THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY KHÍ THỔI
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ 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 bò chính 12 3.1. Thời gian sấy 12 3.2. Tính kích thước ống sấy 13 Chương IV: Tính cơ khí cho thiết bò 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 bò 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 SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM 1 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế giới và nước 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 ẩm. Đặc biệt là CaCO 3 , nó là nguyên liệu cho nhiều nghành công nghiệp và cả 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 n Môn Học Quá Trình Thiết Bò ″ cũng là một bước giúp cho sinh viên tập luyện và chuẩn bò cho việc thiết kế quá trình & thiết bò công nghệ trong lónh vực này. Tập thuyết minh đồ án môn học này gồm 6 chương : • Chương I :Tổng quan • Chương II :Cân bằng vật chất và năng lượng • Chương III :Tính toán thiết bò chính • Chương IV :Tính cơ khí • Chương V :Tính thiết bò phụ • Chương VI :Kết luận • Tài liệu tham khảo • Mục lục Để hoàn thành đồ án này, thực sự em đã cố gắng rất nhiều. Song, vì đây là bước đầu làm quen với công tác thiết kế nên chắc hẳn không tránh khỏi những sai sót. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Máy – Thiết Bò, đặc biệt là thầy Trần Văn Ngũ, Người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế này . SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM 2 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Quá trình sấy 1.1.2. Khái niệm: Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi. Ẩm thường là hơi nước, vật liệu bao gồm cả vật rắn, bùn, chất lỏng … Sấy được dùng khi: - Tăng độ bền của vật liệu. - Tăng khả năng bảo quản. - Giảm công chuyên chở. - Tăng giá trò cảm quan của vật liệu. Quá trình tách ẩm là quá trình khuếch tán hơi nước từ bề mặt vật liệu vào tác nhân sấy mà động lực quá trình là sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần giữa bề mặt 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 bò 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 dụng nhất. 1.1.2. Các thiết bò sấy đối lưu: 1.1.2.1 Thiết bò sấy buồng:Thiết bò 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 độ nhiệt là không ổn đònh. Trong thiết bò sấy buồng, môi chất sấy có thể chuyển động tự nhiên hay cưỡng bức nhờ quạt gió. Vật liệu được để trên khay, treo lên giá hoặc để trên băng tải. * Ưu điểm: - Đơn giản, dễ vận hành. - Vốn đầu tư ít. - Dễ thao tác. * Nhược điểm: SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM 3 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ - 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 bò 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 ở đầu 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 bò sấy băng tải: Dùng băng chuyền để vận chuyển vật liệu. Vật liệu trong thiết bò trộn nát ít, nên cần có sự tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy đồng đều. * Ưu điểm: - Vật liệu được xáo trộn nên tốc độ sấy nhanh hơn hai thiết bò trên. - Thiết bò làm việc liên tục nên chiều dày lớp vật liệu trên băng tải phải được ổn đònh. * Nhược điểm: - Có khả năng làm gãy nát vật liệu. - Kích thước thiết bò khá cồng kềnh, sự truyền động khá phức tạp do phải truyền động cho nhiều băng tải. 1.1.2.4 Thiết bò sấy thùng quay: Thiết bò có thể làm việc ở áp suất khí quyển hay chân không. Có thể tăng cường khả năng trao đổi nhiệt trong quá trình sấy bằng cách thay đổi vò trí liên tục của vật liệu và phân bố đều trong dòng chảy của tác nhân. Có thể làm việc liên tục hay chu kỳ, chuyên dùng để sấy vật liệu rời dạng hạt. Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt, cường độ sấy cao. * Nhược điểm: Vật liệu bò xáo trộn mạnh nên dễ gãy, vỡ vụn tạo bụi gây mất mát, hạ chất lượng sản phẩm. 1.1.2.5.Thiết bò 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 ở đáy tháp. * Nhược điểm: Cồng kềnh, thời gian sấy dài. SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM 4 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ 1.1.2.6. Thiết bò 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 sấy khô vật liệu. Dùng để sấy các dung dòch thành bột như sữa, xà phòng. 1.1.2.7. Thiết bò 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 bò 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 chỗ này đến chỗ khác theo yêu cầu chế biến. Vì hạt vật liệu chuyển động tònh tiến theo dòng khí, đồng thời chuyển động quay; do chuyển động quay nên tiêu tốn một phần năng lượng, làm kết quả của chuyển động tònh tiến bò chậm lại. - Các hạt vật liệu bò 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 liệu tập chung nhiều hơn (các hạt chuyển động gần thành ống bò giảm tốc độ nhiều hơn). Dòng khí ngược lại bò 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 và tốc độ dòng khí càng tăng. - Tốc độ vật liệu thay đổi theo chiều cao ống : Tại vò trí nhập liệu tốc độ bằng “0” hoặc thậm chí đạt trò số âm, sau đó do tác dụng của dòng khí vật liệu hình thành trạng thái lơ lửng và dòng khí qua lớp vật liệu như trong sấy tầng sôi. Tiếp theo tốc độ vật liệu tăng dần nhờ sự lôi cuốn của dòng khí và xuất hiện sự phân bố không đều theo tiết diện ống, lúc đó có thể xảy ra hiện tượng hình thành các hạt vật liệu mới khác về kích thước và hình dạng; giai doạn thứ ba tốc độ vật liệu gần bằng tốc độ dòng khí và sự phân bố vật liệu gần đồng đều theo tiết diện và chiều cao 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 bò 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 CaCO 3 : Bột có những ứng dụng sau: SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM 5 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ - CaCO 3 tinh khiết được dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế các hợp chất tinh khiết khác hoặc để trung hòa acid. - Trong công nghệ đá nhân tạo và công nghệ ceramic, nó được dùng làm chất độn. Đặc biệt trong công nghệ men sứ, CaCO 3 là một trong những nguyên liệu chính. - Trong kem đánh răng, CaCO 3 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 CaCO 3 : 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 CO 2 . - Độ tan của CaCO 3 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: SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM 6 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM 7 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ 1.3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ: Không khí từ bên ngoài được quạt thổi vào thiết bò 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 liệu nhờ cơ cấu trục vít (4) nhập vào ống sấy với vận tốc ban đầu nhất đònh. Vật liệu được dòng khí thổi từ dưới lên đẩy đi và thực hiện quá trình sấy. Đi hết chiều dài ống sấy, vật liệu (đã được tách ẩm) được đưa vào hệ thống cyclon (6) và được tách khỏi dòng khí, rơi vào đáy cyclon và vào bộ phận chứa sản phẩm (7), sau đó được băng tải vận chuyển đi qua hệ thống bao gói. Khí thải từ cyclon (6) được quạt (8) hút ra ngoài. SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM 8 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ Chương 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀCÂN BẰNG NĂNG LƯNG 2.1. Các thông số ban đầu: 2.1.1.Vật liệu sấy : - Năng suất sấy (theo sản phẩm): G 2 = 300 (kg/h). - Độ ẩm ban đầu: u 1 , = 1 (kg ẩm/kg vật liệu khô). - Độ ẩm cuối: u 2 , = 0.11 (kg ẩm/kg vật liệu khô). - Đường kính trung bình của khố hạt : d tb = 0.15mm. - Nhiệt độ vào: θ 1 = 29 ¨C (chọn). - Nhiệt dộ ra : θ 2 = 45 + 5 = 50 ¨C, 140 ¨C φ = 1 45 ¨C 29 ¨C - Khối lượng riêng : ρ h đầu = 1452 (kg/m 3 ) ứng với độ ẩm u 1 , = 1 ρ h cuối = 2274 (kg/m 3 ) ứng với độ ẩm u 1 , = 0.11 ρ h = 1863.5 (kg/m 3 ) - Tỉ trọng δ = 2.71. - Nhiệt dung diêng ( vật liệu khô) C khô = 0.92 (kj/kgh). 2.1.2.Tác nhân sấy: - Nhiệt độ môi trường t = 29 ¨C φ = 70% x 0 = 0.0182 (kg/kgkkk) d 0 = 77 (kj/kgkkk) - Khối lượng riêng của không khí: ρ k = 1.293*273/T = 1.169(kg/m 3 ). - Nhiệt độ không khí vào thiết bò sấy: t 1 = 140 ° C. - Nhiệt độ không khí ra khỏi bò sấy: t 1 = 55° C. 2.2. Cân bằng vật chất: SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM 9 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ 2.2.1. lượng ẩm cần tách: W = 300* 11.01 11.01 + − = 240(kg/h) 2.2.2.Sấy lý thuyết: B C A Thông số A B C t ( ·C) 29 140 55 φ(%) 70 < 5 53 x(kg/kgkkk) 0.0182 0.0182 0.054 I(kj/kgkkk) 77 195 195 Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm (lượng tiêu hao riêng). l = 01 1 xx − = 0182.0054.0 1 − = 27.933 (kgkkk/kg ẩm bay hơi) Tổng lượng không khí khô: L = w*l = 240*27.933 = 6703.91 (kg/h) 2.2.3. Cân bằng năng lượng: Lượng nhiệt cần thiết để bay hơi 1kg ẩm (lượng nhiệt tiêu hao riêng). q = 02 01 xx II − − = 0182.0054.0 77195 − − = 3296 (kj/kg ẩm bay hơi) * ∑ Q mang vào: Dòng không khí: L 0 I 0 Vật liệu: G vl(1) C vl(1) θ 1 + WC H2O θ1 Bộ phận mang vật liệu: G vc1 C vc1 t vc1 Bộ phận đốt nóng: Q đ Do đốt nóng bổ sung trong phòng sấy: Q b * ∑ Q mang ra: Dòng không khí: L 0 I 2 Vật liệu: G vl2 C vl2 θ 2 Do bộ phận chuyển vật liệu: G vc2 C vc2 t vc2 SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM 10 [...]... suất quạt: Quạt đặt sau hệ thống sấy tạo áp suất bên trong thiết bò sấy thấp hơn áp suất bên ngoài để không khí nóng không bò thất thoát Vq = Vk = 7797.8 m3/h = 2.17 m3/s 5.6.2.Các tổn thất năng lượng trong hệ thống mạng ống của quạt: 5.6.2.1.Trở lực ma sát của đường ống: Chọn đường ống dẫn khí có đường kính φ500 Tổng chiều dài đường ống dẫn khí là 10m Tốc độ trung bình của dòng khí: 4 * 7797.8 = 11(m... pháp này chỉ thích hợp dùng để sấy các loại vật liệu dạng bột, hạt nhỏ Thiết bò được thiết kế trong đồ án này có ưu điểm là tạo dòng khí mạnh đẩy vật liệu đi, sấy đều vật liệu nhưng nhược điểm là chiều cao khá lớn, khó khăn cho việc lắp đặt SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM 33 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Phú, “Tính toán và thiết kế hệ thống sấy , Nhà xuất bản giáo dục,... HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ Chương 6 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ Sấy khí thổi là một phương pháp đơn giản, dễ vận hành, dễ chế tạo, thời gian sấy nhanh, thuận lợi cho quá trình vận hành liên tục Sấy khí thổi chủ yếu tách ẩm bề mặt nên trong quá trình sấy đòi hỏi sự xáo trộn vật liệu Do đó, phương pháp này đòi hỏi sự tiêu tốn năng lượng lớn Năng lượng đốt nóng không khí và năng lượng đẩy vật liệu di chuyển... hơi ẩm: 2400 Q2 = w*r = 3600 * 2258.4 = 150.56 (Kw) * Q3 : Nhiệt lượng đốt nóng vật liệu sấy: Q3 = G2*Cvl(θ2 – θ1) 300 = 3600 *0.92*(55 – 45) = 0.77 (Kw) Q' = 157 (Kw) Suy ra thời gian sấy: τ= 157 *10 3 = 5.5( s ) 513.6 * 1.79 * 30.57 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 chảy rối hoàn toàn de = 15*10 -5 m ;... 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 ngoài ống - 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... quá trình và thiết bò công nghệ hoá chất –tập I”, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 1992 [8] Nhiều tác giả, “Sổ tay quá trình và thiết bò công nghệ hoá chất –tập II”, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 1992 [9] Phạm Văn Thơm, “Sổ tay tính toán thiết bò hoá chất” [10] Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, “Ví dụ và bài tập”, Tập 10 [11] “Những quá trình và thiết bò cơ bản của nghành công nghệ hoá chất”,... Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy: tf1 = 97.5 ·C tf2 = tmt = 29 ·C 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 nhiệt giữa tác nhân sấy với bề mặt trong của thùng sấy: α1 = 6.17 + 4.17vk = 6.17 + 4.17*3.9 = 22.433 (w/m2hK) Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài giữa mặt ống với không khí xung quanh là trao đổi nhiệt... dục, 2001 [2] Nguyễn Văn Lụa, “Kỹ thuật sấy Vật liệu”, Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP HCM, 2001 [3] Phạm Văn Chước, “Kỹ thuật sấy nông sản”, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2001 [4] Phạm Văn Bôn – Nguyễn Đình Thọ,”Giáo trình và thiết bò truyền nhiệt”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM, 2000 [5] Hồ Lê Viên, Thiết kế và tính toán các chi tiết thiết bò hoá chất”, Nhà xuất bản Khoa học... NAM 11 ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 3.1 Tính thời gian sấy: τ= Q, αF∆t tb [2] 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: α= Nuλk de Nhiệt độ trung bình của dòng khí 140 + 55 tk = = 97.5 ¨C 2 Chuẩn số acsimet: ρk = 0.946 (kg/m3)... MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ Chương 4 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ CHÍNH 4.1 Tính chiều dày ống: Thiết bò làm việc ở áp suất trong: Ptt = 0.15 (N/mm2) Thiết bò 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 CT 3 1.Ứng suất cho phép tiêu chuẩn: [σ]* = 125 (N/mm2) 2 .Hệ số hiệu chỉnh: Do có bọc lớp cách nhiệt η = 0.95 3.Ứng . Thiết kế hệ thống sấy khí thổi ″ của môn ″ Đồ n Môn Học Quá Trình Thiết Bò ″ cũng là một bước giúp cho sinh viên tập luyện và chuẩn bò cho việc thiết kế. chuyển động qua buồng sấy dễ dàng. - Độ ẩm hạt sau khi sấy đồng đều. 1.1.2.8 .Thiết bò sấy khí thổi: Thường dùng để sấy các loại hạt nhẹ có