Đồ án sấy thùng quay Trần Minh Long 1811058 1 [PDF]

Zitiervorschau

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÁC QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ --------o0o--------

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT HÓA HỌC MSMH: CH4007

THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY THÙNG QUAY ĐƯỜNG MÍA

Giảng viên hướng dẫn: Lê Phan Hoàng Chiêu Họ và tên sinh viên: Trần Minh Long Mã số sinh viên: 1811058 Lớp: HC18VS Ngành: Kỹ thuật Hóa vô cơ

Tp. Hồ Chí Minh, năm học 2021-2022

1

PHIẾU THEO DÕI THỰC HIỆN ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT HÓA HỌC (MSMH: CH4007) Họ và tên SV: Trần Minh Long Lớp:HC18VS

MSSV: 1811058

Tên đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY THÙNG QUAY ĐƯỜNG MÍA

Tuần

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Nội dung thực hiện

Nội dung cần thực hiện

Nhận đề tài Vẽ quy trình công nghệ Hoàn thành bản vẽ QTCN Tính toàn cân bằng vật chất Tính toán cân bằng năng lượng Tính toàn công nghệ thiết bị chính Tính toàn công nghệ thiết bị chính Tính toàn cơ khí thiết bị chính Tính toán thiết bị phụ Tính toán thiết bị phụ Vẽ bản vẽ Vẽ bản vẽ Vẽ bản vẽ Vẽ bản vẽ, viết báo cáo Hoàn thành

Tìm, đọc tài liệu Sửa bản vẽ QTCN Tính toàn cân bằng vật chất Tính toán cân bằng năng lượng Tính toàn công nghệ thiết bị chính Tính toàn công nghệ thiết bị chính Tính toàn cơ khí thiết bị chính Tính toàn cơ khí thiết bị chính Tính toán thiết bị phụ Tính toán thiết bị phụ Vẽ bản vẽ Sửa bản vẽ Sửa bản vẽ Viết báo cáo

GVHD:Lê Phan Hoàng Chiêu Xác nhận SV đã hoàhn thành: …………………………………………. ……………………………………………………………………………..

2

Chữ ký xác nhận

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

Độc lập – Tự do- Hạnh phúc

Khoa kỹ thuật hóa học Bộ môn: QÚA TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ KỸ THUẬT HÓA HỌC (MSMH: CH4007) Họ và tên SV: Trần Minh Long

MSSV: 1811058

Lớp:HC18VS

GVHD:TS. Lê Phan Hoàng Chiêu 1.Tên đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY THÙNG QUAY ĐƯỜNG MÍA 2. Số liệu ban đầu (Nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu):1000kg/h 3. Nội dung thực hiện (bản thuyết minh: 30-35 trang) 3.1. Mở đầu 3.2 Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ 3.3 Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng 3.4 Tính toàn công nghệ thiết bị chính 3.5 Tính toán kết cấu thiết bị chính 3.6 Tính và chọn thiết bị phụ 3.7 Kết luận 3.8 Tài liệu tham khảo 3.9 Phụ lục (nếu có) 4. Các bản vẽ và đồ thị (loại và kích thước bản vẽ): 1 Bản vẽ cấu tạo thiết bị chính; KT:A1 1 Bản vẽ qui trình công nghệ; KT:A1 5. Ngày giao đồ án: 10/01/2022 6. Ngày nộp đồ án: 30/05/2022 7. Ngày bảo vệ:

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TPHCM, ngày…..tháng…..năm 2022 NGƯỜI HƯỚNG DẪN

PGS.TS TRỊNH VĂN DŨNG

TS. LÊ PHAN HOÀNG CHIÊU

3

Lời mở đầu

Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là cơ hội tốt để hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của công nghệ thực phẩm và hóa học. Bên cạnh đó, môn học này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính toán, thiết kế và lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể, thông dụng. Nhiệm vụ của Đồ án môn học này là thiết kế Thiết bị sấy đường mía, loại thùng quay nồng độ ban đầu là 1%, nồng độ cuối là 0,01% và năng suất nhập liệu là 1000kg/h được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy, bộ môn Quá trình & thiết bị, trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh. Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô bộ môn Quá trình và Thiết Bị, các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án còn nhiều sai sót, em rất mong quý thầy cô góp ý, chỉ dẫn. Em xin chân thành cảm ơn!

4

MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN……..……………………………………………………1 1.1. Khái niệm chung về quá trình sấy…………………………………………..1 1.1.1. Khái niệm…………………………………………………………………1 1.1.2. Nguyên lí quá trình sấy…………………………………………………..2 1.1.3. Phân loại phương pháp sấy……………………………………………...3 1.1.4. Tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy và thiết bị sấy:………….....3 1.1.4.1. Tác nhân sấy …………………………………………………...5 1.1.4.2.Chế độ sấy………………………………………………………...5 1.1.4.3. Thiết bị sấy ………………………………………………………6 1.2. Tổng quan về nguyên liệu-đường mía(Sacaroso) ……………………….....6 1.2.1. Các tính chất hóa lý của đường sucrose …………………………….....8 1.2.2. Tổng quan về quy trình sản xuất đường sucrose trong công nghiệp…8 1.3. Lựa chọn thiết bị sấy đường sucrose…………………………………….9 1.4. Lựa chọn tác nhân sấy đường sucrose ………………………………….9 PHẦN 2: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ………………………………..10 PHẦN 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG………11 3.1. Cân bằng vật chất…………………………………………………………...11 3.2. Cân bằng lượng………………………………………………………..12 3.2.1 Quá trình sấy thuyết……………………………………………………...14 3.2.2 Quá trình sấy tế………………………………………………………..18

năng lý thực

PHẦN 4: TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH…………………………………………………...18

4.1. Tính công nghệ cho thùng sấy……………………………………………...18 4.1.1. Đường kính, chiều dài và thể tích thùng sấy……………………………...20

4.1.2. Thời gian sấy lý thuyết và thực tế của vật liệu sấy và số vòng quay của thùng sấy………………………………………………………………………….21 4.1.3. Kích thước và số cánh đảo (cánh nâng) trong thùng sấy………………...23 4.1.4. Lớp cách nhiệt cho thùng sấy…………………………………………......24 4.1.4.1 Hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy trong thùng sấy……………....25 4.1.4.2 Hệ số cấp nhiệt của không khí ngoài thùng sấy……………….....26 4.1.4.3 Tính lượng nhiệt tổn thất………………………………………....27 4.1.5. Trở lực qua thùng sấy……………………………………………………..28 4.2 Tính cơ khí cho thùng sấy…………………………………………………...28 4.2.1 Tính bề dày thùng sấy……………………………………………………… 29 4.2.2. Tính chọn bộ sấy…………………………...29

phận

truyền

động

4.2.2.1 Tính chọn cơ………………………………………………….30 4.2.2.2. Chọn tỉ động…………………………………………….32 4.2.2.3 Tính bộ răng………………………………………….36

cho

thùng động

số

truyền

truyền

bánh

4.2.3 Tính vành đai……………………………………………………………….37 4.2.4 Tính con lăn…………………………………………………………….......38 4.2.4.1. Tải trọng của thùng sấy………………………………………......39 4.2.4.2 Tính con đỡ…………………………………………………….41

lăn

4.2.4.3. Tính con lăn chặn………………………………………………… 41 PHẦN 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ………………………………......43 5.1 Tính calorifier………………………………………………………………..47 2

5.1.1. Tính hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy không khí phía ngoài ống…….… 47 5.1.2. Tính hệ số cấp nhiệt của hơi nước phía trong ống ……………………...48 5.1.3. Tính hệ số truyền nhiệt tổng quát K………………………………………49 5.1.4. Kiểm tra lại việc chọn……………………………………………………..49 5.1.5. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước calorifier……………..50 5.1.6. Tính trở lực qua calorifier………………………………………………...50 5.2. Tính và chọn gầu tải nhập liệu…………………………………………….50 5.2.1. Bộ phần kéo……………………………………………………………….50 5.2.2. Gầu………………………………………………………………………...51 5.2.3. Tang dẫn động…………………………………………………………….55 5.2.4. Năng suất và công suất của gầu tải………………………………………55 5.3. Tính và chọn cyclone……………………………………………………….55 5.4 Tính và chọn quạt…………………………………………………………...55 5.4.1. Tính trở lực ma sát trên đường ống………………………………………56 5.4.1.1. Trở lực ma sát từ đầu ra của quạt đẩy đến góc khuỷu………….57 5.4.1.2. Trở lực ma sát từ góc khuỷu đến calorifier……………………..58 5.4.1.3. Trở lực ma sát từ calorifier đến góc khuỷu…………………….59 5.4.1.4. Trở lực ma sat từ góc khuỷu đến thùng nhập liệu……………..61 5.4.1.5. Trở lực ma sát từ thùng chứa sản phẩm đến cyclone………….62 5.4.1.6. Trở lực ma sát từ cyclone đến góc khuỷu………………………63 5.4.1.7. Trở lực ma sát từ góc khuỷu đến vào quạt hút…………………64 5.4.1.8. Trở lực ma sát trong thùng sấy:………………………………...65 5.4.2. Tính trở lực cục bộ……………………………………………………….66 5.4.2.1. Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống đến calorifier………...67 3

5.4.2.2. Trở lực cục bộ do đột thu từ calorifier vào đường ống…………67 5.4.2.3. Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống vào thùng nhập liệu….67 5.4.2.4. Trở lực cục bộ do đột thu từ thùng chứa sản phẩm ra ống dẫn..67 5.4.3. Tính tổn thất cột áp động của quạt……………………………………….68 5.4.4. Tính tổn thất cột áp mà quạt cần khắc phục…………………………….68 5.4.5. Tính và chọn quạt đẩy…………………………………………………….69 5.4.6. Tính và chọn quạt hút…………………………………………………….69 PHẦN 6: KẾT LUẬN…………………………………………………………...70 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………71

4

5

PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1. Khái niệm chung về quá trình sấy 1.1.1. Khái niệm Sấy là quá trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch khi có sự thay đổi trạng thái bốc hơi hoặc thăng hoa. Kết quả là làm cho hàm lượng chất khô của vật liệu tăng lên. Đây là một quá trình kỹ thuật rất phổ biến và rất quan trọng trong công nghiệp và đời sống. Mục đích của quá trình sấy: - Kéo dài thời gian bảo quản - Tăng tính cảm quan cho thực phẩm - Làm chín một phần sản phẩm thực phẩm - Tạo hình cho sản phẩm thực phẩm - Giảm nhẹ khối lượng thuận tiện cho quá trình vận chuyển 1.1.2. Nguyên lí quá trình sấy Sấy là quá trình làm khô vật liệu ẩm khi được cung cấp năng lượng theo trình tự: gia nhiệt vật liệu ẩm, cấp nhiệt để làm khuếch tán ẩm trong vật liệu, đưa hơi ẩm thoát khỏi vật liệu. 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 khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là một quá trình nối tiếp, nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi, sau đố tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu, vận tốc của toàn bộ quá trình được quyết định bởi giai đoạn nào chậm nhất. Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu. Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh.

Trong quá trình sấy thì nhiệt độ và môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến vận tốc sấy. Hai mặt của quá trình sấy cần nghiên cứu: + Mặt tĩnh lực học: tức là dựa vào cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta sẽ tìm được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy, tác nhân sấy từ đố xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy, lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy. + Mặt động lực học: tức là nghiên cứu mối quan hệ của sự biến thiên của độ ẩm vật 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 để từ đó xác định được chế độ, tốc độ và thời gian sấy phù hợp. 1.1.3. Phân loại phương pháp sấy  Sấy tự nhiên Tiến hành bay hơi bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng gió… (gọi là quá trình bay hơi tự nhiên). + Ưu điểm của phương pháp này là: - Tiến hành một cách đơn giản, dễ dàng, không đòi hỏi kĩ thuật cao. - Chi phí đầu tư thấp. + Nhưng bên cạnh đó phương pháp này lại đem theo rất nhiều nhược điểm: - Khó điều chỉnh các thông số kĩ thuật khi sấy, phụ thuộc vào khí hậu. - Cần diện tích lớn để thực hiện quá trình sấy. - Độ ẩm sau khi sấy không điều chỉnh được để đảm bảo yêu cầu. - Sản phẩm sấy không đều, dễ bị nhiễm bẩn, nhiễm vi sinh vật. - Đòi hỏi sứa lao động, nhân công lớn. - Tốn thời gian, năng suất thấp.

2

 Sấy nhân tạo Thường được tiến hành trong các thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm. Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể chia ra thành nhiều dạng: - Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy, mà tác nhân truyền nhiệt là không khí nóng, khói lò,… - Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn. - Sấy bằng tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy. - Sấy bằng dòng điện cao tần: phương pháp dùng dòng điện cao tần để đốt nóng toàn bộ chiều dày của vât liệu sấy. - Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không cao, nhiệt độ rất thấp, nên độ ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng. Ngoài ra còn có sấy lạnh, sấy phun,… Ưu điểm của sấy nhân tạo đó là khắc phục được những nhược điểm của phương pháp sấy tự nhiên. Nhưng cũng kéo theo những nhược điểm không tránh khỏi đó là tốn chi phí đầu tư trang thiết bị và chi phí để vận hành, hoạt động thiết bị đó thực hiện quá trình sấy. 1.1.4. Tác nhân sấy, chất tải nhiệt và chế độ sấy và thiết bị sấy: 1.1.4.1. Tác nhân sấy Tác nhân sấy là những chất dùng để tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy và đưa ẩm đi ra khỏi thiết bị sấy. Trong quá trình sấy, cần có tác nhân sấy để thực hiện tách ẩm ra khỏi vật liệu để đảm bảo đưa vật liệu về độ ẩm an toàn. Đồng thời, khi sấy môi trường bao quanh vật liệu sấy luôn luôn được bổ sung một lượng ẩm tách ra từ vật liệu. Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối của buồng sấy sẽ tăng lên và quá trình thoát ẩm của vật liệu sẽ dừng lại, 3

Do đó có thể nhận tấy nhiệm vụ của tác nhân sấy: + Gia nhiệt cho vật liệu sấy + Tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy + Đưa ẩm ra khỏi thiết bị sấy Cơ chế của quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: Gia nhiệt cho vật liệu sấy để làm ẩm hóa hơi và mang hơi ẩm từ bề mặt vật vào môi trường. Nếu ẩm thoát ra khỏi vật liệu mà không mang đi kịp thời sẽ ảnh hưởng tới quá trình bốc ẩm từ vật liệu sấy thậm chí làm ngừng trệ quá trình thoát ẩm. Để tải ẩm đã bay hơi từ vật liệu sấy vào môi trường có thể dùng các biện pháp: + Dùng tác nhân sấy làm chất tải nhiệt. + Dùng bơm chân không để hút ẩm từ vật liệu sấy thải ra ngoài ( sấy chân không). Trong sấy đối lưu vai trò của tác nhân sấy đặc biệt quan trọng vì nó đóng vai trò vừa tải nhiệt vừa tải ẩm. Các tác nhân sấy thường dùng là không khí nóng và khói lò, hơi quá nhiệt, chất lỏng… + Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất có thể dùng cho hầu hết các loại sản phẩm. Dùng không khí ẩm không làm sản phẩm sau khi sấy bị ô nhiễm cũng như làm thay đổi mùi vị của nó. Tuy nhiên dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí (calorifer khí, hơi hay khí hoặc khói), nhiệt độ sấy không quá cao, thường nhỏ hơn 180 0C vì nếu nhiệt độ quá cao thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí cao. + Khói lò: khói lò dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên 1000 C mà không cần thiết bị gia nhiệt, tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm gây mùi khói. Vì vậy khói chỉ dùng cho các vật liệu không sợ ô nhiễm như gỗ, đồ gốm, một số loại hạt có vỏ. 0

+ Hơi qua nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm dễ bị cháy nổ và thường có khả năng chịu được nhiệt độ cao. Vì vậy sấy bằng hơi quá nhiệt nhiệt độ thường lớn hơn 1000C (sấy ở áp suất khí quyển).

4

1.1.4.2.Chế độ sấy Chế độ sấy là cách thức tổ chức quá trình 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 theo yêu cầu và chi phí vận hành cũng như chi phí năng lượng hợp lý. Một số chế độ sấy thường gặp: - Chế độ sấy có đốt nóng trung gian: Chế độ sấy này dùng để sấy những vât liệu không chịu được nhiệt độ cao. - Chế độ sấy hồi lưu một phần: Chế độ này khá tiết kiệm năng lượng nhưng lại tốn nhiều chi phí đầu tư thiết bị. - Chế độ sấy hồi lưu toàn phần: Là chế độ sấy kín, tác nhân sấy được hồi lưu hoàn toàn. - Chế độ sấy hồi lưu và đốt nóng trung gian. 1.1.4.3. Thiết bị sấy Thiết bị sấy là thiết bị mà tại đó vật liệu được tách ẩm để sau khi ra khỏi thiết bị sấy vật liệu đạt độ ẩm an toàn. Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp khác nhau nên có nhiều cách để phân loại thiết bị sấy: - Dựa vào tác nhân sấy: có thiết bị sấy bằng không khí hoặc bằng khói lò, các thiết bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng dòng điện cao tần. - Dựa vào áp suất làm việc: có thiết bị sấy chân không và thiết bị sấy ở áp suất thường. - Dựa vào phương thức làm việc: có sấy liên tục và sấy gián đoạn. - Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ,… -

Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy thùng

quay, sấy phun,… -

Dựa vào chiều chuyển động của vật liệu sấy và tác nhân sấy: sấy cùng

chiều, ngược chiều, giao chiều. 5

1.2. Tổng quan về nguyên liệu-đường mía(Sacaroso) 1.2.1. Các tính chất hóa lý của đường sucrose Trong thực tế, có nhiều loại đường khác nhau, trong đó, loại phổ biến và thông dụng nhất là đường sucrose, hay còn có tên thường gọi là đường trắng, đường cát… dùng trong thực phẩm, dược phẩm… Hình ảnh thực tế quen thuộc của đường cát được thể hiện ở Hình 1.15.

Đường sucrose có công thức hóa học là C 12H22O11 và cấu tạo của nó được thể hiện ở Hình 1.16. Đường sucrose là một disaccharide, được tạo thành từ hai monosaccharide là glucose và fructose. Một số tính chất hóa lý của đường sucrose được trình bày ở Bảng 1.1.

6

Bảng 1.1. Một số tính chất hóa lý của đường sucrose Khối lượng mol

342,30 g⁄mol

Khối lượng riêng

1,587 g⁄ml

Trạng thái vật lý

Tinh thể màu trắng

Nhiệt độ nóng chảy

Phân hủy ở 186℃

Độ tan trong nước

203.9 g⁄100mL ở 20℃

7

1.2.2. Tổng quan về quy trình sản xuất đường sucrose trong công nghiệp Đường sucrose là một carbohydrate tự nhiên có trong thành phần của nhiều loại thực vật, nhưng thông thường, chỉ có mía và củ cải đường là chứa một lượng đường sucrose đáng kể để sản xuất. Đường thành phẩm có nhiều dạng khác nhau. Trong đó, đường cát (granulated sugar) là dạng phổ biến nhất dùng trong sản xuất và gia đình; đường bột (icing sugar) là dạng bột của đường cát và thường được thêm vào một ít tinh bột ngô để chống vón cục; đường nâu là đường cát có chứa rỉ đường (molasses). Một cách tổng quát, quy trình sản xuất đường đối với hai loại nguyên liệu là mía và củ cải đường là rất giống nhau, điểm khác biệt lớn nhất là ở khâu ép và lọc dịch đường. Đối với mía, đường chủ yếu nằm ở thân cây, trong khi ở củ cải đường thì được chứa trong rễ cây. Thân cây mía được cắt nhỏ, sau đó đem đi ép dịch đường bằng máy ép. Dịch đường này sẽ được lọc để loại bỏ bùn đất và bã cây. Còn đối với củ cải đường, rễ của chúng sẽ được cắt sợi và đem đi trích ly và lọc trong tháp phun. Các dịch đường thu được từ mía hoặc củ cải đường như trên sẽ được cô đặc thành dạng syrup đặc, sau đó đem đi kết tinh đường để tạo thành một hỗn hợp đường và rỉ đường. Cuối cùng, hỗn hợp này được lọc ly tâm để tách đường và rỉ đường ra, trước khi đem đi sấy, làm mát và lưu trữ. Đường thô cũng được sản xuất bằng quy trình tương tự nhưng bỏ bớt các công đoạn lọc và tinh chế, sau đó chúng được chuyển đến các nhà máy tinh chế đường thô, nơi mà chúng sẽ được nung chảy, lọc và tinh chế trước khi kết tinh lại một lần nữa. 1.3. Lựa chọn thiết bị sấy đường sucrose Có rất nhiều cách và tiêu chí để lựa chọn một thiết bị sấy cho quy trình sấy một vật liệu ẩm cho trước. Căn cứ vào các tính chất hóa lý của đường sucrose được trình bày ở mục 1.2.1, cũng như kích thước hạt của đường cát nằm trong khoảng từ 0.3 đến 0.55 mm, ta lựa chọn thiết bị sấy thùng quay do các đặc điểm như thích hợp cho sấy vật liệu rời dạng hạt có kích thước khoảng 0.5 mm trở lên, năng suất cao hơn so với thiết bị sấy tầng sôi, giá thành rẻ hơn so với phương pháp sấy bằng dòng điện cao tần. Bên cạnh đó, thiết bị sấy thùng quay là loại thiết bị sấy truyền thống và là phương pháp sấy phổ biến 8

nhất cho công nghệ sấy đường sucrose, có thể vận hành ở cả hai chế độ: liên tục hoặc gián đoạn. 1.4. Lựa chọn tác nhân sấy đường sucrose Đường sucrose là thực phẩm cho con người, phải có độ an toàn và sạch tuyệt đối, do đó, tác nhân sấy được lựa chọn để sấy đường sucrose là không khí ẩm được gia nhiệt qua calorifier khí – khói PHẦN 2: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Quy trình sản xuất đường mía được trình bày theo sơ đồ khối

9

Trong đó. đường hoàn toàn có thể được sản xuất từ mía hoặc củ cải đường, sau công đoạn lọc ly tâm để tách tinh thể đường ra khỏi rỉ đường, tinh thể đường ẩm được đưa vào hệ thống sấy thùng quay với tác nhân sấy là không khí nóng được gia nhiệt bởi calorifier khí – hơi. Đường sau khi hoàn thành công đoạn sấy sẽ được tháo ra qua hệ thống băng tải để tiếp tục các công đoạn tiếp theo là đóng gói và lưu trữ. Tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy sẽ được hút vào cyclone để loại bỏ bụi và đường bị lôi cuốn theo, sau đó theo quạt hút ra ngoài

10

PHẦN 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Giả sử thiết bị sấy được vận hành ở nhà máy ở quận 10, TPHCM. Khí hậu ở tỉnh Đồng Nai theo Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia có nhiệt độ trung bình năm là 27℃ và độ ẩm trung bình năm là 80%. Đây là trạng thái không khí trước khi qua calorifier khi tính toán ở các phần sau. Tiếp theo, không khí được quạt thổi qua calorifier khí – khói và gia nhiệt với hàm ẩm không đổi. Ở đây, đồ án này chọn gia nhiệt không khí đến 80℃ do nhiệt độ nóng chảy của đường sucrose là 186℃. Không khí nóng sau đó vào thiết bị sấy thùng quay, thực hiện quá trình sấy đường. Sơ đồ thiết bị sấy được thể hiện ở Hình 3.1 với 3 mốc trạng thái của không khí: trước khi qua calorifier (A), sau khi qua calorifier hay trước khi vào thiết bị sấy (B), sau khi ra khỏi thiết bị sấy (C).

11

3.1. Cân bằng vật chất Theo sơ đồ thiết bị sấy, ta có phương trình cân bằng vật chất W=L1-L2=L1x1-L2x2 Năng suất sản phẩm L2=L1.

920,92

Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong suốt quá trình sấy W=L1-L2=79,08 Trong quá trình sấy, xem như không có tổn thất vật liệu sấy, do đó lượng vật liệu khô tuyệt đối không đổi trong suốt quá trình sấy 3.2. Cân bằng năng lượng Phương trình cân bằng năng lượng dựa trên sơ đồ thiết bị sấy Hình 3.2 như sau: Nhiệt lượng mang vào -Do dòng không khí : GHA -Do vật liệu sấy : L2Cvltvlđ + WCtvlđ -Do calorifier:

Qc

Nhiệt lượng mang ra -Do dòng không khí : GHc -Do vật liệu sấy

: L2Cvltvlc

-Do tổn thất

: Qm

Ở trạng thái ổn định Nhiệt lượng mang vào = Nhiệt lượng mang ra hay GHA + L2Cvltvlđ + WCtvlđ + Qc=GHC + L2Cvltvlc + Qm [2] Từ đó rút ra nhiệt lượng cung cấp cho thiết bị sấy:

Đặt nhiệt lượng đun nóng vật liệu sấy: 12

Ta có:

Đặt nhiệt lượng tổn thất chung ( vì nhiệt lượng này không làm bốc hơi nước trong vật liệu sấy):

Ta có:

Chia phương trình trên cho W sẽ được nhiệt lượng để bốc hơi 1 kg ẩm cũng là nhiệt lượng cung cấp cho calorifier:

Đặt:

Với Δ là đại lượng đặc trưng cho sự khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết và quá trình sấy thực tế. 3.2.1 Quá trình sấy lý thuyết Quá trình sấy lý thuyết có Δ = 0. Khi đó: 𝑞c= 𝑔(𝐻C – 𝐻A )

Mặt khác, khi qua calorifier, không khí được gia nhiệt từ nhiệt độ 𝑡𝐴 đến 𝑡𝐵, nên enthalpy của không khí tăng từ 𝐻A đến 𝐻C. Do đó 𝑞𝑐 có thể tính theo phương trình cân bằng năng lượng cho calorifier: 𝑞c = 𝑔(𝐻B – 𝐻A )

Từ 2 phương trình trên, ta rút ra:

𝐻C = 𝐻B

13

Vậy trong quá trình sấy lý thuyết, enthalpy của không khí không thay đổi. Hay nói cách khác, trong quá trình sấy lý thuyết, một phần nhiệt lượng của không khí có bị mất đi cũng chỉ để làm bốc hơi ẩm trong vật liệu, hơi ẩm mang nhiệt lượng đó sau đó nhập lại vào dòng không khí. Ta có các thông số trạng thái của không khí trong quá trình sấy lý thuyết được trình bày ở Bảng 3.1 và Hình 3.2. Đồ án này chọn nhiệt độ ra khỏi thiết bị sấy (nhiệt độ bầu khô) của không khí là 37℃ do theo giản đồ Carrier, xác định được nhiệt độ đọng sương của quá trình sấy lý thuyết đẳng enthalpy 𝐻B = 𝐻C= 128,4 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔 𝑘𝑘𝑘 là 𝑡S = 34,8℃. Cần chọn nhiệt độ cuối quá trình sấy lớn hơn nhiệt độ đọng sương để tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên bề mặt vật liệu. Trong quá trình sấy, xem như không có tổn thất không khí khô, và lượng không khí này nhận thêm lượng ẩm bốc hơi là 𝑊. Ta có cân bằng ẩm cho dòng không khí: 𝐺dC = 𝐺dA + 𝑊 [2 ]

Suy ra lưu lượng không khí khô cần thiết trong quá trình sấy lý thuyết:

4651,76 kg/h Hay lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm trong quá trình sấy lý thuyết:’

58,82 kg kkk/kg ẩm

14

Bảng 3.1. Các thông số trạng thái của không khí ẩm trong quá trình sấy lý thuyết[5],đồ thị không khí ẩm Thông số

Trạng thái kk Trạng thái không trước khi qua khí sau khi qua calorifier calorifier A B 27 80

Trạng thái không khí ẩm sau khi ra khỏi thiết bị sấy C

80

6

86,7

d(kg ẩm/kg kkk)

0,018

0,018

0,035

H(kJ/kg kkk)

73,315

128,345

128,345

phmax(n/m2)

2854,15

2853,59

5447,39

vh(m3/ kg kkk)

0,8588

1,0105

0,8954

Tk (oC)

37

Nhiệt lượng cần cung cấp cho thiết bị sấy trong quá trình sấy lý thuyết: 𝑄 = 𝑄C = 𝐺(𝐻C – 𝐻A ) =4651,76 . (128,345-73,315)=255986,3 kj/h =70 kW 𝑞 = 𝑞c = 𝑔(𝐻C – HA ) =3237,055 kJ/kg ẩm

3.2.2 Quá trình sấy thực tế Chọn các thông số:

- 𝑡vlđ lấy bằng nhiệt độ môi trường là 27℃

- 𝑡vlc chọn nhỏ hơn nhiệt độ đầu ra của không khí 5℃:

𝑡vlc = 𝑡c − 5 = 37 − 5 = 32℃

- 𝐶vl lấy nhiệt dung riêng của đường mía: 𝐶vl = 0,301 𝑐𝑎𝑙⁄(𝑔 ∙ 𝐾) [3]

⇒ 𝐶vl ≈ 1,260 𝑘𝐽⁄(𝑘𝑔 ∙ 𝐾) 15

- 𝐶 là nhiệt dung riêng của nước ở 𝑡vlđ = 27℃ = 300 𝐾:

𝐶 = 276370 − 2090,1 ∙ 300 + 8,125 ∙ 3002 − 0,014116 ∙ 3003 + 9,3701 × 10-6 ∙ 3004 ≈ 75355,81 𝐽⁄(𝑘𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾) [3] Suy ra C=4,183 kJ/(kg.K)

- 𝐶ph là nhiệt dung riêng của ẩm chứa trong không khí khô được lấy bằng 1,842 𝑘𝐽⁄ (𝑘𝑔 ∙ 𝐾) và xem như không đổi theo nhiệt độ [4] - 𝐶pk là nhiệt dung riêng của không khí khô được lấy bằng 1,004 𝑘𝐽⁄(𝑘𝑔 ∙ 𝐾) và xem như không đổi theo nhiệt độ [4] - 𝑟 là ẩn nhiệt hóa hơi của nước được lấy bằng 2500 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔 và xem như không đổi theo nhiệt độ [4] Nhiệt lượng đun nóng vật liệu sấy:

𝑄vl = 𝐿2𝐶vl (𝑡vlc – 𝑡vlđ ) = 920,74 ( 𝑘𝑔/ℎ ) ∙ 1,260 ( 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾 ) ∙ (32 − 27)(𝐾) = 5801,8 𝑘𝐽⁄ℎ

Trong quá trình sấy thực tế, Δ ≠ 0. Nhiệt lượng tổn thất thực tế thường lấy bằng 5% nhiệt lượng cung cấp cho thiết bị sấy trong quá trình sấy lý thuyết:

Khi đó:

𝑄m = 1,5%𝑄cLT = 0,015 ∙ 255986,3 ≈ 3839,8 𝑘𝐽⁄ℎ -8.98 kJ/kg ẩm 𝜏 = 2,35 ℎ, do đó ta chấp nhận thời gian sấy thực tế là 𝜏l = 2,44 ℎ = 146,2 𝑝ℎú𝑡. Như đã chọn ở mục 4.1.1, cánh đảo dùng trong thùng sấy là loại cánh nâng với các thông số được trình bày ở Bảng 4.2 và hình dạng của cánh nâng được thể hiện ở Hình 4.2, trong đó, đồ án này chọn cánh nâng có kích thước: Với chiều cao và chiều rộng cánh nâng đã chọn, ta có thể tính số cánh cần lắp trong thùng sấy. 4.1.3. Kích thước và số cánh đảo (cánh nâng) trong thùng sấy Như đã chọn ở mục 4.1.1, cánh đảo dung trong thùng sấy là loại cánh nâng với các thông số được trình bày ở Bảng 4.2 và hình dạng của cánh nâng được thể hiện ở hình 4.2, trong đó, đồ án này chon cánh nâng có kích thước: Chiều cao cánh 22

Chiều rộng cánh Bề dày cánh

Với chiều cao và chiều rộng cánh nâng đã chọn, ta có thể tính số cánh cần lắp trong thùng sấy. Chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu

Diện tích bề mặt chứa vật liệu của cánh

Chiều dài cánh

23

Chọn số cánh lắp trên một mặt cắt là 16 cánh. Khi đó, tổng số cánh nâng cần lắp trong thiết bị:

Vậy tổng số cánh cần lắp trong thùng sấy là z=147 cánh Do vật liệu sấy là đường, là thực phẩm cho con người, cần độ an toàn cao nên đồ án này chọn vật liệu chế tạo thùng sấy và cánh nâng là thép 304, có thông số được trình bày ở Bảng 4.4, được trích từ Bảng PL3.23 trong TLTK [8] Bảng 4.4 Thông số thép chế tạo thùng sấy Số hàng 43

Thành phần danh nghĩa 18Cr-8Ni

Dạng sản phẩm Tấm

Chỉ số kỹ thuật SA-240

Loại/bậc nhất 304

Thiết kế hợp kim/số UNS S30400

Khối lượng riêng của thép 304 được tham khảo từ tài liệu của một số nhà cung cấp thép trên thế giới

Tổng khối lượng của cánh nâng trong thùng sấy kg

4.1.4. Lớp cách nhiệt cho thùng sấy Thiết bị sấy thùng quay nên được bọc lớp cách nhiệt để tránh mất mát nhiệt và đảm bảo an toàn cho nhân viên vận hành thiết bị ở xung quanh. Thông số lớp bề dày thùng sấy, lớp cách nhiệt và lớp bảo vệ được chọn và trình bày ở Bảng 4.6 và Hình 4.3 với Tw4 được chọn bằng 37℃, nhiệt độ này đảm bảo an toàn cho nhân viên vận hành gần thiết bị Bảng 4.5. Thông số bề dày thùng sấy STT

Ký hiệu

Đại lượng 24

Giá trị

Vật liệu

Hệ số dẫn

chọn (m) 1 2

t1 t2

3

t3

Bề dày thùng sấy Bề dày lớp cách nhiệt Bề dày lớp bảo vệ

0,008 0,005 0,001

nhiệt Thép 304 Bông thủy tinh Thép 304

16,2 0,05 16,4

Hình 4.3. Sơ đồ truyền nhiệt qua vách thùng sấy. 4.1.4.1 Hệ số cấp nhiệt của tác nhân sấy trong thùng sấy Tác nhân sấy trong thùng sấy là không khí nóng, đối lưu cưỡng bức, với các thông số vật lý được trình bày ở Bảng 4.6. Bảng 4.6.Thông số vật lý của không khí nóng trong thùng sấy STT 1 2 3 4 5

Đại lượng Tốc độ Nhiệt độ trung bình Hệ số dẫn nhiệt Khối lượng riêng Độ nhớt động học

6

Độ nhớt động lực

Ký hiệu w tktb

Chuẩn số Raynolds

25

Đơn vị m/s o C W/(m.K) Kg/m3 N.s/m2

TLTK [3] [3] [3]

Giá trị 1,226 58,5 0,02833 2,000 × 10-5 1,0647

m2/s

[3]

1,879 × 10-5

Dựa vào Bảng 4.7, nội suy với

Ta có:

Bảng 4.7. Re

Lt/Dt 4

10 2.104 5.104 105

1 1,64 1,50 1,35 1,15

2 1,50 1,40 1,27 1,11

5 1,34 1,26 1,18 1,08

10 1,25 1,18 1,13 1,05

Không khí nóng trong thùng đối lưu cưỡng bức trong ống chảy rối, ta có chuẩn số Nusselt:

Hệ số cấp nhiệt của không khí nóng trong thùng sấy

4.1.4.2 Hệ số cấp nhiệt của không khí ngoài thùng sấy Không khí ngoài thùng sấy xem như đối lưu tự nhiên, với các thông số vật lý được trình bày ở Bảng 4.8 Bảng 4.8. Thông số vật lý của không khí ngoài thùng sấy STT

Đại lượng

Ký hiệu

1

Chuẩn số Prandtl

Pr

2

Nhiệt độ trung bình

t0

3

Hệ số dẫn nhiệt

Đơn vị

TLTK

Giá trị

[3]

0,707

o

C

W/(m.K)

26

27 [3]

0,02611

4

Khối lượng riêng

Kg/m3

[3]

1,1765

5

Độ nhớt động học

N.s/m2

[3]

1,854 × 10-5

6

Độ nhớt động lực

m2/s

[3]

1,879 × 10-5

Đường kính ngoài thùng sấy

Chuẩn số Grashof

Nội suy ta được

Ta có Chuẩn số Nusselt

Hệ số cấp nhiệt của không khí ngoài thùng sấy

4.1.4.3 Tính lượng nhiệt tổn thất Hệ số truyền nhiệt tổng quát với thiết bị hình trụ

27

Nhiệt độ trung bình log của không khí trong và ngoài thùng sấy:

Lương nhiệt tổn thất do cơ cấu bao che

So sánh với Qm giả sử ở mục 3.2.2

Do sai số khá là nhỏ, ta chấp nhận bề dày thùng, lớp cách nhiệt và lớp bảo vệ: t1=8mm t2=5mm t3=1mm 4.1.5. Trở lực qua thùng sấy Trong thiết bị 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. Nghiên cứu vấn đề này người ta đã đưa ra các công thức kinh nghiệm. [4] Chuẩn số Reynold của tác nhân sấy:

Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt vật liệu sấy:

Hệ số thủy động:

28

Hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt

Trong đó : Do đó: Trở lực của dòng tác nhân sấy đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy: Δpvl =1773,47 N/m2 4.2 Tính cơ khí cho thùng sấy 4.2.1 Tính bề dày thùng sấy Do vật liệu sấy là đường, là thực phẩm cho con người, cần độ an toàn cao nên đồ án này chọn vật liệu chế tạo thùng sấy là thép 304, có thông số được trình bày ở Bảng 4.4., trích từ Bảng PL3.23 trong TLTK [8]. Bề dày thùng sấy được tính theo tiêu chuẩn Mỹ (ASME). Khi hệ thống sấy mà đồ án đã thiết kế hoạt động ổn định và bình thường, thùng sấy sẽ làm việc ở áp suất thường. Tuy nhiên, để tính toán bề dày thùng sấy, áp suất thiết kế phải là áp suất mà thùng sấy làm việc ở trạng thái nguy hiểm nhất. Thiết bị sấy thùng quay mà đồ án thiết kế là một thiết bị thông thoáng với không khí bên ngoài, cụ thể là ở các vị trí phễu nhập liệu và đầu tháo liệu. Do đó, khi có sự cố hỏng hoặc tắt nghẽn đường hút của quạt hút ở cyclone mà quạt đẩy không khí vào thùng sấy vẫn hoạt động bình thường, thì áp suất bên trong thùng sấy vẫn không lớn hơn áp suất khí quyển. Ngược lại, nếu quạt hút ở cyclone vì một lý do nào đó mà hoạt động với công suất lớn, có thể làm cho thùng sấy làm việc ở điều kiện chân không. Lúc này, thùng sấy là một thiết bị chịu áp suất ngoài với áp suất thiết kế là áp suất khí quyển:

Nhiệt độ thiết kế:

29

Chọn bề dày sơ bộ của thùng sấy t1=8mm

Đường kính ngoài của thùng sấy: 1200+2.8=1216 mm

152>10

Từ 2 tỷ số trên, nội suy từ Bảng PL6.1 [8], ta có:

Từ A và D0/t, nội suy từ Bảng PL6.8 [8] ứng với thép Austenit 18Cr-8Ni, loại 304, ta có: B=0,171 . 104psi Áp suất làm việc ngoài tối đa cho phép:

Do đó, ta chấp nhận bề dày thùng sấy là t1 = 8mm 4.2.2. Tính chọn bộ phận truyền động cho thùng sấy 4.2.2.1 Tính chọn động cơ Công suất cần thiết để quay thùng

Để quay được thùng, ta phải chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất cần thiết để quay thùng để thắng các lực ma sát trong quá trình thùng quay hay do hiệu suất của bộ truyền động không đạt 100% cũng như để thắng lực ma sát nghỉ ban đầu. Từ giá trị công suất cần thiết để quay thùng đã tính, ta chọn động cơ dựa vào catalogue của các nhà sản xuất động cơ. Đồ 30

án này chọn động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ rotor lồng sóc của hãng TECO, dòng sản phẩm AESV2E/AESU2E, với các thông số kỹ thuật được trình bày ở Bảng 4.9 Bảng 4.9. Thông số kỹ thuật của động cơ quay thùng sấy Công suất đầu ra 3HP 2,2kW

Số vòng quay(vòng/phút) 710

Số hiệu khung

Hiệu suất(%)

132S

Đủ tải :79,4 ¾ tải: 82,0 2/4 tải:79,5 ¼ tải : 69 Khi đông cơ làm việc đủ tải, tức là quay đủ 710 vòng/phút, ta có công suất động cơ làm việc:

Do đó khi làm việc, động cơ thỏa điều kiện có công suất làm việc lớn hơn công suất cần thiết để quay thùng 4.2.2.2. Chọn tỉ số truyền động Tỉ số truyền động của hệ thống sấy thùng quay:

Do tỉ số truyền động chung quá lớn nên phải sử dụng hệ thống truyền động giảm tốc cho thùng. Sử dụng bộ phận giảm tốc trục vít – bánh răng. Hệ thống truyền động được thể hiện trên Hình 4.4 và được mô tả như sau: trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít này truyền động qua bánh vít, bánh vít truyền động qua bánh răng nhỏ của hộp giảm tốc, rồi qua bánh răng lớn, sau đó ra khỏi bộ phận giảm tốc, truyền qua tang dẫn động và đến thùng sấy qua bánh răng lớn gắn trên thùng.

31

Hình 4.4 Sơ đồ hệ thống truyền động cho thiết bị sấy thùng quay. Chọn tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng ngoài hộp giảm tốc

Tỉ số truyền của hộp giảm tốc

Đối với bộ phận giảm tốc trục vít – bánh răng , thường lấy tỉ số truyền giữa hai bành răng trụ

Tỉ số truyền từ động cơ sang bánh vít

Số vòng quay của các trục

Công suất ở các trục

Bảng 4.10. Các trị số hiệu suất của bộ truyền động [9] Tên gọi Bộ truyền bánh răng trụ

Kín 0,96 ÷ 0,98 32

Hở 0,93 ÷ 0,95

Ta chọn hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ hở ngoài hộp giảm tốc

Chọn hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ kín trong hộp giảm tốc

Hiệu suất của bộ truyền trục vít

Bảng 4.11. Thông số truyền động Thông số Động cơ Trục 1 Trục 2 Trục 3 Tỉ số truyền 25,36 5 7 động i Số vòng 710 28 5,6 0,8 quay n(vòng/phút) Công suất 1,747 1,553 1,491 1,387 N(kW) Sau khi tính toán, ta được các thông số của bộ phận giảm tốc ở Bảng 4.11 và công suất ở trục 3 vẫn lớn hơn công suất cần thiết để quay thùng sấy 4.2.2.3 Tính bộ truyền bánh răng Dựa vào các thông số truyền động trong Bảng 4.8 như công suất, số vòng quay trong một phút của trục dẫn và trục bị dẫn, ta sẽ thiết kế bộ truyền bánh răng bằng cách chọn vật liệu, xác định kích thước bánh răng, số răng, module, khoảng cách trục. Bộ truyền bánh răng truyền động từ tang dẫn đến thùng. Đây là cơ chế truyền động giữa hai trục song song nên ta sử dụng bộ truyền động bánh răng trụ thẳng, truyền động hở, bánh răng ăn khớp ngoài. Đối với các bộ truyền chịu tải trọng nhỏ hoặc trung bình có thể dùng thép tôi cải thiện (tôi rồi ram ở nhiệt độ cao); thép thường hóa hoặc thép đúc để chế tạo bánh răng.

33

Độ cứng bề mặt của răng 𝐻𝐵 ≤ 350.Để có thể chạy mòn tốt, nên lấy độ cứng của bánh răng nhỏ lớn hơn bánh răng lớn khoảng 25 ÷ 50 𝐻𝐵. [9] Các thông số cơ tính của bánh răng lớn và nhỏ được trình bày ở Bảng 4.12.

Bảng 4.12. Thông số cơ tính của các bánh răng Bánh răng Bánh răng lớn Bánh răng nhỏ

Nhãn hiệu thép C35 thường hóa C45 thường hóa

Đường kính phôi 300 – 500

Giới hạn Giới hạn Độ cứng bền kéo chảy (HB)

100 – 300

480

240

160

580

290

190

Ứng suất uốn cho phép khi răng làm việc một mặt

= Với 𝜎-1 là giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ đối xứng của thép Ta có 216 N/mm2 261 N/mm2 Chọn hệ số an toàn n và hệ số tập trung ứng suất ở chân răng 𝐾 đối với bánh răng thép thường hóa: 34

1,8 Để đơn giản quy trình tính toán, ta xem k N’’=1, khi đó, ứng suất uốn cho phép cửa bánh răng lớn và bánh răng nhỏ: 120 N/mm2 145 N/mm2 Khi thiết kế, module pháp của bánh răng trụ răng thẳng được tính theo công thức

Chọn hệ số tải trọng K=1,3 Chiều dài tương đối

của răng đối với bánh răng trụ răng thẳng [9]

Với b là chiều rộng bánh răng. Đối với bộ truyền chính xác cao, chịu tải lớn, trục, ổ và vỏ có độ cứng cao với HB 3,5 × 103 nên giá trị hệ số trở lực theo TLTK [12]: Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống đến calorifier:

5.4.2.2. Trở lực cục bộ do đột thu từ calorifier vào đường ống Diện tích mặt cắt ngang đường ống:

Diện tích mặt cắt ngang calorifier:

Tỉ số 𝐹0⁄𝐹1 : Đường kính tương đương của đường ống: 0,4m 65

Chuẩn số Reynolds:

Do đó, không khí trong ống ở chế độ chảy rối. Do 𝑅𝑒 > 3,5 × 103 nên giá trị hệ số trở lực theo TLTK [12]: Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống đến calorifier:

5.4.2.3. Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống vào thùng nhập liệu Diện tích mặt cắt ngang đường ống:

Diện tích mặt cắt ngang calorifier:

Tỉ số 𝐹0 ⁄𝐹nl : Đường kính tương đương của đường ống:

Chuẩn số Reynolds:

Do đó, không khí trong ống ở chế độ chảy rối. 66

Do 𝑅𝑒 > 3,5 × 103 nên giá trị hệ số trở lực theo TLTK [12]: Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống đến calorifier:

5.4.2.4. Trở lực cục bộ do đột thu từ thùng chứa sản phẩm ra ống dẫn Diện tích mặt cắt ngang đường ống:

Diện tích mặt cắt ngang calorifier:

Tỉ số 𝐹0 ⁄𝐹sp : Đường kính tương đương của đường ống:

Chuẩn số Reynolds:

Do đó, không khí trong ống ở chế độ chảy rối. Do 𝑅𝑒 > 3,5 × 103 nên giá trị hệ số trở lực theo TLTK [12]: Trở lực cục bộ do đột mở từ đường ống đến calorifier: 67

5.4.3. Tính tổn thất cột áp động của quạt Tổn thất cột áp động của quạt đẩy:

Tổn thất cột áp động của quạt hút:

5.4.4. Tính tổn thất cột áp mà quạt cần khắc phục Tổn thất cột áp mà quạt đẩy cần khắc phục: Tổn thấp cột áp mà quạt hút cần khắc phục:

5.4.5. Tính và chọn quạt đẩy Năng suất quạt đẩy được lấy bằng lưu lượng thể tích không khí: 3930,91 Áp suất toàn phần của quạt đẩy:

Với áp suất làm việc tại nơi đặt quạt:

Và khối lượng riêng không khí ở điều kiện chuẩn: 1,293 kg/m3

68

Theo TLTK [12], chọn quạt ly tâm áp suất cao Ц8-18 No8. Khi đó, hiệu suất của quạt đẩy và hiệu suất truyền động của trục:

Công suất trên trục động cơ điện của quạt đẩy:

5.4.6. Tính và chọn quạt hút Năng suất quạt đẩy được lấy bằng lưu lượng thể tích không khí:

Áp suất toàn phần của quạt đẩy:

Với áp suất làm việc tại nơi đặt quạt:

Và khối lượng riêng không khí ở điều kiện chuẩn: kg/m3

Theo TLTK [12], chọn quạt ly tâm áp suất cao Ц8-18 No8. Khi đó, hiệu suất của quạt đẩy và hiệu suất truyền động của trục:

Công suất trên trục động cơ điện của quạt đẩy:

69

70

PHẦN 6: KẾT LUẬN Thiết bị sấy đường loại thùng quay đã thiết kế trong đồ án này với các thông số kỹ thuật: - Năng suất nhập liệu: 1000 𝑘𝑔⁄ℎ; - Độ ẩm: từ 10% xuống 0,1%; - Thời gian sấy: 142 phút; - Nhiệt độ vào của không khí nóng: 80℃; - Nhiệt độ ra của không khí nóng: 37℃. Tuy nhiên, thiết bị đã thiết kế vẫn chưa sẵn sàng để chế tạo, lắp ráp và vận hành ngay lập tức do để vận hành một thiết bị công nghệ hóa học, cần phải đảm bảo việc vận hành ổn định và đáp ứng các yêu cầu công nghệ. Việc đó chỉ được thỏa mãn khi thiết bị đã có một hệ thống điều khiển được thiết kế từ các thí nghiệm pilot cũng như các mô hình toán học của thiết bị. Bên cạnh đó, việc thiết kế thiết bị sấy đường loại thùng quay của đồ án có nhiều thông số tự chọn và các phép tính toán được tổng hợp từ nhiều tài liệu tham khảo khác nhau, có thể dẫn đến tính không đồng bộ và không thống nhất, giảm tính chính xác của các phép tính và kết quả sau cùng có thể vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu công nghệ ban đầu. Em rất mong nhận được những hướng dẫn, góp ý và đánh giá từ quý thầy cô để có thể cải thiện những kiến thức còn hạn hẹp và để tích lũy những kinh nghiệm từ thầy cô để có thể hoàn thiện hơn nếu có cơ hội làm việc với công việc thiết kế thiết bị công nghệ hóa học sau này. Em xin chân thành cảm ơn.

71

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Larry R. Genskow, Wayne E. Beimesch, John P. Hecht, Ian Kemp, Tim Langrish, Christian Schwartzbach, F. Lee Smith, "Psychrometry, Evaporative Cooling, and Solids Drying," in Perry's Chemical Engineers' Handbook, McGrawHill, 2008. [2] Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, "Truyền khối," in Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học & Thực phẩm, TP. Hồ Chí Minh, NXB ĐHQG TP.HCM, 2018. [3] Bruce E. Poling, George H. Thomson, Daniel G. Friend, Richard L. Rowley, W. Vincent Wilding, "Physical and Chemical Data," in Perry's Chemical Engineers' Handbook, McGraw-Hill, 2008. [4] T. V. Phú, Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo dục, 2002. [5] T. V. Phú, Kỹ thuật sấy, NXB Giáo dục, 2008. [6] N. V. Lụa, "Kỹ thuật sấy vật liệu," in Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa học & Thực phẩm, NXB ĐHQG TP. HCM, 2014. [7] N. H. Hiếu, Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực, NXB ĐHQG TP. HCM, 2018. [8] Trần Xoa và các tác giả, Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất Tập 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006. [9] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, NXB Giáo dục, 1999. [10] P. V. Bôn, "Quá trình và thiết bị truyền nhiệt," in Quá trình và Thiết bị trong Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, NXD ĐHQG TP. HCM, 2015. [11] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư, Thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2001. [12] Trần Xoa và các tác giả, Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất Tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2006. [13] Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, 2007.

72

[14] Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam, "Cơ học vật liệu rời," in Quá trình và Thiết bị trong Công nghệ Hóa học & Thực phẩm, NXB ĐHQG TP. HCM, 2004.

73