TỔNG QUAN VỀ SẤY PHUN
Khái niệm chung về quá trình sấy
Sấy là quá trình loại trừ hơi ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, làm cho bốc hơi nước ra môi trường xung quanh Quá trình sấy chỉ được thực hiện trong trường hợp khi áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy lớn hơn áp suất hơi nước môi trường xung quanh Sấy là một quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu sấy thay đổi theo cả không gian và thời gian
1.1.2 Mục đích quá trình sấy
Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, làm tăng hàm lượng chất khô, từ đó làm tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn
Ví dụ, đối với nông sản và thực phẩm, quá trình sấy có vai trò quan trọng trong bảo quản; đối với các loại nhiên liệu (củi, than),… quá trình sấy nhằm làm tăng năng lượng nhiệt cháy; đối với gốm sứ, quá trình sấy làm tăng độ bền cơ của mộc, Tuy nhiên quá trình sấy cũng đòi hỏi chất lượng cao, tiêu tốn ít năng lượng và chi phí vận hành thấp
Cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái từ pha lỏng trong vật liệu thành pha hơi Nhiệt được cung cấp cho vật liệu ẩm được tiến hành bằng các phương pháp như dẫn nhiệt – sấy tiếp xúc, cấp nhiệt bằng đối lưu – sấy đối lưu, cấp nhiệt bằng bức xạ - sấy bức xạ Ngoài ra còn có các phương pháp đặc biệt khác như: dòng sấy nhiệt cao tần, sấy trong môi trường sống siêu âm, sấy thăng hoa,
Vì có nhiều mục đích và ý nghĩa nên đối tượng của quá trình sấy rất đa dạng: nguyên liệu, bán thành phẩm, các giai đoạn trong quá trình sản xuất, Tuy nhiên, sấy cũng là một quá trình phức tạp, đôi khi nó còn đóng vai trò quyết định trong quy trình sản xuất Do đó, tùy vào đối tượng và mục đích sản xuất, có các phương thức sấy phổ biến sau đây:
− Sấy loại bỏ tác nhân
− Sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy
− Sấy có đốt nóng giữa chừng
− Sấy có tuần hoàn khí thải
1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tốc độ sấy
− Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm…
− Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề dày lớp vật liệu…
− Diện tích bề mặt riêng của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh
− Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy
− Nồng độ chất khô của nguyên liệu:
+ Nồng độ cao: Giảm được thời gian bốc hơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình sấy phun
+ Nồng độ thấp: Tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình (Trong thực tế nồng độ khoảng: 45-52%)
− Nhiệt độ tác nhân sấy: Đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy phun Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu ta tăng nhiệt độ tác nhân sấy Nhiệt độ cuối cao thì nhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấy cũng tăng Tuy nhiên nếu tăng nhiệt độ cao có thể gây phân huỷ một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm vói nhiệt và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho toàn bộ quá trình
− Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy
− Các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy phun là tốc độ bơm dòng nguyên liệu vào cơ cấu phun sương, lưu lượng không khí nóng vào buồng sấy, cấu tạo và kích thước buồng sấy…
1.1.6 Phân biệt quá trình sấy với một số quá trình làm khô khác
Có một số quá trình cũng làm giảm lượng ẩm trong vật thể nhưng không phải quá trình sấy, ví dụ:
− Cô đặc: là phương pháp làm giảm ẩm của vật thể (dung dịch) bằng các đun sôi (như cô đặc dung dịch sữa, )
− Vắt: là quá trình làm giảm ẩm bằng phương pháp cơ học Phương pháp này chỉ có thể làm cho ẩm tự do thoát ra khỏi vật.
Thiết bị sấy phun
1.2.1 Khái quát về thiết bị sấy phun
Sấy phun là một trong những công nghệ sấy công nghiệp chính do khả năng sấy một bậc nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột khá đơn giản, dễ dàng kiểm soát nhiệt độ và định dạng hạt sản phẩm một cách chính xác
Thiết bị sấy phun được kết cấu tương đối phức tạp, trong đó quá trình sấy xảy ra mãnh liệt Nghĩa là quá trình sấy thực hiện đối với từng giọt lỏng phun ra, nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột mịn khá đơn giản, dễ dàng kiểm soát nhiệt độ và định dạng sản phẩm một cách chính xác
Hình 1.1 Hệ thống máy sấy phun trong nhà máy gạch ép
Có nhiều cách phân loại khác nhau dựa vào cách bố trí và nguyên lý máy sấy phun
− Phân loại theo chiều tác nhân sấy:
+ Cùng chiều: là phương pháp sấy phun bố trí vòi phun ở trên phun xuống, cùng chiều với Caloriphere
+ Ngược chiều: là phương pháp phun ở trên phun xuống, ngược chiều với Caloriphere từ dưới lên
+ Kết hợp là phương pháp vòi phun hướng lên, Caloriphere hướng xuống và sau đó dung dịch được phun ra nhờ trọng lực hướng xuống cùng chiều với Caloriphere
Hình 1.2 Phân loại theo chiều tác nhân sấy
− Phân loại theo vòi phun:
+ Vòi phun tạo sương bằng cơ khí
+ Vòi phun tạo sương loại khí động
+ Bộ phận tạo bụi sương bằng lực ly tâm
− Phân loại theo cấp độ sấy:
+ Sấy một cấp (sấy phun)
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Cấu tạo chung
Bao gồm 4 bộ phận chính: tháp sấy, hệ thống cung cấp hồ, hệ thống cung cấp khí đốt và hệ thống lọc bụi [1] Trong đó cơ cấu phun và tháp sấy là bộ phận quan trọng và đặc trưng nhất cho hệ thống sấy phun, những bộ phận còn lại cũng tương tự như các hệ thống sấy khác
Hình 2.1 Mô hình tổng thể máy sấy phun
Tháp sấy phun được kết cấu từ nhiều lớp Do hoạt động trong môi trường nóng và ẩm, lớp trong cùng của tháp sấy phun thường được làm bằng thép không gỉ, sau đó được ốp bằng lớp bông gốm cách nhiệt bên ngoài để hạn chế nhiệt bức xạ ra xung quanh nhằm giảm tổn thất năng lượng, đồng thời tạo môi trường làm việc ít nóng bức
Mặt ngoài của tháp thường được ốp bằng những lá thép không gỉ hoặc lá nhôm mỏng nhằm bảo vệ lớp bông gốm cách nhiệt, tránh sự lão hóa của bông gốm lâu ngày, gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người, Một vỏ ngoài nhẵn bóng cũng hạn chế bụi bám vào thành tháp
2.1.1.1 Tháp sấy sử dụng cơ cấu phun sương dạng đĩa quay
Làm việc theo nguyên tắc dòng cùng chiều Đĩa quay luôn đặt trên đỉnh của tháp sấy Chùm hạt văng ra theo phương ngang Tác nhân sấy đi theo cửa tiếp tuyến chảy xoáy bao lấy các hạt sương rồi cùng chuyển động xoáy xuống phía dưới Bán kính của chùm hạt văng ra là căn cứ để xác định đường kính của buồng sấy Do đĩa quay nhanh nên nó có tác dụng như quạt hút hút dòng tác nhân sấy và các hạt dung dịch lên trên Vì vậy, nếu đĩa phun đặt gần đỉnh sẽ dẫn đến hiện tượng dính bết vật liệu sấy lên đỉnh buồng sấy
Hình 2.2 Sơ đồ bố trí dòng khí nóng và dòng nhập liệu trong buồng sấy sử dụng cơ cấu phun sương dạng đĩa quay HA: Dòng khí nóng; OA: Dòng khí ra; F: Dòng nhập liệu; P: Sản phẩm
2.1.1.2 Tháp sấy sử dụng cơ cấu phun sương dạng vòi phun
− Nhập liệu cùng chiều: Hồ được phun từ dưới lên sấy cùng chiều, những hạt nhỏ bị dòng khí lôi cuốn từ dưới đáy ra phía đỉnh và được thu hồi, những hạt nặng càng đi lên phía trên thì chuyển động càng chậm rồi bị lắng ngược chiều xuống cửa đáy để ra ngoài Chiều cao của buồng sấy được tính theo quá trình sấy khô các hạt kích thước lớn
Vị trí đặt vòi phun phụ thuộc vào tốc độ dòng khí và tốc độ lắng của hạt
− Nhập liệu ngược chiều: Sử dụng khi kích thước hạt lớn, vận tốc lắng của hạt thắng vận tốc dòng khí nóng từ dưới đi lên Hồ được phun từ dưới lên thì lúc đầu là sấy ngược chiều, sau đó là cùng chiều, hạt bé có quãng đường ngược ngắn hơn so với hạt to,
8 do đó sản phẩm khô đều Sản phẩm được lấy ra phía đáy, khí thải ra cửa bên và đi đến thiết bị thu hồi Được sử dụng nhiều trong công nghiệp silicat
Hình 2.3 Sơ đồ bố trí dòng tác nhân sấy và dòng nhập liệu trong tháp sấy sử dụng cơ cấu phun sương dạng vòi phun HA: Dòng khí nóng; OA: Dòng khí ra; F: Dòng nhập liệu; P: Sản phẩm a, c: tác nhân sấy và dòng nhập liệu cùng chiều b, d: tác nhân sấy và dòng nhập liệu ngược chiều
2.1.2 Hệ thống cung cấp khí nóng
Hệ thống cung cấp khí nóng được bố trí ngay bên ngoài tháp sấy Nhiên liệu sử dụng lý tưởng nhất là khí thiên nhiên hoặc khí hóa lỏng Hệ thống đốt nhiên liệu này đơn giản và gọn nhẹ, điều khiển dễ hơn so với nhiên liệu lỏng hoặc rắn (than các loại) Tuy nhiên, khí thiên nhiên chưa được cung cấp rộng rãi còn LPG thì giá quá cao nên hầu hết các nhà máy nước ta thường sử dụng buồng đốt dầu diezen (DO)
Trước tình hình giá dầu tăng mạnh, một số nhà máy đã và đang sừ dụng dầu nặng (FO) thậm chí chuyển sang dùng khí hóa than Do nhiệt độ không khí tháp sấy không quá cao, ta hoàn toàn có thể tận dụng khí thải của lò nung con lăn (650-700℃) nhằm giảm chi phí nhiên liệu
2.1.3 Hệ thống cung cấp hồ
Sau khi nghiền và ổn định các thông số chủ yếu như nhiệt độ, tỷ trọng và độ nhớt, hồ phối liệu được bơm chuyển về bể của thiết bị sấy phun Từ đây, hồ được bơm cao áp qua béc phun thành dạng sương và cấp cho tháp sấy sau khi được đi qua một bộ phận lọc để loại bỏ những tạo chất có thể lẫn trong hồ cũng như các cục vật liệu vì lý do nào đó mà bị vón cục dẫn đến bị tắc béc/vòi phun Bộ lọc này thường được trang bị một thiết bị làm sạch tự động để loại trừ sự cố tắc bộ lọc có thể gây gián đoạn hoạt động của máy sấy phun
Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống sấy phun
Trong tháp sấy hồ ở dạng những giọt sương được tạo thành bởi một hệ thống béc phun bố trí xung quanh chu vi tháp hoặc thành cụm ở giữa tháp Việc bố trí béc phun xung quanh tháp, sẽ thuận lợi cho việc xử lý và thay thế béc phun
Mặc dù hồ đã được nghiền mịn nhưng do hồ được phun ở áp lực cao nên nếu sử dụng lâu ngày, béc phun cũng sẽ bị bào mòn, làm kích thước lỗ phun rộng ra dẫn đến thay đổi các thông số hoạt động của máy Vì vậy cần phải thường xuyên kiểm tra béc phun và thay thế lỗ phun nếu quá giới hạn cho phép Chính vì vậy, béc phun thường được làm từ vật liệu có độ mài mòn thấp như hợp kim hay các vật liệu cứng
2.1.3.1 Cơ cấu và phương pháp phun sương dạng đĩa quay ly tâm
Nguyên tắc hoạt động: Dịch lỏng được bơm vào tâm đĩa Dưới tác dụng của động cơ hoặc khí nén, đĩa quay quanh trục đối xứng, dưới tác dụng quay của đĩa cùng với sự thoát ra của khí nén, dòng lỏng va đập vào các rãnh và bị phân tán thánh các hạt sương có đường kớnh trung bỡnh khoảng 8 – 18 àm đi vào buồng sấy Gúc phun là 180°, quỹ đạo ban đầu của hạt sương là chuyển động ngang, khi va chạm vào thành buồng sấy, hạt thay đổi phương đột ngột tạo ra bụi sương sấy rối di chuyển xuống phía đáy và được hút vào cyclone thu hồi sản phẩm nhờ quạt hút [2]
Hình 2.5 Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay và hình dạng của rãnh
+ Có thể điều chỉnh tốc độ nhập liệu
+ Thích hợp cho hầu hết các loại nguyên liệu
+ Khuynh hướng tạo khối và tắc nghẽn là không đáng kể
+ Kích thước hạt sương được thay đổi nhờ thay đổi tốc độ quay của đĩa
+ Năng lượng tiêu thụ cao hơn so với cơ cấu phun sương vòi áp lực
+ Vốn đầu tư cao hơn so với cơ cấu phun sương vòi áp lực
+ Kích thước buồng sấy lớn
2.1.3.2 Cơ cấu phun sương dạng vòi phun áp lực
Nguyên lý hoạt động
Như mô tả hình 2.7 Hồ phối liệu được bơm ở piston (1) bơm với áp suất không đổi với áp lực rất lớn qua hệ thống lọc (2) để lọc bỏ phối liệu có kích thước lớn rồi đưa vào vòi phun (3) Dưới tác dụng của áp suất cao, dung dịch phân tán thành những hạt nhỏ li ti và phun vào trong thùng sấy (4)
Nhiên liệu được sử dụng là khí hóa lỏng hay khí thiên nhiên Quạt thổi (7) đưa không khí từ ngoài vào qua béc đốt (8), nhận nhiệt từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt độ không khí được nâng lên khoảng từ 650-700 0 C, theo ống dẫn (9) vào đĩa phân phối
(10) thổi xuống từ vòi phun hồ, chuyển động thao tác hình xoáy ốc như hình
Hình 2.8 Chuyển động hình xoáy ốc của khí nóng
Các giọt hồ phối liệu nhận được nhiệt lượng từ không khí nóng, sau đó chuyển động xuống đáy tháp hạt hố phối liệu bốc hơi có độ ẩm từ 5-7℃ theo van xá liệu (5) ra ngoài Không khí ẩm thải thoát ra ngoài có lẫn các hạt nhỏ bụi phối liệu theo đường ống di chuyển vào cyclone tách bụi (6), cyclone tách bụi hoạt động theo nguyên tắc lực ly tâm Sau đó, khí thải được quạt đẩy qua hệ thống xử lý bụi (11) để loại bụi còn sót lại, khí thải tiếp tục được dẫn ra ngoài theo ống dẫn (13) Bụi phối liệu lấy từ cyclone và hệ thống xừ lý bụi được cho vào bể chừa để tận dụng lại, bột phối liệu sau khi sấy xong được đưa vào
16 các silo chứa bằng hệ thống băng tải, tại đây phối liệu được lưu từ 3-4 ngày có có độ ẩm đồng nhất
Dưới áp lực cao, hồ với độ ẩm trên dưới 35 % được phun thành những giọt mịn dạng sương vào trong long tháp, khi gặp không khí nóng, nước trong hồ được bốc hơi nhanh thành bột có độ ậm 5-7 %, độ ẩm tăng lên làm trọng lượng thể tích các hạt tăng lên, chúng rơi xuống phần chóp nón dưới cùng tháp rồi chảy ra ngoài và được băng tải đưa về silo chứa sau khi chúng đã loại bỏ [1].
ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH SẤY PHUN
Ưu điểm
− Tính chất và chất lượng của sản phẩm đạt điểm tốt hơn Sản phẩm sau khi sấy có dạng bột mịn đồng nhất, xốp, dễ hòa tan, không cần phải qua giai đoạn nghiền, chất lượng ít bị biến đổi so với nguyên liệu ban đầu, tiện lợi cho sử dụng và chế biến
− Có thể sấy được những nguyên liệu có tính nhạy cảm với nhiệt độ do nhiệt độ sấy thấp, thời gian sấy nhanh và khí nén thường dùng là không khí hoặc khí trơ
− Thiết bị đơn giản, cho phép hoạt động ở năng suất cao và liên tục
− Sản phẩm tiếp xúc với bề mặt thiết bị trong điều kiện khô vì thế việc chọn vật liệu chống ăn mòn cho thiết bị đơn giản hơn
− Khoảng nhiệt độ tác nhân sấy khá rộng từ 150 – 600℃ nhưng hiệu quả tương tự các loại thiết bị khác.
Nhược điểm
− Sấy phun không thuận lợi cho những sản phẩm có tỉ trọng lớn
− Không linh động, một thiết bị được thiết kế cho sản xuất sản phẩm có kích thước nhỏ thì không thể được dùng sản xuất các sản phẩm có kích thước lớn
− Vốn đầu tư cao hơn các loại thiết bị khác, tiêu tốn năng lượng nhiều
− Lưu lượng tác nhân lớn, tốn kém trong khâu chuẩn bị dung dịch sấy
− Kích thước thiết bị lớn, nhất là khi sử dụng tác nhân sấy có nhiệt độ thấp
− Việc thu hồi sản phẩm và bụi làm tăng chi phí cho quá trình sấy
ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SẤY PHUN
Ứng dụng
Kĩ thuật sấy phun đã được ứng dụng rộng rãi để sản xuất các sản phẩm như dược phẩm, huyết tương, thực phẩm, chế phẩm sinh học, một số hợp chất vô cơ, hữu cơ… Các sản phẩm sản xuất bằng kỹ thuật sấy phun có đặc điểm chung là hạt có kích thước nhỏ; độ đồng đều cao; trung bỡnh từ 150 – 300àm; độ ẩm thấp (khoảng 1 – 5%); sản phẩm giữ được màu sắc tự nhiên, hương thơm đặc trưng, nhất là giá trị dinh dưỡng hầu như còn nguyên vẹn; protein ít bị biến đổi; sự mất mát của vitamin là không đáng kể Chính bởi những đặc điểm này mà kỹ thuật sấy phun ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng để sản xuất các thực phẩm chức năng.
Giới thiệu một số hệ thống sấy phun
4.2.1 Hệ thống sấy phun được dùng trong nghiên cứu
Hệ thống sấy phun MOBILE MINOR do hãng Niro (Đan Mạch) sản xuất, dạng bán công nghiệp Buồng sấy có thân hình trụ, đáy hình côn được làm từ thép không gỉ AISI
316 Cơ cấu phun sương dạng đĩa li tâm, trên đĩa có 24 rãnh nhỏ hình chữ nhật Đĩa quay được là nhờ khí nén vào tua bin, tua bin quay làm cho đĩa quay, không khí qua đầu lọc, được đốt nóng nhờ điện trở ở caloriphere và đi vào buồng sấy theo phương tiếp tuyến, nhiệt độ của không khí được điều chỉnh bằng cảm biến tự động [2]
Hình 4.1 Hệ thống sấy phun Mobile Minor dùng trong nghiên cứu
Hệ thống sử dụng bơm nhu động để nhập liệu Bơm hoạt động theo nguyên tắc: khi roto quay, các trục trên roto sẽ ép ống dẫn nhập liệu lại tạo ra áp lực để đẩy dung dịch về phía trước
Các thông số cơ bản:
+ Kích thước thiết bị: dài 1800mm, rộng 1300mm, cao 1920mm
+ Nhiệt độ tối đa không khí sấy: đầu vào 3500℃, đầu ra 1200℃
+ Năng suất sấy: 1 -7 kg nước bốc hơi trong 1 giờ
+ Áp suất khí nén: 0 – 6 bar
+ Tốc độ quay tối đa đĩa phun: 31000 vòng/phút
4.2.2 Máy sấy phun sương ly tâm tốc độ cao LPG
Máy sấy phun li tâm tốc độ cao chuyên dùng trong sấy cao Đông y là ứng dụng của công nghệ sấy phân tán thành dạng sương mù, tiếp xúc đầy đủ với không khí nóng và được sấy khô trong thời gian rất nhanh, tạo ra thành phẩm có dạng bột mịn [2]
Hình 4.2 Máy sấy phun sương ly tâm tốc độ cao LPG
4.2.3 Máy sấy phun khô kiểu áp lực dòng YPG
Hình 4.3 Máy sấy phun khô kiểu áp lực dòng YPG ( làm mát )
Thiết bị phù hợp cho các ngành thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, bột màu, gốm, hóa chất nông nghiệp, nhựa…[2] Đặc tính :
+ Tốc độ sấy rất nhanh, phù hợp cho các loại nguyên liệu nhạy nhiệt
+ Sản phẩm sau khi sấy có dạng hạt tròn, kích thước đồng đều, độ trơn chảy tốt Sản phẩm có độ tinh khiết và chất lượng cao
+ Phạm vi ứng dụng của thiết bị rộng rãi Tùy theo tính chất của nguyên liệu mà có thể ứng dụng nhiệt nóng để sấy hay dùng khí mát để tạo hạt
+ Thiết bị thực sự hoàn hảo cho nhiều loại nguyên liệu khác nhau
THÔNG SỐ KĨ THUẬT VÀ CÔNG THỨC TÍNH TOÁN
Lựa chọn các thông số
Lựa chọn theo công nghệ sản xuất của nhà máy gạch ốp lát (cùng kích thước) với công suất 5 triệu m 2 /năm, dùng nhiên liệu là dầu mazut đen 20 tạo tác nhân sấy (khí nóng)
Bảng 5.1 Các thông số lựa chọn
Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Thông số nhà máy và thiết bị
Năng suất nhà máy Gn 5000000 m 2 /năm
Thời gian làm việc trong năm
Số ngày làm việc 315 ngày, 24h/ngày
+ Đại tu sửa chữa thiết bị: 20 ngày
+ Dừng máy kiểm tra SX: 15 ngày
Hệ số sử dụng thời gian Kt=0.95
Kích thước sản phẩm (1 tấm gạch) 500*500*10 mm
Khối lượng thể tích xương gốm ρ 1950 kg/m 3
Lượng mất khi nung MKN 6,68 %
Nhiệt dung riêng trung bình của vật liệu (gạch) khô tuyệt đối Ck 0,921 kJ/kg.K
Tổn thất bột theo khí thải khi sấy Gtt 1 %
Thông số đầu vào của hồ phối liệu trước khi vào tháp sấy Độ ẩm tương đối W1 40 %
Nhiệt dung riêng của hồ Cv=Ck.(1-W1%) 2,2326 kJ/kg.K
Sút sàng 63 àm 6,5 % Độ nhớt 1,6 E
Thông số đầu ra của bột sau khi sấy phun Độ ẩm tương đối W2 6 %
Nhiệt độ bột khi ra tháp tv2 60 o C
Thông số của tác nhân sấy (khí nóng)
Nhiệt độ khí vào tháp (nhiệt cao nhất) t1 600 o C
Nhiệt độ khí thải ra khỏi tháp t2 100 o C
Vận tốc tác nhân sấy w 0,4 m/s
Thông số của môi trường ngoài (không khí)
Nhiệt độ không khí t0 30 o C Độ ẩm tương đối của không khí 0 65 %
Hàm ẩm của không khí d0 0,018 kga/kgkk
Hàm nhiệt của không khí I0 52 kJ/kgkk
Hệ số dư không khí αkk 1,5
Tính toán và lựa chọn thiết bị
Năng suất tính theo giờ của nhà máy là:
Lượng sản phẩm tính theo khối lượng trong một giờ (sản phẩm nung xong):
Lượng mộc khô tuyệt đối trong 1 giờ:
Lượng phối liệu khô tuyệt đối cấp vào tháp sấy có tính đến phần tổn thất trong 1 giờ:
Lượng bột phối liệu ở độ ẩm 6% trong 1 giờ (năng suất lò sấy):
1 − 100 6 = 15629 (kg/h) Lượng hồ cần sấy trong tháp sấy phun trong 1 giờ:
1− 100 40 = 24485 (kg/h) Lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ:
Hình 5.1 Giản đồ tìm loại tháp sấy phun năng suất cao
Từ thông số lượng nước bay hơi ∆G = 8856 lít/giờ và năng suất sấy G h b = 15629 kg/giờ, dựa vào giản đồ tìm loại tháp sấy phun Ta lựa chọn thiết bị sấy phun mang mã số ATM90 hãng SACMI.
Máy sấy phun ATM90 – SACMI
Thông số thiết bị máy sấy phun ATM90 – SACMI
Bảng 5.2 Thông số máy sấy phun ATM90 - SACMI
Thống số Giá trị Đơn vị
Lượng nước bốc hơi tối đa 5200 Lít/giờ
Tồng công suất lắp đặt 193 kW
Tổng khối lượng hệ thống 73000 Kg
Công suất động cơ quạt 7,5 kW Áp suất quạt 15 kW
Nhiệt độ bên trong tháp sấy phun 500-600 °C
Tốc độ dòng chảy tối đa 2x13000 Lít/giờ Áp suất tối đa 30 Bar
Số lượng vòi phun tối đa (chọn cách phun kiểu vương miệng) 32 Vòi phun
Nhiệt lượng tiêu thụ 700-850 Kcal/lít.H2O
Nhiệt độ bột sấy phun 40-60 °C Độ ẩm bột sấy phun 4-7 %
Lưu lượng dòng chảy 87000 m 3 /giờ Áp lực thổi 400 mmH2O
Công suất tiêu thụ 132 kW
Kích thước thiết bị máy sấy phun ATM90 – SACMI
Hình 5.2 Các kích thước của máy sấy phun ATM90-SACMI Bảng 5.3 Kích thước máy sấy phun ATM90 – SACMI
Kí hiệu Kích thước (mm)
Tính cháy nhiên liệu
Nhiên liệu sử dụng là dầu mazut đen 20 có tính chất như sau:
C lv H lv S lv N lv O lv A lv W lv
Khi tính toán ta lấy thành phần thể tích không khí là: N2y%, O2!%
Lượng không khí lí thuyết để đốt cháy nhiên liệu:
L 0 = 0,0889C lv + 0,225H lv - 0,0333(O lv - S lv ) = 10,3907 (m 3 /kg)
Lượng không khí thực tế để đốt cháy nhiên liệu:
Lượng không khí ẩm cần thiết để cháy:
Lượng không khí ẩm thực tế để cháy:
Lượng không khí ẩm dư:
Lượng hơi nước trong không khí vào cháy nhiên liệu:
Thành phần sản phẩm cháy tương ứng:
%CO2 = 9,24%; %SO2 = 0,12; %H2O = 10,45; %O2 = 6,53; %N2 = 73,66% Nhiệt trị làm việc của nhiên liệu:
Nhiệt trị làm việc thấp của nhiên liệu:
Tính toán quá trình sấy thực
Thông số TNS khi vào sấy: t1 = 600 0 C; d1= d0 = 0,018 kga/kgkk
Thông số TNS sau khi sấy: d 2 = d 0 + (2500+ 1,842t C dx (d 0 )(t 2 1 )+96,296 -t 2 ) = 0,018 + 1,0269(600-100)
Lượng không khí thực tế cần thiết: l = d 1
Nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được:
Tổng nhiệt lượng tiêu hao:
Hay 7041123 kcal/h phù hợp với ATM90
Tính toán quá trình truyền nhiệt
Lượng nhiệt truyền ra môi trường xung quanh qua các kết cấu bao gồm: nắp tháp, phần trụ, phần chóp của tháp
Mật độ dòng nhiệt tổn thất định mức:
Theo kích thước máy ATM90, ta có:
D= 9,6 m; H,05 m (phần trụ cao 10,5m; phần chóp cao 8,55m)
5.6.1 Truyền nhiệt qua nắp tháp
Nắp phẳng của tháp gồm 3 phần:
Các lá thép ngoài cùng có 1 =6mm; 1 X W/m 0 C
Các lá thép trong cùng có 1 =6mm; 1 X W/m 0 C
Nhiệt độ bên trong nắp tháp: 600 0 C
Chiều dày lớp bông khoáng sẽ là:
Diện tích nắp tháp sấy:
Hệ số 1 theo thực tế có giá trị khá lớn khi đó nhiệt trở
rất nhỏ , khí bỏ ra khỏi phương trình sai số không quá 3% nên hế số trao đổi nhiệt 2 là:
100 100 mn kk o mn mt mn kk t t c
A là hệ số phụ thuộc vào vị trí tương đối của bề mặt trao nhiệt, chọn A =2,8 nên:
Hệ số trao đổi nhiệt chung:
Dòng nhiệt qua nắp tháp: 1 = k.F.∆t = 0,45.72,35.(600-30) = 18557,8 W =0, 45.28, 26(650 30)− x85
5.6.2 Truyền nhiệt qua phần trụ tháp
Chọn phần tụ gồm 3 lớp:
Các lá thép ngoài cùng có 1 =6mm; 1 X W/m 0 C
Các lá thép trong cùng có 1 =6mm; 1 X W/m 0 C
Nhiệt độ bên trong tháp: 450 0 C
Chiều dày lớp bông khoáng:
Hệ số trao nhiệt chung:
Dòng nhiệt qua phần trụ tháp: 2 = k.F.∆t = 0,64.316,51.(450-30) = 85078 W =0, 64.130.(450 30)− 4944
5.6.3 Truyền nhiệt qua phần chóp tháp
Phần chóp được là từ các lá thép có bề dày =2mm, không có lớp cách nhiệt Nhiệt độ bên trong tháp: 200 0 C
Diện tích bề mặt hình chóp:
Hệ số truyền nhiệt chung: 1 8, 57
Dòng nhiệt sẽ là: 3 = k.F.∆t = 8,57.147,78.(200-30) = 215300,7 W =8.57.70,88(200 30) 103265− Tổng dòng nhiệt vào môi trường xung quanh: