Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong công nghệ sản xuất đường thực phẩm, công đoạn sấy là mắt xích quyết định đến chất lượng bảo quản và thương phẩm của hạt đường. Đường sau khi kết tinh và ly tâm thường có độ ẩm tương đối cao, nếu không được làm khô kịp thời sẽ dẫn đến hiện tượng kết tảng, vón cục, tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển làm suy giảm hàm lượng saccaroza. Đồ án môn học "Quá trình và Thiết bị" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh tập trung vào việc tính toán, thiết kế hoàn chỉnh hệ thống sấy đường dạng thùng quay nhằm đáp ứng các yêu cầu công nghệ và cơ khí nghiêm ngặt trong sản xuất công nghiệp.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản phân định thành 6 nhiệm vụ thuyết minh tính toán và 2 yêu cầu về bản vẽ kỹ thuật:

  1. Tổng quan về sản phẩm đường và quy trình công nghệ sấy liên quan.
  2. Thuyết minh chi tiết sơ đồ quy trình công nghệ sấy.
  3. Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng của hệ thống sấy.
  4. Tính toán thiết kế cấu tạo thiết bị sấy chính (thùng quay).
  5. Tính toán và chọn các thiết bị phụ trợ (calorifer, xyclon, hệ thống truyền động, quạt, gầu tải).
  6. Kết luận và đánh giá tổng thể hệ thống.
  7. Yêu cầu bản vẽ: Thực hiện 01 bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ (khổ A1 và bản in A3 đính kèm) cùng 01 bản vẽ cấu tạo thiết bị chính (khổ A1 và bản in A3 đóng chung quyển thuyết minh).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Đường hạt thành phẩm cần tách ẩm; không khí nóng làm tác nhân sấy đối lưu; hơi nước bão hòa làm chất tải nhiệt gián tiếp qua calorifer.
  • Năng suất thiết kế: 1500 kg sản phẩm/h (tương đương 36 tấn/ngày).
  • Thông số ẩm công nghệ: Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu $W_1 = 3%$; độ ẩm yêu cầu của sản phẩm sau sấy $W_2 = 0{,}05%$.
  • Phạm vi không gian và điều kiện môi trường: Thiết kế lấy thông số trạng thái không khí ngoài trời tại khu vực TP. Hồ Chí Minh với nhiệt độ $t_0 = 27^\circ\text{C}$ và độ ẩm tương đối $\varphi_0 = 85%$. Chiều chuyển động giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy là chuyển động cùng chiều.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Hệ thống tính toán trong đồ án được xây dựng dựa trên lý thuyết nhiệt - ẩm công nghệ hóa học, truyền nhiệt - truyền chất và cơ học máy công cụ:

  • Lý thuyết nhiệt động lực học không khí ẩm: Áp dụng các công thức tính áp suất hơi bão hòa $P_b$ theo phương trình thực nghiệm phụ thuộc nhiệt độ, độ chứa ẩm $x$, entanpi $I$ của không khí ẩm qua nhiệt dung riêng của không khí khô ($C_{pk} = 1{,}004\text{ kJ/kg.K}$), hơi nước ($C_{pa} = 1{,}97\text{ kJ/kg.K}$) và ẩn nhiệt hóa hơi ($r = 2493\text{ kJ/kg}$).
  • Phương pháp cân bằng vật chất và năng lượng: Thiết lập phương trình cân bằng cho cả hai trường hợp quá trình sấy lý thuyết ($I_2 = I_1$) và quá trình sấy thực tế (có tính đến tổn thất nhiệt truyền qua vỏ bao che $Q_{BC}$, nhiệt tổn thất do vật liệu sấy mang ra $Q_V$, và lượng nhiệt do ẩm đưa vào).
  • Phương pháp tính toán thủy động học và truyền nhiệt đối lưu: Sử dụng các phương trình chuẩn số đồng dạng bao gồm chuẩn số Reynolds ($Re$), Nusselt ($Nu$), Grashof ($Gr$) và Prandtl ($Pr$) để xác định hệ số cấp nhiệt đối lưu, hệ số truyền nhiệt tổng quát $K$, và trở lực thủy động của lớp hạt chuyển động trong lòng thùng.
  • Lý thuyết tính toán sức bền và chi tiết máy: Ứng dụng các tiêu chuẩn tính toán độ bền thân hình trụ chịu áp suất bên trong/bên ngoài, xác định bề dày bổ sung chống ăn mòn hóa học và dung sai chế tạo; tính toán bộ truyền động trục vít - bánh răng theo độ bền tiếp xúc và độ bền uốn mỏi chu kỳ tương đương.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong văn bản được trích xuất từ các tài liệu quy chuẩn kỹ thuật chuyên ngành: "Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất" (Tập 1 và Tập 2), giáo trình "Kỹ thuật Sấy", cùng các bảng tra nhiệt động lực học của nước và hơi nước bão hòa.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án triển khai thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh một dây chuyền sấy cơ khí liên tục, kết hợp giữa cơ cấu trao đổi nhiệt - ẩm và hệ thống cơ điện truyền động:

[Nguyên liệu ẩm: W1=3%] --> [Gầu tải] --> [Thùng sấy quay (Cánh nâng)] --> [Sản phẩm khô: W2=0,05%]
                                                ^
[Không khí ngoài trời: 27°C] -> [Calorifer hơi] -+-> [Xyclon LIH-24] -> [Quạt hút] -> [Khí thải]

1. Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động

Nguyên liệu đường có độ ẩm 3% được đưa vào phễu chứa và vận chuyển bằng gầu tải nhập liệu nạp vào đầu thùng sấy. Không khí ngoài trời được quạt hút qua bộ trao đổi nhiệt calorifer khí - hơi. Tại đây, không khí nhận nhiệt gián tiếp từ hơi nước bão hòa ngưng tụ trong chùm ống có gân, nâng nhiệt độ từ $27^\circ\text{C}$ lên $90^\circ\text{C}$ (làm giảm độ ẩm tương đối xuống $4{,}4%$). Dòng khí nóng đi vào thùng sấy cùng chiều với dòng hạt đường.

Bên trong thùng, nhờ độ nghiêng $2^\circ$ và chuyển động quay tròn chậm, hệ thống cánh nâng xúc đường lên cao rồi rải đều xuống tiết diện thùng, tạo bề mặt tiếp xúc tối đa với dòng khí nóng. Nước trong đường bay hơi khuếch tán vào không khí. Hạt đường khô ra khỏi thùng đạt độ ẩm $0{,}05%$, nhiệt độ khoảng $35^\circ\text{C}$. Khí thải mang theo bụi đường mịn được dẫn qua thiết bị lắng bụi xyclon đơn LIH-24 để thu hồi sản phẩm trước khi quạt hút thải ra môi trường.

2. Thiết kế chi tiết thiết bị chính (Thùng quay)

  • Thân thùng: Dạng hình trụ đặt nghiêng góc $\alpha = 2^\circ$, đường kính trong $D_t = 1{,}27\text{ m}$, chiều dài $L_T = 6{,}34\text{ m}$ (tỷ lệ $L/D \approx 5$). Thân thùng chế tạo bằng thép không gỉ OX18H10T có ứng suất cho phép $[\sigma] = 133\text{ N/mm}^2$ nhằm chống ăn mòn và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Bề dày tấm thân tính toán là $5\text{ mm}$, cộng thêm dung sai ăn mòn và chế tạo $C = 2\text{ mm}$, xác định bề dày thùng thực tế $\delta_1 = 7\text{ mm}$.
  • Kết cấu cánh đảo: Sử dụng loại cánh nâng dạng gấp khúc góc $\lambda = 140^\circ$, kích thước mặt cắt $a = 100\text{ mm}$, $b = 130\text{ mm}$, chiều dài cánh $c = 860\text{ mm}$, bề dày $5\text{ mm}$. Dọc theo chiều dài thùng bố trí 7 cụm cánh, mỗi mặt cắt ngang gồm 12 cánh bố trí hướng tâm.
  • Lớp vỏ cách nhiệt: Thân thùng được bọc lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày $\delta_2 = 10\text{ mm}$ ($\lambda_2 = 0{,}04\text{ W/m.K}$), bên ngoài phủ lớp vỏ bảo vệ bằng thép CT3 dày $\delta_3 = 2\text{ mm}$ ($\lambda_3 = 50\text{ W/m.K}$). Đường kính ngoài toàn bộ thùng đạt $1{,}289\text{ m}$, hệ số truyền nhiệt mất mát qua vỏ đạt $K = 1{,}108\text{ W/m}^2\text{.K}$.

3. Thiết kế hệ thống truyền động

  • Động cơ dẫn động: Chọn động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc kiểu A02-41-8 có công suất danh định $N_{đc} = 2{,}2\text{ kW}$, tốc độ quay $n_{đc} = 720\text{ vòng/phút}$, hiệu suất $81%$.
  • Tỷ số truyền toàn hệ thống: $i_c = 720$ để giảm tốc độ quay của thùng sấy xuống $n_{thùng} = 1\text{ vòng/phút}$. Hệ thống phân bổ tỷ số truyền gồm bộ trục vít trong hộp giảm tốc ($i_{tv} = 30$), cặp bánh răng kín ($i_{br} = 4$), và bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng hở bên ngoài gắn liền vành thùng ($i_{23} = 6$).
  • Cặp bánh răng ngoài: Bánh dẫn chế tạo từ thép 45 thường hóa ($Z_1 = 20$ răng, độ rắn 200 HB, bề rộng bánh $b_1 = 180\text{ mm}$); bánh bị dẫn chế tạo từ thép 35 thường hóa ($Z_2 = 120$ răng, độ rắn 160 HB, bề rộng bánh $b_2 = 170\text{ mm}$), môđun pháp $m_n = 8\text{ mm}$, khoảng cách trục $A = 560\text{ mm}$.

4. Thiết bị phụ trợ

  • Thiết bị lọc bụi xyclon: Chọn xyclon đơn chủng loại LIH-24 với hệ số trở lực $\xi = 60$. Lưu lượng khí vào xyclon $V_v = 2317{,}92\text{ m}^3\text{/h}$, đường kính trong tính toán $D = 0{,}9544\text{ m}$ (chọn đường kính thân $500\text{ mm}$ theo module tiêu chuẩn), trở lực dòng khí qua xyclon $\Delta P = 840{,}196\text{ N/m}^2$.
  • Thiết bị gia nhiệt (Calorifer): Loại chùm ống đồng trao đổi nhiệt có gân, không khí chuyển động chéo dòng ngoài ống, hơi nước bão hòa ngưng tụ trong lòng ống dưới áp suất $2{,}755\text{ at}$ ($t_{hnbh} = 129{,}64^\circ\text{C}$, ẩn nhiệt ngưng tụ $r = 2183{,}085\text{ kJ/kg}$). Ống truyền nhiệt có đường kính ngoài $35\text{ mm}$, đường kính trong $25\text{ mm}$, đường kính gân $49\text{ mm}$, bước gân $10\text{ mm}$, chiều cao ống $1{,}2\text{ m}$, chiều dài toàn bộ cụm calorifer $L_x = 1{,}647\text{ m}$ gồm 29 dãy ống ngang.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Chương này giới thiệu tổng quan về sản phẩm đường saccaroza, phân tích tính chất hóa lý của đường hạt (tính hút ẩm, nhiệt độ nóng chảy và suy thoái caramen hóa nếu nhiệt độ quá cao). Tác giả so sánh các phương pháp sấy đối lưu và đưa ra kết luận lựa chọn thiết bị sấy thùng quay: phương thức này có hệ số điền đầy hợp lý, đảo trộn vật liệu liên tục tránh cục bộ quá nhiệt, công suất đồng đều, phù hợp quy mô sản xuất công nghiệp liên tục với năng suất $1500\text{ kg/h}$.

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Mô tả chi tiết nguyên lý làm việc của dây chuyền khép kín từ khâu nạp liệu qua gầu tải, thùng sấy chính, calorifer gia nhiệt không khí, hệ thống thu hồi bụi xyclon đến quạt hút. Thuyết minh rõ lý do chọn sơ đồ dòng khí và hạt đi cùng chiều: nhiệt độ không khí nóng cao nhất ($90^\circ\text{C}$) tiếp xúc với vật liệu khi đường còn độ ẩm cao nhất ($3%$), giúp ẩm bay hơi nhanh ở giai đoạn đầu mà không làm biến tính nhiệt của đường ở cuối thùng sấy khi đường đã khô và nhiệt độ khí giảm còn $40^\circ\text{C}$.

CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

Tính toán số liệu nhiệt động học của tác nhân sấy và xác lập các phương trình cân bằng.

  • Trạng thái không khí: Từ trạng thái ngoài trời A ($t_0 = 27^\circ\text{C}, \varphi_0 = 85%$) qua calorifer thành trạng thái B ($t_1 = 90^\circ\text{C}, \varphi_1 = 4{,}4%$), sau khi sấy ra trạng thái C ($t_2 = 40^\circ\text{C}$).
  • Lượng ẩm cần bốc hơi từ vật liệu: $$W = G_2 \frac{W_1 - W_2}{100 - W_1} = 1500 \times \frac{3 - 0{,}05}{100 - 3} = 44{,}697\text{ kg ẩm/h}$$
  • Lượng nguyên liệu ướt nạp vào: $G_1 = 1544{,}697\text{ kg/h}$. Khối lượng chất khô: $G_k = 1499{,}25\text{ kg/h}$.
  • So sánh các thông số lưu lượng và tiêu hao năng lượng giữa tính toán lý thuyết và thực tế:
Thông số Sấy lý thuyết Sấy thực tế Đơn vị
Độ chứa ẩm khí ra ($x_2$) 0,03099 0,0368 $\text{kg/kgkkk}$
Entanpi khí ra ($I_2$) 142,8759 134,871 $\text{kJ/kgkkk}$
Lượng không khí khô cần thiết ($L$) 2212,723 2613,8596 $\text{kgkkk/h}$
Tiêu hao không khí riêng ($l$) 49,505 58,4795 $\text{kgkkk/kg ẩm}$
Nhiệt tiêu hao riêng ($q$) 3247,924 3822,2755 $\text{kJ/kg ẩm}$
Nhiệt lượng tiêu hao tổng cộng ($Q$) 145173,0 171336,0193 $\text{kJ/h}$
Tổn thất qua vỏ ($Q_{BC}$) 0 3384,564 $\text{kJ/h}$
Tổn thất do vật liệu mang đi ($Q_V$) 0 19608,0 $\text{kJ/h}$
Hiệu suất nhiệt của hệ thống ($\eta$) — 65,84 $%$

PHẦN IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Nội dung chương này tính toán cụ thể các kích thước hình học, thủy động và cơ cấu truyền động:

  • Thời gian sấy thực tế của hạt đường trong thùng: $\tau = 55{,}37\text{ phút}$ ($0{,}923\text{ h}$).
  • Thể tích thùng sấy: Thiết kế với hệ số chứa đầy $\beta = 0{,}18$, góc nghiêng thùng $\alpha = 2^\circ$, xác định đường kính trong $D_t = 1{,}27\text{ m}$ và chiều dài $L_T = 6{,}34\text{ m}$.
  • Thủy động học lớp hạt: Góc ôm của khối vật liệu $\alpha = 58^\circ$, chiều cao chứa đầy vật liệu $h = 0{,}299\text{ m}$, diện tích bề mặt tiếp xúc $F_1 = 4{,}082\text{ m}^2$. Trở lực thủy động khi khí đi qua lớp vật liệu chuyển động với chuẩn số $Re = 22{,}374$ và hệ số thủy động $a = 48{,}892$.
  • Tính cách nhiệt và cơ cấu cơ khí: Chiều dày vỏ thép không gỉ $\delta_1 = 7\text{ mm}$, lớp bông thủy tinh $\delta_2 = 10\text{ mm}$, vỏ bảo vệ $\delta_3 = 2\text{ mm}$. Hệ truyền động dùng động cơ A02-41-8 ($2{,}2\text{ kW}$), tỷ số truyền chung $i_c = 720$, thiết kế cặp bánh răng hở ăn khớp ngoài đạt chuẩn module $m_n = 8\text{ mm}$.

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

Tác giả tính chọn chi tiết các thành phần ngoại vi:

  • Thiết bị lọc bụi xyclon đơn LIH-24: Đường kính $D = 0{,}9544\text{ m}$ với trở lực $\Delta P = 840{,}196\text{ N/m}^2$, hệ số trở lực $\xi = 60$, các kích thước chuẩn hóa gồm đường kính ống thoát khí $d_1 = 300\text{ mm}$, cửa tháo bụi $d_2 = 200\text{ mm}$.
  • Bộ gia nhiệt calorifer khí - hơi: Xác định diện tích truyền nhiệt mặt ngoài ống có gân $F_{bm} = 0{,}3747\text{ m}^2/\text{ống}$, lưu lượng không khí vào đạt $2446{,}57\text{ m}^3\text{/h}$. Tính toán hiệu số nhiệt độ trung bình $\Delta t_{tb} = 63{,}23^\circ\text{C}$, hệ số cấp nhiệt phía ngưng tụ hơi $\alpha_1 = 9946\text{ W/m}^2\text{.K}$, hệ số cấp nhiệt đối lưu phía không khí $\alpha_{2tt} = 38{,}786\text{ W/m}^2\text{.K}$, hệ số truyền nhiệt tổng quát $K = 38{,}48\text{ W/m}^2\text{.K}$.
  • Các cụm thiết bị khác: Đồ án đề cập đến tính toán trở lực toàn đường ống để chọn quạt hút, tính kết cấu vành đai đỡ thùng, tính toán tải trọng toàn bộ cụm thùng tác dụng lên con lăn đỡ và gầu tải nạp liệu nguyên liệu.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật định lượng của đồ án

Toàn bộ các thông số thiết kế kỹ thuật chính của hệ thống sấy đường thùng quay được tổng hợp trong bảng số liệu sau:

Hạng mục thông số Giá trị thiết kế Đơn vị tính
Năng suất sản phẩm đường khô 1500 $\text{kg/h}$
Lượng ẩm tách ra khỏi đường ($W$) 44,697 $\text{kg/h}$
Lưu lượng không khí khô thực tế ($L'$) 2613,86 $\text{kgkkk/h}$
Suất tiêu hao nhiệt thực tế ($q$) 3822,28 $\text{kJ/kg ẩm}$
Hiệu suất nhiệt của hệ thống sấy ($\eta$) 65,84 $%$
Đường kính trong thùng sấy ($D_t$) 1,27 $\text{m}$
Chiều dài thùng sấy ($L_T$) 6,34 $\text{m}$
Tốc độ quay của thùng 1 $\text{vòng/phút}$
Thời gian vật liệu lưu trong thùng 55,37 $\text{phút}$
Công suất động cơ dẫn động thùng quay 2,2 $\text{kW}$
Quy cách cyclon tách bụi LIH-24 (trở lực 840,2) $\text{N/m}^2$
Áp suất hơi bão hòa cấp cho calorifer 2,755 $\text{at}$
Nhiệt độ sấy đầu vào / đầu ra 90 / 40 $^\circ\text{C}$

2. Giải pháp và đóng góp kỹ thuật của tác giả

  • Lựa chọn giải pháp công nghệ phù hợp tính chất sản phẩm: Việc áp dụng chế độ sấy cùng chiều với nhiệt độ khí vào khống chế ở mức $90^\circ\text{C}$ và nhiệt độ vật liệu ra không quá $35^\circ\text{C}$ giúp ngăn chặn triệt để nguy cơ caramen hóa và nóng chảy đường cục bộ.
  • Tối ưu hóa cấu tạo cơ khí và nhiệt học: Tác giả đã thiết kế cấu tạo cánh nâng 140° phân bố 7 khoang dọc theo chiều dài $6{,}34\text{ m}$, giúp rải đều màng hạt trong không gian thùng; bổ sung lớp bọc cách nhiệt 3 lớp (vỏ trong OX18H10T dày 7 mm, bông thủy tinh 10 mm, vỏ bảo vệ CT3 2 mm) giữ hiệu suất nhiệt đạt mức cao ($65{,}84%$).
  • Thiết kế tích hợp hoàn chỉnh: Khác với các bài toán lý thuyết đơn thuần, đồ án đã giải quyết đồng bộ từ cân bằng chất - nhiệt đến kết cấu chi tiết cơ khí (hộp giảm tốc bánh răng - trục vít, cặp bánh răng hở chịu mỏi, xyclon thu hồi bụi đường mịn và calorifer ống đồng có gân).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế về điều kiện biên tính toán: Toàn bộ thông số trạng thái không khí ban đầu được cố định ở điều kiện thời tiết TP. Hồ Chí Minh ($t_0 = 27^\circ\text{C}, \varphi_0 = 85%$). Đồ án chưa khảo sát sự dao động thông số nhiệt - ẩm theo các mùa trong năm hoặc ở các vùng khí hậu khác, vốn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến phụ tải nhiệt của calorifer.
  • Phương pháp tính toán: Các hệ số khí động, trở lực thùng sấy và hệ số cấp nhiệt được xác định hoàn toàn qua các công thức kinh nghiệm và tra đồ thị trong sổ tay quá trình - thiết bị, chưa được kiểm chứng qua mô phỏng số khí động lực học dòng hạt (CFD-DEM) hay thực nghiệm đo đạc trên mô hình pilot.
  • Hướng hoàn thiện: Văn bản hướng đến việc cần hoàn thiện chi tiết tính toán hệ thống quạt hút, xác định điểm làm việc trên đường đặc tuyến quạt, bổ sung phương án tự động hóa điều khiển nhiệt độ khí cấp và vận tốc nạp liệu của gầu tải theo độ ẩm đầu ra của sản phẩm.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật chuyên sâu và hữu ích đối với:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Hóa học, Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Nhiệt và Kỹ thuật Cơ khí Máy hóa chất: Dùng làm tài liệu mẫu hoàn chỉnh phục vụ thực hiện Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị (phần Kỹ thuật Sấy) và Đồ án Tốt nghiệp thiết kế máy sấy công nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế và vận hành: Tham khảo các bước giải thuật cân bằng vật chất - nhiệt lượng thực tế, phương pháp tính toán sức bền thân thùng quay, thiết kế hệ truyền động cơ khí tải nặng tỷ số truyền lớn ($i = 720$), và các bảng tính chi tiết kích thước bộ trao đổi nhiệt calorifer chùm ống có gân.
  • Phần đáng tham khảo nhất: Bảng cân bằng năng lượng thực tế (Chương III) tính chi tiết từng thành phần tổn thất nhiệt ($Q_{BC}, Q_V$), cùng phương pháp tính toán kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc và mỏi uốn của cặp bánh răng hở (Chương IV).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án lại chọn chế độ sấy cùng chiều thay vì ngược chiều cho đường hạt?
Đường là vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ cao. Khi đi cùng chiều, tác nhân sấy có nhiệt độ cao nhất ($90^\circ\text{C}$) tiếp xúc trực tiếp với đường lúc có độ ẩm lớn nhất ($3%$), nhiệt lượng chủ yếu dùng để làm bay hơi nước tự do trên bề mặt hạt nên nhiệt độ của hạt đường không bị tăng vọt. Đến cuối thùng, khi đường đã khô kiệt ($0{,}05%$), tác nhân sấy đã hạ nhiệt xuống $40^\circ\text{C}$, giúp nhiệt độ sản phẩm ra chỉ ở mức $35^\circ\text{C}$, ngăn chặn hiện tượng kết khối hoặc caramen hóa.

2. Lượng ẩm cần bốc hơi và lưu lượng không khí khô tiêu hao thực tế là bao nhiêu?
Theo tính toán cân bằng vật chất ở Chương III, lượng ẩm cần bốc hơi khỏi nguyên liệu để đạt năng suất 1500 kg sản phẩm/h là $W = 44{,}697\text{ kg/h}$. Lượng không khí khô tiêu hao riêng thực tế là $l' = 58{,}4795\text{ kgkkk/kg ẩm}$, tương ứng lưu lượng không khí khô thực tế cần cấp là $L' = 2613{,}8596\text{ kgkkk/h}$.

3. Thân thùng sấy được chế tạo bằng vật liệu gì và độ dày là bao nhiêu?
Thân thùng sấy chính tiếp xúc với đường được chế tạo bằng thép không gỉ OX18H10T để đảm bảo chống ăn mòn và tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm. Thùng có đường kính trong $1{,}27\text{ m}$, chiều dài $6{,}34\text{ m}$. Chiều dày thân thùng tính theo ứng suất chịu áp lực là $5\text{ mm}$, bổ sung lượng hao mòn cơ học và sai lệch chế tạo $C = 2\text{ mm}$, tổng bề dày kim loại thân thùng là $7\text{ mm}$. Thân thùng còn được bọc lớp bông thủy tinh cách nhiệt $10\text{ mm}$ và vỏ tôn bảo vệ CT3 dày $2\text{ mm}$.

4. Cơ cấu truyền động làm thế nào để giảm tốc độ từ động cơ xuống 1 vòng/phút cho thùng quay?
Hệ thống sử dụng động cơ điện A02-41-8 có tốc độ quay $720\text{ vòng/phút}$. Toàn hệ thống có tỷ số truyền chung $i_c = 720$. Tốc độ được giảm qua 3 cấp: trục vít hộp giảm tốc ($i_{tv} = 30$, đưa tốc độ xuống $24\text{ vòng/phút}$), cặp bánh răng trụ trong hộp giảm tốc ($i_{br} = 4$, đưa tốc độ xuống $6\text{ vòng/phút}$), và bộ truyền bánh răng trụ hở ngoài nối với vành thùng ($i_{23} = 6$, gồm bánh nhỏ 20 răng ăn khớp bánh lớn 120 răng), đưa tốc độ quay cuối cùng của thùng về đúng $1\text{ vòng/phút}$.

5. Thiết bị calorifer sử dụng nguồn nhiệt gì và có thông số trao đổi nhiệt thế nào?
Calorifer sử dụng hơi nước bão hòa ngưng tụ trong chùm ống đồng có gân với áp suất $2{,}755\text{ at}$ ($129{,}64^\circ\text{C}$). Không khí chuyển động chéo dòng ngoài ống được gia nhiệt từ $27^\circ\text{C}$ lên $90^\circ\text{C}$. Thiết bị có chiều dài $1{,}647\text{ m}$ gồm 29 dãy ống, hệ số truyền nhiệt tổng quát đạt $K = 38{,}48\text{ W/m}^2\text{.K}$, cung cấp dòng khí nóng có lưu lượng thể tích $2446{,}57\text{ m}^3\text{/h}$ phục vụ quá trình sấy.

Kết luận

Đồ án môn học "Thiết kế hệ thống sấy đường thùng quay năng suất 1500 kg/h" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh là một công trình tính toán kỹ thuật hoàn chỉnh, chuẩn xác theo quy chuẩn ngành Công nghệ Hóa học và Máy thiết bị. Văn bản đã giải quyết trọn vẹn từ bài toán nhiệt động học cân bằng chất - nhiệt thực tế (đạt hiệu suất $65{,}84%$), thiết kế tối ưu cấu tạo thùng quay đường kính $1{,}27\text{ m}$, đến tính toán độ bền hệ thống truyền động và kích thước các thiết bị phụ trợ gồm calorifer và xyclon LIH-24. Đây là tài liệu thuyết minh và bản vẽ có giá trị ứng dụng cao, đáp ứng đầy đủ yêu cầu học thuật cũng như thực tiễn chế tạo thiết bị sấy công nghiệp.