Tính toán thiết bị sấy

Tính toán thiết bị sấy

PHẨN 2 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

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

Nhiệt độ đầu t0 = 300C , 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:

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

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

Đại

lượng không khí banTrạng thái

đầu (A)

Trạng tháikhông khí vàothiết bị sấy (B)

Trạng tháikhông khí ra khỏithiết 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

(kJ/kg aåm)

 Nhiệt do vật liệu ẩm đưa vào

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

Ca.tv1 = 4,18.(30 + 273)=1266.54 (kJ/kg aåm)

Qm = (0,03  0,05).Qhi [14]

Qhi : nhiệt hữu ích là nhiệt làm bay hơi lượng ẩm :

Qhi = W.[rtv1 + Ca(t2 – tv1)] [8]

Với:

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

o Ca nhiệt dung riêng của ẩm:

 Với quá trình sấy lý thuyết: = 0

Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy lý thuyết

Q = L(H2 – Ho) = 2863,11.(255,72 – 79,25) = 505281.653 kJ/h

Trạng thái khôngkhí ra khỏi thiết bị

Đồ thị biểu diễn quá trình sấy

- Lượng tác nhân khô cần thiết

kg/hLượng nhiệt tiêu hao riêng:

TÍNH THỜI GIAN SẤY

Tính cường độ sấy

- Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị:

oC

- Độ ẩm trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy:

- Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong tác nhânsấy:

bar

- Khối lượng riêng của tác nhân:

Thời gian sấy:

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

Thời gian lưu:

Thời gian vật liệu lưu trú trong thùng:

Thời gian lưu của vật liệu đảm bảo được 1 >= 

Tính tốc độ vịng quay của thùng sấy

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

m2

- vận tốc tác nhân:

m/s ( vận tốc khí này phù hợp khi tra

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

=0,7 m/s)

Mặt khác ta cĩ :

Để đảm bảo ta chon vk =0,612 m/s

TÍNH BỀ DÀY CỦA THÙNG SẤY:

Vật liệu sấy là vật liệu cĩ độ ăn mịn hĩa học cao và làm việc ở nhiệt độ cao vì thế chọnvật liệu 1X18H10T

Các thơng số tính tốn ,vì nhiệt độ làm việc do khí nĩng mang vào nên nhiệt làmviệc 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 []250= 128 N/mm2

Ta dự kiến làm lớp cách nhiệt đồng thời là mơi trường ăn mịn nên giới hạn antồn 

STT Hệ số bổ sungkích thước hiệuKí Giá trị(mm) Ghi chú

1 Hệ số bổ sung Ca 2 Đối với vật liệu bền trong

do an mịn hĩa

học

môi trường có độ ăn mònhóa học không lớn hơn 0,05mm/năm

2 Hệ số bổ sung do ăn mịn cơ

Do nguyên liệu là các hạt rắnchuyển động, va đập trongthiết bị Giá trị Cb chọn theothực nghiệm

3 Hệ số bổ sung do sai lệch khi

 thỏa điều kiện

- Ứng suất lớn nhất cho phép của thiết bị:

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

tñ = t1đ – t2đ =200 – 30 = 170 oC

hệ số cấp nhiết từ thành ngoài thùng vào môi trường xung quanh.

i : bề dày của vật liệu lần lượt , bầ dày thùng, bề dày lớp cách nhiệt, bề dày lớpbảo vệ

i : 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 saocho phù hợp

Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:

3 Hệ số dẫn nhiệt k W/m.oK 0,03854

Chế độ chảy của tác nhân trong thiết bị:

Chuẩn số Reynolds:

Re> 104 dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy quá trình truyền nhiệttrong thùng xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy rối, và quátrình truyền nhiệt là do đối lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống

bảng thông số không khí ngoài ống:

5 Khối lượng riêng 0 kg/m3 1,1889

Trong đó Qbx :nhiệt trao đổi bức xạ ,W

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 vàcánh từ trên xuống Do đó trở lực tác nhân sấy tính theo công thức thực nghiệm

Cơng suất của thùng quay:

- Công suất cần thiết để quay thùng:

N = 0,0013.DT2.LT..n. kW

thùng, DT = 1,6m

LT : chiều dài thùng, LT =9m

: hệ số phụ thuộc vào dạng cánh

Với cánh nâng, hệ số chứa đầy  = 0,2 thì  =0,063 (Bảng VII.5, [1])

n : tốc độ quay của thùng, n = 1 vg/ph

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

 N = 0,0013.DT2.LT..n.

= 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:  = 80%



Công suất làm viêc của động cơ:

Nlv = Nđc. = 3.0,8 = 2,4 kW

 thỏa điều kiện Nlv > N cần thiết để quay thùng

Chọn tỉ số truyền động:

- Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống:

Do tỷ số truyền quá lớn nên phải sử dụng hệ thốngtruyền động giảm tốc cho thùng Sử dụng bộ phận giảmtốc 2 cấp kiểu trục vít – bánh răng Hệ thống truyền độngnhư sau: trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít nàytruyền động qua bánh vít (giảm cấp i01), từ bánh vít qua bánhrăng nhỏ của hộp giảm tốc, rồi qua bánh răng lớn (giảmcấp i12), sau đó ra khỏi hộp giảm tốc, truyền qua tang dẫnđộng và đến thùng qua bánh răng lớn gắn vào thùng(giảm cấp i23)

- Chọn tỷ số truyền: i23 = 6

i12 = 4

- Vận tốc quay:

- Công suất:

răng trụ hở: hbr = 0,93 – 0,95

 Chọn hbr = 0,93

Hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ được chekín (trong hộp giảm tốc): hbr’ = 0,96 – 0,98

 Chọn hbr’ = 0,96

Hiệu suất của bộ truyền trục vít:

Sơ đồ hệ thống truyền động cho thùng

: Sơ đồ hệ thống truyền động

Bảng 1 : Bảng sơ đồ truyền động

Trục

Vận tốc quay n

 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:

Chiều dày cánh:  = 5mm Số cánh trên một mặt cắt :8 cánh

 Với chiều dài thùng sấy LT = 9m ta lắp 9 đoạn cánh dọc theochiều dài thùng, ở đầu nhập liệu của thùng lắp cánhxoắn để dẫn vật liệu vào thùng, với chiều dài 0,3m

- Tỷ lệ chứa đầy vật liệu trong thùng:

F1 : tiết diện ngang của thùng

Fcđ : tiết diện chứa đầy

Fcđ = .Ft = 0,18.2 =0,36 (m2)Do:

Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng:

h = R – Rcos = 0,8.(1-cos58) = 0,4 m

TÍNH VÀNH ĐAI VÀ CON LĂN ĐỠ:

Tính các tải trọng của thùng sấy:

 Tải trọng của thân thùng



Fcđ

Hình 1: Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng

Chọn: đường kính trong của vành đai

Lực tác dụng lên con lăn

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

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

Bảng thơng số

Tác nhân sấy Khơng khí

Nhiệt độ vào

t2đ = to

27oCNhiệt độ ra t2c =

t1

55oC

Than bùn Khĩi lị Áp suấtNhiệt độ khĩi 1 at250oC

TÍNH CÁC HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT :

Tính hệ số cấp nhiệt phía khơng khí ngồi ống 

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

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 là1,5 m

Hệ số cấp nhiệt phía trong ống  2

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

Bề dày ống m,thép CT20 có hệ số dẫn nhiệt  W/mK

Hệ số trao đổi nhiệt cưỡng bức chuyển động trong ống công thức thực nghiệm:

( CT kĩ thuất sấy của Hoàng Văn Chước)

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 bịtập 1)

STT Kích thước loại ЦH-15 Ký

hiệu Côngthức Giátrị Đơnvị

4 Chiều cao phần hìnhtrụ h2 2,26D 1582

5 Chiều cao phần hìnhnón h3 2,0D 1400

6 Chiều cao phần bênngoài ống tâm h4 0,3D 210

8 Đường kính ngoài củaống ra d1 0,6D 420

9 Đường kính trong củacửa tháo bụi d2 0,3D 210

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

11 Chiều dài của ốngcửa vào l 0,6D 420

12 Khoảng cách từ tậncùng xyclon đến mặt

13 Góc nghiêng giữanắp và ống vào  15 Độ

14 Hệ số trở lực củaxyclon  105 Đợn vị

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 đưakhí 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 bịloc xyclon , qua 1 đoạn ống cong 900.

Ta cĩ bảng lưu lượng khí:

Đại Ký hiệu Trạng thái Trạng thái Trạng thái

lượng – Đơn vị ngoài trờikhông khí vào thiết bịkhông khí

sấy

không khí rakhỏi thiết bịsấy Nhiệt

Chiề

u dài

l (m)

Kíchthước(mm)

Lưulượngkhí V(m3/s)

Vậntốckhí v(m/s)

Điểmkếtthúc

Kíchthước(mm)

1 Cửa raquạt

Lối vàothiết bịtruyềnnhiệt

509

Hình 2: Sơ đồ đường ống của hệ thống sấy

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

o Ống tròn : Dtđ = Dống

o Ống hình chữ nhật :

a, b : chiều dài 2 cạnh của tiết diện ống, (m) S : diện tích tiết diện ống, (m2)

 : chu vi tiết diện ống, (m).

- Với không khí chảy xoáy rối, Re  4000, xem dòngchảy ở khu vực nhẵn thủy lực  hệ số trở lực ma sát , theoBảng PH 2 (kỹ thuật sấy của Hồng Văn Chước)

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

Kết quả tính trở lực ma sát trên đường ống

ST

T Đoạn ống (m)L (m)Dtđ Re  (N/mPl2) (mmHPl2O)1

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

k : hệ số Với góc mở = 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 độtmở

b.Hệ số trở lực do đột thu:

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

A2 = 0,0491: diện tích tiết diện ống nhỏ (lối vàothiết 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 quaống hội tụ:

hội tụ = 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:



- 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 dođột thu Pcb4 tính theo v2:

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 trònlà sau caloriphe để đến hệ thống sấy

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

Chọn  k = 0,29



- Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ do 2lần uốn cong 90o trên ống tròn Pcb5:

 Đối với ống tiết diện vuông:

- Vị trí uốn là trước xyclon, sau thùng sấy

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

 Hệ số trở lực trên ống thẳng trực tiếp:

Ta có :  (Bảng II.16, No23, sổtay tập 1)

 Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cụcbộ trên ống thẳng Pcb8:

Tính trở lực cho hệ thống:

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

 Vận tốc khí tại cửa ra của quạt:

,m/s

 Tổn thất cột áp động:

- Tổn thất cột áp tính toán:

Ptt = Pt + Pđ N/m2

- Tổn thất cột áp toàn phần, ở điều kiện làm việc(do sử dụng đặc tuyến thành lập cho điều kiện tiêu chuẩn):

,N/m2 (CT II.238a, [1])với: t : nhiệt độ làm việc của khí, oC

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

k : 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

Côngthức P1 + P2 P3 + P4

Tổn thất cột

tính cơng suất và chọn quạt:

- Năng suất của quạt V (m3/h): đối với không khí ít bẩnthì 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 tổnthất cột áp toàn phần ở điều kiện làm việc

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

,kW (CT II.239b, [1])với: q : hiệu suất quạt, lấy theo đặc tuyến

tr : hiệu suất truyền động

Khi truyền động bằng bánh ma sát tr = 0,9

- Công suất động cơ điện:

Bảng 3 : Bảng tính công suất và chọn quạt

STT Đại lượng hiệuKý Quạthút Quạtđẩy Ghi chú

1 suất trungNăng

Tra đồ thịđặc tuyếnquạt ly tâm Ц9-57, No5 (HìnhII.58,tập 1)

- 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 hiệuKý Giátrị Ghi chúQuạt Ký hiệu

Tra đồ thị đặc tuyếnquạt ly tâm Ц 9-57, No5(Hình II.58, tập 1)

Tốc độ vòng của bánh guồng

v (m/s) 4,19

(rad/s) 150

quay (vg/ph)vđc 1460Hệ số

công suất cos 0,88

TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ:

Tính giá thành vật tư – thiết bị

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

2 Vật liệu cáchnhiệt 10 (kg) 4 triệuđ/m3 250

4 Bulon 110 (con) 2000 đ/con 220

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

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

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

8 Lưu lượng kế > 50mm 2 (cái) triệu/cái1.5 3.000

Tổng

- 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: