Đồ án Thiết kế nhà máy sản xuất cà phê bằng phương pháp ướt năng suất 30 tấn cà phê quả tươi/ngày và 15 tấn cà phê thóc/ngày

= t1 + (2493 + 1,97× t1) ×x1 (kJ/kgkkk) I1 = 75 + (2493 + 1,97×75) ×0,01282 = 108,854 (kJ/kgkkk) Bảng 5.2: Thông số của không khí qua Calorife trước khi vào máy sấy. Hàm ẩm x1 0,01282 (kg/kgkkk) Nhiệt độ t1 75 0C Áp suất hơi bão hòa của không khí p1 0,3838 (bar) 287,926 (mmHg) Độ ẩm tương đối của không khí. φ1 5,33 % Hàm nhiệt I1 108,854 (kJ/kgkkk) 5.1.1.3.Xác định nhiệt độ điểm sương a. Mục đích Khi tính toán về sấy cần phải biết nhiệt độ điểm sương ts vì đó là giới hạn làm nguội không khí ẩm. Biết được ts khi chọn nhiệt độ cuối của của quá trình sấy ta không lấy gần điểm ts để tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên bề mặt vật liệu. Nhiệt độ của không khí sau khi sấy không được quá thấp, nếu không sẽ có hiện tượng đọng sương trên bề mặt vật liệu, song không được quá lớn vì làm cho sản phẩm không đạt yêu cầu và tốn nhiều năng lượng. Giả sử t2 = 34oC, để đơn giản cho quá trình sấy ta chỉ xét quá trình sấy lí thuyết b. Phương pháp xác định nhiệt độ điểm sương q = l × (I2-I0) – Δ [ 3, Tr 168 ]. Δ: là nhiệt lượng bổ sung thực tế chính bằng nhiệt lượng bổ sung chung trừ cho nhiệt lượng tổn thất chung. Trong sấy lý thuyết coi các đại lượng nhiệt bổ sung và nhiệt tổn thất đều bằng không nghĩa là Δ= 0. Như vậy: q = l × (I2-I0) Đồ án tốt nghiệp - 40 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy q = l × (I1-I0) [ 3, Tr 168 ]. mà l>0 nên suy ra : I2 = I1= 108,854 (kJ/kgkkk) . I2 = t2+(2493 + 1,97t2)x2 [ 3, Tr 156]. suy ra: x2 = 2 22 97,12493 t tI − − với: I2 = 108,854 (kJ/kgkkk) t2 = 340C Suy ra: x2 = 3497,12493 34854,108 x− − =0,0309 (kg ẩm/kg kkk) Tại nhiệt độ điểm sương φ =1 nên: Pbh = 2 02 622,0 x Px bh + [ 3, Tr 157]. Pbh = 0309,0622,0 7600309,0 + x = 35,969 (mmHg) = 0,0473 ( atm ) Pbh = 0,0433 at ứng với nhiệt độ t = 30oC [ 10, Tr 312]. Pbh = 0,0573 at ứng với nhiệt độ t =35oC [ 10, Tr 312]. Để xác định ts ở Pbh= 0,04787 ta dùng phương pháp nội suy: ts =t1+ )( 12 13 13 bhbh bhbh PP PP tt −− − = 31,43 oC . Vậy nhiệt độ tác nhân sấy ra t2= 340C là hợp lý. 5.1.1.4. Thông số của không khí sau sấy Nhiệt độ tác nhân sấy ra: t2 = 340C Pbh2 = exp(12,031- 34235 42,4026 + )= 0,053(bar) = 39,753 (mmHg) [ 6, Tr 30]. Suy ra: φ2 753,39)0309,0622,0( 7600309,0 ×+ ×= = 0,9048 ⇒ φ2 = 90,48 %. Với độ ẩm 2ϕ = 90,48 % thoả mãn điều kiện ∈ϕ [85% ÷95%] để vừa tiết kiêm nhiệt lượng do tác nhân sấy mang đi, vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương. Đồ án tốt nghiệp - 41 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy Bảng 5.3: Thông số của không khí sau khi sấy. Nhiệt độ ra t2 34 0C P2 0,053 bar 39,753 mmHg Hàm nhiệt I2 108,854 (kJ/kgkkk) Hàm ẩm x2 0,0309 (kg/kgkkk) Độ ẩm φ2 0,9048 90,12 % Với P2: Áp suất hơi bão hòa của không khí sau khi sấy. 5.1.1.5. Lượng không khí khô tiêu hao riêng để bốc hơi 1 kg ẩm 12 1 xx l −= (kg/kg ẩm) [ 3, Tr 170]. =−= 01282,00309,0 1l 55,31(kg/kg ẩm). 5.1.1.6. Tổng lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy L = l×U (kgkkk/h). Trong đó : - U : là lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy (kg/h). U = =ΔG 2 21 1 W100 WWG − −× (kg/h) - G1: Lượng nguyên liệu trước khi vào máy sấy tính theo năng suất nhà máy. Do máy sấy thùng quay làm việc liên tục 3 ca nên: G1 = 3 2 × 798,141 = 532,094 (kg/h) - W1: độ ẩm ban đầu của cà phê là: 40% - W2: độ ẩm của cà phê sau sấy là: 12% U = GΔ = 532,094× 12100 1240 − − = 169,3 (kg/h) Suy ra L = 55,31× 169,3= 9363,983 (kgkkk/h) 5.1.2. Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy lý thuyết 5.1.2.1. Lượng nhiệt cần thiết làm bay hơi 1kg ẩm o o xx IIq − −= 2 2 ( kJ/kg ẩm) [ 3, Tr 170]. Đồ án tốt nghiệp - 42 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy Trong đó: - Io, I2: là hàm nhiệt của không khí trước và sau khi qua calorife. - xo, x2: là hàm ẩm của không khí trước và sau khi sấy. ⇒ 538,3141 01282,00309,0 055,52854,108 =− −=q (kJ/kg ẩm). 5.1.2.2. Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình bốc ẩm =×=×= 169,3538,31411 UqQ 531862,383 [kJ/h]. 5.2. Xây dựng quá trình sấy thực tế 5.2.1. Lượng nhiệt bổ sung thực tế Gọi ∆: là lượng nhiệt cần bổ sung thực tế: Δ = qBS+Cn*tV1 – qtt – qVC – qVL [ 6, Tr 135]. Trong đó: - Nhiệt lượng riêng do vật liệu mang vào: Cn*tV1 = θ1xCn= 40 x 4,1816 = 167,44 (kJ/kg ẩm). - Nhiệt lượng riêng để đun nóng vật liệu: qvl = G2 x Cvl(θ2-θ1)/ U (kJ/kg ẩm) = 360,977 x 1,865 x (54,5-40)/ 169,3= 57,659 (kJ/kg ẩm). - Nhiệt lượng tổn thất: qm= 5%q= 5%×3141,538=157,077 (kJ/kg ẩm). - qvc = 0, qBS= 0. Suy ra: ∆= 167,44 - 57,659 - 157,077 = - 47,296 (kJ/kg ẩm). 5.2.2. Xác định các thông số của tác nhân sấy sau khi sấy thực * Nhiệt dung riêng dẫn xuất của tác nhân sấy trước quá trình sấy Cdx Cdx = Cpk + Cpa .x0 [ 6, Tr 130]. Trong đó: - Cpk: nhiệt dung riêng của không khí khô Cpk =1 (kJ/kg.K) - Cpa nhiệt dung riêng của hơi nước. Cpa =1,97 (kJ/kg.K) [ 3, Tr 156]. - x0 = 0,01282 (Kg ẩm/kg kkk). Suy ra : Cdx = 1+1,97x0,01282 = 1,0253 (kJ/kg.K). * Hàm ẩm của không khí nóng sau quá trình sấy thực: Đồ án tốt nghiệp - 43 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy Δ− −+= 2 21 0 , 2 )( i ttC xx dx [ 6, Tr 138]. Với: i2 = 2493+ Cpa t2 =2493 + 1,97 x 34 = 2559,98 (KJ/kg) [ 3, Tr 156]. Suy ra 296,4798,2559 )3475.(0253,101282,0,2 + −+=x = 0,02894 ( Kg ẩm/kg kkk) * Entanpy I2': 2'22'2 .. ixtCI pk += [ 6, Tr 138]. I'2 = Cpkt2 +x’2i2 = 1 x 34+0,02894 x 2559,98 =108,086 (KJ/Kgkkk). * Độ ẩm tương đối của không khí sau khi sấy: φ'2 = 22 02 )'622,0( ' px px + = 753,39*)02894,0622,0( 76002894,0 + x = 0,85 = 85%. Với độ ẩm '2ϕ = 85% nằm trong khoảng ∈ϕ [85% ÷ 95%] để vừa tiết kiệm nhiệt lượng do tác nhân sấy mang đi, vừa đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương. 5.2.3. Lượng tác nhân sấy thực tế l’ = 02' 1 xx − = 01282,002894,0 1 − = 62,035 (kg kk/kg ẩm). L'= l'U = 62,035 x 169,3 = 10502,53 (kgkkk/h). 5.2.4. Nhiệt lượng vào và ra của quá trình sấy thực tế 5.2.4.1. Nhiệt lượng vào + Nhiệt lượng không khí mang vào: Q'1v =L' I0 = 10502,53 x 52,055 = 546709,2 (kJ/kg). + Nhiệt lượng do caloriphe cần cung cấp: Q'cal = L'(I1-I0) = 10502,53 x (108,854 – 52,055) = 596533,2 (kJ/kg). + Nhiệt lượng do nguyên liệu chưa sấy mang vào: Q'3v = Q2v = 55580,715 (kJ/kg). + Tổng nhiệt lượng vào: ∑Q'v = Q'1v +Q'cal+Q'3v = 546709,2 + 596533,2 + 55580,715 = 1198823,12 (kJ/kg). 5.2.4.2. Nhiệt lượng ra - Nhiệt lượng không khí mang ra: Q'2 = L'I'2 = 10502,53 x 105,577 = 1108825,61 (kJ/kg). Đồ án tốt nghiệp - 44 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy - Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: Q'vlr = G2 .Cvl .θ2= 360,977 x 1,865 x 54,5= 36690,6 (kJ/kg). - Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường: Q'm = qm U=157,077 x 169,3 = 26593,136 (kJ/kg). - Tổng nhiệt lượng ra: ∑Q' r = Q'm +Q'vlr+Q'2 =26593,136 + 36690,6 + 1108825,61 = 1172109,346 (kJ/kg). Ta tính sai số: 1198823,12 61172109,34 1198823,12 ' '' −=−=Δ v rv Q QQQ = 0,0223= 2,23 %. Vì ΔQ = 2,23% < 5% nằm trong sai số cho phép nên chấp nhận kết quả trên. 5.3. Tính trị nhiệt của nhiên liệu Ta sử dụng nhiên liệu đốt là dầu FO. Thành phần dầu FO dựa theo bảng sau: Bảng 5.7. Thành phần nguyên liệu trong dầu FO.[ 18 ]. Thành phần C H O S A(ẩm) Nitơ Đơn vị (%) 82,98 12,38 0,74 2,77 0,01 1,12 5.3.1. Tính nhiệt trị cao của nhiên liệu Qc= 33858C + 125400H -10868 (O-S) (kJ/kg) [ 6, Tr 53]. Qc= 33858×82,98% + 125400×12,38% -10868×(0,74% - 2,,77%) Qc = 65681,93 (kJ/kg). 5.3.2. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu Trong nhiên liệu lỏng ngoài thành phần của nước A còn có nước do phản ứng cháy sinh ra. Từ phản ứng cháy hydro dễ dàng thấy rằng cứ 1kg hydro cháy hết cho ta 9 kg nước. Do đó, nếu lấy nhiệt ẩn của nước ở áp suất khí trời r = 2500 (kJ/kg) thì nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Qt= Qc- 2500×(9H +A) (kJ/kg) [ 6, Tr 53]. Qt = 65681 - 2500×(9×12,38% +0,01%). Qt = 62895,25 ( kJ/kg) 5.3.3. Nhiệt trị trung bình của nhiên liệu: QHF = 2 tc QQ + = 2 25,6289593,65681 + = 64288,59 (kg/h). Đồ án tốt nghiệp - 45 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy CHƯƠNG VI TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 6.1. Hệ thống phân loại và làm sạch 6.1.1. Cấu tạo: Chọn bể xi phông MR-1.5 của Công ty Vina Nha Trang. Hình 6.1. Bể xi phông MR-1.5. 01.Sàng tạp chất. 02.Máy rửa quả. 03.Máng ra cà quả nổi, cà quả chìm. 04.Ống bơm nước lên sàng tạp chất. 05.Tay van điều chỉnh áp lực. 06.Tay van điều chỉnh lượng nước. 07. Motor truyền động. 6.1.2. Nguyên tắc hoạt động Cà phê từ bể chứa cà phê tươi được chuyển vào sàng tạp chất nhờ gàu tải, sàng tạp chất có nhiệm vụ tách lá cành, một phần đất đá sau đó cà rơi vào máng nước. Tại đây cà phê được rửa sạch rồi tiếp tục xuống sống cản đá, sống cản đá có nhiệm vụ cho cà phê quả đi qua, còn đất dá được giử lại rơi vào phễu hứng rồi theo hệ thống ống Ventury đi ra ngoài vào thùng chứa, cà phê quả được chia làm hai loại: quả chìm và quả nổi. Bảng 6.1. Đặc tính kỹ thuật của bể xi phông MR-1.5 Chiều dài bể 3500 mm Chiều rộng bể 800 mm Chiều cao bể 1200 mm Năng suất 1500 kg/h Công suất lắp đặt 2 HP Ta chọn 2 bể xi phông. Đồ án tốt nghiệp - 46 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy 6.2. Máy xát tươi 6.2.1. Cấu tạo: Chọn máy xát MXQ-1 của Công ty Vina Nha Trang. Hình 6.2: Máy xát quả MXQ-1 01. Phểu nạp liệu 02. Rulo xát 03. Máng chuyển cà thóc và vỏ vào máy tách vỏ 04. Cửa xả cà xanh 05. Mô tơ truyền động 06. Chân đế máy 07. Máy tách vỏ 6.2.2. Nguyên tắc hoạt động Cà phê quả sau khi qua sàng tạp chất và qua máy rửa sẽ được chuyển vào máng nạp liệu của máy xát. Trên rulô xát có gắn các thanh dao, xung quanh là khung lưới, các thanh dao và khung lưới này sẽ bóc tách vỏ ra khỏi quả cà phê. Cà phê thóc và vỏ sẽ lọt qua lỗ lưới đi xuống máng đến phểu nạp liệu của máy tách vỏ, còn cà quả xanh chưa bóc sạch vỏ sẽ theo cửa xả liệu đi ra ngoài. Đồ án tốt nghiệp - 47 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy * Đặc tính kỹ thuật: Công suất: 5 HP. Số vòng quay rulô xát: 350 vòng/ phút. Năng suất: 1 tấn quả/ giờ. Kích thước: D CR×× : 1600 2430900×× (mm). Số lượng máy: n = 1000 125,1828 = 1,828. Chọn n = 2 (máy). 6.3. Tính xilô ủ, lên men 6.3.1. Lập luận + Chọn tổng thời gian lên men: 8h + Thời gian làm ráo và tháo liệu sau khi lên men 1h + Do đặc thù nhà máy sản xuất 2 ca nên nguyên liệu sau khi xát tươi của ca 1 từ 6h sáng đến 2h chiều sẽ cho vào xilô 1. Sau 7h tiến hành cấp nước vào xilô, thời điểm này bắt đầu lên men cà phê, thời gian lên men cà phê 8h cộng với thời gian làm ráo và tháo liệu 1h nên sau tổng cộng 16h nguyên liệu được lên men xong đúng vào 6h sáng hôm sau sẽ là nguyên liệu đi vào máy sấy tĩnh. Tương tự như vậy nguyên liệu sau khi xát tươi của ca 2 từ 2h chiều đến 10h tối sẽ cho vào xilô 2, sau 16h nguyên liệu được lên men xong đúng vào 2h chiều hôm sau sẽ là nguyên liệu đi vào máy sấy tĩnh. Cứ như vậy quá trình xát tươi và lên men được liên tục phù hợp với thời gian sản xuất 2 ca của nhà máy. 6.3.2. Tính toán xi lô ủ, lên men + Năng suất nguyên liệu đi vào xi lô: 1096,875 (kg/h). + Lượng nguyên liệu vào xi lô trong 8h 1096,875× 8= 8775 (kg/h). + Thời gian lên men: 8. + Khối lượng riêng của cà phê sau khi xát tươi: 500 (kg/m3). + Số xilô lên men: n = 2. Chọn mỗi xi lô có sức chứa sản phẩm cà phê nhân trong 8 giờ sản xuất, xi lô làm bằng thép CT3, có sơn lớp chống nước ở bên ngoài. + Thể tích khối cà phê nhân chứa trong mỗi xilô: Vnl = 55,17500 8775 = (m3). Đồ án tốt nghiệp - 48 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy H h h 1 h 2 + Thể tích xilô chứa: ϕ nlVV = (m3). Trong đó: - ϕ: hệ số chứa đầy; ϕ = 0,85. → V = 85,0 55,17 = 20,65 (m3). Hình 6.3. Xilô lên men Vn = ×× 14,33 h1 ) 2 ( D 2 = ×× 14,33 1,992 ) 2 5,2( 2 = 3,26 (m3). +Thể tích phần trụ: Vtr = V- Vn = 17,55 – 3,26 = 14,29 (m3). Mà: 4 22 hDVtr π= ( h2: chiều cao phần trụ). Suy ra: h2 = 2,911 (m). +Chiều cao của xilô: H= h1 + h2= 1,992 + 2,991 = 4,983 (m). Bảng 6.2. Đặc tính của xilô ủ, lên men Hệ số chứa đầy Φ 0,85 % Đường kính hình trụ D 2,5 m Góc tháo liệu α 60 0C Chiều cao đáy nón h1 1,992 m Thể tích đáy nón Vn 3,26 m3 Thể tích hình trụ Vtr 14,29 m3 Chiều cao hình trụ h2 2,911 m Chiều cao xilô chứa H 4,983 m 6.4. Hệ thống sấy tĩnh 6.4.1. Giới thiệu chung Máy sấy tĩnh ST là máy dùng để sấy sơ bộ cà phê thóc sau khi đã được đánh nhớt và làm ráo. Máy sấy tĩnh bao gồm: Đồ án tốt nghiệp - 49 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy + Lò đốt là nguồn cấp nhiệt chính. + Quạt hút dùng để chuyển tải nhiệt lượng của lò đốt qua khay sấy. + Khay sấy là nơi chứa nguyên liệu cần sấy. Tuỳ theo tính chất và yêu cầu của quá trình sấy mà ta dùng hệ thống chuyển tải nhiệt lượng trực tiếp hay gián tiếp. Ở đây ta dùng hệ thống chuyển tải nhiệt lượng trực tiếp. 6.4.2. Cấu tạo: Chọn hệ thống sấy tĩnh ST-02 của Công ty Vina Nha Trang Hình 6.4. Hệ thống máy sấy tĩnh ST-02 1. Lò đốt. 2. Quạt hút không khí. 3. Khay sấy. * Đặc tính kỹ thuật: + Công suất: 3 (HP). + Vận tốc quạt hút hướng trục: 1450 (vòng/phút). + Lượng nguyên liệu vào khay: 1074,938 3 2× = 716,625(kg/h). + Lượng nguyên liệu vào khay trong 2 giờ: 1433,25 (kg). + Khối lượng riêng của hạt cà phê sau lên men: ρ= 500 (kg/m3). + Hệ số chứa đầy: φ = 0,75. + Độ ẩm nguyên liệu vào: w1 = 55 %. Đồ án tốt nghiệp - 50 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy + Độ ẩm nguyên liệu ra: w2 = 40 %. + Độ ẩm trung bình của nguyên liệu sấy: wtb = 2 4055+ = 47,5 %. + Thể tích lượng cà phê vào khay chứa: Vcp = 3/500 25,1433 mkg kg = 2,867 (m3). + Thể tích khay sấy cà phê: Vk = ϕ cpV = 75,0 867,2 = 3,823 (m3). + Thời gian sấy: kτ = 185,0 321 −− M uu [ 6, Tr 210]. Trong đó: M: là hệ số phụ thuộc vào đường kính trung bình của hạt d(mm). d: đường kính trong của hạt: d = 5 (mm). Suy ra: M = 0,7 [ 6, Tr 210] Vậy τ = 185,0 3 7,0 4055 −− = 99,6 (phút) = 1,66 (h) + Năng suất 2000 kg/ mẻ/ 2h. Căn cứ vào lượng nguyên liệu cần sấy tĩnh như trên ta chọn máy sấy với các đặc tính kỹ thuật như sau: + Nơi sản xuất: Công ty cổ phần cơ khí Vi Na Nha Trang. +Công suất lắp đặt quạt hướng trục:3 HP = 2237,1 (W). + Lò đốt: (DxRxC) = 800x800x1100 (mm). + Quạt hút hướng trục: (DxRxC) = Φ600x400 (mm). + Khay sấy: (DxRxC) = 6000x2000x900 (mm). 6.5. Thiết bị sấy trống quay 6.5.1. Cấu tạo + Lò đốt. + Quạt hút khí nóng. + Trống sấy. + Gàu tải nạp liệu. + Buồng chứa nạp liệu trước khi sấy. Đồ án tốt nghiệp - 51 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy + Máng tháo hạt ra ngoài sau khi sấy. * Lò đốt: Lò đốt tạo nhiệt cung cấp khí nóng cho máy sấy, khí nóng qua dàn trao đổi nhiệt rồi được quạt hút đưa vào trống sấy. Ở đây ta chọn phương pháp sấy trực tiếp ngược chiều. Được dùng để cung cấp không khí nóng cho mấy sấy. Ta có thể dùng nguyên liệu than đá, dầu FO để đốt. Nhiệt được truyền qua bộ trao đổi nhiệt trước khi quạt hút vào bộ phận trống sấy. Có dàn trao đổi nhiệt Calorife. Ứng dụng nguyên lí đối lưu để tạo nhiệt cho buồng đốt. * Quạt hút khí nóng: Đây là bộ phận đóng vai trò hút không nóng từ lò đốt để cấp nhiệt cho trống sấy trong quá trình sấy. * Trống sấy hạt: Quá trình sấy sẽ được thực hiện tại đây, không khí nóng sẽ được chuyển vào tâm trống sấy kết hợp với quá trình đảo hạt nhờ tác dụng của cánh đảo và cánh đẩy làm cho độ ẩm của cà phê giảm dần. * Bộ phận nạp liệu vào trống sấy: Là bộ phận chứa cà phê chuẩn bị cho quá trình sấy mới, định lượng cà phê cần thiết truớc khi cho vào trống sấy, làm giảm tối đa thời gian cần thiết cho quá trình nạp liệu. 6.5.2. Tính toán máy sấy thùng quay Vì quá trình sấy thực hiện liên tục 3 ca trong ngày do vậy: + Năng suất vào nhà máy: G1 = 3 2 x 798,141 = 532,094 (kg/h). + Độ ẩm vào máy sấy: u1=40%. + Độ ẩm ra khỏi máy sấy: u2=12%. + Độ ẩm trung bình của hạt: utb=0,5 (u1+u2)= 26%. [ 6, Tr 210]. + Khối lượng riêng trung bình của khối hạt: ρ=500 (kg/m3). + Tỷ lệ chiều dài và đường kính: L/D= 3,5 ÷ 7. [ 6, Tr 207]. Đồ án tốt nghiệp - 52 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy Ở đây ta chọn L/D = 4 + Vận tốc không khí đi trong thùng: v = 2-3 (m/s). + Độ điền đầy: chọn ß=0,25. [ 6, Tr 207] + Lượng ẩm bốc hơi: W=532,094 × 12100 1240 − − = 169,3 (kg ẩm/h). [ 3, Tr 165]. Chọn cường độ bốc hơi ẩm A đối với vật liệu sấy là cà phê là: A= 40 kg/ m3h Thể tích thùng sấy: A= V W Suy ra: V= 2325,4 40 3,169 = (m3) Mặt khác: V= βρ τ × × v G1 [ 6, Tr 208]. Trong đó: + Lượng nguyên liệu vào nhà máy: G1= 532,094 (kg/h). + vρ : là mật độ của khối hạt lấy bằng tỉ trọng cà phê vρ = 500 kg/ m3. Từ đó suy ra: τ = 994,0 094,532 25,05002325,4 1 =××=×× G V v βρ (h). Nhiệt độ sấy cho phép: th =2,218 - 4,343. ln(t)+ tbw×+ 63,037,0 5,23 [ 6, Tr 211]. th =2,218 - 4,343. ln( 3 10 )+ 26,063,037,0 5,23 ×+ ≈ 41 0C Kích thước thùng quay: Vt= 4 2 LD ××π Ö D= 3 4 2325,44 π× × = 1,1 (m). Ta chọn kích thước đường kính chuẩn: D =1,2 m [ 3, Tr 192]. Suy ra: Chiều dài thùng quay: L= 4 x D = 4,8 (m) Đồ án tốt nghiệp - 53 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy Số vòng quay của thùng: n= ατ tgD Lkm .. .. [ 11, Tr 122]. + L: Chiều dài cánh đảo trộn trong thùng sấy: L= Lt= 4,8 (m). + D: Đường kính thùng quay: 1,2 (m). + m, k là các hệ số phụ thuộc cấu tạo cánh và chiều chuyển động của khí, chọn m = 0,75 và k = 2. [ 11, Tr 122]. + α : Góc nghiêng thùng quay : α=2,5o. [ 11, Tr 122]. + τ = thời gian sấy: τ = 0,994 (h)= 59,64 (phút). Vậy n= )5,2(2,164,59 8,4275,0 0tg×× ×× = 2,3 (vòng/phút) = 138 (vòng/h). Công suất cần thiết để quay thùng: N=0,13.10-2.Dt3.Lt.a.n.ρ (KW). Trong đó: + n: Số vòng quay (vòng/phút) + a: Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, ở đây ta chọn loại cánh nâng nên a= 0,011÷0,071 ta chọn a= 0,05. [ 11, Tr 123]. + Dt, Lt: Đường kính và chiều dài thùng quay. + ρ: Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu ρ= 500 (kg/m3). Vậy: N = 0,13.10-2 x 1,23 x4,8x0,05x 2,3 x500 N= 0,62 (kW). Công suất thực tế để quay thùng: N’=kN Với k: hệ số mở máy: chọn k=1,3. N’=1,3 x 0,62=0,806 (kW). 6.6. Tính và chọn Calorife Calorife là một bộ phận quan trọng trong hệ thống sấy, là thiết bị dùng để nâng nhiệt cho tác nhân sấy đến nhiệt độ cho phép, ta chọn tác nhân sấy là không khí nóng, chất tải nhiệt là khói lò đi trong ống gia nhiệt bằng đồng, không khí đi ngoài ống. Đồ án tốt nghiệp - 54 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy * Chọn kích thước ống truyền nhiệt: Chọn kích thước ống truyền nhiệt sao cho: t n d d <1,4. [ 6, Tr 326]. + dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m). + dt : đường kính trong của ống truyền nhiệt (m). + δ : bề dày của ống truyền nhiệt (m). + Dg: đường kính ngoài của gân (m). + Δ: bề dày của gân (m). + tg: bước gân (m). + hg: chiều cao của gân (m) . + m: số gân trên một ống (m). + t: khoảng cách giữa 2 gân liên tiếp ( m) . + lo: chiều dài của phần ống không gân (m). + lg: tổng chiều dày của gân trên một ống (m). + ht: chiều dài của ống truyền nhiệt (m). + F1: diện tích xung quanh của phân ống không gân (m2). . + F2: tổng diện tích của mặt hình 2 vành khăn của gân (m2). + F3: diện tích xung quanh của phần ống có gân (m2). Chọn vật liệu chế tạo ống truyền nhiệt là đồng có hệ số dẫn nhiệt: λ= 385(W/m2.độ) Ta chọn: + dn =0,036 (m). + dt =0,028 (m). + ht =1,4 (m). + t =0,0075 (m). + Δ =0,0005 (m). + Dg=0,04 (m). * Tính toán các thông số của ống truyền nhiệt: + Bề dày của ống truyền nhiệt: δ = 2 tn dd − = 0,004(m) Đồ án tốt nghiệp - 55 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy + Bước gân: tg = t +Δ =0,0075+0,0005=0,008 (m) + Chiều cao của gân: hg = 2 ng dD − = 2 036,004,0 − =0,002 (m) + Số gân trong một ống: m = g t t h - 1 = 008,0 4,1 - 1 = 174 (gân) + Tổng chiều dày của gân trên một ống: lg =m x Δ = 174 x 0,0005 = 0,087(m) + Chiều dài của phần ống không gân: lo = ht - lg = 1,4 - 0,087 = 1,313(m) + Diện tích xung quanh của phần ống không gân: F1 F1 = π .dn . lo =3,14 x 0,036x 1,313=0,1485 (m2) + Tổng diện tích mặt hình vành khăn của gân: F2= 2.m.π.(Dg2- dn2) /4 = 2x174x3,14x(0,042-0,0362)/4 =0,083(m2) + Diện tích xung quanh của ống có gân: F3 = π. Dg .lg = 3,14x0,04x0,087 = 0,011 (m2) + Tổng diện tích mặt ngoài của ống: Fn = F1 + F2 + F3 = 0,01485 + 0,083 + 0,011 = 0,109 (m2) + Tổng diện tích mặt trong của ống: Ft = π .d t . ht = 3,14x0,028x1,4 = 0,123 (m2) + Đường kính tương đương của thiết bị: dtd = FF m FFdF n + ××+× 1 1 2 Trong đó: F là diện tích các cánh: F = F2 + F3 = 0,083 + 0,011 = 0,094 (m2) Suy ra: d td =0,0284 (m) * Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình: + Nhiệt độ không khí vào calorife: t2đ = t1 = 19,6 0C + Nhiệt độ không khí ra khỏi calorife: t2c = t2 = 75 0C + Nhiệt độ đầu và cuối của khói lò: t1đ = 800 0C, t1c = 600 0C. Hệ số nhiệt độ trung bình xác định theo công thức: Đồ án tốt nghiệp - 56 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy t c d cd tb t t ln tt t Δε× Δ Δ Δ−Δ=Δ [ 2, Tr 253]. Trong đó: - Δtđ: hiệu số nhiệt độ đầu; Δtđ = 800 – 19,6 = 780,4 0C. - Δtc: hệ số nhiệt độ cuối; Δtc = 600 - 75 = 525 0C. - ε∆t : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào sự chuyển động của các chất tải nhiệt và phụ thuộc vào các thông số R và P: 07,0 6,19800 6,1975 61,3 6,1975 600800 21 22 22 11 =− −=− −= =− −=− −= dd dc cd cd tt ttP tt ttR [ 2, Tr 255]. Tra đồ thị: ε∆t = 1 [ 2, Tr 254]. 29,644 525 4,780ln 5254,7801 =−×=Δ tbt 0C * Hệ số cấp nhiệt từ thành ống ra ngoài không khí (α1): - Nhiệt độ trung bình của không khí trong calorife: ttb = t1đ - Δttb = 800 – 644,29 = 155,71 0C [ 2, 257]. Tra bảng I.255 [ 10, Tr 318] và áp dụng công thức tính nội suy, ứng với: ttb= 155,71 0C ta có: Ở nhiệt độ 1400C hệ số dẫn nhiệt của không khí 21049,3 −×=λ (W/m.độ) Ở nhiệt độ 1600C hệ số dẫn nhiệt của không khí 21064,3 −×=λ (W/m.độ) Ở nhiệt độ 155,710C: 212 13 13 1 1061,3)( −×=−×− −+= tt tt λλλλ (W/m.độ) + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 3,61×10-2 (W/m.độ) Tương tự ta có: + Độ nhớt động: ν = 29,6 ×10-6 (m2/s) + Chuẩn số Pran: Pr = 0,6824 Chọn vận tốc không khí trong calorife: w = 8 (m/s) Đồ án tốt nghiệp - 57 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy Chuẩn số Raynon: 16,2162 106,29 008,08Re 6 =× ×=×=×= −νν gtwlw [ 11, Tr 13]. Lưu thể chảy ngang qua ống chùm có gân, vì vậy trong trường hợp này phương trình chuẩn số Nuyxen có dạng: 4,0n 14,0 g 54,0 PrRe t h t dCNu ××⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×= −− [ 2, Tr 226]. Trong đó: - d: đường kính ngoài của ống (m); d = dn= 0,036 (m). - tg: bước gân: tg =t+∆ = 0,008 (m). - hg: chiều cao của gân: h = 0,002 (m). - Do ống thẳng hàng nên: C = 0,116 ; n = 0,72 [ 2, Tr 226]. ⇒ ( ) ( ) 51,316824,016,2162 008,0 002,0 008,0 036,0116,0 4,072,0 14,054,0 =××⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×= −− Nu + Hệ số cấp nhiệt α1: 60,96 008,0 51,131061,3 2 1 1 =××=×=⇒×= − g g t NutNu λαλ α (W/m2.0C) [ 2, Tr 227]. * Hệ số cấp nhiệt phía trong ống α2: + Chọn vận tốc hơi nước đi trong ống ω = 4 (m/s) + Khói lò: to = 8000C. Tra bảng I.249 [ 10, Tr 311] ta có: + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 9,15×10-2 (W/m2.độ). + Độ nhớt động học: ν = 131,8×10-6 (m2 /s). + Chuẩn số: Pr = 0,6 Chuẩn số 230077,849 108,131 028,04Re 6 <=× ×=×= −ν ω td . Do đó lưu thể chảy xoáy trong ống nên chuẩn số Nu được xác định theo công thức: 25,0 33,04,0 Pr PrPr)(Re4,1 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛××××= tL dNu [11, Tr 17]. Đối với chất khí thì 1 Pr Pr ≈ t . Thay số: 673,3=Nu . Đồ án tốt nghiệp - 58 - GVHD: TS. Đặng Minh Nhật SVTH: Nguyễn Bá Vũ Duy Ö 12 028,0 1015,9673,3 2 2 =××=×= − td Nu λα (W/m2.0C). * Hệ số truyền nhiệt: λ δ αα ++ = 21 11 1K (W/m2.0C) [ 2, Tr 248 ]. Trong đó: - α1 = 60,96 (W/m2.0C). - α2 = 12(W/m2.0C). - λ: hệ số dẫn nhiệt của đồng, (W/m2.0C) Tra bảng [1.123] [X-125] ta có λ = 385 (W/m2.0C) - δ = 0,004 (m) 03,10 385 004,0 12 1 96,60 1 1 = ++ =K (W/m2.0C) * Xác định cấu tạo calorife: - Tổng bề mặt trao đổi nhiệt của calorife: Q = K×F×∆ttb (W) [ 2, Tr 247] Suy ra: tb tt K Q F Δ×= (m 2) Trong đó: - Qtt: lượng nhiệt thực tế cung cấp cho calorife. Chọn hiệu suất trao đổi nhiệt: 95,0=η . => Qtt = η ' calQ = 627929,684 (kJ/h), 1 W = 1 J/s = 3,6 kJ/h. Suy ra: Qtt = 3,6 627929,684 = 174424,912 (W). - K: hệ số truyền nhiệt; K = 10,03 (W/m2.0C) -Δ tb: hệ số nhiệt gi