Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hóa MỤC LỤC ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 5 LỜI MỞ ĐẦU 6 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 7 1 1 Giới thiệu chung về kỹ thuật sấy 7 1 1 1 Khái niệm về sấy 7 1 1[.]
GIỚI THIỆU CHUNG
Giới thiệu chung về kỹ thuật sấy
Sấy là phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ thực hiện Quá trình này giúp giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức phù hợp, từ đó hạn chế sự phát triển của vi khuẩn, nấm mốc và nấm men, đảm bảo thực phẩm được giữ lâu hơn Ngoài ra, sấy còn làm giảm hoạt động của các enzyme gây hư hỏng, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm, giữ nguyên chất lượng và dinh dưỡng của thực phẩm.
Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, vật liệu hoặc sản phẩm thông qua phương pháp bay hơi nước, giúp loại bỏ độ ẩm một cách hiệu quả Quá trình này diễn ra qua các bước chính, bắt đầu từ việc làm tăng nhiệt độ vật thể để hơi nước trong đó thoát ra ngoài Sấy giúp bảo quản sản phẩm lâu dài, giữ nguyên chất lượng và giảm thiểu vi khuẩn, nấm mốc gây hại Chọn phương pháp sấy phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo quá trình diễn ra hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và không làm hỏng vật liệu.
Vật thể được gia nhiệt nhằm nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hòa tương ứng với phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật thể, giúp quá trình bay hơi ẩm hiệu quả Việc cung cấp nhiệt đều đặn là chìa khóa để tối ưu hóa quá trình làm bay hơi nước, giảm độ ẩm tồn đọng trên bề mặt vật thể Nắm bắt chính xác nhiệt độ bão hòa và phân áp suất của hơi nước giúp kiểm soát tốt quá trình gia nhiệt và nâng cao hiệu quả làm bay hơi, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Trong quá trình sấy, các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất diễn ra đồng thời, bao gồm truyền nhiệt từ chất tải nhiệt sang vật sấy, truyền ẩm từ bên trong vật sấy ra ngoài bề mặt sấy, và truyền ẩm từ bề mặt vật sấy ra môi trường Những quá trình này có mối liên hệ chặt chẽ, ảnh hưởng lẫn nhau và xác định hiệu quả của quá trình sấy.
Có nhiều cách phân loại : a Dựa vào tác nhân sấy:
- Sấy bằng không khí nóng
- Sấy bằng tia hồng ngoại : Là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại để làm khô vật liệu.
Phương pháp sấy bằng dòng điện cao tần sử dụng năng lượng điện trường để đốt nóng toàn bộ chiều dày của vật liệu một cách hiệu quả Phương pháp này dựa trên cách cung cấp nhiệt cho quá trình sấy, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao chất lượng sản phẩm Sấy bằng dòng điện cao tần là giải pháp tiên tiến, tối ưu hóa quá trình sấy theo nguyên lý truyền nhiệt qua điện trường, phù hợp với nhiều loại vật liệu khác nhau.
- Sấy đối lưu : Là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp giữa vật liệu sấy với tác nhân sấy.
- Sấy tiếp xúc : Là phương pháp sấy mà tác nhân sấy tiếp xúc gián tiếp với vật liệu sấy qua một vách ngăn.
Sấy thăng hoa là phương pháp sấy trong môi trường chân không cực cao, sử dụng nhiệt độ rất thấp để bảo quản thực phẩm và dược phẩm Quá trình này khiến độ ẩm trong vật liệu đóng băng và bay hơi trực tiếp từ trạng thái rắn sang khí, giúp duy trì hương vị, chất lượng và các dưỡng chất quan trọng Công nghệ sấy thăng hoa đang ngày càng được ưa chuộng nhờ khả năng bảo quản tối ưu và giữ nguyên cấu trúc của sản phẩm.
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, công nghệ và thiết bị sấy đôi lưu được sử dụng phổ biến hơn cả. c Dựa vào phương pháp làm việc
- Máy sấy gián đoạn. d Dựa vào áp suất làm việc
- Sấy áp suất thường. e Dựa vào cấu tạo thiết bị
- Thiết bị sấy thùng quay
1.1.3 Một số nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy a Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí
Việc nâng cao nhiệt độ trong quá trình sấy sẽ làm tăng tốc độ làm khô do lượng nước trong nguyên liệu giảm nhanh, nhưng cần giới hạn để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm, chẳng hạn như nguyên liệu bị chín và hình thành lớp màng cứng cản trở sự thoát nước Ngược lại, nhiệt độ sấy quá thấp sẽ làm quá trình khô kéo dài, gây thối rữa và hỏng nguyên liệu Nhiệt độ sấy lý tưởng phụ thuộc vào độ dày bán thành phẩm, cấu trúc tổ chức của thịt quả, cùng các yếu tố khác Nhiệt độ quá cao (trên 600°C) có thể gây biến tính protein, trong khi ở trên 900°C, phản ứng caramen hóa tạo melanoidin khiến sản phẩm có màu sắc và mùi đặc trưng, còn nhiệt độ cao hơn nữa có thể làm cháy nguyên liệu, làm mất đi giá trị dinh dưỡng và cảm quan của sản phẩm.
Trong quá trình làm khô, sự cân bằng giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại bị phá vỡ, dẫn đến tốc độ khuếch tán ngoại vượt trội so với khuếch tán nội, gây ra hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình làm khô Ngoài ra, tốc độ chuyển động không khí đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả làm khô và sự phân bố nhiệt độ, làm tăng khả năng thoát ẩm nhanh chóng Việc kiểm soát tốc độ chuyển động không khí giúp duy trì quá trình làm khô đều đặn và tối ưu hóa kết quả cuối cùng.
Tốc độ chuyển động của không khí đóng vai trò quan trọng trong quá trình sấy, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và độ đồng đều của quá trình làm khô Một tốc độ gió quá lớn có thể gây mất nhiệt lượng trên nguyên liệu, làm giảm khả năng giữ nhiệt và gây khó kiểm soát quá trình sấy Ngược lại, tốc độ gió quá nhỏ sẽ làm chậm quá trình sấy, kéo dài thời gian và giảm năng suất Do đó, việc duy trì một tốc độ gió phù hợp, đặc biệt trong giai đoạn đầu của quá trình làm khô, là yếu tố quyết định để đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm sấy.
Hướng gió đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm khô, khi gió thổi song song với bề mặt nguyên liệu, tốc độ làm khô diễn ra rất nhanh; ngược lại, nếu hướng gió thổi tới nguyên liệu ở góc 45 độ thì quá trình kéo dài hơn, còn thổi vuông góc với nguyên liệu, tốc độ làm khô rất chậm Độ ẩm tương đối của không khí ảnh hưởng đáng kể đến quá trình sấy, khi độ ẩm cao hơn 65%, quá trình làm khô sẽ chậm lại rõ rệt, và nếu vượt quá 80%, quá trình sấy có thể dừng lại hoặc nguyên liệu sẽ hút ẩm trở lại, gây ra hiện tượng ngược lại Để đảm bảo quá trình cân bằng ẩm và tránh hình thành màng cứng, phương pháp làm khô gián đoạn được áp dụng, vừa sấy vừa ủ nhằm điều chỉnh sự khuếch tán nội và ngoại phù hợp.
Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới của Việt Nam, việc làm khô tự nhiên khó đạt độ ẩm tương đối 50% đến 60%, do đặc điểm khí hậu có độ ẩm cao Vì vậy, phương pháp làm lạnh là giải pháp hiệu quả để giảm độ ẩm không khí, bằng cách ngưng tụ hơi nước khi hạ nhiệt độ không khí xuống dưới điểm sương, giúp giảm hàm ẩm tuyệt đối Ngoài ra, kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình làm khô, góp phần nâng cao hiệu quả của phương pháp làm lạnh trong kiểm soát độ ẩm không khí.
Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy, với nguyên liệu càng nhỏ và mỏng thì quá trình sấy diễn ra nhanh hơn, giúp tiết kiệm thời gian Tuy nhiên, nếu nguyên liệu quá nhỏ hoặc mỏng, dễ dẫn đến tình trạng nguyên liệu bị cong, dễ gãy vỡ trong quá trình sấy Do đó, cần lựa chọn kích thước phù hợp để tối ưu hiệu quả sấy và đảm bảo chất lượng nguyên liệu.
Trong điều kiện giống nhau về chế độ sấy như nhiệt độ và áp suất khí quyển, tốc độ sấy phụ thuộc vào diện tích bề mặt S của nguyên liệu, theo đó tốc độ sấy tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt này Đồng thời, tốc độ sấy giảm đi khi chiều dày của nguyên liệu δ tăng lên, vì nguyên liệu dày hơn sẽ mất thời gian để lưu thông nhiệt và thoát hơi ẩm ra ngoài Quá trình ủ ẩm ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả sấy, vì nó giúp làm mềm nguyên liệu, giảm chiều dày và tăng diện tích bề mặt, từ đó thúc đẩy quá trình thoát ẩm và rút ngắn thời gian sấy.
Quá trình ủ ẩm nhằm điều chỉnh tốc độ khuếch tán nội bề mặt và ngoại bề mặt để nâng cao hiệu quả làm khô nhanh chóng Trong quá trình làm khô, nếu ngưng lại để giữ ẩm, người ta gọi là làm khô gián đoạn, nhằm kiểm soát quá trình và tránh ảnh hưởng tiêu cực Ngoài ra, đặc điểm của nguyên liệu cũng ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả của quá trình ủ ẩm và làm khô, do tính chất vật lý và thành phần của nguyên liệu quyết định tốc độ và chất lượng khô.
Lựa chọn phương pháp làm khô phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm của nguyên liệu, đặc biệt là thành phần hóa học như nước, lipid, chất khoáng, protein và vitamin Đồng thời, kết cấu tổ chức của thịt quả, whether chắc hay lỏng lẻo, cũng ảnh hưởng đến quá trình làm khô, giúp bảo quản tốt hơn và giữ nguyên giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu.
1.1.4 Vai trò của sấy trong kỹ thuật và đời sống
Giới thiệu về máy sấy thùng quay
Hệ thống sấy thùng quay là giải pháp sấy liên tục chuyên dụng để xử lý các vật liệu dạng hạt hoặc cục nhỏ như cát, than đá, quặng, đường, muối và các loại hóa chất Công nghệ này giúp đảm bảo quá trình sấy nhanh chóng, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng, phù hợp cho các ngành công nghiệp khai thác, chế biến khoáng sản, hóa chất và thực phẩm Hệ thống sấy thùng quay có khả năng hoạt động liên tục, phù hợp với nhu cầu sản xuất quy mô lớn, đảm bảo chất lượng sản phẩm sau sấy đạt tiêu chuẩn.
NaHCO , BaCl …ngũ cốc, mì chính.
Hệ thống dùng nhiên liệu đốt có thể là dầu hoặc than cấp nhiệt cho buồng đốt.
Cấu tạo của máy sấy thùng quay gồm 3 phần chính:
- Thùng quay để trao đổi nhiệt liên tục với vật liệu sấy.
- Hệ thống thông gió thu hồi bụi cuối lò.
Thùng sấy là thành phần chính của máy sấy thùng quay, được làm bằng ống thép hình trụ tròn có chiều dày từ 10-14 mm, tùy theo đường kính, và trang bị các cánh xáo trộn để phân vùng hoặc không Ống thép này được đặt nghiêng từ 1-6 độ trên hai ổ trục có bệ đỡ bằng con lăn giúp tránh trôi trong quá trình quay Đầu cao của thùng sấy chứa buồng đốt cấp nhiệt và ống dẫn vật liệu vào, trong khi đầu thấp có buồng cuối lò với hệ thống ống dẫn vật liệu ra, gắn quạt hút, ống khói, và cyclone lắng bụi tạo thành hệ thống thông gió bên trong máy sấy.
Trong thùng sấy, các cánh quạt được lắp đặt để xáo trộn vật liệu, nâng cao hiệu quả quá trình trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Các đệm ngăn trong thùng giúp phân phối đều vật liệu theo chiều ngang, đồng thời tăng diện tích tiếp xúc để nâng cao hiệu suất sấy Thiết kế của đệm ngăn phù hợp với kích thước và độ ẩm của vật liệu sấy, đảm bảo quá trình sấy đồng đều và tối ưu Các loại đệm ngăn phổ biến trong máy sấy thùng quay gồm có các loại phù hợp với đặc tính của vật liệu, giúp nâng cao hiệu quả sấy và giảm thời gian xử lý.
Đệm ngăn loại mái chèo nâng và loại phối hợp là thiết bị dùng trong quá trình sấy các vật liệu cục to, ẩm, có xu hướng đóng vón lại Những loại đệm này giúp phân phối vật liệu đều và ngăn chặn hiện tượng đóng cục, đảm bảo quá trình sấy hiệu quả hơn Đặc biệt, mô hình này có hệ số chứa đầy vật liệu không quá 10 - 20%, giúp duy trì không gian phù hợp để vật liệu không bị chồng chất quá mức, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
- Đệm ngăn hình quạt có những khoảng không thông với nhau.
Đệm ngăn phân phối hình chữ thập và kiểu vạt áo được bố trí trên toàn bộ diện tích của thùng, giúp tối ưu hóa quá trình sấy vật liệu dạng cục nhỏ và xốp Thiết kế này cho phép thùng quay liên tục, đảo trộn vật liệu nhiều lần, tăng cường diện tích tiếp xúc và nâng cao hiệu quả sấy Nhờ đó, quá trình sấy vật liệu đạt hiệu suất cao hơn, đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
- Đệm ngăn kiểu phân khu để sấy các hạt đã đập nhỏ, bụi loại này cho phép hệ số chứa đầy từ 15 - 25 %
Nếu nhiệt độ sấy lớn hơn 200C thì dùng khói lò nhưng không dùng cho nhiệt độ lớn hơn 800C
Ưu điểm của hệ thống sấy thùng quay:
Quá trình sấy diễn ra đều đặn và mạnh mẽ nhờ vào tiếp xúc tốt giữa vật liệu cần sấy và tác nhân sấy Cường độ sấy cao giúp nâng cao hiệu quả quá trình, với khả năng bay hơi tối đa lên đến 100 kg ẩm mỗi giờ Điều này đảm bảo quá trình sấy đạt hiệu quả nhanh chóng, tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa năng suất sản xuất.
- Thiết bị gọn, có thể cơ khí hóa và tự động hóa toàn bộ khâu sấy
Nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay:
- Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn Do đó trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm.
- Không sấy được các vật liệu dễ vỡ.
1.3 Giới thiệu về vật liệu sấy manganđioxit
1.3.1 Tính chất a Tính chất vật lí
Quặng MnO2 là loại chất bột màu đen có thành phần không chuẩn hóa, dễ phân hủy thành các oxit thấp hơn khi đun nóng Ở điều kiện thường, nó là oxit manganese bền nhất, không tan trong nước và có tính chất tương đối trơ, thích hợp cho các ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu.
Khối lượng riêng: 5030 Kg/m 3 b Tính chất hóa học
Khi đun nóng, manganese dioxide (MnO₂) tan trong axit và kiềm như một oxit lưỡng tính, thể hiện tính chất đặc trưng của hợp chất này Trong dung dịch axit, MnO₂ không tạo thành muối kẽm bền của Mn⁺⁴ qua phản ứng trao đổi mà thay vào đó hoạt động như một chất oxi hóa mạnh Điều này cho thấy khả năng oxy hóa của MnO₂ trong các môi trường axit, làm rõ vai trò của nó trong các phản ứng hóa học liên quan đến chuyển đổi oxi.
Trong dung dịch KOH đặc, tạo thành dung dịch xanh lam chứa các ion Mn(III) và Mn(V) Đây là do trong điều kiện này, ion Mn(IV) không tồn tại được, dẫn đến sự hình thành các dạng ion ổn định hơn Quá trình này thể hiện rõ sự biến đổi của các ion manganese dưới tác dụng của dung dịch kiềm đặc, ảnh hưởng đến đặc điểm quang học và tính chất của dung dịch Hiểu rõ quá trình này giúp tối ưu hóa các ứng dụng của hợp chất mangan trong công nghiệp và nghiên cứu hóa học.
Khi nấu chảy với kiềm hoặc oxit bazơ mạnh tạo muối Manganat. Ở nhiệt độ cao, MnO2 có thể bị khử bởi H2, CO2 hoặc C tạo thành kim loại.
Khi nấu chảy với kiềm nếu có mặt các chất oxi hóa như: KNO3, KClO3,
O2 thì MnO2 bị oxi hóa thành Mn theo phương trình:
MnO2 + KNO3 + K2CO3=K2MnO4 +KNO2 + CO2
MnO2 tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật pirolusit là hợp chất của Mangan có nhiều ứng dụng trong thực tế.
Ở dạng bột MnO2 lã xúc tác cho phản ứng phân hủy KClO2 và
H2O2, phản ứng oxi hóa NH3 thành NO và Axetic thành Axeton.
MnO2 được đưa vào nguyên liệu nấu thủy tinh để làm mất màu lục của thủy tinh, cho thủy tinh có màu hồng hoặc đen( với lượng lớn).
Trong công nghiệp gốm MnO2 tạo màu nâu đỏ, đen cho men.
Ngoài ra trong công nghiệp MnO2 được sử dụng làm một điện cực của pin
Manganđioxit (MnO₂) là ứng viên tiềm năng cho nguyên liệu chế tạo điện cực pin sạc nhờ nguồn cung dồi dào trong tự nhiên và tính thân thiện với môi trường Nhiều phương pháp đã được phát triển để tận dụng lợi thế của MnO₂, nhằm nâng cao hiệu suất của điện cực MnO₂/C trong pin sơ cấp Quá trình chế tạo điện cực hỗn hợp MnO₂/Cacbon bao gồm đưa trực tiếp bột cacbon vào dung dịch Manganaxetat để kết tủa cùng MnO₂.nH₂O trên bề mặt nền cacbon, giúp cải thiện tính chất điện hóa Hình thái học bề mặt và cấu trúc tinh thể của điện cực được xác định bằng kỹ thuật hiển vi điện tử quét SEM và nhiễu xạ tia X (XRD), đảm bảo chất lượng sản phẩm Phương pháp quét trong vòng tuần hoàn (CV) được sử dụng để đánh giá tính chất điện hóa, cho thấy bột cacbon nâng cao điện dung và cải thiện các đặc tính điện hóa của điện cực manganđioxit.
1.4 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy thùng quay
1.Thùng quay 2.Vành đai đỡ 3.Con Lăn đỡ
4.Bánh răng 5.Phễu hứng sản phẩm 6.Quạt hút
7.Thiết bị lọc bụi 8.Lò đốt 9.Con lăn chặn
10.Mô tơ quạt chuyển động 11.Bê tông 12.Băng tải
13.Phểu tiếp liệu 14.Van diều chỉnh
4.1.2 Nguyên lí hoạt động của máy sấy thùng quay
Máy sấy thùng quay gồm một thùng hình trụ đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang 1÷6 o Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ.
Bánh đai đặt trên bốn con lăn đỡ giúp dễ dàng điều chỉnh góc nghiêng của thùng, từ đó kiểm soát thời gian lưu trữ vật liệu trong quá trình nghiền Khoảng cách giữa hai con lăn cùng một bệ đỡ có thể thay đổi để điều chỉnh góc nghiêng của thùng, tối ưu hóa quá trình chế biến Thùng quay nhờ vào hệ thống bánh răng ăn khớp với bánh răng dẫn động, đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác Động cơ truyền động qua bộ giảm tốc để điều khiển tốc độ quay của bánh răng, tăng cường hiệu quả làm việc của thiết bị.
Vật liệu ướt được liên tục nạp vào đầu cao của thùng qua phễu chứa và di chuyển dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn, giúp phân bố đều và đảo trộn vật liệu Các đệm ngăn còn tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy, cải thiện hiệu quả sấy khô Cấu tạo của đệm ngăn phù hợp với kích thước, tính chất và độ ẩm của vật liệu sấy Trong quá trình sấy, khí nóng hoặc khói lò di chuyển với tốc độ khoảng 2-3 m/s, trong khi thùng quay ở tốc độ 3-8 vòng/phút Cuối quá trình, vật liệu khô được tháo ra qua cơ cấu riêng và vận chuyển vào kho bằng băng tải xích.
Khói lò hoặc không khí thải được quạt hút vào hệ thống tách bụi nhằm loại bỏ các hạt bụi bị cuốn theo khí thải Hệ thống này giúp tách các hạt bụi cỡ lớn, sau đó được hồi lưu trở lại băng tải xích để đảm bảo quá trình vệ sinh và tiết kiệm vật liệu Cuối cùng, khí sạch đã qua xử lý được thải ra môi trường một cách an toàn, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường xung quanh.
Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng di chuyển trong thùng không vượt quá 3m/s để đảm bảo vật liệu không bị cuốn trôi nhanh khỏi thùng Việc duy trì tốc độ này giúp kiểm soát quá trình xử lý và tránh mất mát nguyên liệu Theo tiêu chuẩn kỹ thuật, tốc độ khí nóng trong thùng quy định không lớn hơn 3m/s để giữ an toàn và hiệu quả cho quá trình sản xuất.
Các đệm ngăn trong thùng sấy có vai trò phân phối đều vật liệu theo tiết diện thùng và giúp đảo trộn vật liệu để tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy Cấu tạo của các đệm ngăn (cánh đảo trộn) phụ thuộc vào kích thước và độ ẩm của vật liệu, đảm bảo quá trình sấy hiệu quả Các loại đệm ngăn phổ biến trong máy sấy thùng quay bao gồm các kiểu cánh đảo trộn phù hợp với đặc tính vật liệu, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sấy.
Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy thùng quay
1.Thùng quay 2.Vành đai đỡ 3.Con Lăn đỡ
4.Bánh răng 5.Phễu hứng sản phẩm 6.Quạt hút
7.Thiết bị lọc bụi 8.Lò đốt 9.Con lăn chặn
10.Mô tơ quạt chuyển động 11.Bê tông 12.Băng tải
13.Phểu tiếp liệu 14.Van diều chỉnh
4.1.2 Nguyên lí hoạt động của máy sấy thùng quay
Máy sấy thùng quay gồm một thùng hình trụ đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang 1÷6 o Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ.
Bánh đai đặt trên bốn con lăn đỡ giúp điều chỉnh góc nghiêng của thùng bằng cách thay đổi khoảng cách giữa hai con lăn cùng bệ đỡ, từ đó điều chỉnh thời gian lưu vật liệu trong thùng Thùng quay nhờ hệ thống bánh răng ăn khớp với bánh răng dẫn động, nhận truyền động từ động cơ qua bộ giảm tốc để vận hành hiệu quả và linh hoạt.
Vật liệu ướt được nạp liên tục qua phễu chứa vào đầu cao của thùng sấy, sau đó được chuyển động dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn giúp phân bố đều vật liệu, đảo trộn và tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy Cấu tạo của đệm ngăn phù hợp với kích thước, tính chất và độ ẩm của vật liệu sấy để tối ưu hóa quá trình sấy Không khí nóng hoặc khói lò di chuyển trong máy sấy với vận tốc khoảng 2-3 m/s, trong khi thùng quay với tốc độ từ 3 đến 8 vòng/phút Vật liệu đã khô được tháo ra qua cơ cấu thoát sản phẩm và vận chuyển đến kho bằng băng tải xích.
Khói lò hoặc không khí thải được quạt hút và đưa vào hệ thống tách bụi nhằm loại bỏ các hạt bụi bị cuốn theo khí thải Quá trình này giúp tách các hạt bụi thô ra khỏi khí thải, sau đó chúng được hồi lưu trở lại băng tải xích để xử lý tiếp Khí sạch sau khi qua hệ thống tách bụi sẽ được thải ra môi trường một cách an toàn, đảm bảo bảo vệ sức khỏe và môi trường.
Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không được lớn hơn 3m/s bởi nếu tốc độ lờn hơn 3m/s thí vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.
Các đệm ngăn trong thùng sấy đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối đều vật liệu theo tiết diện thùng, đồng thời giúp đảo trộn vật liệu để tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy Cấu tạo của các đệm ngăn (cánh đảo trộn) phụ thuộc vào kích thước và độ ẩm của vật liệu, nhằm tối ưu hóa quá trình sấy Các loại đệm ngăn phổ biến trong máy sấy thùng quay bao gồm các loại khác nhau phù hợp với từng điều kiện vật liệu cụ thể, như hình dạng a, b, c, d, e.
Trong thiết bị sấy thùng quay, sơ đồ cấu tạo cánh gồm các loại chính như cánh nâng, cánh nâng chia khoang, cánh phân bố đều (cánh phân phối chữ thập), cánh hỗn hợp và cánh phân vùng Đối với vật liệu dạng cục to nhưng xốp, nhẹ trong thùng sấy, có thể sử dụng cánh nâng để nâng đỡ và phân phối đều vật liệu trong quá trình sấy Các loại cánh này đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hoá quá trình sấy và nâng cao hiệu quả của thiết bị.
Ngược lại với dạng vật liệu cục to, nặng thì nên bố trí cành nâng có chia khoang( hình b).
Khi sấy vật liệu dạng hạt hoặc cục nhỏ, nhẹ người ta dùng cánh phân phối chữ thập( hình c). Đối với vật liệu có kích thước quá bé có thể tạo thành bụi thì nên dùng cánh loại chia khoang kín( hình e)
Thông số ban đầu
Thùng quay, phương thức sấy xuôi chiều.
- Trạng thái của không khí ngoài trời nơi đặt thiết bị sấy
+ Nhiệt độ môi trường: 25 0 C + Độ ẩm tương đối của không khí: 70%
- Hàm ẩm của không khí : xo = 0,622 ( kg ẩm/kg kkk )
P : Áp suất khí quyển , mmHg; P = 760 mmHg.
Pbh: Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm đã bão hòa hơi nước, mmHg.
→xo = = 0,014 ( kg ẩm/kg kkk ).
- Hàm nhiệt của không khí :
Io = to + ( 2493 + 1,97.to ).xo ( kJ/kg kkk )
Vậy, trạng thái không khí trước khi vào lò đốt
Nhiệt độ : to = 25ºC. Độ ẩm : φo= 70 %.
Hàm nhiệt : xo = 0,014 ( kg/kg kkk ).
Hàm ẩm : Io = 60,592 ( kJ/kg kkk ).
2.1.3 Vật liệu sấy là cát với các thông số
- Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy: 20%
- Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy là: 3%
- Lượng vật liệu đưa vào máy sấy : 1,8 tấn/h hay 1800 kg/h.
- nhiệt độ khói lò vào thùng sấy : t = 350 0 C
- nhiệt độ khói lò ra khỏi thùng : t2 = 60 0 C
Tính toán các thông số của nhiên liệu
Nhiên liệu của than đá bao gồm các thành phần sau:
A : thành phần tro. x : hàm lượng chất bốc x = 2,79
Chuyển các thành phần sang trạng thái làm việc:
+ Độ tro của nhiên liệu ở chế độ làm việc được xác định :
Tính toán tương tự ta thu được thành phần của than ở chế độ làm việc
Thành phần C lv H lv O lv N lv S lv W A lv x
2.2.2 Nhiệt dung riêng của than đá Áp dụng công thức tính nhiệt dung riêng của than đá
Ct= 837+3,7.to+625.x, J/kg.độ ( CT I.48 – 153 – STT1 ).
Trong đó : to : Nhiệt độ của than trước khi vào lò đốt, to= 25 o C x: Hàm lượng chất bốc, x = 2,79%
Nhiệt trị cao của than :
Qc = 339.C lv + 1256.H lv – 109.(O lv – S lv ) ( kJ/kg )
Nhiệt trị thấp của than :
Qth = Qc – 25,1.( 9H lv + W ) (2.24-Kỹ thuật sấy-20) = 27611,812 – 25,1.( 9.3,628 + 3 )
2.2.4 Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg than Để cung cấp cho các phản ứng cháy, thành phần của oxi trong không khí là 21%.
Lượng không khí khô lí thuyết để đốt cháy 1 kg than:
Lo = 0,115.C lv + 0,346.H lv +0,043.( S lv – O lv )
= 9,077 (kg không khí/kg than )
2.2.5 Entanpi của nước trong hỗn hợp khói
Trong đó: t là nhiệt độ hỗn hợp khói vào lò (t = 350 Ο C )
2.2.6 Hệ số không khí thừa sau quá trình hoà trộn
Do nhiệt độ khói sau buồng đốt rất lớn so với yêu cầu, vì thế trong thiết bị sấy thùng quay dùng khói lò làm TNS người ta phải tổ chức hoà trộn với không khí ngoài trời để cho một hỗn hợp có nhiệt độ thích hợp Vì vậy, trong hệ thống sấy thùng quay người ta xem hệ số không khí thừa là tỷ số giữa không khí khô cần cung cấp thực tế cho buồng đốt cộng với lượng không khí khô đưa vào buồng hoà trộn với lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy. Để tính hệ số không khí thừa không khí ở buồng đốt và trộn người ta sử dụng phương pháp cân bằng nhiệt lò đốt than.
2.2.6.1 Nhiệt lượng vào buồng đốt khi đốt 1 kg than
Q1 : Nhiệt lượng than mang vào ( tính cho 1kg than ).
Q2 : Nhiệt lượng do không khí mang vào.
Q3 : Nhiệt do đốt 1 kg than. a Nhiệt lượng do than mang vào :
Cn : Nhiệt dung của than ; Cn = 946,938 10 -3 ( kJ/kg o C ) tn : Nhiệt độ của than ( nhiệt độ môi trường ); tn = 25 o C
→Q1 = 25 946,938 10 -3 = 23,673 ( kJ ) b Nhiệt lượng do không khí mang vào :
Lo : Lượng không khí lý thuyết cho quá trình cháy; Lo = 9,077 kg/kg than.
Io : Hàm nhiệt của không khí vào buồng đốt ; Io = 60,529 (kJ/kg kkk ).
: Hệ số thừa không khí.
Q2 = 9,077.60,529 α = 549,994 α (kJ) c.Nhiệt lượng do đốt 1 kg than :
Q3 = Qc.η Trong đó : η : hiệu suất buồng đốt η = 0,9
Qc : Nhiệt trị cao của than; Qc = 27611,812 kJ/kg
→ Tổng nhiệt lượng vào buồng đốt là :
2.2.6.2 Nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn
Q4 : Nhiêt do xỉ mang ra.
Q5 : Nhiệt do không khí mang ra khỏi buồng đốt.
Q6 : Nhiệt mất mát ra môi trường. a Nhiệt do xỉ mang ra :
Gxỉ : Khối lượng xỉ tạo thành khi đốt 1 kg than
Gxỉ = A lv = 7,634.10 -2 ( kg/kg than ).
Cxỉ : Nhiệt dung riêng của xỉ; Cxỉ = 0,75 kJ/kg o C
Txỉ : Nhiệt độ của xỉ, chọn Txỉ = 150 0 C
→ Q4 = 7,634.10 -2 0,75.150 = 8,588 ( kJ ) b Nhiệt lượng do khói mang
Gkhí : Khối lượng của chất khí trong lò.
Ckhí : Nhiệt dung riêng của khói lò.
Tk : Nhiệt độ của khói , Tk = 350°C
).Tk (kJ) Thành phần khối lượng các khí khi đốt 1 kg nhiên liệu
Nhiệt dung riêng các khí ở nhiệt độ 350°C :
CSO 2 = 0,19 kcal/kg o C = 0,796 kJ/kg o C
Thay các giá trị trên vào ta được :
→ Tổng nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn
Cân bằng nhiệt lượng lò đốt
Kiểm tra lại theo công thức sau : α Q c η bd + C t t o −( 9 H lv +W ) i a 1 − [ 1−( 9 H lv +W + A lv ) ] C k t 1
Qc : Nhiệt trị cao của than; Qc = 27611,812 ( kJ/kg ). η bd
: Hiệu suất buồng đốt ở đây chúng ta chọn η bd = 90% = 0,9.
Ct : Nhiệt dung riêng của than; Ct = 946,938.10 -3 kJ/kgºC. to : Nhiệt độ không khí; to = 25ºC. t1 : Nhiệt độ của khói ra khỏi buồng trộn; t1 50°C.
Ck: Nhiệt dung riêng của khói; Ck = 1,004 kJ/kgºC.
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt 1 kg than được xác định là 9,077 kg/kg than Hàm ẩm của không khí (xo) là 0,014 kg/kg khí Entanpin của nước trong khói (ia1) có giá trị là 3182,5 kJ/kg, trong khi entanpin của nước trong không khí (iao) là 2542,25 kJ/kg.
Ta thấy rằng hai kết quả có sự sai số, chọn α = 7,735
2.2.7 Trạng thái của khói trước khi vào thùng sấy
2.2.7.1 Nhiệt độ của khói t1 = 350ºC
Khối lượng khói khô sau buồng hòa trộn :
Lk = .Lo + 1 – ( A lv + 9H lv + W ) (VII.40- STT2-111)
= 70,778 ( kg/kg than) Lượng hơi nước chứa trong khói :
Ga = ( 9.H lv + Wd ) + α.Lo.xo , ( kg/kg than )
Vậy, trạng thái của khói lò trước khi vào thùng sấy :
Nhiệt độ : t1 = 350ºC Độ ẩm : φ1 = 0,0187 %
Hàm ầm : x1 = 0,0189 ( kg/kg kkk )
Hàm nhiệt : I1 = 410,149 ( kJ/kg kkk )
Cân bằng vật liệu
G1 : lượng manganđioxit vào thùng sấy; G1 = 1800 ( kg/h )
W1: Độ ẩm đầu của vật liệu; W1 = 20%
W2: Độ ẩm cuối của vật liệu; W2 = 3%
3.1.2 Lượng manganđioxit ra khỏi thùng sấy
Các thông số cơ bản của thùng sấy
3.2.1 Thể tích của thùng sấy
W : Lượng ẩm bay hơi; W = 315,464 ( kg/h )
A : Cường độ bay hơi ẩm của MnO2 chọn A = 30 kg ẩm/m 3 h;
3.2.2 Chiều dài ,đường kính và bề dày thùng
( m ) (CT VII.51 –STT2- 121) Trong đó :
Vt : Thể tích thùng; Vt = 10,515 ( m 3 )
Dt : Đường kính trong của thùng, ( m )
Vậy, thể tích thực tế của thùng :
Vậy cường độ bay hơi ẩm của MnO2 là:
3.2.3 Thời gian lưu vật liệu trong thùng
: Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng;
W1,W2 : Độ ẩm đầu và cuối của vật liệu; W1 = 20%, W2 = 3%
: Hệ số chứa đầy; chọn = 0,2
A : Cường độ bay hơi ẩm; A = 29 ( kg ẩm/m 3 h ).
3.2.4 Số vòng quay của thùng
- : Góc nghiêng của thùng quay, độ Thường góc nghiêng của thùng dài 2,53 o , còn thùng ngắn đến 6 o , chọn = 3 o
- m, k : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh và chiều chuyển động của khí trong thùng; theo ( Bảng VIIA – 122 – STT2 ) ta có k = 0,6 và m = 1
- : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay
3.2.5 Công suất cần thiết để quay thùng
N = 0,13.10 -2 Dt 3.Lt.a.n.ρ ( kW ) (VII.54 – 123 – STT2 ) Trong đó: n : Số vòng quay của thùng; n = 0,994 ( vg/ph )
: Khối lượng riêng xốp trung bình của cát; = 724,32 ( kg/m 3 )
Dt,Lt : Đường kính và chiều dài của thùng: Dt = 1,4 và Lt = 7 ( m ) a : Hệ số; chọn a = 0,063 ( Bảng VII.3 – 123 – STT2 )
Công suất động cơ điện
3.2.6 Các thông số cơ bản của thùng sấy
Thân thùng cấu tạo từ ba lớp :
- Lớp bảo vệ : làm từ vật liệu là thép CT3, có chiều dày δ1 = 0,002 ( m )
- Lớp cách nhiệt : làm từ vật liệu là bê tông xốp, có chiều dày δ2 = 0,06 ( m )
- Lớp thân thùng : làm từ vật liệu là thép CT3, có chiều dày δ3 = 0,014 ( m )
3.2.6.2 Đường kính thùng a Đường kính trong :
Loại chia khoang có cánh nâng.
3.2.6.5 Tốc độ quay n = 0,994 ( vg/ph )
Quá trình sấy lý thuyết
3.3.1 Trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy
% Vậy trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy là : t2 = 60 o C φ2 = 91,17 % x2 = 0,134 ( kg/kg kkk )
3.3.2 Cân bằng nhiệt lượng của quá trình sấy qo = lo.( I2 – Io ) = lo.( I1 – Io ) ( 7.38 – 290 – QTTBT4 )
Trong đó : qo : Nhiệt lượng tiêu hao riêng lo : Lượng khói cần để bốc hơi 1 kg ẩm lo x 2 −x1 o = 1
Tổng lượng khói cần thiết :
Nhiệt lượng cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm : qo = lo.( I2 – Io ) = 8,333.( 410,149 – 60,592 )
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy :
Quá trình sấy thực tế
3.4.1 Nhiệt tổn thất ra môi trường
( kJ/kg ẩm ) ( 7.41 – 142 – TTVTKHTS ). Trong đó :
F : Tổng diện tích bao quanh thùng sấy ( m 2 )
W : Lượng ẩm bay hơi ( kg/h )
∆ttb : Hiệu số nhiệt độ trung bình ( o C )
3.4.1.1 Xác định hệ số truyền nhiệt K
Trong đó : α1 : Hệ số cấp nhiệt đối lưu giữa khói và thành thùng ( W/m 2 o C ). α2 : Hệ số cấp nhiệt đối lưu giữa thành thùng và môi trường ( W/m 2 o C ). δ : Chiều dày của các lớp thành thùng ( m ). λ : Hệ số dẫn nhiệt của các lớp ( W/m o C ). a Xác định α 1 α1 = k.( α1 ’ + α1 ’’ ) ( W/m 2 o C ).
Trong quá trình thiết kế hệ thống sấy, hệ số độ nhám (k) thường được chọn trong khoảng từ 1,2 đến 1,3, với giá trị đề xuất là 1,2 để đảm bảo tính chính xác trong tính toán nhiệt trao đổi Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị do đối lưu cưỡng bức được ký hiệu là α1 ’, còn hệ số cấp nhiệt trong điều kiện đối lưu tự nhiên là α1 ’’; hai tham số này rất quan trọng trong việc xác định hiệu quả truyền nhiệt của hệ thống sấy Để xác định α1 ’, cần dựa trên các đặc tính vật lý của thiết bị cũng như điều kiện vận hành, nhằm tối ưu hóa quá trình sấy và nâng cao năng suất.
Lưu lượng thể tích của khói trong thùng :
Trong đó : vi : Thể tích không khí ẩm ( m 3 /kg kkk )
Lo : Lượng khói tiêu tốn chung cho thùng sấy; Lo = 2628,762 ( kg kkk/h )
- Lưu lượng thể tích của khói vào thùng :
- Lưu lượng thể tích của khí ra khỏi thùng :
- Lưu lượng thể tích trung bình của khói :
Tiết diện tự do của thùng :
Trong đó : β : Hệ số chứa đầy; β = 0,2.
Tốc độ trung bình của khói đi trong thùng : w tb = V tb
Trong đó : wtb : Vận tốc trung bình của khói đi trong thùng; wtb = 0,804 ( m/s ).
Dt : Đường kính trong của thùng; Dt = 1,4 ( m ). υ : Độ nhớt động của khói phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của khói( m 2 /s ).
- Nhiệt độ trung bình của khói : t tb =
> 10 4 Vậy, chế độ chuyển động của khói là chảy xoáy.
Trong đó : ε : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số
D t Theo bảng V.2 – 15 – STT2 ta có :
Trong đó : g : Gia tốc trọng trường; g = 9,81 ( m/s 2 ).
Dt : Đường kính trong của thùng sấy; Dt = 1,4 ( m ).
∆t : Hiệu số nhiệt độ của khói và thành bên trong thùng.
Giả thiết nhiệt độ trung bình thành bên trong thùng là 125 o C
T : Nhiệt độ tuyệt đối của khói; T = 125 + 273 = 573 o K. υ : Độ nhớt động học của khói ( m 2 /s ).
Nhiệt độ trung bình của lớp ngăn cách : t n =
Nội suy từ Bảng I.225 – 318 – STT1
Với nhiệt độ 160 ο C ta có : λ = 3,64.10 −2 ( W/m o C ), υ0 , 09.10 −6 ( m 2 /s ).
→α 1 = { { ital Nu λ} over {D rSub { size 8{t} } } } = { {193,078 3,64 10 rSup { size 8{ - 2} } } over {1,4} } =5,02} {¿
Trong bài viết này, chúng tôi nhấn mạnh về vai trò của hệ số cấp nhiệt α2’—hệ số truyền nhiệt từ thành thiết bị ra môi trường do đối lưu tự nhiên, đo bằng W/m²·°C Ngoài ra, hệ số α2’’ phản ánh quá trình truyền nhiệt qua bức xạ từ thành thiết bị ra môi trường, cũng tính bằng W/m²·°C Để xác định chính xác hệ số α2’, ta cần có các phương pháp cụ thể và thông số kỹ thuật phù hợp trong quá trình phân tích nhiệt.
Trong đó : g : Gia tốc trọng trường; g = 9,81 ( m/s 2 ).
Dn : Đường kính ngoài cùng của thùng ( m ); Dn = 1,552 ( m ).
Thành thùng sấy gồm 3 lớp :
- Lớp trong cùng làm bằng thép CT3 có : δ3 = 0,014 ( m ), λ1 = 49 ( W/m o C )
- Lớp cách nhiệt làm bằng bê tông xốp có : δ2 = 0,06 ( m ), λ2 0,93( W/m o C ).
- Lớp bảo vệ làm bằng thép CT3 có : δ1 = 0,002 ( m ), λ3 = 49 ( W/m o C ).
∆t : Hiệu số nhiệt độ giữa thành ngoài thiết bị và môi trường ( o C ).
Nhiệt độ thành ngoài thiết bị chọn 55 o C.
Nhiệt độ môi trường là 25 o C.
→ ∆t = 55 – 25 = 30 o C. υ : Độ nhớt động học của khí ( m 2 /s ).
Nhiệt độ lớp biên giữa không khí và thành ngoài thiết bị : t b =
Với nhiệt độ này ta có : λ = 2,76.10 -2 ( W/m o C ) υ = 16,96.10 -6 ( m 2 /s ).
T : nhiệt độ tuyệt đối của không khí; T = 25 + 273 = 298 0 K.
Co : Hệ số bức xạ của vật liệu đen tuyệt đối;
Co = 5,76 ( W/m 2 (K) 4 ) ( 48 – QTTBT3 ). ε : Mức độ đen tuyệt đối của bề mặt ngoài thùng; ε = 0,95 ( PL19 – 354 – TTQTTBT1 ).
T1, T2 : Nhiệt độ tuyệt đối của bề mặt ngoài thùng và môi trường;
Hệ số truyền nhiệt của quá trình :
3.4.1.2 Diện tích xung quanh thùng sấy
3.4.1.3 Hiệu số nhiệt độ trung bình
Với : t1 : Nhiệt độ của khói vào thùng sấy; t1 = 350 o C. tvl1: Nhiệt độ của cát vào thùng sấy; tvl1 = 25 o C.
Với : t1 : Nhiệt độ của khói ra khỏi thùng sấy; t2 = 60 o C. tvl2: Nhiệt độ của cát ra khỏi thùng sấy; tvl2 = 50 o C.
3.4.2 Tổn thất do manganđioxit mang ra khỏi thùng sấy
Gvl : Khối lượng của vật liệu ra khỏi lò; Gvl 84,536 ( kg ).
Cvl : Nhiệt dung riêng của vật liệu
Với : Cvlk : Nhiệt dung riêng của vật liệu khô ở 50 0 C;
Cvlk = 0,0223 ( Kcal/Kg 0 C ) = 0,0932 ( kJ/kg o C ).
Ca : Nhiệt dung riêng của nước; Ca = 4,18 ( kJ/kg o C ).
W2 : Độ ẩm cuối của vật liệu; W2 = 3%.
→ Cvl = 0,0932.( 1 – 0,03 ) + 4,18.0,03 = 0,216 ( kJ/kg o C ). tvl1, tvl2 : Nhiệt độ của vật liệu vào và ra khỏi thùng sấy; tvl1 = 25 o C, tvl2 = 50 o C.
W : Lượng ẩm bay hơi; W = 315,464 ( kg/h ).
3.4.3 Xác định giá trị ∆ (Lượng nhiệt bổ sung thực tế)
Trong đó : qb : Nhiệt lượng bổ sung trong caloriphe bổ sung; qb = 0.
Ca : Nhiệt dung riêng của nước; Ca = 4,18 ( kJ/kg o C ). to : Nhiệt độ vật liệu trước khi vào thùng sấy; to = 25 o C.
= qmt + qvl 9,616 + 25,412 = 165,028 ( kJ/kg ẩm ).
3.4.4 Trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy
Nhiệt dung riêng của khói (Ck) là 1,004 kJ/kg·°C, thể hiện khả năng chứa nhiệt của khói trong quá trình sấy Nhiệt độ của khói vào thùng sấy (t1) là 350°C, trong khi nhiệt độ ra khỏi thùng sấy (t2) là 60°C, giúp xác định lượng nhiệt truyền qua quá trình sấy Hàm ẩm của không khí (xo) là 0,014 kg/kg khô khí, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt và độ ẩm của không khí trong quá trình sấy Entapin của hơi nước trong khói vào thùng sấy (ia1) được tính là 2493 + 1,97 × 350 × 182,5 kJ/kg, trong khi entapin của hơi nước trong khói ra (ia2) là 2493 + 1,97 × 60 = 2611,2 kJ/kg, thể hiện năng lượng nội năng của hơi nước trong quá trình sấy.
Vậy, trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy là : t2 = 60 o C. x2 = 0,126 ( kg/kg kkk ). φ2 = 86,65%.
3.4.5 Lượng khói cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm l= 1 x 2 −x 1 = 1
Tổng lượng khói cần thiết :
3.4.6 Lượng than cần thiết cho quá trình
Lượng khói thu được khi đốt 1 kg than:
3.4.7 Cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị sấy
Q1 ’ : Lượng nhiệt do cát mang vào, kJ/h.
Q2 ’ : Lượng nhiệt do khói mang vào, kJ/h. a Lượng nhiệt do cát mang vào
Gvl : Lượng MnO2 vào thùng sấy; Gvl = 1800 ( kg/h ).
Cvl : Nhiệt dung riêng của MnO2 vào thùng;
Cvl = 0,0932.( 1 – 0,2 ) + 4,18.0,2 = 0,911 ( kJ/kg o C). tvl1 : Nhiệt độ đầu của MnO2; tvl1 = 25 o C.
→ Q1 ’ = 1800.0,911.25 = 40995 ( kJ/h ). b Nhiệt lượng do khói mang vào
Trong đó : m : Lượng than cần đốt trong 1h; m = 41,739 ( kg/h ).
Q5 : Lượng nhiệt do khói mang ra khỏi buồng trộn khi đốt 1kg than
3.4.8 Kiểm tra lượng nhiệt mất mát ra môi trường
Ta có : Qmt = qmt.W = 139,616.315.464 = 44043,822 ( kJ/h ).
% Vậy, lượng nhiệt mất mát Qmt < 5% Qv
3.4.9 Lượng nhiệt cần cung cấp cho thùng sấy
Tính toán hệ thống dẫn động
4.1.1 Tính toán và lựa chọn động cơ
Công suất cần thiết để quay thùng là : Pt = Nt = 1,133 ( kW )
→ Công suất trên trục động cơ :
Với : η1 : Hiệu suất của một cặp ổ lăn. η2 : Hiệu suất của hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp. η3 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ.
Theo bảng 2.3 - T19 – TTTKHTDĐCKT1 ta có : η1 : = 0,99 ÷ 0,995 η2 : = 0,96÷ 0,98 η3 : = 0,96÷0,98
Theo Bảng P.1.3 – 237 – TTTKHTDĐCKT1 ta chọn động cơ 4A112MA8Y3 với công suất Pđc = 2,2 ( kW ), tốc độ nđc = 750 ( vg/ph )
4.1.2 Tính toán động học hệ thống dẫn động cơ khí
4.1.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống dẫn động
Trong đó : nđc : Số vòng quay của động cơ; nđc = 750 ( vg/ph ). nt : Số vòng quay của thùng; nt = 0,994 ( vg/ph ).
4.1.2.2 Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động ut = un uh
Trong đó : un : Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ uh : Tỷ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp
Theo bảng 2.4 – 21 – TTTKHTDĐCKT1 uh = 8 …40 chọn uh = 30
4.1.2.3 Số vòng quay của bánh răng chủ động nbr1 = un.nt ( 49 – TTTKHTDĐCKT1 ).
Trong đó : un : Tỷ số truyền hệ bộ truyền bánh răng trụ; un = 23,642 nt : Số vòng quay của thùng; nt = 0,994 ( vg/ph ).
4.1.2.4 Công suất trên trục bánh răng chủ động
Pđc : Công suất của động cơ; Pđc = 2,2 ( kW ). η1 : Hiệu suất của một cặp ổ lăn; η1 = 0,99. η2 : Hiệu suất của hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp; η2 = 0,96.
4.1.2.5 Momen quay trên trục của bánh răng chủ động
P1 : Công suất trên trục của bánh răng chủ động; P1 = 2,07 ( kW ). n1 : Số vòng quay của bánh răng chủ động; n1 = 23,5 ( vg/ph ).
Tính toán bộ truyền động bánh răng
Lựa chọn bộ truyền động bánh răng trụ 2 cấp răng thẳng.
Với năng suất thùng là 1800 kg/h, theo Bảng 6.1 – 92 – TTTKHTDĐCKT1 chọn vật liệu làm bánh răng như sau :
- Bánh răng nhỏ : Chọn thép 45 tôi cải thiện có độ rắn HB = 192÷240
- Bánh răng lớn : Chọn thép 45 thường hóa có độ rắn HB = 170÷217
4.2.2 Xác định ứng suất cho phép
- σ o Hlim : Ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở
Theo Bảng 6.2 – 94 – TTTKHTDĐCKT1 ta có σ o Hlim = 2.HB + 70 ( MPa )
- SH : Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc;
Theo Bảng 6.2 – 94 – TTTKHTDĐCKT1 ta có SH = 1,1.
- KHL : Hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng của thời gian phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền; Lấy gần đúng KHL = 1.
Với bánh răng nhỏ : HB = 225
Với bánh răng lớn : HB = 215
Theo 95 – TTTKHTDĐCKT1, khi tính truyền động bánh răng trụ răng thẳng ta có :
- σ o Flim :Ứng suất cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở; σ o Flim = 1,8.HB ( MPa )
- SF : Hệ số an toàn về uốn; SF = 1,75
- KFC : Hệ số ảnh hưởng đến hướng đặt tải
Theo 93 – TTTKHTDĐCKT1 với bộ truyền quay một chiều ta có KFC = 1.
- KFL : Hệ số tuổi thọ, xét đến ảnh hưởng thời gian phục vụ và chế độ tải của bộ truyền; Lấy gần đúng KFL = 1.
Với bánh răng nhỏ : HB = 225
Với bánh răng lớn : HB = 215
4.2.2.3 Ứng suất quá tải cho phép Ứng suất tiếp xúc :
Trong đó : σch2 : Giới hạn chảy của bánh răng lớn; ta có σch2 = 340 ( MPa )
→ [σH]max = 2,8.340 = 952 ( MPa ) Ứng suất uốn cho phép khi qua tải :
Trong đó : σch1 : Giới hạn chảy của bánh răng nhỏ; σch1 = 450 ( MPa ).
4.2.3 Các thông số cơ bản của bộ truyền
Vì bánh răng ăn khớp ngoài nên:
- ka : Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng.
Theo Bảng 6.5 – 96 – TTTKHTDĐCKT1 ta có với vật liệu của cặp bánh răng là thép – thép và loại răng là răng thẳng thì ka = 49,5.
- un : Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng trụ; un = 23,642.
- T1 : Momen xoắn trên trục bánh răng nhỏ; T1 = 841212,766 ( N.mm ).
- KHβ : Hệ số kể đến sự phân bố tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc; Theo Bảng 6.7 – 98 – TTTKHTDĐCKT1 ta có KHβ = 1,07.
- [σH] : Ứng suất tiếp xúc cho phép; [σH] = 454,54 ( MPa ).
- ba : Trị số; Theo bảng 6.6 – 97 – TTTKHTDĐCKT1 ta có ba = 0,3÷0,5 khi H1 và H2