Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thùng quay hạt cà phê với phương thức sấy xuôi chiều(1)

Trang 1

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

PHẦN I TỔNG QUAN 5

I GIỚI THIỆU CHUNG 5

1 Mở đầu 5

2 Giới thiệu chung về cà phê 5

II DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CAFE 8

3 Giới thiệu về mấy sấy thùng quay 9

PHẦN II TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU 12

1 Nhiệt dung riêng của than .12

2 Nhiệt trị than: 12

3 Lượng khơng khí tiêu hao cần thiết để đốt chát 1Kg than Lượng khơngkhí lý thuyết L0 để đốt cháy 1Kg than áp dụng công thức: .13

4 Etan phi của nước trong hỗn hợp khí là: .13

5 Cân bằng lị đốt than 13

5.1 Hệ số khơng khí dư lý thuyết 13

5.2 Hệ số khơng khí dư ở buồng đốt và buồng trộn tình theo cân bằngnhiệt trong lị đốt than 14

PHẦN III PHẦN TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 19

1 Lượng ẩm bốc hơi trong q trình sấy 19

2 Lượng vật liệu khơ tuyệt đối 19

3 Phương trình cân bằng nhiệt 19

4 Thể tích thùng sấy: 20

5 Chiều dài của thùng, đường kính của thùng xét tỷ lệ 20

7 Số vịng của thùng sấy là: 21

8 Cơng suất cần thiết để quay thiết bị 22

Trang 2

10 Cân bằng nhiệt lượng trang thiết bị sấy .25

10.1 Nhiệt lượng vào 25

10.2 Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy 26

10.3 Cân bằng nhiệt 28

3.4 Trạng thái của khói là vào máy sấy khí đốt vào và đi ra khỏi máy sấyvà lưu lượng khí 28

PHẦN V: TÍNH TỐN CƠ KHÍ .32

1 Tính tốn hệ thống bánh răng dần động 32

2 Xác định tải trọng 38

3.Trọng lượng vành đai .40

4 Kiểm tra độ bền cho thùng quay 40

5 Tính vành đai: 41

6 Tính con lăn chặn và con lăn đỡ 43

PHẦN VI: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 44

1 Tính tốn lị đốt: 44

2 Quạt thổi vào máy sấy: 45

LỜI CẢM ƠN 51

Trang 3

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, trong các ngành cơng nghiệp hố chất thực phẩm, vật liệu xâydựng, đồ gốm Thì sấy là một q trình quan trọng trong ngành cơng nghiệpthực phẩm cịn đối với các ngành cơng nghiệp, hố chất, sản xuất vật liệu xâydựng thì mỗi quy trình kỹ thuật đều phải yêu cầu phối liệu, nguyên liệu cóđộ ảm nhất định vì vậy mà người ta sấy để điều chỉnh độ ẩm phù hợp với điềukiện công nghệ mặt khác sấy cịn có nhiều lợi ích thiết thực trong cuộc sốngcũng như trong sinh hoạt ví dụ như giảm bớt các chi phi vận chuyển, bảo vệsản phẩm

Sấy có tác dụng tách nước ra khỏi nguyên vật liệu và sản phẩm Do đóđể thực hiện q trình sấy người ta sử dụng các thiết bị sấy như: Buồng sấy,hầm sấy, thùng sấy

Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống chuyên dùng để sấy vật liệu dạngcục nhớ, hoặc dạng hạt có độ ẩm ban đầu lớn và có thể làm việc liên tục, chonăng suất cao.

Em được thầy giáo "Nguyễn Văn Mạnh" giao nhiệm vụ "Tính tốn và

thiết kế hệ thống sấy thùng quay hạt cà phê với phương thức sấy xuôichiều" với:

- Năng suất 10 tấn/giờ

- Độ ẩm đầu của vật liệu là 11%- Độ ẩm đầu ra của vật liệu là 1,0%- Nhiệt độ khói lị vào là 1500C- Nhiệt độ khí thải là 400C- Thiết bị sấy: Sấy thùng quay

Dựa trên những kiến thức đã học cùng với sự chỉ bảo của thầy giáo

Nguyễn Văn Mạnh và các thầy cơ giáo trong khoa Hố của trường Đại học

Trang 4

Phần I Phần tổng quan

Phần II Tính tốn và lựa chọn nhiên liệuPhần III Tính tốn thiết bị chính

Phần IV Tính tốn cơ khíPhần V Tính tốn thiết bị phụPhần VI Kết luận

Do trình độ hiểu biết và kinh nghiệm cịn hạn chế nên đồ án của emkhông thể tránh khỏi sự thiết sót, em rất mong nhận được sự góp ý và sự giúpđỡ của thầy cơ và các bạn để bài làm của em được hoàn thiện hơn.

Em xin được chân thành cảm ơn thầy cô giáo trong khoa Hố của trườngĐại học Cơng nghiệp Hà Nội.

Chúc thầy, cơ có sức khoẻ tốt để hồn thành được các nhiệm vụ đượcgiao.

Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2011Sinh viên

Trang 5

PHẦN I TỔNG QUAN

I GIỚI THIỆU CHUNG1 Mở đầu

Kỹ thuật sấy là một ngành khoa học đóng vai trị vơ cùng quan trọngtrong đời sống hàng ngày cũng như trong sản xuất, đặc biệt trong các ngànhcông nghiệp như: Công nghiệp sản xuất gạch ngói, phân lân Cơng nghiệpthực phẩm.

Từ những năm 70 trở lại đây, con người đã phát triển công nghệ sấyngày một hiện đại hơn nhằm sấy các nông sản thành những sản phẩm khô,không những kéo dài thêm thời gian bảo quản mà còn làm phong phú thêmcác mặt hàng như các loại trái cây khô, cà phê bột, muối, cá khô, thịt khô, lúa,ngô, khoai, sắn

Nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới khơng khí tương đối ẩm ướt chínhvì vậy cơng nghệ sấy ngày càng được chú trọng hơn Đặc biệt kết hợp phơisất để tiết kiểm năng lượng Nghiên cứu thiết bị sất và công nghệ sấy phù hợpvới từng loại nguyên vật liệu để đạt được chất lượng cao nhất.

Trong các ngun liệu sấy thì cà phê địi hỏi kỹ thuật sấy phải cao bởi càphê sau khi sấy phải gói giữ được mùi thơm và màu sắc đặc trưng nên ta phảilựa chọn phương thức sấy và thiết bị sấy sao cho phù hợp, đạt hiệu quả caonhất.

Dựa vào đặc tính của cà phê ta có thể lựa chọn các thiết bị sấy, sấy tháp,sấy thùng quay, sấy hầm.

2 Giới thiệu chung về cà phê

a Cấu tạo quả cà phê

Trang 6

Hình vẽ

+ Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngồi mềm, ngồi bì có màu đỏ vỏ quả cà phêchè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít.

+ Dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt, gọi là trung bì, vỏ thịt cà phê chèmềm, chứa nhiều chất ngọt, dễ xay sát hơn, vỏ cà phê mít cứng và dày hơn.

+ Hạt cà phê sau khi loại từ các chất nhờn và phơi khô gọi là cà phê thóc.Bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng, nhiều chất xơ gọi là "vỏ trấu" tức là nội bìvỏ trấu của cà phê chè mỏng hơn và dễ đập vỡ hơn cà phê vối và cà phê mít.

+ Xát cà phê thóc cịn 1 lớp mỏng, mềm gọi là vỏ lụa, chúng có màu sắcvà đặc tính khác nhau tuỳ theo loại cà phê vỏ lụa cà phê chè có màu sắc vàđặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rấtmỏng và dễ long ra khỏi hạt trong q trình chế biến vỏ cà phê vối có màunâu nhạt, vỏ lụa cà phê mít có màu vàng nhạt bám sát vào nhân của cà phê.

Trang 7

Bảng tỷ lệ các phần cấu tạo của cà phê (tính theo % quả tươi)

Các loại vỏ và nhân Cà phê chè (%) Cà phê vối(%)

Vỏ quả 43 ÷ 45 41 ÷ 42

Lớp nhớt 20 ÷ 23 21 ÷ 42

Vỏ trấu 6 ÷ 7,5 6 ÷ 8

Nhân và vỏ lụa 26 ÷ 30 26 ÷ 29

b Cấu tạo của nhân cà phê

Bao gồm 2 bộ phận: + Phơi

+ Mơ dinh dưỡngThành phần hố học của nhân cà phê

Trang 8

II DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CAFE

`

Thu nhận và bảo quản cà phê

Sàng phân loại và làm sạch

Xát tươi

RửaLàm ráo

Thu được cà phê nhân

Sấy

Trang 9

* Thuyết minh dây chuyền

Cà phê sau khi thu hoạch được đưa vào kho bảo quản từ đó đưa đo sàngđể phân loại hạt và làm sạch chúng trước khi tiếp tục chế biến quả cà phê saukhi phân loại vỏ làm sạch được đưa vào thiết bị trà xát tươi để loại bỏ các lớpvỏ, thịch Các chất nhờn ra bên ngồi sau đó tồn bộ hạt cà phê đã được sáttươi cho vào hệ thống rửa sạch hạt, ráo hết nước thu được cà phê nhân Đưatoàn bộ cà phê nhân vào thiết bị sấy và tiến hành sấy làm khơ, kết thúc qtrình sấy, tiến hành đóng bao sản phẩm.

Pentotan 5(g/100g)Tinh bột 5 ÷ 23 (g/100g)Saccoro 5 ÷ 10 (g/100g)Xenlulo 10 ÷ 20 (g/100g)Hemixenlulo 20 (g/100g)Linhin 4 (g/100g)Canxi 85 ÷ 100 (g/100g)Photphat 130 ÷ 165 (g/100g)Sắt 3 ÷ 10 (mg/100g)Natri 4 (mg/100g)Mangan 1 ÷ 4,5 (mg/100g)

3 Giới thiệu về mấy sấy thùng quay

a Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

Máy sấy thùng quay có cấu tạo gồm một hình trị đặt nghiêng góc khoảngtừ 3 ÷ 5o

Trang 10

một con lăn chặn thùng quay được là nhờ chuyển động bằng bánh răng và hợpgiảm tốc.

- Vật liệu được nạp liên tục vào đầu cao của thùng và được chuyển độngdọc theo thùng nhờ các đệm ngăn các đệm ngăn này vừa có tác dụng phân bốđều vật liệu theo tiết diện thùng, đảm bảo vật liệu, vừa làm tăng bề mặt tiếpxúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vàokích thước của vật liệu sấy Vận tốc của khói lị hay khơng khí nóng đi trongmáy sấy thường là 2 ÷ 3 (m/s)

- Vật liệu thơ được tháo ra theo cơ cấu tháo sản phẩm nhờ may vậnchuyển như băng tải, vít tải rồi đưa vào hệ thống tách bụi như xylon, lọcbụi, để tránh những hạt bụi bị cuốn theo khí thải các hạt bụi được tách ra khỏikhí được dẫn về máy vận chuyển, cịn khí sạch được thải ra ngồi.

- Các loại đệm ngăn được dùng phổ biến trong máy sấy thùng quay gồm6 giai đoạn.

- Đệm ngăn loại mái chèo nâng và loại phối hợp được dùng khí sấynhững vật liệu cục to, ấm và có xu hướng đơng vón cục.

- Đệm ngăn hình quạt có những khoảng khơng thơng với nhau.

- Đệm ngăn phân phối hình chữ thập và kiểu vạt áo trên toàn bộ tiết diệncủa thùng được dùng để sấy các loại vật liệu cục, nhỏ, xốp.

- Máy sấy thùng quay được quy chuẩn hoá theo đường kính thùng là1200; 1400; 1600; 1800; 2800 (mm) tỉ lệ chiều dài và đường kính thùng 4,0÷ 3,5 ÷ 7.

* Ưu điểm của máy sấy thùng quay:

- Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu và tácnhân sấy.

- Cường độ sấy lớn, thiết bị sấy được thu gọn có thể cơ khí hồ và tựđộng hồ tồn bộ khâu sấy.

Trang 11

* Nhược điểm

- Vật liệu bị đảo trộn nhiều lần nên dễ sinh lại do vỡ vụn trong nhiềutrường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy.

b Thuyết minh dây chuyền sản xuất

Vạt liệu sấy được đưa qua cửa nạp liệu và đi vào trong thùng quay nhờnhững đệm chẵn với hệ số đổ đầy β = 0,1 ÷ 0,2.

Tác nhân sấy là sử dụng khói lị rạo ra từ nhiên liệu đốt than từ buồngđốt và được điều khiển tốc độ đi từ 2 ÷ 3 m/s để tránh tạo bụi.

Tác nhân sất và vật liệu sất có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều,nhưng theo thiết kế đi chùng chiều trong thùng sấy nhờ những đệm ngăn, vậtliệu được nâng lên đến độ cao nhất định sau đó rơi xuống trong q trình đóvật liệu trực tiếp tiếp xúc với tác nhân sấy thực hiện quá trình truyền nhiệt vàtruyền khói là bay hơi ẩm.

Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi dọc theochiều dài của thùng.

Trang 12

PHẦN II TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU

Nhiên liệu được sử dụng để cung cấp cho quá trình sấy là than đá có cácthành phần như sau:

Nguyên tố C O S N H A W X

Hàm lượng (%) 76,0

5

3,63 3,79 1,6 4,06 7,87 3 2,78

1 Nhiệt dung riêng của than

Ct = 837 + 3,73 t0 + 625 :x(Sổ tay tập 1 - 153)

Trong đó: x: Hàm lượng chất bốc x = 2,78%

t0 : nhiệt độ của than đá chọn t0 = 250C

Thay số: Ct = 837 + 3,7.25 + 625.0,0278 = 946,875 (s/Kg độ)

= = 0,947 (Ks/ kg độ)

2 Nhiệt trị than:

Nhiệt trị than chia làm hai loại nhiệt trị đó là:+ Nhiệt trị cao (Qc)

+ Nhiệt trị thấp (Qth)* Nhiệt trị cao (Qc)

Qc = [399.C + 1256.H - 109(0-S)] 103(s/kg)[Sổ tay tập 2 - 110]

Trong đó: C, H, S, O là thành phần nguyên tố trong than, thay số ta đượcThay số: Qc = [339.76,05 + 1256.4,06 - 109 (3,36 - 3,79)] 103

= 30897,75.103(s/kg) = 30897,75 (Ks/Kg)* Nhiệt trị thấp (Qth)

Trang 13

W H: Thành phần khối lượng nguyên tố trong than

Thay số: Qth = 30897,75 - 25 (3+9.0,46) = m29909,25 (Ks/Kg)

3 Lượng khơng khí tiêu hao cần thiết để đốt chát 1Kg than Lượngkhơng khí lý thuyết L0 để đốt cháy 1Kg than áp dụng công thức:

L0 = 0,115.C + 0,346.H + 0,043 (S-O) (Kg/Kg)[ Sổ tay tập 2 - 111]

Trong đó: C; H; O là các thành phần nguyên tố trong than thay số vào:Lo = 0,115.76,05 + 0,346.4,06 + 0,043 (3,79 - 3,63)

= 10,157 (Kg/Kg than)

4 Etan phi của nước trong hỗn hợp khí là:

Áp dụng cơng thức:

In = (2493 + 1,97.t).103(s/Kg)

[Các q trình và thiết bị hố chất và thực phẩm T4 = 273]Trong đó: t: nhiệt dộ hỗn hợp khói vào lị: t = 1500C

Thay số vào ta có:

In = (2493 + 1,97.150).103 = 27885 (ks/kg)

5 Cân bằng lị đốt than

5.1 Hệ số khơng khí dư lý thuyết

Trong đó:

Lo: Lượng khơng khí lý thuyết đốt 1kg than L0 = 10,157 (kg/kg than)Qc: Nhiệt trị cao của than Qc = 30897,75 (kg/kg than)

η : hiệu suất buồng đốt: η = (0,85 ÷ 0,95) chọn η = 0,9Ct: nhiệt dung riêng của than Ct = 0,947 (kg/kg)

t: Nhiệt dung riêng của than t = 250C

H; W; A phần trăm khối lượng của Hα, độ ẩm than và độ ẩm tro:

Trang 14

Ckp: Nhiệt dung riêng của khói khơ Ckp = 1,004 (ks/kg độ)t1 : nhiệt độ vào của khói lị t1 = 1500C

t0 : Nhiệt độ vào của khơng khí t0 = 250C

x0: nhiệt độ của khơng khí ở trạng thái ban đầu ở trạng thái khơng khí t=25oC φ = 80% Tra đồ thị I-X

[tập 4 - 225] ta được:

x0 = 0,016 (kg ẩm /kg khơng khí)

I0 = 16 (Kcal/Kg khơng khí) = 16.4,1686 = 66,99 Ks

I1; I0 là entanpi của hơi nước trong khơng khí luồng đốt (t1) và ở ngoàitrời.

I1 = 2493 + 1,97 150 = 2788,5 (ks/kg)I2 = 2493 + 1,97 25 = 2542,25 (ks/kg)Thay số liệu vào ta được:

= 26,3

5.2 Hệ số khơng khí dư ở buồng đốt và buồng trộn tình theo cân bằngnhiệt trong lò đốt than

a Nhiệt lượng vào khi đốt 1kg than

Áp dụng công thức Qvào = Q1 + Q2 + Q3 (ks)Trong đó :

Q1: nhiệt lượng than mang vào (tính theo 1kg than)Q2: Nhiệt lượng do khơng khí mang vào buồng đốtQ3: Nhiệt độ đốt chát 1Kg than

* Áp dụng cơng thức tính Q1

Q1 = Ct Gt t0 (k5)Trong đó:

Trang 15

t0: nhiệt độ than đá vào lò t0 = 250CThay số vào:Q1 = 0,947.1.25 = 23,675 (ks)* Áp dụng cơng thức tính Q2Q2 = L0.α I0Trong đó:α: hệ số dự phịng khí

L0: lượng khí lý thuyết mang vào để đốt hết 1kg thanI0: Hàm nhiệt khơng khí trước khi vào máy sấyThay số vào:

Q2 = 10,157 66,99 α = 680,4 ks* Áp dụng cơng thức tính Q3

Q3 = Qc η

Trong đó: Qc: Nhiệt trị cao của than Qc = 30897,75 (ks/kg)η: hiệu suất lò đốt lấy η = 0,9

Thay số: Q3 = 30897,75 0,9 = 27807,975 (kg/than)Vậy lượng nhiệt vào buồng đốt là:

Qvào = Q1 + Q2 + Q3

= 23,675 + 680,4.α + 2780,975 = 27834,65 + 680,4 α

b Nhiệt lượng ra khỏi buồng trộn khi đốt 1kg than áp dụng công thức:Qra = Q4 + Q5 + Qm (ks)

Trong đó:

Q4: Nhiệt do xỉ mang vào (ks)

Q5: Nhiệt do xỉ mang ra khỏi buồng đốt (ks)

Qm: Nhiệt mất do môi trường (ks)

* Áp dụng công thức tính Q4

Q4 = Gxỉ Txỉ Cxỉ

Trong đó:

Trang 16

Cxỉ: nhiệt dung riêng của xỉ Cxỉ = 0,754 kg/kg độChọn Cxỉ = 0,754 ở sổ tay tập 1 - 162Txỉ = (150 ÷ 1700C) chọn Txỉ = 1500CThay số:Q4 = 0,0787 150 0,754 = 8,90097 (ks)* Áp dụng cơng thức tính Q5Q5 = Gx Cx t1

Với Gx : Khối lượng của chất khí trong lịCx : nhiệt dung riêng của khói lịt1: nhiệt độ khói lị ra khỏi buồng trộnĐể tính Cx áp dụng công thức

(kg/kg độ)

[ Sổ tay tập 2 - 112] (VII.42)

=> Q5 = [ ] t1

Thành phần khối lượng vào máy sấy tính theo 1kg nhiên liệu ở 1500C là+ Tính khối lượng của SO2, CO2, N2, O2, H2O

S = 0,0367.76,04 = 2,79 (kg/kg than) (kg/kg than) = 0,769.α.10,157 + 0,01.16= 7,81.α + 0,016 (kg/kg than)0,2311(α -1) L0 = 0,231(α-1) 10,157= 2,346.α - 2,346 (kg/kg than)[Theo I - 60]

* Nhiệt dung riêng khí ở nhiệt độ t1= 1500C là:

Trang 17

(Hoá và thiết bị 2-313)= 0,222 + 43.10-6.t1 = 0,222+43.10-6.150= 0,22845 (Kcal/kg độ) = 0,95647 (ks/kg)= 0,246 + 1,898.10-7.t1 = 0,246+1,89.10-7.150 = 0,24883 (Kcal/kg độ) = 0,91477 (ks/kg)0,216 + 166.10-7.t1 = 0,216+166.10-7.150= 0,21849 (kcal/kg độ) = 0,91477 (ks/kg)= 0,436 + 199.10-3 t1 = 0,436 + 119.10-6.150= 0,45385 (Kcal/kg độ) = 1,90018 (ks/kg)= 0,3954 +0,1625.α (kg/kg than)[Theo ]

Thay số vào ta được Q5

Q5 = [0,0758.0,71176 + 2,79.0,95647+ (7,81.α + 0,016) 1,04182 +(2,346.α - 2,346).0,91477 + (0,3954 + 0,16252.α).1,90018] 150= 201,66789 + 1588,71658.α* Áp dụng cơng thức tính QmQm = 7% QvàoThay số vào Qm = 0,07 (27831,65 + 680,4.α) = 1948,2155 + 47,628.α

Vậy nhiệt lượng ra: Qra = Q5 + Q4 + Qm

Trang 19

PHẦN III PHẦN TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH1 Lượng ẩm bốc hơi trong q trình sấy

Áp dụng cơng thức:

(Kg)Trong đó:

G1: Lượng vật liệu vào máy sấy G1 = 10000 (kg/h)W1: độ ẩm của vật liệu trước khi vào W1 = 11%W2: Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy W2 = 4,0%

[Theo công thức 10,2-254 Quá trình và thiết bị trong CNHH và TP tập 2]Thay số vào ta có:

W= 1000 = 1010,10 (kg/h)

2 Lượng vật liệu khô tuyệt đối

Áp dụng công thức:

(kg)[Quá trình và thiết bị tập 2 - 165]

Thay số vào ta được:

Gk = 10000 = 8900 (kg)

3 Phương trình cân bằng nhiệt

Áp dụng cơng thứcW = G1 - G2

Trong đó: G2: Khối lượng vật liệu khơ đi ra khỏi máy sấy => G2 = G1 - W

Thay số vào ta có:

Trang 20

4 Thể tích thùng sấy:

Thể tích thùng sấy từ máy được áp dụng cơng thức :Vthùng = (m3)

Trong đó: A: Cường độ bay hơi ẩm chọn A= 40 (kg/m3.h)

W: lượng ẩm bay hơiThay số vào ta có

Vthùng = = 25,25 (m3)Chọn Vthùng = 25 (m3)

5 Chiều dài của thùng, đường kính của thùng xét tỷ lệ

a) Áp dụng tỷ lệ = (3,7 ÷ 7) chọn

=> Lt = 5Dt

Từ công thức:

=> (m)

b Chiều dài thùng sấy là:

Áp dụng công thức:Lt = 5.Dt

Thay số vào ta có:Lt = 5.1,8 = 9(m)Chọn Lt = 10 (m)

Trang 21

Thay vào số:

Áp dụng công thức:

6 Thời gian sấy của vật liệu trong thùng

- Đối với máy sấy thùng quay thời gian sấy được xác định theo côngthức.

Tsẫy (phút)

(Số tay tập 2 - 123)

Trong đó: fx: Khối lượng riêng xốp thay bình của vật liệu trong thùngquay với fx = 1100 kg/m3 fx 2350 (kg/m3.

W1; W2 Độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật l iệu tính bằng phần trăm khốilượng W1 =11%; W2 = 1,0%

: hệ số chứa vật liệu của thùng chọn = 0,15A: Hệ số Cường độ bay hơi A= 39,7 (kg/m3h)Thay số vào:

Tsẫy (phút)

- Kiểm tra lại thời gian sẫy:

(phút)

7 Số vòng của thùng sấy là:

Số vòng quay được xác định theo cơng thức (vịng/phút)

Trong đó: Lt; Dt chiều dài và đường kính thùng sẫy : góc nghiêng thùng quay từ 1: 6 chọn  = 30

Trang 22

T: Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng say số vào:(vịng/phút)

8 Cơng suất cần thiết để quay thiết bị

Áp dụng công thức:(Sổ tay quá trình và TB T2 - 123Với n: Số vòng quay của thùng a: Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh chọn a =0,026theo VII:5 -123

Dt; Lt Đường kính và chiều dài của thùng (m)fx khối lượng riêng xốp trung bình fx = 1100kg/m3

Thay số: N = 0,13.10-2 (1,8)3 100,026.2,2 1100 = 4,8 KwVNĐ = 1,25.4,8 = 6 (Kw)

9 Nhiệt tổn thất ra môi trường qua lớp cách nhiệt

Áp dụng cơng thức:

(k5/kgấm)Trong đó:

F: Diện tích bao quanh thùng sấy (m3)W: Lượng ấm bốc hơi (kg/h)

K: Hệ số truyền nhiệt W/m20C: Hệ số nhiệt độ trung bình * Xác định hệ số truyền nhiệt KÁp dụng công thức:

5: chiều dài của thành thiết bị (m)

Trang 23

2: Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bịsấy đến mt (W/m20C).

: hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị.a, Xác định 1:

1=

Trong đó:

K: hệ số độ nhầm K = (1,2 -1,3) chọn K = 1,3

: hệ số cấp nhiệt từ khơng khí đến thành thiết bị do đối lưu cường bức: hệ số cấp nhiệt từ khơng khí đến thành thiết bị do đối lưu tự nhiên.

* Xác định :

Chế độ chuyển động được đặc trưng bởi chuẩn số Repol áp dụng công thức: [công thức sổ tay tập I - 159]T = 25+ 273 =2980K (w/m3 độ)* Xác định theo cơng thức (w/m3 độ)Trong đó: o: hệ số bức xạ của vật đen tuyệt vời

T1; T2: nhiệt độ tương đối của bề mặt ngoài thiết bị sấy và môi trườngxung quanh.

Trang 24

T2 = 25 +273 = 2980K

n = 0,95 mức độ đen của vật Thay số vào ta có:

(w/m3 độ)(w/m20C

Hệ số truyền nhiệt chung của tóc nhân sấy đến mơi trường

(w/m độ)* Xác định bề mặt trao đổi nhiệt

=  Dng Lt + 2.0,785

=> F = 3,14 1,926.10 + 2.0,785 (1,926)2 = 66,30 (m2)* Xác định hệ số nhiệt độ trung bình ttb

Với tlớn = t1 0 t0 = 150 - 25= 1250Ctbé = t1 - t0 = = 50 - 25 = 150C.

Trong đó: t1: Nhiệt độ vào của khí sấy t1 = 1500Ct2: Nhiệt độ ra của khí sấy t2 = 400Ct0: Nhiệt độ mơi trường t0 = 250C

Trang 25

Vậy nhiệt độ lớn nhất ra ngồi mơi trường là:

10 Cân bằng nhiệt lượng trang thiết bị sấy

10.1 Nhiệt lượng vào

Gọi n là số kg than cần đốt trong một giờ tổng nhiệt lượng:

Qvào = Q1 + Q2 (45/s)

* Với: Q1: nhiệt lượng do nhiên liệu sấy mang vào áp dụng công thức:

Q1 = G1 C1 t1

Trong đó: G1: Nguyên liệu của màng sấy G1= 10000kg/h = 2,78 (kg/s)C1: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khi vào máy chọn C1 = 1,5(45/kg0C).

t0: Nhiệt độ của vật liệu sấy vào máy sấy t0 = 250C thay số:

Q1 = 2,78 1,5.25= 104,25 (45/s)

* Với Q2: Nhiệt lượng do khói lị mang vào khi sấy khi d dất n kg thannhiệt độ khói lị mang vào máy sấy khi đốt 1 kg than chính là nhiệt lượng Q5

đã tính ở buồng đốt

áp dụng cơng thức: Q2 = n Q5

Với Q5 = 201,66789 + 1588,71658 

Với  = thay vào

Q2 = (201,66789 + 1588,71658.26,9) n (45/h).=> Q2 = 42938,14389 n (45/h) = 11,9 n (45/s).Vậy tổng nhiệt lượng Qvào = 104,25 + 11,9 n (45/s)

10.2 Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy

Trang 26

* Với trong đó:

(45/kg0C)Cn nhiệt dung riêng của H2O ở 250C

Cn = 0,99875 (KCal/kg) = 4,182 (45/Kg0C)

: nhiệt độ sản phẩm ra khỏi máy sấy t1 = 350CG2 = 8989,9 kg/h = 2,497 (kg/s)

Thay số vào:

* Với nhiệt độ bốc hơi nước và do hơi nước mang ra ngồi.

trong đó:

Cn1; Cn2 nhiệt dung riêng của nước ở t0 ; t2

t0 = 250C  cn1 = 0,99975 (Kcal/Kg0C) = 4,182 (45/Kg0C)t2 = 400C  cn2 = 0,99869 (Kcal/Kg0C) = 4,181 (45/Kg0C)Nội suy theo bảng I 149 - STT1 - 168 ta được như trênr = 290 (Kcal/kg) = 1214,172 (45/kg)

[tra bảng 165 - I - 255]Thay sơ đồ vào ta tính được:

Với : nhiệt độ khói lị mang ra khỏi máy sấy ở nhiệt độ 400Cáp dụng công thức:

Trong đó:

Trang 27

Gi: khối lượng của các cầu tử trong hỗn hợp khí đốt

Ci: nhiệt dung riêng của các cầu tử tương ứng khối lượng của các khí đốt1kg than đá tính ở cân bằng nhiệt lị đốt là:

Nhiệt dung riêng của các khí ra lò ở là

[Sổ tay tập 1 - 197]

= 0,222 + 43.10-6.40 = 0,22372 KCal/kg0C = 0,93667

Vậy:

* được áp dụng theo công thức:

Vậy:

=> 133,44 +358,29+3,15.n+9,4276=501,2+3,15.n

10.3 Cân bằng nhiệt

Trang 28

501,2 + 3,15.n = 104,25 + 11,9.n<=> 8,75.n =396,95 => 45,37 (kg/h)lấy n = 46 (kg/h)

Vậy tổng nhiệt lượng vào và ra máy sấy là Qvào = Qra = 639,75 (k5/h)

3.4 Trạng thái của khói là vào máy sấy khí đốt vào và đi ra khỏi máysấy và lưu lượng khí

* Hàm ấm của khơng khí ở 1500C tính theo 1 kg K3:

[ Theo sổ tayQT và TB trong CNHC và TP Tập 2 - 314]Trong đó: mkk lượng khơng khí khó tính theo 1 kg than:mkk = 1 + .l0 - = 1 + 26,9 10,157 - 7,767 = 269,456 (kg/kgk3)(vì => * tính hàm nhiệt tại t1 = 1500Cthay số vào: =216,924(45.kgk3)

=> Trạng thái của khói lò trước khi vào máy sấy t1 = 1500C

x1 = 0,017 (kg/kgk3)I1=216,924 (45/kgk3)

Trang 29

Trong đó: qev: nhiệt tiêu hố để nung nóng vật liệu t0: Nhiệt độ ấm của vật liệu mang vào

q: Nhiệt độ đầu vào của nhiệt độ sấy * Với qev được tính như sau:

nhiệt độ tiêu hao để nung nguyên vật liệu: theo (thiết kế máy sấy - 219)

Trong đó:

: Nhiệt độ vật liệu ra khỏi máy sấy =350C

C2: Nhiệt độ riêng của vật liệu sau sấy (C2 = 1,52682 (45/kg0C)G2:Khối lượng vật liệu sau khi sấy G2 = 8989,9 (kg/h)

Vậy:

* tính hàm nhiệt của khói lị ở nhiệt độ t2 = 400Cáp dụng cơng thức: => I2 = 40 (2493 + 1,97.40) x2 (45/kg)Mặt khác ta có: = 4,18.25-(13589+33,60) =-64,99 (45/kgấm)=> x2 = 0,068 (kg/kgk3)từ đó ta suy ra:I2 = 40 + (2493 + 1,97 40) 0,68 = 214,88 (k5/kgk3

Trang 30

x2 = 0,068 (kg/kgk3)I2 = 21488 (kg/kgk3)

* Lượng không khí tiêu hố thực tế để bốc hơi 1kg ấm

Vậy tổng lượng khí khơ cần thiếtáp dụng cơng thức : = W.I

thay số vào ta có

L = 1010,10 19,61 = 19808,1 (kg/k3/kg)* Lượng khí đưa vào máy sấy

được áp dụng theo công thức:

thay số vào ta có:

* Lượng khí đi vào buồng đốt ở 250C là áp dụng cơng thức:

thay số vào:

Giải thích: với m: khối lượng khí đi vào máy sấy fkk: khối lượng riêng của khơng khí ở 250C

nội suy theo bảng I.255 - 318 - STT ở 250C => fkk = 1,185 (kg/m3)* Lượng khí đi vào buồng đốt ở 1500C là

Trang 31

* Lượng khí thì ra khỏi máy sấy ở nhiệt độ 40oC là:V40 =

nội quy theo bảng I 255-318-STT1 ở 40oC => FKK = 1,128 (kg/m)=> V40 =

Trang 32

PHẦN V: TÍNH TỐN CƠ KHÍ1 Tính tốn hệ thống bánh răng dần động.

1.1 Chọn động cơ.

Ta chọn loại động cơ nhã hiệu 4A (do liên xô cũ chế tạo)

Nđc = 15KW nên ta chọn loại động cơ có ký hiệu.4A 16054Y3 có cácthơng số: số vịng quay

n = 1460 vòng/phút, hiệu suất 0,9

[Bảng P13 - tính tốn thiết kế dẫn động cơ khí T1 -235]12 Tỷ số truyền và số vòng quay

* Tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống dẫn động.

Uhệ = = 663,6

Chọn hộp giảm tốc bánh răng hình trụ 2 cấp có tỷ số truyền giữa hộpgiảm tốc và động cơ là Uhộp = 40

Udd = =16,6

* Số vòng quay của bánh răng nhỏ ăn khớp với bánh răng gắn trên thùngquay

Nbr = Udd.Nthùng = 16,6.2,2 = 36,52 (vòng/phút)Chọn Nbr = 37 (vịng/phút)

13 cơng suất và mơ men xắn trên trục của bánh răng nhỏ+ Công suất trên trục bánh răng nhỏ là:

Trang 33

Với η: Hiệu suất truyền động của hệ thống dẫn động tính từ động cơđến bánh răng nhỏ.

η = ηhộp ηổ lăn ηma sát

với ηhộp: bánh răng = 0,9

ηổ lăn: hiệu suất ổ lăn 0,99 ÷0,995 chọn 0,99ηma sát: Hiệu suất ma sát 0,9 ÷ 0,96 chọn 0,96=> η = 0,9 0,99 0,96 = 0,855

=> công suất trên trục bánh răng nhỏN1 = 0,855 21,6 = 18,47 (KW)

+ Mômen xoắn tác dụng lên trục bánh răng làThay số vào ta có

(N.mm)

14 Tính tốn bộ truyền bánh răng trục, răng thẳng:a Xác định khoảng cách trục

[Theo tính tốn hệ thống dẫn động cơ khí]Trong đó:

T1: mơmen xoắn trên trục bánh răng T1 = 3,310.106 (N.mm)

Ka: Hệ số phụ thuộc vật liệu của bánh răng và loại răng với răng thẳng,vật liệu là thép ta có Ka = 49,5 MPa

U: Tỉ số truyền của cặp bánh răng dẫn động Udd = 41,48

[H] ứng suất tiếp xúc cho phép của vật liệu: chọn [H] = 481,8 MP1

Trang 34

KHP: Hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng và răng chọnKHP = 1,08;  = 0,3.

=> = 1269,25 mm

Chọn Qw = 1269

b Xác định thông số ăn khớpMô đun bánh răng:

+ Số bánh rang nhỏ:

chọn mơđun theo bảng [6-99] tính tốn hệ số dẫn động cơ khí chọn m =12.m = (0,01 - 0,02) aw = 12,69 - 25,38 => chọn m = 12 => Z1 = lấy Z1 = 12+ Số bánh răng lớn:Z2 = U.Z1Thay số: Z2 = 16,6.12 = 199,2 lấy Z2 = 199Vậy tổng số bánh răng là:Zt = Z1 +Z2 = 12 + 199 = 211+ Tính lại khoảng cách trục:w.12.211126622tm Za  (mm)c Tính răng và độ bền tiếp xúc:

Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng phải thoả mãn điều kiện sau.H = ZH Zm Z ≤ [H]

Trang 35

* Với ZH: Hệ số hình dạng bề mặt tiếp xúc

ZH = [6-23/105-IV]

Với: : góc nghiêng của răng hình trụ cơ sở  = 0: góc ăn khớp theo tiêu chuẩn VN 1065-71chọn  = 20o [6:11/104-III)

=> ZH = = 1,764

* Với Zm: Hệ số tính đến vật liệu của bánh răng khớp.Zm = 274 MP [bangr 65: 6-96 - IV]

* Với Z: Hệ số tính đến sự trùng khớp của bánh răng.

Z = khi  = 0

Với  = cos  [6.385/105-IV]

= cos 0 = 1,597=>  = = 0,89* Đường kính bánh răng nhỏdw = * Tính hệ số tỷ trọng động:KHv = 1 +Trong đó:

T1: mơ men xắn tác động lên bánh răng T1 = 3,310.106 N.mmKH: Hệ số tải trọng khi tính đến bề mặt tiếp xúc theo công thức KH = KH KH KHV

Trang 36

KH: hệ số phân bổ không đều của tải trọng cho các đôi răng đồng thời ănkhớp (106-1v) chọn KH - 1

KHV: Hệ số tải trọng động:

8H = F go V [6.42/109-0]

+ Với H = 0,006: Hệ số ảnh hưởng của các sai số ăn khớp [tra bảng 6.15- [6-107]

+ Với go Hệ số sai lệch ảnh hưởng các bánh răng 100-2 chọn go = 82

+ V = (m/s)Với dw = 143,86 mmn1 = 12 (vòng/phát)=> V = = 0,090 (m/s) < 0=> 8H = 0,006.82.0,090.- bw: chiều rộng vành răng nhỏ:bw = ba: Aw = 0,3.1266 = 379,8 mmchọn bw = 380 mm

=> KHN = 1 + lấy kHN = 1thay các số liệu vào (*)

ta tính được:

H= 1,764.274.0,89 = 416,6 MPa

Vậy H = 416,6 MPa < [H] = 481,8 MPaNên độ bền tiếp xúc được bảo đảm:d, Độ bền uốn qua tải trọng:

Trang 37

F = ≤ [F1]

[Theo tính tốn hệ thống dẫn động cơ khí]* Tính KK: KF = KF.KF.KFv

KF: Hệ số phân bố không đều KFP = 1,24KF: Hệ số kế đến sự không đều tải trọng choCác đôi răng đồng thời ăn khớp khi tính đến uốn.

KKv= 1 + [6/64-109-IV]Với VF = F.go.V [6/47.109-IV]F = 0,016 tra bảng [6.15/107-IV]go = 82 tra bảng [6.16/107-IV]=> VF = 0,016.82.0,090 = 1,03=> KFV = 1 + = 1,006Vậy KF = KKP.KFKFV= 1,24.1,05.1,006 = 1,3098

* Y: Hệ số kế đến độ nghiêng của sấy  = 0 => Y = 1* Y : Hệ số kế đến sự trùng khớp của răng.Y = * YF: hệ số dạng răng và hệ số dịch chuyển x = 0YF1 = 4,08 YF2 3,06 => Hệ số dạng răng của bánh 1 và 2[Dựa vào bảng 6.18/109-IV]

Trang 38

chọn môđun m = 12mm thay số to được:

1 = = 60,56 MPa

F2 = = 53,44 (MPa)

Vậy F1 < [F1]F2 < [F2]

=> Đảm bảo điều kiện uốn:

h, Các thơng số và kích thước bộ truyền:- Khoảng cách trục: Aw = 1266 (mm)- Đường kính vịng chia:

d1 = m.Z1 = 12.12 = 144 (mm)d2 = m.Z2 = 12.199 = 2388 (mm)- Đường kính của răng:

da1 = d1 + 2m = 144 + 2.12 = 168 mmda2 = d2 + 2m = 2388+ 2.12 = 2412 mm- Chiều rộng vành bánh răng nhỏ:

b1 = bw = 380 (mm)

- Chiều rộng vành baán răng lớn: b2 = aw 0,2 = 1266.0,2 = 253,2mmChọn b2 = 253 (mm)

- Đường kính đáy răng:

dF1 = d1 - 2.m = 144 - 2.m = 120 (mm)dF2 = d2 - 2.m = 2388 - 2.m = 2364 (mm)

2 Xác định tải trọng

* Trọng lượng vật liệu nằm trong thùngÁp dụng công thức:

Gve = = 40875 (N)

Trang 39

Với: G1: Công suất sấy: G1 = 10000 kg/hg: gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s2)T: Thời gian sấy T = 25 phút.

* Trọng lượng của thùng:Qth =

Trong đó: Vật liệu làm thùng là thép CT5 có khối lượng riêng 7850 (kg/m3);  = 7850

+ Dn: Đường kính ngồi thùng Dn = 1,926 (m) = 1296mm+ Dn1: Đường kính ngoài sát lớp cách nhiệt của thùng:

Dnt = Dn - 2.b3 Với Dn = 1,926 m

b = 0,001 m=> Dnt = 1,926 - 2.0,001 = 1,924 (m)

+ Dt: đường kính trong cùng của thùng: Dt = 1,8 (m)+ Dtt: Đường kính trong sát lớp cách nhiệt của thùng.

Dtt = Dt + 2b1 Với Dt = 1,8 m

=> Dtt = 1,8 +2.0,012 = 1,824 (m)Thay số vào to tính được Qth

Qth = =

= 57262,3 (N)

Trọng lượng của bánh răng vịng

Dr: đường kính đính răng của bánh răng lớnDr = 2412 (mm) = 2,412 (m)

Dnt: Đường kính ngồi của thùng Dnt = 1,924 (m)bn: chiều rộng vành bánh răng lớn

Trang 40

=> Qr =

=> Qr = 32387,8 (N)

3.Trọng lượng vành đai

- Chọn sơ đồ trọng lượng vành đai bằng trọng lượng bánh răng vòng Qvđ = Qr = 32387,8 N

- Trọng lượng của lớp cách nhiệt:

Chọn vật liệu cách nhiệt là bê tơng có f = 1200 Kg/m3

QBT =

Thay số vào ta có:QBT =

=> Qbt = 34635,34 (N)

* Trọng lượng của cánh mức nâng: Qc = 3350 (N)Vậy tổng trọng lượng của thùng là:

Q = Qvl + Qth + Qr + Qv + Qbt + Qc =

= 40875 + 57262,3 + 32387 + 32387 + 34635,34 + 3350 = 200896,64 (N)

4 Kiểm tra độ bền cho thùng quay

* Khoảng cách giữa 2 vành đai:ld = 0,586 Lt = 0,586.10 = 5,86 (m)

= 586 (cm)

* Tải trọng 1 đơn vị chiều dài thùng khơng kế đến Khối lượng bánh răng vịng:

q =