- 119 - Độ ẩm vật liệu vào. - 40 - Độ ẩm vật liệu ra. - Tác nhân sấy . - Chế độ sấy và thiết bị sấy . - Thiết bị sấy . - Chọn phương án sấy và thiết bị sấy . - Chọn thiết bị sấy CHƯƠNG 3. - Thành lập cân bằng của vật liệu sấy . - Lượng vật liệu khô tuyệt đối . - Công suất của thiết bị . - Trạng thái không khí bên ngoài . - Tính toán không khí đưa qua calorife . - Tính toán không khí ra khỏi máy sấy . - Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy . - Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy . - Tổng kết các thông số của không khí Bảng 3.2. - Tổng kết các thông số cho vật liệu sấy Bảng 3.3. - Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy Bảng 3.4. - Chọn bề dày thùng và vật liệu Bảng 4.1. - Hệ thống được đặt tại tỉnhThừa Thiên Huế, với nhiệt độ không khí trung bình năm ngoài trời là 25 0C và độẩm không khí là 84%. - Khái niệm Sấy là quá trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch khi cósự thay đổi trạng thái bốc hơi hoặc thăng hoa. - Kết quả là làm cho hàm lượngchất khô của vật liệu tăng lên. - Động lực của quá trình là sự chênh lệch độẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu. - Quá trình khuếch tánchuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suấthơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh. - Ngoài ratùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thức đẩy hoặc cản trở quá trìnhdi chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt vật liệu sấy. - Trong quá trình sấy, nhiệt độ và môi trường không khí ẩm xung quanh cóảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. - Do vậy, khi nghiên cứu quá trìnhsấy cần phải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy: Mặt tĩnh lực học: Dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng đểtìm ra mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và của các tácnhân sấy. - Mặt động lực học: Nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩmvật liệu với thời gian sấy và các thông số của quá trình như: tính chất, cấu trúc,kích thước của vật liệu sấy và các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy.Từ đó xác định được chế độ sấy và thời gian sấy thích hợp.2.3. - Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩmthoát ra từ vật liệu sấy. - Gia nhiệt cho vật liệu sấy 4 +Tải ẩm mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường +Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt Tùy theo phương pháp sấy mà tác nhân sấy có thể thực hiện một trong cácnhiệm vụ trên. - Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu sấy đểlàm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật liệu sấy vào môi trường. - Nếu ẩmthoát ra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốcẩm từ vật liệu sấy thậm chí còn làm ngưng trệ quá trình thoát ẩm. - Các loại tác nhân sấy - Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầuhết các loại sản phẩm. - Dùng không khí ẩm không làm sản phẩm sau khi sấy bị ônhiễm và thay đổi mùi vị. - Đối với thiết bị sấy thùng quay tác nhân sấy được sử dụng chủ yếu làkhông khí ẩm với ba yếu tố: độ ẩm tương đối của không khí ẩm, nhiệt độ củakhông khí trước khi vào thùng quay t1 và nhiệt độ của khối không khí khi rakhỏi thùng quay t2. - Chế độ sấy và thiết bị sấy2.5.1. - Chế độ sấy Chế độ sấy là cách thức tổ chức quá trình truyền nhiệt truyền chất giữa tácnhân sấy và vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất, chất lượngsản phẩm yêu cầu và chi phí vận hành cũng như chi phí năng lượng là hợp lý. - Chế độ sấy có đốt nóng trung gian: Chế độ sấy này được dùng để sấynhững vật liệu không chịu được nhiệt độ cao. - Thiết bị sấy Thiết bị sấy là thiết bị mà tại đó vật liệu được tách ẩm để sau khi ra khỏithiết bị sấy, vật liệu đạt độ ẩm an toàn. - Dựa vào tác nhân sấy: có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấybằng khói lò, các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấybằng dòng điện cao tần. - Dựa vào chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy: sấy cùngchiều, ngược chiều, giao chiều.2.6. - Chọn phương án sấy 6 Hèm bia được sấy liên tục với tác nhân là không khí nóng. - Vật liệu và tácnhân sấy đi vào cùng một chiều. - Vật liệu vào phễu chứa đi vào thùng sấy cùngchiều với tác nhân sấy. - Thùng sấy quay tròn, vật liệu sấy vừa bị xáo trộn vừa đitừ đầu cao xuống đầu thấp. - Trong quá trình này tác nhân sấy và vật liệu sấy traođổi nhiệt và ẩm cho nhau. - Hệ thống sấy đối lưu là dùng không khí nóng hoặc khói lò làm tác nhânsấy, tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, làm cho ẩm trong vật liệu sấy bay hơi rồiđi theo tác nhân sấy. - Không khí có thể chuyển động ngược chiều hoặc cùngchiều hoặc cắt ngang dòng sản phẩm. - Ưu điểm của hệ thống sấy thùng quay: 7 Quá trình sấy được đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu vàtác nhân sấy, cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được cao, thiết bị đơn giản dễvận hành. - Nguyên liệuvà không khí nóng chuyển động cùng chiều. - Sau quá trình sấy, không khí đượcđưa qua cyclon số 6 để lọc bụi và được quạt hút số 7 hút ra ngoài. - Thành lập cân bằng của vật liệu sấy Thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy hèm bia với năng suất nguyên liệu119 tấn/ngày: Số liệu ban đầu Năng suất sấy : 4958,3 kg/h Độ ẩm vật liệu vào : w1 = 40% Độ ẩm vật liệu ra : w2 = 10% Nhiệt độ môi trường : t0 = 250C Độ ẩm tương đối Tác nhân sấy (TNS) không khí nóng Nhiệt độ TNS vào : t1 = 800C Nhiệt độ TNS ra : t2 = 37oC Các ký hiệu: G1, G2: Lượng vật liệu trước khi vào và sau khi ra khỏi máy sấy, (Kg/h) Gk: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy, (Kg/h) W1, W2: Độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính theo % khối lượngvật liệu ướt. - W: Độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu khi đi qua máy sấy, (Kg/h) L: Lượng không khí khô tuyệt đối đi qua máy sấy, (Kg/h) xo: Hàm ẩm của không khí trước khi vào calorife sưởi, (Kg/Kg kkk) x1, x2: Hàm ẩm của không khí trước khi vào máy sấy (sau khi đi quacalorife sưởi) và sau khi ra khỏi máy sấy, (Kg/Kg kkk)3.1.1. - Lượng vật liệu khô tuyệt đối 100 - W1 100 - 40 Gk = G1. - Tr.210-[4]) �W - W Ta được: t. - Công suất của thiết bị N D3 �L �a �n �r (Tr.123-[2]) Trong đó: n: Số vòng quay của thùng sấy a: Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,053 r: khối lượng riêng xốp trung bình, r = 650 (kg/m3) D, L: Đường kính và chiều dài của thùng (m) Suy ra: N KW/h) 113.3. - Trạng thái không khí bên ngoài Hàm ẩm ban đầu: f �Ρ bho x o (Tr.95-[2]) PΡ- fo � bho . - 0,0164 (kg/kgkkk Hàm nhiệt ẩm của không khí: I0 = t 0. - t 0 ) �x 0 (Tr.96-[2. - kg/kgkkk) Thể tích không khí ẩm: 288 �T v0 = (Tr.94-[2]) P - f0 �Pbh . - Tính toán không khí đưa qua calorife t1=800C x1 = x kg/kgkkk) Ta có: Pbh1= 0,483 (at. - Tính toán không khí ra khỏi máy sấy t2=37 0C I1 = I kJ/kgkkk) Áp dụng công thức nội suy, ta có: Pbh at) (Tr.312-[1])Ta có: I 2 = t2. - Tổng kết các thông số của không khí Trước khi vào Sau khi ra khỏi Sau khi ra khỏi calorife calorife buồng sấy to (oC x(kg/kgkkk . - I (kJ/kgkkk Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm khỏi vật liệu: L 1 l. - (kgkkk/kg ẩm bay hơi) (Tr.102-[2]) W x2 - x0 Vì tính theo sấy lý thuyết nên coi không khí khô đi qua máy sấy không bịmất trong quá trình sấy nên x1 = x0 Do đó, ta có: 1 1 l. - tvl1: nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường: tvl1 = to = 25oC - tvl2: nhiệt độ cuối của vật liệu sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy - Cvl: nhiệt dung riêng của vật liệu đi ra khỏi máy sấy: Cvl = Cn �W2 + Ck. - 1 - W2 ) (kJ/kgoC) Với: Cn: nhiệt dung riêng của nước Cn = 4,18 (kJ/kgoC) Ckhô = 1,55 (kJ/kg độ): Nhiệt dung riêng của vật liệu khô tuyệt đối Cvl . - Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: qvls G1 �Cv �tvl1 (Tr.198-[2]) qvls. - Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy3.4.3.1. - Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: qvlr G2 �Cvl �tvl qvlr. - Nhiệt độ trung bình của không khí trong máy sấy: t1 + t2 80 + 37 ttb. - Chọn vật liệu làm thùng sấy là thép Crom–Niken và vật liệu cáchnhiệt là bông thủy tinh. - Chọn bề dày thùng và vật liệu Ký Giá trị Hệ số dẫn nhiệt Đại lượng Vật liệu hiệu chọn (m. - (Tr.13-[2]) v02 v02 �t . - (W/m2 0K) (Tr.41-[2. - C) t d (Tr.116-[5]) ln tc Mà td = t1 - t C: Hiệu số nhiệt độ của không khí đi vàomáy sấy và nhiệt độ môi trường tc = t2 - t C: Hiệu số nhiệt độ của không khí ra khỏi máysấy và nhiệt độ môi trường td - tc 55 - 12 ttb. - Xây dựng quá trình sấy thực Tính giá trị (lượng nhiệt bổ sung thực tế) Nhiệt lượng để làm nóng vật liệu G2 �Cvl qvl. - 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: i t2 (Tr.138-[5. - 56,5 (kgkkk/kg ẩm Lượng không khí khô cần thiết cho cả quá trình: L = l �W (Tr.131-[4. - kJ/kg ẩm)- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: qvlv = 230,6 (kJ/kg ẩm)- Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang vào: qkkv = l �Io kJ/kg ẩm)Tổng lượng nhiệt mang vào. - Nhiệt ra- Nhiệt lượng do không khí mang ra: qkkr = l �I kJ/kg ẩm)- Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: qvlr = 108,6 (kJ/kg ẩm) 24- Nhiệt lượng do tổn thất ra môi trường xung quanh: qtt + qdh Tổn thất nhiệt qua vỏ máy sấy: qtt = 0,494 (kJ/kg ẩm. - Vai trò của calorife là đốt nóng không khí từ nhiệt độ t 0 đến nhiệt độ t1 đểcung cấp nhiệt lượng cho vật liệu sấy, đồng thời giảm độ ẩm tương đối để tăngkhả năng nhận ẩm của nó. - Tác nhân sấy là không khí nóng sau khi qua calorife cónhiệt độ t 0= 800C.4.1.1. - Không khí nóngđi ngoài ống, hơi nước đi trong ống và chuyển động chéo dòng. - Xác định bề mặt truyền nhiệt - Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy có hồi lưu (theo tính toánthực tế) l = 58,14 (Kg/Kg ẩm) L= l �W kg/h) Nhiệt độ không khí sau khi qua khỏi calorife là t1 = 800C Thể tích riêng của không khí: V800C = 1,009 (m3/kg) V370C = 0,91(m3/kg) V250C = 0,89 (m3/kg) V80 + V Vtb. - Các thông số ứng với giá trị ttb=70,130C Đại lượng Giá trị Đơn vịKhối lượng riêng 1,028 Kg/m3 Hệ số dẫn nhiệt W/m �độVận tốc không khí m2/s Hằng số pran 0,694 (Bảng I.255/Tr.318-[1]) Diện tích phía trong của ống: Ftr = p �dtr �l m2) Diện tích mặt ngoài của ống: Fng = p �dng �l m2) Diện tích phần bề mặt ngoài của ống: Fbm = Fgân + Fkgân p p Fgân = p �Dg �Lg + �Dg 2 - �d 2 ng m ) 4 4 Fkgân = Lkg �p �d ng m2) Vậy Fbm = Fgân + Fkgân m2) Chọn hệ số ống xếp hàng là: i = 30 Khoảng cách giữa 2 ống: 0,007 (m) Khoảng cách của ống ngoài cùng đến calorife: 0,01 (m) Chiều dài của calorife: Lx m) Diện tích tiết diện ngang của calorife: Fx = Lx �hcao m2) Diện tích cản của gân: Fcg = Dg �Lg �i m2) Diện tích cản của ống: 28 Fcô = dng �Lkg �i m2) Vậy diện tích của phần tự do: Ftd = Fx-Fcô-Fcg m2) V 100256,32 Vận tốc của không khí: kk. - (W/m C) Vậy nhiệt riêng là: q1 = a1 �t W/m2) Tính hệ số cấp nhiệt từ mặt ngoài ống đến không khí chuyển động trong calorife a 2 + Nhiệt độ vách ngoài của ống truyền nhiệt tW2 d 0,0025 tW 2 = tW1 - q . - 129,880 C l 385 29 + Nhiệt độ trung bình của không khí cần sấy trong calorife. - Các thông số ứng với giá trị nhiệt độ 52,50C Đại lượng Giá trị Đơn vịKhối lượng riêng 1,085 Kg/m3 Hệ số dẫn nhiệt W/m �độVận tốc không khí m2/s Hằng số pran 0,697 (Bảng I.255/Tr318-[1. - 32 Ở nhiệt độ 370C thể tích riêng của không khí V370 C = 0,91 (m3/kg) với r370 C = 1,1 (kg/m3) (Tr.318-[1]) Lưu lượng không khí ra khỏi phòng sấy: V2 = L �V m3/h) 370 C Gọi Pcyclon là trở lực của cyclon thì: Pcyclon 540. - Trở lực ống dẫn từ bộ lọc không khí đến quạt đẩy L1 �r1 �12 Ta có: Pm1 = l1. - N/m2 ) (Tr dtd Trong đó: L0 : chiều dài của ống dẫn từ bộ lọc không khí đến quạt đẩy. - L0 = 1,6 (m) V0' 0 : vận tốc không khí trong ống. - (Tr.380-[1]) λ0. - Với e là độ nhám của vật liệu làm ống Chọn: e = 10-4 (m) (Tr . - l Vậy trở lực từ bộ lọc không khí đến quạt đẩy: 36 L0 �r0 �02 Pm0 = l0 � 2 �dtd . - Trở lực ống dẫn từ thùng chứa sản phẩm đến cyclon Chọn chiều dài ống dẫn là L4= 0,4 (m) Do lưu lượng không khí ra khỏi cyclon bằng lưu lượng không khí ra khỏithùng nên m/s. - 44,055 (m /s) Vtb 44,055 Vận tốc không khí trong thùng: ω. - �Re -0,26 �d � (Tr.404-[1. - Quạt ly tâm - Quạt là bộ phận vận chuyển không khí và tạo áp suất cho dòng khí điqua các thiết bị: calorife, máy sấy, đường ống, cyclon
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt