tính toán thiết bị sấy muối bằng phương pháp sấy thùng quay

Từ thông số đó ta tra giản đồ I-x để tìm các thông số cần thiết hoặc tính toán - Phân áp suất hơi bão hòa của hơi nước trong không khí ầm theo nhiệt độ: o bo p x ϕ ϕ... trạng thái của t

PHẨN 2 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

Vật liệu sấy là muối có các thông số cơ bản sau:

Nhiệt độ đầu t0 = 300C , ϕ = 70% ( thông số này lấy từ nhiệt độ trung bình

ở Phan Thiết – Bình Thuận)

Nhiệt độ vào thiết bị gia nhiệt t1 = 2000 C,

Nhiệt độ ra thiết bị sấy t2 = 900C

Tính các thông số của tác nhân

Trạng thái không khí ngoài trời, được biểu diễn bằng điểm A có (to, o)

Từ thông số đó ta tra giản đồ I-x để tìm các thông số cần thiết hoặc tính toán

- Phân áp suất hơi bão hòa của hơi nước trong không khí ầm theo nhiệt độ:

o bo

p x

ϕ ϕ

Không khí được đưa vào thiết bị gia nhiệt và được đốt nóng đẳng áp ((x1 = xo) đến trạng thái B (x1, t1).

1

.(0,622 )0,0193

0.03(0,622 0,0193)

x x

Bảng 1 trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết.

Đại lượng Trạng thái không

khí ban đầu (A)

Trạng thái không khí vào thiết bị sấy (B)

Trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C)

3 TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Ta sấy theo phương pháp ngược chiều để quá trình truyền nhiệt là tốt nhất vì nhiệt dộ

mà ta chọn sấy cịn rất thấp so với nhiệt độ nĩng chảy của muối

Do quá trình sấy do nhiều yếu tố mà ta bị mất 1 lượng nhiệt vì thế ta cĩ các loại nhiệt sau

Quá trình sấy khơng cĩ bổ sung nhiệt lượng, QBS = 0

Thiết bị sấy thùng quay khơng cĩ thiết bị chuyển tải, QCT = 0

- Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:

 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong carorife L(I1 – Io)

 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G1 - W)Cv1 + WCa].tv1

- Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:

 Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang đi: L(I2 – Io)

 Nhiệt lượng thất thốt do cơ cấu bao che: Qm

 Nhiệt lượng do vật liệu mang ra: G2.Cv2.tV2

v v

Q q W

 Nhiệt do vật liệu ẩm đưa vào

WCatv1 = 123.4.4,18.(30 +273)= 156291,036 (kJ/h)

o rtv1 :ẩn nhiệt hĩa hơi của nước , rtv1 = 2500 kJ/kg

o Ca nhiệt dung riêng của ẩm:

Ca = Cpa = 1,9kJ/kg.K

⇒ Qhi = 123,4.[2500 + 1,9.(90– 30)] = 322567,6 kJ/h

⇒ Qm = 0,05.Qhi

= 0,05 322567,6 = 16128,38 kJ/h16128,38

130,7

123, 4

m m

Q q W

- Đặt ∆ = Catv1 – qBC – qv :nhiệt lượng bổ sung cho quá trình sấy thực nĩ đặc trưng cho sự khác biet giữa sấy lý thuyết và sấy thực

 Với quá trình sấy lý thuyết: ∆ = 0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết

Vì l chưa biết nên ta xác định x2 thơng qua cân bằng nhiệt :

2

0,0529.0,981

0,111(0,622 ) 0,6908.(0,622 0,0529)

Bảng 3:trạng thái của tác nhân trong quá trình sấy thực:

Đại lượng Trạng thái không

khí ban đầu (A)

Trạng thái không khí vào thiết bị sấy (B)

Trạng thái không khí ra khỏi thiết bị sấy (C’)

Đồ thị biểu diễn quá trình sấy

- Lượng tác nhân khô cần thiết

2 1

123, 4

3672,620,0529 0,0193

0.5774530

A

- Chọn đường kính thường theo tiêu chuẩn: DT = 1,6 m

- Chiều dài thùng:

2 2

4 4.17,14

8,53.1,6

T T

T

V L

T T

D

Thời gian lưu:

Thời gian vật liệu lưu trú trong thùng:

β ρ

Thời gian lưu của vật liệu đảm bảo được τ1 >= τ

Tính tốc độ vịng quay của thùng sấy

1

1

T T

m k L n

D tg

=

Trong đĩ: k1 : hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động của vật liệu

Trường hợp ta chọn sấy ngược chiều k1 = 0,5 2,0  Chọn k1 = 1

T T

m k L n

.1,6(1 ) (1 ) (1 0,18) 1,648

T T

k

V v F

= = = m/s ( vận tốc khí này phù hợp khi tra

đồ thị vận tốc dòng khí phụ thuộc vào kích thước ở kỹ thuật sấy của Nguyễn Văn Lụa vtra

TÍNH BỀ DÀY CỦA THÙNG SẤY:

Vật liệu sấy là vật liệu có độ ăn mòn hóa học cao và làm việc ở nhiệt độ cao vì thế chọn vật liệu 1X18H10T

Các thông số tính toán ,vì nhiệt độ làm việc do khí nóng mang vào nên nhiệt làm việc là

2500 C

Áp suất làm việc bằng với áp suất khí quyển

p = 0,1.106 N/m2 = 0,1 N/mm2

Ứng suất tiêu chuẩn [δ∗]250= 128 N/mm2

Ta dự kiến làm lớp cách nhiệt đồng thời là môi trường ăn mòn nên giới hạn an toàn η=0,95

T h

2 Hệ số bổ sung

do ăn mịn cơ

học

Do nguyên liệu là các hạt rắn chuyển động,

va đập trong thiết bị Giá trị Cb chọn theo thực nghiệm

S C D

 thỏa điều kiện − <0,1

T

a D

C S

- Ứng suất lớn nhất cho phép của thiết bị:

m xq

xq tb

K F t

W

W q K

4.1,6035.1,6035.9 2 49,35

π π

Nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài:

- Gọi t1đ t1c : nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy

T1đ = t1 = 2000 C

tc1 = t2 = 90oC

t2đ, t2c : nhiệt độ môi trường xung quanh, t2đ = t2c = to = 30oC

- Hiệu số lưu chất của dòng vào và ra của dòng tác chất

60

tb

d c

t

t t

W q K

α1 : hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thiết bị

α2 : hệ số cấp nhiết từ thành ngoài thùng vào môi trường xung quanh

δi : bề dày của vật liệu lần lượt , bầ dày thùng, bề dày lớp cách nhiệt, bề dày lớp bảo vệ

λi : hệ số dẩn nhiệt của các vật liệu

Để đảm bảo được năng suất ta phải chọn bề dày lớp cách nhiệt và vật liệu cách nhiệt sao cho phù hợp

Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:

3 Hệ số dẫn nhiệt k W/m.oK 0,03854

l Re,

ε Với: Re =0,44218.105

k T

Nu D

bảng thơng số khơng khí ngồi ống:

 εl = 1,135 (sổ tay tập 1)

1 Nhiệt độ to oC 300C

2 Hệ số dẫn nhiệt o W/m.oK 0,02674

4 Áp suất hơi bão hòa pb bar 0,0422

5 Khối lượng riêng 0 kg/m3 1,1889

5,136.10(1,6235.10 ) (30 273)

125,82.0,02674

2,0881,611

o ng

Nu D

100 100

7 , 5 )

4 2

4 1 2 1 2

1

T T

T T F

Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp vật liệu

nằm trên cánh và tren mặt thùng sấy mà còn di qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và cánh từ trên xuống Do đó trở lực tác nhân sấy tính theo công thức thực nghiệm

- Chuẩn số Reynolds

3 5

=

Trong đĩ:

 a :hệ số thủy động

490 1005,85

2

68, 2.9.0,612 0,8309.0,00756

2.10.0,5.10144,41( ) 1444( / )

k k hạt

Cơng suất của thùng quay:

- Công suất cần thiết để quay thùng:

N = 0,0013.DT2.LT.α.n.ρ ,kW

với: DT : đường kính trong của thùng, DT = 1,6m

LT : chiều dài thùng, LT =9m

α : hệ số phụ thuộc vào dạng cánh

Với cánh nâng, hệ số chứa đầy β = 0,2 thì α = 0,063 (Bảng VII.5, [1]) n : tốc độ quay của thùng, n = 1 vg/ph

ρ : khối lượng riêng xốp của vật liệu, ρ =1020kg/m3

 N = 0,0013.DT2.LT.α.n.ρ

= 0,0013.1,62.9.0,063.1.1020 = 1,92 kW

- Chọn động cơ 3K132M8, có các đặc tính:

Công suất động cơ: Nđc =3kW

Vận tốc quay: nđc = 730 vg/ph

Hiệu suất: η = 80%



I

Động cơ

Hệ số công suất: cosϕ = 0,74

Công suất làm viêc của động cơ:

- Chọn tỷ số truyền: i23 = 6

i12 = 4 01

12 23

730

30, 42 4.6

c

i i

Hiệu suất của bộ truyền trục vít:

'

0,8

0,8960,93.0,96

với: h: chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu

DT : đường kính thùng Fc : bề mặt chứa vật liệu của cánh

 Fc = 0,122.DT2= 0,122.1,62 = 0,312 (m2)

- Chọn: Chiều rộng cánh: b =190 mm

Chiều cao cánh: d = 80 mm Chiều dài cánh: 0,312 0,932

- Tỷ lệ chứa đầy vật liệu trong thùng:

2 2

2 1

2

.sin 22sin 2 0,36

0,5625

2 0,858

Tính các tải trọng của thùng sấy:

• Tải trọng của thân thùng

• Tải trọng vật liệu trong thùng

Làm 2 vành đai ở 2 đầu cách 2 đầu đầu thùng quay là 1800 mm Tính như vành khăn:

Lực tác dụng lên con lăn

-Phản lực mỗi con lăn tác dụng lên đai( ta dùng 4 con lăn) nên:

91672,82

26463,672cos 4.cos30

Vì nhiệt độ sấy của ta khá cao 2000 C nên ta sử dụng bộ sấy khơng khí kiểu ống và tác nhân sấy là khĩi lị , nhiên liệu đốt là than bùn.

Tính hệ số cấp nhiệt phía khơng khí ngồi ống α1

Tác nhân sấy cĩ nhiệt độ đầu vào thiết bị gia nhiệt là tđ= 300 C và nhiệt độ ra là tr = 2000

C để đi vào thùng sấy

Bảng thơng số tác nhân khơng khí chuyển động ngồi ống

STT Thơng số hiệuKí Đơn vị Giá trị

1 Nhiệt độ trung bình tk oC 115

2 Hệ số dẫn nhiệt k W/m.oK 0,0361

3 Khối lượng riêng k kg/m3 0,916

4 Độ nhớt động k m2/s 24,888.10-6

Lưu lượng khơng khí cần được gia nhiệt là 1,23 m3/s chọn đường kính của ống dẫn khí là 1,5 m

Vận tốc dịng khí trong đường ống :

2 2

1, 23

0,69.1,5

44

o ô

ô

V D

0, 25

o ô

D d

1

2168,37.0,0361

1505,350,052

k T

Nu d

λ

Hệ số cấp nhiệt phía trong ống α2

Sự cấp nhiệt phía trong ống là do khoi lò :

Ta tính giống như sự cấp nhiệt chuyển động trong ống thẳng

Các thông số của ống ta chọn như sau:

Đường kính: D = 0,05m , chiều dài 2 m

K

δ

=+ +

220 20

83, 4220

ln20

Q F

F n

Trong hệ thống sấy thùng quay thường dùng cyclone đơn Chọn loại cyclone đơn

ЦH-15 với gĩc nghiêng của cửa vào α = 150 loại này đảm bảo độ sạch lớn nhất với hệ

số sức cản thủy lực nhỏ nhất

Khi thiết kế, đối với loại ЦH-15 thì chọn đường kính từ 40 – 800 mm hệ số làm sạch buic4 càng tăng nếu bán kính nhỏ nhưng kéo theo năng suất giảm vì vậy ta sẽ dùng nhiều cyclon làm việc song song

ở đây ta dùng 2 xyclon đơn

lưu lượng xyclone chính là luu lượng tác nhân sấy:

Vc = V2 =4428 m3/h = 1,23 m3/s

Đường kính D = 700 mm

Bảng kích thước của xyclon đơn loại ЦH-15: (sổ tay quá trình thiết bị tập 1)

STT Kích thước loại ЦH-15 Ký hiệu Công thức Giá trị Đơn vị

3 Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 1,74D 1218

4 Chiều cao phần hình trụ h2 2,26D 1582

5 Chiều cao phần hình nón h3 2,0D 1400

6 Chiều cao phần bên ngoài ống

8 Đường kính ngoài của ống ra d1 0,6D 420

9 Đường kính trong của cửa tháo

10 Chiều rộng của cửa vào b1/b 0,26D/0,2D 182/140

11 Chiều dài của ống cửa vào l 0,6D 420

12 Khoảng cách từ tận cùng xyclon

13 Góc nghiêng giữa nắp và ống

TÍNH TỐN KHÍ ĐỘNG VÀ CHỌN QUẠT GIĨ:

Tính trở lực hệ thống đường ống

Do hệ thống sấy dài nên ta dùng 2 quạt đặt ở đầu và cuối hệ thống

• Quạt đặt ở đầu hệ thống cĩ tác dụng đưa khí vào thiết bị trao đổi nhiệt và đưa khí đĩ vào thiết bị sấy, qua 2 đoạn ống cong 900

• Quạt đặt ở sau hệ thống nhằm đưa khí ra khỏi hệ thống và đưa khí vào thiết bị loc xyclon , qua 1 đoạn ống cong 900.

Trạng thái không khí ra khỏi thiết bị

Chiều dài l (m)

Kích thước (mm)

Lưu lượng khí V (m3/s)

Vận tốc khí v (m/s)

Điểm kết thúc

Kích thước (mm)

1 Cửa ra quạt đẩy 350 2 ∅400 0,858 6,83

Lối vào thiết bị truyền nhiệt

429 x169

Hình 2: Sơ đồ đường ống của hệ thống sấy

1 Quạt đẩy 5 Thùng tháo liệu và dẫn khí ra

D v

µ

ρ

 v, ρk, µk : vận tốc (m/s), khối lượng riêng (kg/m3), độ nhớt (Ns/m2) của không khí sấy tại các vị trí tương ứng

 Dtđ : đường kính tương đương của đường ống (m)

o Ống tròn : Dtđ = Dống

o Ống hình chữ nhật : D tđ =4ΠS =2.(4a.a+.b b) a, b : chiều dài 2 cạnh của tiết diện ống, (m) S : diện tích tiết diện ống, (m2)

Π : chu vi tiết diện ống, (m)

- Với không khí chảy xoáy rối, Re ≥ 4000, xem dòng chảy ở khu vực nhẵn thủy lực  hệ số trở lực ma sát λ , theo Bảng PH 2 (kỹ thuật sấy của Hồng Văn Chước).

- Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực ma sát trong ống dẫn:

)(

.2

)/(2

2 2

2 2

O mmH g

v D

L

m N

v D

L

P

k k tđ

k k tđ

ms

ρλ

ρλ

truyền nhiệt đến

trước thiết bị sấy 2 0,4 0,93.10

5 0,018 3,98 0,398

3 Từ sau thùng sấy đến xyclon 2 0,2425 2,42.105 0,0165 40,00 4

4 Từ sau xyclon đến quạt hút 2 0,4 0,89.105 0,0182 5,96 0,596

2 tính trở lực cục bộ:

Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ:

g v

v P

k k

k k cb

2 2

2

2

ρξ

ρξ

với: A1, A2 : diện tích tiết diện ống nhỏ và ống mở rộng, m2

k : hệ số Với góc mở θ = 6o thì k = 0,1 (sổ tay tập 1 QT và TB)

Áp suất ∆Pcb tính theo v2

Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ do đột mở

b.Hệ số trở lực do đột thu:

- Vị trí có trở lực do đột thu là từ đường ống vào thiết bị truyền nhiệt

A2 = 0,0491: diện tích tiết diện ống nhỏ (lối vào thiết bị truyền nhiệt),

m2

A1 = 0,1257: diện tích tiết diện ống ống mở rộng (đường ống), m2

- Hệ số tổn thất cột áp cục bộ của dòng chảy qua ống hội tụ:

với: k : hệ số Với góc hội tụ θ = 60o thì k = 0,2 (sổ tay tập 1 QTva TB)

e : hệ số co hẹp

Ta có: n = A2/A1 = 0,39 < 0,6 thì:

6306 , 0 1257 , 0

0491 , 0 1

,

1

043 , 0

57

,

0

1 2

ε

6306 , 0

1 2 , 0 1

- Vận tốc khí tại lối vào thiết bị truyền nhiệt: v2 = 10,89 m/s

- Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ do đột thu ∆Pcb4 tính theo v2:

(CT P8.7, [11])

a Hệ số trở lực tại đoạn ống uốn cong 90 o :

 Đối với ống tiết diện tròn:

- Trên hệ thống có 2 lần uốn cong 90o trên ống tròn là sau caloriphe để đến hệ thống sấy

- Hệ số tổn thất cột áp cục bộ của dòng chảy tại chỗ uốn cong, đối với ống tiết diện tròn:

 Đối với ống tiết diện vuông:

- Vị trí uốn là trước xyclon, sau thùng sấy

Hình 3: Ống uốn cong góc θ

- Hệ số tổn thất cột áp cục bộ của dòng chảy tại chỗ uốn cong, đối với ống tiết diện hình chữ nhật:

ξ = A.B.C

với: θ = 90ο  A = 1 (Bảng II.16, No24, sổ tay tập 1)

Chọn R/Dtđ = 4  B = 0,11 (Bảng II.16, No25, sổ tay tập 1) Ta có: 0 , 4

429 , 0

169 ,

 Hệ số trở lực trên ống thẳng trực tiếp:

Ta có : ξ2 = 0,1 (Bảng II.16, No23, sổ tay tập 1)

 Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ trên ống thẳng

26,39( / ) 2,64( )

k k cb

v P

ρ ξ

Tính trở lực cho hệ thống:

- Tổn thất cột áp động tại cửa ra của quạt:

 Vận tốc khí tại cửa ra của quạt:

quạt

ống ống

S v

 Tổn thất cột áp động:

) (

2

)

/ ( 2

.

2

2 2

2

O mmH g

v m N

v

đ

ρ ρ

ρk

t P

với: t : nhiệt độ làm việc của khí, oC

B : áp suất tại chỗ đặt quạt, B = 760 mmHg

ρk : khối lượng riêng của khí ở điều kiện làm việc, kg/m3

Bảng 2 : Tổn thất cột áp mà quạt phải khắc phục

Quạt đẩy Quạt hútTổn thất ma sát ∆Pms

tính cơng suất và chọn quạt:

- Năng suất của quạt V (m3/h): đối với không khí ít bẩn thì năng suất quạt lấy bằng lưu lượng không khí theo tính toán ở điều kiện làm việc

- Trở lực mà quạt phải khắc phục ∆P (N/m2): lấy tổn thất cột áp toàn phần ở điều kiện làm việc

- Công suất trên trục động cơ điện, khi vận chuyển không khí ở nhiệt độ cao:

tr q

với: ηq : hiệu suất quạt, lấy theo đặc tuyến

ηtr : hiệu suất truyền động

Khi truyền động bằng bánh ma sát ηtr = 0,9

- Công suất động cơ điện:

với: k3 : hệ số dự trữ.

Bảng 3 : Bảng tính công suất và chọn quạt

STT Đại lượng Ký hiệu Quạt hút Quạt đẩy Ghi chú

1 Năng suất trung bình V (m3/s) 0,858 1,228

2 Khối lượng riêng trung

bình tác nhân ρ

(kg/m3) 1,1889 0,8309

3 áp toàn phầnTổn thất cột (N/m∆P 2) 360,48 460,15

4 Hiệu suất quạt ηq 0,65 0,65

Tra đồ thị đặc tuyến quạt ly tâm Ц 9-57,

No5 (Hình II.58,tập

1)5

Công suất trên

trục động cơ

6 động cơ điệnCông suất Nđc (kW) 9,47 9,834 Với N > 5 kW thì k3

= 1,1Như vậy ta chọn quạt Ц 9-57, No5 lúc đầu là hợp lý

- Các thông số của quạt và động cơ: ta sử dụng 2 quạt Ц 9-57, No5 có các thông số giống nhau

Bảng 4 : Các thông số của quạt và động cơ

Thông số Ký hiệu Giá trị Ghi chúQuạt Ký hiệu quạt Ц 9-57, No5

Tra đồ thị đặc tuyến quạt ly tâm

(vg/ph) 1460Hệ số công suất cosϕ 0,88

TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ:

Tính giá thành vật tư – thiết bị

STT Vật liệu – Thiết bị Đơn vị tính Đơn giá (ngàn đồng)Giá thành

2 Vật liệu cách nhiệt 10 (kg) 4 triệu đ/m3 250

3 Quạt (cả môtơ) 2 x 15 (kW) 600.000 đ/HP 24.140

5 Môtơ điện quay thùng 1,5 (kW) 500.000 đ/HP 1.005

6 Ống thép φ > 50mm 11 (m) 30.000 đ/m 330

7 Van thép, φ > 50mm 2 (cái) 50.000 đ/cái 100

8 Lưu lượng kếφ > 50mm 2 (cái) 1.5 triệu/cái 3.000

Tổng cộng 159.045

- Tiền công chế tạo lấy bằng100% tiền vật tư : 159.045 (ngàn đồng)

- Giá thành hệ thống: 318.090.000 đồng

Giá sản phẩm 500đ/kg sản lượng cần đạt được là 5.840 tấn/năm Mỗi năm thu vào

2.920.000.000 đồng

KẾT LUẬN: