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
Băng tải
Thùng sấy
Cơ cấu nhập liệu
Đườn
Gầu tải
Calorife
Quạt đẩy
Nước ngưng
XyclonXyclon
Quạt hút
Bụi
Hơi
Không khí
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
hệ 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.
Làm nguội tự nhiên bằng cách lợi dụng độ dài thích hợp của hệ thống băng tải.
 Tác nhân sấy:
Không khí ở điều kiện bình thường (27

=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
hok
++=
(kJ/kg). (CT VII.13-tr95-[11])

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:






−=
P
P
TP

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
=1,202 kg/m
3
.

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):
Không khí ở trạng thái B được đẩy vào thiết bò sấy để thực hiện quá trình
sấy.
Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng sấy t

= 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
P
b
(bar) 0.03548 0.6908 0,073

−
−
=
−
−
=
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
12
=
−
=

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
v2
.t
V2
.

(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
./26.1395004,0.4180)004,01(08.1384.)1(
2222
=+−×=+−=⇒
Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy:

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
2
– I
0
) + Q

=
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
) = 1200*1395.26*(35 − 27)
= 13394496 J/h = 13394.5 kJ/h.
74.683
59.19

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
= 0,040 Q
hi
= 0,040 * 48085.614 = 1923.42 kJ/h.

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 trình
sấy thực nằm dưới đường I
1
(đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết)

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
kg/m11.1
=
ρ
.
Lượng tác nhân khô cần thiết:

==
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
'
===
W
Q
q

Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
(đơn vò) 0,85 0,43 0,74
x (kg/kgkk) 0,0188 0,0188 0,03485
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[
)(2
21
21
===
+−

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
ττ
≥
1
Chọn
ph20

km
tgnD
L
D
V
TT
T
ατππ
==
⇒ 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
===
πατπ
.
Chiều dài thùng
mm
D

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:
%5.2%100*
20
5.1920
1
1

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
T
=
Π
×−=
Π
×−=×−=
β

- 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
= 0,18*0.503 =0.09 m
2
.
Do:
5625,0
4,0
09,0

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
1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Bảng 3 : Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vò Nguồn Giá trò
1 Ứng suất tiêu chuẩn [σ]* N/mm

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
Kí
hiệu
Giá
trò
(mm)
Ghi chú
1

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
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
Kiểm tra các điều kiện:
0065,0
800
05
=

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:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vò Giá trò
1
Vận tốc v
k
m/s 1
2

-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
21
mkg
V
GG
dx
××

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
2
1
ζ
ζ
−
=C

2
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
2
=
T
c
D
F
Với:

1.
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bò
CBHD: Mai Thanh PHong
SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY
=>
.339.0
15.0100.0
078.0
m
ba
F
c
c
=
+
=
+
=
Chọn :
o c = 340 mm
o Số cánh trên một mặt cắt : 12 cánh.
Với chiều dài thùng sấy L
T
= 4.6 m ta lắp 13 đoạn cánh dọc theo chiều dài
thùng. đầu nhập liệu của thùng lắp cánh xoắn để dẫn vật liệu vào thùng với
chiều dài :
l
o
= L
T

64
3
Hệ số dẫn nhiệt H
k
W/m.K 0,0283
4
Độ nhớt Đ
k
Ns/m
2
2,03.10
-5
5
Khối lượng riêng K
k
kg/m
3
1,008
6
Độ nhớt động Đ
k
m
2
/s 2,01.10
-5
Chuẩn số Reynolds:
39801
10.01,2
8.01
Re

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
=
D
L
⇒ Nu = 0,018*1,252*(39801)
0,8
= 107.84 (Bảng V.2/p15-[11])
Hệ số cấp nhiệt α
1
:

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 H
0
W/m.K 0,02649
3 Độ nhớt Đ
0
Ns/m
2
1,85.10
-5
4 Khối lượng riêng K
0
kg/m
3
1,1177
5 Độ nhớt động Đ
0
m
2
/s 1,5710.10
-5
Để nhiệt độ thành ngoài của thùng (phía tiếp xúc với không khí) không còn
quá nóng, an toàn cho người làm việc, chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng t
w4
=

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
n
(W/mK)
Nguồn
1
Bề dày
lớp cách
nhiệt
n
2
0,003
Bông thủy
tinh
0,04

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
=
+
−
=⇒
−
Gr
.
Chuẩn số Nusselt:
Nu = 0.47 Gr

Sinh Vien : Bui Thi Mai Trang
MSSV : 60503026
trang 18
1.