LỜI NÓI ĐẦU
Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển mãi từ những năm 50 đến
60 ở các Viện và các trường đại học trên thế giới chủ yếu giải quyết những
vấn đề kỹ thuật sấy các vật liệu cho công nghiệp và nông nghiệp.
Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ nghệ sấy các nông
sản thành những sản phẩm 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, sữa,
bột, cá khô, thịt khô. Đối với nước ta là nước nhiệt đới ẩm, việc nghiên cứu
công nghệ sấy để sấy các nguyên vật liệu có ý nghĩa đặc biệt: kết hợp phơi
sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp
với từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất. Đặc biệt là sấy
cà phê nhân, đó là thành phẩm để chế biến cafe bột, cafe sửa và các loại bánh
kẹo cao cấp ...
Do dặc điểm đường sau khi sấy phải đảm bảo mùi thơm, màu sắc và độ
khô đặc trưng nên có nhiều phương pháp sấy khác nhau như sấy thùng quay,
sấy băng tải …
Trong đồ án này em có nhiệm vụ thiết kế thiết bị sấy thùng quay dùng
để sấy đường với năng suất 10 tấn sản phẩm/mẻ.
Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính
chất đào sâu chuyên ngành. Do kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh
khỏi sai sót trong qúa trình thiết kế. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và
chỉ bảo tận tình của thầy giáo Nguyễn Cao Cường để tôi có thể hoàn thành tốt
đồ án này.

1


Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. Giới thiệu phương pháp và qui trình công nghệ của sản phẩm
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản
xuất và đời sống.Đặc biệt trong nghành công nghệ thực phẩm, chế biến bảo



+ Đầu tư ít vốn (máy móc, nhân công) ít tốn nhiệt năng
+ Bề mặt trao đổi nhiệt lớn
- Nhược điểm của phương pháp:
+ Khó thực hiện cơ giới hóa,không điều chỉnh được nhiệt độ
cần thiết
+ Cường độ sấy không cao,sản phẩm sấy không đồng đều
+ Chiếm diện tích mặt bằng lớn
+ Sản phẩm không đạt vệ sinh do nhiễm bụi,vi sinh vật
+ Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết và thời gian trong ngày
+ Sử dụng nhiều nhân công , tốn thời gian, năng suất thấp
+ Nhiều sản phẩm tạo thành không đạt yêu cầu kỹ thuật
 Sấy nhân tạo:
Thường được tiến hành trong các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt
cho vật liệu ẩm
Với sấy nhân tạo tùy theo từng loại sản phẩm yêu cầu chất lượng mà
có các dạng khác nhau: Sấy đối lưu, sấy tiếp xúc và sấy bằng tia hồng ngoại,
sấy bằng dòng điện cao tần, sấy thăng hoa, sấy tầng sôi....
- Ưu điểm của phương pháp:
+ Khắc phục được những nhược điểm của sấy tự nhiên
+ Kiểm soát được sản phẩm ra vào,nhiệt độ cung cấp
+ Chất lượng sản phẩm theo yêu cầu
+ Tốn ít mặt bằng, nhân công
- Nhược điểm:
+ Tốn chi phí cho đầu tư trang thiết bị, cán bộ kỹ thuật, chi phí
năng lượng.
1.1.3.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

nước mía hỗn hợp. Nước mía hỗn hợp được trung hòa để xử lý cặn bẩn lơ lửng
sau đó gia nhiệt và đem đi cô đặc nhằm tăng nồng độ chất khô giúp cho việc
nấu đường tốt và nhanh hơn. Đường sau khi nấu và trợ tinh đã tạo thành tinh
thể được ly tâm để tách lấy đường cát. Đường cát là sản phẩm mong muốn
trong quá trình sản xuất đường. Sau khi ly tâm đường được sấy đến độ ẩm cần
thiết cho quá trình bảo quản lưu trữ và chất lượng đường được tốt. Sấy xong
sản phẩm được bao gói thành đường thành phẩm đưa vào kho chờ phân phối.
 Tính chất của đường:
- Tính chất vật lý:
+ Là chất rắn kết tinh,không màu, trong suốt, vị ngọt
4


+ Khối lượng riêng:1,5879 g/cm3
+ Nhiệt độ nóng chảy: 186-180oc
+ Không tan trong rượu,benzen,dầu hỏa...nhưng dễ tan trong
nước độ tan tỉ lệ với nhiệt độ
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

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:
Độ nhớt, 103 N.s/m2

Nồng độ
%

20oC

40oC

60oC

700C


70

485.00

114.80

39.80

16.90

- Tính chất hóa học
+ Trong môi trường axít pH
Đối với thiết bị sấy thùng quay tác nhân sấy được sử dụng chủ yếu là
không khí ẩm với ba yếu tố : độ ẩm tương đối của không khí ẩm, nhiệt độ của
không khí trước khi vào thùng quay là t1 và nhiệt độ của khối không khí khi
ra khỏi thùng quay là t2 nhiệt độ tác nhân sấy sau khi ra khỏi thùng sấy t2
được chọn sao cho tổn thất năng lượng là nhỏ nhất.
- Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy
lên 10000C mà không cần thiết bị gia nhiêt tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô
nhiễm gây mùi khói.
- Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm đễ bị
cháy nổ và có khả năng chụi được nhiệt độ cao.
1.3.3.Chế độ sấy:
Chế độ sấy là cách thức tổ chức quá trình truyền nhiệt truyền chất giữa
tác nhân sấy và vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất ,
chất lượng sản phẩm yêu cầu và chi phí vận hành cũng như chi phí năng
lượng là hợp lí.
Một số chế độ sấy thường gặp:
1.3.3.1.Chế độ sấy có đốt nóng trung gian: Chế độ sấy này dùng để sấy
những vât liệu không chụi được nhiệt độ cao .
1.3.3.2.Chế độ sấy hồi lưu một phần: Chế độ này khá tiết kiệm năng
lượng nhưng lại tồn nhiều chi phí đầu tư thiết bị.
1.3.3.3.Chế độ sấy hồi lưu toàn phần: Là chế độ sấy kín tác nhân sấy
được hồi lưu hoàn toàn.Chế độ này dùng để sấy các sản phẩm không chứa
nước mà còn là các loại chứa tinh dầu cần được thu hồi …
1.3.3.4 Chế độ sấy hồi lưu và đốt nóng trung gian:
1.3.4. Thiết bị sấy và chế độ sấy:
Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy rất khác nhau nên có nhiều
kiểu thiết bị sấy khác nhau vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:

7


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
8


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
 Tính toán kinh tế kỹ thuật cho toàn bộ máy sấy
 Chọn thiết bị và tác nhân sấy dùng để sấy đường
Có nhiều phương án để chọn,mỗi phương án đều có ưu và nhược điểm
riêng của nó.
Vấn đề quyết định để chọn cơ cấu thiết bị sấy và tác nhân sấy phụ
thuộc vào nhiệt độ sấy cho phép và thời gian lưu lại cho phép của vật liệu
trong thiết bị sấy.
Vì đường là vật liệu dạng hạt nên chọn thiết bị sấy thùng quay. Do
đường saccarose nóng chảy ở 186-1880c và bị biến chất ở nhiệt độ cao nên
chọn tác nhân sấy là không khí ẩm. Mặt khác ường là sản phẩm có thể sử
dụng trực tiếp hay dùng làm nguyên liệu sản xuất các thực phẩm khác vì thế
ta nên chọn TNS là không khí ẩm để tránh làm nhiễm bẩn, nhiễm độc vào

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 vật liệu rắn bị dòng khí cuốn theo, phần khí còn lại được quạt
hút ra ngoài.

10


CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT LIỆU
2.1. Các thông số ban đầu:
Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy đường với năng suất 10 tấn
sản phẩm /mẻ.
Số liệu ban đầu: Năng suất sấy: 10 tấn/ngày = 2000kg/h.
(Giả sử một ngày làm 5h)
Độ ẩm vật liệu vào máy sấy : w1 = 5%
Độ ẩm vật liệu ra khỏi máy sấy : w2 =1%
Nhiệt độ môi trường: t0 = 250C
0 = 81% = 0.81

Độ ẩm tương đối:

Tác nhân sấy ( TNS ) không khí nóng.
Nhiệt độ TNS vào: t1 =820C
Nhiệt độ TNS ra:
t2 = 460C.
Thiết bị làm việc liên tục.
Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều.

 G2 

100  W2
100

 1980( Kg / h)

11

(Trang 165, [1])


Chương 3. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
3.1. Tính thiết bị chính
3.1.1. Cường độ bốc hơi ẩm của đường (A)
- Cường độ bốc hơi ẩm của đường A = 9 kg/m3.h (trang 207, [3]).
3.1.2. Thể tích thùng sấy (V)
Thể tích thùng sấy:

V=

W
=
A

84, 211
 9,36(m3 )
9

3.1.3. Đường kính thùng và chiều dài thùng sấy

Chiều dài của thùng sấy : L = 5.D = 5.1,3 = 6,5 (m)
Chọn L = 7 m
3.1.4 Thời gian sấy :
120       W1  W2
=
A.   200   W1  W2


  (Trang 123, [2])

Trong đó :
: Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng quay với
 =1587,9 kg/m3
: Hệ số chứa đầy (Chiếm khoảng từ 10-25% thể tích thùng chứa), ta chọn
 = 0,2.
A: Cường độ bay hơi ẩm, A = 9 kg/m3.h (Trang 207, [3])
=

120  0, 2  1587, 9  (5  1)
 87, 31( phút )
9   200  (5  1) 

Vậy thời gian sấy là 87,31 (phút)

12


3.1.5. Số vòng quay của thùng sấy(n)

m k  L

Lượng không khí tiêu hao riêng (I) :
I0 =Ck.t0 + x0(r + Ch.to) (Trang 95, [2]).
Với:
Ck : nhiệt dung riêng của khối không khí, Ck = 1,004 J/kg.độ
Ch : nhiệt dung riêng của hơi nước, Ch = 1,97 J/kg
ro : nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 00C, r0 = 2493 kJ/kg
I0 = t0 + x0(2493 + 1,97to)
Hàm ẩm của không khí ẩm (x): Đó chính là lượng hơi nước chứa trong
1kg không khí khô (kkk) tuyệt đối.

13


x  0,622
=>  =

Pbh
P  Pbh (kg/kg kkk) (Trang 157, [2])
xP

0,622P
 xP
bh
bh

Trong đó:
: Độ ẩm tương đối của không khí.
pbh: áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí
ẩm đã bão hòa hơi nước (N/m2).


235,5  25 



x0  0, 622 

0,81 0, 0315
 0, 01607( kg / kgkkk )
1, 0132  0,81  0, 0315

Nhiệt dung riêng của không khí ẩm:
I0 = t0 + x0(2493 + 1,97.to) = 25 +0,01607( 2493 + 1, 9725) =
65,854 (kJ/kg kkk)
Thể tích riêng của không khí ẩm :
V0 =



288.T0
P  0 . pbh 0

288.(25  273)
 0,8689  m3 / kgkkk 
5
(1,0132  0,81.0,0315).10

3.2.1.2. Trạng thái không khí sau khi ra khỏi calorife (t1 = 820C)
x1 = x0 = 0,01607 (kg/kg kkk)

14

Pbh1 (0, 622  x1 )

=

0,01607.1,0132
= 0,05045 = 5,045%
0,5058  0,622  0,01607)

I1 =t1 + x1(2493 + 1,97t1) = 82 + 0,01607( 2493 + 1,97  82 )
=124,658 (kJ/kg kkk)
3.2.1.3. Trạng thái không khí sau khi ra khỏi buồng sấy (t2 = 460C)
v1 

288(82  273)
288T

 1, 035
(1, 0132  0, 05045.0,5058).105
P  1 . pbh1

(m3/kgkk)
I1 = I2= 124,658 kJ/kg kkk

4026, 42 
4026, 42 


pbh 2  exp 12 
 exp 12 



 0, 4732  47,32%
Pbh 2 .(0, 622  x2 ) 0,0999. 0,622  0,03044)

288.T2
288.(46  273)

 0,951m3 / kgkkk
5
P  2 .Pbh 2 (1, 0132  0, 4732.0, 0999).10
to(0C)

x(kg/kgkkk)

(%)

I(kj/kgkkk)

Trước
khi
vào calorife

250C

0,01607

81

65,854


l

L
1

(kg kkk/kg ẩm bay hơi) (Trang 166, [2])
W x 2  x1

Khi qua calorife sưởi không khí chỉ thay đổi nhiệt độ mà không thay
đổi hàm ẩm, nghĩa là x1 = x0. Do vậy ta có:
l
l

1
1

(kg kkk/kg ẩm bay hơi)
x 2  x1 x 2  x0

1
1

 69,589 (kg kkk/kg ẩm bay hơi)
x 2  x1 0, 03044  0, 01607

Lượng không khí khô tiêu tốn (L) để làm bốc hơi W kg ẩm trong vật liệu:
L

W
 l .W (kg kkk/h) (Trang 166, [2])

47,32

124,658

Trước khi vào
calorife
Sau khi ra khỏi
calorife
Sau khi ra khỏi
calorife

I(kJ/kgkkk)

Bảng 2. Bảng tổng kết cho vật liệu sấy
Đại lượng
G1
G2
Gk
W1
W2
W
l
L

Giá trị
2084,211
2000
1980
5
1

Lưu lượng thể tích trung bình là (Vtb)
Vtb =

(V1  V2 ) 6065, 25  5573, 01
=
= 5819,13 (m3/h)
2
2

= 1,616 (m3/s (Trang 128, [3])
3.2.1.6. Nhiệt do tác nhân sấy mang vào
qkkv = l.I0 = 69,589.65,854 = 4582,714 kJ/kg ẩm
3.2.1.7. Nhiệt do calorife cung cấp
qs =l (I1-I0) =69,589.(124,658-65,854) = 4092,112 kJ/kg
Lượng nhiệt tiêu tốn cho cả quá trình sấy :
Qs = qsW = 4092,112.84,211 = 344600,84 kJ/h
3.2.1.8. Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào:(qvls)
G  Cvl1  tvl1
 Cn tvl1 (Trang 198, [2])
qvls = 1
W

C n t vl1 : Nhiệt lượng riêng của 1kg ẩm trên vật liệu mang vào máy sấy
(nhiệt lượng riêng do nước mang vào).
Cn = 4,18 (kJ/kgđộ) nhiệt dung riêng của nước.

Cvlt vl1: Nhiệt lượng riêng của 1kg ẩm trên vật liệu mang vào máy sấy
(nhiệt lượng riêng do vật liệu mang vào).
Cvl : nhiệt dung riêng của vật liệu đi ra khỏi máy sấy:
Cvl = Cn.W2 + Ckhô(1-w2 ) kJ/kgoK

3.2.2.1. Nhiệt do không khí mang ra
qkkr = l.I2 = 69,589.124.658 = 8674,826 (kJ/kg ẩm)
3.2.2.2. Nhiệt do vật liệu sấy mang ra
tvl2 = t2 – (5 10oC) = 46 – 5 = 41oC

G2 .Cvl .tvl 2
2000.0,4081.41
=
= 397,385 (kJ/kg ẩm)
84, 211
W
3.2.2.3. Do tổn thất ra môi trường xung quanh
Tổn thất qua vỏ máy:
qvlr

=

qtt 

K .F .t
W

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

tổng nhiệt trở của thành máy sấy.

i

1 : Hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy đến bề mặt trong của tường

phòng sấy.
1 = k ( 1 ’+ 1 ”) với 1 ’ là hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến

thành máy sấy do đối lưu tự nhiên (W/m2độ)
1 “: Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành máy sấy do đối lưu

cưỡng bức ( W/m2độ )
k: Hiệu số điều chỉnh. (phụ thuộc vào chế độ chuyển động của khí
và trạng thái bề mặt của thành k= 1,2- 1,3)
Tính 1 ’:
Nhiệt độ trung bình của không khí trong máy sấy:
Ttb = 0,5  (t1+t2) = 0,5  (82+46) =64 0C
Tiết diện tự do của thùng sấy:
Ftd =

2
1   . .D 2 1  0.2  .3.14.1,34  1,128m3
=

4

4

Với  = 0,2 là hệ số chứa đầy.

l: kích thước hình học xác định theo đường kính tương đương.
- Với chế độ xoáy Re > 104 :
Phương trình chuẩn Nuxen đối với chất khí:
19


Nu = 0,018.l.Re0,8 (Trang 168, [2])
Trong đó: l phụ thuộc vào tỷ số
Ta có:

L
và Re
D

L
=5
D

Re = 0,095.106 = 0,95.105
l = 1,153 (tra bảng và tính toán) (Trang 15, [2])
Vậy Nu = 0,018.1,153.(0,95.105)0,8 = 199,196
- Hệ số cấp nhiệt ’1 :

 '1.D
Nu 

=>

 '1 



 2,68 (W/m2.K)
D
1,34

Tính 1”:
Chuẩn số Nuxen là: Nu = 0,47.Gr0,25
Gr 


g .l 3 . .t

2

g .l 3 .(t2  to )
g .l 3 .t

 2
 2t
 o (to  273)

9,81.1, 343.(82  46)
 8, 06.109
5 2
(1,81776.10 ) .(46  273)

20


Vo: Độ nhớt động học. Tra bảng và tính toán Trang 259, [3]

4

Áp suất bão hòa pb

at

5

Khối lượng riêng o

kg/m3

Trang 318, [1] 1,2063

6

Độ nhớt động

m2/s

Trang 318, [1] 1,5211.10-5

o

C

25

0,0323



Giá trị
chọn
(m)

Hệ số
dẫn nhiệt

Vật liệu

(w/mđộ)

0,01

12XH3

36,1

Bề dày các nhiệt của lớp 2

0,1

Bông thuỷ tinh 0,0372

3

0,1

12XH3


 2, 08( w / m 2 K )
Dng
1, 76

Hệ số cấp nhiệt do bức xạ ’’2 :
Hệ số cấp nhiệt do bức xạ 2”:
 T1 4  T2  4 
 T1  4  T2  4 


 
 
 
 
 100  
 100  
 100 
 100 


 2  C0 .
 5, 7. .
(T1  T2 )
(T1  T2 )

Trong đó:
C0 = 5,7 Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối
T1 : Nhiệt độ tuyệt đối của thành máy sấy, oK , T1 = t3
T2 : Nhiệt độ của môi trường, oK , T2 = to
 : Độ đen của bề mặt ngoài của máy sấy.

i 1

2
i 1 i
3



1
 0,151
1
0, 01
0,1
0,1
1




5, 484 36,1 0, 0372 36,1 7,155

Tính bề mặt truyền nhiệt F :
- Đường kính trung bình của máy sấy:

Dtb 

D  Dng
2




tc  t2  t0 =46 - 25 = 21 oC Hiệu số nhiệt độ của không khí ra khỏi máy

sấy và nhiệt độ môi trường
=>

ttb 

t  tm 57  21

 36, 053o C
t
57
ln
ln 
21
tm

Do đó tổn thất nhiệt qua vỏ máy sấy:

qtt 

k.F .t 0,151.37,841.36, 053

 2, 446 (KJ/kgẩm)
w
84, 211

Tổn thất nhiệt động học
qdh = 0,0555.4,19.(T1+T2).(x2-x1)


 = Cn.to-(qvl + qtt + qdh)
= 4,18 25 - (155,08 +2,466 +2,252) = -55,298 (kJ/kg)

24


Xác định các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực
- Nhiệt dung riêng dẫn xuất
Cdx(x1)= Cpk + Cpa.x1
= 1,004 + 1,97.0,01607
= 1,0357 (kJ/kgkkk)
Trong đó : Cpk : nhiệt dung riêng của không khí.
Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước.
Lượng chứa ẩm của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực :
Ta có : i2 = 2493 + 1,97.t2
= 2493 + 1,97.46 = 2583,62
x2 = x1 +

Cdx ( x1 )  (t2  t1 )
1, 0357  (82  46)
= 0,01607 +
 0, 0302 (kg ẩm/kg kkk)
i2  
2583, 62  55, 298

Enthapy là :
I2 = Cpk.t2+x2.i2 = 1,004.46+ 0,0302.2583,62
= 124,209 (kJ/kgkkk)
- Độ ẩm tương đối của TNS sau quá trình sấy thực

qvlv = 357,011 (kJ/kg ẩm)
3.3.1.3 Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào:
qkkv = l.Io = 70,77.65,854 = 4660,49 (kJ/kgẩm)
25