Say-muoi-bang-thung-quay.docx

LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới các thầy, cô giáo trường Đại học Tôn Đức Thắng thành phố Hồ Chí Minh nói chung và các thầy cô khoa Khoa Học Ứng Dụng; bộ môn Hóa lý kỹ thuật nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua. Đồ án Qúa trình và thiết bị là môn học để sinh viên chúng em được áp dụng lý thuyết trong suốt thời gian học, đặc biết sẽ tiếp cận được quá trình thiết kế thiết bị hóa học mà trước đây chỉ học qua sách vở, ngoài ra còn giúp chúng em nâng cao khả năng làm việc nhóm và năng lực giải quyết vấn đề một cách nhanh chóng. Em chân thành cảm ơn thầy Võ Thanh Hưởng đã tận tình hỗ trợ, giúp đỡ, hướng dẫn em trong quá trình trình tính toán, xử lý, thiết kế hệ thống…trong suốt thời gian qua để em hoàn thành tốt đồ án. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2016. SV : Lê Quốc Cường.

LỜI MỞ ĐẦU Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học phát triển từ lâu đời. Trong những năm 70 trở lại đây người ta đã đưa kỹ thuật sấy thành công nghệ sản xuất các mặt hàng nông sản, hay thực phẩm khô… Không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêm các mặt hàng thực phẩm thuận tiện cho người tiêu dùng như : cà phê, muối, các loại bột, các gia vị khô, cá khô… Nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm và đường bờ biển kéo dài rất thuận lợi cho ngành công nghiệp sản xuất muối phát triển. Do tính chất đặc thù của muối có độ ẩm cao, dễ hút ẩm, nên việc lựa chọn thiết bị sấy đạt năng suất cao, tiết kiệm năng lượng là hết sức cần thiết. So với nhiều phương pháp sấy khác, phương pháp sấy thùng quay là phương pháp có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và là một phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể. Em được giao thực hiện đề tài : “ Thiết kế hệ thống sấy để sấy muối ăn” với độ ẩm đầu là 8% và độ ẩm sau là 0,2% với năng suất 2000 kg/h. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế mặc dù đã cố gắng nhưng trong đề tài cũng không tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự góp ý của Qúy thầy, cô để em rút kinh nghiệm và hoàn thành tốt các môn học sau này.

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH SẤY. 1.1

Sơ lược về muối ăn.

Công thức hóa học: NaCl Muối ăn hay còn gọi là muối đây là một khoáng chất được con người đưa vào sử dụng trong món ăn như một thứ gia vị. Có rất nhiều dạng muối ăn: muối thô, muối tinh, muối Iốt. Đây là một chất rắn dạng tinh thể màu trắng hay xám rất nhạt, thu được từ nước biển hay các mỏ muối. Muối thu được từ nước biển có các tinh thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn muối mỏ. Trong tự nhiên muối ăn bao gồm chủ yếu là natri clorua (NaCl), nhưng cũng có chứa một ít khoáng chất khác (khoáng chất vi lượng). Muối ăn thu được từ mỏ có thể có màu xám hơn vì dấu vết của các khoáng chất vi lượng. Muối ăn là cần thiết cho sự sống của mọi cơ thể sống, bao gồm cả con ngừơi. Công dụng của muối :  Muối ăn tham gia vào việc điều chỉnh độ chứa nước của cơ thể (cân bằng lỏng). Muối ăn bắt bụộc cho sự sống, nhưng việc sử dụng quá mức có thể làm tăng độ nguy hiểm cho sức khỏe, nhất là người có bệnh cao huyết áp. Trong việc nấu ăn làm gia vị muối ăn còn được sử dụng như chất bảo quản.  Muối ăn còn được dùng làm chất bảo quản cho các thực phẩm, để làm một số món ăn như muối dưa, muối cà, làm nước mắm,... Do có tính sát trùng nên muối ăn còn được pha loãng làm nước súc miệng hay rửa vết thương ngoài da.  Ngoài ra muối ăn không chỉ dùng để ăn mà còn dùng cho các việc khác trong ngành công nghiệp đặc biệt là ngành hóa chất.

1.2

Sơ lược về quá trình sấy.

1.2.1 Sơ lược về sấy. Trong công nghiệp hoá chất, thực phẩm quá trình tách nước ra khỏi vật liệu (làm khô vật liệu) là rất quan trọng. Tuỳ theo tính chất và độ ẩm của vật liệu, mức độ làm khô của vật liệu mà tách nước ra khỏi vật liệu bằng những phương pháp sau:  Phương pháp cơ học (sử dụng máy ép, lọc, ly tâm…)  Phương pháp hoá lý (dùng CaCl2, acid H2SO4 để tách nước)  Phương pháp nhiệt ( dùng nhiệt để bốc hơi nước trong vật liệu)

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Kết quả của quá trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên. Điều này có ý nghĩa quan trọng về nhiều mặt:nhằm tăng khả năng bảo quản đối với nông sản và thực phẩm, làm tăng độ bền cơ học đối với sứ, làm tăng khả năng đốt cháy đối với than củi… Các vật liệu sau khi sấy ra điều giảm khối lượng hoặc thể tích nên giảm được giá thành vận chuyển. Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệtđể biến đổi trạng thái pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Cơ chế của quà trình được mô tả bằng bốn quá trình cơ bản sau:  Cấp nhiệt cho bề mặt nhiên liệu;  Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào nhiên liệu;  Khi nhận được nhiệt lượng, dòng ẩm di chuyển từ trong vật liệu ra bề mặt;  Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu sẽ thoát ra môi trường xung quanh. Bốn quá trình này được thể hiện bằng sự truyền ẩm bên trong vật liệu và sự trao đổi nhiệt ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu với môi trường xung quanh. Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bị sấy ra ba nhóm chính:  Sấy đối lưu;  Sấy tiếp xúc;  Sấy bức xạ, chân không hoặc thăng hoa. Theo kết cấu nhóm thiết bị sấy đối lưu có thể gặp các dạng thiết bị sau:  Thiết bị sấy buồng: Vật liệu được sấy gián đoạn ở áp suất khí quyển. Vật liệu được xếp trên những khay hoặc xe đẩy, việc nạp và tháo nhiên liệu được thực hiện ở ngoài phòng sấy. Nhược điểm của thiết bị loại nàylà thời gian sấy dài, vật liệu không được đảo trộn dẫn đến sấy không đều, bị mất nhiệt khi nạp và tháo nhiên liệu, khó kiểm soát được quá trình.  Thiết bị sấy hầm: làm việc ở áp suất khí quyển và tác nhân sấy là không khí hay khói lò. Vật liệu được xếp trên các khay đặt trên xe goòng di chuyển dọc theo chiều dài hầm. Chiều dài hầm có thể lên đến 60m, vận tốc chuyển động của không khí trong hầm thường từ 2 – 3m/s. Nhựơc điểm của thiết vị này là sấy không đều do sự phân lớp không khí nóng và lạnh theo chiều cao cảu hầm. Tuy nhiên, hầm sấy là loại thiết bị sấy dễ sử dụng các phương thức sấy khác nhau, dòng khí và vật liệu sấy có thể chuyển động cùng hoặc ngược chiều.  Thiết bị sấy thùng quay: Đây là loại thiết bị sấy được dùng rộng rãi trong cômg nghiệp hoá chất và thực phẩm để sấy một số loại hoá chất, phân bón, ngũ cốc, bột đường… Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển tác nhân sấy có thể là không khí hoặc khói lò. Vận tốc chuyển động của tác nhân sấy trong thùng khoảng 2 – 3m/s còn thùng quay với tốc độ 1 – 8 vòng/phút. Ưu điểm là quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc của vật liệu và tác nhân sấy. Tuy

nhiên, do vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị gãy vụn tạo ra bụi do đó làm giảm phẩm chất của sản phẩm.  Thiết bị sấy phun: Đây là thiết bị dùng để sấy các vật liệu lỏng như sữa, dd đậu nành, gelarin… Dd lỏng được phun thành dạng phun vào trong phòng sấy. Nhiệt độ dòng tác nhân có thể lên đến 750oC và phụ thuộc vào tính chịu nhiệt của vật liệu. Ưu điểm chủ yếu cảu thiết bị là sấy nhanh thu được sản phẩm ở dạng bột mịn. Nhược điểm là kích cỡ phòng sấy lớn, tiêu tốn nhiều năng lượng, thiết bị phức tạp nhất là ở cơ cấu phun bụi và hệ thống thu hồi sản phẩm.  Thiết bị sấy tầng sôi  Thiết bị sấy khí động.

1.2.2 Thiết bị sấy thùng quay. Hệ thống sấy thùng quay là hệ hệ thống sấy dùng để sấy các loại hạt, cục nhỏ. Nó được dùng rộng rãi trong công nghiệp để sấy các loại hạt. So với cùng sấy muối bằng thiết bị sấy tầng sôi tuy không đạt được hiệu quả chất lượng bằng nhưng so với mặt kinh tế thì sấy thùng quay luôn được lựa chọn ưu tiên trong công nghiệp. Vì vậy, thiết bị chọn để sấy muối, em quyết định chọn thiết kế hệ thống sấy muối ăn bằng hệ thống sấy thùng quay. Thiết bị sấy thùng quay gồm 1 thùng hình trụ đặt nghiên. Toàn bộ tải trọng của thùng được đặt lên 2 bánh đai đỡ. Bánh đai được đặt trên con lăn đỡ. Thùng quay được nhà bánh răng ăn khớp với bánh răng dẫn truyền động từ động cơ qua bộ phận giảm tốc. Không khí ngoài trời được quạt đẩy đưa vào caloriphe khí hơi gia nhiệt đến 150oC rồi vào thiết bị thùng quay. Muối sau khi kết tinh được nạp liên tục vào thiết bị sấy bằng gàu tải. Trong thùng quay, muối dược đảo trộn mạnh, được chuyển dọc theo thùng nhờ các cánh nâng. Cách cánh nâng vừa có tác dụng phân bố đều muối vừa có tác dụng tăng diện tích tiếp xúc giữa muối và không khí nóng, do đó trao đổi mạnh, tốc độ sấy nhanh, và độ đồng đều của sản phẩm cao. Độ ẩm của muối giảm từ 8% xuống 0,2%. Muối sau khi sấy theo cửa tháo liệu ra ngoài theo băng tải. Không khí sau khi sấy có nhiều bụi nên đi vào Cyclon để thu hồi bụi, sau đó không khí sạch được quạt hút thải ra ngoài môi trường, bụi được chứa ở bunke. Sau sấy, muối được đóng gói tiếp tục bảo quản hoặc vận chuyển đi tiêu thụ.

CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ. 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ.

2.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ.

CHƯƠNG 3 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG.  

Vật liệu sấy là muối có các thông số sau : Độ ẩm đầu của vật liệu sấy : ω1=8% Độ ẩm cuối của vật liệu sấy: ω2=0,2% Khối lượng riêng : ρ = 2350 kg/m3. Khối lượng riêng xốp : ρv = 1020 kg/m3. Nhiệt dung riêng của vật liệu khô : Cvl = 0,712 kJ/kg.K Đường kính hạt : Dtb = 0,5 mm. Năng suất theo sản phẩm : G2 = 2000 kg/h. Tính các thông số của tác nhân sấy.

Do vật liệu sấy là muối, sau khi sấy cần phải có độ tinh trắng nên chọn tác nhân sấy là không khí , nó không gây đen hay bẩn sản phẩm muối. Trạng thái không khí ngoài trời được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng cặp thông số (t0,φ0). Do vật liệu sấy là muối có thể thu hoạch từ nước biển.Vì vậy, ta chọn trạng thái A theo giá trị nhiệt độ và độ ẩm trung bình của Ninh Thuận : t0 = 270C, φ0 = 70% (tra theo bảng VII.1 – 97 [3]). -

Áp suất hơi bão hòa : Pb0 = exp (12 –

Lượng chứa ẩm :

235,5+27 φxPb

d0 = 0,621x = 0,621 x

-

Enthapy :

-

Thể tích riêng của không khí:

235,5+t

4026,42

= exp(12-

4026,42

), bar

(CT 2.31/31-[1])

) = 0,035 bar

B−φxPb 0,7x0,035 0,981−0,7x0,035

(Trang 41-[1]) = 0,016 kg/kgkkk

I0 = 1,004xt + dx(2500+1,842xt) (Trang 41-[1]) = 1,004x27+0,016x(2500+1,842x27) = 67,904 kJ/kgkkk 𝑣= =

288xT P−φxPb 288x(27+273) 0,981x105 −0,7x0,035x105

(CT VII.8/94-[3]) = 0,903 m3/kgkkk

Không khí được đưa vào caloriphe và được đốt nóng đẳng ẩm (d1=d0) đến trạng thái B (d1,t1). Điểm B là điểm nhiệt độ sấy sao cho nguyên liệu sấy không bị cháy. Trạng thái B cũng là trạng thái của tác nhân sấy vào thùng sấy. Nhiệt độ t1 tại điểm B là nhiệt độ cao nhất của tác nhân sấy.Theo kinh nghiệm sấy muối ta chọn t1= 2000C. Tính toán tương tự như trên. -

Vì nhiệt độ sấy lớn hơn 1000C nên Pb1=Pb0 = 0,035 bar. Lượng chứa ẩm : d1=d0=0,016 kg/kgkkk

 𝜑1 =

𝑑1 (0,621+𝑑1 )

=

0,016 (0,621+0,016)

= 0,025 = 2,5 %

-

Enthapy : I1=1,004x200+0,016x(2500+1,842x200) = 246,694 kJ/kgkkk

-

Thể tích riêng của không khí : 𝑣 1 =

288x(200+273) 0,981x105 −0,025x0,035x105

= 1,389 m3/kgkkk

Không khí ở trạng thái B được đưa vào thiết bị sấy để thực hiện quá trình sấy lý thuyết (I1=I2). Trạng thái đầu ra của thiết bị sấy là C (t2,φ2). Nhiệt độ ra khỏi thiết bị sấy t2 tùy chọn sao cho tổn thất nhiệt độ do tác nhân sấy mang đi là bé nhất, nhưng phải tránh hiện tượng đọng sương, nghĩa là tránh cho trạng thái C nằm trên đường bão hòa. Đồng thời độ chứa ẩm của tác nhân sấy tại C phải nhỏ hơn độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại điểm đó để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại. Với I1=I2=246,694 kJ/kgkkk. Chọn nhiệt độ ra khỏi thiết bị sấy t2 = 900C. -

Áp suất hơi bão hòa : Pb2= exp(12-

-

Enthapy : I1=I2=246,694 kJ/kgkkk I2 = 1,004xt2+d2x(2500+1,842xt2)

 Lượng chứa ẩm : d2 =

I2−1,004xt2

4026,42 235,5+90

=

) = 0,691 bar

246,694 −1,004x90

2500+1,842xt2 2500+1,842x40 d2xB 0,061x0,981

-

Độ ẩm : φ2 =

-

Thể tích riêng không khí : 𝑣 2 =

Pb2x(0,621+d2)

=

= 0,061 kg/kgkkk

= 0,1269 = 12,7 %

0,691x(0,621+0,061) 288x(90+273)

0,981x105 −0,1269x0,691x105

= 1,170 m3/kgkkk

Bảng 3.1 : Trạng thái tác nhân sấy (không khí) trong quá trình sấy thực. Đại lượng

Trạng thái không khí ban đầu (A)

t (0C) φ (%) d (kg/kgkkk) I (kJ/kgkkk) Pb (bar) 𝑣 (m3/kgkkk)

27 70 0,016 67,904 0,035 0,903

Trạng thái không khí vào thiết bị sấy (B) 200 2,5 0,016 246,694 0,035 1,389

Trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C) 90 12,7 0,061 246,694 0,691 1,170

3.1 Tính cân bằng vật chất. - Năng suất thiết bị theo nhập liệu : G1 = G 2 x -

1−ω2 1−ω1

= 2000x

1−0,002 1−0,08

= 2170 kg/h

Lượng ẩm cần tách ra : W = G1-G2 = 2170 – 2000 = 170 kg/h Lượng không khí khô cần thiết : Lk =

W d2−d1

=

170 0,061−0,016

= 3777,78 kg/h

(CT 7.4/127 – [1])

(CT 7.1/127 – [1]) (CT 7.13/131-[1])

-

Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi: lk =

-

Lk W

=

3777,78 170

= 22,22 kgkkk/kg

(CT 7.14/131-[1])

Lượng vật liệu khô tuyệt đối : Gk=G1x(1-𝜔1)=G2x(1- 𝜔2) = 2000x(1-0,002)=1996 kg/h

-

(CT 7.4/127 – [1])

Lưu lượng thể tích tác nhân sấy : V = 𝑣 x Lk m3/h Bảng 3.2 : Bảng đại lượng của vật liệu và không khí.

Vật liệu

Không khí

Đại lượng Lượng vật liệu vào. Độ ẩm vào . Lượng vật liệu ra. Độ ẩm ra Lượng ẩm tách ra. Lượng vật liệu khô tuyệt đối. Lượng không khí khô cần thiết. Lượng không khí bốc hơi

Kí hiệu G1 𝜔1 G2 𝜔2 W

Đơn vị kg/h % kg/h % kg/h

Gía trị 2170 8 2000 0,02 170

Gk

kg/h

1996

Lk

kg/h

3777,78

lk

22,22

Lượng thể tích trước sấy.

V1

kgkkk/kg m3/h

Lượng thể tích sau sấy.

V2

Lượng thể tích trung bình.

V12

m3/h m3/h

5247,34 4420,00 4833,67

3.2 Tính cân bằng năng lượng.  Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy lý thuyết. - Cân bằng nhiệt lượng cho quá trình sấy lý thuyết: Q0 = Lkx(I2-I0) = 3777,78x(246,694-67,904)=675429 kJ/h (CT VII.23/102-[3]) - Lượng nhiệt cần thiết để bay hơi 1kg ẩm : q = lkx(I2-I0) = 22,22x(246,694-67,904) = 3972 kJ/kg - Lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu: Qhi= Wx[rtvl+Cax(t2-t0)] = 170x[2500+1,842x(90-27)] = 444727 kJ/h  Hiệu suất sấy : ɳ=

Qhi Q

=

444727 675429

= 0,6584 = 65,84 %

 Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy thực tế.

Trong thiết bị sấy thực, ngoài tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi, trong thiết bị sấy thùng quay, còn có tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt và tổn thất nhiệt di vật liệu sấy mang đi Qv. Trong thiết bị sấy thùng quay, không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị không có thiết bị chuyển tải, do đó QBS=QCT=0. Các thông số:    

Nhiệt độ vật liệu vào: tv1= 270C Nhiệt độ cuối của vật liệu sấy : tv2 = t1-(5÷100C) = 200-10=1900C. Nhiệt dung riêng ẩm : Ca = 4,18 kJ/kg.K Nhiệt dung riêng vật liệu : Cv = Cvlx(1-ω2)+ Ca x ω2 = 0,712x(1-0,002)+4,18x0,002 = 0,719 kJ/kg.K

Ta xem Cv1 = Cv2 = Cv = 0,719 (Trang 135-[1]). Bảng 3.3 : Nhiệt lượng mang vào và mang ra của không khí và vật liệu. Nhiệt lượng đưa vào. Nhiệt lượng mang ra.

Không khí Vật liệu Không khí Vật liệu

Công thức LkxI0 G1xCvxtv1+Wxtv1xCa LkxI2 G2xCv2xtv2

Đơn vị kJ/h

Gía trị 256526 61312 931955 273220

Bảng 3.4 : Một số thông số của nhiệt lượng. Thông số Nhiệt lượng đun nóng vật liệu. Nhiệt lượng do ẩm trong vật liệu mang vào. Nhiệt lượng hữu ích. Nhiệt lượng tổn thất. Nhiệt lượng tổn thất chung. Nhiệt lượng riêng tổn thất chung. Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình sấy. Nhiệt lượng bổ sung thực tế.

Kí hiệu

Công thức

Đơn vị

Gía trị

Qvl

G2xCvx(tv2-tv1)

kJ/h

234394

Qa

WxCaxtv1

kJ/h

19186

Qhi Qm

Wx[rtvl+Cax(t2-t0)] (0,03÷0,05)x Qhi

kJ/h kJ/h

444727 22236

ΣQ

Qvl + Qm

kJ/h

256630

Σq

ΣQ/W

kJ/kg

1509

Q

Lkx(I2-I0)+Qvl+QmWxCaxtv1

kJ/h

912873

∆

Caxtv1- Σq

kJ/kg

-1396

Bảng 3.5 : Các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực. Thông số

Kí hiệu

Công thức

Đơn vị

Gía trị

ih1

r + Cpaxt1

kJ/kg

2868

ih2

r + Cpaxt2

kJ/kg

2665

I1

Ckxt1+d1x ih1 𝐶𝑘𝑥 (𝑡1 − 𝑡2) + 𝑑1(𝑖ℎ1 − ∆) 𝑖ℎ2 − ∆ Ckxt2+d1x ih2 d2′xB Pb2x(0,621 + d2′)

kJ/h

65,97

kg/kgkkk

0,034

kJ/h

133

%

0,074

Nhiệt lượng riêng hơi nước tại t1. Nhiệt lượng riêng hơi nước tại t2. Enthapy tại B Hầm ẩm C

d2’

Enthapy tại C

I2 ’

Độ ẩm

φ 2’

 Trạng thái không khí trong quá trình sấy thực. Bảng 3.6 : Các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực. Thông số Nhiệt độ Độ ẩm Hàm ẩm Enthapy Áp suất hơi bão hòa

Kí hiệu t φ d I Pb

Đơn vị 0 C % kg/kgkkk kJ/kgkkk bar

A 27 70 0,016 67,904 0,903

B 80 2,5 0,016 246,694 1,389

C 40 7,4 0,034 133 1,170

CHƯƠNG 4 : TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH. 4.1 Kích thước thùng quay. -

Cường độ bốc hơi ẩm của muối A=8 kg/m3h Thể tích thùng quay : A=

W V

V=

W A

=

170 7,2

= 21,25 m3

(CT 10.2/207-[1])

-

Chọn đường kính thùng theo tiêu chuẩn DT=1,6 m.

-

Chiều dài thùng sấy : L =

4xV πxD2

=

(Bảng VIII.3-[3])

4x21,25 πx1,62

= 10,56 m

(Trang 214-[1])

 Chọn L = 11 m Kiểm tra : -

D

=

11 1,6

= 6,875 thỏa điều kiện

L D

= (3,5÷7)

(CT 10.1/207-[1])

Vậy thể tích thực của thùng sấy : V=

-

L

πxD2 xL 4

=

πx1,62 x11 4

= 22,11 m3.

Tiết diện của thùng quay : F=

πxD2 4

=

πx1,62 4

= 2,01 m2.

Bảng 4.1 : Một số kích thước của thùng quay. Thông số Kí hiệu Đơn vị D m Đường kính L m Chiều dài 3 V m Thể tích thùng F m2 Tiết diện thùng

Gía trị 1,6 11 22,11 2,01

4.2 Thời gian sấy. Trong thiết bị chọn cánh đảo trộn có dạng cánh nâng, có các thông số sau :

-

 Chọn hệ số điền đầy : β = 0,15 % (Bảng VII.5/123 – [3])  Hệ số lưu ý đến dạng cánh nâng sấy ngược chiều trong thùng : m = 0,5 ( Bảng VII.4/122-[3]) Thời gian sấy vật liệu : (CT VII.53/123-[3]) 120xβxρx(ω1 − ω1 ) 120x0,15x1020x(8 − 0,2) τ= = = 93,24 phút Ax[200 − (ω1 + ω2 )] 8x[200 − (8 + 0,2)] = 1,554 h. Trong đó : ρ khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng quay, với ρ = 1020 kg/m3 (Bảng 1.1/8-[2]). ω1 , ω2 : độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật liệu (% khối lượng).

-

Thời gian vật liệu lưu trú trong thùng quay :

τ1 =

Vxβxρ 22,11x0,15x1020 = = 1,558 h. G1 2170

(τ1 > 𝜏 ∶ 𝑡ℎỏ𝑎)

4.3 Tốc độ quay. - Tốc độ quay của thùng quay: n=

mxkxL τxDxtgα

=

0,5x1,5x11 1,558x60x1,6xtg2,5

= 1,26 vòng/phút

(CT VII.52/122-[3])

 Chọn vòng quay của thùng là : 2 vòng/phút Trong đó: α :góc nghiêng của thùng quay, thường góc nghiêng của thùng dài là 2,5-30 (Trang 122 –[3]), chọn α = 2,50. m : hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m=0,5. k: hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí (sấy ngược chiều), k=1,5 (Bảng VII.4/122-[3]) τ: thời gian lưu của vật liệu trong thùng quay, phút

4.4 Tính vận tốc tác nhân sấy. - Lượng tác nhân sấy trung bình trong thùng quay : Vtb =

V1 +V2 2

=

5247,34+4420 2

= 4833,67 m3/h = 1,34 m3/s.

-

Tiết diện chảy của tác nhân sấy : F’= (1-β)xF = (1-0,15)x2,01 = 1,71 m2.

-

Mặt khác ta có : Vtb =

v′xπxD2 4

 v′ =

4x1,34 πx1,62

= 0,666 m/s.

 Để đảm bảo ta chọn : v ′ = 0,666 m/s.

4.5 Tính bề dày của thùng sấy. Vật liệu sấy là vật liệu có độ ăn mòn hóa học và làm việc ở nhiệt độ cao vì thế chọn vật liệu là 1X18H10T: thép không gỉ và chịu nhiệt (Bảng XII.7/313-[3]). Vì nhiệt độ làm việc do khí nóng mang vào nên nhiệt làm việc của thiết bị chọn là 2500C. Các thông số tính toán được : -

-

Áp suất làm việc bằng với áp suất khí quyển : p = 0,1x106 N/m2=0,1 N/mm2. Ta dự kiến làm lớp cách nhiệt đồng thời là môi trường ăn mòn nên giới hạn an toàn là ɳ = 0,95. Với ứng suất tiêu chuẩn là : [𝜎*]=128 N/mm2. Ứng suất cho phép là : [𝜎] = [𝜎*]x ɳ= 128x0,95=121,5 N/mm2 (CT XIII.1/355-[3]) Chọn hệ số mối hàn : φh = 0,9 (Bảng 1-8/19-[5])

-

Hệ số bổ sung kích thước : C = C1 + C2 + C3, m (CT XIII.17/363-[3]) Bảng 4.2 : Các hệ số bổ sung kích thước. Gía trị STT Hệ số bổ sung kích thước. Kí hiệu Ghi chú (mm) Chọn theo thực Hệ số bổ sung do ăn mòn 1 C1 2 nghiệm (Trang hóa học. 363-[3]) Tự chọn đối với Hệ số bổ sung do ăn mòn cơ 2 C2 1 vật liệu bền học. (Trang 363-[3]) Phụ thuộc vào tấm vật liệu, ta Hệ số bổ sung do sai lệch 3 C3 0,4 chọn tấm vật khi chế tạo. liệu 4mm (Bảng XIII.9/364-[3])

-

Bề dày thực của thùng : (CT XIII.8/360-[3]) Dxp 1,6x1000x0,1 S= +C= + (2 + 1 + 0,4) = 4,13 mm. 2x[σ]xφh 2x121,5x0,9

 Ta lấy : S = 5 mm.

4.6 Tính bề dày cách nhiệt. Máy sấy có thể có hay không có bọc lớp cách nhiệt. Để tránh nhiệt trong máy sấy mất mát nhiều và đảm bảo nhiệt độ bên ngoài máy sấy có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnh được thì thường bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy.

4.6.1 Hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng α1. Bảng 4.3 : Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy. STT 1 2 3 4 5 6

-

Thông số Vận tốc Nhiệt độ trung bình Hệ số dẫn nhiệt Độ nhớt Khối lượng riêng Độ nhớt động

Kí hiệu v’ ttb λ μ ρ υ

Chuẩn số Reynolds : Re =

v′xD υ

Đơn vị m/s 0 C W/m.0K Ns/m2 kg/m3 m2/s

=

Nguồn-Công thức Mục 4.4 (t1+t2)/2

0,666x1,6 2,2145x10−5

Phụ lục 6/350-[1]

= 0,048x106

Gía trị 0,666 145 0,03854 1,7802x10-5 0,8309 2,2145x10-5

 Re > 104 nên dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy. Qúa trình truyền nhiệt trong thùng xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy rối, là quá trình truyền nhiệt do sự trộn lẫn của các lớp lưu chất trong và ngoài xa trục của dòng chảy. Có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên. Vậy quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống có L/D < 50. - Chuẩn số Nusselt đối với không khí : Nu = 0,018xε1xRe0,8 (CT V.42/16-[3]) Với ε1= f(Re,L/D), Re=0,048x106 và L/D=11/1,6=6.875  ε1 = 1,1 (Tra theo bảng V.2/15-[3])  Nu = 0,018x1,1x(0,048 x106)0,8 = 110,07 -

Hệ số cấp nhiệt α1=

Nuxλ D

=

110,07x0,03854 1,6

= 2,65 W/m2.K

4.6.2 Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh α2. Qúa trình truyền nhiệt từ thành ngoài của thiết bị sấy đến môi trường xung quanh là quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên và do bức xạ nhiệt.  Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên α2’. Do thùng sấy đặt nằm ngang với góc nghiêng không lớn, nên việc xác định hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên xem như là xác định hệ số cấp nhiệt của ống nằm ngang khi không khí có thể tích lớn chuyển động tự do. Đối với trường hợp này, các hằng số vật lý khi tính chuẩn số Nu, Gr theo nhiệt độ trung bình của lưu chất ở xa ống, tức là lấy theo nhiệt độ trung bình của không khí môi trường. Do hệ số dẫn nhiệt của thép không lớn nên xem như nhiệt độ không đổi khi truyền qua bề dày thân thùng và lớp cách nhiệt của thùng. Bảng 4.4 : Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy. Đơn vị

Thông số

Kí hiệu

Nhiệt độ Áp suất hơi bão hòa Hệ số dẫn nhiệt Độ nhớt Khối lượng riêng Độ nhớt động

t0

0

Pb

bar

λ0 μ0

W/m.0K Ns/m2

Nguồn-Công thức

C

Gía trị 27

Bảng 3.1

ρ0

kg/m

υ0

m2/s

3

Phụ lục 6/350[1]

0,035 0,02674 1,9302x10-5 1,1889 1,6235x10-5

-

-

-

Để đảm bảo được năng suất ta phải chọn bề dày lớp cách nhiệt và vật liệu sao cho phù hợp. Ta chọn như sau : Bảng 4.5 : Các thông số về bề dày. Hệ số dẫn Gía trị STT Đại lượng Kí hiệu Vật liệu nhiệt (m) (W/m.K) Bề dày thùng δ1 0,005 1X18H10T 16,3 1 Bề dày lớp cách Bong thủy δ2 0,001 0,05 2 nhiệt tinh Bề dày lớp bảo δ3 0,001 1X18H10T 16,3 3 vệ. Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng (phía tiếp xúc với không khí) : tw4 = 400C. Đây là nhiệt độ thích hợp để nhiệt từ tác nhân sấy sau khi truyền qua vách thùng và lớp cách nhiệt đến phía thành ngoài của thùng thì không còn quá nóng, an toàn cho người làm việc. Đường kính ngoài của thùng sấy : Dng = D+2x(δ1+ δ2+ δ3) = 1,6+2x(0,005+0,001+0,001) = 1,614 m. Chuẩn số Grashof : gxDng 3 x(t w4 − t 0 ) 9,81x1,6143 x(40 − 27) Gr = = = 6,781x109 (1,6235x10−5 )2 x(27 + 273) υ0 2 x(t 0 + 273) Chuẩn số Nuselt : Nu = 0,47 + Gr 0,25 = 0,47 x(6,781x109)0,25 = 134,87 Hệ số cấp nhiệt do bức xạ : α2’=

Nuxλ0 Dng

=

134,87x0,02674 1,614

 Hệ số cấp nhiệt do bức xạ nhiệt α2’’ : 𝛼 ′′ =

-

𝑄𝑏𝑥 = 5,7𝑥𝜀1−2 𝑥 𝐹𝑥(𝑇1 − 𝑇2 )

= 2,234 W/m2.K. (CT V.135/41-[3])

[(

𝑇1 100

4

) −(

𝑇2 100

4

) ]

(𝑇1 − 𝑇2 )

Trong đó : Qbx : nhiệt trao đổi do bức xạ ,W F : bề mặt bức xạ , m2 T1: nhiệt độ của vật thể nóng, 0K, T1=Tw4 T2: nhiệt độ của vật thể nguội bao quanh thùng, 0K, T2=T0 ε1-2: độ đen của hệ. Đối với bức xạ giữa khí và bề mặt vật thể, do bề mặt của khí lớn hơn bề mặt vật thể nên độ đen của hệ xem như bằng độ đen của vật thể : ε1-2 = ε1 = 0,8÷1  Chọn ε1-2 = 0,8. Do đó :

α2′′ =

Q bx = 5,7xε1−2 x Fx(T1 − T2 ) = 5,7x0,8x

[(

[(

100

) −(

T2 100

4

) ]

(T1 − T2 )

40+273 4 100

4

T1

) −(

27+273 4 100

) ]

(40 + 273 − 27 + 273)

= 5,254

W m2 . K

 Hệ số cấp nhiệt chung α2 α2 = α2’ + α2’’ = 2,234 +5,254 = 7,488 W/m2.K.

(CT V.134/41-[3])

4.6.3 Hệ số truyền nhiệt K -

Hệ số truyền nhiệt K đối với tường hình ống có chiều dày không dày lắm so với đường kính, khi bỏ qua nhiệt trở xem như qua vách phẳng. 1 1 2 K= 1 = 1 0,005 0,001 0,001 1 = 1,88 W/m . K δi 1 3 + + + + + ∑i=1 + α1

-

λi

2,65

α2

𝜋𝑥𝐷𝑡𝑏 2

-

-

0,05

16,3

7,488

4.6.4 Bề mặt truyền nhiệt F. Đường kính trung bình của máy sấy: Dtb = (D+Dng)/2 = (1,6+1,614)/2 = 1,607 m Bề mặt truyền nhiệt: gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai đầu của thùng : F = 𝜋x Dtbx L + 2x

-

16,3

4

= 𝜋x1,607x11+ 2x

𝜋𝑥1,6072 4

= 60 m2.

4.6.5 Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài ∆ttb. Gọi t1đ, t1c : nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy đi qua thùng sấy. t2đ, t2c : nhiệt độ môi trường xung quanh.  t1đ = t1 = 2000C  t2đ = t2 = 900C  t2đ = t2c = t0 = 270C Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất ở đầu vào và ra của thùng sấy. ∆tđ = t1đ – t2đ = 200 – 27 = 1730C ∆tc = t1c – t2c = 90 – 30 = 600C Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài. ∆𝑡𝑡𝑏 =

∆𝑡đ −∆𝑡𝑐 ∆𝑡 𝑙𝑛 đ ∆𝑡𝑐

=

173−60 𝑙𝑛

173 60

= 106,7 0C

4.7 Trở lực qua thùng sấy. Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp hạt nằm trên cánh và trên mặt thùng mà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và cánh từ trên xuống. Do đó, trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấy có những đặc thù riêng và được tính theo các công thức kinh nghiệm theo phần 10.2.3/212-213-[1]. -

Chuẩn số Reynolds : v′xd 0,666x0,0005 = = 15,04 υ 2,2145x10−5 Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy : (CT 10.23/213-[1]). 0,25x(G1 + G2 )xβ 0,25x(2170 + 2000)x0,15 ρdx = = = 4,72 kg/m3 . 0,75x2xV 0,75x2x22,11 Trở lực dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu sấy : (CT 10.19/213-[1]) 2 axLxv′ xρxCl ∆phạt = 2xgxd Re =

-

-

Trong đó : L : chiều dài thùng sấy , L = 11 m. v’ : tốc độ của tác nhân sấy , v’ = 0,666 m/s. ρ : khối lượng riêng của tác nhân sấy, ρ=0,8309 kg/m3. g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. d : đường kính trung bình hạt, d = 0,0005 m. a : hệ số thủy động (CT 10.20/213-[1]) a= 5,85 +

490 Re

+

100 √Re

= 5,85 + +

490 15,04

+

100 √15,04

= 64,22

Cl : hệ số đặc trưng cho độ chặt của lớp hạt ζ= Cl = -

ρv −ρdx ρv 1−ζ ζ2

=

=

1020−4,72

1020 1−0,9954 0,9954 2

= 0,9954

(CT 10.22/213-[1]).

= 0,00464

(CT 10.21/213-[1])

Suy ra : 2

∆phạt

axLxv ′ xρxCl 64,22x11x0,6662 x0,8309x0,00464 = = 2xgxd 2x9,81x0,0005 = 123,14 mmH2 O.

4.8 Chọn kích thước cánh đảo trong thùng. -

-

Sử dụng cánh nâng có các thông số đặc trưng như sau:  Hệ số điền đầy : β = 0,15  Góc gấp của cánh : ∆φ = 1400. Các thông số tra bảng (Bảng 6.1 – [4]) cho dạng cánh nâng:  

-

h

= 0,576

D Fc

D2

= 0,122

Bề mặt chứa vật liệu của cánh : Fc = 0,122xD2 = 0,122x1,62= 0,3123 m2. Ta chọn :  Chiều rộng cánh : b = 0,19 m  Chiều cao cánh : d = 0,08 m  Chiều dài cánh : lc =

Fc b+d

=

0,3123 0,19+0,08

= 1,156 m

 Chiều dày cánh : f = 0,005 m  Số cánh trên một mặt cắt : 8 cánh.  Với chiều dài thùng sấy là L = 11 m ta lắp 72 đoạn cánh dọc theo chiều dài thùng, ở đầu nhập liệu của thùng lắp cánh xoắn để dẫn vật liệu vào thùng. -

Tỷ lệ vật liệu chứa đầy trong thùng : β =

Fcđ F1

Trong đó : F1 : tiết diện ngang của thùng . F1 =

πxD2 4

=

πx1,62 4

= 2,01 m2

Fcđ : tiết diện chứa đầy.  Fcđ = : βx F1= 0,15x2,01= 0,3015 m2. αxπxR2

−

R2 xsin2α

 α = 550.

-

Mà : Fcđ =

-

Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng : h = Rx(1-cosα) = 0,8x(1-cos550) = 0,34 m.

180

2

CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ. 5.1 Calorifer cấp nhiệt. Calorifer là thiết bị truyền nhiệt dùng để gia nhiệt gián tiếp cho không khí sấy. Trong ký thuật thường dùng hai loại calorifer là calorifer khí – hơi và calorifer khí – khói. Ở đây, ta chọn calorifer khí – hơi, loại thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm, làm bằng giàn ống có cánh. Trong ống là hơi nước bão hòa ngưng tụ và ngoài ống là không khí chuyển động. Hệ số trao đổi nhiệt của nước ngưng lớn hơn nhiều so với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt ngoài của ống với không khí, do đó bên ngoài ống phía không khí được làm cánh để tăng cường truyền nhiệt. Vậy calorifer sử dụng là loại ống chùm với ống có cánh. Calorifer được bố trí nằm ngang. Với tác nhân sấy là không khí, nhiên liệu đốt sử dụng là hơi nước bão hòa. Ta chọn các thông số như sau : Bảng 5.1 : Các thông số của tác nhân qua Calorifer. Tác nhân sấy

Không khí

Hơi đốt

Hơi nước bão hòa

Nhiệt độ vào t2đ=t0 Nhiệt độ ra t2c = t1 Áp suất Nhiệt độ ngưng tụ T

270C 2000C 2 at 2120C

Chọn một số kích thước của Calorifer để sử dụng trong tính toán : Bảng 5.2 : Một số kích thước của Calorifer. Thông số Chiều dài Đường kính ngoài Bề dày ống Đường kính trong Ống Bước ống ngang dòng lưu chất Bước ống dọc theo dòng lưu chất ngoài ống Chiều dài cánh Khoảng cách giữa hai cánh Cánh Bề dày cánh Đường kính cánh Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống và cánh

Kí hiệu L d2 δ d1

Đơn vị

s1 s2

m

Gía trị 1,5 0,02 0,002 0,016

Ghi chú

d1 = d2 -2x δ

0,05

Chọn

0,0433

Trường hợp xếp ống so le: s2 = 0,866x s1

Chọn

h

0,002

tc

0,005

Chọn

δc dc

0,001 0,024

dc = d2 + 2x h

57

Thép CT20

λ

W/m.K

5.1.1 Hiệu số nhiệt độ trung bình. -

Hiệu số nhiệt độ của hai dòng lưu chất ở đầu vào ra của Calorifer :  ∆tđ = T –t2đ = 212 – 27 = 1850C.  ∆tc = T – t2c = 212 – 200 = 120C.

Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và hơi nước cấp nhiệt :  ∆t tb =

∆tđ −∆tc ∆t ln đ ∆tc

=

185−12 185 12

ln

= 63,24 0C

5.1.2 Hệ số cấp nhiệt phía không khí ngoài ống α2. a) Các thông số của không khí ngoài ống. Tác nhân sấy là không khí ở nhiệt độ môi trường là 270C sau khi đi qua Calorifer sẽ được gia nhiệt lên 2000C để đi vào thùng sấy tiến hành sấy vật liệu. Bảng 5.3 : Các thông số của không khí ngoài ống. Thông số Nhiệt độ trung bình Độ ẩm trung bình Hệ số dẫn nhiệt Độ nhớt Áp suất hơi bão hòa Khối lượng riêng Độ nhớt động

Kí hiệu tk φk λk μk Pb ρk υk

Đơn vị 0 C % W/m.K Ns/m2 Bar kg/m3 m2/s

Nguồn – Công thức 0,5x(t0+t1) 0,5x(φ0+ φ1) Bảng PL6/350-[1] Bảng I.250/312-[2] Bảng PL6/350-[1] μk/ ρk

Gía trị 113,5 36,25 0,0311 0,0000214 0,653 0,986 2,17x10-5

b) Hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống α2. - Số cánh trên một ống : L 1,5 nc = = = 250 cánh t c + δc 0,005 + 0,001 - Diện tích phần không làm cánh của ống : F′0 = πxd2 xt c xnc = πx0,02x0,005x250 = 0,079 m2 - Diện tích phần cánh của một ống : (Trang 219-[6]). 2 2 πxdc πxd2 ) xnc F′c = 2x ( − 4 4 πx0,0242 πx0,022 ) x250 = 0,069 m2 = 2x ( − 4 4

-

Đường kính tương đương của ống : F′0 xd2 + F′c x√ dE =

-

F′c 2xnc

0,079x0,02 + 0,069x√ =

-

-

-

-

2x250

4

Vận tốc dòng khí tính ở cửa thiết bị truyền nhiệt đường kính 0,25m. D2 1,52 ω = ω0 x 2 = 0,76x = 27,36 m/s d 0,252 Vận tốc không khí tại khe hẹp nhất của Calorifer: ω 27,36 ωmax = = 0,02 2x0,002x0,001 d2 2xhxδc + ) 1−( + ) 1−( s1

-

0,069

F′0 + F′c 0,079 + 0,069 = 0,016 m Lưu lượng không khí cần được gia nhiệt là 1,34 m3/s (Mục 4.4), chọn đường kính của ống dẫn khí là 1,5 m. V 1,34 ω0 = = = 0,76 m/s 2 D 1,52 πx πx 4

-

(Trang 219-[6]).

s1 x(δc +tc )

0,05

0,05x(0,001+0,005)

= 46,63 m/s Chuẩn số Reynolds : 𝜔𝑥𝑑𝐸 27,36𝑥0,016 𝑅𝑒 = = = 20173 𝜐𝑘 2,17𝑥10−5 Với ống xếp so le, chuẩn số Nusselt: s1 − d2 −0,2 s1 − d2 Nu = 0,251xRe0,67 x( ) x( + 1)−0,2 d2 tc 0,05 − 0,02 −0,2 0,05 − 0,02 = 0,251x201730,67 x( ) x( + 1)−0,2 0,02 0,005 = 120 Hệ số cấp nhiệt của cánh : Nuxλk 120x0,0311 αc = = = 233,25 W/m2 . K dE 0,016 Hệ số cấp nhiệt tương đương phía ống có cánh: F′ c α2 = αc x ′ x(ɳc + χ) F2 Trong đó : F ′ 2 : diện tích ngoài của một ống có cánh. F ′ 2 = F ′ 0 +F ′ c = 0,079 + 0,069 = 0,148 m2. ɳc : hiệu suất cánh tròn , chọn là 0,95

χ=

F′0 F′c

=

0,079 0,069

= 1,145.

Nên:

: ′

Fc 0,069 x(ɳc + χ) = 233,25x x(0,95 + 1,145) ′ F2 0,148 = 227,82 W/m2 K - Hệ số làm cánh: α2 = αc x

εc = 1 +

nc x(dc 2 −d2 2 ) 2xd1 xL

=1+

250x(0,0252 −0,022 ) 2x0,016x1,5

= 2,17

5.1.3 Hệ số cấp nhiệt phía trong ống α1. Sự cấp nhiệt phía trong ống là cấp nhiệt do hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống đứng. Bảng 5.4 : Các thông số của hơi nước bão hòa ngưng tụ trong ống. Thông số Áp suất của hơi nước bão hòa. Nhiệt độ nước ngưng Nhiệt độ thành ống phía tiếp xúc hơi nước ngưng tụ Nhiệt độ trung bình của mạng nước ngưng tụ. Hệ số dẫn nhiệt Độ nhớt. Khối lượng riêng. Độ nhớt động. Ẩn nhiệt ngưng tụ.

-

Kí hiệu

Đơn vị

Gía trị

P

at

2

T tw

212 0

211 W/m.K Ns/m2 kg/m3 m2/s kJ/kg

Chọn

210

C

tm λn μn ρn υn R

Ghi chú

0,683 0,000195 912,2 0,000000197 2095

tm=0,5x(T+ tw)

Tra theo tm Tra theo T

Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi nước trên ống đứng, khi màng chất ngưng tụ chảy tầng : α1 =

λn 3 xρn 2 0,25 R 1,13x( ) x( )0,25 μn Lx(T−tw )

1,13x(

=

0,6833 x912,22 0,25 2095 ) x( )0,25 0,000195 1,5x(212−210)

= 1115 W/m2 . K

5.1.4 Hệ số truyền nhiệt K. -

Tỷ số giữa đường kính ngoài và đường kính trong của ống : d2 0,02 = = 1,25 d1 0,016

-

Với

d2 d1

< 1,4 thì hệ số truyền nhiệt K được tính như với vách phẳng : K=

1 1 α1

δ

1

λ

α2 xεc

+ +

=

1 1 1115

+

0,001 57

+

1

= 340,46

227,82x2,17

W m2 K

5.1.5 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt và kích thước của Calorifer. Nhiệt lượng cần cung cấp cho Calorifer : Q = Lx(I1-I0) = 3777,78x(246,694-67,904) = 675429 kJ/h. - Diện tích bề mặt trong các ống, chọn hiệu suát Calorifer là 0,95. Khi đó F1 là: Q 675429 F1 = = = 33,02 m2 Kx∆t tb xɳ 340,46x63,24x0,95 - Tổng số ống trong Calorifer. F1 33,02 n= = = 437,9 ống πxd1 xL πx0,016x1,5  Chọn số ống n = 469 ống theo tiêu chuẩn (Bảng V.11-[3])  Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh là : m = 25 (Bảng V.11-[3])  Số hình sáu cạnh : Z = 12 (Bảng V.11-[3]) - Kích thước của Calorifer bố trí ống đứng:  Chiều dài : L = mxs1 = 25x0,05 = 1,25 m.  Chiều rộng : a = Zxs2 = 12x0,0433 = 0,52 m.  Chiều cao : h = mxs2 = 25x0,0433 = 0,9 m. -

5.2 Tính và chọn Xyclon. Khi tác nhân sấy không khí nóng đi qua máy sấy thường mang rất nhiều hạt bụi nhỏ, chúng cần được thu hồi để làm sạch môi trường không khí thải ra. Trong hệ thống sấy thùng quay thường sử dụng Xyclon đơn. Loại này đảm bảo độ làm sạch bụi lớn nhất với hệ số sức cản thủy lực là nhỏ nhất. Theo kinh nghiệm diện tích tiết diện ống chính giữa Xyclon nên lấy bằng (3÷4) lần tiết diện của kênh dẫn. Tốc độ tác nhân sấy không vượt quá (20÷25) m/s. Thể tích Xyclon tính theo lưu lượng tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy. Chọn loại Xyclon ЦH-15 với góc nghiêng của cửa vào α = 150. Ta chọn: D = 700mm.

Lưu lượng Xyclon chính là lưu lượng tác nhân sấy ra khỏi thiết bị : Vc = V2 = 4420 m3/h = 1,23 m3/s. Dựa vào (Bảng III.4/524-[2]) ta chọn kích thước cho Xyclon như sau: Bảng 5.5: Kích thước cơ bản của Xyclon ЦH-15 theo đường kính. Kích thước loại ЦH-15 Đường kính trong Chiều cao cửa vào Chiều cao ống tâm có mặt bích Chiều cao phần hình trụ Chiều cao phần hình nón Chiều cao phần bên ngoài ống tâm Chiều cao chung Đường kính ngoài của ống ra Đường kính trong của của tháo bụi Chiều rộng của cửa vào Chiều dài của ống của vào Khoảng cách từ tận cùng Xyclon đến mặt bích Góc nghiêng giữa nắp và ống vào Hệ số trở lực của Xyclon

Kí hiệu D a

Công thức 0,66xD

Gía trị 700 462

h1

1,74xD

1218

h2 h3

2,26xD 2xD

1582 1400

h4

0,3xD

210

H

4,56xD

3192

d1

0,6xD

420

d2

0,4xD

210

b1/b l

0,26xD/0,2xD 0,6xD

182/140 420

hs

0,24xD

224

α

150

ζ

105

Đơn vị

mm

Độ

5.3 Tính trở lực và chọn quạt. Quạt là bộ phận vận chuyển không khí và tạo áp suất cho dòng khí đi qua các thiết bị: calorifer, thùng sấy, đường ống, xyclon… Năng lượng do quạt tạo ra cung cấp cho dòng khí một áp suất động học để di chuyển và một phần khắc phục trở lực trên đường ống vận chuyển. Năng suất của quạt được đặc trưng bởi thể tích khí vào hay ra khỏi thiết bị sấy. Do hệ thống dài, có trở lực lớn nên ta dùng 2 quạt đặt ở đầu và cuối hệ thống:  Quạt đặt ở đầu hệ thống – quạt đẩy có nhiệm vụ cung cấp không khí cho calorifer. Không khí ngoài trời được quạt đẩy đưa qua calorifer, trao đổi nhiệt rồi đưa vào thùng sấy, qua 2 đoạn ống cong 900.

 Quạt đặt ở cuối hệ thống – quạt hút có nhiệm vụ hút tác nhân sấy qua thùng sấy để cấp nhiệt cho vật liệu sấy và qua Xyclon để thu hồi bụi, qua 1 đoạn ống cong 900. - Trở lực qua lớp hạt trong thùng sấy: ∆Phạt = 123,14 mmH2O. (Mục 4.7). - Trở lực qua Xyclon : theo kinh nghiệm lấy trở lực qua Xyclon là ∆Px = 20 mmH2O, trở lực cục bộ và các tổn thất phụ được lấy thêm 5%. ∆Pt = 1,05x(∆Phạt+∆Px) = 1,05x(123,14+20) = 150,297 mmH2O. - Áp suất động. Gỉa sử tác nhân sấy ra khỏi quạt là vq = 2 m/s. Khi đó : ∆Pđ =

ρxv2 2xg

=

1,1889x22 2x9,81

= 0,24 mmH2O.

-

Cột áp của quạt ∆Pq = ∆Pt + ∆Pđ = 150,297 + 0,24 = 150,537 mmH2O.  Chọn quạt : Căn cứ vào Vtb = 4833,67 m3/h và ∆Pq = 150,537 mmH2O ta chọn quạt N05 với hiệu suất ɳ = 0,55, A = 6700. Do đó số vòng quay của quạt là: A 6700 n= 0= = 1340 vòng/phút N 5

5.4 Thiết kế bộ truyền động. 5.4.1 Công suất của thùng quay. Công suất cần thiết để quay thùng : N = 0,13x10-2xD3xLxaxnxρ (CT VII.54/123-[3]) -2 3 = 0,13x10 x1,6 x11x0,053x2x1020 = 6,33 kW. Trong đó: a: hệ số phụ thuộc vào dạng cánh (Bảng VII.5/123-[3]), a = 0,053. ρ : khối lượng riêng xốp trung bình , kg/m3. D,L : đường kính và chiều dài của thùng, m.  Chọn động cơ Fukuta AEEF có các đặc tính sau:  Công suất động cơ : : Nđc = 8 kW.  Vận tốc quay : nđc = 1500 vòng/phút.  Hiệu suất : ɳ = 80%.  Hệ số công suất : cosφ = 0,74. - Công suất làm việc của động cơ: Nlv = Nđc x ɳ = 8 x 0,8 = 6,4 kW.  Nlv > N thỏa điều kiện làm việc. -

5.4.2 Tỉ số truyền động. -

Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống : i =

nđc nthùng

=

1500 2

= 750

Do tỷ số truyền của động cơ lớn, nên cần phải sử dụng bộ giảm tốc cho động cơ. Ở đây, ta sử dụng hộp số giảm tốc kiểu trục vít- bánh răng. Hệ thống

-

truyền động như sau: trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít này truyền động qua bánh vít (giảm cấp i01), từ bánh vít qua bánh răng nhỏ của hộp giảm tốc, rồi qua bánh răng lớn (giảm cấp i12), sau đó ra khỏi hộp giảm tốc, truyền qua tang dẫn động và đến thùng qua bánh răng lớn gắn vào thùng (giảm cấp i23). Chọn tỷ số truyền : i12 = 4 và i23 = 6. Tỷ số truyền từ động cơ sang trục vít : i 750 i01 = = = 31,25 i12 xi23 4x6 n n Số vòng quay của các trục: i= k => nk+1 = k

-

Công suất để quay thùng: Nlv= Nđc x ɳ = 6,4 kW

-

Công suất ở các trục: n =

-

Trong đó theo (Bảng 2- 1/27-[7]), chọn hiệu suất ở các bộ truyền động như sau:

-

nk+1

Nk+1 Nk

i

=> Nk+1 = n x Nk

 Bộ truyền bánh răng trụ hở : ηhở = 0,95  Bộ truyền bánh răng trục kín: ηkín = 0,98 -

Bộ truyền trục vít: ntv =

ndc nhđ ×nkín

= 0,913

Bảng 5.6 : Bảng sơ đồ truyền động. Động cơ Tỷ sô truyền

Trục 1

Trục 2

Trục 3

31,25

4

6

n, vòng/phút

1500

48

12

2

N, kW

6,4

6,08

5,96

5,44

5.4.3 Bộ truyền bánh răng. Bộ truyền này có chức năng truyền động từ tang dẫn động đến bánh răng lớn gắn vào thùng. Đây là sự truyền động giữa 2 trục song song, do đó ta chọn bộ truyền động bánh răng trụ răng thẳng, ăn khớp ngoài, truyền động hở.  Chọn vật liệu chế tạo bánh răng. Dựa vào (Bảng 3-8/40-[7]) ta chọn vật liệu như sau:

Bảng 5.7 : Vật liệu chế tạo bánh răng. Bánh răng lớn

Bánh răng nhỏ

Vật liệu

Thép C35 thường hóa

Thép C45 thường hóa

Độ rắn

HB=160

HB=190

Giới hạn bền kéo

σb = 480 N/mm2

σb = 580 N/mm2

Giới hạn chảy

Σch = 240N/mm2

Σch = 290N/mm2

Chọn nhóm bánh răng có độ rắn HB <= 350, được cắt gọt chính xác say nhiệt luyện (do độ rắn tương đối thấp), không đòi hỏi phải qua các giai đoạn tu sửa đắt tiền như mài, nghiền…. Bánh răng có khả năng chịu mòn tốt. Để tránh dính bề mặt làm việc của răng, lấy độ rắn của bảnh răng nhỏ lớn hơn bánh răng lớn 30-50HB, chọn mẫu thép bánh nhỏ khác bánh lớn.  Xác định ứng suất uốn cho phép. -

Đối với răng làm việc một mặt: [σu] =

1,5 ×σ−1 , n ×kσ

N/mm2

(CT 3-5/42 – [7])

Trong đó: σ-1 (N/mm2): giới hạn môi uốn  Thép C45: σ-1=0,45 x 580 = 261 N/mm2 

Thép C35: σ-1=0,45 x 480 = 216 N/mm2

N: hệ số an toàn. Đối với bánh răng bằng thép rèn thường hóa, chọn n = 1,5. kσ: hệ số tập trung ứng suất ở chân răng. (kσ =1,8 với bánh răng làm bằng thép thường hóa) -

Ứng suất uốn cho phép của:  Bánh răng nhỏ:≥[𝜎𝑢 ]nhỏ= 

1,5×261 1,5×1,8

Bánh răng lớn: :≥[𝜎𝑢 ]lớn=

= 145 N/mm2

1,5×216 1,5×1,8

= 120 N/mm2

 Chọn hệ số dài tương đối dài của bánh răng. -

Đối với bộ truyền động bánh răng trụ răng thẳng, trục và ổ tương đối cứng (HB ≤ 350), theo (Bảng 3-17/51-[7]): ψm= Trong đó:

𝑏 𝑚

= 20÷ 30, chọn ψm= 20

b(mm) : chiều rộng của bánh răng m(mm): môđun của bánh răng

 Chọn số răng và hệ số dạng răng. -

Chọn số răng của bánh răng nhỏ ( bánh răng dẫn động) Z1=35 răng.

-

Theo (Bảng 3-18/52-[7]), chọn hệ số dạng răng y1=0,4135.  Moodun của bánh răng.

-

3

m≥ √ 𝑦

19,1×106 ×𝐾×𝑁

19,1×106 ×1,3𝑥5,96

3

1 ×𝑍1 ×𝑛×𝜓𝑚 ×[𝜎𝑢]

=√

0,4135×35×2×20×145

= 12,08

 Chọn môđun của bánh răng trụ theo tiêu chuẩn ( Bảng 3-1/34-[7])  m =15mm  Chọn hệ số tải trọng K = 1,3 - 1,5. Do ta sử dụng bộ truyền động chế tạo bằng vật liệu có khả năng chịu mòn, vận tốc thấp, nên chọn hệ số tải trọng K = 1,3.  Xác định khoảng cách trục A, số răng và chiều rộng bánh răng. -

Khoảng cách trục được xác định theo công thức sau : m= (0,01 ÷ 0,02) A



A=

15

(CT 3-22/49-[7])

= 1500÷ 750 mm

0,01÷0,02

 Chọn khoảng cách trục giữa 2 bánh răng A=875 mm 2×𝐴

2×875

-

Số răng bánh dẫn (nhỏ) : Z1=

-

Số răng bánh dẫn (lớn): Z2= i ×Z1 = 4 × 35 = 140 răng.

-

Chiều rộng bánh răng dẫn: b= ψm × m = 20 × 15 = 300 mm

-

Chiều rộng bánh răng bị dẫn : b’ = 300 – 15 = 285 mm

=

= 35 răng.

𝑚×(𝑖×1) 15×(4x1)

5.5 Vành đai và con lăn đỡ. 5.5.1 Vành đai. - Bề rộng của vành đai : B = 100 mm - Bề dày của vành đai là hiệu giữa bán kính ngoài và bán kính trong của vành đai. Đối với thùng tảu trọng nặng, bề dày vành đai xác định như sau: ℎ=

𝐵 2,6

=

100 2,6

= 38,46  h = 40 mm

- Vật liệu làm vành đai : thép CT3,  = 7850 kg/m3. Bảng 5.8 : Một số kích thước của vành đai.

Gân để lắp vành đai

Chân đế

Chiều cao

h1 = 70 mm

h3 = 80 mm

Bề rộng

h2 = 40 mm

h4 = 90 mm

-Đường kính ngoài vành đai : Dđai = (1600 + 2.8) + 2(100+40) = 1880 mm. 5.5.2 Con lăn đỡ. Lực thùng quay có khuynh hướng kéo thùng tụt xuống, do đó ta đặt con lăn chặn sát vách vành đai để giữa thùng ở vị trí ổn định. Trên thùng quay, ta lắp hai con lăn chặn nằm về hai phía của vành đai đặt gần bánh răng vòng. Đối với thùng có kích thước lớn và nặng, ta làm con lăn chặn mặt nón. Khi lắp đặt, lắp sao cho trục con lăn vuông góc với mặt đất.

KẾT LUẬN Đối với hệ thống sấy thùng quay này, việc thiết kế tính toán dựa nhiều vào các công thức thực nghiệm, được cho trong nhiều tài liệu khác nhau. Mặt khác, trong quá trình tính toán đã sử dụng số liệu thay thế các nguyên liệu khác. Việc sử dụng công thức, số liệu như vậy khó có thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thiết kế. Để có thiết kế được chính xác ta cần lập hệ thống hoạt động thử để kiểm tra và chọn chế độ làm việc tối ưu. Đồng thời, việc thiết kế hệ thống dựa nhiều trên tài liệu lý thuyết chứ không có thực tế kinh nghiệm, nên đồ án này còn có nhiều điều chưa hợp lý, em rất mong được sự góp ý hướng dẫn thêm của thầy (cô) để có thể hoàn thành tốt các môn học sau này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO. - [1] PGS-TSKH. Trần Văn Phú. Tính toán và thiết kế hệ thống sấy. NXB Giáo Dục. - [2] Trần Xoa và các tác giả. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1. NXB Khoa học – kỹ thuật. - [3] Trần Xoa và các tác giả. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 2. NXB Khoa học – kỹ thuật. - [4] Nguyễn Văn Lụa. Kỹ thuật sấy vật liệu. NXB Đại học Quốc gia TP.HCM - [5] Hồ Lệ Viên. Thiết kế - tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất – Tập 1. NXB Khoa học – kỹ thuật. - [6] PGS-TSKH. Trần Văn Phú. Kỹ thuật sấy. NXB Giáo Dục. - [7] Nguyễn Trọng Hiệp và Nguyễn Văn Lẫm. Thiết kế chi tiết máy. NXB Giáo Dục. - [8] Nguyễn Bin. Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất thực phẩm – Tập 1 : Các quá trình thủy lực, bơm, quạt, máy nén. NXB Khoa học – kỹ thuật. - [9] Phạm Văn Bôn. Các quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm – Tập 2 : Truyền nhiệt. NXB Đại học Quốc gia T.PHCM - [10] Võ Văn Bang và Vũ Bá Minh. Qúa trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm – Tập 3: Truyền khối. NXB Đại học Quốc gia TP.HCM. - [11] Hoàng Văn Chước. Thiết kế hệ thống thiết bị sấy. NXB Khoa học – kỹ thuật. - [12] NguyễnVăn Lụa. Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm. NXB Khoa học – kỹ thuật.