đồ án sấy đất chịu lửa 13520(kg h) (NGUYỄN văn NAM hóa 1 K10)

tính toán thiết kế máy sấy thùng quay suôi chiều.sấy đất chịu lửa hoặc cao lanh 1213 tấnh phục vụ cho những nhà mấy,khu công nghiệp lớn. Các số liệu ban đầu: Độ ẩm đầu của vật liệu: 12% Độ ẩm cuối của vật liệu: 1,5% Nhiệt độ khói vào : 5000C . Nhiệt độ khói ra : 1100C

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Số : ………

Họ và tên HS-SV : Nguyễn Văn Nam Lớp : CĐĐH Hoá 1 Khoá: 10 Khoa : Công nghệ Hoá

Giáo viên hướng dẫn : Vũ Minh Khôi

NỘI DUNG

Thiết kế hệ thống sấy thùng quay làm việc xuôi chiều dùng để sấy đất chịulửa với năng suất 13520 kg/giờ

Các số liệu ban đầu:

- Độ ẩm đầu của vật liệu: 12%

- Độ ẩm cuối của vật liệu: 1,5%

- Nhiệt độ khói vào : 5000C

- Nhiệt độ khói ra : 1100C

T

PHẦN THUYẾT MINH

Ngày giao đề : ………… … Ngày hoàn thành :………

Vũ Minh Khôi

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 8

GIỚI THIỆUCHUNG 8

1.1 Giới thiệu chung về kỹ thuật sấy 8

1.1.1 Khái niệm về sấy 8

1.1.2 Phương pháp sấy 8

1.1.3 Một số nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy 10

1.1.4 Vai trò của sấy trong kỹ thuật và đời sống 12

1.2 Giới thiệu về máy sấy thùng quay 14

1.3 Giới thiệu về vật liệu sấy Đất chịu lửa 15

1.3.1 Nguồn gốc và tính chất 15

1.3.2 Thành phần hóa học 16

1.3.3 Ứng dụng của đất sét chịu lửa 17

1.3.4 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy thùng quay 18

1.3.4.1 Sơ đồ công nghệ 18

1.3.4.2 Nguyên lí hoạt động của máy sấy thùng quay 18

CHƯƠNG 2 21

TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU 21

2.1 Thông số ban đầu 21

2.1.1 Kiểu thiết bị sấy 21

2.1.2 Điều kiện môi trường 21

2.1.3 Vật liệu sấy là đất sét chịu lửa với các thông số 22

2.1.4 Tác nhân sấy 22

2.2.Tính toán các thông số của nhiên liệu 22

2.2.1 Thành phần của than 22

2.2.2 Nhiệt dung riêng của than đá 23

2.2.3 Nhiệt trị của than 24

2.2.4 Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg than 24

2.2.6 Hệ số không khí thừa sau quá trình hoà trộn 25

2.2.6.1 Nhiệt lượng vào buồng đốt khi đốt 1 kg than 25

2.2.6.2 Nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn 26

2.2.7 Trạng thái của khói trước khi vào thùng sấy 30

2.2.7.1 Nhiệt độ của khói 30

2.2.7.2 Hàm ẩm của khói 30

2.2.7.3 Hàm nhiệt của khói 31

2.2.7.4 Độ ẩm 31

CHƯƠNG 3 32

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 32

3.1 Cân bằng vật liệu 32

3.1.1 Lượng ẩm bay hơi 32

3.1.2 Lượng manganđioxit ra khỏi thùng sấy 32

3.2 Các thông số cơ bản của thùng sấy 32

3.2.1 Thể tích của thùng sấy 32

3.2.2 Chiều dài ,đường kính và bề dày thùng 33

3.2.2.1 Chiều dài thùng 33

3.2.2.2 Đường kính thùng 33

3.2.2.3 Chiều dày thân thùng 33

3.2.3 Thời gian lưu vật liệu trong thùng 34

3.2.4 Số vòng quay của thùng 34

3.2.5 Công suất cần thiết để quay thùng 34

3.2.6 Các thông số cơ bản của thùng sấy 35

3.2.6.1 Cấu tạo thân thùng 35

3.2.6.2 Đường kính thùng 35

3.2.6.3 Chiều dài thùng 35

3.2.6.4 Loại cánh 35

3.2.6.5 Tốc độ quay 36

3.3 Quá trình sấy lý thuyết 36

3.3.1 Trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy 36

3.3.1.1 Nhiệt độ 36

3.3.1.2 Hàm nhiệt 36

3.3.1.3 Hàm ẩm 36

3.3.1.4 Độ ẩm 36

3.3.2 Cân bằng nhiệt lượng của quá trình sấy 37

3.4 Quá trình sấy thực tế 37

3.4.1 Nhiệt tổn thất ra môi trường 37

3.4.1.1 Xác định hệ số truyền nhiệt K 38

3.4.1.2 Diện tích xung quanh thùng sấy 44

3.4.1.3 Hiệu số nhiệt độ trung bình 44

3.4.2 Tổn thất do đất chịu lửa mang ra khỏi thùng sấy 45

3.4.3 Xác định giá trị ∆ (Lượng nhiệt bổ sung thực tế) 46

3.4.4 Trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy 46

3.4.4.1 Nhiệt độ 46

3.4.4.2 Hàm ẩm 46

3.4.4.4 Hàm nhiệt 47

3.4.5 Lượng khói cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm 47

3.4.6 Lượng than cần thiết cho quá trình 48

3.4.7 Cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị sấy 48

3.4.8 Kiểm tra lượng nhiệt mất mát ra môi trường 49

3.4.9 Lượng nhiệt cần cung cấp cho thùng sấy 49

CHƯƠNG 4 50

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 50

4.1 Tính toán hệ thống dẫn động 50

4.1.1 Tính toán và lựa chọn động cơ 50

4.1.2 Tính toán động học hệ thống dẫn động cơ khí 51

4.1.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống dẫn động 51

4.1.2.2 Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động 51

4.1.2.3 Số vòng quay của bánh răng chủ động 51

4.1.2.4 Công suất trên trục bánh răng chủ động 52

4.1.2.5 Momen quay trên trục của bánh răng chủ động 52

4.2 Tính toán bộ truyền động bánh răng 52

4.2.1 Chọn vật liệu 52

4.2.2 Xác định ứng suất cho phép 53

4.2.2.1 Ứng suất tiếp xúc 53

4.2.2.2 Ứng suất uốn 53

4.2.2.3 Ứng suất quá tải cho phép 54

4.2.3 Các thông số cơ bản của bộ truyền 55

4.2.3.1.Khoảng cách trục 55

4.2.3.2 Các thông số ăn khớp 56

4.2.3.3 Đường kính răng 56

4.2.3.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 57

4.2.3.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 60

4.2.3.6 Kiểm nghiệm răng về quá tải 62

4.2.3.7 Các thông số kích thước của bộ truyền bánh răng trụ 62

4.3 Kiểm tra độ bền thân thùng 63

4.3.1 Trọng lượng của vật liệu trong thùng 63

4.3.3 Trọng lượng bánh răng vòng 64

4.3.4.Trọng lượng cánh xới 64

4.3.5 Trọng lượng vành đai 64

4.3.6 Khoảng cách hai vành đai 65

4.3.7 Tải trọng trên một đơn vị chiều dài thùng không kể bánh răng vòng 65

4.3.8 Momen uốn do tải trọng này gây ra 65

4.3.9 Momen uốn do bánh răng vòng gây ra 65

4.3.10 Momen chống uốn 66

4.3.11 Ứng suất thân thùng 66

4.4 Tính toán vành đai 66

4.4.1 Tải trọng trên một vành đai 66

4.4.2 Phản lực của con lăn 66

4.4.3 Bề rộng của vành đai 67

4.4.4 Bề dày của vành đai 67

Với thùng nặng thì bề dày của vành đai là: 67

4.4.5 Momen uốn 67

4.4.6 Momen chống uốn 68

4.4.7 Các thông số của vành đai 68

4.5 Tính toán con lăn đỡ 69

4.5.1 Bề rộng của con lăn 69

4.5.2 Đường kính của con lăn 69

4.5.3 Ứng suất tiếp xúc 69

4.5.4.Các thông số của con lăn đỡ 70

4.6 Tính toán con lăn chặn 70

4.6.1.Lực lớn nhất tác dụng lên con lăn chặn 70

4.6.2.Xác định bán kính con lăn chặn 71

4.6.3.Kiểm tra độ bền của con lăn chặn 71

4.6.4.Các thông số của con lăn chặn 72

CHƯƠNG 5 73

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 73

5.1.Tính toán buồng đốt 73

5.1.1.Diện tích bề mặt ghi lò 73

5.1.2.Thể tích buồng đốt 74

5.1.3 Chiều cao của buồng đốt 74

5.1.4 Số ghi lò 74

5.1.5 Tỉ lệ mắt ghi: f/F 74

5.2 Tính toán và chọn quạt 75

5.2.1 Năng suất quạt 75

5.2.2 Công suất của quạt 75

5.2.3 Chọn quạt 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

LỜI MỞ ĐẦU

ấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sảnxuất Trong công nghiệp như chế biến nông- hải sản, chế biến gỗ, sảnxuất vật liệu xây dựng….Kỹ thuật sấy đóng vai trò quan trọng trong dâychuyền sản xuất Sản phẩm rau quả sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho việcbảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm

S

Đồ án về nội dung sấy là một trong những bài tập lớn nằm trong chương

trình của bộ môn quá trình và thiết bị khoa công nghệ Hoá của trường ĐH Công

Nghiệp Hà Nội, nó giúp cho sinh viên có kĩ năng hơn trong quá trình tra cứu sốliệu, tính toán, đồng thời nắm vững hơn về công nghệ sấy nói riêng và các quátrình trong công nghệ Hoá Học nói chung

Được thầy giáo VŨ MINH KHÔI giao nhiêm vụ: “Thiết kế hệ thống sấy thùng

quay làm việc xuôi chiều dùng để sấy đất chịu lửa với năng suất 13520 kg/giờ”.Dựa trên những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy em đãhoàn thành đồ án của mình

Em xin chân thành cảm ơn thầy Khôi cùng các thầy cô trong khoa CôngNghệ Hoá đã chỉ bảo, giúp đỡ tận tình em trong thời gian em hoàn thành đồ ánnày Do hạn chế về tài liệu tham khảo và các kiến thức nên bản đồ án này chắcchắn không tránh khỏi sai sót, em mong nhận được sự đóng góp, sữa chữa củacác thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN NAM

Lớp : ĐH Hoá1 _K10

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆUCHUNG 1.1 Giới thiệu chung về kỹ thuật sấy

1.1.1 Khái niệm về sấy

Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễdàng Sấy làm giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết do đó vi khuẩn,nấm mốc và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được, giảmhoạt động các enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm

Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩmbằng phương pháp bay hơi nước Như vậy, quá trình sấy khô một vật thể diễnbiến như sau:

Vật thể được gia nhiệt để đưa nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hòa ứng vớiphân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật thể Vật thể được cấp nhiệt để làmbay hơi ẩm

Tóm lại, trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổichất cụ thể là quá tŕnh truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền

ẩm từ trong vật sấy ra ngoài bề mặt sấy, quá trình truyền ẩm từ bề mặt vật sấy rangoài môi trường Các quá trình truyền nhiệt, truyền chất trên xảy ra đồng thờitrên vật sấy, chúng có quan hệ qua lại lẫn nhau

1.1.2 Phương pháp sấy

Có nhiều cách phân loại :

a.Dựa vào tác nhân sấy:

- Sấy bằng khói lò

- Sấy bằng không khí nóng

- Sấy bằng tia hồng ngoại : Là phương pháp sấy dùng năng lượng của tiahồng ngoại để làm khô vật liệu.

- Sấy bằng dòng điện cao tần : Là phương pháp sấy dùng năng lượng điệntrường để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của vật liệu

b Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy

- Sấy đối lưu : Là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp giữa vật liệu sấyvới tác nhân sấy

- Sấy tiếp xúc : Là phương pháp sấy mà tác nhân sấy tiếp xúc gián tiếp vớivật liệu sấy qua một vách ngăn

- Sấy thăng hoa : Là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân khôngrất cao, nhiệt độ rất thấp nên ẩm trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạngthái rắn thành trạng thái khí

Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, công nghệ và thiết bị sấy đôilưu được sử dụng phổ biến hơn cả

c Dựa vào phương pháp làm việc

- Máy sấy liên tục

- Máy sấy gián đoạn

d Dựa vào áp suất làm việc

- Sấy chân không

- Sấy áp suất thường

e Dựa vào cấu tạo thiết bị

- Thiết bị sấy buồng

- Thiết bị sấy hầm

- Thiết bị sấy tháp

- Thiết bị sấy phun

- 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

Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độgió…, việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nướctrong nguyên liệu giảm xuống càng nhiều Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở giới hạncho phép vì nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sảnphẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bềngoài cản trở tới sự chuyển động của nước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài.Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làmkhô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hủy hoại nguyên liệu Nhiệt độ sấy thíchhợp được xác định phụ thuộc vào độ dày bán thành phẩm, kết cấu tổ chức củathịt quả và đối với các nhân tố khác Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thìnguyên liệu có những biến đổi khác nhau ví dụ: nhiệt độ sản phẩm trong quátŕnh sấy cao hơn 600Ο C thì protein bị biến tính, nếu trên 900Ο C thì fructaza bắtđầu caramen hóa các phản ứng tạo ra melanoidin tạo polyme cao phân tử chứa N

và không chứa N, có màu và mùi thơm xảy ra mạnh mẽ Nếu nhiệt độ cao hơnnữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng và mất giá trị cảmquan của sản phẩm

Quá trình làm khô tiến triển, sự cân bằng của khuếch tán nội và khuếchtán ngoại bị phá vỡ, tốc độ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc độ khuếch tán nội thìchậm lại dẫn đến hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng đến quá trình làm khô

b.Ảnh  hưởng của tốc độ chuyển động không khí

Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy,tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy Vì tốc độchuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cânbằng quá tŕnh sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại Vì vậy,

cần phải có một tốc độ gió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của quá trình làmkhô.

Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá tŕnh làm khô, khi hướng giósong song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh Nếu hướng gióthổi tới nguyên liệu với góc 45oC thì tốc độ làm khô tương đối chậm, còn thổithẳng vuông góc với nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất chậm

c Ảnh  hưởng của độ ẩm tương đối của không khí

Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết địnhđến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậmlại Các nhà bác học Liên Xô và các nước khác đã chứng minh rằng: độ ẩmtương đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình sấy sẽ chậm lại rõ rệt, còn độ

ẩm tương đối của không khí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô sẽ dừnglại và bắt đầu xảy ra hiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm trở lại

Để cân bằng ẩm, khuếch tán nội phù hợp với khuếch tán ngoại và tránhhiện tượng tạo màng cứng, người ta áp dụng phương pháp làm khô gián đoạntức là vừa sấy vừa ủ

Làm khô trong điều tự nhiên khó đạt được độ ẩm tương đối của khôngkhí 50% đến 60% do nước ta khí hậu nhiệt đới thường có độ ẩm cao Do đó, mộttrong những phương pháp để làm giảm độ ẩm của không khí có thể tiến hànhlàm lạnh để cho hơi nước ngưng tụ lại Khi hạ thấp nhiệt độ của không khí dướiđiểm sương hơi nước sẽ ngưng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khícũng được hạ thấp Như vậy để làm khô không khí người ta áp dụng phươngpháp làm lạnh

d Ảnh  hưởng của kích thước nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Nguyên liệucàng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kíchthước quá bé và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gẫy vỡ

Trong những điều kiện giống nhau về chế độ sấy (nhiệt độ, áp suất khíquyển) thì tốc độ sấy tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt S và tỷ lệ  nghịch với chiềudày nguyên liệu δ.

e.Ảnh  hưởng của quá trình ủ ẩm

Quá trình ủ ẩm nhằm mục đích là làm cho tốc độ khuếch tán nội vàkhuếch tán ngoại phù hợp nhau để làm tăng nhanh quá trình làm khô Trong khilàm khô quá tŕnh ủ ẩm người ta gọi là làm khô gián đoạn

f Ảnh  hưởng của bản thân nguyên liệu

Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phùhợp, cần phải xét đến thành phần hóa học của nguyên liệu như: nước, lipit, chấtkhoáng, protein, Vitamin, kết cấu tổ chức thịt quả chắc hay lỏng lẻo

1.1.4 Vai trò của sấy trong kỹ thuật và đời sống

Sấy là qúa trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt.Ngày xưa người ta đã biết sử dụng phương pháp sấy tự nhiên rất đơn giản làphơi nắng Tuy nhiên, phơi nắng bị hạn chế lớn là cần diện tích sân phơi rộng vàphụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong mùa mưa Vì vậy, trong các ngànhcông nghiệp người ta thường phải tiến hành quá trình sấy nhân tạo

- Kết quả của qúa trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệutăng lên Điều đó có ý nghĩa quan trọng trên nhiều phương diện khác nhau

- Do các ý nghĩa đã nêu trên mà đối tượng của quá trình sấy thật đadạng, bao gồm nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm trong các giai đoạnkhác nhau của qúa trình sản xuất và chế biến, thuộc nhiều lĩnh vực kinh tế khácnhau Nói cách khác, kỹ thuật sấy được ứng dụng rộng rãi trong các nghànhcông nghiệp và nông nghiệp.

- Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biếnđổi trạng thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi Hầu hết các vật liệu trongquá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và người ta thường gọi là ẩm Nhưvậy trong thực tế có thể xem sấy là qúa trình tách ẩm bằng phương pháp nhiệt

- Việc cung cấp năng lượng cho vật liệu trong qúa trình sấy được tiếnhành theo các phương pháp truyền nhiệt đã biết

Ví dụ :

+ Cấp nhiệt bằng đối lưu gọi là sấy đối lưu

+ Cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt gọi là sấy tiếp xúc

+ Cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ

+ Ngoài ra, còn có các phương pháp sấy đặc biệt như sấy bằngdòng điện cao tần, sấy thăng hoa, sấy chân không…

- Tóm lại, để bảo quản các loại sản phẩm trong thời gian dài, trongqui trình công nghệ sản xuất của nhiều sản phẩm đều có công đoạn sấy khô

- Để chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao, công nghệ sấycũng được cải tiến và phát triển như trong nghành hải sản, rau quả và nhiều loạithực phẩm khác Các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như lúa, ngô, đậu…saukhi thu hoạch cần sấy khô kịp thời, nếu không sản phẩm sẽ bị giảm chất lượngthậm chí bị hỏng dẫn đến tình trạng mất mùa sau thu hoạch

Do nhu cầu sấy ngày càng đa dạng, có nhiều phương pháp và thiết bịsấy để sấy các loại sản phẩm khác nhau.Ngoài ra đôi khi cùng một loại sảnphẩm nhưng nếu yêu cầu về qui mô sấy khác nhau thì cũng đòi hỏi thiết bị sấyphù hợp Đối với từng loại sản phẩm đã được biết trước, nhằm đạt được các yêu

cầu của sản phẩm sấy với chi phí nhiên liệu và đầu tư thiết bị ban đầu thấpnhất.

1.2 Giới thiệu về máy sấy thùng quay

Hệ thống sấy thùng quay là hệ

thống sấy làm việc liên tục chuyên

dùng để sấy vật liệu hạt, cục nhỏ như:

cát, than đá, các loại quặng, đường,

muối, và các loại hóa chất như :

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

Cấu tạo chính của máy sấy thùng quay là thùng sấy Thùng sấy là một ốnghình trụ tròn bằng vật liệu thép, trong đó có lắp các cánh xáo trộn để phân vùnghoặc không Tùy theo đường kính của ống thép mà chiều dày của thành ống cóthể từ 10 - 14 mm Ống thép này được đặt nghiêng 1 - 6 trên 2 ổ trục quay, đểtránh tình trạng ống bị trôi khi quay ở 2 ổ trục có bệ đỡ bằng con lăn chống trôi.Đầu cao của ống có buồng đốt cấp nhiệt và bên trên có ống dẫn vật liệu vào.Đầu thấp của ống có buồng cuối lò, bên dưới có ống dẫn vật liệu ra khỏi thùngsấy sang gầu tải đưa lên silo chứa Bên trong buồng cuối lò có gắn quạt hút, ốngkhói và xyclon lắng bụi tạo thành hệ thống thông gió bên trong máy sấy

Bên trong thùng sấy người ta lắp các cánh để xáo trộn vật liệu làm quátrình trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy tốt hơn Các đệm ngăn trongthùng vừa có tác dụng phân phối đều vật liệu theo tiết diện thùng vừa làm tăng

bề mặt tiếp xúc Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật liệusấy và độ ẩm của nó Các loại đệm ngăn được dùng phổ biến trong máy sấythùng quay gồm :

- Đệm ngăn loại mái chèo nâng và loại phối hợp dùng khi sấy những vậtliệu cục to, ẩm, có xu hướng đóng vón lại, loại này có hệ số chứa đầy vật liệukhông quá 10 - 20 %.

- Đệm ngăn hình quạt có những khoảng không thông với nhau

- Đệm ngăn phân phối hình chữ thập và kiểu vạt áo được xếp trên toàn bộ tiếtdiện của thùng, được dùng để sấy vật liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng quay vậtliệu được đảo trộn nhiều lần, bề mặt tiếp xúc pha lớn

- Đệm ngăn kiểu phân khu để sấy các hạt đã đập nhỏ, bụi loại này chophép hệ số chứa đầy từ 15 - 25 %

Nếu nhiệt độ sấy lớn hơn 200C thì dùng khói lò nhưng không dùng chonhiệt độ lớn hơn 800C

 Ưu điểm của hệ thống sấy thùng quay:

- Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệusấy và tác nhân sấy Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100 kg ẩm bay hơi/mh

- 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 trongnhiều 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 Đất chịu lửa

1.3.1 Nguồn gốc và tính chất

Nguồn gốc:

 Đất sét chịu lửa hay sét là một thuật ngữ được dùng để miêu tả một nhómcác khoáng vật phyllosilicat nhôm ngậm nước, thông thường có đườngkính hạt nhỏ<2μm. Nói chung nó được tạo ra do sự phong hóa hóa học

của các loại đá chứa silicat dưới tác động của H2CO3 Đất sét chịu lửađược phân biệt với các loại hạt khác có trong đất, chẳng hạn như bùn nhờkích thước nhỏ và tạo dẻo cao

 Đất sét chịu lửa thường tồn tại ở dạng hợp chất như:  khoáng vậtphyllosilicat nhôm ngậm nước, kaolinit, montmorillonit-smectit, illit vàchlorit

- Khả năng trao đổi ion yếu

 Nhóm Montmorillonit, với công thức hóa

học(Na,Ca)0,33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O

Tính chất:

+ Hấp thụ nước mạnh, dễ trương nở+ Độ phân tán cao, hạt mịn  độ dẻo rất lớn

• Nhóm môntmôrilônit,với công thức hóa học

(Al2O3.4SiO2.H2O+nH2O)

Do có sự thay thế đồng hình, nên môntmôrilônit thường chứa các cation

Fe2+, Fe3+, Ca2+, Mg2+với hàm lượng khá lớn

Tính chất:

+ Hấp thụ nước mạnh, dễ trương nở+ Độ phân tán cao, hạt mịn  độ dẻo rất lớn

• Nhóm khoáng chứa alkali (còn gọi là illit hay mica):

Illit hay mica ngậm nước là những khoáng chính trong nhiều loại đất sét Các dạng mica ngậm nước thường gặp là:

 Muscôvit :  K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O

 Biôtit    :    K2O.4MgO.2Al2O3.6SiO2 H2O

1.3.3 Ứng dụng của đất sét chịu lửa

 Ứng dụng trong gốm sứ

 Đất sét là chất mềm dẻo khi ẩm, điều này có nghĩa là rất dễ tạo dạng cho

nó bằng tay Khi khô nó trở nên rắn chắc hơn và khi bị "nung" hay làmcứng bằng nhiệt độ cao, đất sét trở thành rắn vĩnh cửu Thuộc tính nàylàm cho đất sét trở thành một chất lý tưởng để làm các đồ gốm sứ có độbền cao, được sử dụng cả trong những mục đích thực tế,đồ dùng sinh hoạtcũng như dùng để làm đồ trang trí

 Xử lý nước thải bằng đất sét

 “Bóng sinh học” là hỗn hợp được tạo ra từ: Đất sét, cám gạo và vi sinh vật “Bóng sinh học” có hình dạng và khả năng hấp thụ, thấm lọc tốt do chứa một lượng lớn các loài vi sinh vật có khả năng hấp thụ các chất bẩn trong nước thải

 Xử lý đất sét để sản xuất vật liệu nanocomposite

 Đất sét chứa các hạt nano là loại vật liệu xây dựng lâu đời Hiện nay, polymer gia cường bằng đất sét (nanoclay) được ứng dụng khá nhiều trong bộ hãm xe hơi

 Polymer/ đất sét có thể làm vật liệu chống cháy, ví dụ như một số loại nanocomposite của Nylon 6/ silicate, PS/layered silicate,…hay vật liệu dẫn điện như nanocomposite PEO/Li-MMT (MMT= montmorillonite) dung trong pin, vật liệu phân hủy sinh học như PCL/MMT

 Tạo nguyên liệu quý từ đất sét

 Chuyển hóa vật liệu zeolit từ khoáng sét thiênnhiên Zeolit là vật liệu vi mao quản, xốp nhẹ có dung lượng trao đổi ion lớn và có khả năng hấp phụ

kỳ diệu

1.3.4 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy thùng quay

1.3.4.1 Sơ đồ công nghệ

4.Bánhrăng 5.Phễuhứngsảnphẩm 6.Quạthút

7.Thiếtbịlọcbụi 8.Lòđốt 9.Conlănchặn 10.Môtơ quạtchuyểnđộng 11.Bệ đỡ 12.Băngtải

13.Phểutiếpliệu 14.Vandiềuchỉnh 15 Quạt thổi

1.3.4.2 Nguyên lí hoạt động của máy sấy thùng quay

Máy sấy thùng quay gồm một thùng hình trụ (1) đặt nghiêng với mặtphẳng nằm ngang 1÷6o Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánhđai đỡ (2)

Bánh đai được đặt trên bốn con lăn đỡ (3) , khoảng cách giữa 2 con lăncùng một bệ đỡ (11) có thể thay đổi để điều chỉnh góc nghiêng của thùng, nghĩa

là điều chỉnh thời gian lưu vật liệu trong thùng Thùng quay được là nhờ có bánhrăng (4) Bánh răng (4) ăn khớp với bánh răng dẫn động nhận truyền động củađộng cơ (10) qua bộ giảm tốc

Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng qua phễu chứa(13) và được chuyển động dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn Các đệm ngăn vừa

có tác dụng phân bố đều theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bềmặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộcvào kích thước của vật liệu sấy,tính chất và độ ẩm của nó Vận tốc của khói lò

vòng/phút Vật liệu khô ở cuối máy sấy được tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm (5)rồi nhờ băng tải xích (12) vận chuyển vào kho

Khói lò hay không khí thải được quạt (6) hút vào hệ thống tách bụi,…

để tách những hạt bụi bị cuốn theo khí thải Các hạt bụi thô được tách ra, hồi lưutrở lại băng tải xích (12) Khí sạch thải ra ngoài

Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không được lớn hơn3m/s bởi nếu tốc độ lờn hơn 3m/s thí vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng

Các đệm ngăn trong thùng vừa có tác dụng phân phối đều vật liệu theotiết diện thùng, vừa đảo trộn vật liệu làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy

và tác nhân sấy Cấu tạo của các đệm ngăn( cánh đảo trộn) phụ thuộc vào kíchthước vật liệu và độ ẩm của nó Các loại đêm ngăn được dùng phổ biền trongmáy sấy thùng quay gồm:

a b c

Sơ đồ cấu tạo cánh trong thiết bị sấy thùng quay:

a) Cánh nâng

b) Cánh nâng chia khoang

c) Cánh phân bố đều( cánh phân phối chữ thập)

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU

2.1 Thông số ban đầu

2.1.1 Kiểu thiết bị sấy

Thùng quay, phương thức sấy xuôi chiều

2.1.2 Điều kiện môi trường.

- Trạng thái của không khí ngoài trời nơi đặt thiết bị sấy

+ Nhiệt độ môi trường: 250C+ Độ ẩm tương đối của không khí: 70%

2.1.3 Vật liệu sấy là đất sét chịu lửa với các thông số

- Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy: 12%

- Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy là: 1,5%

- Lượng vật liệu đưa vào máy sấy : 13,52 tấn/h hay 13520 kg/h

2.1.4 Tác nhân sấy

Khói lò :

- nhiệt độ khói lò vào thùng sấy : t = 5000C

- nhiệt độ khói lò ra khỏi thùng : t2 = 1100C

2.2.Tính toán các thông số của nhiên liệu

+ Độ tro của nhiên liệu ở chế độ làm việc được xác định :

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= 25oC

x: Hàm lượng chất bốc, x = 2,79%

→ Ct = 837 + 3,7.25 + 625.0,0279 = 946,938 ( J/kgoC )

→ Ct = 946,938 10-3 ( kJ/kg.ºC )

2.2.3 Nhiệt trị của than

Nhiệt trị cao của than :

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

Trong đó: t là nhiệt độ hỗn hợp khói vào lò (t = 500Ο C)

In = (2493 + 1,97.500).103 = 3478.103 (J/kg)

= 3478 (kJ/kg)

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 bịsấy thùng quay dùng khói lò làm TNS người ta phải tổ chức hoà trộn với khôngkhí ngoài trời để cho một hỗn hợp có nhiệt độ thích hợp Vì vậy, trong hệ thốngsấy thùng quay người ta xem hệ số không khí thừa là tỷ số giữa không khí khôcần cung cấp thực tế cho buồng đốt cộng với lượng không khí khô đưa vàobuồng 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 sửdụng phương pháp cân bằng nhiệt lò đốt than

2.2.6.1 Nhiệt lượng vào buồng đốt khi đốt 1 kg than

Qv = Q1 + Q2 + Q3 ( kJ )Trong đó :

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 :

Q1 = Cn.tnTrong đó :

Cn : Nhiệt dung của than ; Cn = 946,938 10-3 ( kJ/kgoC )

tn : Nhiệt độ của than ( nhiệt độ môi trường ); tn = 25oC

→Q1 = 25 946,938 10-3 = 23,673 ( kJ )

b Nhiệt lượng do không khí mang vào :

Q2 = Lo.Io.

Trong đó :

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= 549,994α (kJ)

c.Nhiệt lượng do đốt 1 kg than :

Q3 = Qc.ηTrong đó :

η : hiệu suất buồng đốt η = 0,9

Qc : Nhiệt trị cao của than; Qc = 27611,812kJ/kg

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 :

Q4 = Gxỉ.Cxỉ.TxỉTrong đó :

Gxỉ : Khối lượng xỉ tạo thành khi đốt 1 kg than

Gkhí : Khối lượng của chất khí trong lò

Ckhí : Nhiệt dung riêng của khói lò

Tk : Nhiệt độ của khói , Tk = 500°C

( Theo T112 – STT2 )

GCO 2 = 0,0367.Clv = 0,0367.67,963 = 2,494(kg/kg than)

Kiểm tra lại  theo công thức sau :

: 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 =500°C

Ck: Nhiệt dung riêng của khói; Ck = 1,004 kJ/kgºC

Lo : Lượng không khí lý thuyết để đốt 1kg than;Lo= 9,077 kg/kg than

Ta thấy rằng hai kết quả sấp sỉ bằng nhau, chọn α = 5,288

2.2.7 Trạng thái của khói trước khi vào thùng sấy

2.2.7.1 Nhiệt độ của khói

3.1.1 Lượng ẩm bay hơi

W = G1 \f(W1-W2,100-W2 , ( kg/h)

Trong đó :

G1 : lượng manganđioxit vào thùng sấy; G1 = 13520 ( kg/h )

W1: Độ ẩm đầu của vật liệu; W1 = 12%

W2: Độ ẩm cuối của vật liệu; W2 = 1,5%

→ W = 13520

= 1441,218 ( kg/h )

3.1.2 Lượng manganđioxit ra khỏi thùng sấy

G2 = G1 - W =13520 – 1441,218 = 12078,782 ( kg/h )

3.2 Các thông số cơ bản của thùng sấy

3.2.1 Thể tích của thùng sấy

Vt = \f(W,A , ( m3) (CT VII.50 – STT2-121)

Trong đó :

W : Lượng ẩm bay hơi; W = 1441,218( kg/h )

A : Cường độ bay hơi ẩm của đất chịu lửa chọn A = 60 kg ẩm/m3.h;

- 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 = 0,7 và m = 1

-  : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay

 : Khối lượng riêng xốp trung bình của đất chịu lửa ;  = 1380 ( kg/m3 )

Dt,Lt : Đường kính và chiều dài của thùng: Dt = 1,8 và Lt = 9 ( m )

a : Hệ số; chọn a = 0,053( Bảng VII.3 – 123 – STT2 )

N = 0,13.10-2.1,83.9.0,053.3,026.1380 = 15,44 ( kW )

Công suất động cơ điện

Nđc = 1,25.N = 1,25.15,44 = 18,75 ( kW )

3.2.6 Các thông số cơ bản của thùng sấy

3.2.6.1 Cấu tạo thân thùng

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 = 0,05 ( m )

- Lớp thân thùng : làm từ vật liệu là thép CT3, có chiều dày δ3 = 0,018 ( m )

3.3 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 :

qo : Nhiệt lượng tiêu hao riêng

lo : Lượng khói cần để bốc hơi 1 kg ẩm

lo =

= 6,369 ( kg/kg ẩm )

Tổng lượng khói cần thiết :

F : Tổng diện tích bao quanh thùng sấy ( m2 )

W : Lượng ẩm bay hơi ( kg/h )

∆ttb : Hiệu số nhiệt độ trung bình ( oC )

α2 : Hệ số cấp nhiệt đối lưu giữa thành thùng và môi trường ( W/m2.oC ).

δ : Chiều dày của các lớp thành thùng ( m )

α1’ : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị do đối lưu cưỡng bức

α1’’ : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị do đối lưu tự nhiên

- Lưu lượng thể tích của khí ra khỏi thùng :

wtb : Vận tốc trung bình của khói đi trong thùng; wtb = 2,150 ( m/s ).

Dt : Đường kính trong của thùng; Dt = 1,8 ( m )