Đồ án môn học: Quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS.Lê Nguyên Đương
Mục lục
Mục lục 1
Lời mở đầu 2
Phần I: Tổng quan 4
1.1. Giới thiệu về sản phẩm sấy 4
1.2. Giới thiệu về phương pháp sấy 5
1.3. Giới thiệu về hệ thống sấy thùng quay 8
Phần II: Tính toán công nghệ sấy đường 10
2.1. Tính cân bằng vật liệu 10
2.2. Tính thời gian sấy 11
2.3. Tính kích thước và các thông số của thùng sấy 11
2.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 12
2.5. Tính toán quá trình sấy 16
2.5.1. Tính tổn thất nhiệt 16
2.5.2. Tính toán quá trình sấy thực 24
2.5.3. Tính cân bằng nhiệt 26
Phần III: Tính toán thiết bị phụ 28
3.1. Caloripher 28
3.2. Tính trợ lực và chọn quạt 30
3.3. Tính công suất của động cơ quay 34
Lời kết 35
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh– 20113071 Lớp KTTP1 – K56
1
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Tài liệu tham khảo 36
LỜI MỞ ĐẦU
Đường saccarose là chất có vị ngọt tự nhiên, là loại thực phẩm bổ
dưỡng, cung cấp nhiều năng lượng cho con người, một sản phẩm của công
nghiệp thực phẩm.Đường có thể dùng trực tiếp hoặc có thể dùng làm nguyên
liệu cho các ngành công nghệ sản xuất thực phẩm như: công nghệ sản xuất đồ

Nguyễn Thị Lĩnh
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 3
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Phần I
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về sản phầm sấy
Đường saccarose có công thức phân tử là C
12
H
22
O
11
, cấu tạo từ 2 đường
đơn là Glucose và Fructose, trọng lượng phân tử là 342,3 đvC. Tinh thể
saccarose trong suốt không màu, không mùi, có vị ngọt; khối lượng riêng:
1,5879 g/cm
3
. Nhiệt độ nóng chảy: 180 – 186
0
C; dễ tan trong nước với độ hòa
tan khá cao, tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Ở trạng thái kết tinh, đường saccarose
không hút ẩm, độ hút ẩm của nó phụ thuộc vào tạp chất lẫn trong tinh thể
đường, độ tạp chất càng lớn thì khả năng hút ẩm càng cao.
Đường saccarose không có tính khử. Trong môi trường axit hoặc kiềm
mạnh, saccarose bị thủy phân tạo thành glucose và fructose.Trong môi trường
kiềm, dung dịch đường có tính axít yếu nên dễ tác dụng với các chất kiềm tạo
thành saccarate.Phản ứng kiềm áp dụng trong sản xuất đường là phản ứng
vôi.Mono và disaccarate dễ bị phân hủy, trisaccarate khó bị phân hủy. Đặc
tính này được ứng dụng để lấy đường saccarose ra khỏi mật củ cải. Dưới tác
dụng của nhiệt độ cao (160

liệu (Mía)
Ép
Làm trong
nước mía
Lọc nước
mía
Cô
đặc
Nấu
đường
Trợ tinh
Ly tâm
Sấy
đường
Thành
phẩm
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
• Sấy tự nhiên: là phương pháp sử dụng trực tiếp năng lượng tự nhiên
như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, để làm bay hơi nước. Phương
pháp này đơn giản, không tốn năng lượng, rẻ tiền tuy nhiên không điều chỉnh
được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp, phụ thuộc vào thời
tiết, cần diện tích bề mặt lớn, điều kiện vệ sinh kém, Do đó phương pháp
này được áp dụng cho sản xuất quy mô lẻ, hộ gia đình.
• Sấy nhân tạo: là phương pháp sấy sử dụng các nguồn năng lượng do
con người tạo ra, thường được tiến hành trong các thiết bị sấy, cung cấp nhiệt
cho các vật liệu ẩm.
Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà
trong kỹ thuật sấy có thể chia làm các dạng:
- Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy
với không khí nóng, khói lò, (gọi là tác nhân sấy). Thiết bị sấy đối

hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. Do vậy cần nghiên cứu tính chất và
thông số cơ bản của quá trình sấy.
1.2.2. Tác nhân sấy.
Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật
liệu sấy. Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm
thoát ra từ vật liệu sấy. Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương
đối trong buồng sấy được tăng lên đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân
bằng giữa vật liệu sấy và môi trường trong buồng sấy, quá trình thoát ẩm của
vật liệu sấy sẽ ngừng lại.
Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy:
- Gia nhiệt cho vật liệu sấy.
- Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường.
- Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 7
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện một hay
nhiều trong các nhiệm vụ trên.
Các loại tác nhân sấy:
• Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất, có thể dùng
cho hầu hết các loại sản phẩm. Dùng không khí ẩm có nhiều ưu điểm: không
khí có sẵn trong tự nhiên, không độc, không làm sản phẩm sau khi sấy ô
nhiễm và thay đổi mùi vị. Tuy nhiên, dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy
cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí (caloripher khí – hơi hay khí – khói),
nhiệt độ sấy không quá cao. Thường nhỏ hơn 500
0
C vì nếu nhiệt độ cao quá
thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ với
chi phí đắt.
• Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ
sấy lên 1000

 Chọn thiết bị, tác nhân và phương án sấy:
- Chọn thiết bị sấy: Căn cứ vào ưu, nhược điểm của các loại thiết
bị sấy và đặc điểm của vật liệu sấy ở đây là đường ta chọn thiết bị sấy là hệ
thống sấy thùng quay. Hệ thống thùng quay là hệ thống sấy chuyên dùng để
sấy các vật liệu dạng hạt, cục nhỏ. Loại thiết bị này được dùng rộng rãi trong
công nghệ sau: thu hoạch để sấy các vật liệu ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ.
- Chọn tác nhân sấy: Đường là sản phẩm thực phẩm có thể dùng
để ăn trực tiếp hoặc dùng làm nguyên liệu chế biến sản xuất các sản phẩm
thực phẩm, dược phẩm khác vì vậy yêu cầu quá trình sấy phải sạch, không bị
ô nhiễm, bám bụi. Mặt khác, sấy đường không sấy ở nhiệt độ cao. Do đó ta
chọn tác nhân sấy là không khí nóng.
- Chọn phương án sấy: Đường được sấy liên tục với tác nhân là
không khí nóng. Vật liệu và tác nhân sấy đi cùng một chiều. Sau khi sấy,
đường được tháo ra qua cửa tháo sản phẩm, còn tác nhân sấy sẽ đi qua đi qua
xyclon thu hồi bụi đường và thải khí ra ngoài môi trường.
1.3. Giới thiệu về hệ thống sấy thùng quay .
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 9
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ
tròn được đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một khoảng 1 – 5 độ. Có
2 vành đai trượt trên các con lăn đỡ khi thùng quay. Khoảng cách giữa các
con lăn có thể điều chỉnh được để thay đổi góc nghiêng của thùng. Thùng
quay với tốc độ 0,5 – 8 vòng/phút nhờ một động cơ điện thông qua hộp giảm
tốc. Bên trong thùng có lắp các cánh đảo để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu
suất đạt cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm.
Hệ thống sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển. Tác nhân sấy
có thể là không khí sạch hay khí lò. Tác nhân sấy và vật liệu có thể chuyển
động cùng chiều hoặc ngược chiều. Vận tốc của tác nhân sấy đi trong thùng
không quá 3m/s để tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.
Vật liệu ướt qua phễu nạp liệu rồi vào thùng sấy ở đầu cao. Thân

= 2%
• Độ ẩm vật liệu sau khi sấy: W
2
= 0,2%
• Nhiệt độ của vật liệu trước khi vào thiết bị sấy: t
v1
= 25
• Nhiệt độ của vật liệu sau khi ra khỏi thiết bị sấy: t
v2
= 35
• Nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào thiết bị sấy: t
1
= 100
• Nhiệt độ của tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy: t
2
= 40
• Cường độ bốc hơi ẩm: A = 9kg/m
3
h
Năng suất: G2 =1000 kg/h
2.1. Tính cân bằng vật liệu.
Lượng ẩm bốc hơi trong 1h của vật liệu sấy:
W = G
2
, kg/h ( Công thức VII.18 – trang 102 –
Trong đó;
W: Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ của vật liệu sấy,(kg/h)
W
1
: Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy,(%)

, phút (Công thức VII.53 – trang 123 [2])
Trong đó:
β
: Hệ số điền đầy, chọn β = 0.1
ρ: Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong
thùng quay

ρ
= 1587,9 kg/m
3
.
A: Cường độ bốc ẩm hơi, chọn A = 9 kg/m
3
h ( theo bảng 10.1 –
trang 207 - [1])
W
1
, w
2
: Độ ẩm ban đầu và cuối của vật liệu, [%]
Vậy: = 19,27 (phút)
2.3 Tính kích thước và các thông số của thùng sấy.
Thể tích của thùng sấy(V):
Từ công thức: A = (Công thức 10.2 – trang 207 - )
Trong đó:
A: Cường đọ bốc ẩm bay hơi, (kg/m
3
h)
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 13
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương


2.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết.
Nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép:
t
h
= 20 -10.lg + (Công thức 10.9 – trang 210 - [1] )
Trong đó:

W
tb
: Độ ẩm trung bình của vật liệu sấy trước và sau khi sấy, (%)
w
tb
= = = 1,1 (%)
Vậy: = 20 – 10.lg19,27 + = 69,5 (
Quá trình sấy lý thuyết không có hồi lưu được biểu diễn trên đồ thị I – d (hình
vẽ)
Hình 1.1: Đồ thị quá trình sấy lý thuyết không có hồi lưu
+ Điểm A(t
0
,φ
0
) là trạng thái không khí bên ngoài.
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 15
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
+ Điểm B(t
1
,φ
1
) là trạng thái không khí vào buồng sấy.

0
= 1,004.t
0
+ d
0
.(2500 + 1,842.t0 ) (Công thức 2.25 – trang 29 - [1 )
=1,004.25 + 0,0172.(2500 + 1,842.25) = 68,892 (kJ/kg kk)
• Tính toán trạng không khí vào thùng sấy:
Không khí được đưa vào thùng sấy được qua caloripher để đốt nóng
không tăng ẩm đến nhiệt độ t
1
= 100 , lượng chứa ẩm d
1
= d
0
=0,0172 kg ẩm/
kg kk.
Áp suất bão hòa ưng với t
1
= 100 :
P
b1
= exp =exp = 0,9987 bar
Độ ẩm tương đối :
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 16
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
= .100% = 2,68(%)
1
:
I

= 40 :
P
b2
= exp = exp
= 0,0732 bar.
Độ ẩm tương đối của không khí sau quá trình sấy lý thuyết d
20
:
20
= = = 89,60(%)
- Lượng ẩm mà không khí nhận từ vật liệu:
G
bc0
=d
20
– d
1
= 0,0439 – 0,0172 = 0,0267(kg ẩm/kg kk)
Ta có bảng thông số của quá trình sấy:
Không khí trước khi đi
qua caloripher
Không khí sau khi đi qua
caloripher
Không khí sau khi sấy
t
0
= 25
0
C t
1

0
để bốc hơi 1kg ẩm là:
l
0
= = = 37,453 (kg kk/kg ẩm)
Vậy lượng tác nhân sấy vào caloripher la:
L
0
= l
0
.W = 37,453. 18,37 = 688,012 (kg kk/h)
Theo phụ lục 5 (Trang 349 – [1]), thể tích không khí ẩm chứa 1kg không
khí khô trước và sau qua trình sấy là: v
1
=1,105 m
3
/kg kk , v
2
=0,969m
3
/kg
kk ,do đó :
- Lượng thể tích của tác nhân sấy trước quá trình sấy lý thuyết V
1
:
V
1
= v
1
.L

/s)

• Nhiệt lượng tiêu hao lý thuyết :
q
0
= l
0
(I
1
- I
0
)= 37,453(146,568 – 68,892) = 2909,199(kJ/kg ẩm)
Q
0
= q
0
.W = 2909,199.18,37 = 53441,986 (kJ/h) = 14,84 (kW)
2.5. Tính toán nhiệt quá trình sấy.
2.5.1. Tổn thất nhiệt
2.5.1.1 Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi.
- Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm w
2
= 0,2% là:
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 18
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
C
v
= C
vk
.(1 – w

C
v
: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở độ ẩm w2 ,(kJ/kg độ)
t
v1
,t
v2
:Nhiệt độ của vật liệu sấy trước và sau khi sấy,
Vậy: q
v
= = 792,324 (kJ/kg ẩm)
2.5.1.2. Tổn thất nhiệt do môi trường.
Để tính được tổn thất nhiệt do môi trường ta phải giả thiết tốc độ sấy
của tác nhân sấy la w(m/s).Sau khi tính toán xong lượng tác nhân quá trình
sấy thực ta sẽ kiểm tra lại giả thiết này.
Cơ sở để giả thiết tốc độ tác nhân sấy trong thiết bị sấy thực tế là tốc
độ sấy lý thuyết w
0
(m/s).Tốc độ này chính là tỉ số giưa lưu lượng thể tích
trung bình V
tb0
và Chọn β = 0,1 do đó tiết diện tư do của thùng sấy có thể tính
gần đúng bằng :
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 19
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
F
td
= (1 –β)F
ts
= (1 – β) = (1 – β). = (1 – 0,1). = 0,408(m

Thép CT
3
δ
1
5mm
2 Lớp bảo ôn Bông thủy
tinh
δ
2
50mm
3 Lớp bảo vệ Thép CT
3
δ
3
1mm
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 20
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Hình 1.2: Đồ thị quá trình truyền nhiệt
Các quá trình truyền nhiệt xảy ra:
• Quá trình cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị sấy.
• Quá trình dẫn nhiệt từ thành trong ra thành ngoài thiết bị.
• Quá trình cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị đến không khí
Lớp thép bọc bên ngoài lớp cách nhiệt với bề dày 1mm có tác dụng
chủ yếu là để bảo vệ,tổn thất nhiệt quá lớp này la không đáng kể nên khi tính
toán có thể bỏ qua.
Hệ số truyền nhiệt từ tác nhân sấy ra ngoài môi trường xung quanh K
được tính theo công thức:
K= W/m
2
. Độ

– t
w1
) , W/m
2
Với t
w1
: là nhiệt độ thành trong của thiết bị sấy.
α
1
được xác định bằng công thức sau:
α
1
= k.( α
1
’
+ α
1
”
), W/m
2
.độ (Công thức 8.47 -[ 4])
Trong đó:
k: hệ số tính tới độ nhám, theo [3] , k= 1,2 – 1,3 , chọn k = 1,2
α
1
’
: Hệ cấp nhiệt từ vật liệu sấy đến thành trong thiết bị sấy do đối lưu
cưỡng bức, phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí,(W/m
2
.độ).

4

Vì Re > 10 nên ta chọn dòng khí trong thiết bị chuyển động chảy xoáy.
• Tính chuẩn số nusselt:
Nu = 0,018.Re
0,8
.ε
1
( Công thức V.42 – trang 17 –[2])
Trong đó: Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số giữa chiều dài và
đường kính thùng sấy.
Ta có tỉ số L/D = 6 →ε
1
= 1,27 ( Tra bảng V.2 – trang 16 – [2] )
→ Nu = 0,018.(3,037.10
4
)
0.8
.1,27

= 101,10
Mà: Nu =
Trong đó:
D
t
: Đường kính thùng sấy ,(m).
ƛ: Hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy, (W/m
2
.độ)
Ở 70℃ , ƛ = 2,96.10

Giả sử nhiệt độ mặt trong của thùng sấy la t
w1
= 65℃
→ ∆t =t
f1
– t
w1
= 70 – 65 = 5℃
Nhiệt độ trung bình giữa tác nhân va bề mặt trong của thùng sấy là :
t
tb1
= = = 67,5 (℃)
Tra phụ lục 6 (trang 350 - [1] ), tại 67,5℃ có :
ϑ = 19,76.10
-6
m/s
ƛ = 2,95.10
-2
W/mK
Thay số: Gr = = 16,08.10
7
• Tính chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,47.Gr
0,25
(công thức 8.48 - [4] )
SVTH: Nguyễn Thị Lĩnh -20113071 Lớp: KTTP 1 – K56 Page 24
Đồ án môn học: quá trình và thiết bị GVHD: PGS.TS Lê Nguyên Đương
Nu = 0,47.(16,08.10
7
)

b) Quá trình cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị đến không khí.
Xác định α
2
bằng công thức sau:
α
2
= α
2
’
+ α
2
”
, W/m
2
.độ (Công thức 8.50 -[4])
Trong đó:
α
2
’
: Hệ cấp do đối lưu tự nhiên,(W/m
2
.độ).
α
2
”
: Hệ cấp nhiệt do bức xạ ,(W/m
2
.độ)
• Xác định α
2