Đề tài: Thiết kế hệ thống sấy khí thổi

Đề tài: Thiết kế hệ thống sấy khí thổi

MỤC LỤC

Chương I: Tổng quan 2

1.1 Quá trìng sấy 2

1.2 Vật liệu sấy 4 1.3 Quy trình công nghệ 5

Chương II: cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng 9

2.1 Các thông số 9

2.2 Cân bằng vật chất 9

2.3 Cân bằng năng lượng 10

Chương III: Tính toán thiết bị chính 12

3.1 Thời gian sấy 12

3.2 Tính kích thước ống sấy 13

Chương IV: Tính cơ khí cho thiết bị chính 15

4.1 Tính chiều dày ống 15

4.2 Tính bích cho ống sấy 15

4.3 Cách nhiệt cho ống sấy 16

Chương V: Tính toán thiết bị phụ 18

5.1 Cyclon 18

5.2 Tính calorife 19

5.3 Tính toán lò đốt 23

5.4 Tính vít tải nhập liệu 25

5.5 Tính gầu tải 26

5.6 Tính và chọn quạt 27

5.7 Tính tai đỡ ống sấy 29

5.8 Tính cửa nhập liệu và tháo liệu 30 5.9 Tính sơ bộ giá thành 31

Chương VI: Kết luận và đánh giá 32

Tài liệu tham khảo 33

MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế giới vànước nhà, các ngành công nghiệp cần rất nhiều hoá chất có độ tinh khiết cao

Sấy là một trong các quá trình hay sử dụng và sấy dùng để làm khô vật liệu

trong phòng thí nghiệm, nên nó cần được bảo quản tốt và chế biến hợp lý

Vì thế, đề tài  Thiết kế hệ thống sấy khí thổi  của môn  Đồ Aùn Môn Học QuáTrình Thiết Bị  cũng là một bước giúp cho sinh viên tập luyện và chuẩn bị cho việc thiếtkế quá trình & thiết bị công nghệ trong lĩnh vực này

Tập thuyết minh đồ án môn học này gồm 6 chương :

 Chương II :Cân bằng vật chất và năng lượng

 Chương III :Tính toán thiết bị chính

 Chương V :Tính thiết bị phụ

 Tài liệu tham khảo

Sấy được dùng khi:

- Tăng độ bền của vật liệu

- Tăng khả năng bảo quản

- Giảm công chuyên chở

- Tăng giá trị cảm quan của vật liệu

Quá trình tách ẩm là quá trình khuếch tán hơi nước từ bề mặt vật liệu vào tácnhân sấy mà động lực quá trình là sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần giữa bềmặt vật liệu và tác nhân

Quá trình sấy diễn tiến theo ba giai đoạn:

- Giai đoạn đốt nóng vật liệu

- Giai đoạn sấy đẳng tốc

- Giai đoạn sấy giảm tốc

Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt người ta chia thiết bị sấy ra làm ba loại:

- Sấy đối lưu

- Sấy tiếp xúc

- Sấy bức xạ

Tuy nhiên, trong công nghiệp phương thức sấy đối lưu là hay được sử dụngnhất

1.1.2 Các thiết bị sấy đối lưu:

1.1.2.1 Thiết bị sấy buồng:Thiết bị làm việc theo chu kỳ Vật liệu đưa vào

buồng sấy từng mẻ một Độ ẩm và nhiệt độ thay đổi theo thời gian sấy Chế độnhiệt là không ổn định

Trong thiết bị sấy buồng, môi chất sấy có thể chuyển động tự nhiên haycưỡng bức nhờ quạt gió Vật liệu được để trên khay, treo lên giá hoặc để trên băngtải

* Nhược điểm:

- Làm việc gián đoạn

- Phù hợp sấy vật liệu dạng đơn chiếc

- Do lớp vật liệu nằm bất động nên tốc độ tách ẩm chậm

1.1.2.2 Thiết bị sấy hầm: Làm việc liên tục Vật liệu được chất trên khay để

trên xe goòng hoặc để trên băng tải và được đưa vào ở một đầu hầm và lấy ra ởđầu kia

* Ưu điểm:

- Đơn giản

- Năng suất khá lớn

- Ít xáo trộn vật liệu

- Vật liệu sấy ít gãy nát

* Nhược điểm:

- Cường độ sấy chưa cao

- Sấy không đều do sự phân lớp nóng và lạnh theo chiều cao hầm sấy

- Phù hợp vật liệu đơn chiếc

- Tiêu tốn nhiều nhân công

1.1.2.3 Thiết bị sấy băng tải: Dùng băng chuyền để vận chuyển vật liệu Vật

liệu trong thiết bị trộn nát ít, nên cần có sự tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấyđồng đều

* Ưu điểm:

- Vật liệu được xáo trộn nên tốc độ sấy nhanh hơn hai thiết bị trên

- Thiết bị làm việc liên tục nên chiều dày lớp vật liệu trên băng tải phảiđược ổn định

* Nhược điểm:

- Có khả năng làm gãy nát vật liệu

- Kích thước thiết bị khá cồng kềnh, sự truyền động khá phức tạp do phảitruyền động cho nhiều băng tải

1.1.2.4 Thiết bị sấy thùng quay: Thiết bị có thể làm việc ở áp suất khí quyển

hay chân không Có thể tăng cường khả năng trao đổi nhiệt trong quá trình sấybằng cách thay đổi vị trí liên tục của vật liệu và phân bố đều trong dòng chảy củatác nhân

Có thể làm việc liên tục hay chu kỳ, chuyên dùng để sấy vật liệu rời dạnghạt Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt, cường độ sấy cao

* Nhược điểm: Vật liệu bị xáo trộn mạnh nên dễ gãy, vỡ vụn tạo bụi gây mất

mát, hạ chất lượng sản phẩm

1.1.2.5.Thiết bị sấy tháp: Chuyên dùng để sấy các loại nông sản dạng hạt.

Trong tháp, vật liệu di chuyển nhờ thế năng Nhập liệu trên đỉnh tháp, tháo liệu ởđáy tháp

* Nhược điểm: Cồng kềnh, thời gian sấy dài.

1.1.2.6 Thiết bị sấy phun: Phun vật liệu (chất lỏng) thành hạt nhỏ và rơi trong

buồng sấy Tác nhân sấy được thổi và chuyển động cùng chiều với vật liệu và sấykhô vật liệu

Dùng để sấy các dung dịch thành bột như sữa, xà phòng

1.1.2.7 Thiết bị sấy tầng sôi: Vật liệu sấy ở thể sôi, trao đổi ẩm với dòng tác

nhân

* Ưu điểm:

- Máy chiếm ít mặt bằng

- Hạt chuyển động qua buồng sấy dễ dàng

- Độ ẩm hạt sau khi sấy đồng đều

1.1.2.8.Thiết bị sấy khí thổi: Thường dùng để sấy các loại hạt nhẹ có độ ẩm chủ

yếu là ẩm bề mặt Hệ thống sấy này thường làm phương tiện vận chuyển từ chỗnày đến chỗ khác theo yêu cầu chế biến Vì hạt vật liệu chuyển động tịnh tiến theodòng khí, đồng thời chuyển động quay; do chuyển động quay nên tiêu tốn mộtphần năng lượng, làm kết quả của chuyển động tịnh tiến bị chậm lại

- Các hạt vật liệu bị lôi cuốn theo dòng tác nhân, vì vậy sự trao đổi nhiệt,trao đổi ẩm giữa tác nhân và vật liệu rất mãnh liệt

- Vật liệu phân bố không đều theo tiết diện đường ống: tại tâm ống vật liệutập chung nhiều hơn (các hạt chuyển động gần thành ống bị giảm tốc độ nhiềuhơn) Dòng khí ngược lại bị nén ở tâm nên dồn ra gần thành ống

- Nồng độ vật liệu càng lớn thì sự phân bố không đều của tốc độ vật liệu vàtốc độ dòng khí càng tăng

- Tốc độ vật liệu thay đổi theo chiều cao ống : Tại vị trí nhập liệu tốc độbằng “0” hoặc thậm chí đạt trị số âm, sau đó do tác dụng của dòng khí vật liệu hìnhthành trạng thái lơ lửng và dòng khí qua lớp vật liệu như trong sấy tầng sôi Tiếptheo tốc độ vật liệu tăng dần nhờ sự lôi cuốn của dòng khí và xuất hiện sự phân bốkhông đều theo tiết diện ống, lúc đó có thể xảy ra hiện tượng hình thành các hạtvật liệu mới khác về kích thước và hình dạng; giai doạn thứ ba tốc độ vật liệu gầnbằng tốc độ dòng khí và sự phân bố vật liệu gần đồng đều theo tiết diện và chiềucao ống sấy

- Tốc độ khí rất lớn, tùy thuộc vào kích cỡ và khối lượng riêng của vật liệu

- Vật liệu sấy thuộc loại hạt nhỏ, kích cỡ không quá 8-10mm

- Thời gian sấy ngắn, hầu như quá trình xảy ra tức thời

* Ưu điểm: Thiết bị có kết cấu đơn giản, gọn, vốn đầu tư ít, sấy vật liệu khô

đều, năng suất cao

* Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều năng lượng Chỉ dùng để tách ẩm bề mặt (ẩm

tự do) và dùng để sấy các vật liệu có trở lực truyền ẩm bé

1.2 Vật liệu sấy:

1.2.1 Giới thiệu về bột CaCO3: Bột có những ứng dụng sau:

- CaCO3 tinh khiết được dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế các hợpchất tinh khiết khác hoặc để trung hòa acid.

- Trong công nghệ đá nhân tạo và công nghệ ceramic, nó được dùng làm

chính

- Trong kem đánh răng, CaCO3 là chất mài mòn

- Là phụ gia cho nhiều ngành công nghiệp khác như polymer, giấy, sơn, cao

su, bột màu, dược và cả trong mỹ phẩm

1.2.2 Đặc trưng của CaCO3: Là tinh thể trắng dạng bột, trọng lượng riêng 2.71,tan trong acid, tan rất ít trong nước, với T = 0.87 10-8 ở 25 ·C

Đun nóng ở 420 C bắt đầu phân ly ra CaO và CO2

- Độ tan của CaCO3 trong nước :

t (C) %

25 0.001445

50 0.001515

75 0.001816

1.3 quy trình công nghệ:

1.3.1 sơ đồ công nghệ:

1.3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Không khí từ bên ngoài được quạt thổi vào thiết bị trao đổi nhiệt (2) Tại đây,không khí được đun nóng bởi khói lò từ lò đốt (1), và đi vào ống sấy (3) Vật liệunhờ cơ cấu trục vít (4) nhập vào ống sấy với vận tốc ban đầu nhất định Vật liệuđược dòng khí thổi từ dưới lên đẩy đi và thực hiện quá trình sấy Đi hết chiều dàiống sấy, vật liệu (đã được tách ẩm) được đưa vào hệ thống cyclon (6) và được táchkhỏi dòng khí, rơi vào đáy cyclon và vào bộ phận chứa sản phẩm (7), sau đó đượcbăng tải vận chuyển đi qua hệ thống bao gói Khí thải từ cyclon (6) được quạt (8)hút ra ngoài

Chương 2:

CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀCÂN BẰNG

NĂNG LƯỢNG

2.1 Các thông số ban đầu:

2.1.1.Vật liệu sấy :

- Năng suất sấy (theo sản phẩm): G2 = 300 (kg/h)

- Độ ẩm ban đầu: u1, = 1 (kg ẩm/kg vật liệu khô)

- Độ ẩm cuối: u2, = 0.11 (kg ẩm/kg vật liệu khô)

- Nhiệt độ vào: θ1 = 29 ¨C (chọn).C (chọn)

- Nhiệt dộ ra : θ2 = 45 + 5 = 50 ¨C (chọn).C,

- Khối lượng riêng : ρh đầu = 1452 (kg/m3 ) ứng với độ ẩm u1, = 1

ρh cuối = 2274 (kg/m3 ) ứng với độ ẩm u1, = 0.11

ρh = 1863.5 (kg/m3 )

- Tỉ trọng δ = 2.71

- Nhiệt dung diêng ( vật liệu khô) Ckhô = 0.92 (kj/kgh)

2.1.2.Tác nhân sấy:

- Nhiệt độ môi trường t = 29 ¨C (chọn).C

φ = 70%

x0 = 0.0182 (kg/kgkkk)

d0 = 77 (kj/kgkkk)

- Khối lượng riêng của không khí: ρk = 1.293*273/T = 1.169(kg/m3)

- Nhiệt độ không khí vào thiết bị sấy: t1 = 140  C

- Nhiệt độ không khí ra khỏi bị sấy: t1 = 55 C

2.2 Cân bằng vật chất:

2.2.1 lượng ẩm cần tách:

2.2.3 Cân bằng năng lượng:

Lượng nhiệt cần thiết để bay hơi 1kg ẩm (lượng nhiệt tiêu hao riêng)

q =

0 2

0 1

x x

I I

Vật liệu: Gvl(1) Cvl(1)θ1 + WCH2Oθ1

Bộ phận mang vật liệu: Gvc1Cvc1tvc1

Bộ phận đốt nóng: Qđ

Do đốt nóng bổ sung trong phòng sấy: Qb

0 2

x x

I I





=

0 2

0 2

x x

I I





- (CH2Oθ1 – qvl – qm) Suy ra:

I2 = I1 + Δ(x2 – x0) với Δ = CH2Oθ1 – qvl – qm = CH2Oθ1 - ∑q

97 1 2493

) 97 1 2493 (

t

x x x t t

= 0.05 (kg/kgkkk)

φ =

h

P x

p x

) 062 0

W

 = 0.052400.0182

F: tổng bề mặt truyền nhiệt của dòng hạt (m2)

α : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (w/m2K)

Q' : nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được trong suốt thời gian sấy (Kw) 3.1.1.tính α:

Δt1= 95 ·C Δt2= 5 ·C

2 1

2 1

ln

t t

t t

* 79 1

* 6 513

3.2 Tính kích thước ống sấy:

3.2.1 Vận tốc tác nhân sấy:

Sấy khí thổi là chế độ sấy động, tác nhân phải đưa vật liệu vào trạng thái chảyrối hoàn toàn de = 15*10-5 m ; ρk = 1.1206 (kg/m3)

Cd

g de

w

k

k r





 3

) (

4

0



Tốc độ cân bằng cũng chính là tốc độ lơ lửng của hạt:

Công thức gần đúng

W0 = 5.22*

k r

de





= 2.6 (m/s)Vận tốc dòng tác nhân:

5 61



Fr chuẩn số Frude

Fr v k gde w0

V

D

 3600

4

Vk: lưu lượng thể tích của tác nhân(m3)

946 0

L V

V t F

Q L

t t

t tb v





với VT: thể tích ống sấy(m3)

FT: diện tích tiết diện ống (m2)

W: lượng ẩm cần tách (kg/h)

A: cường độ bay hơi thể tích trong ống sấy (kg/m3h)

3.2.3.1 Tính A:

max 2

2

h m kg W

W D de

V A

t r

k k

2 2

* 567 0

240

m AF

W L



vcmax tốc độ cân bằng của hạt vật liệu (m/s)

3.2.3.3 Chiều dài đoạn rơi:

Lr = 0.8*0.85 =0.68 (m)

3.2.3.4 Chiều dài tổng:

L = Ls + Lnl + Lr = 26 + 2 + 0.68 = 28.68 (m)

Chương 4

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO

THIẾT BỊ CHÍNH

4.1 Tính chiều dày ống:

Thiết bị làm việc ở áp suất trong: Ptt = 0.15 (N/mm2)

Thiết bị có lớp cách nhiệt:Ttt = tmax + 20 = 140 + 20 =160 ·C

Vật liệu làm việc ở nhiệt độ cao môi trường ăn mòn thấp: Chọn thép CT3

1.Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:

75 118

* ) [







k t

* 95 0

* 2

15 0

* 85 0 ] [

* 2

Thời hạn sử dụng thiết bị 10 – 15 năm

Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học: Cb = 0.5

(thỏa) Kiể tra áp suất tính toán:

) 5 1 3 ( 850

) 5 1 3 ( 95 0

* 75 118

* 2 )

(

) (

* ] [

*

mm N C

S D

C S P

a t

a k

4.2.Tính bích cho ống sấy:

Đệm: chọn đệm thuộc loại đệm paronit có bề dầy 2mm

4.3 Cách nhiệt cho ống sấy:

w

w t t

Thân ống làm bằng thép CT3 có hệ số dẫn nhiệt λ = 46.5 (w/mK)

Phía trong ống là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức nên hệ số trao đổi nhiệtgiữa tác nhân sấy với bề mặt trong của thùng sấy:

Chương 5

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

5.1.Cyclon:

Chọn cyclon kép do:

-Thu sản phẩm với khối lượng khá lớn

-Lưu lượng khí lớn

-Vận tốc dòng khí lớn (nồng độ hạt cao)

-Cyclon này có thể ngăn cản dòng khí lan tràn lên phía trên và hướng nótheo một phía

-hiệu suất cao

Lưu lượng khí vào cyclon:

785 0

Chiều cao cửa vào: a = 0.66D = 594mm

Chiều cao ống tâm có mặt bích h1= 1.74D = 1566mm

Chiều cao phần hình trụ h2= 2.26D = 2034mm

Chiều cao phần hình nón h3= 2D = 1800mm

Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h4= 0.3D = 270mm

Chiều cao chung H = 4.56D = 4104mm

Đường kính ngoài ống ra d1= 0.6D = 540mm

Đường kímh trong của cửa tháo bụi d2= 0.4D = 360mm

Chiều rộng cửa vào b1/b2 = 234/180

Chiều dài của ống cửa vào L = 0.6D = 540mm

Khoảng cách từ tận cùng Cyclon đến mặt bích h5= 0.3D = 270mm Góc nghiêng giữa nắp ống và cửa vào  = 15

Hệ số trở lực  = 105

Vì quá trình trao đổi nhiệt đòi hỏi bề mặt truyền nhiệt tương đối lớn nên chọnthiết bị trao đổi nhiệt ống chùm Trong thiết bị đặt các tấm chắn ngang để chiềuchuyển động của chất nhận nhiệt đi thẳng góc với ống, làm tăng hệ số cấp nhiệt.

- Các ống lắp chặt trên mạng ống kín bằng cách hàn

- Tác nhân cấp nhiệt cho không khí là khói lò đi trong ống, không khí đi ngoàiống

- Chùm ống được bố trí so le

Nhiệt lượng cần cung cấp cho không khí trong calorife:

Q = L0(I1 – I0)

L0: khối lượng không khí khô cần cho quá trình sấy thực tế (kg/h)

I0, I1:entanpi của không khí trước và sau khi vào calorife (kj/kg)

Q = 7547(195-77) = 830546(kj/h)

Nhiệt lượng khói lò cung cấp:



c t

Q

t= 0.7: hiệu suất buồng đốt

c= 0.8: hiệu suất hệ thống dẫn khói

 = 0.7: hiệu suất calorife

1

T ) → 29 ·C ( ,

1

T ) t1= 160C t2= 41C

Chọn thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều 1-1 (ξ = 1) do độ vượt yêu cầu quálớn

Độ vượt = ,

1

T - , 2

tlog = 87.70C

41

160 ln

41 160

Thiết bị dạng chùm phân bố hình lục giác:

Tổng số ống trên 1 dường xuyên tâm của hình 6 cạnhb=25ống

Tồng số ống trên một cạnh của lục giác ngoài ống:

a= (b+1)/2 =13 ống Tổng số ống: n= 3a(a-1) +1 =469 ống Đường kính trong thiết bị: Dt = t(b-1)+4dn = 868mm

Chọn Dt =1000mm

5.2.1.Tốc độ dòng nóng:

Qkhoi’ = Q’ = mkhóiCkhói (T2’- T2’’)

khoi    185 

2

70 300

* 022 1

10

* 1 2 )

(

6 ,

2

,, 2

,

h kg T

T C

9

m V

d n F

V W

t t

khoi

5.2.2 Vận tốc trung bình dòng lạnh:

Lưu lượng không khí trong thiết bị trao đổi nhiệt:

29 140

d t bl

V w



t: bước ống (m)

dn: đường kính ngoài của ống (m)

l0: khoảng cách giữa các tấm ngăn(m)

771 0

* 02 0

* 6 21

khoi

khoi t khoi d w