Luận văn Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

Ở nước ta hiện nay, ngoài các thiết bị sấy chung, sản xuất hàng loạt, một số quá trình đòi hỏi thiết bị sấy riêng đáp ứng yêu cầu cụ thể của sản xuất, trong đó có hệ thống sấy trong dây

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

Phần 1: 4

TỔNG QUAN 4

1.1 Quặng apatit và quá trình sản xuất phân lân nung chảy 4

1.1.1 Quặng apatit 4

1.1.2 Quy trình, công nghệ sản xuất phân lân nung chảy 5

1.2 Lựa chọn phương pháp sấy 10

1.2.1 Các phương pháp sấy 10

1.2.2 Lựa chọn phương pháp, thiết bị sấy 11

1.2.3 Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt 11

Phần 2: 13

TÍNH CÔNG NGHỆ 13

2.1 Số liệu đầu vào 13

2.2 Tính cân bằng vật chất 13

2.3 Cân bằng năng lượng 14

2.3.1 Công thức xác định các thông số của tác nhân sấy 14

2.3.2 Xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết 15

2.3.3 Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy lý thuyết 21

2.3.4 Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực 22

2.3.5 Thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực 24

2.3.6 Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực 25

2.3.7 Lượng nhiên liệu tiêu hao 25

2.3.8 Hiệu suất thiết bị sấy 25

2.4 Tính kích thước thùng quay 25

2.5 Tính thời gian sấy 26

Phần 3: 28

TÍNH CƠ KHÍ 28

3.1 Tính bề dày thùng 28

3.2 Tính cánh đảo trộn 30

3.3 Tính bộ truyền động 30

3.4 Tính vành đai, kiểm tra bền thùng 36

3.5 Tính con lăn đỡ, con lăn chặn 40

3.6 Tính chọn lớp bảo ôn 42

3.7 Tính chọn các thiết bị phụ trợ 44

Phần 4: 45

CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, SỬA CHỮA 45

4.1 Chế tạo 45

4.1.1 Chuẩn bị nguyên vật liệu 45

4.1.2 Thân thùng 46

4.1.3 Vành đai, bánh răng vòng, các con lăn 48

4.1.4 Cánh đảo trộn 48

4.2 Lắp đặt 50

4.2.1 Vận chuyển 50

4.2.2 Lắp đặt 50

IV.3 Vận hành 52

IV.4 Sự cố và khắc phục 53

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

MỞ ĐẦU

Thiết bị sấy được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp Hệ thống sấy là một trong các thiết bị quan trọng giúp sản phẩm đạt được các chỉ tiêu chất lượng, kỹ thuật mong muốn để sử dụng hoặc chuyển tới các giai đoạn khác Để có được hệ thống sấy phù hợp, việc thiết kế là công việc đầu tiên và có vai trò quyết định đối với quá trình chế tạo thiết bị

Ở nước ta hiện nay, ngoài các thiết bị sấy chung, sản xuất hàng loạt, một số quá trình đòi hỏi thiết bị sấy riêng đáp ứng yêu cầu cụ thể của sản xuất, trong đó có hệ thống sấy trong dây chuyền sản xuất phân lân nung chảy

Phân lân nung chảy sau khi ra khỏi lò cao được tôi nước ở áp suất cao để tạo thành các hạt nhỏ và được đưa đến bãi ráo, trải qua quá tình ráo nước tự nhiên đến khi đạt được độ ẩm nhất định Sau đó được đưa vào thiết bị sấy điều chỉnh độ ẩm theo tiêu chuẩn trước khi đưa đi nghiền mịn hoặc đóng đóng gói thành sản phẩm

Tập đồ án này trình bày rõ quy trình sản xuất phân lân nung chảy cùng vai trò của

hệ thống thiết bị sấy trong dây chuyền đó; lựa chọn phương pháp, loại thiết bị và tính toán thiết kế thiết bị sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm, tính chọn các phụ kiện liên quan

Trong quá trình thực hiện, do hạn chế về thời gian và tư liệu tham khảo, tập đồ án này khó lòng tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy

cô

là F, Cl, OH

Apatit thuộc hệ lục giác, hình dạng tinh thể thường là dạng hình trụ lục phương dài hoặc ngắng, có thể có màu xanh, vàng, lục, đỏ nhạt, tía tùy thuộc vào loại tạp chất trong đó Tỉ trọng apatit là 3,1 – 3,2; nhiệt độ bóng chảy 1400oC – 1570oC và hầu như không tan trong nước

Apatit trong tự nhiên có giá trị công nghiệp, thường là để sản xuất phân bón: phân lân super, phân lân nung chảy, DAP, MAP

b) Phân loại

Ở mỗi quốc gia, việc phân loại quặng apatit có thể đôi chút khác nhau trong một

số trường hợp cụ thể Phân loại sau đây áp dụng cho mỏ apatit Lào Cai của Việt Nam theo tài liệu [4]

 Phân loại theo thạch học: căn cứ vào các đặc điểm thạch học, người ta chia mỏ apatit thành 8 tầng cốc san, ký hiệu từ dưới lên trên: KS1-KS8 Trong đó quặng apatit nằm ở các tầng KS4, KS5, KS6 và KS7 Trong từng tầng lại chia

ra thành các đới phong hóa hóa học và chưa phong hóa hóa học

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

 Tầng KS4: Còn gọi là tàng dưới quặng, đây là tầng nham thạch apatit cacbonat – thạch anh – muscovit có chứa cacbon Nham thạch của tầng này gồm hai loại phiến thạch chính là dolomit – apatit – thạch anh và apatit – thạch anh – dolomit chứa khoảng 35 – 40% apatit Chiều dày tầng này khoảng 35-40m

 Tầng KS5: Còn gọi là tầng quặng Đây là tầng apatit cacbonat, là tầng chứa quặng chủ yếu trong khu vực bể photphorit Quặng apatit hầu như thuộc phần phong hóa của tầng này, hàm lượng P2O5 từ 28-40%, gọi là quặng loại I Chiều dày tầng này từ 3-4m tới 10-12m Ngoài ra KS5 còn chứa các phiến thạch apatit – dolomit, dolomit – apatit – thạch anh – muscovit

 Tầng KS6, KS7: Còn gọi là tầng trên quặng, chiều dày khoảng 35-40m Nham thạch của tầng này khác với loại apatit cacbonat ở chỗ nó có hàm lượng thạch anh, muscovit và cacbonat cao hơn, hàm lượng apatit giảm

So với tầng dưới quặng, tầng này ít nuscovit và hợp chất cacbon hơn, hàm lượng apatit cao hơn

 Phân loại theo thành phần vật chất: dựa vào sự hình thành và thành phần vật chất, quặng apatit được chia làm 4 loại:

 Quặng loại I: là quặng apatit hầu như đơn khoáng, hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 28-40%

 Quặng loại II: là quặng apatit – dolomit, hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 18-25%

 Quặng loại III: là quặng apatit – thạch anh, hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 12-20%, trung bình 15%

 Quặng loại IV: là quặng apatit – thạch anh – dolomit, hàm lượng P2O5chiếm khoảng 8-10%

1.1.2 Quy trình, công nghệ sản xuất phân lân nung chảy

a) Định nghĩa [1]

Phân lân nung chảy có thành phần chủ yếu là P, Ca, Si và một số nguyên tố vi lượng như Fe, Co, Mn, thành phần của phân lân nung chảy có thể viết dạng:

4(Ca, Mg)O.P2O5 5(Ca, Mg)O.P2O5.SiO2Phân lân nung chảy có pH từ 6-8 tùy thuộc quá trình phối trộn, tạo ra sản phẩm phù hợp với các loại đất khác nhau

 Cung cấp dinh dưỡng lân (P2O5) cho cây trồng, là chất chủ yếu tạo nên các

tế bào thực vật, thúc đẩy nảy mầm, phát triển rễ, tăng số lượng, chất lượng hạt, củ quả

 Bổ sung các chất dinh dưỡng khác như CaO, MgO, SiO2,

+ CaO: khử chua cho đất, cải tạo và tăng nhanh độ phì nhiêu của đất, giúp cây trồng tổng hợp protein và chuyển hóa dinh dưỡng

+ MgO: khử chua, là chất thiết yếu tạo nên diệp lục tố, giúp cây tăng khả năng quan hợp, tổng hợp dinh dưỡng

+ SiO2: tăng độ cứng vững của thân và lá, giúp cây trồng chịu rét, chịu hạn, chống sâu bệnh tốt hơn

+ Chất vi lượng: Mn, Cu, B, Fe thúc đẩy cây phát triển toàn diện

 Là loại phân không tan trong nước, tan từ từ trong môi trường đất và dịch rễ cây nên hạn chế rửa trôi, hiệu lực phân kéo dài

c) Quy trình công nghệ [1]

 Nguyên lý sản xuất phân lân nung chảy

Cơ sở của phương pháp là dùng nhiệt nung nóng biến lân từ dạng vô định hình cây không thể hấp thụ thành dạng vô định hình cây có thể hấp thụ được

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

 Nguyên liệu:

+ Apatit: có thể sử dụng apatit loại chất lượng kém như loại II, vì loại II

có chứa Mg cần thiết cho phối liệu Apatit có hàm lượng P2O5 ≤ 30%

là đạt yêu cầu

+ Đá secpentin: là nguồn khoáng thiên nhiên chứa MgO, SiO2 cùng một

số nguyên tố vi lượng như Mn, Cu,

 Nguyên lý + Phối liệu được đưa vào lò nung chảy sẽ biến đổi cấu trúc quặng, chuyển hóa photphat thành trạng thái hòa tan trong axit xitric với sự tạo thành trạng thái thủy tinh vô định hình

+ Tốc độ làm lạnh càng nhanh thì độ tan P2O5 trong axit citric càng cao + Để hạ thấp độ nhớt của phối liệu, phải nung ở chế độ quá nhiệt Liệu chảy ra lò với tốc độ đều đặn và làm nguội đột ngột

+ Lượng ẩm theo nguyên liệu, nhiên liệu sẽ bốc hơi ở nhiệt độ 150oC + Ở nhiệt độ trên 500oC, nước kết tinh trong secpentin thoát ra

+ Ở nhiệt độ lớn hơn 650oC, nước kết tinh bay hết theo khói lò, secpentin bắt đầu phân hủy:

3MgO.SiO2  2MgO.SiO2 + MgSO2 + 2H2O

Ở các nhiệt độ lớn hơn 650oC sẽ tạo thành 3Mg2SiO4:

2(3MgO.2SiO2)  3Mg2SiO4 + 2MgSiO3+ Khi gia nhiệt đến nhiệt độ xác định có các phản ứng phân hủy cacbonat: MgCO3, CaCO3 và các phản ứng hoàn nguyên Fe, Ni

+ Ở 1150oC, oxit sắt bị khử thành gang chảy lỏng

+ Vì tỷ trọng Fe và Ni lớn hơn nhiều tỉ trọng phối liệu nên Fe và Ni lắng xuống đáy tạo thành xỉ feroniken

+ Ở 1200oC phối liệu bắt đầu nóng chảy, quá trình nóng chảy xảy ra phản ứng khử (chủ yếu khử F, hoàn nguyên Ni, P)

Hoặc dạng tổng quát:

Trong đó một phần CaF2 phản ứng với SiO2 và hơi nước:

Nếu trong lò có nhiều hơi nước, HF được tạo thành và thoát ra Flo tách

ra càng nhiều càng làm tăng hiệu suất chuyển hóa P2O5

+ Kích thước hạt sau khi tôi có ảnh hưởng tới hiệu suất η Hạt càng nhỏ, khả năng tái kết tinh càng kém, hiệu suất càng cao

+ Than tồn tại trong sản phẩm thì photpho trong quặng có thể thăng hoa một phần theo phản ứng:

 Quy trình sản xuất [1]

 Sơ đồ nguyên lý quy trình sản xuất:

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

Hình 1.1: Quy trình sản xuất phân lân nung chảy

 Thuyết minh sơ đồ

+ Quặng apatit, đá secpentin được đưa về bãi chứa và nhờ oto, máy xúc chuyển về phễu của máy đập nhằm gia công nguyên liệu về kích thước cần thiết, rồi qua sàng khô, sàng ướt để loại bỏ các hạt có kích

cỡ không đạt tiêu chuẩn Lượng mịn được tập trung vào bão chứa Than được chọn lọc, đảm bảo chất lượng và kích cỡ chuyển về sàn lò + Quặng, than đá, đá secpentin được cân theo phối liệu, chuyển vào thùng tời đưa lên lò cao Ở trong lò cao diễn ra các quá trình sấy, hóa mềm chảy lỏng và quá nhiệt chuyển hóa quặng chứa lân thành dạng

vô định hình bằng cách làm lạnh đột ngột bằng nước, rồi được trục vớt

Lò cao Lọc bụi

Rửa bụi

Xử lý Ca(OH)2

Khí thải

Sản phẩm

Tôi nước 3-5 at

từ bể tôi bán thành phẩm đưa vào phễu chứa, nhờ băng tải đưa về bãi ráo

+ Bán thành phẩm ở bãi ráo tự nhiên tiếp tục được đưa vào phễu rồi theo

hệ thống băng tải chuyển vào máy sấy thùng quay Ở đây, bán thành phẩm được sấy với nhiệt độ 600-700oC, sau đó được đổ ra băng tải chuyển đi gia công chế biến theo yêu cầu:

+ Để sản xất phân lân nghiền: bán thành phẩm được chuyển vào máy nghiền đến độ mịn 50-70% tùy vào yêu cầu sản xuất

+ Để sản xuất phân lân hạt: bán thành phẩm được chuyển sang sàng, thu sản phẩm hạt

+ Sản phẩm được đóng bao nhãn, xếp kho, xuất cho khách hay chuyển sang tổ sản xuất khác

1.2 Lựa chọn phương pháp sấy

1.2.1 Các phương pháp sấy [12]

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu Trong công nghiệp, người ta tiến hành quá trình sấy nhân tạp dưới tác dụng nhiệt của thiết bị sấy Tùy theo phương pháp truyền nhiệt, trong kỹ thuật sất chia ra:

 Sấy đối lưu: Là phương pháp sấy mà việc cấp nhiệt cho vật ẩm được thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu Phương pháp này có ưu điểm là chi phí đầu tư thấp, năng suất có thể rất cao Tuy nhiên nhược điểm là tốc độ truyền nhiệt tương đối chậm, phải nung nóng không khí trong thiết bị trước khi có tác dụng nhiệt lên vật liệu sấy Phương pháp này rất thông dụng

 Sấy tiếp xúc: Là phương pháp sấy không cho vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với bề mặt có nhiệt độ cao Ưu điểm của phương pháp là hiệu quả nhiệt cao, giảm tổn thất năng lượng không cần thiết đun nóng không khí trước khi sấy Nhược điểm phương pháp này là chi phí đầu tư thiết bị cao, chi phí vận hành cao mà năng suất thấp Phương pháp này ít khi được sử dụng

 Sấy bức xạ: Là phương pháp sấy dùng năng lượn nguồn cấp nhiệt truyền tới vật liệu sấy bằng bức xạ, thường dùng tia hồng ngoại Ưu điểm phương pháp này là trao đổi nhiệt cường độ cao, giảm đáng kể thời gian sấy, thiết bị đơn

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

giản, dễ thiết kế, chế tạo và sử dụng Tuy nhiên thiết bị sấy này đòi hỏi các thiết bị bảo vệ, điều chỉnh chế độ sấy, quan tâm kiểm tra thường xuyên tránh hỏa hoạn Phương pháp này ít được sử dụng

 Sấy bằng dòng điện cao tần: Là phương pháp dùng năng lượng điện trường tần số cao để đốt nóng toàn bộ chiều dày lớp vật liệu Phương pháp này có

ưu điểm truyền nhiệt nhanh, chỉ làm nóng những vùng ẩm nên ít tổn hao năng lượng cho các phần khác Chi phí đầu tư lớn, cấu tạo phức tạp và quy

mô nhỏ là những hạn chế lớn của phương pháp này

1.2.2 Lựa chọn phương pháp, thiết bị sấy

Dựa vào đặc tính phân lân bán thành phẩm và yêu cầu trong quy trình sản xuất phân lân nung chảy, ta thấy phương pháp sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm không yêu cầu giữ các đặc tính cảm quan như sấy thực phẩm, hoa quả; không sợ vật liệu sấy bị ô nhiễm bởi tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy; đồng thời quá trình sấy yêu cầu năng suất cao, hiệu quả tốt nhưng giá thành đầu tư thấp, vận hành sửa chữa đơn giản Do đó, ta chọn phương pháp sấy đối lưu

Phương pháp sấy đối lưu có các loại thiết bị sấy: sấy buồng, sấy hầm, sấy khí động, sấy tầng sôi, sấy tháp, sấy thùng quay, sấy phun, Dựa vào năng suất làm việc, nhiệt độ làm việc và yêu cầu chi phí đầu tư, vận hành, ta chọn thiết bị sấy thùng quay với các ưu điểm:

 Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí, tự động hóa hoàn toàn

 Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệu, năng suất cao

 Thiết kế, chế tạo, vận hành với chi phí thấp

1.2.3 Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt

Tác nhân sấy có các loại: không khí ẩm, khói lò, hơi quá nhiệt

Do yêu cầu sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm cần nhiệt cao từ 600-700oC

và không sợ bị ô nhiễm sản phẩm sấy, không sợ cháy nổ nên ta chọn tác nhân sấy là khói lò

Tác nhân sấy được chọn là khói lò nên chất tải nhiệt cũng chính là khói lò Do không phải trang bị lò hơi nên sử dụng khói lò làm chất tải nhiệt, tác nhân sấy giúp

giảm đáng kể vốn đầu tư thiết bị ban đầu cũng như giảm thất thoát nhiệt năng trong quá trình vận hành

Có hai phương thức sấy là sấy xuôi chiều và sấy ngược chiều dựa trên chiều chuyển động tương đối giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy Do phương thức sấy ngược chiều khó điều chỉnh, khó thu hồi xử lý bụi hơn so với phương pháp sấy xuôi chiều nên ta chọn phương thức sấy xuôi chiều

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

Phần 2:

TÍNH CÔNG NGHỆ

2.1 Số liệu đầu vào

Thiết kế hệ thống thiết bị sấy trong quy trình sản xuất phân lân nung chảy trong dây chuyển sản xuất phân lân nung chảy

 Thiết bị: sấy thùng quay

 Phương thức: sấy xuôi chiều

 Tác nhân sấy: khói lò

 Vật liệu sấy: phân lân nung chảy bán thành phẩm

 Năng suất: 35 tấn/giờ

 Độ ẩm ban đầu: 7%

 Độ ẩm cuối: 1%

2.2 Tính cân bằng vật chất

Ta ký hiệu các đại lượng như sau:

G1, G2 - khối lượng vật liệu vào, ra thiết bị sấy, kg/h

ω1, ω2 - độ ẩm tương đối vật liệu vào, ra thiết bị

W - lượng ẩm bay hơi trong 1h, kg/h

Gk - khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg/h

Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ (theo ):

Lượng vật liệu khô tuyệt đối:

Lượng vật liệu vào:

2.3 Cân bằng năng lượng

2.3.1 Công thức xác định các thông số của tác nhân sấy

 Áp suất hơi bão hòa (theo ):

 Độ chứa ẩm (theo ):

Pa = 0,981 bar: áp suất khí quyển

 Enthalpy (theo ):

Trong đó:

ik, ia: enthalpy của 1kg không khí khô và 1kg hơi nước, kJ/kg

Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, kJ/kg Cpk=1,004

Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, kJ/kg Cpa=1,842

r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước, kJ/kg r=2500

 Thể tích riêng (theo ):

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

Trong đó Pa, Pb có đơn vị là N/m2

2.3.2 Xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết

a Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A)

Không khí ngoài trời có:

b Thông số trạng thái của khói lò sau buồng đốt (B’), sau buồng hòa trộn (B)

 Tính toán quá trình cháy Thành phần nhiên liệu than sử dụng: Than Tuyên Quang

Bảng 2.1: Thành phần nhiên liệu than Tuyên Quang [15].

A (nước) 15 Nhiệt trị cao của nhiên liệu (theo ):

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (theo ):

Lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy (theo ):

Trong thực tế, tùy thuộc vào việc tổ chức quá trình cháy và độ hoàn thiện của buồng đốt mà không khí khô thực tế L để cháy hết 1kg nhiên liệu lớn hơn lượng không khí khô lý thuyết Lo Do đó, theo ta có:

hệ số không khí thừa của buồng đốt

Ở đây ta chọn αbd = 1,3 (αbd = 1,2 1,3) (theo Tr.57[18]) Lượng không khí khô thực tế cho quá trình cháy:

L = αbd.Lo = 1,3 8,170 = 10,621 (kg không khí/kg nhiên liệu)

Do nhiệt độ khói lò sau buồng đốt rất lớn, lớn hơn nhiều so với yêu cầu nên tác nhân sấy là khói lò cần được qua quá trình hòa trộn với không khí ngoài trời

để đạt được nhiệt độ thích hợp trước khi vào thùng sấy

Gọi α là hệ số không khí thừa của buồng hòa trộn, là tỉ số giữa lượng không khí khô đưa vào buồng hòa trộn, chia cho lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy (theo ):

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

Trong đó:

 Chọn hiệu suất buồng đốt: ηbd = 0,6

 Chọn nhiệt độ của khói lò sau hòa trộn: t1 = 650oC

 Nhiệt dung riêng nhiên liệu (than): Cnl = 0,12 kJ/kg.K

 Nhiệt độ nhiên liệu vào: tnl = 25oC

 Enthalpy của hơi nước: i = 2500+1,842t (kJ/kg)

+ Không khí ngoài trời:

o Lượng hơi nước

 Sau buồng đốt (theo ):

 Sau buồng hòa trộn (theo )

o Khối lượng khói khô

 Sau buồng đốt (theo )

 Sau buồng hòa trộn (theo ):

o Độ chứa ẩm khói lò

 Sau buồng đốt (theo ):

 Sau buồng hòa trộn (theo )

o Enthalpy khói lò

 Sau buồng đốt (theo ):

 Sau buồng hòa trộn (theo ):

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

o Nhiệt độ khói lò

 Sau buồng đốt (theo ):

 Sau buồng hòa trộn:

o Áp suất h/ơi bão hòa

 Sau buồng hòa trộn:

c Thông số trạng thái của tác nhân sấy sau thùng sấy (C)

Trong thiết bị sấy dùng khói lò làm chất vừa cung cấp nhiệt lượng, vừa thải

ẩm ra môi trường, quá trình sấy lý thuyết là quá trình không có tổn thất do vật liệu sấy, do thiết bị truyền tải mang đi, không có tổn thất do tỏa ra môi trường qua các kết cấu bao che, mà chỉ có thất thoát do tác nhân sấy mang đi Do đó, bao nhiêu nhiệt lượng khói lò cùng cấp cho vật liệu sấy hoàn toàn dùng để tách

ẩm khỏi vật liệu Khi ẩm tách khỏi vật liệu, lại bay vào trong khói lò, do đó ẩm

đã mang toàn bộ nhiệt lượng mà khói đã mất trả lại dưới dạng ẩn nhiệt hóa hơi r

và nhiệt vật lý của hơi nước C pa.t Quá trình sấy lý thuyết bằng khói lò được xem

là quá trình đẳng enthalpy [18] Thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết:

 Enthalpy: I2 = I1 = 817,04 (kJ/kg khói khô)

 Chọn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy là: 71oC

 Áp suất hơi bão hòa:

 Độ chứa ẩm:

 Độ ẩm tương đối:

 Thể tích riêng:

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

Bảng 2.2: Thông số trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết

Đại lượng Không khí ngoài

2.3.3 Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy lý thuyết

Giả sử lượng khói vào, ra thiết bị là không đổi, ký hiệu Lo’ (kg/h) Theo phương trình cân bằng vật chất (theo ):

Lượng khói khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm:

Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết (theo ):

Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết:

Nhiệt lượng tiêu hao riêng:

2.3.4 Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực

Trong thiết bị sấy thực, ngoài tổn thất nhiệt do quá trình sấy mang đi, trong thiết

bị sấy thùng quay còn có tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt, và tổn thất do vật liệu sấy mang đi Qv Trong thiết bị sấy thùng quay không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị chuyển tải, do đó Qbs=0, Qct=0

 Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy:

 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong buồng đốt, buồng hòa trộn:

 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào:

 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy:

 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi:

 Nhiệt vật lý của vật liệu sấy mang đi:

 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường:

Qmt Cân bằng nhiệt lượng vào và ra thiết bị, ta có:

Trong đó G 1 = G2 + W, ta coi như Cv2 = Cv1 = Cv Vậy nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực:

Đặt Q v = G2.Cv(tv2 – tv1): tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi

Q = L’(I1 – I0) = L’(I2 – I0) + Qv + Qmt –W.Ca.tv1

Xét cho 1kg cần bốc hơi:

q = l’(I1 – I0) = l’(I2 – I0) + qv + qmt – Ca.tv1

Trong đó:

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

o Xác định qv:

Trong đó:

Cv: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm ω2, kJ/kg.K

Ck: Nhiệt dung riêng vật liệu khô, kJ/kg.K

qmt = (0,03 ÷ 0,05)qhiTrong đó qhi được xác định:

qhi = ih – Ca.tv1 + qv

ih = 2500 + Ck.tv1 = 2500+0,791 25

= 2519,78 (kJ/kg ẩm)

qhi = 2519,78 – 104,67 + 502,68 = 2917,79 (kJ/kg ẩm)

qmt = 0,05.qhi = 0,05 2917,79 = 145,89 (kJ/kg ẩm) Vậy Δ = 104,67 – 502,68 – 145,89 = -543,90 (kJ/kg ẩm)

q = l’(I2 – I0) – Δ = 4,193(817,04 – 66,86) + 543,90 = 3689,41 (kJ/kg ẩm)

Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực:

Q = q.W = 3689,41 2258,06 = 8330909,15 (kJ/h)

2.3.5 Thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực

 Độ chứa ẩm của tác nhân sấy (theo ):

Bảng 2.3: Thông số trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực

Đại lượng Không khí

ngoài trời (A)

Tác nhân sấy sau buồng đốt (B’)

Tác nhân sấy sau buồng hòa trộn (B)

Tác nhân sấy ra khỏi thiết bị (C)

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

 Lượng khói khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm trong quá trình sấy thực:

 Lượng khói khô cần thiết:

 Nhiệt lượng tiêu hao để bốc hơi 1kg ẩm:

2.3.6 Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực

 Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái trước khi vào thùng sấy:

 Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái ra khỏi thùng sấy:

 Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy:

2.3.7 Lượng nhiên liệu tiêu hao

 Lượng nhiên liệu tiêu hao để bốc hơi 1kg ẩm:

 Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ:

2.3.8 Hiệu suất thiết bị sấy

2.4 Tính kích thước thùng quay

 Thể tích thùng quay (theo ):

Chọn đường kính theo tiêu chuẩn theo : DT = 2,2m Chiều dài thùng:

Ta chọn chiều dài thùng L = 11m

(thỏa mãn tỉ lệ chiều dài và đường kính thùng) Tiết diện thùng sấy:

Thể tích thực của thùng:

Tiết diện tự do của thùng:

2.5 Tính thời gian sấy

Trong thiết bị, chọn cánh đảo trộn dạng cánh nâng

Thời gian sấy được tính theo :

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

Trong đó:

ρv: Khối lượng riêng xốp khối hạt, kg/m3 ρv = 2500 kg/m3 A: Cường độ bốc hơi ẩm, kg/m3h A = 55 kg/m3h

ω1,ω2: Độ ẩm tương đối vật liệu vào, ra thiết bị, %

Thời gian vật liệu lưu trú trong thùng suy theo :

Trong đó:

m, k1: hệ số lưu ý đến cấu tạo cánh và chiều chuyển động của khí n: tốc độ quay của thùng

α: góc nghiêng của thùng

L: chiều dài cánh đảo trộn, bằng chiều dài thùng sấy

Thùng sấy dài nên α = 2,5o ÷ 3,0o Chọn α = 2,5o Tốc độ thùng quay chọn n = 1,8 v/ph

Chọn kiểu cánh nâng, khói lò chuyển động xuôi chiều vật liệu Tra bảng Tr.35[2] có: m = 1; k = 0,7

Điều kiện sấy τl > τs thỏa mãn, vậy các thông số đã chọn là hợp lý và có thể sử dụng

Phần 3:

TÍNH CƠ KHÍ

3.1 Tính bề dày thùng

Thùng sấy phải đảm bảo yêu cầu bền và là loại vật liệu phổ biến trên thị trường,

ta chọn thép CT3 Các thông số cơ bản của thép [14]:

 Khối lượng riêng: ρ = 7850 kg/m3

 Hệ số dẫn nhiệt (ở 20-100oC) λ = 50 W/m.K

 Giới hạn bền kéo: σk = 380 N/mm2

 Giới hạn bền chảy: σc = 240 N/mm2.(phụ thuộc chiều dày tấm thép) Thùng dạng hình trụ nằm ngang, chế tạo bằng phương pháp hàn, làm việc ở áp suất khí quyển

Chọn phương pháp hàn tay hồ quang điện, hàn giáp mối hai bên

Theo : DT>700mm nên chọn hệ số bền mối hàn φh = 0,95;

Hệ số điều chỉnh, theo : η = 0,9 (thiết bị loại II, bị đốt nóng trực tiếp bằng khói lò)

GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

Giải phương trình ta được: α = 66,16o Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng:

h = R(1- cosα) = 1100.(1 – cos 66,16 o ) = 655,40 (mm) = 0,6654 (m)

Vậy tại điểm A, vật liệu tác dụng lên thành thùng một lực:

Thùng quay chậm nên có thể coi áp lực tác dụng lên thành thùng bằng áp lực tại điểm thấp nhất trên mặt cắt thùng:

P = 0,981.10 5 + 16073,69 = 114173,69 (N/m 2 )

Bề dày tối thiểu thùng tính theo :

Trong đó:

D1: Đường kính trong thùng, m p: Áp suất trong thùng, N/m2 C: Số bổ sung do ăn mòn, bào mòn, dung sai

3.2 Tính cánh đảo trộn

Một số thông số cánh đảo trộn đã được chọn ở phần tính toán thùng sấy

Diện tích bề mặt chứa vật liệu của cánh:

Vật liệu chế tạo cánh là thép CT3, số cánh trên một mặt cắt: 12 cánh

Với thùng dài 11m, mỗi cánh đảo trộn dài 1,5m thì ta bố trí 7 dãy cánh dọc theo thân thùng, ở phần nhập liệu lắp cánh xoáy để dẫn vật liệu vào thùng với chiều dài 0,87m lắp chéo dẫn vật liệu sấy vào thùng

Số lượng cánh trong thùng:

Khối lượng các cánh trong thùng:

3.3 Tính bộ truyền động

 Chọn động cơ Công suất cần để quay thùng (theo ):