Tính toán và thiết kế hệ thống sấy đường thùng quay, năng suất 1500 kg h BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓ.
TỔNG QUAN
Khái niệm chung về sấy
Quá trình sấy là phương pháp làm khô vật thể thông qua bay hơi, không chỉ đơn thuần tách nước mà còn là một quy trình công nghệ phức tạp Mục tiêu của sấy là đảm bảo chất lượng vật liệu sau khi sấy và tiết kiệm năng lượng Sấy giúp giảm khối lượng, giảm chi phí vận chuyển và kho bãi, đồng thời tăng độ bền cho các vật liệu như gốm, sứ, gỗ Đặc biệt, quá trình này còn quan trọng trong việc bảo quản lương thực và thực phẩm trong thời gian dài.
1.1.2.1 Phân loại theo cách cấp nhiệt:
+ Sấy đối lưu: cấp nhiệt cho vật bằng trao đổi nhiệt đối lưu( tự nhiên hoặc cưỡng bức).
+ Sấy bức xạ: cấp nhiệt cho vật liệu bằng trao đổi nhiệt bức xạ.
+ Sấy tiếp xúc: cấp nhiệt bằng cách cho vật sấy tiếp xúc với vật có nhiệt độ cao hơn.
+ Sấy bằng điện trường cao tần: Cấp nhiệt bằng cách cho vật liệu vào trong điện trường cao tần, vật ẩm lúc này sẽ nóng lên.
1.1.2.2 Phân loại theo chế độ thải ẩm:
+ Sấy dưới áp suất khí quyển:
1.1.2.3 Phân loại phương pháp sấy theo cách xử lý không khí:
+ Sấy dùng xử lý ầm ( hút ẩm):
+ Sấy kết hợp gia nhiệt và hút ẩm:
1.1.2.4 Nguyên lý của quá trình sấy:
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối phức tạp, bao gồm khuyếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu rắn cùng với truyền nhiệt Quá trình này diễn ra theo chuỗi, chuyển nước từ pha lỏng sang pha hơi và tách pha hơi ra khỏi vật liệu Động lực chính là sự chênh lệch độ ẩm giữa bên trong và bề mặt vật liệu Khuyếch tán chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt lớn hơn áp suất hơi riêng phần trong không khí Vận tốc sấy phụ thuộc vào giai đoạn chậm nhất của quá trình, trong khi nhiệt độ có thể thúc đẩy hoặc cản trở sự di chuyển ẩm Môi trường không khí ẩm xung quanh cũng ảnh hưởng lớn đến vận tốc sấy, do đó cần nghiên cứu các tính chất và thông số cơ bản của quá trình này.
Tóm lại nghiên cứu quá trình sấy thì phải nghiên cứu hai mặt của quá trình sấy
Mặt tĩnh lực học liên quan đến việc áp dụng cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng để xác định mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và đầu ra của vật liệu sấy cũng như các tác nhân sấy Qua đó, chúng ta có thể xác định thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy hiệu quả.
Mặt động lực học nghiên cứu mối quan hệ giữa độ ẩm vật liệu và thời gian sấy, cũng như các thông số quá trình như tính chất, cấu trúc, kích thước vật liệu và điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy Qua đó, có thể xác định chế độ và thời gian sấy phù hợp.
Chọn tác nhân sấy, chế độ sấy
1.2.1: Tác nhân sấy và phân loại:
Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy.
Trong quá trình sấy, việc bổ sung ẩm từ vật liệu sấy vào buồng sấy là rất quan trọng Nếu độ ẩm này không được loại bỏ, độ ẩm tương đối trong buồng sẽ tăng lên, dẫn đến sự cân bằng giữa vật liệu và môi trường sấy Khi đạt đến mức độ cân bằng này, quá trình thoát ẩm của vật liệu sẽ ngừng lại, ảnh hưởng đến hiệu quả sấy.
Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy:
- Gia nhiệt cho vật sấy.
- Tải ẩm : mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường.
- Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.
Không khí ẩm là một trong những tác nhân sấy phổ biến, có thể áp dụng cho hầu hết các loại sản phẩm mà không làm ô nhiễm hay thay đổi mùi vị của chúng Tuy nhiên, khi sử dụng không khí ẩm làm tác nhân sấy, cần trang bị thêm bộ gia nhiệt như calorife khí, hơi hay khói Nhiệt độ sấy không nên vượt quá 500 độ C, vì nếu quá cao, thiết bị trao đổi nhiệt sẽ cần phải được chế tạo từ hợp kim hoặc gốm sứ, dẫn đến chi phí cao hơn.
- Khói lò: khói lò được dùng làm tác nhân sấy có thể nâng nhiệt độ sấy lên
1000 0 C mà không cần thiết bị gia nhiêt tuy nhiên làm vật liệu sấy bị ô nhiễm gây mùi khói.
- Hơi quá nhiệt: tác nhân sấy này được dùng cho các loại sản phẩm đễ bị cháy nổ và có khả năng chụi được nhiệt độ cao.
1.2.2 Thiết bị sấy và chế độ sấy:
Do sự khác biệt trong điều kiện sấy ở từng trường hợp, có nhiều loại thiết bị sấy khác nhau Điều này dẫn đến nhiều phương pháp phân loại thiết bị sấy dựa trên các yếu tố cụ thể.
Thiết bị sấy đối lưu là phương pháp sấy phổ biến nhất, sử dụng nguyên lý đối lưu không khí để làm khô sản phẩm Các loại thiết bị sấy đối lưu bao gồm: thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm và thiết bị sấy thùng quay, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng, phù hợp với nhu cầu sấy khác nhau.
-Thiết bị sấy bức xạ: Dùng phương pháp sấy bức xạ Thiết bị này dùng thích hợp cho 1 số sản phẩm.
-Thiết bị sấy tiếp xúc: Dùng phương pháp sấy tiếp xúc, có các kiểu:
+Thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu lò quay.
+Thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng.
-Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần: dùng phương pháp điện trường cao tần.
-Thiết bị sấy thăng hoa: Dùng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa, việc loại ẩm phải dùng máy hút chân không kết hợp bình ngưng kết.
Thiết bị sấy chân không thông thường hoạt động bằng cách thải ẩm thông qua máy hút chân không, không sử dụng phương pháp cấp nhiệt bằng đối lưu mà thay vào đó là sử dụng nhiệt theo cách bức xạ và dẫn nhiệt.
Chế độ sấy là phương pháp tổ chức quá trình truyền nhiệt và chất giữa tác nhân sấy và vật liệu, nhằm đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm đáp ứng yêu cầu, đồng thời kiểm soát chi phí vận hành và năng lượng một cách hợp lý.
Một số chế độ sấy thường gặp:
1.Chế độ sấy có đốt nóng trung gian: Chế độ sấy này dùng để sấy những vât liệu không chụi được nhiệt độ cao
2 Chế độ sấy hồi lưu một phần: Chế độ này khá tiết kiệm năng lượng nhưng lại tồn nhiều chi phí đầu tư thiết bị.
Chế độ sấy hồi lưu toàn phần là một phương pháp sấy kín, trong đó tác nhân sấy được hồi lưu hoàn toàn Phương pháp này thích hợp để sấy các sản phẩm không chứa nước, đồng thời cũng hiệu quả trong việc thu hồi tinh dầu từ các loại nguyên liệu.
4 Chế độ sấy hồi lưu và đốt nóng trung gian.
Giới thiệu về nguyên liệu và sản phẩm sấy
1.3.1 Tên gọi và phân loại khoa học:
Mía, thuộc chi Mía (Saccharum), là tên gọi chung cho một số loài cỏ sống lâu năm trong tông Andropogoneae của họ Hòa thảo (Poaceae) Chúng phát triển tốt ở các khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm tại châu Âu, châu Á và châu Phi Mía có thân to mập, chia đốt, chứa nhiều đường và chiều cao từ 2-6m.
- Loài mía ăn (Saccharum officinarum L.): Nguồn gốc ở các đảo nam Thái Bình Dương (New Guinea), hiện nay chỉ tìm thấy ở dạng mía trồng.
Loài mía Trung Quốc (Saccharum sinense Roxb Emend Jesw) có nguồn gốc từ Trung Quốc, Ấn Độ, Mianmar và miền Bắc Việt Nam Cây mía này nổi bật với khả năng sinh trưởng mạnh mẽ, thích ứng tốt với nhiều điều kiện môi trường, cho thời gian thu hoạch sớm Mía Trung Quốc có đặc điểm nhiều xơ và hàm lượng đường trung bình.
Loài mía Ấn Độ (Saccharum barberi Jesw) có nguồn gốc từ phía bắc Ấn Độ, với thân nhỏ, hình trụ và màu xanh hoặc vàng Loài mía này nổi bật với tỷ lệ xơ cao và đường trung bình, chín sớm, có khả năng thích ứng tốt và khả năng tái sinh mạnh mẽ nhờ đẻ nhánh nhiều.
- Loài mía dại thân nhỏ (Saccharum spontaneum L.) Mọc dã sinh từ sườn núi
Himalaya đến nam Ấn Độ Thân nhỏ, vỏ cứng, nhiều xơ, đường rất thấp.
Tính thích ứng rộng Sức sinh trưởng rất mạnh, đẻ khỏe.
1.3.1.2 Đường: a) Tổng quát: Đường hay chính xác hơn là đường ăn là tên gọi chung của những hợp chất hóa học ở dạng tinh thể thuộc nhóm phân tử cacbohydrat
+ Monosaccharides (đường đơn): Glucose, galactose, fructose (đường trái cây).
+ Disaccharides: Saccarose (đường mía), lactose (đường sữa), maltose (đường mạch nha), trehalose.
Polyols như sorbitol và mannitol là những hợp chất quan trọng trong ngành thực phẩm Đường cát, sau khi được li tâm và rửa với nước, có độ ẩm 1,75% nếu rửa bằng nước có độ ẩm, trong khi độ ẩm chỉ còn 0,5% khi rửa bằng nước hơi ở nhiệt độ từ 70-80°C Quá trình sấy đường không chỉ giúp tăng độ bóng sáng cho sản phẩm mà còn đảm bảo đường khô ráo, tránh hút ẩm trong quá trình bảo quản.
Tính chất vật lý của đường:
+Là chất kết tinh không màu, không mùi, trong suốt, có vị ngọt.
+Không tan trong nước, rượu … Dễ tan trong nước độ tan tỉ lệ với nhiệt độ.
-Tính chất hóa học của đường:
+Trong môi trường acid pH< 7 đường sacaroza bị thủy phân thành glucoza và fructoza.
+Trong môi trường kiềm đường sacaroza bị phân hủy.
Chọn phương án sấy và thiết bị sấy
1.4.1 Chọn phương án sấy: Đường được sấy liên tục với tác nhân là không khí nóng Vật liệu và tác nhân đi vào cùng một chiều và không khí sau khi sấy sẽ đi qua xiclon thu hồi bụi đường và đường thành phẩm được tháo ra qua cửa tháo nguyên liệu.
Hệ thống sấy thùng quay là một phương pháp sấy đối lưu phổ biến trong công nghệ sau thu hoạch, chủ yếu để sấy các loại hạt ngũ cốc Cấu trúc chính của hệ thống này là một thùng sấy hình trụ được đặt nghiêng với tỷ lệ từ 1/15 đến 1/50 Thùng sấy hoạt động với tốc độ từ 1,5 đến 8 vòng/phút nhờ vào động cơ điện kết hợp với hộp giảm tốc Vật liệu được đưa vào phễu chứa và di chuyển theo chiều quay của thùng, trong khi đó, quá trình xáo trộn diễn ra, giúp vật liệu sấy di chuyển từ đầu cao xuống đầu thấp Trong suốt quá trình này, tác nhân sấy và vật liệu sấy tiến hành trao đổi nhiệt và độ ẩm hiệu quả.
Quá trình sấy diễn ra đều đặn và hiệu quả nhờ vào sự tiếp xúc tốt giữa vật liệu và tác nhân sấy, với cường độ sấy cao, có thể đạt tới 100 kg ẩm bay hơi trên mỗi mét khối mỗi giờ.
+ Thiết bị gọn có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.
Nhược điểm: vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị tạo bụi, vỡ vụn Do đó nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy.
1.4.3: Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng qua
Hình 1: Máy sấy thùng quay
4: Phiễu nhập liệu 13: Băng tải tháo liệu
5: Van trái khế 14: Quạt hút
6: Thùng quay 15: Lưu lượng kế
Máy sấy thùng quay gồm 1 thùng hình trụ (6) đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang 1- 6 0 Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ (9).
Bánh đai được đặt trên bồn con lăn đỡ, cho phép điều chỉnh khoảng cách giữa các con lăn để thay đổi góc nghiêng của thùng, từ đó điều chỉnh thời gian lưu vật liệu Thùng quay nhờ vào bánh răng (10), ăn khớp với bánh răng dẫn động, nhận truyền động từ động cơ (7) qua bộ giảm tốc.
Vật liệu ướt được nạp liên tục vào thùng phễu chứa và được chuyển dọc theo thùng nhờ các cánh đảo, giúp phân bố đều và tăng cường bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy Không khí nóng trong máy sấy di chuyển với vận tốc 2–3 m/s, trong khi thùng quay với tốc độ 5–8 vòng/phút Cuối quá trình, vật liệu khô được tháo ra qua cơ cấu tháo sản phẩm và vận chuyển vào kho bằng băng tải xích.
Hệ thống tách bụi giúp loại bỏ các hạt bụi từ khí thải, trong đó các hạt bụi nhỏ được tách ra và hồi lưu qua tải xích Sau đó, khí sạch sẽ được hút ra bởi quạt.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Sơ đồ quy trình công nghệ
Hình 2: Sơ đồ công nghệ
Thuyết minh quy trình công nghệ
Sau khi ly tâm, đường được chuyển đến gầu tải để vận chuyển lên cao và nhập liệu vào thùng sấy Tại đây, đường sẽ được xáo trộn bởi các cánh đảo trong quá trình quay của thùng, đồng thời diễn ra trao đổi ẩm với tác nhân sấy Quá trình này tiếp tục cho đến khi đường đạt độ ẩm kỹ thuật yêu cầu Cuối thùng sấy, đường tách ẩm sẽ được tháo ra và vận chuyển bằng băng tải Do nhiệt độ đầu ra cao, đường cần được làm nguội bằng hai phương pháp: sử dụng luồng không khí lạnh thổi cưỡng bức hoặc làm nguội tự nhiên qua hệ thống băng tải với độ dài thích hợp.
Không khí ở điều kiện bình thường được quạt đẩy vào hệ thống qua ống dẫn khí vào calorife để trao đổi nhiệt, sau đó dẫn vào thùng sấy với nhiệt độ còn 90°C Tại thùng sấy, tác nhân sấy truyền nhiệt và dẫn ẩm ra khỏi vật liệu, làm nhiệt độ giảm xuống còn 40°C khi ra khỏi thùng Không khí ra khỏi thùng có bụi đường, được dẫn vào cyclon để lọc và thu bụi, trong khi không khí sạch được thải ra ngoài Calorife được gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa ở áp suất 2 atm từ lò hơi, với nhiên liệu đốt lò hơi là xác mía hoặc dầu FO.
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
Cân bằng vật chất
3.1.1.Tính các thông số của tác nhân sấy:
3.1.1.1:Các công thức sử dụng:
-Dùng tác nhân sấy là không khí.
-Áp suất hơi bão hòa:
-Độ chứa ẩm: x=0,621( B −φ P φ P b b ) , [ Kgkkk Kg ],(P95-[2]) với :
B: áp suất khí trời, (Bt=0,981 bar)
-Enthapy của không khí ẩm:
I = C pk t+x(r+C pa t)= 1,004.t + x.(2493 + 1,97.t) ,[ Kgkk Kg ] ,(P95-[2]) Với :
Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, Cpk = 1,004 Kg K KJ
Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, Cpa = 1,97 Kg K KJ r : ẩn nhiệt hóa hơi của nước , r = 2493 KJ Kg
-Thể tích riêng của không khí ẩm : v= M ( B−φ P RT b ) = B 288 −φ P T b ,[ m 3
M : khối lượng không khí, M = 29 Kmol Kg
B, pb :áp suất khí trời và áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí , N m 2
-Lưu lượng không khí ẩm :
L : lưu lượng của không khí khô, Kg h v : thể tích riêng của không khí ẩm, m 3 h
-Khối lượng riêng của không khí ẩm : ρ k =ρ 0 T 0
B ), [ Kg m 3 ], (P94-[2]) Với : ρ 0 = 1,293 Kg m 3 : khối lượng riêng của không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn.
T 0 = 273 K : Nhiệt độ không khí ở điều kiện tiêu chuẩn.
3.1.1.2 : Tính các thông số của của tác nhân sấy :
- Trạng thái không khí ngoài trời : được biểu diễn bằng trạng thái A, xác định bằng các thông số t0, φ 0.
Chọn trạng thái A theo giá trị ở thành phố Hồ Chí Minh.
0,981 ) = 1,1629, Kg m 3 -Trạng thái không khí đưa vào caloriphe :
-Trạng thái không khí đi ra khỏi caloriphe :
0,981 ) = 1,1020, Kg m 3 Đại lượng Trạng thái không khí ban đầu (A)
Trạng thái không khí khi vào thiết bị (B)
Tráng thái không khí ra khỏi thiết bị
Bảng 1: Số liệu trạng thái của tác nhân sấy lý thuyết
3.1.2 Thành lập cân bằng vật chất của máy sấy:
Vật liệu cần sấy là đường có thành phần như sau:
- Năng suất tính sản phẩm: G2= 36 tấn/ngày = 1500kg/h
- Độ ẩm vật liệu vào máy sấy: W1 = 3%
- Độ ẩm vật liệu ra khỏi máy sấy: W2 = 0.05%
- Nhiệt độ sấy cho phép: t1 = 90 0 C
- Nhiệt độ ra của tác nhân sấy: t2 = 40 0 C
- Chất tải nhiệt là hơi nước bão hòa
- Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều
Khối lượng vật liệu vào thùng sấy:
3.1.2.2 Khối lượng vật liệu khô trước và sau quá trình không thay đổi G k
3.1.2.3 Lượng tác nhân khô cần thiết và lượng tác nhân tiêu hao:
Lượng tác nhân khô cần thiết:
Lượng tác nhân tiêu hao riêng: l = W L = x 1
2−x 1 = 0,0399−0,01971 = 49,5050 [ Kgẩm Kgkk ] Đại lượng Giá trị Đơn vị
Bảng 2: Bảng cân bằng vật chất.
Cân bằng năng lượng
Quá trình sấy không có bổ sung nhiệt lượng, QBS=0.
Thiết bị sấy thùng quay không có thiết chuyển tải, QCT=0.
-Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:
Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong caloriphe: L(I1-I0)
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G1-W).CV1+W.Ca].tV1.
-Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:
Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: L(I2-I0).
Nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che: QBC.
Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang ra: G2.CV2tV2.
Nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, ký hiệu là tV1, thường được xác định bằng nhiệt độ môi trường, cụ thể là tV1 = t0 = 27°C Sau khi vật liệu được sấy khô, nhiệt độ cuối cùng, ký hiệu tV2, sẽ được tính toán bằng công thức tV2 = t2 - (5~10)@-55°C.
Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy vào và ra khỏi thiết bị sấy được ký hiệu là CV1=CV2=Cv, trong đó Cv đại diện cho nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khi có độ ẩm W2.
Ca: nhiệt dung riêng của ẩm với ẩm là nước
-Cân bằng nhiệt lượng vào và ra hệ thống sấy:
L(I2-I1)+[(G1-W)CV1+WCa]tV1=L(I2-I0)+QBC+G2CV2tV2 Đặt: QV=G2CV(tV2-TV1): tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi.
-Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:
-Nhiệt lượng tiêu hao riêng cho 1Kg ẩm cần bốc hơi: q=l(I1-I0)=l(Ì2-I0) + qBC+qv-CatV1
+Tổn thất nhiệt qua cơ cấu bao che:
+Nhiệt hữu ích: (nhiệt cần thiết để làm bay hơi ẩm trong vật liệu).
Trong đó : rtv1 = 581,5 [ KCal Kg ]
$34,62 [ Kg Kj ]: ẩn nhiệt hóa hơi của nước (Từ nội suy)
Ca=Cpa=1,842 [ Kg K KJ ¿ : nhiệt dung riêng của hơi nước.
+Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy:
Qv=G2Cv(tV2-tV1)= 1500 1,634(35-27)608 ( KJ h )
Với quá trình sấy lý thuyết:
-Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết:
Với quá trình sấy thực tế:
-Đặt ∆= CatV1- qBC-qv: là nhiệt lượng riêng chó quá trình sấy thực.
∆= CatV1- qBC-qv=1,842.27-75,722-438,687 =-464,675 ( K g ẩm KJ )
Trạng thái tác nhân sấy sau quá trình sấy thực phẩm nằm dưới đường I1
( đường sấy thực tế nằm dưới đường sấy lý thuyết).
-Thông số mới của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy: x2= C pk ( t 1−t 2 )+ x 0(i 1 −∆)
0,981 ) = 1,1020, Kg m 3 Đại lượng Trạng thái không khí ban đầu (A)
Trạng thái không khí khi vào thiết bị (B)
Tráng thái không khí ra khỏi thiết bị
Bảng 3: Số liệu trạng thái của tác nhân sấy thực tế
-Lượng tác nhân khô cần thiết:
-Lượng tác nhân tiêu hao riêng: l = W L = x 1
-Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:
-Nhiệt lượng tiêu hao riêng cho 1Kg ẩm cần bốc hơi: q=l(I1-I0)=l(Ì2-I0) + qBC+qv-CatV1
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Tính thiết bị chính
Thể tích thùng theo lý thuyết:
+α: góc nghiện của thúng quay, [độ].
+m: hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m=0,5 (cánh nâng)(P122-[2])
+k: hệ số phụ thuộc chiều chuyển động của không khí(sấy ngược chiều k =1,2) (P122-[2])
Tốc độ tác nhân sấy:
- Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trước khi vào calorifer :
-Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy sau khi ra calorifer :
- Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy:
2 = 1948,8+ 2 2164,3= 2056,6 [ m 3 h ] -Tiết diện tự do của thùng sấy:
-Tốc độ của tác nhân sấy: vk = V tb
Chiều cao vật liệu sấy
Tỷ lệ chứa đầy: β = F F cđ
Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng: h = R.(1-cos(α)) = 1,27 2 (1-cos(58 0 ) = 0,299 [m]
Diện tích vật liệu tác dụng lên thùng:
Khối lượng vật liệu trong thùng: mnl = G1.τ1 = 1544,697.0,923 = 1425,755 [kg]
Bề dày thùng
Thùng chịu áp suất không khí: 0,1 [ N m 2 ]
Vật liệu làm thùng: Thép OX18H10T. Đơn vị Ký hiệu Giá trị Ứng suất tiêu chuẩn
[σ] * 140 Ứng suất cho phép N mm 2
Hệ số bền mối hàn Đơn vị φh 0,95
Giới hạn an toàn Đơn vị δ 0,95
Bảng 4: Số liệu trạng thái của tác nhân sấy thực tế Ứng suất cho phép của vật liệu:
Chiều dày tối thiểu của thùng:
Hệ số bổ sung kích thước:
+Ca = 0, hệ số bổ sung do ăn món hoá học với vật liệu bền trong môi trường có độ ăn mòn hoá học > 0,05 [ năm mm ].
+Cb = 1 [mm], hệ số ăn mòn do cơ học.
+Cc = 0,5 [mm], hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo.
+C0 = 0,5 [mm], hệ số bổ sung quy tròn.
1,27.1000 = 5,51210 -3 < 0,1 (Thoã) Áp suất cực đại cho phép trong thiết bị:
Góc gấp của cánh đảo: λ = 140 0 Hình 3: Cánh đảo h
+h: chiều cao vật liệu rơi.
+ F C : Bề mặt chứa vật liệu của cánh.
Từ hình vẽ ta chọn các kích thước:
Chọn các kích thước: a = 100 [mm] b 0 [mm] d = 5 [mm]
Với chiều dài thùng sấy LT = 6,34 [m], ta lắp 7 đoạn cánh dọc theo chiểu dài, số cánh trên 1 mặt cắt là 12 cánh.
Chiều dài cánh xoắn để vật liệu vào thùng : lo = LT – n.c = 6,35 – 7.0,86 = 0,33 [m]
Tính trở lực cho thùng sấy
Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:
STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
2 Nhiệt độ trung bình tk 65 C 0
6 Độ nhớt động νk 2,01.10 -5 m 2 s Bảng 5: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy
Khối lượng riêng dẫn suất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy: ρdx = 0,25.( G 1+G 2 ) β
Trở lực dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy:
Trong đó: a: Hệ số thuỷ động: a = 5,85 + 490 ℜ + 100
C: hệ số đặc trưng cho độ chặt của vật liệu:
Tính tồn cách nhiệt cho thùng sấy
Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:
STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
2 Nhiệt độ trung bình tk 65 C 0
6 Độ nhớt động νk 2,01.10 -5 m 2 s Bảng 6: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy
Dòng chảy rối là hiện tượng xảy ra khi quá trình truyền nhiệt do đối lưu bị ảnh hưởng, đặc biệt trong các ống có đường kính nhỏ hơn 50 mm Trong trường hợp này, quá trình truyền nhiệt có thể được xem là do đối lưu cưỡng bức.
Bằng phương pháp nội suy ta có: ɛl = 1,425 (từ bảng dưới)
Hệ số cấp nhiệt: α1 = Nu λ D D
Hệ số cấp nhiệt từ thành ngồi của thùng đến môi trường xung quanh:
Các thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Hệ số dẫn nhiệt λ0 [ m K W ] 0,02649 Độ nhớt μ0
Bảng 7: Hệ số cấp nhiệt từ thành ngồi của thùng đến môi trường xung quanh
Trong đó: δ1 : Bề dày thân thùng. δ2 : Bề dày lớp cách nhiệt. δ3 : Bề dày lớp bảo vệ.
Thông số Ký hiệu Giá trị Vật liệu Hệ số dẩn nhiệt λ
Lớp cách nhiệt δ2 0,01 Bông thuỷ tinh 0,04
Bảng 8: Thông số bề dày thùng Đường kính ngoài của thùng sấy:
Hệ số cấp nhiệt α 2 : α2 = Nu λ D 0 ng = 118,2.0,02669
Hệ số truyền nhiệt của thùng:
Bề mặt truyền nhiệt của thùng:
-Đường kính trung bình của thùng:
HIệu số nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy với môi trường xung quanh: Gọi: t1 = tđ1 = 90 0 C t2 = tc2 = 40 0 C
Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh: qxq= K F TN ∆ t TB
Thiết kế hệ thống truyền động cho thùng quay
Công suất động cơ dung quay thùng:
Trong quá trình hoạt động, công suất của động cơ cần lớn hơn công suất của thùng quay một mức nhất định để khắc phục ma sát Theo tài liệu "Thiết kế chi tiết máy" của Nguyễn Văn Lẫm, động cơ A02-41-8 là một lựa chọn phù hợp, với thiết kế là động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ rôto ngắn mạch, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết cho quá trình làm việc hiệu quả.
Công suất động cơ: Nđc = 2,2 [KW]
Vận tốc quay: nđc = 720 [ vòng phút ]
Công suất làm việc của động cơ:
Với Nđclv > Nthùng: động cơ đủ điều kiện để quay thùng.
Tỳ số truyền chung của động cơ toàn hệ thống: ic = n n đc thùng r0
Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng ngồi hộp giảm tốc: i23 = 6
Tỷ số truyền của bộ truyền trong hộp giảm tốc: ih = i i c
Tỷ số truyền động từ động cơ sang hộp giảm tốc: i12 = ibánh răng = (0,03÷0,06).ih
Tỷ số truyền động từ động cơ sang trục vít: itrục vít = i01 = i i h
Công suất cần để quay thùng:
Hiệu suất các bộ phận:
-Bộ truyền bánh răng trụ hở: Hhở = 0,93
-Bộ truyền bánh răng trụ kín trong hộp giảm tốc: Hkín = 0,96
Thông số Động cơ Trục 1 Trục 2 Trục 3
Bảng 9: Bộ truyền trục vít
Bánh răng có độ rắn (HB) : HB ≤ 350.
Tên nhãn hiệu Giới hạn bền kéo Độ rắn Đường kính phôi Bánh răng lớn Thép 35 thường hoá
Bảng 10: Bộ truyền bánh răng Định ứng suất mỏi và ứng suất mỏi uốn cho phép: Ứng suất tiếp xúc cho phép:
[σ]tx = [σ]Notx.k’N [ N mm 2 ] (P38-[4]) Trong đó:
[σ]Notx: Ứng suất cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài, [ N mm 2 ]. k’N : Hệ số chu kì ứng suất tiếp xúc, tính theo công thức. k’N = √ 6 N N tđ 0 (P42-4])
No: Số chu kỳ cơ sở của đường cong tiếp xúc mỏi.
Ntđ: Số chu lỳ tương đương.
Trường hợp bánh răng chịu tải trọng thay đổi:
Với: n :Số vòng quay trong 1 phút của bánh răng [ vòng phút ].
T : Tổng số giờ làm việc của bánh răng [h]. u : Số lần ăn khớp khi bánh răng quay 1 vòng [lần].
Bánh răng lớn Bánh răng nhỏ Nguồn
340 ngày/năm, 8 h/ ngày. u 1 1 Bánh răng trụ răng thẳng
Chọn [σ]tx = 520 [ N mm 2 ] để tính tốn. Ứng suất uốn cho phép:
Khi bánh răng làm việc hai mặt:
[σ]u = σ −1 n K k ' ' N σ [ N mm 2 ] (P42-[4]) Trong đó: σ-1 : giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ mạch động và trong chu kỳ đối xứng với thép thì σ-1 = 0,4.σ*bk n : Hệ số an toàn.
Kσ : Hệ số tập trung ở chân răng Kσ =1,8 (P44-[4]) k’’N : Hệ số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn, tính theo công thức: k’’N = m √ N N tđ 0
N0: Số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn, có thể lấy: N0=5.10 6 , (P44-[4])
Ntđ: Số chu kỳ tương đương. m: bậc đường cong mỏi uốn, lấy m = 6 với thép thường hoá hoặc tôi cài thiện.
Bánh răng nhỏ Bánh răng lớn Nguồn
340 ngày/năm, 8 h/ ngày. kσ 1,8 1,8 Bánh răng thép thường hoá.
M 6 6 Bánh răng thép thường hoá u 1 1 Bánh răng trụ răng thẳng.
Chọn sơ bộ hệ số tải trọng ( K ):
Chọn sơ bộ K = 1,2-1,5, Trị số nhỏ dung cho các bộ truyền bằng vật liệu có khả năng chạy mòn Chọn: K = 1,4.
Chọn hệ số chiều rộng bánh răng:
Với bộ truyền tải nhỏ và trung bình : ΨA = A b =0,3 ÷ 0,45
Xác định khoảng cách trục A:
Với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
Trong đó: n2 : số vòng quay trong một phút của bánh bị dẫn n2 = 1 [ Vòng phút ]
N: Công suất của bộ truyền, [kW]
A i √ (i ± 1) b n 3 K N 2 ≤ [σ] tx (P45-[4]) b: Chiều dài răng (mm) b = ΨA.600 = 180 [mm] σtx = 1,05.10 6
Vận tốc vòng v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng: v = π d 1 n 1
Cấp chính xác của bánh răng trụ răng thẳng: là 9.
Hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A:
Ktt: Hệ số tập trung tải trọng với tải trọng không đổi thì Ktt=1.
Hệ số tải trọng động (Kđ) được xác định dựa trên cấp chính xác chế tạo, vận tốc vòng và độ rắn mặt răng Đối với vận tốc vòng nhỏ hơn 1, cấp chính xác là 9 và độ rắn mặt răng không vượt quá 350, Kđ sẽ có giá trị là 1,1.
1,1 100 = 27,27 % >5% Điều chình lại trị số trục A
A = Asơ bộ.√ 3 K K sơ bộ = 600 √ 3 1,4 1,1 = 553,65 [mm]
Mođun, số răng, chiều rộng bánh răng:
Chọn hệ số dịch giao: ɛ = 0
số bánh răng tối thiểu là: 14,3 [Răng]
Chiều rộng bánh răng: b = ΨA.A = 0,3.560 = 168 [mm]
Chọn chiều rộng bánh răng lớn: b2 = 170 [mm]
Với bộ truyền bánh răng trụ, nên lấy chiều rộng b của bánh răng nhỏ lớn hơn bánh răng lớn 5 ÷ 10 mm. b1 = 180 [mm]
Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
Bộ truyền bánh răng trụ thẳng yêu cầu điều kiện m ≥ √3 19,1.10 y Z n ψ 6 K N m [σ] u (P51-[4]) Trong đó, m đại diện cho môđun của bánh răng thẳng, y là hệ số dạng răng, Z là số răng và n là số vòng quay trong một phút của bánh răng đang tính Đặc biệt, chiều dài tương đối của răng đối với bánh răng thẳng được xác định bởi công thức Ψm = m b.
Bánh răng nhỏ Bánh răng lớn Nguồn
Tính kích thước chủ yếu của cặp bánh răng: (P36-[4])
STT Thông số Ký hiệu
Công thức Bánh răng dẫn
8 Đường kính vòng đỉnh răng
9 Đường kính vòng chân răng
Bảng 12: Kích thước của cặp bánh răng
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
Trong quá trình sấy, không khí nóng đi qua máy sấy có thể mang theo nhiều hạt bụi nhỏ Để thu hồi khí thải và vật liệu sấy trước khi thải ra môi trường, người ta sử dụng cyclon, được lắp đặt ở đường ống thoát khí.
Không khí vào cyclon chính là không khí sau khi ra khỏi máy sấy, có các thông số như sau:
+ t2 = 40 o C; + Khối lượng riêng: 38 = 1,102 kg/m 3 (Bảng I.255, P318-[1]) + Ở nhiệt độ 40 o C thể tích riêng của không khí là:
+ Lưu lượng tác nhân sấy thực tế: L’ = 2613, 8596 (kgkkk/h)
+ Lưu lượng không khí vào cyclon:
+ Gọi ∆Pcyclon là trở lực của cyclon, ta có:
Suy ra: ∆Pcyclon = r k 740 = 1,1354.740 = 840,196 (N/m 2 ) + Tốc độ quy ước:
(CT III.48, P522-[1]) Trong đó: ξ là hệ số phụ thuộc vào kiểu cyclon
Chọn loại cyclon là cyclon đơn (LIH – 24) thì ξ = 60 (Bảng III.10, P528-[1])
Dựa vào đường kính ta chọn loại cyclon đơn LIH – 24 Đường kính trong D = 0,9544 (m), với các thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 13: Các kích thước cơ bản của cyclon LIH – 24
Các thông số Kí hiệu CT Giá trị
Chiều cao cửa vào a (mm) 1,11D 555
Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 (mm) 2,11D 1055
Chiều cao phần hình trụ h2 (mm) 2,11D 1055
Chiều cao phần hình nón h3 (mm) 1,75D 875
Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h4 (mm) 0,4D 200
Chiều cao chung H (mm) 4,26D 2130 Đường kính ngoài ống ra d1 (mm) 0,6D 300 Đường kính trong của cửa tháo bụi d2 (mm) 0,4D 200
Chiều rộng của cửa vào b1/b (mm) 0,26D/0,2D 1300
Chiều dài của cửa vào l (mm) 0,6D 300
Khoảng cách từ tận cùng cyclon đến mặt bích h5 (mm) 0,32D 160
Góc nghiêng giữa nắp và ống vào α 24 0 24 0 Đường kính trong của cyclon D (mm) 400 – 1000 500
Hệ số trở lực của cyclon 𝜉 60 60
Calorifer là thiết bị truyền nhiệt quan trọng, được sử dụng để gia nhiệt gián tiếp cho không khí trong quá trình sấy Chức năng chính của calorifer là nâng cao nhiệt độ không khí từ t0 lên t1, cung cấp nhiệt lượng cần thiết cho vật liệu sấy và đồng thời giảm độ ẩm tương đối, từ đó cải thiện khả năng hấp thụ ẩm của vật liệu.
Có 2 loại calorifer để đốt nóng không khí: calorifer khí hơi và calorifer khí khói Ta chọn calorifer khí hơi, đây là loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn 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 ống với không khí.
Nhiệt độ không khí vào calorifer bằng nhiệt độ môi trường: t1’ = t0 = 40 0 C Chất tải nhiệt đi trong ống là hơi nước bão hòa có Phnbh = 2,755 (at)
Nhiệt độ không khí ra khỏi calorifer bằng nhiệt độ không khí vào máy sấy: t2’ t1 = 90 0 C.
5.2.1 Số liệu chọn và tính kích thước
Thiết bị được chọn là loại có ống chùm Không khí nóng đi ngoài ống, khói lò đi trong ống và chuyển động chéo dòng.
Chọn ống truyền nhiệt làm bằng đồng có các gân để nâng hệ số truyền nhiệt, hệ số dẫn nhiệt của đồng là l = 385 (W/m.độ) (Bảng 1.1, P8, [10])
+ Đường kính ngoài của ống: dng = 0,035 (m)
+ Đường kính trong của ống: dtr = 0,025 (m)
+ Đường kính của gân: dg = dng.1,4 = 0,035.1,4 = 0,049 (m)
+ Khoảng cách giữa hai gân: bg = 0,01 (m)
+ Chiều cao của gân: g ng d d 0,049 0,035 h 0,007
+ Chiều dày của ống: ng tr d d 0,035 0,025
- - d= = (m) + Bề dày của bước gân: b = 0,004 (m)
+ Chiều cao của ống: lô = 1,2 (m)
+ Số gân trong một ống: g g lô 1,2 m 120 b 0,01
= = (gân) + Tổng chiều dài của gân: Lg = b.mg = 0,004.120 = 0,48 (m)
+ Tổng chiều dài không gân: Lkg = lô – Lg = 1,2 – 0,48 = 0,72 (m)
5.2.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt:
+Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy có hồi lưu (theo tính toán thực tế): l’ = 58,4795 (kg/kg ẩm)
+ Nhiệt độ không khí sau khi qua khỏi calorifer là: t1 = 90 0 C.
+ Thể tích riêng của không khí: (Tra bảng I.255 P318- [1]) Khối lượng riêng của không khí ở các nhiệt độ 90C, 40C, 27C lần lượt là: ρ 90 =0,961 (kg/m 3 ) ρ 40 =1,102 (kg/m 3 ) ρ 27 =1,1629 (kg/m 3 )
3 =0,9360 (kg/m 3 ) + Lưu lượng không khí đi vào calorifer:
Hiệu số trung bình của không khí trong calorifer: t tb t hnbh t tb
Chọn hơi có áp suất bão hòa: P hnbh 2,755(at)
+ Nhiệt độ hóa hơi nước bão hòa: t hnbh 129.6415 C
+ Ẩn nhiệt ngưng tụ: r 2183,085.10 3 (J/kg) = 2183,085 (kJ/kg)
Chọn nhiệt độ hơi nước khi vào: t hn đ 129.6415 C
Chọn nhiệt độ hơi nước khi ra: t hnc 110 C đ đ o hn mt t t t 129,6415 25 104,6415 C
C ttb = 129,6415 – 63,2348 = 66,4066 O C Ứng với giá trị ttb = 66,4066 O C ta có bảng giá trị sau:
(Tra bảng I.255, P318- [1]) Đại lượng Giá trị Đơn vị
Hệ số dẫn nhiệt () 2,97.10-2 W/m.độ Độ nhớt động (v) 2,00.10 -5 m 2 /s
Bảng 14: Các giá trị tại ttb = 69,8969 0 C.
+ Diện tích phía trong của ống:
+ Diện tích mặt ngoài của ống không gân:
+ Diện tích phần bề mặt ngoài của ống có gân:
Ta có: Fg = .dg.Lg +
+ Chọn số ống xếp hàng là: i = 29
+ Khoảng cách của ống ngoài cùng đến calorifer: x” = 0,015 (m) + Chiều dài của calorifer:
+ Diện tích tiết diện ngang của calorifer:
+ Diện tích cản của gân:
+ Diện tích cản của ống:
+ Diện tích của phần tự do:
+ Hệ số cấp nhiệt từ hơi nước bão hòa đến bề mặt ngang của ống:
H: chiều cao ống, H = 1,2 (m) r: ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg), r = 2183,085.10 3 (J/kg)
Hệ số A có giá trị phụ thuộc vào ttb
Chọn: tT = 129,3908 0 C (nhiệt độ thành ống trong của ống)
Dt: Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ và nhiệt độ thành calorifer:
Vậy nhiệt lượng riêng là: q1 = α 1 Δtt = 20207,711.0,2507= 5066,0732 (W/m 2 )
4.2.4 Tính hệ số cấp nhiệt α 2
+ Vận tốc của không khí: ωkk = tdo
F =0,5635 (m/s) + Chuẩn số Reynolds: kk.bg
= + Chuẩn số Nuselts (tính cho trường hợp dòng chảy ngang qua bao bên ngoài ống chùm có gân):
Vì 2300 < Re < 10 4 nên không khí trong calorifer chảy theo chế độ quá độ (Tr16, [3])
Bên cạnh đó: 3000 < Re < 25000 và dng/bg = 3,5 (P20, [3]).
Nên ta có: Nu=C ( d b ng g ) 0,54 ( b h g ) 0,14 Rn n Pr 0,4 (CT V.57, P20, [2]) Trong đó: dng: đường kính ngoài của ống, dng = 0,035 (m) bg: bước của gân, bg = 0,01 (m) h: chiều cao gân, hg = 0,007 (m)
Chọn cách sắp xếp ống theo kiểu thẳng hàng, ta có:
54,2657 b 0,01 l - a = = (W/m 2 độ) + Hệ số cấp nhiệt thực tế α2tt:
Dựa vào đồ thị hình V.17.b), P20-[2], ta được: α2tt = 38,786 o C
5.2.5 Tính hệ số truyền nhiệt K:
+ Tổng nhiệt trở của tường: rt d
Với: d: bề dày của ống, d = 0,0025 (m) l : hệ số dãn nhiệt của đồng, l = 385 (W/m.độ)
Fbm: bề mặt ngoài toàn bộ của ống kể cả bề mặt gân tính cho một đơn vị chiều dài ống, (m 2 )
Bề mặt trong của ống được tính cho một đơn vị chiều dài ống với diện tích là (m²) Hệ số cấp nhiệt trong ống được ký hiệu là α1, có đơn vị là (W/m²) Hệ số cấp nhiệt thực tế được ký hiệu là α2tt, cũng có đơn vị là (W/m²) Tổng nhiệt trở của tường và các lớp cặn bẩn được ký hiệu là ồ r t, với đơn vị là (m².độ/W).
(W/m 2 độ) Vậy nhiệt lượng riêng: q2 = K.tm = 38,4827.129,5162 = 4984,1258 (W/m 2 )
Sai số này là cho phép nên các kích thước đã lựa chọn là phù hợp.
5.2.6.Tính các ống truyền nhiệt và kích thước calorifer
+ Diện tích bề mặt trung bình của một ống: bm tr tb
= = (m 2 ) + Tổng số ống truyền nhiệt trong calorifer: tb
= = (ống) + Số ống xếp theo chiều ngang: n 502 m 17 i 29
= = (ống) Vậy các kích thước của calorifer là:
+ Chiều dài của calorifer: Lx = 1,647 (m)
+ Chiều rộng của calorifer: Bx = (m – 1).x’ + 2.x’’ + m.dg
Trong đó: m: số ống xếp theo chiều ngang x': khoảng cách giữa 2 ống x": khoảng cách giữa ống ngoài cùng đến calorifer dg: đường kính của gân
+ Chiều cao của calorifer: Hx = H + 2.Hch
Trong đó: H: chiều cao ống, H = 1,2 (m)
Hch: chiều cao của lớp chắn, chọn Hch = 0,15 (m)
5.3 Tính trở lực và chọn quạt
Quạt đẩy để đẩy không khí từ calorifer vào thùng sấy.
Quạt hút ở cuối hệ thống để hút không khí thải vào cyclone lọc bụi.
5.3.1 Tính trở lực của quá trình
Hệ số trở lực qua cyclone được tính theo công thức sau: ΔPP=ξ ×w q 2 × ρ
, là hệ số trở lực phụ thuộc vào kiểu cyclone; tra bảng ta có = 60.
, là khối lượng riêng của không khí = 1,1 kg/m 3 thay số vào ta có: ΔPρxyclon`×4,9666 2 ×1,1
- Trở lực từ quạt đến calorifer (khoảng cách từ quạt đến calorifer là 1,75 m)
Chọn ống dẫn không khí có đường kính là Φ 0 mm
Vận tốc dòng khí thổi trong ống: ω k = 4× L ' ρ × π × Φ 2 = 4×2613,8596
R e n "0× ( Φ ε ) 9 8 ( CT II.62, P379) Chọn ống bằng tôn có sơn chống rĩ sét, e = 0,5 mm ε Φ=0,5
Hệ số ma sát được tính theo công thức sau: λ=0,1× ( 1,46 × Φ ε + 100 R e ) 0,25 =0,1 × ( 1,46 × 0,5 160 + 100261325,3731) 0,25 =0,0265
(P380, [I]) Trở lực từ quạt đến calorifer là: ΔPρ 1 =λ × L Φ× ρ ×ω 2
2 (CT II.56, P377 [1]) Trong đó: w: vận tốc không khí trong calorifer. ρ: khối lượng riêng của không khí tại nhiệt độ cần tính. ξ: hệ số trở lực cục bộ, ξ =8,3
Nhiệt độ không khí ban dầu là 27 0 C vào calorifer được gia nhiệt đến 90 0 C.
Nhiệt độ trung bình dòng khí trong calorifer: t tb '+90
Từ ttb thì ta có các thông số vật lí của không khí: Tra trong (Bảng 1.255, P318 [1]) μ ,01×1 0 −6 Ns/m 2 λ=2,9×1 0 −2 W/m.độ v',2×1 0 −6 m 2 /s ρ=1,060 Kg/m 3 pr=0,696 Vận tốc không khí trong calorifer là: w= L '
Với F là tiết diện mặt cắt ngang trong calorifer:
Trong đó: Π: chu vi mặt cắt ngang trong calofifer. Π=2×(H+L c )=2×(1,5+1,647)=6,294 mSuy ra: d=4×1,6343 6,294 =1,0386 m
Re=0,4191×1,0386 20,01×10 −6 !655,5851>4000 Vậy ta chọn chế độ chảy xoáy.
Vậy trở lực trong calorifer là: ΔP p 2 =8,3×0,4191 2 ×1,06
- Trở lực từ calorifer đến phòng sấy
Khoảng cách từ calorifer đến buồng sấy là 10 m. Ống dẫn khí có đường kính Φ0mm.
Tương ứng với nhiệt độ sau khi ra khỏi calorifer t1= 90 0 C, tra trong (Bảng I.255, P318 [1]) ta được: ρ=0,972 Kg/m 3 v1,90×1 0 −6 m 2 /s Vận tốc không khí trong ống dẫn: ω k = 4× L ' ρ × π × Φ 2 = 4×2613,8596
- Trở lực trong thiết bị sấy
Tại nhiệt độ trung bình te 0 C ta có: ρ=1,0445 Kg/m 3 , v,495×1 0 −6 m 2 /s
Vận tốc không khí trong ống dẫn: ω k = 4×L' ρ × π ×1,27 2 = 4×2613,8596
- Trở lực đường ống từ buồng sấy đến xyclon
Chọn L= 10 m: chiều dài ống dẫn từ buồng sấy đến xyclon. w=V
Lưu lượng không khí đi trong ống chính là lưu lượng không khí sau khi ra khỏi buồng sấy V = ρ× L'=1,0445 ×2613,8596 '30,1764m 3 /h = 0,7584 m 3 /s.
Tương ứng với nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi buồng sấy là 40 0 C, tra trong (Bảng I.255, P318 [1]) ta được: ρ=1,128 Kg/m 3 v,96×1 0 −6 m 2 /s ω k = 4×L' ρ × π ×1,27 2 = 4×2613,8596
Re=w ×d v = 3,2799×0,5 21,595×1 0 −6 u941,1900>4000 Nên chọn chế độ chảy xoáy.
- Trở lực đường ống từ xyclon đến quạt hút ΔP p6=λ ×L d × ρ ×w 2
2Chọn L= 2 m: chiều dài ống dẫn từ xyclon đến quạt hút.
Tương ứng với nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi buồng sấy là 40 0 C, tra trong (Bảng I.255, P318 [1]) ta được: ρ=1,128 Kg/m 3 v,96×1 0 −6 m 2 /s
Lưu lượng không khí đi trong ống chính là lưu lượng không khí sau khi ra khỏi xyclon:
Re=w ×d v =4,1722×0,5 16,96×1 0 −6 3001,1792>4000 Nên chọn chế độ chảy xoáy.
- Trở lực do đột mở vào calorife
Trong đó F 0 là diện tích mặt cắt ngang của ống m 2
❑ 0 : chu vi mặt cắt ngang của ống m. Π 0 =2× π ×d
2 =0,503 m Suy ra d td =4×0,0201 0,503 =0,1598 m Diện tích mặt cắt ngang trong calorifer
F cat =0,0201 1,6343=0,0123 Vận tốc dòng khí thổi trong ống: ω k = 4× L ' ρ × π × Φ 2 = 4×2613,8596
27,2×1 0 −6 = 200398,825>4000 Nên ξ được xác định theo (P387 [1]), suy ra ξ=0,491 ΔP p 7 =ξ ×w 2 × ρ
- Trở lực do đột thu từ calorife ra ống dẫn không khí nóng
Trong đó F 0 là diện tích mặt cắt ngang của ống m 2
❑ 0 : chu vi mặt cắt ngang của ống m. Π 0 =2× π ×d
2 =0,503 m Suy ra d td =4×0,0201 0,503 = 0,1598 m Diện tích mặt cắt ngang trong calorifer
=0,0201 1,6343=0,0123 Vận tốc dòng khí thổi trong ống: ω k = 4× L ' ρ × π × Φ 2 = 4×2613,8596
27,2×1 0 −6 = 200398,825>4000Nên ξ được xác định theo (P387 [1]), suy ra ξ=0,491 ΔP p 8 =ξ ×w 2 × ρ
- Trở lực do đột mở từ đường ống vào buồng sấy
Tương ứng với nhiệt độ không khí đi vào buồng sấy là 90 0 C, tra trong (Bảng I.255, P318 [1]) ta được : ρ=0,972 Kg/m 3 v1,90×1 0 −6 m 2 /s Diện tích mặt cắt ngang của ống:
4 =0,0201 m 2 Diện tích mặt cắt ngang của buồng sấy:
4 =1,2668 m 2 Vận tốc không khí là: ω k = 4× L ' ρ × F × π ×3600=4×2613,8596
F s =0,02011,2668=0,0159Nên ξ được xác định theo ( Tr387 [1]), suy ra ξ= 0,488 ΔP p 9 =ξ ×w 2 × ρ
- Trở lực do đột thu ra khỏi buồng sấy
Tương ứng với nhiệt độ không khí đi ra buồng sấy là 40 0 C, tra trong (Bảng I.255, P318 [1]) ta được : ρ=1,128 Kg/m 3 v,96×1 0 −6 m 2 /s Diện tích mặt cắt ngang của ống:
4 =0,0201 m 2 Diện tích mặt cắt ngang của buồng sấy:
4 =1,2661 m 2 Vận tốc không khí là: ω k = L ' ρ × F ×3600&13,8596
R e =ω k × d v 2,0239×0,16 16,96×1 0 −6 02112,2642>4000 Nên chọn chế độ chảy xoáy.
F s =0,02011,2661= 0,0159Nên ξ được xác định theo (Bảng N o 13, P387 [1]), suy ra ξ= 0,5 ΔP p 10 =ξ ×w 2 × ρ
Vậy tổng trở lực là: ΔPP=ΔP p xyclon +∑ n=1
5.3.2.1 Quạt đẩy đặt trước calorife
Lưu lượng không khí được đẩy vào
=L ' × v 0&13,8596×0,86"47,9192 m 3 /h=0,6244 m 3 /s Áp suất làm việc toàn phần
B × p kk ρ (CT II.238a, P463, [1]) Trong đó: Hp là trở lực của toàn hệ thống N/m 2
2 28,2567N/m 2 t0 là nhiệt độ làm việc lúc đầu của không khí: t0= 27 0 C
Áp suất làm việc tại chỗ được xác định là Bs5,5 mmHg Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn là ρ = 1,181 Kg/m³, trong khi khối lượng riêng của khí ở điều kiện làm việc là ρ k = 1,16 Kg/m³.
Thay số vào ta có:
Dựa vào năng suất, áp suất làm việc mà quạt cần và theo đồ thị đặc tuyến cả quạt (Tr489 [1]) và ta chọn quạt Π9−57 N 0 5 có hiệu suất khoảng 0,6.
Công suất trên trục động cơ điện là
Trong đó: η q =0,6 là hiệu suất của quạt. η tr =0,95 là hiệu suất truyền động qua bánh đai.
Thay số vào ta được
1000×0,95×0,6 $,1122 kW Công suất thiết lập của động cơ điện: N dc=k × N (CT II.240, P464 [1])
Trong đó k là hệ số dự trữ, với N >5 ta chọn k = 1,1 (Bảng II.48, P464 [1])
Vậy công suất của động cơ là:
5.3.2.2 Quạt hút đặt sau cyclon
Q h =L ' × v 2 =0,91×2613,8596#78,6122m 3 /h = 0,6607 m 3 /s Áp suất làm việc toàn phần:
B × p kk ρ (CT II.238a, P463, [1]) Trong đó:
Hp là trở lực toàn phần của hệ thống: H p =ΔPρ
Nhiệt độ của không khí sau khi ra khỏi thiết bị sấy được xác định là t2 = 40 °C Ở điều kiện làm việc, khối lượng riêng của không khí là ρkk = 1,1 Kg/m³, trong khi khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn là ρ = 1,181 Kg/m³.
B: áp suất tại nơi đặt quạt: Bs5,5 mmHg
Thay số vào công thức trên ta có:
Dựa vào năng suất, áp suất làm việc mà quạt cần và theo đồ thị đặc tuyến cả quạt (Tr485 [1]) và ta chọn quạt Π4−70 N 0 8 có hiệu suất khoảng 0,72.
Công suất trên trục động cơ điện là
Trong đó: η q =0,7 là hiệu suất của quạt. η tr =0,95 là hiệu suất truyền động qua bánh đai.
Thay số vào ta được
1000×0,95×0,7 !,6366 kW Công suất thiết lập của động cơ điện: N dc=k × N (CT II.240, P464 [1])
Trong đó k là hệ số dự trữ, với N >5 ta chọn k = 1,1 (Bảng II.48, P464 [1])
Vậy công suất của động cơ là:
- Đường kính trong của vành đai:
DT : đường kính trong của vành đai , m
DN : đường kính ngoài của thùng sấy, m
- Chọn bề rộng vành đai: B = 100mm
Gọi h là bề dày vành đai:
- Đường kính ngoài của vành đai:
- Vật liệu làm đai: Thép CT3 (ρ thép x50kg/m 3 )
- Khối lượng vành đai: m T =V T ρ T =0,0534.7850A9,19kg
5.5 Tính tải trọng thùng sấy:
+ Thể tích vật liệu làm thùng sấy:
+ Khối lượng vật liệu thân thùng sấy: m T =V T ρ T =0,08892.7850i8,022kg
Tương tự như trên ta tính được khối lượng cửa lớp cách nhiệt và lớ bảo vệ:
Thông số Vật liệu Khối lượng Đường kính Đường kính Khối lượng riêng (kg/m 3 ) trong (m) ngoài (m) (kg)
Lớp bảo vệ Thép CT3 7850 1,287 1,289 201,70
Tổng khối lượng thùng sấy (kg) 925,29
Bảng 15: Thông số than thùng, lớp cách nhiệt, lớp bảo vệ
+ Tải trọng của thùng sấy:
Q=( m thùng +m cánh +m đai +m vật liệu ) =(925,29 + 64,938+ 354,349+ 1425,755).9,81',177.10 3 N
Chọn góc giữa 2 con lăn đỡ là 2.φ` 0 → φ0 0 Phản lực của mỗi con lăn đỡ trên vành đai:
Phản lực T gồm 2 thành phần:
+ Lực đẩy con lăn trượt theo phương ngang:
+ Lực ép gối đỡ con lăn lên bệ:
+ Bề rộng con lăn đỡ:
Bc = B + 50 = 100 + 50 = 150 mm (CT 5-34, Tr245, [7]) + Bề rộng con lăn bằng thép: d c = T
300.15 =3,925cm9,25mm (CT 5-36, Tr245, [7]) Mặt khác:
Lực dọc thừng U được xác định:
Lực U có khả năng kéo thùng tụt xuống, vì vậy cần đặt con lăn chặn sát vành đai để giữ thùng ở vị trí ổn định Trên thùng quay, hai con lăn chặn được lắp đặt ở hai bên vành đai, gần bánh rang vòng Đối với thùng có kích thước lớn và nặng, nên sử dụng con lăn chặn dạng mặt nón để đảm bảo hiệu quả.
Khi lắp đặt, lắp sao cho trục của con lăn vuông góc với mặt đất.
Góc nghiêng của con lăn sinα= d
Trong đó: d – Đường kính con lăn chặn α=3 0 – Góc nghiêng của thùng quay.
Lực lớn nhất tác dụng lên con lăn chặn:
Trong đó: f – là hệ số ma sát giữa vành đai và con lăn chặn. f = 0,1
Chúng tôi chọn cơ cấu nhập liệu bằng gầu tải do những ưu điểm nổi bật như cấu tạo đơn giản, kích thước gọn nhẹ, khả năng vận chuyển vật liệu lên độ cao lớn và năng suất cao.
5.8.1 Chọn các chi tiết cơ bản của gầu tải:
Băng được làm bằng vải cao su
Chọn chiều rộng băng là 400mm, chọn số lớp vải z = 5 (do vật liệu ở dạng hạt).
Chọn loại gầu nông đáy tròn có các kích thước cơ bản sau:
Chiều dài: A = 145 mm Chiều rộng: B = 320 mm Chiều cao: h = 190 mm
Các gầu đáy tròn được lắp trên bộ phận kéo cách nhau một khoảng:
Khi lắp gầu vào băng, cần dập lõm phần kim loại xung quanh lỗ bắt vít để đảm bảo khi ghép gầu với băng, mặt băng và đầu bulông nằm trên cùng một mặt phẳng Điều này giúp băng ôm khít với tang, tạo sự chắc chắn và ổn định trong quá trình vận hành.
Tang của gầu tải băng được chế tạo bằng cách hàn Đường kính tang được xác định:
Chọn đường kính của tang theo tiêu chuẩn D = 800 mm.
Theo bảng 5.11/201–[8], chọn chiều dài tang L = 450 mm.
5.8.2.Xác định năng suất và công suất của gầu tải:
Năng suất của gầu tải:
(P210-[8]) Trong đó: v = 3 m/s : vận tốc của cơ cấu kéo bằng băng.
V = 850 kg/m 3 : khối lượng riêng của vật liệu.
= 0.6 : hệ số chứa đầy vật liệu trong gầu, cho vật liệu dạng hạt.
Công suất của gầu tải:
Công suất cần thiết của động cơ truyền chuyển động cho gầu tải dùng băng: ủc 26.1 2.5 0.25( )
H = 2.5m : chiều cao nâng vật liệu của gầu tải.
= 0.7 : hiệu suất của gầu tải băng, đối với H 30m
Trong quá trình thực hiện đồ án thiết kế hệ thống sấy thùng quay, chúng em đã ôn lại kiến thức từ các môn học trước đó, hiểu sâu về kỹ thuật sấy và nguyên tắc hoạt động của hệ thống Chúng em cũng đã nắm vững các kỹ năng tính toán, thiết kế hệ thống, cũng như tìm kiếm tài liệu và tra cứu thông tin Qua đó, chúng em nhận thức rõ mối quan hệ giữa lý thuyết và thực tiễn, cùng với tầm quan trọng của thiết bị sấy trong sản xuất.
Đồ án môn học đầu tiên của chúng em gặp nhiều khó khăn do kiến thức còn hạn chế và nhiều hệ số tự chọn Quá trình thực hiện không thể tránh khỏi sai sót, và việc sử dụng các công thức cùng phương pháp tính toán từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau đã dẫn đến sự không đồng nhất trong kết quả và sai số cuối cùng.
Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ quý thầy cô để có thể rút ra kinh nghiệm và khắc phục những sai sót trong các đồ án lần sau.
Em xin chân thành cảm ơn!
