Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY MUỐI TẦNG SÔI NĂNG SUẤT
NHẬP LIỆU 500KG/H
Trình độ đào tạo : ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo: CHÍNH QUY
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HOÁ HỌC
Chuyên ngành: HOÁ DẦU
Khoá học: 2009-2013
Giảng viên hướng dẫn:Th.s Nguyễn Quốc Hải
Sinh viên (nhóm SV) thực hiện: Ngô Thanh Trí
Lê Trí
Vũng Tàu, năm 2012
1
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
LỜI MỞ ĐẦU
Kỹ thuật sấy là một ngành khoa phát triển từ rất lâu đời. Trong n hững năm 70
trở lại đây người ta đã đưa kỹ thuật sấy thnàh công nghệ sản xuất các mặt hàng
nông sản , thực phẩm khô…. Không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm
phong phú thêm các mặt hàng thực phẩm tiện cho người tiêu dùng như sữa bột, cà
phê, chè, các laọi bột, các gia vị khô, cá khô, muối….
Nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm và đường bờ biển kéo dài rất
thuận lợi cho ngành công nghiệp sản xuất muối phát triển. Do tính chất đặc thù
của muối có độ ẩm cao, dễ hút ẩm, nên việc lựa chọn thiết bị sấy đạt năng suất
cao, tiết kiệm năng lượng là hết sức cần thiết.
So với nhiều phương pháp sấy khác, phương pháp sấy tầng sôi luôn là một
trong những phương pháp có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chất lượng như trên
và là một phương pháp mang lại hiệu quả đáng kể.
Nhóm sinh viên chúng em được giao thực hiện đề tài “ Thiế kế hệ thống sấy
4.3 Tính kích thướcthiết bị chính Trang…
4.3.1 Lưới phân phối Trang…
4.3.2 Tính chiều cao lớp sôi vật liệu Trang…
4.3.3 Buồng sấy Trang…
4.4 Bộ phận nhập liệu Trang…
4.5 Bộ phận tháo liệu Trang…
Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
5.1 Calorife Trang…
5.1.1 Hệ số cấp nhiệt phía không khí Trang…
5.1.2 Hệ số cấp nhiệt phía nước Trang…
5.2 Tính Cyclon theo phương pháp chọn Trang…
3
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
5.3 Tính toán quạt Trang…
5.4 Tính đáy nắp thiết bị Trang…
5.4.1 Tính nắp thiết bị Trang…
5.4.2 Đáy thiết bị Trang…
5.4.3 Chọn bích Trang…
5.4.4 Tai đỡ Trang…
Chương 6 : Kết luận và phương hướng phát triển
Tài liệu tham khảo: Trang…
4
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Chương 1: TỔNG QUAN NGUYÊN VẬT LIỆU
VÀ QUÁ TRÌNH SẤY
1.1 Sơ lược về muối ănHình 1.1. Muối ăn
2
• NaOH dùng làm điều chế xà phòng, công nghiệp giấy. H
2
làm nhiên liệu,
bơ nhân tạo, sản xuất axit. Cl
2
sản xuất chất dẻo, chất diệt trùng và sản xuất
HCl
• NaCl ( điện phân nóng chảy ) -> Na + 1/2Cl
2
• Na điều chế hợp kim, chất trao đổi nhiệt
• 2NaOH + Cl
2
-> NaCl + NaClO + H
2
O
• NaClO là chất sản xuất tẩy rửa, diệt trùng
• NaClO + H
2
O + CO
2
-> NaHCO
3
+ HClO
• NaHCO
3
dùng để sản xuất thủy tinh, xà phòng, chất tẩy rửa tổng hợp
1.2 Sơ lược về quá trình sấy
1.2.1 Sơ lược về sấy
Trong công nghiệp hoá chất, thực phẩm quá trình tách nước ra khỏi vật liệu
ba nhóm chính:
- Sấy đối lưu;
- Sấy tiếp xúc;
- Sấy bức xạ, chân không hoặc thăng hoa.
Theo kết cấu nhóm thiết bị sấy đối lưu có thể gặp các dạng thiết bị sau:
- Thiết bị sấy buồng: Vật liệu được sấy gián đoạn ở áp suất khí quyển. Vật
liệu được xếp trên những khay hoặc xe đẩy, việc nạp và tháo nhiên liệu
được thực hiện ở ngoài phòng sấy. Nhược điểm của thiết bị loại nàylà thời
gian sấy dài, vật liệu không được đảo trộn dẫn đến sấy không đều, bị mất
nhiệt khi nạp và tháo nhiên liệu, khó kiểm soát được quá trình.
- Thiết bị sấy hầm: làm việc ở áp suất khí quyển và tác nhân sấy là không
khí hay khói lò. Vật liệu được xếp trên các khay đặt trên xe goòng di
chuyển dọc theo chiều dài hầm. Chiều dài hầm có thể lên đến 60m, vận tốc
chuyển động của không khí trong hầm thường từ 2 – 3m/s. Nhựơc điểm của
thiết vị này là sấy không đều do sự phân lớp không khí nóng và lạnh theo
chiều cao cảu hầm. Tuy nhiên, hầm sấy là loại thiết bị sấy dễ sử dụng các
phương thức sấy khác nhau, dòng khí và vật liệu sấy có thể chuyển động
cùng hoặc ngược chiều.
- Thiết bị sấy thùng quay: Đây là loại thiết bị sấy được dùng rộng rãi trong
cômg nghiệp hoá chất và thực phẩm để sấy một số loại hoá chất, phân bón,
ngũ cốc, bột đường… Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển tác nhân sấy có
thể là không khí hoặc khói lò. Vận tốc chuyển động của tác nhân sấy trong
thùng khoảng 2 – 3m/s còn thùng quay với tốc độ 1 – 8 vòng/phút. Ưu
điểm là quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc của vật liệu
và tác nhân sấy. Tuy nhiên, do vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị gãy vụn
tạo ra bụi do đó làm giảm phẩm chất của sản phẩm.
- Thiết bị sấy phun: Đây là thiết bị dùng để sấy các vật liệu lỏng như sữa,
dd đậu nành, gelarin… Dd lỏng được phun thành dạng phun vào trong
phòng sấy. Nhiệt độ dòng tác nhân có thể lên đến 750
o
- Tiêu hao nhiều điện năng để thỏi khí tạo lớp sôi;
- Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều.
Chương 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ
8
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Hình 2.1. Quy trình công nghệ sấy tầng sôi
1: Quạt 4: Thiết bị sấy 7: Cyclon
2: Calorife 5: Bộ phận nhập liệu 8: Quạt đẩy
3: Lưới phân phối khí 6: Cửa tháo liệu
2.2 Nguyên lý hoạt động của máy sấy tầng sôi
Không khí được quạt (1) hút và đẩy vào calorife (2) không khí ở đây
được đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết rồi được thổi vào phần dưới của thiết bị sấy
(4) qua lớp lưới phân phối và lớp vật liệu phía trên lưới phân phối với một vận tốc
rất lớn. Vật liệu ẩm cần sấy sẽ được đưa vào phòng sấy bằng bộ phận nhập liệu (5)
liên tục và định lượng vào thiết bị tầng sôi ở trạng thái lơ lững, những hạt vật liệu
được sấy khô sẽ rơi vào cửa tháo liệu (6). Không khí thải cuốn theo một lượng lớn
bụi lớn được dẫn vào thiết bị tách bụi cyclone (7), khí thải được đẩy ra ngoài qua
quạt hút (8).
Phương thức trao đổi nhiệt theo phương thức đối lưu.
Chương 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NHIỆT
LƯỢNG
9
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Theo đề bài thiết kế ta có:
- Năng suất nhập liệu: G
1
=0,14kg/s
- Đường kính của hạt: d=0,1mm ÷ 0,5mm
- Nhiệt độ của vật liệu trước khi vào sấy:
m
= 22,6
kJ/kg.
- Chất đốt cung cấp cho buồng sấy khối lò đốt khí thiên nhiên.
* Chọn kết cấu và điều kiện làm việc của thiết bị:
Các yếu tố liên quan đến việc chọn kết cấu gồm:
- Trạng thái vật liệu : dạng rời
- Vật liệu chịu được nhiệt độ cao
- Chủ yếu tách ẩm bề mặt
- Chọn lưới phân phối có đường kính lỗ : d
0
= 2mm
- Cho phép sự phân phối không đồng đều của hàm ẩm vật liệu sau sấy (vì trong
bảo quản độ ẩm hạt vật liệu tự cân bằng)
- Để bảo đảm chế độ động thuỷ lực tốt nên chọn thiết bị có tiết diện tròn. Chiều
cao của lớp tầng sôi trong thiết bị lấy hơn 4 lần so với chiều cao vùng tác động của
dòng tia ( tức vùng thuỷ động ổn định)
Chiều cao dòng tia : h
t
= 20.d
0
= 20.2 = 40 mm
Chiều cao lớp tầng sôi : h = 4.h
t
= 4.40 = 160 mm
3.1. Tiêu hao không khí
Tiêu hao riêng không khí lý thuyết tiêu hao cho quá trình sấy tiêu hao cho 1 kg
nguyên liệu.
- Đối với nguyên liệu là khí:
∑
2
.
10
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Khi đó:
15,17)1,0
62.12
4
6
2
85,0
412
4
4
1
025,0.284,001,0.0179,0.(38,1
0
=⋅
+
+
+⋅
+
+
++=L
kg/kg
Khí Phản ứng Hiệu ứng nhiệt phản ứng
kJ/m
3
H
2
2
+ 2,5O
2
= 2CO
2
+ H
2
O 58052
C
2
H
4
C
2
H
4
+ 3O
2
= 2CO
2
+ 2H
2
O 59108
C
2
H
6
C
2
H
10
+ 6,5O
2
= 4CO
2
+ 5H
2
O 118736
H
2
S H
2
S + 1,5O
2
= SO
2
+ H
2
O 23401
- Lượng nhiệt tỏa ra Q
v
, khi đốt cháy 1m
3
khí:
Q
v
= 0,85.35741 + 0,1.63797 + 0,025.10810 + 0,01.12680
= 37156,6 kJ/m
3
- Mật độ của nhiên liệu khí ρ
ρ
kg/m
3
- Lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu
11
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Q =
kgkJ
Q
T
v
/74,53262
7096,0
6,37156
==
ρ
(X.3) trang 263 [15]
- Phương trình cân bằng vật chất
∑
⋅
+
+=+
Γ nmc
HC
nm
n
LL
12
9
c.г
= 200
o
C => i
c.г
= C
c.г
. t
c.г
= 1,004.200 = 200,8 kJ/kg
Không khí có trạng thái xác định bởi t
0
= 25
o
C
φ
0
= 85%
Lượng chứa ẩm x
0
= 0,016 kg ẩm/kg kkk
=> I
0
= 64,79 kJ/kg kkk
Trong đó : i
p
= r
0
+ C
p
−−+
=
Γ
Γ
∑ ∑
η
α
- Tính hàm lượng sau khi cháy tạo ra hơi:
77,0
)25273(722,0.4,22
273.16.85,0
4
=
+
=CH
17,0
)25273(722,0.4,22
273.30.1,0
62
=
+
=HC
0028,0
)25273(722,0.4,22
273.2.025,0
2
=
+
=H
- Lượng ẩm thoát ra khi cháy 1kg nhiên liệu:
)]79,64016,0).200.842,12500(200.004,1[(15,17
064,2).200.842,12500()064,21.(8,20025.006,174,52362
=
−++
+−−++
=
α
- Công thức tính khối lượng riêng của khói lò (khô) khi cháy 1kg nhiên liệu và
khi pha loãng khói lò bằng không khí đến nhiệt độ 200
o
C là:
G
c.г
= 1 + αL
0
-
∑
⋅
+
nm
HC
nm
n
12
9
(X.8) trang 264 [15]
G
c.г
= 1 + 13,99.17,15 – 2,064 = 238,86 kg/kg
9,5
.
==
Γc
p
G
G
kg ẩm/kg kkk
=> I
1
=
86,238
79,64.15,17.99,1325.006,195,0.74,52362
Lx
.
00
++
=
++
Γc
TT
G
tCQ
αη
= 273,44 kJ/kg kkk (X.9) tang 264 [15]
Vì hệ số α lớn cho nên tính chất vật lý hỗn hợp khí dùng làm tác nhân sấy thực
tếkhông khác so với tính chất vật lý của không khí cho nên ta có thể sử dụng
trạngthái không khí ẩm trong tính toán (tức là đồ thị I – x có thể dùng cho quá
trình tính toán).
tính toán).
−
=
−−
GGW
(X.10) trang 264 [15]
=>W=0,14 .
=
−
−
5100
5,05
0.006kg ẩm/s
Lượng ẩm bốc hơi trong một 1h
G
2
= G
1
– W = 500 – 21,6 = 478,4 kg/h
Lượng vật liệu khô tuyệt đối được sấy trong 1h
G
k
= G
2
.( 1 -
2
) = 478,4.( 1- 0,005) = 478,16 kg/h.
Theo giả thiết ban đầu nhiệt độ ra t
2
= 80
0
m
: lượng nhiệt đưa thêm vào máy sấy kJ/kg ẩm , q
m
= 0
q
T
: tiêu hao nhiệt cho máy sấy cùng với phương tiện vận hành q
T
=0
q
M
: tiêu hao nhiệt cho máy sấy của vật liệu sấy q
M
=
W
) -(cG
12MK
θθ
c
M
: vật liệu khói lò kJ/kg
o
K, c
M
= 0,8 kJ/kg
o
K
q
p
: mất mát nhiệt khi sấy, q
xx
II
−∆+=
−
−
(X.12) trang 264 [15]
14
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Giả sử x = 0,1 kg ẩm/kg kkk, khi đó:
I = 273,44 – 745,16(0,1-0,025) = 217,553 kJ/kgkkk
Dựa vào đồ thị I – x cùng với các trị số x
1
, I
1
hay x, I cùng với nhiệt độ ra khỏi
máy sấy t
2
= 80
o
C khi đó từ đồ thị I – x ta được:
x
2
= 0,085 kg ẩm/kg kkk
I
2
= 236 kJ/kgkkk
- Tiêu hao của khí khô L
c.г
:
L
/09,0
)016,0085,0(
006,0
02
=
−
=
−
(X.14) trang 165 [15]
- Tiêu hao nhiệt cho quá trình sấy Q
c
:
Q
c
= L
c.г
(I
1
– I
0
) = 0,1(273,44– 64,79) = 20,86 kJ/s (X.15) trang165[15]
=>
3477
006,0
86,20
===
W
Q
q
c
tb
= 140
o
C
Hàm ẩm trung bình trong máy sấy
0505,0
2
)085,0016,0(
2
20
=
+
=
+
=⇒
xx
x
tb
kg ẩm/kh kkk
4.1.Tính vận tốc toàn bộ máy sấy
Chuẩn số Arsimet:
16
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
2
26
34
2
3
10.53,3
84,0.)10.8,27(
-4
=> Tốc độ tới hạn của lớp giả lỏng:
sm
gLy
v
k
gh
th
/036,0
84,0
1500.81.9.10.8.27.10
3
64
3
===
−−
ρ
ργ
Vì quá trình sấy diễn ra trong giai đoạn đẳng tốc nên cường độ càng cao khi
tốc độ tác nhân càng lớn, do vậy giá trị làm việc của chuẩn số Ly được chọn
khi độ xốp của lớp tầng sôi là ε = 0,75
Với ε = 0,75, ta tìm được Ly = 3,4.10
-1
Hệ số giả lỏng của muối trong tầng sôi:
15
10
34,0
3
t
vv
l
m/s
Nếu diện tích tiết diện lỗ trên lưới lấy 10% của mặt lưới thí tốc độ tác nhân qua
lỗ : v
0
= 10 . 0,72 = 7,2 m/s
Khả năng lôi cuốn đối với hạt bé nhất 0,1 mm
22
84,0.)10.8,27(
81,9).84,01500.()10(
.
) (
26
34
2
3
=
−
=
−
=⇒
−
−
kk
kvltd
gd
Ar
ργ
.
Re
6
4
===
−
−
k
k
dv
γε
Chuẩn số Fedorov:
1,0
84,0.10.8,27.3
81,9).84,01500.(4
.10
3
) (4
3
6
4
3
2
=
−
=
−
⋅=
−
−
KhmKj
d
Nu
K
k
/6,0
10.
125,0.10.6
8,0
.
02
4
4
=⋅==
−
−
λ
α
Với K là hệ dố hiệu chỉnh
Tốc độ sấy đẳng tốc:
N = J
m
.f
Trong đó: J
m
: cường độ bay hơi của dòng ẩm
f : diện tích bề mặt
Ta có:
hmkg
r
.f = 0,02.1,31 = 0,03 h
-1
Nhưng thực tế diện tích bề mặt tự do trao đổi ẩm chỉ khoảng 50 ÷ 60% nên tốc độ
sấy đẳng tốc thực tế là:
N = 0,03.0,5 = 0,15h
-1
Thời gian sấy đẳng tốc:
ph
N
WW
k
960
49,3
0275,005,0
1
1
=⋅
−
=
−
=
τ
Thời gian sấy giảm tốc:
ph
W
W
N
W
kk
1860
k
==
ρ
Đường kính tương đương:
m
S
D 7,0
785,0
3,0
785,0
1
===
Đường kính buồng phân ly phải lớn hơn đường kính vùng tầng sôi để đảm bảoviệc
phân ly tốt hơn. Khả năng phân ly phụ thuộc nhiều vào đường kính buồng phân ly.
sm
S
WG
v
k
p
/9,0
273.29,0.84,0
)80273).(006,013,0(
.
1
=
++
=
+
=
785,0
8,0
785,0
==
Ta có ký hiệu thông số:
S diện tích lưới m
2
F
c
là tỉ lệ diện tích tươi của lưới phân bố chọn trong khoảng 0,02÷1, nên
chọn F
c
= 0,05
N là số lỗ lưới
D
0
đường kính lỗ lưối chọn d
0
= 2 mm
Công thức tính lỗ lưới:
796
002,0.14,3
05,0.05,0.4
.
4
22
0
1
===
d
2
Chiều dày lưới tính theo công thức:
C
PK
D
+⋅=
ψσ
δ
].[
.
1
Với ψ: Hệ số hàm yếu do lưới có đục lỗ = 0,28
K= 0,187 : hệ số cấu tạo ( lắp bằng bulông)
[σ] = 140.10
6
N/m
2
D = 1m
C: hệ số bổ sung do tính toán và độ mài mòn.
20
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
CmmC
+=+⋅=
8,1
28,0.10.140
744.187,0
1
6
1
δ
: hệ số cấp khối (m/s)
x
*
: là hàm ẩm của vật liệu
ε: độ xốp của lớp sôi
h: chiều cao của lớp sôi
D: hệ số khuyếch tán của khí trong hơi nước
D
20
= 21,9.10
-6
(m
2
/s)
Pr: chuẩn số Praut
Chiều cao lớp vật liệu
Chuẩn số Renold:
9,1
10.7,23
84,0.10.54,0
Re
6
4
===⇒
−
−
kk
ttkktd
vd
µ
⋅
−
=
−
−
tdkktt
y
dv
xx
xx
)1.(6
.
exp
0
*
2
*
ε
ρ
β
(2)
Tra giản đồ I-x với φ =100% ta được x
*
= 0,1 kg ẩm/kg kkk; x
2
= 0,085 kg ẩm/kg
kkk; x
0
= 0,016 kg ẩm/kg kkk.
21
kk
.
ρ
µ
Với
5
2
3
6
20
0
0
10.79,3
273
140273
10.9,21
−−
=
+
=⋅
+
= D
T
tT
0,179 =
⋅
−
⋅
−
−
h
3
10
)85,01.(6
84,0.2,4
31,0
exp
⇒
0,179 = e
(-79.h)
⇒
ln 0,179 = -79.h
⇒
h = 0,02m
Chiều cao làm việc của lớp sôi H
Ta có H = 4. H
ct
c
k
d
k
pl
v
v
F
Fr
D
H
⋅⋅⋅=
µ
Trong đó:
Fr: chuẩn số Frude, Fr=
33,34
10.81,9
4,3
.
3
==
−
dg
v
k
Tỷ số tiết diện chảy và lưới:
2
1
01,0 mF
F
+≈+=
−
7
6
10.
10.140.1.14,3
278,37
δ
= 10
-4
mm
C hệ số bổ sung = 1 mm
=>
1=
BS
δ
mm
Điều kiện ổn định
23
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Ta có
EK
P
c
BS
π
δ
≥
Trong đó: E = 19,6.10
10.6,19.118,0.14,3
56,745
4
==
π
4.4. Bộ phận nhập liệu:
Chọn bộ phận nhập liệu dạng vít xoắn, vít xoắn đặt nằ ngang
Năng suất của vít tải được tính theo công thức:
Q
vít
= 47. D
2
. N. s. ρ. Ø. C kg/h
Năng suất của vít tải
Q
vít
= G + W = 0,13 + 0,0066 = 0,1366 kg/s
Trong đó:
D: đường kính ngoài của cánh vít, m
N: số vòng quay của trục vít, v/ph. Số vòng quay lớn nhất của trục vít
có thể xác định theo công thức thực nghiệm :
D
A
n =
v/ph
A: hệ số thục nghiệm, chọn A = 50
S: bước vít, s = ( 0,5÷1,5)D, chọn s = D, m
C: hệ số tính tới việc giảm năng suất khi vít đặt tải nghiêng
Trong trường hợp do vít tải nẳm ngang nên C = 1 mm
0
: hệ số trở lực, với muối C
0
= 1,5
l
vít
: chiều dài vít tải, l
vít
= 2 m
hiệu suất 0,95
4.5. Bộ phân tháo liệu
Ở đâu ta chọn bộ phận tháo liệu là một ống hình tròn, đường kính là 10 mm. Muối
khi đạt đến độ jhô cần thiết sẽ nổi lên trên và tự động được đưa ra ngoài theo ống
tháo liệu này. Sở dĩ muối có thể tự động ra ngoài là do tính chất đặc biệt của lớp
hạt ở trạng thái tầng sôi, lúc này lớp hạt giống như là một khối chất lỏng và có thể
thự chảy ra ngoài.
Khi lắp ráp bộ phận tháo liệu cấn chú ý:
- Ống tháo liệu được lắp nằm nghiêng để đảm bảo muối có thể tự chảy.
- Độ cao của ống có thể điều chỉnh được để thay đổi khi chạy thử.
Chương 5: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
5.1. Calorife
25
Copyright: Tài liệu đại học ©