho vật sấy
+ Tải ẩm,mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường
+ Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt
Tùy theo phương pháp sấy TNS có thể thực hiện một hoặc hai trong ba
nhiệm vụ nói trên
 Khi sấy đối lưu TNS làm nhiệm vụ gia nhiệt và tải ẩm
 Khi sấy bức xạ TNS làm nhiệm vụ tải ẩm và bảo vệ vật sấy
 Khi sấy tiếp xúc TNS làm nhiệm vụ tải ẩm
• Cơ chế của quá trình sấy gồm hai giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu
sấy để làm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường
Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng
đến quá trình bốc hơi ẩm từ vật liệu sấy.Để tải ẩm đã bay hơi từ vật sấy vào
môi trường có thể dùng các biện pháp
 Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt
 Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật liệu ra ngoài (ở sấy chân

sấy bằng khói lò, các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng
hoa, sấy bằng dòng điện cao tần
 Dựa vào áp suất làm việc có thiết bị sấy chân không và thiết bị sấy
ở áp suất thường
 Dựa vào phương thức làm việc có sấy liên tục và sấy gián đoạn
 Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy
tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ
 Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục,
sấy thùng quay, sấy phun
 Dựa vào chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy: sấy
cùng chiều, ngược chiều, giao chiều
• Các phương thức sấy
 Sấy gián đoạn: phương thức này cho năng suất thấp, các thao tác
nặng nhọc, cồng kềnh. Thiết bị này thường sử dụng khi năng suất nhỏ,sấy các
loại sản phẩm có hình dạng khác nhau
 Sấy liên tục: Phương thức này cho chất lượng sản phẩm tốt hơn
năng suất cao hơn, thao tác nhẹ nhàng. Thường dùng sấy các sản phẩm có
kích thước gần bằng nhau
Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
Tính chất vật liệu là yếu tố quan trọng quyết định chọn thiết bị và
phương thức sấy
Thiết bị sấy chân không và sấy thăng hoa phức tạp và đắt vì thế nên
dùng khi không thể thực hiện được sấy ở áp suất thường ví như các sản phẩm
dễ nổ, nhả hơi độc hại, sản phẩm dược phẩm hay sản phẩm có chất lượng cao
• Phương án thiết kế máy sấy thùng quay tiến hành theo các bước sau
 Chọn dạng thiết bị sấy
 Chọn nguồn năng lượng và tác nhân sấy
 Chọn chế độ sấy tối ưu
 Tính toán nhiệt cho thiết bị sấy
 Tính và chọn các thiết bị phụ

Do trong quá trình đảo trộn vật liệu bị gãy vụn tạo ra bụi nên trong một
số trường hợp làm giảm phẩm chất của sản phẩm,làm giảm giá trị kinh tế
6. Nguyên tắc làm việc của hệ thống sấy thùng quay
Thiết bị là một thùng hình trụ đặt dốc so với phương nằm ngang từ
1/15 đến 1/50 có hai vành đai khi thùng quay thì trượt trên con lăn tựa
khoảng cách giữa các con lăn tựa náy có thể thay đổi được để thay đổi độ
nghiêng của thùng.Thùng quay được nhờ nhờ vành bánh răng khía gắn vào
thùng vành bánh răng này ăn khớp với bánh răng truyền động để nhận truyền
động của mô tơ qua hộp giảm tốc
Vật liệu ướt vào thùng ở đầu cao được đảo trộn, di chuyển trong thùng
nhờ những cánh đảo. Vận tốc chuyển động của tác nhân sấy trong thùng
khoảng 2-3 m/s còn thùng quay với tốc độ 1-8 vòng/phút. Trong thùng sấy
vật liệu tiếp xúc với TNS thực hiện quá trình truyền nhiệt và chuyển khối làm
bay hơi ẩm. Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu di chuyển theo chiều dài
thùng.Quá trình tính toán làm sao khi hết chiều dài thùng vật liệu đạt độ ẩm
cần thiết và được tháo ra qua cửa tháo liệu . Khí thải được thu hồi qua cyclon
để thu hồi các vâtrj liệu rắn bị dòng khí cuốn theo, phần khí còn lại được quạt
hút ra ngoài.
Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
PHẦN III
TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH CỦA MÁY SẤY
Ơ
1. Thành lập cân bằng vật liệu của máy sấy
Vật liệu cần sấy là đường có thành phần như sau:
- Năng suất tính sản phẩm: G
2
= 48 tấn/ngày = 2000kg/h
- Độ ẩm vật liệu vào máy sấy: W
1
= 4%

−
=
W
= 82.292 (kg/h)
Khối lượng vật liệu vào thùng sấy:
G
1
= W + G
2
W(7.1/127 - Tính toán và TK hệ thống sấy)
G
1
= 82.292 + 2000 = 2082.292 (kg/h)
2. Khối lượng vật liệu khô trước và sau quá trình không thay đổi G
k
100
100
100
100
2
2
1
1
W
G
W
GG
k
−
=

Chọn L = 5.5 D
L =
5.5D =
D
3
= 2.117
D = 1.45 m
Chiều dài thùng sấy
L = 5.5D = 5.5*1.45 8 m
Thời gian sấy
Ta có = (sổ tay QTTBCNHH-tập 2, trang 123)
Trong đó:
+ : khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng
quay, với = 1540.2 (kg/m
3
)
+ W
1,
W
2
: Độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, tính bằng % khối
lượng chung
+ : hệ số chứa đầy, = 0,2
+A : cường độ bay hơi ẩm, A=9(kg ẩm/m
3
h)
= =82.793 (phút)
Số vòng quay của thùng sấy
Ta có: n= ,(Sổ tay QTTBCNHH-tập 2- trang122)
Trong đó :

,L
T
: Đương kính và chiều dài của thùng,m
N=0,13.10
-2
1,45
3
.8.0,063.1,526.1540,2=4,665(Kw)
III. Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng
1. Nhiệt vào
Cần xác định các thông số:
- Lượng không khí khô tiêu hao rieeng1(kg kk khô/kg ẩm)
Theo điề kiện khí hậu Nghệ An ta chọn:
t
0
=23,9
0
C

0
=85%
Ta có: P
bo
=exp{12- }(công thức 2.31/31-tính toán và thiết kế
HTS)
+ áp suất bão hòa tại t
0
=23,9
0
C

:Nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 0
0
C
+ C
h
=1,79.10
3
: nhiệt dung riêng của hơi nước (j/Kg.độ)
I
o
=1.23,9+0,01612.(2493+1,97.23,9)= 64.8707 (KJ/Kgkk
Ta có x
1
=x
0
=0,01612Kg
ẩm
/Kg
I
1
=C
k
.t+x
1
.(r+C
h
.t
1
)
I

0
C
P
b2
=exp(12- }=exp{12-
+Độ ẩm tương đối 2
2
= = = 46,5%
Bảng tổng kết:
t
o
(
0
C) x(kg/kgkkk)
(%)
I(kj/kgkkk)
Trước khi vào calorife
23,9
0
C 0.01612 85 64.8707
Sau khi ra khỏi calorife
82
0
C 0.01612 4.96 124,8168
Sau khi ra khỏi buồng sấy
46
0
C 0.03050 46.5 124,8168
Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
Lượng không khí khô cần làm bay hơi 1kg ẩm:

0
C
và x
1
= 0,01612 kg ẩm/kgkkk và
1
= 4.96%
v
1
=1.0675(m3/kgkk)- tra từ phụ lục V -sách TT-TK hệ thống sấy
Do đó thể tích không khí đi vào máy sấy là:
V
1
= v
1
.L = 6110,324(m
3
/h)
Thể tích khí đi ra khỏi máy sấy là V
2
= v
2
.L (m3/h)
Với v
2
(m
3
/kgkkk) là thể tích không khí ẩm ở t
2
= 46

kkv
= l.I
0
= 69,556.64,8707 = 4512.208(KJ/Kg ẩm)
b, Do calorife sưởi cung cấp
q
s
= l.(I
1
-I
0
) = 69,556.(124,8168-64,8707) = 4169.671(KJ/Kg)
Qs = q
s
.W = 4169,671.82,292 = 343129.232(KJ/h)
c, Do vật liệu sấy
qvls = + C. = 829.545(KJ/Kg)
Trong đó là nhiệt độ của vật liệu khi vào máy sấy bằng nhiệt độ môi
trường là 23,9
0
C
Với Cvl là nhiệt dung riêng của vật liệu đi ra khỏi máy sấy
C
vl
=C
N
.W
2
+ C
khô

Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
Do đó q
vlr
= = = 1172,9012 (KJ/Kgẩm)
Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
c, Do tổn thất ra môi trường xung quanh
1. Tổn thất qua vỏ máy sấy
q
tt
= Trong đó
+F: bề mặt xung quanh của máy sấy
+ t:hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung
quanh
+ w: lượng ẩm bay hơi
+ K; hệ số truyền nhiệt, k = m
2
.h.
0
C
tổng nhiệt trở của thành máy sấy
Gọi 1 là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến bề mặt trong của tương
phòng sấy
1=k(
’
+ ”)

1
’’ là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu tự
nhiên đơn vị W/m
2

’+
1
”) với K là hệ số điều chỉnh
1
’
1
” là hệ số cấp nhiệt từ không khí nóng đến bề mặt trong của tường
máy sấy
Re = 99179,00863
Với trong máy sấy
v=1,81776.10
-5
m
2
/s là độ nhớt động học của không khí
Với chế độ chảy xoáy Re>10
4
thì:
Phương trình chuẩn Nuxen đối với chất khí:
Nu=C
1
R
0,8
Trong đó:
1
phụ thuộc vào tỷ số Re
Ta có: =
Re= 99179.00863
Tra bảng và tính toán được:
1

hệ số cấp nhiệt từ mặt ngoài của máy sấy do đối lưu tự nhiên
hệ số cấp nhiệt độ bức xạ
Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy :
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị
Nguồn công-
thức
Giá trị
1 Nhiệt độ 23.9
2 Hệ số dẫn nhiệt w/m.độ
Bảng I.274,
[2]
0.0263
3 Độ nhớt Ns/m
2
BảngI.274,[2] 1.8296.10
-5
4
Áp suất hơi
bão hòa
P
b
bar 0.029539
Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
5
Khối lượng
riêng
Kg/m
3
Bảng I.24,[2] 1.2101
6 Độ nhớt động V

2
Bề dày của lớp
cách nhiệt
0.001
Bông thủy
tinh
0.05
3
Bề dày của lớp
bảo vệ
0.001 CT3 50
- Đường kính ngoài của thùng sấy:
D
ng
=D+2( + +
=1.45+2(0.008+0.001+0.001)=1.47m
- Chẩn số grashof:[2]
Gr= =
=
- Chuẩn số Nuselt:[1]
Nu= 0,47.Gr
0,25
= 0,47.( )
0,25
= 193,25
- Hệ số cấp nhiệt
2

(W/m
2

2
.K)
Hệ số cấp nhiệt chung
= 3,457+5,048 = 8,505 W/m
2
.độ
Do đó hệ số truyền nhiệt K
K =
= =2,797 (W/m
2
.K)
Tính bề mặt truyền nhiệt F
- Đường kính trung bình vủa máy sấy:
Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị
=
- Bề mặt truyền nhiệt gồm diện tích xung quanh thùng và diện
tích 2 mặt đầu của thùng:
F=
= = 39,907 (m
2
)
Tính hiệu số nhiệt trung bình giữa TNS và môi trường xung quanh
(
hiệu số nhiệt độ của không khí vào
máy sấy và nhiệt độ môi trường.
hiệu số nhiệt độ của không khí ra
khỏi máy sấy và nhiệt độ môi trường.
Do đố tổn thất nhiệt do vỏ máy sấy
2, Tổn thất nhiệt động học
Q

pa
x
1
=1,006+1.842*0,01612=1.0357kj/kg.Kk
C
pk
=1.006KJ/KGKK nhiệt dung riêng của không khí
C
pa
= 1.842 kj/kg kk nhiệt dung riêng của hơi nước
- Lượng chứa ẩm d
2
của tác nhân sau quá trình sấy thực:
Ta có i
2
= 2500+1.842t
2
=2500+2.842*46=2584.732
d
2
=x
1
+ = 0,0285 (kgẩm/kgkkk)
Enthalpy là:
I
2
= C
pk
.t
2