Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Công nghệ Hoá học & Dầu khí
BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Quá Trình &Thiết Bị
(MSMH: 605040)
THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY KHAY
BÃ THẢI TRÊN DÂY CHUYỀN NẤU BIA
NĂNG SUẤT: 500KG/H
GVHD: Thầy Hoàng Tiến Cường
SVTH: Dương Công Vịnh
MSSV: 60103328
Lớp: HC01TP1 Ngành: Hoá thực phẩm
Năm học: 2004
1
LỜI NÓI ĐẦU
Thiết bị sấy là thiết bị được ứng dụng rộng rãi . Nội dung bản đồ ấn môn học cũng trình
bày cách thiết kế một thiết bị sấy thông dụng là buồng sấy. Vì đây là bản thiết kế dầu
tiên nên em không ngoài mục đích làm quen và biết cách thiết kế một thiết bị trong
ngành công nghệ hoá học.
Đây là đồ án đầu tiên em thực hiện hẳn sẽ có những lỗi mắc phải . Vì vậy em xin thầy
(cô) thông cảm cho những lỗi mà em mắc phải.
Để thực hiên đồ ấn này có sự giúp đỡ rất lớn của thầy Hoàng Tiến Cường và các anh chị
trên viện hoá học. Em chân thành cảm ơn thầy Hoang Tiến Cường , và các anh chị .
Xin cảm ơn
2
PHẦN MỞ ĐẦU
I.Giới thiệu:
Bã trấu là phần bã thải trên quy trình công nghệ sản xuất bia. Trong thành phần
trấu có nhiều thành phần có giá tri dinh dưỡng như: hợp chất chứa nitơ, phi nitơ,
khoáng… là nguồn thức ăn tốt cho heo và gia súc.
Bã trấu (hèm) chiếm khối lượng khá lớn 130 kg bã trấu /100 kg malt nhưng có
độ ẩm tương đối cao. Do đó ta tiến hành sấy để giảm độ ẩm, vừa tạo thành sản phẩm dễ
vận chuyển và bán , vừa tạo ra cho gia súc có được nguồn thức ăn phong phú có giá trị
dinh dưỡng cao.
Sấy bã malt vừa tạo sản phẩm đem lại giá trị kinh tế vừa tận dụng nguồn bã thải
trên qui trình sản xuất bia.
Giới thiệu quy trình thu bã malt
3
Malt đại mạch
Tách tạp chất
Nghiền
Nấu dịch nha
Lọc Bã malt
dịch lọc
II.Thuyết minh quy trình công nghệ:
Trước khi bắt đầu sấy , bã malt đựơc phân phối vào các khay, số lượng khay 92 khay ,
và đăt trên hệ thống xe goong ( 4 xe) được đẩy vào buồng sấy. Thời gian sấy 1 mẻ
khoảng 4,5 giờ để làm giảm lượng ẩm bã từ 64% xuống còn 13%, lượng bã malt nhập
liệu 2270 kg bã/ mẻ. Khi qúa trình sấy bắt đầu , ta sử dung hệ thống van điều chỉnh quá
trình sấy : điều chỉnh lượng nhiên liệu vào buông đốt bằng van V
2
, quan sát trên lưu
lượng kế đo lưu lượng không khí vào buồng đốt và điều chình lưu lượng bằng van
V
1
.Trong buồng đốt nhiên liệu cháy toả nhiệt lượng lớn làm không khí buồng đốt nóng
lên và có nhiệt độ rất cao. Dòng không khí nóng này được hút qua buồng hoà trôn nhờ
quạt hút. Trong buồng hoà trộn không khí đựoc làm giảm nhiệt độ đến nhiệt độ sấy
100
o
C nhờ lượng không khí bổ sung trong buồng hoà trộn.Ta điêu chỉnh lượng không
khí vào buồng hoà trộn cũng bằng hệ thống lưu lượng kế và van V
3
điều chỉnh gắn trên
ống khí vào buồng hoà trộn. Dòng không khí nóng sau khi hoà trộn sẽ qua buồng sấy .
Nhờ hệ thống lưới phân phối khí , dòng khí nóng sẽ phân phối đều trong buồng và thực
hiện quá trình truyền nhiệt , truyền ẩm cho vật liệu. Không khí ẩm sau đó được hút ra
ngoài nhờ quạt hút. Sau 4,5 giờ , mẻ sấy kết thúc . Bã sau khi sấy sẽ đạt độ ẩm 13%.
PHẦN TÍNH TOÁN
4
I.Tính cân bằng vật chất
Năng suất thiết bị: G = 500 kg/h
Độ ẩm ban đầu của vật liệu:
o
w
= 64% ( theo vật liệu ẩm)
Độ ẩm cuối của vật liệu:
2
w
= 13% (theo vật liệu ẩm)
Độ ẩm cân bằng của vật liệu:
cb
w
= K
1
+ 0,435K
2
1/ 2
100
ln
100
ϕ
−
(công thức 4.2 , trang75 , TL[1] )
Trong đó :
ϕ
: Độ ẩm không khí ( Lấy 80%)
Khi 10<ϕ≤ 80% thì K
1
=
2,7 ; K
2
= 19,5
Thay vào ta được:
cb
w
= 2,7 + 0,435*19,5
1/ 2
100
ln
100 80
−
cb
w
= 9,5 (%)
Độ ẩm tới hạn của vật liệu:
th
w
=
o
o
w
w
1,8
+
(công thức 3.38 , trang 96, TL [2] )
⇒
0
0
th
64
w 9,5 45
1,8
= + =
Lượng ẩm tách ra trong 1 giờ:
( )
o 2
2
w w
64 13
W= G 500
100 w 100 13
W= 293 kg/ h
−
−
=
− −
⇒
( công thức 7.5 ,trang 128 , TL[1] )
Lượng sản phẩm sấy được trong 1 giờ:
500- 293 = 207 kg/h
Lượng ẩm tách ra trong giai đoạn sấy dẳng tốc:
( )
o th
dt
th
w w
64 45
= G 500
100 w 100 45
W= 173 kg/ h
w
−
−
=
− −
⇒
Lượng ẩm tách ra trong giai đoạn sấy giảm tốc:
W
gt
= W – W
dt
= 293- 173 = 100 kg/h
5
II. Cân bằng nhiệt:
1. Trạng thái không khí trước khi vào buồng đốt:
Lấy - nhiệt độ không khí bằng nhiệt độ môi trường t
0
= 25
0
C
- độ ẩm tương đối
o
ϕ
= 80%
Áp suất hơi bão hoà Pb
0
của không khí (ở nhiệt độ t = 25
0
C)
(
4026,42 4026,42
exp 12 ) exp(12 )
235,5 235,5 25
0,0315( )
o
o
pb
t
pb bar
= − = −
+ +
⇒ =
( công thức 2.31 , trang 31, TL[1] )
Độ chứa ẩm d
0
:
0,8.0.0315
0,622 0,622
1,013 0,8.0,0315
o
o o
o o
d pb
B pb
ϕ
ϕ
= =
− −
( công thức 2.18 , trang 28, TL [1] )
0,0159
o
d =
(kg ẩm/kg không khí)
Trong đó :
'
760
1,013
750
P
B
P
= = =
P: áp suất làm việc của hỗn hợp khí - hơi nước , lấy bằng 760 mmHg
P
’
: áp suất bão hoà ở nhiệt độ và áp suất xác định , lấy bằng 750 mmHg
Enthapy của không khí I
o
:
I
o
= 1,004t + d
o
(2500+1,842t
o
) ( công thức 2.25, trang 29 , TL [1] )
Trong đó:
d
o
: hàm ẩm của không khí ở nhiệt độ t
o
t
o:
nhiệt độ không khí lúc vào buồng đốt
Thay vào , ta được:
1,004.25 0,0159(2500 1,842.25) 65,58
o
I = + + =
(kj/ kg không khí)
2) Trạng thái không khí trước khi vào buồng sấy:
Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kg nghiên liệu:
6
11,6 34,8 4,3( )
o
L C H S O= + + −
( công thúc 3.11, trang 55, TL [1] )
Trong đó:
C, H, O, S là phần % theo khối lượng các thành phần trong nhiên liệu.
Tỉ lệ hỗn hợp : C
3
H
8
: C
4
H
10
= 1:1 . Suy ra hàm lượng C= 0,82 ; H =0,18
⇒
L
o
= 11,6C+ 34,8H= 15,776 (kg không khí/ kg nhiên liệu)
Lượng không khí thực đốt cháy hết 1 kg nhiên liệu:
1,3.15,776 20,5
bd o
L L
α
= = =
(kg không khí/ kg nhiên liệu)
( công thức 3.16, trang 56, TL[1] )
Trong đó:
1,3
bd
α
=
: Hệ số hiệu chỉnh buồng đốt
Độ chứa ẩm của khói lò sau buồng đốt:
'
(9 ) . .
1 (9 )
bd o o
bd o
H A L d
d
L Tr H A
α
α
+ +
=
+ − − +
( công thức 3.28 , trang 59, TL [1] )
với α
bd
= 1,2-1,3: hệ số thừa không khí
'
9.0,18 1,3 15,776.0,0159
0,098
1,3.15,776 1 0,18.9
d
+ +
⇒ = =
+ −
(kg ẩm / kg không khí khô)
3) Trạng thái không khí sau buồng hoà trộn:
Hệ số thừa không khí chung của buồng đốt và hoà trộn
(9 ) (1 9 )
( ) ( )
c bd nl nl a
o o a ao pk o
Q C t H A i H A Tr
L d i i C t t
η
α
+ − + − − − −
=
− + −
( công thức 3.25 trang 57 ,TL[1] )
Trong đó:
Enthapy của hơi nước i
a
:
i
a
= 2500 + 1,842.t ( công thức 3.16 , trang 57, TL [1] )
2500 1,842.100 2684,2
a
i = + =
(Kj/ kg không khí)
0,75
bd
η
=
: Hiệu suất buồng đốt
7
3
1,685.10
nl
C
−
=
( kj/ kg không khí): Nhiệt dung riêng của nhiên liệu
25
o
nl
t C=
: Nhiệt độ của nhiên liệu vào buồng đốt.
Tr=0: Hàm lượng tro
A=0 : hàm lượng nước trong nhiên liệu.
Hàm enthapy hơi đốt ở 25
o
C.
2500 1,842.25 2546,05
ao
i = + =
(Kj/Kg không khí)
t: Nhiệt độ không khí trước khi vào buồng sấy: 100
o
C.
50400
c
Q =
Kj/ kg: Nhiệt trị của nhiên liệu
Thay vào , ta được
3
50400.0,75 1,685.10 .25 9.0,18.2684,2 (1 9.0,18).1,004.100
15,77[0,0159(2684,2-2546,05)+ 1,004(100-25)]
α
−
+ − − −
=
27,77
α
⇒ =
Lượng không khí khô sau buồng hoà trộn:
( 1) (9 )
k o
L L H A Tr
α
= + − + +
( công thức 4.24 , trang 59, TL[1] )
L
k
=(27,77.15,776+1)-9.0,18 = 437,48 ( kg không khí/ kg nhiên liệu)
Hàm ẩm không khí sau buồng hoà trộn d
1
:
[ ]
1
(9 ) .
1 (9 )
o o
o
H A L d
d
L Tr H A
α
α
+ +
=
+ − − +
Thay các giá trị vào, ta được
1
9.0,18 0 27,77.15,77.0.0159
27,77.15,77 1 9.0,18
d
+ +
=
+ −
Trong đó:
A=0 ; Tr= 0
⇒d
1
= 0,0196 ( kg ẩm / kg không khí khô)
Hàm enthalpy không khí nóng trước buồng sấy:
1 1 1 1
1,004. (2500 1,842 )I t d t= + +
Thay các giá trị vào: chọn nhiệt độ không khí nóng trước khi vào buồng sấy bằng t
1
=
100
o
C.
8
⇒ I
1
= 153 ( Kj / kg không khí khô)
Độ bão hoà hơi nước của không khí nóng trước khi vào buông sấy
1
0,099875Pb =
(bar)
Độ ẩm tương đối của khói lò:
1
3,1%
ϕ
=
4)Trạng thái không khí sau khi sấy ( theo lý thuyết )
Quá trình sấy lý thuyết,
Ta có:
1 2
153I I= =
Kj/ kg không khí
Chọn nhiệt độ của không khí khi ra khỏi sấy bằng
Lấy
2
40
o
t C=
Hàm ẩm của không khí sau khi sấy
2 2
2
2
1,004
153 1,004.40
2500 1,842 2500 1,842.40
I t
d
t
−
−
= =
+ +
d
2
=0,0438 (kgẩm/ kg kk)
Độ ẩm tương đối của không khí sau khi sấy:
2
2
2 2
89%
(0,621 )
Bd
Pd d
ϕ
= =
+
Với :
2
0,0732pb =
(bar)
Lượng không khí cần dung để tách ẩm:
2
W 293
10502
d 0,0438 0,0159
o
L
d
= = =
− −
(Kg KK) ( công thức 7.36 ,trang 139 ,TL [1] )
5)Tổn thất nhiệt:
Nhịêt lượng có ích:
Wq
hi
Q =
Trong đó:
W= 293 kg ẩm /h
Nhiệt lượng riêng q:
a
q = i- C 2500 1,842
a
t t C t= + −
2500 1,842.25 3,34.25 2462,55q⇒ = + − =
(Kj/ kg ẩm)
Nhiệt dung vật liệu khô:
C
vl
= 1,5(kj/kg ẩm K) : lấy bằng nhiệt dung lúa mì
Nhiệt dung riêng hơi nước:
4,178
hn
C =
(Kj/ kg ẩm K): Nhiệt dung hơi nước
Nhiệt dung hỗn hợp:
9
C
a
= C
vl
(1- w
1
) + w
1
C
hn
(công thức 7.40 trang 141, TL [1] )
1 1
(1 W ) 4,178.W
a vl
C C= − +
1,5(1 0,64) 4,178.0,64 3,34
a
C = − + =
( KJ/ kg ẩm)
Nhiệt lượng có ích:
2462,55.293 721527,15
hi
Q⇒ = =
(Kj/ h)
Nhiệt lượng do tác nhân sấy đem ra:
2
( )
tn kk pk o
Q L C t t= −
Trong đó:
L
kk
: Lượng không khí ra khỏi buồng sấy (kg/h) ( L
kk
=10502 kg kk /h)
C
pk
: Nhiệt dung không khí :
1,00
pk
C =
4 (Kj/kgkk.K)
Thay các gía trị vào , ta được
10502.1,004(40 25) 158160,12
tn
Q⇒ = − =
( Kj)
Nhiệt lượng do vật liệu sấy đem ra:
2 1
( )
vl vl vl
Q m C
θ θ
= −
Lấy nhiệt độ ra của sản phẩm :
2 2
(3 5) 35
o o
t C C
θ
= − ÷ =
t
2
: nhiệt độ không khí ra khỏi buồng sấy
m
vl
: khối lượng vật liệu sau khi sấy, m
vl
=207 kg
C
a
: nhiệt dung riêng vật liệu sau khi sấy
C
a
= C
vl
(1-w
2
) + C
hn
. w
2
= 1,5 (1-0,13) +4,178.0,13
C
a
= 1,85 (kJ/ kg ẩm. K)
θ
1
: nhiệt độ vật liệu khi vào buồng sấy lấy bằng nhiệt độ môi trường, (25
o
C)
Thay các gía trị trên vào:
⇒ Q
vl
= 207. 1,85 .(35-25) =3829,5 (kJ/h)
Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường
Q
mt
= (3÷5)% Q
hi
Lấy : Q
mt
= 4 % Q
hi
= 4%.721527,15 =28861 (kJ/h)
Nhiệt tổn thất do sản phẩm sấy mang đi và toả ra môi trường:
Q
’
= Q
vl
+ Q
mt
=3829,5 +28861 =32691 (kJ/h)
10
Tổn thất nhiệt ∆:
'
32691
3,34.25 28,07
w 293
a
Q
C t∆ = − = − = −
(kJ/kg ẩm)
6)Trạng thái không khí khi ra khỏi buồng sấy:
Hàm enthalpy I
2:
2 1
153 28,07(0,0438 0,0159) 152,2
o
I I
l
∆
= + = − − =
(kJ/kg KK)
(công thức 7.22 trang 136 TL [1] )
Trạng thái thực của không khí ra khỏi buồng sấy:
Hàm ẩm khói ra khỏi buồng sấy:
2 2
2
2
1,004
152,2 1,004.40
0,0435
2500 1,842 2500 1,84240
I t
d
t
−
−
= = =
+ +
( kgẩm/kgKK)
Độ ẩm tương đối ϕ
2:
2
2
2 2
1,013.0,0435
90%
(0,621 ) 0,0732(0,622 0,0435)
Bd
Pd d
ϕ
= = =
+ +
với:
2
0,0732Pb =
bar
Lượng không khí thực tế cần dung tách ẩm trong 1 giờ:
L = l
o
. w
Trong đó:
Lượng không khí riêng
1
36,23
0,0435 0,0159
o
l = =
−
(kgKK/ kg ẩm)
⇒ L = 36,23 . 293 =10616 (kg KK/h)
Hiệu suất nhiệt buồng sấy:
721527,15
77,76%
927838,4
hi
Q
Q
η
= = =
với Q: nhiệt lượng tiêu hao
11
Q = L (I
1
– I
o
) = 10616 (153 – 65,58)
= 927838,4 (KJ/h)
Tổng nhiệt lượng đã dung:
Q
t
= Q
hi
+ Q
Tn
+ Q
vl
+ Q
mt
= 721527,15 +158160 + 3829,5 +28861
= 912377,77 (KJ/h)
Độ sai số giữa Q và Q
t:
927838,4 912377,77
1,67%
927838,4
t
Q Q
Q
−
−
= =
< 5% (chấp nhận kết quả)
Lượng nhiên liệu cần dung trong 1 giờ:
927838,4
18,44
50400
c
Q
Q
= =
(kg gas LPG/ h)
Với Q
c
=50400 kj/kg ( thầy cho): nhiệt trị của Gas LPG
6)Tính thời gian sấy:
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α
1
:
Vận tốc dòng khí trong buồng sấy: v= (2 ÷ 2,5 ) m/s. Chọ v = 2 m/s
Với dòng lưu chất có v < 5 m/s thì:
α
1
= 6,15 + 4,17.v = 6,15 + 4,17 .2=14,49 (w/ m
2
K)
(công thức 7.46, trang 144 , TL [1] )
Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt J
1b
:
J
1b
= α
1
(t
k
-tư)
Trong đó:
Dựa vào bảng Đồ thị của không khí ẩm tra
t
k
và tư (PL9 trang 355 TL [1] ).
Nhiệt độ bầu khô:
1 2
100 40
70
2 2
o
k
t t
t C
+
+
= = =
Nhiệt độ bầu ướt: t
u
= 35
o
C (tra)
J
1b
= 14,49 ( 70-35) = 507,15 (w/m
2
) = 1825,72 (KJ/m
2
h)
12
Cường độ bay hơi ẩm J
2
:
1
2
1825,72
0,7826
2333
J
J
r
= = =
(Kg/ m
2
h) ( công thức 5.3 , trang 97 , TL [1] )
với : r =2333 kj/kg : nhiệt trở hoá hơi của hơi ẩm ở nhiệt độ t
k
.
( tra bảng I .250 , trang 312, TL [2] )
-Tốc độ sấy N:
N= 100. J
2
.f ( công thức 5.63 , trang 142 , TL [1] )
Trong đó:
f: bề mặt riêng vật liệu f= 1,31 m
2
/kg.(Bảng 2.4 , trang 47 , TL[4] )
Thay các giá trị vào, ta được:
N= 100.0,7826. 1,31 = 102, 52 (%/h)
Thời gian sấy đẳng tốc:
o th
1
w w
177,78 82
0,934
102,52N
τ
−
−
= = =
(h)
Thời gian sấy giảm tốc:
[ ] [ ]
2 2 1
1 1
ln (w w ) ln 0,01(14,14 10)
0,01.102,52N
τ χ
χ
− −
= − = −
2
2,9h
τ
=
trong đó:
W
o
: độ ẩm lúc đầu vật liệu theo vật liệu khô
o
o
o
w
0,64
W 177,78%
1-w 1 0,64
= = =
−
Tương tự , tính cho các độ ẩm còn lại:
W
th
= 82 %
W
2
= 14,94 %
W
*
= 10 %
o
1,8 1,8
0,01
W 177,78
χ
= = =
Tổng thời gian sấy:
13
τ = τ
1
+ τ
2
= 0,934 + 2,9 =3,834 (h)
Thời gian nhập liệu : 0,67 h
Thời gian sấy 1 mẻ: 3,834 +0,67 = 4,5 h
III.Phần tính thiết bị:
1.Tính thiết bị chính:
a)Tính kích thước khay:
Khối lượng vật liệu nhập lịêu:
m=G.τ = 500. 4,5 = 2250 (kg)
khối lượng vật liệu có hao hụt trong khi sấy vì vậy lượng nhập liệu m= 2267 kg
Diện tích bề mặt bay hơi:
2267
81
400.0.07
o
m
F
h
ρ
= = =
(m
2
)
Trong đó:
ρ
o
: khối lượng riêng vật liệu kg/m
3
(400kg/m
3
)
h: chiều cao lớp vật liệu (m) (0,07m)
Số khay sử dụng: 92
Diện tích 1 khay: 0,88 m
2
/ khay
Chọn khay chứa có kích thước sau: (1100 x 800) mm
b)Kích thước xe goòng:
Hệ thống buồng sấy gồm 4 xe gòong , mỗi xe có 23 khay
Bố trí khoảng cách giữa 2 khay: 100 mm
Chiều cao bánh xe goòng: 100mm
Xe goong có kích thước: cao: 3000 mm
Dài: 1190 mm
Rộng: 930 mm
c)Kích thước buồng sấy:
Chọn khoảng cách giữa xe goòng đến thành buồng sấy 500mm
Khoảng cách giữa các xe goòng : 100mm
Khoảng cách từ xe gong đến trần buồng 100mm
Bề dày thành buồng sấy: 100mm gồm 3 lớp:
-Lớp thép trong 5mm
-Lớp bông thuỷ tinh 90mm
-Lớp thép ngoài 5mm
Kích thước buồng sấy:
Cao 3300 mm
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét