Đồ Án Sấy Cà Phê Nhân Bằng Thiết Bị Sấy Thùng Quay Năng Suất 2000 Kg Khô.H (Kèm Bản Vẽ)

1. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT
Nhiệm vụ: Sấy cà phê nhân 2000 kg khô/h.
Thiết bị sấy thùng quay
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CƯÚ TÍNH CHẤT CỦA CÀ PHÊ NHÂN.
1.1. Đặc tính chung của cà phê:
1.1.1. Cấu tạo giải phẫu quả cà phê.
1.1.2. Cấu tạo của nhân cà phê.
1.1.3. Thành phần hóa học của nhân cà phê.
1.1.4. Tính chất vật lý của cà phê nhân.
1.2. Quy trình sản xuất cà phê:
1.2.1. Giới thiệu các phương pháp sản xuất cà phê.
1.2.2. Dây chuyền sản suất cà phê nhân (phương pháp khô).
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY.
2.1. Chọn phương pháp sấy.
2.1.1. Chọn thiết bị sấy.
2.1.2. Giới thiệu phương pháp sấy đối lưu.
2.1.3. Chọn tác nhân sấy chế độ sấy.
2.1.4 Chọn thời gian sấy τ .
2.2. Tính toán quá trình sấy lý thuyết:
2.2.1. Tính toán trạng thái không khí bên ngoài.
2.2.2. Tính toán trạng thái không khí vào thùng sấy.
2.2.3. Xác định nhiệt độ TNS ra khỏi thùng sấy t2.
2.2.4. Tính toán lượng tiêu hao TNS.
2.2.5. Tính toán lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy lý thuyết.
2.3. Xác định kích thước thùng sấy.
2.3.1. Lượng ẩm bốc ra trong quá trình sấy.
2.3.2. Tính kích thước của thùng sấy (V, D, L).
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY.
3.1. Mục đích tính toán nhiệt.
3.2. Tính tổn thất nhiệt:
3.2.1. Tổn thất do vật liệu sấy mang đi.
3.2.2. Tổn thất ra môi trường.
3.3. Tính toán quá trình sấy thực tế:
3.3.1. Tính giá trị tổng tổn thất ∆.
3.3.2. Xác định các thông số của TNS sau quá trình sấy thực.
3.3.3. Lượng TNS thực tế.
3.3.4. Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực.
3.3.5. Kiểm tra lại giả thiết về tốc độ sấy.
3.3.6. Lập bảng cân bằng nhiệt.
Trang 1

2. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ.
4.1. Tính chọn calorife và lò hơi.
4.2. Tính trở lực và chọn quạt gió.
4.2.1. Tính trở lực.
4.2.2. Chọn quạt cho hệ thống sấy thùng quay.
4.3. Chọn xyclon lọc sản phẩm.
Trang 2

3. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
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 cà phê bột, cà phê sữa, các loại bánh
cao cấp.v…v.
Do đặc thù của cà phê nhân khi sấy phải giữ được mùi thơm và màu sắc
đặc trưng nên ta có thể dùng các thiết bị sấy như: sấy tháp, thùng quay, sấy
hầm.v.v…
Trong đồ án này em có nhiệm vụ sấy cà phê nhân bằng thiết bị sấy thùng
quay với năng suất 2000 kg khô/h.
Đây là lần đầu tiên tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống sấy mang tính
chất đào sâu chuyên ngành, do kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế
nên em không thể tránh khỏi sai sót trong quá trình thiết kế. Em xin chân
thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của GVC.TS Trần Văn Vang
để em có thể hoàn thành tốt đồ án này.
Trang 3

4. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
Chương 1:
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SẤY
1.1. ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA QUẢ CÀ PHÊ
1.1.1. Cấu tạo giải phẫu của quả cà phê:
Quả cà phê gồm có những phần sau : lớp vỏ quả, lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp
vỏ lụa, nhân.
+ Lớp vỏ quả : là lớp vỏ ngoài, mềm, ngoài bì có màu đỏ, vỏ của cà phê
chè (arabica) mềm hơn cà phê vối (canephora) và cà phê mít (excelsa).
+ Dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt, gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chè
mềm, chứa nhiều chất ngọt, dễ xay xát hơn. Vỏ cà phê mít cứng và dày hơn.
+ Hạt cà phê sau khi loại các chất nhờn và phôi khô gọi là cà phê thóc,
vì bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ gọi là vỏ “trấu” tức là nội
bì. Vỏ trấu của cà phê chè mỏng và dễ dập vỡ hơn là cà phê vối và cà phê
mít.
+ Xát cà phê thóc còn một lớp vỏ mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có
màu sắc và đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê. Vỏ lụa cà phê chè có
màu trắng bạc rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến. Vỏ
cà phê vối có màu nâu nhạt. Vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào
nhân cà phê.
+ Trong cùng là nhân cà phê. Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có
những tế bào nhỏ, trong có chứa những chất dầu. Phía trong có những tế bào
lớn và mềm hơn. Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân. Thông thường
thì chỉ có 2 nhân.
Bảng tỷ lệ các phần cấu tạo của quả cà phê (tính theo % quả tươi):
Các loại vỏ và nhân Cà phê chè (%) Cà phê vối (%)
- Vỏ quả 43 - 45 41 - 42
- Lớp nhớt 20 - 23 21 - 42
- Vỏ trấu 6 - 7,5 6 - 8
- Nhân và vỏ lụa 26 - 30 26 - 29
1.1.2. Cấu tạo của nhân cà phê:
Trang 4

5. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
Bao gồm: + Phôi
+ Mô dinh dưỡng
1.1.3. Thành phần hóa học của nhân cà phê:
Bảng thành phần hóa học của nhân cà phê:
Thành phần hóa học Tính bằng g/100g Tính bằng mg/100g
- Nước 8 - 12
- Chất dầu 4 - 18
- Đạm 1,8 - 2,5
- Protein 9 - 16
- Cafein 1 (Arabica), 2 (Robusta)
- Clorogenic axit 2
- Trigonelline 1
- Tanin 2
- Cafetanic axit 8 - 9
- Cafeic axit 1
- Pentozan 5
- Tinh bột 5 - 23
- Saccaro 5 - 10
- Xenlulo 10 - 20
- Hemixenlulo 20
- Linhin 4
- Canxi 85 - 100
- Photphat 130 - 165
- Sắt 3 - 10
- Natri 4
- Mangan 1 - 45
1.1.4. Tính chất vật lý của cà phê nhân:
Cà phê nhân được bóc ra từ cà phê thóc. Cà phê nhân có hinh dáng bầu
dục,có chiều dài khoảng 1cm, chiều rộng khoảng 0,5cm.
Trang 5

6. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
- Khối lượng riêng: ρ= 650 kg/m3
- Nhiệt dung riêng: c= 0,37 kcal/kg 0
C
- ω1 = 20 %, ω2 = 12 %
- Nhiệt độ đốt nóng hạt cho phép của cà phê nhân:
tb
ht
ω
τ
.63,037,0
5,23
ln.343,4218,2
+
+−=
Trong đó:
th là nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt.
τ là thời gian sấy.
tbω là độ ẩm trung bình: 16)1220.(5,0).(5,0 21 =+=+= ωωωtb %
Vậy: CCt oo
h 609,56
16,0.63,037,0
5,23
3
1
ln.343,4218,2 ≈=
+
+−=
1.2. QUY TRÌNH SẢN SUẤT CÀ PHÊ NHÂN:
1.2.1. Giới thiệu các phương pháp sản xuất cà phê nhân:
Sản xuất cà phê nhân nhằm mục đích loại bỏ các lớp bao vỏ bọc quanh
hạt nhân cà phê để thu được cà phê nhân .Để cà phê nhân sống có một giá trị
thương phẩm cao chúng ta phải sấy khô đến mức độ nhất định (độ ẩm mà nhà
chế biến yêu cầu). Rồi sau đó tiếp tục các quá trình chế biến tinh khiết hơn
như chế biến cà phê rang, cà phê bột thô, cà phê hòa tan. Hoặc các sản phẩm
khác có phối chế như: cà phê sữa, các loại bánh kẹo cà phê.
Trong kỹ thuật sản xuất cà phê nhân có 2 phương pháp chính :
- Phương pháp sản xuất ướt.
- Phương pháp sản xuất khô.
+ Phương pháp sản xuất ướt : gồm 2 giai đoạn chính:
- Giai đoạn xát tươi và phơi sấy loại bỏ các lớp vỏ, thịt và các chất
nhờn bên ngoài và phơi sấy khô đến mức độ nhất định.
- Giai đoạn xay xát, loại bỏ các lớp vỏ trấu và một phần vỏ lụa, tạo
thành cà phê nhân.
+ Phương pháp sản xuất khô: chỉ có một giai đoạn chính là sau khi phơi
quả cà phê đến mức độ nhất định dùng máy xát khô loại bỏ các lớp vỏ bao
bọc nhân, không cần qua giai đoạn sản xuất cà phê thóc.
So sánh 2 phương pháp ta thấy:
Trang 6

7. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
Phương pháp chế biến khô tuy đơn giản, ít tốn năng lượng, nhân công
nhưng phương pháp này có nhiều hạn chế là phụ thuộc vào điều kiện thời
tiết. Nó chỉ phù hợp với nơi có điều kiện khí hậu nắng nhiều mưa ít, không
đáp ứng được những yêu cầu về mặt chất lượng.
Phương pháp chế biến ướt phức tạp hơn, tốn nhiều thiết bị và năng
lượng hơn, đồng thời đòi hỏi dây chuyền công nghệ cũng như thao tác kỹ
thuật cao hơn. Nhưng phương pháp này thích hợp với mọi hoàn cảnh, mọi
điều kiện khí hậu thời tiết. Đồng thời rút ngắn được thời gian sản xuất, tăng
năng suất của nhà máy và nâng cao chất lượng sản phẩm cà phê nhân.
Hiện nay ở nước ta, các nhà máy, xí nghiệp sản xuất cà phê nhân chủ
yếu sử dụng phương pháp khô (phương pháp cổ điển).
1.2.1. Dây chuyền sản suất cà phê nhân (phương pháp khô)
Trang 7
Thu nhận và bảo quản quả cà phê
Sàng phân loại và làm sạch
Xát tươi
Rửa
Làm ráo
Sấy
Xát khô
Thu được cà phê nhân
Đóng bao đưa vào bảo quản

8. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
Chương 2:
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY
Năng suất thiết bị sấy: G2 = 2000 kg khô/h
2.1. Chọn phương pháp sấy:
2.1.1. Chọn thiết bị sấy:
Thiết bị sấy thùng quay là thiết bị chuyên dùng để sấy hạt. Loại thiết bị này
được dùng rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các vật ẩm dạng hạt
có kích thước nhỏ. Trong hệ thống này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh,
tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy, do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy nhanh,
và độ đồng đều của sản phẩm cao. Ngoài ra, thiết bị còn có thể làm việc với
năng suất lớn.
2.1.2. Giới thiệu phương pháp sấy nóng:
Để sấy cà phê nhân, dùng phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy nóng
nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất trong tác nhân sấy giảm.
Mặt khác nhiệt độ vật liệu sấy tăng nên mật độ hơi trong các mao dẫn tăng
lên do đó phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật sấy cũng tăng theo. Nghĩa là
ở đây có sự chênh lệch phân áp suất giữa bề mặt vật liệu sấy và môi trường
nhờ đó mà có sự dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và đi
vào môi trường.
Có 2 cách để tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và
môi trường
+ Giảm phân áp suất của tác nhân sấy bằng cách đốt nóng nó.
+ Tăng phân áp suất hơi nước trong vất liệu sấy.
Ở thiết bị sấy thùng quay các giai đoạn của quá trình sấy phân bố ổn định
theo chiều dài thùng. Trong thùng sấy, hạt cà phê nhân được nâng lên đến độ
cao nhất định, sau đó rơi xuống. Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác
nhân sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm.
Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi dọc theo chiều
dài thùng. Khi đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần
thiết cho quá trình bảo quản là 12%.
Trang 8

9. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
Sơ đồ nguyên lý của thiết bị:
2.1.3. Chọn tác nhân sấy và sấy chế độ sấy:
+ Chọn tác nhân sấy:
Đối với cà phê nhân (chỉ còn có lớp lụa bên ngoài) nên trong quá trình sấy
yêu cầu sạch không bị ô nhiễm, bám bụi và yêu cầu nhiệt độ sấy không cao
nên ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng.
+ Chọn chế độ sấy:
Thông thường, chế độ sấy trong hệ thống sấy thùng quay được hiểu là bao
gồm ba yếu tố: nhiệt độ tác nhân sấy vào thùng sấy t1 và nhiệt độ ra khỏi
thùng sấy t2, không có hồi lưu, hạt cà phê nhân được nâng lên đến độ cao
nhất định, sau đó rơi xuống. Trong quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân
sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và truyền khối làm bay hơi ẩm.
Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng t2 được chọn sao cho tổn thất do tác nhân
sấy mang đi là nhỏ nhất. Tốc độ tác nhân sấy đi trong thùng sẽ được quyết
định sơ bộ sau tính toán lưu lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết,
chọn tiết diện thùng sấy. Tốc độ được chọn sơ bộ này sẽ được kiểm tra lại
sau khi tính toán xong quá trình sấy thực.
Chọn chế độ sấy căn cứ vào 2 tiêu chí, một là sự làm việc của thiết bị và hai
là căn cứ vào vật liệu sấy.
Đối với vật liệu sấy là cà phê nhân cần có một chế độ sấy thích hợp để đảm
bảo giữ được các tính chất về hương vị, màu sắc, và các thành phần có trong
hạt nên ta chọn thông số của tác nhân sấy như sau:
Thông số tác nhân sấy:
+ Nhiệt độ vào: t1 = 80 0
C
+ Nhiệt độ ra: t2= th+(5÷10) 0
C, với th là nhiệt độ đốt nóng
cho phép của cà phê nhân.
Thông số của vật liệu sấy:
+ Nhiệt độ vật liệu vào: tv1=t0= 23,30
C, độ ẩm không khí
0ϕ =82 % (t0 =23,3 0
C và 0ϕ = 82%, áp suất khí quyển p= 757 mmHg là khí
hậu ở Đak Lak)
+ Độ ẩm ban đầu của vật liệu: W1 = 20 %
+ Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy: W2 = 12 %
Trang 9
Calorifer
Thùng sấy
Lò hơi
t 2
1t
Thải
210
Quạt
(23,3 C,82%)

10. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
Gầu tải đưa vật liệu lên phễu chứa. Thông qua đĩa phân phối, vật liệu sấy
được đưa vào thùng sấy có khối lượng bằng một mẻ sấy.
2.1.4. Chọn thời gian sấy:
Việc xác định thời gan sấy đóng vai trò quan trọng trong tính toán thiết
kế và vận hành thiết bị sấy. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy phụ
thuộc vào nhiều yếu tố: loại vật liệu sấy, hình dáng, kích thước hình học của
vật liệu, độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, loại thiết bị sấy, phương pháp cung
cấp nhiệt, chế độ sấy (nhiệt độ, độ ẩm tương đối và tốc độ tác nhân sấy).
Phương pháp xác đinh thời gian sấy bằng giải tích khó thực hiện được
và có độ chính xác thấp - Thực tế thường chọn theo thực nghiệm đối với cà
phê nhân với thiết bị sấy thùng quay:
Ta chọn thời gian sấy là : τ = 20 phút.
2.2. Tính toán quá trình sấy lý thuyết:
Quá trình sấy lý thuyết không có hồi lưu biểu diễn trên đồ thị I-d (hình vẽ)
ϕ1
ϕ2
t1
t0
0
I
d
I2 = I3
ϕ = 100%
1
2
0
d2d0 = d1
t2
(g/kgkkk)
(kJ/kgkkk)
+ Điểm O(t0, 0ϕ ) là trạng thái không khí bên ngoài
+ Điểm 1(t1, 1ϕ ) là trạng thái không khí vào buồng sấy
+ Điểm 2(t2, 2ϕ ) là trạng thái không khí sau quá trình sấy lý thuyết
2.2.1. Tính toán trạng thái không khí bên ngoài:
Vì không khí bên ngoài lấy vào thiết bị sấy là không khí trong phân xưởng
nên thường cao hơn và ổn định hơn so với trạng thái không khí bên ngoài. Ở
Việt Nam chưa có nghiên cứu sâu về vấn đề này vì vậy có thể chọn t0 =23,3
0
C và 0ϕ = 82%, áp suất khí quyển p= 757 mmHg là khí hậu ở Đak Lak.
Trang 10

11. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
Từ đó ta có: 00
00
0
.
.
.622
bh
bh
pp
p
d
ϕ
ϕ
−
=
, t0=23,30
C theo công thức
bar
t
pbh 02850,0)
3,235,235
42,4026
12()
5,235
42,4026
12exp(0 =
+
−=
+
−=
0285,0.82,0
750
757
0285,0.82,0
.6222
−
=d
=14,95 g/kgkkk =0,01495 kg/kgkkk
I0 = t0+ d0.(2500+1,97.t0)=23,3+0,01495.(2500+1,97.23,3)
= 61,3612 kJ/kgkkk
0Kρ =
5
0
00
10.
)3,23273(287
02850,0.82,0996,0
)273(
.
+
−
=
+
−
tR
pp
K
bhϕ
=1,144 kg/m3
Rk là hằng số chất khí, Rk= 287 J/kgkkk.
2.2.2. Tính toán trạng thái không khí vào buồng sấy:
- Lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ:
200
2,01
12,02,0
.2000
1 1
21
1 =
−
−
=
−
−
=
ω
ωω
GW
kg ẩm/h
- Nhiệt độ đốt nóng cho phép th:
tb
ht
ω
τ
.63,037,0
5,23
ln.343,4218,2
+
+−=
Trong đó:
th là nhiệt độ cho phép đốt nóng hạt.
τ là thời gian sấy.
tbω là độ ẩm trung bình: 16)1220.(5,0).(5,0 21 =+=+= ωωωtb %
Vậy: CCt oo
h 609,56
16,0.63,037,0
5,23
3
1
ln.343,4218,2 ≈=
+
+−=
2.2.3. Xác định nhiệt độ TNS ra khỏi thùng sấy t2:
Khi tính toán nhiệt độ t1 chúng ta đã chọn trước Ct 0
10"=∆ . Như vậy, chúng
ta chọn nhiệt độ t2 với điều kiện
102 +≤ htt hay Ct 0
2 70≤ . Để đảm bảo
tính kinh tế chúng ta sẽ chọn t2 sao cho độ ẩm tương đối không quá bé nhưng
cũng không quá gần trạng thái bão hòa, chẳng hạn chọn )%570(2 ±=ϕ . Tuy
nhiên, khi đó theo các công thức b
a
b
a
p
p
==
ρ
ρ
ϕ
và d
dB
pa
+
=
621,0
.
, phân
Trang 11

12. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
áp suất hơi nước pa trong TNS sẽ tăng, do đó cường độ sấy sẽ giảm. Nếu
chọn t2 bằng nhiệt độ cho phép, nghĩa là:
t2= tv2+ 10= th+ 10= 60+10= 70 o
C
Khi đó ta có:
- Lượng chứa ẩm của tác nhân sau quá trình sấy lý thuyết d20:
Từ đặc điểm quá trình sấy lý thuyết là I= const ta có thể tính được d20 theo
công thức:
Ở trên ta đã có: t1= 800
C ⇒ pbh1=0,4667 bar
Do sấy lý thuyết nên d1=d0=0,01495 kg/kgkkk
%00,5
4667,0).01495,0621,0(
01495,0.
750
757
)621,0(
.
11
1
1 =
+
=
+
=
bhpd
dB
ϕ
I1=t1+d1.(2500+1,97t1) =80+ 0,01495.(2500+1,97.80) =119,73 kJ/kgkkk
018746,0
70.97,12500
70.004,173,119.
2
21
20 =
+
−
=
−
=
i
tCI
d
pk
kg ẩm/kg kk
- Phân áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ t2= 70 0
C. Ta có:
bar
t
pb 30735,0
705,235
42,4026
12exp
5,235
42,4026
12exp
2
2 =






+
−=






+
−=
- Độ ẩm tương đối 20ϕ :
%62,9
)018746,0621,0.(30735,0
018746,0.
750
757
)621,0(
.
202
20
20 =
+
=
+
=
dp
dB
b
ϕ
Như vậy, với nhiệt độ t2= 70 0
C độ ẩm tương đối của TNS 20ϕ ra khỏi thùng
sấy còn quá bé so với điều kiện kinh tế. Ta chọn lại t2= 39 0
C. Với nhiệt độ
được chọn lại chúng ta tính được:
- Lượng chứa ẩm: d20= 0,03127 kg ẩm/kg kk
- Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ t2= 39 0
C là: pb2=
0,06938 bar.
- Độ ẩm tương đối 20ϕ = 69,74 % ≈70 %.
Như vậy, nhiệt độ t2 được chọn lại bằng 39 0
C là hợp lý về mặt tiết kiệm
nhiệt lượng. Để kiểm tra, nhiệt độ t2 có hợp lý hay không về mặt trao đổi ẩm
chúng ta phải biết quan hệ giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt dạng hạt
ph= f(t,ω ). Chính độ chênh (ph- pa) quyết định cường độ sấy ở phần cuối của
thùng sấy. Do đó nhiệt độ t2 không những phải đảm bảo tính kinh tế về mặt
tiết kiệm nhiệt lượng như trên mà còn phải đảm bảo độ chênh (ph- pa) đủ lớn.
2.2.4. Lượng TNS lý thuyết cần thiết:
Trang 12

13. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
275,61
01495,003127,0
11
120
0 =
−
=
−
=
dd
l
kgkk/kgẩm
L0=l0.W=61,275.200= 12255 kgkk/h
Dựa và phụ lục 5(Tr.349_Tính toán thiết kế hệ thống sấy), dùng phương
pháp nội suy hai chiều ta tính được thể tích khói ẩm chứa một kg khói khô
trước và sau quá trình sấy lý thuyết tương ứng, từ
( )11,ϕt =(80o
C;5%) ta có
v1= 1,045 m3
/kgkk, từ ( )22 ,ϕt = (39o
C;70%) ta có v2= 1,126 m3
/kgkk. Do đó:
- Lưu lượng thể tích của TNS trước quá trình sấy V1 bằng:
V10= v1.Lo= 1,045. 12255 = 12806,475 m3
/h
- Lưu lượng TNS sau quá trình sấy lý thuyết V20 bằng:
V2o= v2.Lo= 1,126. 12255 = 13799,13 m3
/h
- Lưu lượng thể tích trung bình Vtbo bằng:
Vtbo= 0,5.(V10+ V20)= 0,5.( 12806,475 + 13799,13)= 13302,8 m3
/h
Hay:
Vtbo= 13302,8/3600= 3,69 m3
/s
2.2.5. Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy lý thuyết:
+ Lượng nhiệt tiêu tốn để làm bay hơi 1 kg ẩm bão hoà
q=l0(I1-I0)=61,275.(119,73- 61,3612)=3576,55 kJ/kgẩm
+ Lượng nhiệt tiêu tốn cho cả quá trình sấy:
Q=q.W=3576,55.200=715310 (kJ/h) =198,7 kW
2.3. Xác định kích thước thiết bị sấy thùng quay:
Các dữ liệu ban đầu
+ Năng suất thiết bị G2=2000 kgkhô/h
+ Độ ẩm ban đầu của vật sấy W1=20%
+ Độ ẩm cuối của vật sấy W2=12%
2.3.1. Lượng ẩm bốc ra trong quá trình sấy:
W=G2.
1
21
100 ω
ωω
−
−
=2000.
20100
1220
−
−
= 200 kgẩm/h
+Khối lượng vật liệu vào thùng sấy:
G1=W+G2=200+ 2000= 2200 kg/h
2.3.2. Xác định kích thước của thùng sấy :
+ Xác định thể tích thùng sấy:
Thể tích thùng quay được tính theo công thức:
βρ
τ
.
.1G
V =
Trong đó:
V: Thể tích thùng quay.
Trang 13

14. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
G1: Khối lượng vật liệu đi vào thùng quay, [kg/h]
G1 = 2200 kg/h.
τ : Thời gian sấy cho 1 mẻ sấy, [phút]
τ= 20 phút.
β = (0,2÷0,3) : hệ số điền đầy, chọn β = 0,25
ρ : Khối lượng riêng của vật liệu sấy, [kg/m3
]
Vậy :
60.25,0.650
20.2200
=V = 4,513 m3
+ Xác định đường kính và chiều dài thùng sấy:
Chúng ta chọn tỷ số: L/D = 3,5 hay L= 3,5D. Khi đó đường kính thùng sấy
được xác định bởi đẳng thức:
4
.14,3.5,3
4
..5,3
4
. 332
DDLD
V ===
ππ
⇒ 18,1
14,3.5,3
513,4.4
.5,3
.4
33 ===
π
V
D m
Chọn D = 1,2 m
Do đó chiều dài thùng sấy L là:
L = 3,5.D= 3,5.1,2 = 4,2 m
Trang 14
Tải bản FULL (file word 27 trang): bit.ly/2K25gEy
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

15. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
Chương 3:
TÍNH TOÁN NHIỆT QUÁ TRÌNH SẤY
3.1. Mục đích tính toán nhiệt:
Mục đích của tính toán nhiệt là xác định tiêu hao không khí dùng
cho quá trình sấy L, kg/h và tiêu hao nhiệt Q, kJ/h. Trên cơ sở tính
toán nhiệt xác định các kích thước cơ bản của thiết bị. Đồng thời qua
việc thiết lập cân bằng nhiệt và cân bằng năng lượng của hệ thống sẽ
xác định được hiệu suất sử dụng nhiệt và hiệu xuất sử dụng năng
lượng của hệ thống cũng như tiêu hao riêng nhiệt của thùng sấy và hệ
thống.
3.2. Tính tổn thất nhiệt:
3.2.1. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra ngoài:
Nhiệt dung riêng của cà phê ra khỏi thùng sấy:
Cv2 = Cvk.(1-ω 2) + Ca.ω 2 , [kJ/kg.K]
Trong đó:
Cv2- Là nhiệt dung riêng của cà phê ra khỏi thùng sấy.
Ca- Là nhiệt dung riêng của nước.
Cvk- Là nhiệt dung riêng của cà phê khô.
Ca = 4,18 (kJ/kgK)
Cvk = 0,37 (kcal/kg.K)= 1,54912 kJ/kg.K
⇒ Cv = 1,54912.(1- 0,12) +4,18.0,12 = 1,8648 kJ/kg.K
⇒ Khi đó tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi bằng:
Qv = G2.CV2.(t2 - t0)
= 2000.1,8648.(39- 23,3) = 58554,72 kJ/h
qv =
W
Qv
=
200
72,58554
= 292,774 kJ/kg ẩm
3.2.2.Tổn thất nhiệt ra môi trường:
Giả thiết tốc độ tác nhân sấy (TNS) trong thùng sấy.Cũng như hệ
thống sấy hầm, để tính tổn thất ra môi trường chúng ta phải giả thiết tốc độ
TNS w(m/s). Sau khi tính toán xong lượng TNS thực chúng ta sẽ kiểm tra lại
giả thiết này. Cơ sở để giả thiết tốc độ TNS trong thiết bị sấy thực tế là tốc độ
lý thuyết wo, [m/s]. Tốc độ này chính là tỉ số giữa lưu lượng thể tích trung
bình Vtbo và tiết diện tự do của thùng sấy. Chúng ta đã chọn hệ số điền đầy β
= 0,25, do đó tiết diện tự do của thùng sấy có thể tính gần đúng bằng:
Ftd=(1- β ).Fts=
4
.).25,01( 2
Dπ−
=
4
)2,1.(14,3.75,0 2
= 0,8478 m2
Khi đó tốc độ TNS lý thuyết wo bằng:
wo= 35,4
8478,0
69,3
==
td
tbo
F
V
m/s
Trang 15
Tải bản FULL (file word 27 trang): bit.ly/2K25gEy
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

16. Đồ án môn học Kỹ thuật Sấy GVHD: GVC.TS Trần Văn Vang
Chúng ta giả thiết tốc độ TNS trong quá trình sấy thực w= 4,5 m/s.
Như vậy các dữ liệu để tính mật độ dòng nhiệt gồm:
- Nhiệt độ dịch thể nóng trong trường hợp này là nhiệt độ trung bình của
TNS vào và ra khỏi thùng sấy:
tf1= 0,5.(t1+ t2)= 0,5.(80+ 39)= 59,5 o
C
- Nhiệt độ dịch thể lạnh. Nhiệt độ này chính là nhiệt độ môi trường:
tf2= to= 23,3 o
C
- Thùng sấy làm bằng thép có chiều dày δ = 3 mm và ta có hệ số dẫn nhiệt λ
= 71,58 W/mK. Như vậy thùng sấy có đường kính D2/D1= 1,203/1,2. Do đó,
kết cấu thùng sấy thõa mãn quan hệ D2/D1< 2 nên có thể xem trao đổi nhiệt
đối lưu giữa TNS với môi trường qua vách phẳng.
- Phía trong thùng sấy là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức với tốc độ tác nhân
giả thiết bằng w= 4,5 m/s. Khi đó hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức
giữa TNS với bề mặt trong của thùng sấy tính theo công thức (7.46) (Tr.144-
TTTKHTS):
1α = 6,15+4,17.w= 6,15+4,17.4,5= 24,915 W/m2
h.K
- Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài giữa mặt thùng sấy với không khí xung
quanh theo kinh nghiệm là trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên chảy rối. Do đó, hệ
số trao đổi nhiệt đối lưu 2α sẽ được tính theo công thức (7.50) (Tr.145-
TTTKHTS):
2α = 1,715.(tw2- tf2)0,333
Trong đó:
tw2 là nhiệt độ mặt ngoài của thùng sấy, nhiệt độ này chưa biết.
- Như vậy mật độ dòng nhiệt sẽ phải thõa mãn đẵng thức q1= q2= q3.
Trong đó:
q1= 1α .(tf1- tw1)
q2= )( 21 ww tt −
δ
λ
q3= 2α .(tw2- tf2)
Ở đây tw1 là nhiệt độ mặt trong của thùng sấy cũng chưa biết. Đương nhiên
khi mật độ dòng nhiệt thõa mãn các đẵng thức trên đây thì nó cũng phải thõa
mãn phương trình truyền nhiệt:
)( 21 ff ttkq −=
Trong đó: k là hệ số truyền nhiệt và bằng:
21
111
1
α
δ
λα
++
=k
Từ q3= 2α .(tw2- tf2), ta có q3= 1,715.( tw2- 23,3)1,333
ta có:
Trang 16
3457741