ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán thiết kế hệ thống máy sấy thùng quay cho canxi cacbonat

LỜI NÓI ĐẦU

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất và đời sống. Kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Sản phẩm sau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho bảo quản, vận chuyển và chế biến.

Với mục đích trước hết là để tìm hiểu về cơ chế và quá trình sấy, sau là tính toán thiết kế một máy sấy thùng quay điển hình cho việc sấy vật liệu Canxi Cacbonat. Trong học kì này, dưới sự hướng dẫn của thầy TS.Tạ Hồng Đức – Bộ môn Máy và thiết bị hóa chất chúng em thực hiện đồ án môn học với đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống máy sấy thùng quay cho canxi cacbonat”.Canxi cacbonat có vai trò quan trọng trong đời sống cũng như công nghiệp nhất là công nghiệp xây dựng, ngoài ra còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác như: ngành công nghiệp giấy, ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm nhựa, sản phẩm thức ăn chăn nuôi, mỹ phẩm...

Ưu điểm của hệ thống thiết bị sấy thùng quay là quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, cường độ bay hơi ẩm cao. Tuy nhiên do vật liệu bị đảo trộn nhiều có thể bị vỡ vụn tạo bụi. Đây chính là nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay song so với các hệ thống sấy khác thì nhược điểm này là không đáng kể. Do đó hệ thống sấy thùng quay được sử dụng rất nhiều trong quá trình sấy các vật liệu trong công nghiệp.

Thiết kế máy sấy thùng quay không phải là một đề tài mới, tuy nhiên để triển khai được cần phải nắm vững các kiến thức chuyên ngành cũng như quá trình tìm hiểu thực tế. Trong thời kì phát triển của công nghệ ngoài việc tính toán số liệu nhóm đồ án còn sử dụng những phần mềm tính toán,thiết kế và mô phỏng  để làm chính xác kết quả.

 

                    MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. 1

TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH SẤY.. 1

1.1. Vật liệu sấy. 1

1.1.1. Ứng dụng của vật liệu sấy. 1

1.1.2. Nhu cầu và giá cả. 3

1.2. Các khái niệm và hệ thống sấy. 3

1.2.1 Định nghĩa quá trình sấy. 3

1.2.2. Các phương pháp sấy. 4

1.2.3. Phương pháp chọn hệt hống sấy. 5

1.2.4. Các dạng biểu đồ về sấy. 7

1.2.5. Diễn biến quá trình sấy. 9

1.2.6 Các loại thiết bị sấy. 9

1.3. Thiết bị sấy thùng quay. 10

1.3.1. Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay. 10

1.3.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy thùng quay. 13

CHƯƠNG 2. 14

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY.. 14

2.1. Thông số đầu bài14

2.2. Cân bằng vật chất15

2.3. Cân bằng nhiệt16

2.4. Các tính toán khác. 19

2.4.1. Các thông số của không khí trước khi vào buồng đốt:19

2.4.2. Các thông số của khói lò sau buồng đốt:20

2.4.3. Các thông số của khói lò sau buồng hòa trộn. 22

2.4.4. Các thông số của khói lò sau buồng sấy. 24

2.5. Kích thước thiết bị26

2.5.1. Đường kính thùng. 26

2.6. Thời gian lưu. 28

2.7. Thời gian sấy. 29

CHƯƠNG 3. 31

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ MÁY SẤY THÙNG QUAY.. 31

3.1. Công suất động cơ truyền chuyển động cho thùng sấy. 31

3.2. Hộp giảm tốc và bộ truyền động ngoài32

3.2.1. Lựa chọn hộp giảm tốc. 32

3.2.2. Tính toán bộ truyền động ngoài34

3.3. Lựa chọn chiều dày thân thùng. 43

3.4. Xác định vị trí đặt vành lăn và bánh răng vòng. 43

3.4.1. Xác định vị trí đặt vành lăn. 43

3.4.2. Xác định vị trí bánh răng vòng. 46

3.4.3. Kiểm nghiệm vị trí gối đỡ thực thế. 47

3.5. Kiểm tra bền thân thùng. 49

3.5.1. Trọng lượng vật liệu nằm trong thùng: Q_vl49

3.5.2. Trọng lượng của vỏ thùng. 50

3.5.3. Trọng lượng của bánh răng lớn:50

3.5.4. Trọng lượng của vành đai51

3.5.5. Trọng lượng của các cánh múc:51

3.5.6. Kiểm bền thân thùng. 51

3.6. Tính toán bền cho con lăn chặn, con lăn đỡ và vành lăn.53

3.6.1. Tính toán vành lăn. 53

3.6.2. Tính toán bền cho con lăn đỡ. 56

3.6.3. Tính toán con lăn chặn. 57

3.7. Tính toán cơ cấu bịt kín hai đầu thân thùng. 60

3.8. Xác định kích thước cánh nâng. 61

Tài liệu tham khảo. 63

 

 

 

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH SẤY

 

1.1. Vật liệu sấy

1.1.1. Ứng dụng của vật liệu sấy

            Đá vôi ( CaCO3) là vật liệu có ứng dụng rộng rãi trong đời sống và trong công nghiệp bởi tính kinh tế, dễ tìm kiếm và có nhiều ưu điểm. Đá vôi được sử dụng chủ yếu trong ngành xây dựng, ngoài ra còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác như: ngành công nghiệp giấy, ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm nhựa, sản phẩm thức ăn chăn nuôi, mỹ phẩm…

• Ngành sơn:

Trong ngành sơn phủ, canxi cacbonat được xem như là chất độn chính. Độ mịn và phân bố kích thước hạt canxi cacbonat ảnh hưởng đến độ trắng sáng của quá trình sơn phủ. Thêm vào đó canxi cacbonat có độ sáng cao, độ hấp thu dầu thấp, độ phân tán tốt, bền trong môi trường, khả năng mài mòn thấp, độ pH ổn định, nâng cao tính năng chống ăn mòn môi trường và cải thiện độ nhớt sản phẩm.

• Ngành giấy:

Việc sử dụng khoáng chất trong sản xuất giấy từ lâu đã được biết đến, cao lanh và đất sét là nguồn nguyên liệu chính sử dụng làm chất độn trong sản xuất giấy nhưng chi phí cao trong khi đó canxi cacbonat có rất nhiều trong tự nhiên, giá thành lại thấp hơn mà độ trắng cao hơn, trong môi trường sản xuất giấy thường là môi trường axit, sử dụng canxi cacbonat làm thay đổi thành môi trường trung tính trở hoặc thành môi trường kiềm rất tốt cho sản xuất giấy.

Hình 1.1.1: Giấy có sử dụng canxi cacbonat.

Chất độn và tráng phủ canxi cacbonat sẽ có độ trắng cao hơn, tạo cho giấy có độ đục, độ bóng và khả năng in ấn tốt với giá cạnh tranh. Canxi cacbonat có thể sử dụng với hàm lượng rất lớn, lượng nguyên liệu từ gỗ có thể được giảm mà không ảnh hưởng đến độ bền của giấy. Máy móc làm giấy có thể vận hành ở tốc độ cao hơn và hoàn thành giấy khô nhanh hơn, những cải tiến này tiết kiệm chi phí năng lượng.

• Ngành sản xuất chất tẩy rửa:

            Canxi cacbonat tăng giá trị khi được sử dụng trong sản xuất chất tẩy rửa bởi vì độ cứng của nó: độ cứng của canxi cacbonat chỉ có 3 Moh còn trong khi đó của silica: 7 Moh. Trong thị trường chất tẩy rửa, có 2 dạng ứng dụng chính cho người tiêu dùng: dạng bột và dạng kem. Canxi cacbonat trong sản xuất dạng bột giúp trơn hơn những khoáng chất khác. Dạng kem thì yêu cầu loại canxi cabonat sáng hơn và mịn hơn loại bột.

• Ngành gốm xứ:

     Canxi cacbonat cung cấp nguồn canxi oxit chính cần thiết để sản xuất gốm, canxi oxit nóng chảy ở nhiệt độ 1050^oC, giúp nâng cao độ bền cơ học và hóa học của thân thủy tinh và giảm độ co rút từ quá trình nung. Canxi cacbonat được trộn lẫn với lượng lớn gốm thì đạt được độ giãn nở cần thiết cho tỷ lệ đúng giữa mảnh gốm và lớp men. Canxi cacbonat là một trong hai thành phần chính trong gốm silica và nguồn cung cấp canxi oxit.

 

 

Hình 1.1.2: Canxi cacbonat sử dụng trong men gốm sứ.

 

• Ngành chăn nuôi:

            Đây là một ứng dụng truyền thống cho tất cả sản phẩm thức ăn gia súc, nó không chỉ xem là thành phần trong đó mà còn được xem như là chất phụ gia. Sản phẩm sử dụng loại canxi cacbonat với nhiều cỡ hạt khác nhau, với độ tinh khiết của canxi cacbonat cao để chắc rằng hệ thống quản lý chất lượng được kiểm soát tốt. Canxi cacbonat cần thiết cho quá trình hình thành trứng và cho sự phát triển của xương đối với gia cầm và nó là nguồn dinh dưỡng cần thiết cho gia cầm.

1.1.2. Nhu cầu và giá cả

             Bởi có tính ứng dụng cao nên nhu cầu về canxi cacbonat ngày càng tăng. Qua khảo sát điều tra, lượng cung ở khu vực Miền Bắc hàng năm chiếm trên 86% lượng cung của cả nước song nhu cầu về sản phẩm này trong những năm gần đây ở các vùng miền lại khá đồng đều: Miền Bắc chiếm 45% nhu cầu, Miền Nam  45% nhu cầu và xuất khẩu 10%. Trong tương lai nhu cầu về canxi cacbonat được dự đoán ngày càng tăng và ổn định.

            Tùy thuộc vào chất lượng cũng như mục đích sử dụng mà giá cả về canxi cacbonat rất phong phú như:

• Canxi cacbonat dùng cho cao su: $ 80 – 500/Metric Tôn;
• Canxi cacbonat dùng cho nhựa PVC: $ 222 – 24 /Tấn;
• Canxi cacbonat dùng cho công nghiệp (nói chung): $ 58 – 78/ Metric Tôn.

            Như vậy, canxi cacbonat nó nhu cầu ngoài thị trường lớn với giá cả phong phú nên việc bảo quản là hết sức cần thiết. Để bảo quản và vận chuyển tốt, không ảnh hưởng đến quá trình phối trộn và sản phẩm sau khi phối trộn thì người ta phải làm giảm hảm lượng nước có trong canxi cacbonat bằng cách sấy vật liệu đến một độ ẩm thích hợp tùy thuộc vào mục đích sử dụng.

1.2. Các khái niệm và hệ thống sấy

1.2.1 Định nghĩa quá trình sấy

            Quá trình sấy là quá trình làm bay hơi một vật thể bằng phương pháp bay hơi. Đối tượng của quá trình sấy là các vật liệu ẩm – những vật thể chứa một lượng chất lỏng nhất định. Chất lỏng chứa trong vật ẩm thường là nước. Mốt số ít vật ẩm chứa chất lỏng khác là dung môi hữu cơ. Ví dụ sơn vecni … Qua định nghĩa ta thấy quá trình sấy yêu cầu các tác động cơ bản đến vật ẩm là:

• Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho ẩm trong vật hóa hơi;
• Lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải ra môi trường.

            Ở đây quá trình hóa hơi của ẩm lỏng trong vật là bay hơi nên có thể xảy ra ở bất kì nhiệt độ nào.

1.2.2. Các phương pháp sấy

             Để sấy khô một vật ẩm cần hai tác động cơ bản: một là gia nhiệt cho vật, làm cho ẩm trong vật hóa hơi, hai là làm cho ẩm thoát ra khỏi vật và thải vào môi trường.

Để cấp nhiệt cho vật có thể dùng các phương pháp sau: dẫn nhiệt (cho vật ẩm tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn), trao đổi nhiệt đối lưu (cho vật ẩm tiếp xúc với chất lỏng hay khí có nhiệt độ cao hơn), trao đổi nhiệt bức xạ ( dùng các nguồn bức xạ (dùng các nguồn bức xạ cấp nhiệt cho vật), dùng điện trường cao tần để nung nóng vật.

Để lấy ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường có thể dùng nhiều biện pháp như: dùng môi chất sấy, dùng máy hút chân không. Khi sấy ở nhiệt độ cao hơn 100^oC hơi ẩm thoát ra có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển sẽ tự thoát vào môi trường.

             Khi dùng môi chất làm nhiệm vụ thải ẩm, do môi chất sấy tiếp xúc với vật ẩm, ẩm sẽ thoát ra do 3 lực tác động: do chênh lệch nồng độ ẩm trên bề mặt vật và môi chất sấy, do chênh lệch nhiệt độ giữa ẩm thoát ra và môi chất sấy sinh ra lực khuếch tán nhiệt, do chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm và trong môi chất sấy.

             Có nhiều cách phân loại phương pháp sấy, trong đó phân loại phương pháp sấy theo cách cấp nhiệt phổ biến hơn cả. Theo phân loại phương pháp sấy theo cách cấp nhiệt ta được:

• Phương pháp sấy đối lưu: trong phương pháp này việc cấp nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức). Trường hợp này môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt.
• Phương pháp sấy bức xạ: việc gia nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng trao đổi nhiệt bức xạ. Người ta dùng đền hồng ngoại hay các bề mặt rắn có nhiệt độ cao hơn để bức xạ nhiệt tới vật ẩm. Trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật ẩm.
• Phương pháp sấy tiếp xúc: trong phương pháp này việc cấp nhiệt cho vật liệu sấy thực hiện bằng dẫn nhiệt do vật sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn.
• Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần: trong phương pháp sấy này người ta để vật ẩm trong điện trường tần số cao. Vật ẩm sẽ được nóng lên. Trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật.

1.2.3. Phương pháp chọn hệt hống sấy

1.2.4. Các dạng biểu đồ về sấy

            Khi sấy lượng ẩm bốc hơi giảm dần theo thời gian và do đó, tốc độ sấy cũng biến đổi theo thời gian, tức là cũng biến đổi theo độ ẩm của vật liệu. Vậy, khi nghiên cứu về sấy ta nên tìm hiểu quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy và quan hệ giữa tốc độ sấy với độ ẩm của vật liệu.Đối với từng vật liệu sấy cụ thể, ta có thể lấy được những số liệu thực nghiệm và từ đó vẽ được đường biểu diễn các mối quan hệ trên.Đường biểu diễn quan hệ độ ẩm C của vật liệu với thời gian sấy được gọi là đường cong sấy (hình 1.2.1).Đường biểu diễn quan hệ tốc độ sấy U và độ ẩm C của vật liệu gọi là đường cong tốc độ sấy (hình 1.2.2).

Hình 1.2.2:  Đường cong tốc độ sấy.

Nhận xét qua hai biểu đồ:

• Đoạn AB: giai đoạn đốt nóng vật liệu, nhiệt độ vật liệu tăng lên đến nhiệt độ bầu ướt tương ứng với trạng thái không khí lúc sấy, độ ẩm vật liệu thay đổi không đáng kể, tốc độ sấy tăng nhanh đến tốc độ cực đại.
• Đoạn BK₁: giai đoạn tốc độ sấy không đổi (đẳng tốc), độ ẩm vật liệu giảm nhanh và đều đặn theo một đường thẳng (đoạn BK₁ trên đường cong sấy), nhiệt độ vật liệu không đổi và vẫn bằng nhiệt độ bầu ướt.
• Đoạn K₁C: giai đoạn tốc độ sấy giảm dần nhưng đều, nhiệt độ của vật liệu tăng lên dần, độ ẩm giảm dần đến độ ẩm cân bằng nhưng mức độ giảm chậm hơn giai đoạn trên. Điểm C tương ứng với độ ẩm cân bằng khi đạt độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu bằng nhiệt độ của tác nhân sấy.

Dựa vào thực nhiệm, người ta đã rút ra những nhận xét trên và vẽ được hai đường biểu diễn giữa độ ẩm vật liệu, tốc độ sấy và thời gian.Điểm K₁ gọi là điểm tới hạn.

1.2.5. Diễn biến quá trình sấy

            Quá trình sấy một vật liệu ướt đến độ ẩm cân bằng gồm hai giai đoạn chính sau:

+ Giai đoạn tốc độ sấy không đổi, hay còn gọi là giai đoạn đẳng tốc: Lúc này, vật liệu còn nhiều nước, tốc độ khuếch tán của nước bên trong vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi trên bề mặt vật liệu, vì thế, tốc độ sấy trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bay hơi trên bề mặt vật liệu, chính vì thế mà tốc độ sấy không phụ thuộc vào các yếu tố bên trong vật liệu mà chỉ phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài (ví dụ như nhiệt độ, tốc độ và độ ẩm của không khí sấy…) khi các yếu tố bên ngoài không đổi thì tốc dộ sấy cũng không đổi.

            Vậy, muốn tăng tốc độ sấy thì chủ yếu thay đổi các yếu tố bên ngoài. Ta có thể tăng nhiệt độ sấy cao hơn nhiệt độ cho phép của vật liệu vì bề mặt vật liệu còn đang ướt nên nhiệt độ vật liệu xấp xỉ bằng nhiệt độ bầu ướt t_ư, nhưng cần chú ý là chọn nhiệt độ sấy thế nào để nhiệt độ bầu ướt phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép của vật liệu.

            + Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: lúc này vật liệu tương đối khô, lượng nước trong vật liệu còn ít nên tốc độ khuếch tán của nước trong vật liệu giảm xuống nhỏ hơn tốc độ bay hơi của nước trên bề mặt vật liệu. Do đó tốc độ sấy trong giai đoạn này chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của nước bên trong vật liệu – lượng ẩm khuếch tán giảm dần nên lượng ẩm bay hơi cũng giảm do đó tốc độ sấy cũng giảm. Vậy tốc độ sấy không phải phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài vật liệu mà phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố bên trong vật liệu, cho nên muốn tăng tốc độ sấy ở giai đoạn giảm tốc ta  phải khắc phục trở lực khuếch tán bên trong vật liệu. Như đã nói ở trên nhiệt độ của vật liệu sấy lúc này bắt đầu tăng dần và cho đến khi đạt được độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu bằng nhiệt độ của tác nhân sấy, vì vậy đến giai đoạn này ta phải giữ nhiệt độ của tác nhân sấy không quá nhiệt độ cho phép của vật liệu.

            Việc xác định hai giai đoạn sấy có ý nghĩa quan trọng vì từ đó ta có thể thiết lập chế độ sấy khác nhau thích ứng với đặc điểm của từng giai đoạn để có thể vừa đảm bảo chất lượng sản phẩm, đồng thời tiết kiệm năng lượng rút ngắn được thời gian sấy.

1.2.6 Các loại thiết bị sấy

• Thiết bị sấy đối lưu       

            Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy đối lưu. Đây là phương pháp sấy thông dụng nhất. Thiết bị sấy đối lưu bao gồm: thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí động, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy phun…

• Thiết bị sấy bức xạ

            Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bức xạ. Thiết bị sấy này dùng thích hợp cho một số sản phẩm.

• Thiết bị sấy tiếp xúc

              Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy tiếp xúc, gồm 2 kiểu:

+ Thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt mỏng kiểu tang quay hay lò quay.

+ Thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng.

• Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần

            Thiết bị sấy này dùng phương pháp sấy điện trường cao tần.

• Thiết bị sấy thăng hoa

             Thiết bị này sử dụng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa (ở trạng thái dưới điểm ba thế). Việc thải ẩm dùng máy hút chân không kết hợp bình ngưng kết ẩm.

• Thiết bị sấy chân không thông thường

            Thiết bị này sử dụng cách thải ẩm bằng máy hút chân không. Do buồng  sấy có chân không nên không thể dùng cấp nhiệt bằng đối lưu, việc sấy nhiệt cho vật bằng bức xạ hay dẫn nhiệt.

            Trong các thiết bị sấy trên, thiết bị sấy thùng quay làm việc liên tục với năng suất lớn chuyên dùng sấy vật liệu hạt, cục nhỏ như: than, cát, quặng v.v... Bởi lẽ đó mà chúng ta chọn hệt hống sấy thùng quay để sấy canxi cacbonat.

1.3. Thiết bị sấy thùng quay

1.3.1. Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay

              Máy sấy thùng quay là một thùng hình trụ đặt nghiêng, thùng được đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang theo tỉ lệ 1/15 – 1/50. Thùng sấy quay với tốc độ 1,5 – 8 vòng/phút, có 2 vành đai đỡ, vành đai này tỳ vào con lăn đỡ khi thùng quay. Vật liệu vào sấy qua phễu nạp liệu.Trong thùng quay có các thanh thép góc để khống chế vật liệu trong thùng không quá 20 – 25% thể tích thùng.Sau khi sấy xong, sản phẩm qua bộ phận tháo sản phẩm ra ngoài.

            Bên trong thùng có lắp các cánh để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất sấy đạt được cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm còn đầu thùng cắm vào lò đốt hoặc nối với ống tạo tác nhấn sấy.Giữa thùng quay, hộp tháo và lò có cơ cấu bịt kín để không khí nóng và khói lò không thoát ra ngoài. Ngoài ra còn có xyclon để thu hồi sản phẩm bay theo và thải khí sạch ra môi trường.

             Khí nóng và vật liệu có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều ở bên trong thùng.Phía đầu chỗ nạp liệu bên trong thùng sấy có lắp các cánh xoắn một đoạn khoảng 700 – 1000mm, chiều dài của đoạn này phụ thuộc vào đường kính của thùng.

            Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không được lớn hơn 3m/s để tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.

             Các đệm ngăn trong thùng vừa có tác dụng phân phối vừa có tác dụng phân phối đều cho vật liệu theo tiết diên thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm cửa nó.

            Các loại đệm ngăn dùng phổ biến là:

     + Đệm ngăn mái chèo nâng và loại phối hợp: Dùng khi sấy những vật liệu cực to, ẩm, có xu hướng đóng vón. Loại này có hệ số chất đầy vật liệu không quá 0,1 -0,2.

     + Đệm ngăn hình quạt có những khoảng thông với nhau.

     + Đệm ngăn phân phối hình chữ nhật và kiểu vạt áo được xếp trên toàn bộ tiết diện của thùng được dùng để sấy các vật liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng quay vật liệu đảo trộn nhiều lần, bề mặt tếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy lớn.

     + Đệm ngăn kiểu phân khu: Để sấy các vật liệu đã được đập nhỏ, bụi. Loại này chỉ cho phép hệ số điền đầy khoảng 0,15 - 0,25.

Nếu nhiệt độ sấy cần lớn hơn 200^oC thì dùng khói lò nhưng không dùng cho nhiệt độ  lớn hơn 800^oC.

Ưu và nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay:

    - Ưu điểm:

+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100kg ẩm bay hơi/m³h;

+ Có thể tăng thời gian lưu bằng cách giảm độ nghiêng và giảm tốc độ quay của thùng;

             + Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp.

     - Nhược điểm:

+ 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 sấy.

            + Phát thải vật chất hạt cao;

            + Khó điều chỉnh độ ẩm vật sấy;

            + Diện tích mặt bằng tương đối lớn.

1.3.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy thùng quay

Máy sấy thùng quay gồm một thùng hình trụ (4) đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang 16^o. Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ (3).

            Bánh đai được đặt trên các con lăn đỡ (6), khoảng cách giữa 2 con lăn cùng 1 bệ đỡ có thể thay đổi để điều chỉnh các góc nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnh thời gian lưu vật liệu trong thùng. Thùng quay được là nhờ có bánh răng (5). Bánh răng (5) ăn khớp với với bánh răng dẫn động nhận truyền động của động cơ qua bộ giảm tốc.

            Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng và được chuyển động dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn. Các đệm ngăn vừa có tác dụng phân bố đều vật liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật liệu sấy tính chất và độ ẩm của nó.Vận tốc của khói lò hay không khí nóng đi trong máy sấy khoảng 23 m/s, thùng quay 58 vòng/phút. Vật liệu khô ở cuối máy sấy đươc tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm (7).

            Khói lò hay không khí thải được quạt (9) hút vào hệ thống tách bụi xyclon (8) để tách những hạt bụi bị cuốn theo khí thải. Các hạt bụi thô được tách ra và hồi lưu trở lại.

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY

2.1. Thông số đầu bài

Năng suất sản phẩm khô yêu cầu			Cap=	18000 kg/h
Vật liệu sấy (VLS)			Calcium Carbonate (CaCO3)
	Khối lượng riêng		ρS=	1800 kg/m3
	Độ ẩm vào (độ ẩm tương đối)		A1=	13,5%
	Độ ẩm ra (độ ẩm tương đối)		A2=	0,5%
	Nhiệt độ vào		Tpin=	23,4 oC
	Nhiệt độ ra		Tpout=	100  oC
Tác nhân sấy (TNS)			Khói lò
	Nhiệt độ bầu khô		Tg=	23,4  oC
	độ ẩm không khí		φ=	83,00%
	Nhiệt độ khói lò trước thùng sấy		TAin =	850 oC
	Nhiệt độ khói lò ra Đường kính hạt		TAout= d =	105  oC 10mm

Nhiên liệu đốt: Than cám N4

Thành phần	Carbon	Hydrogen	Oxyen	Nitrogen	Sulfur	Ash	Moisture
Kí hiệu	C	H	O	N	S	W	A
Hàm lượng	0,367	0,027	0,111	0,007	0,032	0,206	0,25

2.2. Cân bằng vật chất

Lượng ẩm ra khỏi máy sấy (trong VLS) [1-61]:Trong đó:      

+        C_ap: Lượng sản phẩm khô sau khi ra khỏi máy sấy [kg/h];

+        A₂: Độ ẩm tương đối của sản phẩm sau quá trình sấy [%].

Lượng vật liệu sấy ra khỏi máy sấy (vật liệu khô) [1-61]:

Trong đó:      

+        C_ap: Lượng sản phẩm sau khi ra khỏi máy sấy [kg/h];

+        W_out: Lượng ẩm còn lại trong VLS sau quá trình sấy [kg/h].

Lượng ẩm trong VLS trước khi đi vào máy sấy [1-61]:

Trong đó:      

+        S_ol: Lượng vật liệu khô tuyệt đối đi ra khỏi máy sấy [kg/h];

+        A₁: Độ ẩm tương đối của VLS trước khi sấy[%].

Lượng ẩm bốc hơi (thoát ẩm) trong quá trình sấy [1-61]:

Trong đó:      

+        W_in: Lượng ẩm trong VLS trước khi vào máy sấy [kg/h];

+        W_out: Lượng ẩm trong VLS sau khi đi ra khỏi máy sấy [kg/h].

Lựơng vật liệu đi vào máy sấy		Lượng vật liệu đi ra khỏi máy sấy
VLS		Theo sản phẩm sấy		Hơi ẩm Evap (kg/h)
Vật liệu khô Sol   (kg/h)	Dòng ẩm trong VLS Win (kg/h)	Vật liệu khô Sol (kg/h)	Dòng ẩm trong VLS Wout (kg/h)	2705,2
17910	2795,2	17910	90

Bảng 2.1: Cân bằng vật chất trong quá trình sấy

2.3. Cân bằng nhiệt

Lượng nhiệt trao đổi trong thùng sấy là Q_tot1 [1-62]

Chưa kể tới lượng nhiệt thất thoát biến thiên enthapy của quá trình bao gồm:

• Tăng nhiệt độ của nước trong vật ẩm : Q₁;
• Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước và tăng nhiệt độ của hơi nước :Q_2­;
• Tăng nhiệt độ của vật rắn: Q₃.

(2.5)

Nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của nước trong vật ẩm [1-62]:

(2.6)

Trong đó:

+        W_out: Lượng ẩm bay hơi của VLS [kg/h];

+        T_Pout: Nhiệt độ ra của VLS [^oC]. Theo [13-141], chọn:

 T_Pout = T_Aout – 5 ^oC = 100 ^oC;

+        T_Pin: Nhiệt độ vào của VLS [^oC]. Nhiệt độ vào của vật liệu sấy chính bằng nhiệt độ môi trường. Ta có: T_Pin=23,4 ^oC.

Nhiệt lượng cần thiết để hóa hơi lượng ẩm vả tăng nhiệt độ của hơi nước

[1-62].

(2.7)

Trong đó:      

+        E_vap: Lượng ẩm hóa hơi tróng máy sấy [kg/h];

+        T_Aout: Nhiệt độ ra của ẩm bay hơi (bằng nhiệt độ ra của khói lò sau quá trình sấy);

+        T_Pin: Nhiệt độ đầu vảo của VLS;

+        2500 là nhiệt hóa hơi của nước [kJ/kg];

+        1,9 là nhiệt dung riêng của hơi nước [kJ/kg.K].

Nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt của chất rắn trong VLS [1-62]:

(2.8)

Trong đó:

+        S_ol: Lượng vật liệu khô tuyệt đối trong VLS [kg/h];

+        c_s: Nhiệt dung riêng của VLS sau khi ra khỏi thùng sấy[kJ/kg.K].

Xác định c_{s l}: Theo công thức 7.40 [13-141]:

(2.9)

Trong đó:

+        c_vk: Nhiệt dung riêng của vật liệu khô, [kJ/kg.K];                     

+        c_a=1,9:Nhiệt dung riêng của hơi nước, (kJ/kg.K);

+        : Độ ẩm của vật liệu khi ra khỏi thiết bị sấy; = 0,5%.

Tra bảng I.142 [14-153], ta có:

(2.10)

Thay T = 100+273=373 K vào ta được c_vk = 2,19[kJ/kg.K]

ðc_vl = 2,19.(1-0,005) + 1,9.0,005 = 2,189[kJ/kg.K]

Vậy lượng trao đổi nhiệt trong thùng sấy là:

= 28954,8+7036820,34+3003102,23=10068877,37[kJ/h]

Lượng nhiệt thực tế cung cấp cho quá trình sấy là[1-63]:

Trong đó:

+        T_Ain: Nhiệt độ tác nhân sấy vào thùng.[^oC];

+        T­_Aout: Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thùng. [^oC];

+        T_g: Nhiệt độ bầu khô. [^oC];

+        1,25 là hệ số tính đến nhiệt tổn thất do đối lưu, dẫn nhiệt bức xạ – với máy sấy thùng quay làm việc liên tục thì tổn thất nhiệt là ổn định.

Lượng nhiệt mất mát trong quá trình sấy:

Q_m= Q_tot2 – Q_tot1= -10068877,37 = 3895777,05[kJ/h]

Phần trăm lượng nhiệt mất mát so với lượng nhiệt thực tế cung cấp:

Nhiệt lượng tăng nhiệt độ của nước trong vật ẩm: Q1   (kJ/h)	Nhiệt lượng hóa hơi lượng ẩm vả tăng nhiệt độ của hơi nước: Q2       (kJ/h)	Nhiệt lượng tăng nhiệt độ của chất rắn trong VLS: Q3      (kJ/h)	Lượng nhiệt trao đổi trong thùng sấy là Qtot1          (kJ/h)	Lượng nhiệt thực tế cung cấp cho quá trình sấy: Qtot2         (kJ/h)
10068877,37

Bảng 2.2: Cân bằng nhiệt lượng trong quá trình sấy.

2.4. Các tính toán khác

Chọn nhiên liệu là than cám N4 [2-21] có các thông số sau:

          Nhiệt dung riêng C_nl = 0,12

 Thành phần:

Thành phần	Carbon	Hydrogen	Oxyen	Nỉtrogen	Sulfur	Ash	Moisture
Kí hiệu	C	H	O	N	S	W	A
Hàm lượng	0,367	0,027	0,111	0,007	0,032	0,206	0,25

 

2.4.1. Các thông số của không khí trước khi vào buồng đốt:

• Độ ẩm tương đối  0,83
• Nhiệt độ của không khít_o = 23,4^oC
• Lượng chứa ẩm [10-47]:

Trong đó:

+        P_bo­ : áp suất bão hòa tại t_o = 23,4^oC.

Theo Antonie [10-31]:

Với:

+        B: áp suất khí quyển, B = 1 bar

 

Thay số vào (2.13) ta được:

2.4.2. Các thông số của khói lò sau buồng đốt:

Nhiệt trị riêng của nhiên liệu:

Theo công thức Mendeleev [10-53]:

          Thay số:

Q_c = 33858.0,367 + 125400.0,027 – 10868.(0,111-0,032) ≈ 14953 [kJ/kgnl]

Lượng không khí khô lý thuyết đốt cháy 1kg nhiên liệu [10-55]:

 Thay số:

Khối lượng nước chứa trong khói lò sau buồng đốt [10-58]:

Trong đó: α_bd = 1,2 là hệ số không khí thừa buồng đốt,

Thay số: vào (2.16) ta được:

Khối lượng khói khô sau buồng đốt [10-59]:

(2.17)

Thay số vào (2.17) ta được:

Lường chứa ẩm của khói lò sau buồng đốt [10-59]:

(2.18)

Thay số vào (2.18) ta được:

Entanpy của khói lò sau buồng đốt I₁ [10-60]:

(2.19)

      Trong đó:

+         là hiệu suất buồng đốt, lấy ;

+         là nhiệt độ của nhiên liệu, ;

+         là nhiệt dung riêng của nhiên liệu, .

Thay số vào (2.19) ta được:

Nhiệt độ của khói lò sau buồng đốt [10-60]:

(2.20)

            Thay số vào (2.20) ta được:

2.4.3. Các thông số của khói lò sau buồng hòa trộn

Hệ số không khí thừa cho cả buồng đốt với buồng hòa trộn α [10-57]:

(2.21)

             Trong đó:

+        : nhiệt dung riêng của khói lò, C_pk = 1,004;

+        i_a, i_ao: lần lượt là entanpy của hơi nước ở nhiệt độ sau buồng sấy và ngoài trời [10-57]:

(2.22)

Thay số vào (2.22) ta được:

Vậy: