Tính toán và thiết kế hệ thống máy sấy thùng quay của Công ty Supe phốt phát và hoá chất Lâm Thao

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Lời nói đầu Cùng với phát triển ngành công nghiệp khác, ngành công nghệ hóa chất đóng vai trò ngày quan trọng giới ứng dụng ngành công nghệ hóa chất công nghiệp đời sống rộng lớn Đối với nớc công nghiệp nh nớc ta kỹ thuật sấy cần thiết cho việc sản xuất Chất lợng sản phẩm sau sấy đóng vai trò quan trọng việc hoàn thiện nâng cao chất lợng sản phẩm Chính thế, việc tính toán thiết kế hệ thống sấy phù hợp với yêu cầu sản xuất thực tiễn cần thiết Trong tại, có nhiều phơng pháp sấy đại có hiệu cao Tuy nhiên, với việc sấy apatít sấy thùng quay hợp lý Hệ thống sấy thùng quay phổ biến công nghệ hóa chất có nhiều u điểm gọn nhẹ, dễ tự động hóa Hiện tại, nói chung công nghệ hóa chất đòi hỏi phải hoàn thiện, cải tiến thiết bị hóa chất đặc biệt thiết bị cần thiết nh kỹ thuật sấy Vì vậy, tìm hiểu nghiên cứu kỹ thuật thiết bị sấy cần thiết Đó mục đích đồ án Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Phần I : Tổng quan Chơng I Đại cơng trình sấy Quá trình sấy trình làm khô vật thể, vật liệu, sản phẩm cách làm bay nớc vật thể cần sấy Nh vậy, muốn sấy khô vật thể ta phải tiến hành biện pháp kỹ thuật sau : - Gia nhiệt cho vật thể để đa nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với áp suất nớc bề mặt vật - Cấp nhiệt để làm bay ẩm vật thể - Vận chuyển ẩm thoát khỏi vật thể Có nhiều cách gia nhiệt cho vật thể có nhiều cách vận chuyển ẩm từ bề mặt vật thể môi trờng Tơng ứng với chúng, ta có phơng pháp sấy khác Qua ta cần xét trình xảy cụ thể trình sấy cụ thể thực : trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy, trình truyền ẩm từ vật liệu sấy đến môi trờng, trình truyền ẩm từ vật sấy đến bề mặt vật thể Các trình truyền nhiệt, truyền chất xảy đồng thời có ảnh hởng lẫn Để khống chế điều khiển trình sấy theo hớng có lợi cho ngời sử dụng cần nghiên cứu trình truyền chất truyền nhiệt nói I lý thuyết sấy I.1 Các dạng ẩm vật liệu sấy: Khi nghiên cứu trình sấy vấn đề quan trọng phải xác định đợc dạng tồn tại; hình thức ẩm vật khô Vật ẩm thờng tập hợp ba pha : rắn, lỏng, Các vật rắn đem sấy thờng vật xốp mao dẫn keo xốp mao dẫn Trong mao dẫn có chứa ẩm lỏng với hỗn hợp khí lớn nhng tỷ lệ khối lợng so với phần rắn phầm ẩm lỏng nhỏ, bỏ qua Do vậy, kỹ thuật sấy thờng coi vật ẩm gồm phần rắn khô phần ẩm lỏng Diễn biến trình sấy vật ẩm bị chi phối dạng liên kết ẩm vật Có nhiều cách phân loại dạng liên kết ẩm phân loại Robinde đợc sử dụng rộng rãi nêu đợc chất hình thành dạng liên kết ẩm khác Theo cách dạng liên kết ẩm đợc chia làm nhóm : liên kết hóa học, liên kết hóa lý liên kết lý I.1.1 Liên kết hóa học : Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Liên kết hóa học gữa ẩm vật khô bền vững, phân tử nớc trở thành phận thành phầm hóa học phân tử vật ẩm Loại tách có phản ứng hóa học thờng phải nung vật đến nhiệt độ cao Sau tách ẩm tính chất lý hóa vật thay đổi I.1.2 Liên kết hóa lý : Gồm loại : - Liên kết hấp phụ : ẩm đợc giữ lại bề mặt mao quản vật liệu nhờ lực hấp phụ Van dec van lực mao quản - Liên kết thẩm thấu : Là liên kết nớc với vật rắn có chênh lệch nồng độ chất hòa tan vật, tức có chênh lệch áp suất nớc I.1.3 Liên kết lý : Đây dạng liên kết nớc vật liệu đợc tạo thành sức căng bề mặt nớc mao quản hay bề mặt vật Liên kết lý bao gồm : - Liên kết cấu trúc : Là liên kết nớc vật liệu hình thành trình hình thành vật Ví dụ : nớc tế bào động vật, vật đông đặc chứa sẵn nớc Để tách nớc trờng hợp liên kết cấu trúc ta làm nớc bay hơi, nén ép vật hay phá vỡ cấu trúc vật Sau tách nớc vật bị biến dạng làm thay đổi tính chất vật - Liên kết mao dẫn : Nhiều vật ẩm có cấu trúc mao quản nh : gỗ, vải vật thể có vô số mao quản Các vật thể để nớc, nớc theo mao quản xâm nhập vào vật thể Khi vật thể để không khí ẩm nớc ngng tụ bề mặt mao quản theo mao quản xâm nhập vào vật thể Trong trờng hợp muốn tách ẩm ta cần đẩy ẩm áp suất lớn áp suất mao dẫn Vật sau tách ẩm nói chung giữ đợc kích thớc, hình dạng tính chất - Liên kết dính ớt : Là liên kết nớc bám vào bề mặt vật ẩm liên kết dính ớt dễ tách khỏi vật cách bay hay cách học nh lau, thấm, thổi I.2 Phân loại vật liệu ẩm : Theo L cốp, vật ẩm đợc chia thành ba loại : vật xốp mao dẫn, vật keo, vật keo xốp mao dẫn Sự phân loại có ý nghĩa tơng đối vật sấy đa dạng, nhiều loại Tuy nhiên phân loại có ý nghĩa lớn khảo sát trình sấy chỉnh lý kết nghiên cứu để áp dụng cho vật liệu nhóm vật liệu khác Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội I.2.1 Vật xốp mao dẫn : Là vật mà ẩm liên kết với vật chủ yếu liên kết mao dẫn Chúng có khả hút chất lỏng dính ớt không phụ thuộc vào thành phần chất lỏng Ví dụ : vật liệu xây dựng, cát, than củi Trong vật, lực mao dẫn lớn nhiều so với trọng lợng ẩm chứa vật định hoàn toàn lan truyền ẩm vật Trong trờng hợp trọng lợng ẩm cân với lực mao dẫn vật đợc gọi vật xốp Đặc điểm vật xốp mao dẫn sau sấy xong trở nên giòn dễ bị vỡ vụn I.2.2 Vật keo : Vật keo vật có tính dẻo có cấu trúc hạt Trong vật keo, ẩm liên kết dạng hấp phụ thẩm thấu Các vật keo có đặc điểm chung sấy bị co ngót nhiều giữ đợc tính dẻo I.2.3 Vật keo mao dẫn : Những vật thể mà tồn ẩm liên kết có vật keo vật xốp mao dẫn gọi vật keo xốp mao dẫn Về cấu trúc vật thuộc loại vật xốp mao dẫn nhng chất lại vật keo, có nghĩa thành mao quản chúng có tính dẻo, hút ẩm mao quản trơng lên sấy co lại I.3 Các giai đoạn trình sấy I.3.1 Giai đoạn nâng nhiệt độ vật liệu : Giai đoạn ngắn coi nh không tồn tại, tơng ứng với việc nâng cao nhiệt độ vật liệu lên đến nhiệt độ sấy Nhiệt độ không đạt đợc lúc đầu vật liệu có nhiệt độ thấp so với nhiệt độ tác nhân sấy thân thờng chất có độ dẫn nhiệt giai đoạn tốc độ sấy tăng nhanh I.3.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc : Tơng ứng với việc bay ẩm bề mặt vật liệu Trong giai đoạn tốc độ di chuyển ẩm từ bề mặt vật liệu lớn tốc độ bay từ bề mặt vào môi trờng Nhiệt độ vật liệu sấy không đổi nhiệt độ bầu ớt không khí Trong giai đoạn tốc độ sấy không thay đổi vận tốc tác nhân sấy không đổi I.3.3 Giai đoạn sấy giảm tốc : Khi bề mặt vật liệu không ẩm tự áp suất riêng phần giảm xuống rõ rệt tốc độ sấy giảm nhanh chóng Trong giai Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đoạn tốc độ di chuyển ẩm từ bên bề mặt vật liệu nhỏ tốc độ bay ẩm từ bề mặt vào môi trờng Đôi ta phải chia giai đoạn thành giai đoạn khác : Giai đoạn bề mặt không ẩm tự song lớp sâu bên giai đoạn không ẩm tự vật liệu Trong giai đoạn nhiệt độ vật liệu sấy tăng dần cuối nhiệt độ tác nhân sấy Sở dĩ nh tốc độ bay giảm xuống kéo theo hiệu ứng làm lạnh giảm Nếu ta tiếp tục sấy không khả thoát ẩm vật liệu, có nghĩa vật đạt đợc độ ẩm cân nhiệt độ vật liệu đạt đợc nhiệt độ môi trờng xung quanh vợt nhiệt độ cho phép vật liệu I.4 Các phơng pháp tách ẩm : Để tách ẩm thực tế có nhiều phơng pháp : Hong gió tự nhiên, phơi nắng, sấy tiếp xúc, sấy đối lu - Hong gió tự nhiên : Là phơng pháp làm khô đơn giản Phơng pháp thờng dùng cho hạt nông sản thu hoạch có độ ẩm cao, hay hạt bị ma có khối lợng không lớn Do độ ẩm cao nên áp suất bề mặt lớn so với không khí có tốc độ bay đáng kể Trời khô ráo, tốc độ bay lớn ngợc lại Vì vậy, trờng hợp độ ẩm không khí lớn, đặc biệt có sơng mù ma việc hong khô không thực đợc Tốc độ bay tỷ lệ thuận với bề mặt tiếp xúc hạt với không khí tốc độ không khí Vì phơi phải trải hạt thành lớp mỏng tốt nơi thoáng gió - Phơi nắng : Là phơng pháp sấy tự nhiên lợi dụng nhiệt độ xạ mặt trời Đó phơng pháp đơn giản, rẻ tiền nên đợc áp dụng rộng rãi thực tế Nguyên lý trình bốc nớc từ vật liệu vào không khí vật hấp thụ ánh nắng mặt trời làm tăng nhiệt độ hạt áp suất bề mặt hạt Tốc độ bay phụ thuộc vào bề mặt chiếu sáng bay hạt, hệ số hấp thụ xạ hạt Ngoài ra, phụ thuộc vào tốc độ khô tốc độ chuyển động không khí Phơi nắng có nhợc điểm bị động, phụ thuộc vào thời tiết, lao động nặng nhọc, sân phơi chiếm diện tích lớn - Sấy tiếp xúc : Là phơng pháp sấy dựa nguyên tắc tăng nhiệt độ hạt phơng pháp truyền nhiệt độ trực tiếp từ thành thiết bị Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đến hạt Do làm tăng áp suất bề mặt hạt dẫn đến làm nớc hạt bốc vào không khí Tốc độ bay nớc hạt phụ thuộc vào tốc độ truyền nhiệt độ từ thành thiết bị đến hạt Thông thờng, hệ số truyền nhiệt bé nên phải tăng nhiệt độ đốt nóng thiết bị dẫn tới vừa tốn nhiên liệu vừa mau hỏng thiết bị, mặt khác gây nhiệt số phận hạt Ưu điểm phơng pháp đơn giản, tốc độ sấy nhanh, đạt đợc độ ẩm hạt thấp Tuy nhiên, phơng pháp thích hợp để sấy nhanh lợng hạt không lớn, không cần chế độ nhiệt độ nghiêm ngặt - Sấy đối lu : Là phơng pháp sấy dùng không khí nóng hỗn hợp không khí với khói lò để đốt nóng làm bay ẩm hạt đồng thời chuyển ẩm I.5 Phân loại thiết bị sấy : I.5.1 Sấy tĩnh : Sấy tĩnh có đặc điểm lớp hạt nằm yên, trình sấy chia làm loại : sấy nhiệt độ thấp sấy nhiệt độ cao - Sấy nhiệt độ thấp : Dùng tác nhân khí trời không gia nhiệt gia nhiệt tức có độ chêch lệch nhiệt độ t 60C - Sấy nhiệt độ cao : Tác nhân sấy đợc gia nhiệt, nhiệt độ không khí sấy từ 400C trở lên Sấy nhiệt độ thấp thờng có bề dày hạt từ ữ 4m Lớp hạt sấy phân chia thành vùng : vùng sấy, vùng sấy vùng cha sấy Khi vùng sấy lên đến lớp mặt trình sấy hoàn thành Sấy tĩnh nhiệt độ cao làm lớp tiếp xúc với không khí nóng khô trớc chịu nhiệt lâu nên dễ h hỏng, tùy vật liệu mà chọn nhiệt độ sấy cho phù hợp Chiều dài lớp hạt từ 20 ữ 40 cm lên tới 60 ữ 100cm nhng phải có lu lợng gió nhiệt độ phù hợp Ưu điểm máy sấy tĩnh chi phí đầu t thấp, cấu tạo đơn giản Nhợc điểm độ ẩm hạt không tốn nhân công cho việc nạp tháo liệu Để khắc phục nhợc điểm máy sấy tĩnh ngời ta đa loại máy sấy tĩnh có đảo trộn Loại máy làm việc theo nguyên lý sấy tĩnh nhng có đảo hạt nên độ khô hạt đồng I.5.2 Sấy động : Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Đặc trng sấy động vật liệu sấy chuyển động trình sấy Phơng pháp phổ biến có u điểm tốc độ sấy nhanh, suất lớn, chất lợng hạt đồng đều, khả tự động hóa cao Tuy nhiên vốn đầu t lớn Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Chơng II giới thiệu công ty supe phốt phát hóa chất lâm thao Vào mùa hè cách 40 năm (5/1959) Nhà máy supe phốt phát hóa chất Lâm Thao thức đợc khởi công xây dựng (Nay Công ty supe phốt phát hóa chất Lâm Thao) Đây đứa đầu lòng ngành hóa chất Việt Nam Sau năm lao động khẩn trơng 500 đội chuyển ngành từ chiến trờng Điện Biên, Khu 5, hàng ngàn niên xung phong, học sinh, sinh viên tham gia mở công trờng, san lấp đồi, xây móng nhà xởng, lắp đặt thiết bị dới hớng dẫn chuyên gia nớc bạn Hơn 80 công trình lớn nhỏ mọc lên khoảng đất rộng 7,3 Món quà tặng quý giá Đảng cộng sản, Chính phủ nhân dân Liên Xô vào sản xuất ngày 24/6/1962 Dù bỡ ngỡ lĩnh vực khoa học kỹ thuật, cán công nhân (phần lớn đội chuyển ngành) sức nâng cao nghiệp vụ chuyên môn thực nghiêm ngặt chế độ công nghệ, giữ nghiêm kỷ luật lao động, quản lý tốt vận hành ổn định sở sản xuất lớn với dây chuyền sản xuất chủ yếu trang bị khí hóa phần tự động hóa nên năm sau đa nhà máy đạt công suất vạn axit sunfuric/năm 10 vạn supe lân/năm Nguồn phân lân nhà máy tạo điều kiện nâng cao suất lúa đồng ruộng Việt Nam Năm 1964, có nhiều sáng kiến cải tiến đợc áp dụng vào sản xuất sản lợng supe lân đợc nâng lên 135.000 tấn/năm Coi khoa học kỹ thuật động lực để nâng cao suất lao động Cán công nhân nhà máy không ngừng học hỏi, trau dồi kiến thức khoa học áp dụng vào sản xuất Phong trào cải tiến sáng kiến trở thành truyền thống cao đẹp mà hệ cán công nhân từ lớp đến lớp khác tiếp tục trì Qua lần cải tạo mở rộng, đến Công ty có khả sản xuất 570.000 supe lân/năm vơn tới 600.000 supe lân/năm với vạn phân hỗn hợp NPK/năm loại khác cung cấp cho đồng ruộng góp phần đa đất nớc từ chỗ thiếu lơng thực trở thành nớc sản xuất gạo đứng hàng thứ giới nâng tổng sản lợng lơng thực nớc ta đạt 31 triệu lơng thực quy thóc Bằng nguồn vốn tự bổ sung khai khác tiềm công ty, sử dụng nguyên liệu nớc Công ty tự nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lắp đặt thiết bị đa vào sản xuất quy mô công nghiệp Chín mặt hàng 20 mặt hàng hóa chất loại cung cấp nớc xuất Các mặt hàng đợc Hội chợ triển lãm kinh tế kỹ thuật Việt Nam cấp huy chơng vàng, 10 huy chơng bạc Tổng cục đo lLê Việt Đức Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội ờng tiêu chuẩn cấp cho sản phẩm (phân supe phốt phát, axit sunfuric) dấu chất lợng cấp Đặc biệt gần Công ty hai đơn vị ngành hóa chất đợc Bộ khoa học công nghệ môi trờng tặng giải bạc chất lợng Việt Nam năm 1996; Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn trao giải Bông lúa vàng Hội chợ triển lãm nông lâm nghiệp quốc tế năm 1996 Cần Thơ Trong chiến tranh chống Mỹ công ty có nhiều ngời lên đờng nhập ngũ bảo vệ tổ quốc tham gia chiến đấu chiến trờng Trong số họ có ngời hy sinh tuổi xuân cho nghiệp giải phóng dân tộc Những ngời trở tiếp tục sản xuất không ngừng phát huy truyền thống vẻ vang tiếp bớc cha anh trớc Hơn 40 năm hoạt động Công ty phấn đấu tiếp tục để nâng cao lực sản xuất, phát triển mặt nhằm trì nâng cao chất lợng sản phẩm cách đầu t đổi công nghệ, thiết bị; giảm chi phí sản xuất; giảm giá thành sản phẩm thích ứng với thị hiếu khách hàng Đặc biệt, chế thị trờng Công ty vợt qua thử thách gay go tìm biện pháp huy động vốn, xếp lại tổ chức, khai thác tiềm năng, làm tốt công tác tiếp thị, mở rộng thị trờng tiêu thụ sản phẩm từ không ngừng đẩy mạnh sản xuất Sau vào sản xuất công ty hoạt động ổn định, khắc phục đợc số cố ban đầu chạy xởng nh : nhập nguyên liệu lu huỳnh có chất lợng tốt hơn, cải tạo kho chứa lu huỳnh kín, giữ lu huỳnh có độ ẩm thấp, chống bụi supe bụi xỉ Xí nghiệp supe II Lắp quạt trung áp BMN 15 thay cho quạt B 12 có lu lợng áp suất lớn chống đợc tợng bít tắc ống cán nồi hơi, giảm trở lực lò đốt Thành tích tốt đẹp đạt đợc công ty nói chung xí nghiệp, phân xởng thành viên nói riêng đạo đắn Đảng bộ, ban lãnh đạo công ty khối đoàn kết đồng tâm đồng lòng toàn thể cán công nhân công ty Với nhiệm vụ nặng nề để hòa nhập đất nớc lên trình công nghiệp hóa, đại hóa Công ty supe phốt phát hóa chất lâm thao tâm phấn đấu đạt đợc mục tiêu xác định luôn xứng đáng với danh hiệu:Đơn vị anh hùng lao động, mà nhà nớc trao tặng Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội chơng III đặc tính supe phốt phát đơn I Công thức hóa học thành phần supe phốt phát đơn Sụpe phốt phát đơn hỗn hợp gồm: Các muối axít octopotparic lợng axít octo potporic tự apatít cha phân hủy Công thức hóa học thành phần supe phốt phát nh sau: Ca(H2PO4)2H2O: mô nô can xi phốt phát H3PO4: axít phốt phoríc tự FePO4.2H2O: Phốt phát sắt III AlPO4.2H2O: Phốt phát nhôm CaHPO4: Đi canxi phốt phát Ca5(PO4)3F: Apatít cha phân hủy CaSO4: Sun phát canxi II Tính chất hóa học supe phốt phát: Supe phốt phát loại bột tơi xốp có màu xám sẫm xám nhạt, trọng lợng riêng đổ đống từ 1,1 ữ 1,5T/m2 Hàm lợng hợp chất phốt phát chứa supe phốt phát đợc tính phần trăm anhyđrit phốt phoric tức phần trăm P2O5 Phần P2O5 supe phốt phát dạng hòa tan nớc (P2O5 hòa tan nớc) gồm có mô nô phốt phát canxi axít phốt phoric tự Các phốt phát sắt, phốt phát nhôm canxi phốt phát không hòa tan nớc mà hòa tan phần hoàn toàn dung dịch xitrat amon, cối hấp thụ đợc nhng chậm gọi P2O5 hòa xi trat Lê Việt Đức 10 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Chiều cao l = 1750 (mm) Cửa khí vào: dcv = 700 (mm) Trở lực qua thiết bị tính theo tốc độ cực đại cửa khí (vmax = 4m/s) k v max (N/m2) t p = g.(1 + ) 273 [I 323] t1: Nhiệt độ vào thiết bị khói t1 = 1200c : Hệ số trở kháng, chọn = 35,5 k: Khối lợng khói điều kiện tiêu chuẩn k = 29,8 p= 35,5.19,8.4 = 149,8 (N/m2) = 15,3(mm H2O) 120 2.9,81(1 + ) 273 Lê Việt Đức 36 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội IV Tính toán chọn quạt Lò đốt; Máy sấy thùng quay; Xyclon nhóm 4; Quạt ly tâm 1; Quạt ly tâm 2; Thiết bị rửa khí 1.Tính chọn quạt 1: a.Trở lực máy sấy thùng quay Trong hệ thống sấy thùng quay tác nhân sấy qua lớp hạt nằm cánh mặt thùng sấy mà qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng cánh từ xuống p3 = a.L. k C1 2.g.d L: Chiều dài thùng sấy (m) : Tốc độ tác nhân sấy (m/s) : Khối lợng riêng tác nhân sấy (kg/m3) g: Gia tốc trọng trờng (N/s2) d: Đờng kính trung bình hạt (m).d = 16(mm) C1: Hệ số đặc trng cho độ chặt lớp hạt a: Hệ số thủy động + Xác định a: a = 5,85 + Với: Re = 490 100 + Re Re [I - 213] .d Tại ttb = 2350C ta có: = 38,882.10 (m2/s) Re = [I - 350] 3.0,016 = 1234,5 38,882.10 Lê Việt Đức 37 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Ta có: a = 5,85 + 490 400 + = 9,09 1234,5 1234,5 + Xác định C1: C1 = [I - 213] Mặt khác: = v dx v [I - 213] v : Khối lợng riêng hạt (kg/m3) v = 3190 (kg/m3) : Khối lợng riêng dẫn xuất khối hạt đợc tính theo dx 0,25(G1 + G2 ). (kg/m3) 0,75.2.vt dx = = [I - 213] 0,25(10000 + 8748).0,2 0,75.2.25,04 = 24,96 (kg/m3) = 3190 24,96 = 0,992 3190 Vậy: C1 = = 0,992 0,992 = 8,06.10 Tại 2350c có k = 0,6956 (kg/m3) p3 [I - 350] 9,09.8.(3) 0,6956.8,06.10 = 2.9,81.0,016 = 11,7 (mm H2O) b Trở lực đờng ống: Đờng kính ống hút: d= V (m) 0,785. [II - 369] V: Lu lợng khí, V= 25560 (m3/h) : Tốc độ trung bình (m/s) Để hạt không lắng bám đờng ống = 20 ữ 25 (m/s) Với vận tốc khí vào xyclon 20 m/s ta có: Lê Việt Đức 38 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội 25560 = 0,672 (m) 3600.0,785.20 d= Chọn d = 700 (mm) Để đảm bảo lu lợng vân tốc ta chọn toàn đờng ống hệ thống có đờng kính d = 700 (mm) Tổn thất áp xuất: [II - 376] P = Pđ + Pm + Pc + PH + Pt + Pk (N/m2) Pđ: áp suất động lực học(N/m ) Pm: áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng(N/m2) Pc: áp cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ(N/m2) PH: áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao(N/m2) Pt: áp suất cần thiết để khắc phục trở lực thiết bị Pk: áp suất lỏng cuối ống dẫn trờng hợp cần thiết + Tính Pđ: Pđ = ( ) (N/m2) : Khối = [II - 376] lợng riêng khí, bụi (kg/m3) p = 0,0464 273 + 120 p = pkg + pd pkg: áp xuất khí p = 700 mm Hg pd: Với lu lợng lớn pd = mm Hg = 700 + = 0,464 = 0,83 (kg/m3) 273 + 120 pđ = [ 0,83.( 20) ] = 166 (N/m2) = 16,92(mm H2O) + Tính Pm: Pm = l l = . pd d td d td : Hệ số ma sát l : Chiều dài ống dẫn ltd : Đờng kính tơng đơng + Tính Re : Lê Việt Đức 39 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Re = .d td : Vận tốc khí [II - 377] = 20(m/s) dtđ: Đờng kính tơng đơng (m) dtđ = 0,7(m) : Khối lợng riêng khí (kg/m3) = 0,83(kg/m3) : Độ nhớt động học = 2122.10-8 (Ns/m2) Re = 20.0,7.0,86 2122.10 [II - 428] = 5427596,6 Từ Re = 547596,6 ta có : = 0,013 [II - 378] Mặt khác, chiều dài ống dẫn : l = l1 + l2 = + = (m) Pm= 0,013 0,83.20 0,7 = 18,5 (N/m2) = 1,9 (mm H2O) + Tính PH: áp suất cần thiết để khắc phục áp suất thủy tĩnh đợc tính theo : PH = .g.H = .g.l1 (N/m2) (N/m2) Thay số : PH = 0,83.9,81.4 = 32,57 (N/m2) = 3,32 (mm H2O) + Tính Pt: Pt = P2 = 62,31 (mm H2O) + Tính PC: PC = ltd = d (N/m2) 2 td [II - 377] : Hệ số trở lực cục Đối với đoạn ống l1 : = 0,014 l1 = 0,014 0,7 = 0,08 d Vì ống đặt thẳng lấy thêm 10% : = 0,08 + 0,08.0,1 = 0,088 20 0,83 = 14,608 (N/m2) PC1 = 0,088 Lê Việt Đức 40 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội = 1,49 (mm H2O) Đối với khuỷu 900 : Ta có = 1,5 [II - 122] 20 0,83 = 249 (N/m2) PC2 = 1,5 = 25,38 (mm H2O) Đối với đoạn ống l2 : = 0,014 l2 = 0,014 0,7 = 0,04 d PC3 = 0,04 20 2.0,83 = 6,64 (N/m2) = 0,68 (mm H2O) PC = PC1 + PC2 + PC3 = 0,68 + 25,38 + 1,49 = 27,55 (mm H2O) Vậy trở lực cục toàn hệ thống là: (coi trở lực qua buồng đốt 10% P3) PI = PC + Pt + Pđ + PH + 0,1 P3 + Pm + PK = 10,63 + 62,31 + 3,32 + 1,9 + 16,92 + 1,1.11,7 + 27,55 = 135,06 (mm H2O) ( Chọn áp suất bổ sung PK = 100 (N/m2) = 10,19 mm H2O ) Dựa vào V = 25560 (m3/h) PI = 118,14 (mm H2O) ta chọn quạt b Tính toán quạt ly tâm : Ta chọn đờng ống giống nh vào xyclon d = 0,7 (m) + Tính Pđ : (N/m2) P = đ Pđ = 0,83.20 = 166 (N/m2) = 16,92 (mm H2O) + Tính Pm : Pm = l ltd (N/m2) l : Chiều dài đờng ống Pm = 0,013 = 2,51 l = l3 + l4 = + = 8 0,83.20 = 24,66 0,7 (m) (N/m2) (mm H2O) Lê Việt Đức 41 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội + Tính PH: áp suất cần thiết để khắc phục áp suất thủy tĩnh đợc tính theo : PH = .g.H = .g.l3 (N/m2) (N/m2) Với l3 = (m) Ta có : PH = 0,83.9,81.6 = 48,85 (N/m2) = 4,98 (mm H2O) + Tính Pt: Pt = Pu = 15,3 (mm H2O) + Tính PC: PC = ltd = d (N/m2) 2 td [II - 377] : Hệ số trở lực cục Đối với đoạn ống l3 : = 0,014 l3 = 0,014 0,7 = 0,12 d Vì ống đặt thẳng lấy thêm 10% : = 0,12 + 0,12.0,1 = 0,132 Đối với khuỷu 900 : Ta có = 1,5 [II - 122] Đối với đoạn ống l4 : = 0,014 l4 = 0,014 0,7 = 0,04 d PC = (0,04 + 0,132 + 1,5).( 0,83.20 ) = 277,552 (N/m2) = 28,29(mm H2O) Chọn áp suất bổ sung PK = 100 (N/m2) = 10,19 mm H2O PII = PC + Pt + Pđ + PH + 0,1 P3 + Pm + PK = 28,29 + 15,3 + 4,98 + 2,51 + 16,92 + 10,19 = 78,19 (mm H2O) Lê Việt Đức 42 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tính toán khí I Kiểm tra tính bền thùng Khối lợng vật liệu nằm thùng mvl = G1 (kg) 60 G1: suất sấy theo vật liệu ớt G1=10000(kg/h) : thời gian sấy(phút) mvl = 10000 55,59 = 9265 (kg) 60 Khối lợng thùng: 2 mt = ( Dn Dt ) l. (kg) : Chiều dài thùng (m); l = (m) Dt: Đờng kính thùng (m) Dn: Đờng kính thùng (m) 2 mt = 3,14[(2,02) (2) ] = 8.7820 = 3948,41(kg) Khối lợng lớp bảo ôn: mbô = (Dnô2- Dtô2).l bô (kg) Dnô: Đờng kính lớp bảo ôn Dnô = Dn + a (m) Dn: Đờng kính thùng (m) a: Bề dày lớp bảo ôn (m) Dnô = 2,02 + 2,2.10-2 = 2,042 (m) Dtô: Đờng kính lớp bảo ôn (m) Dtô= Dn = 2,02 (m) bô: Khối lợng riêng vật liệu bảo ôn (kg/m3) bô = 2600 (kg/m3) mbô = 0,785 [(2,042)2 (2,02)2] = 9,8.2600 = 1787,44 (kg) Khối lợng vành đai: D = 1,6 (m) Trọng lợng vành đai xác định chuẩn là: Lê Việt Đức 43 [II - 8] Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Qđ = 8780 (N) Với D = (m) chọn sơ trọng lợng vành đai: Qđ = 8780 = 10975 (N) 1,6 Khối lợng vành đai: mđ = Qd 10975 = = 1118,756 (kg) g 9,81 Khối lợng bánh răng: Chọn sơ theo đờng kính chuẩn D = 1,6 (m) ta có: mR = 7650 = 974,77 (kg) 1,6 9,81 Khối lợng cánh D = 2(m) ta có khối lợng cánh: mc = 1500 = 191,131 (kg) 1,6 9,81 Khối lợng tăng cứng: D = 1,6 (m) chọn Qtc = 5000 (N) D = 2(m) ta có khối lợng tăng cứng: mtc = 5000 = 627,105 (kg) 1,6 9,81 Tổng khối lợng thùng: m = mvl + mbô + ms + 2mđ + mc + mtc = 9265 +3948,41 + 1787,44 + 2.1118,756 + 974,77 + 191,131 + 637,105 = 19032,368 (kg) Vậy trọng lợng toàn thùng: Q = m.g = 19032,368.9,81 = 186707,53 (N) Tải trọng vành đai: Q = Q 186707,53 = = 93367,98 (N) cos cos(10 ) 10 Tính bề rộng đai kích thớc lăn đỡ: T= Q' = 93367,98 = 53906,03 (N) Bề rộng vành đai đợc tính: B T [10 - 249] pr Lê Việt Đức 44 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội B: Bề rộng đai (cm) Pr: Thùng quay chậm chọn Pr = 104 (N/cm2) B 53906,03 = 5,39 (cm) 10 Chọn sơ đờng kính vành đai: Dv = (1,1 ữ 1,2) Dt Dv = 1,1 Dt = 1,1.2 = 2,2 (m) Chọn B = 10 (cm) h: B = 1:1 * Kiểm tra: Mô men uốn: Mu = 2T.R.A = T.DV.A [10 - 84] R: Bán kính đai (m) A: Nắp tự có A = 0,08 ữ 0,09 Chọn A = 0,08 Mu = 53906,03.2,2.0,08 = 9487,46 (N.m) = 948746 (N.cm) Vành đai có cấu tạo từ thép đúc có ứng suất cho phép: [ ] = 15600 (N/cm2) Mô men chống uốn: W= Mu 948746 = = 63,12 (cm3) [ ] 15600 Mặt khác: W = B.h h 6.W = B 6.63,12 = 6,15 (cm) 10 Vậy theo qui chuẩn ta chọn vành đai có: h B = 10.10 (cm) Bề rộng lăn đỡ đợc tính: Bc = B + 50 = 100 + 50 = 150 (mm) Chọn sơ lăn đỡ Con lăn thép có: dc T 53906,03 = = 8,98 (cm) (300 ữ 400).Bc 400.150 * Kiểm tra: 0,25D < dc < 0,33D D: Đờng kính đai Lê Việt Đức 45 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội dc: Đờng kính lăn đỡ D = Dv + 2h = 2,2 + 2.100.10-3 = 2,4 (m) Vậy: 0,25.2,4< dc < 0,33.2,4 0,6 < dc < 0,792 (m) Chọn dc = 65 (cm) Đờng kính cổ trục lăn đỡ : 100 (mm) Đờng lính cổ trục lăn chặn: 90 (mm) ứng suất tiếp xúc vành đai lăn đỡ: p= T 53906,03 = = 5390,6 (N/cm) B 10 Nếu vành đai lăn loại vật liệu ứng suất lớn là: max = 0,418 PE R+l Rr R: Bán kính vành đai: R = r: Bán kính lăn: r = Dv 2,2 = = 1,1 (m) 2 dc 65 = = 32,5 (cm) 2 E: Mô men đàn hồi vật liệu làm vành đai lăn đỡ (N/cm2) ECT5 = 1,75.107 (N/cm2) max = 0,418 5390,6.1,75.10 110 + 32,5 110.32,5 = 25632,04 (N/cm2) Thép CT5 có [ ] = 6.104 (N/cm2) Vậy max < [ ] Vành đai bền 11 Tính lăn chặn: Lực tác dụng lớn nhất: Umax = Q(sin + f ) f : Hệ số ma sát f = 0,1 Q: Trọng lợng toàn thùng Q = 186707,53 (N) : Góc nghiêng thùng = 10 Umax = 186707,53.(sin(10) + 0,1) = 21929,25 (N) Thùng quay có khối lợng lớn 10,000 (kg) nên chọn lăn mặt nón có thông số Nửa góc đỉnh nón: tg = Lê Việt Đức r R 46 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tg1 = 32,5 = 0,295 = 16,460 110 Lực tác dụng lên đơn vị chiều dài tiếp xúc p= U max l l : Chiều dài tiếp xúc Chọn l = 50 (cm) p= 21929,25 = 438,6 (N/cm2) 50 ứng suất cực đại vành đai tiếp xúc với lăn mặt nón: max = 0,418 p.E = 0,418 R 438,6.1,75.10 = 3491,67 (N/cm2) 110 Vậy lăn đỡ đủ bền [ max ] < 6.104 (N/cm2) 12 Tính bền thân thùng: Khoảng cách vành đai: l đ = 0,586 l = 0,586.8 = 4,688 (m) l : chiều dài thùng (m) Tải trọng 1đơn vi chiều dài thùng (không kể khối lợng bánh vòng) q = Q Q1 = (m mr ).g l l m : Khối lợng toàn thùng (kg) mr : Khối lợng bánh (kg) q= (19032,368 974,77) 9,81 8.10 = 221,43 (N/cm) Mô men uốn tải trọng gây ra: M1 = Mu1 = q.l l d = 221,43.(4,688.10 ) = 60830,54 (N.cm) 8.10 Mô men uốn bánh vòng gây ra: M2 = Qr l d mr g l d = = 112,07.10 (N.cm) 4 Tổng mô men uốn: Mu = M1 + M2 = 60830,54 + 112,07.104 = 118,15.104 (N.cm) Mô men chống uốn thùng: Lê Việt Đức 47 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội W= D S = 0,785.(2,10 ) = 31400 (cm3) S: Bề dày thành thùng (cm) S = 10 (mm) = 1(cm) ứng xuất thân thùng: = M u 118,15.10 = = 37,88 (N/cm2) W 31400 Vật liệu làm thùng 12 MX có [] = 140.106 (N/m2) [] > S = 10 (mm) thành đủ bền Lê Việt Đức 48 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Kết luận Sau trình tính toán thiết kế dới hớng dẫn thầy TS Phạm Xuân Toản, em hoàn thành đồ án: Tính toán thiết kế hệ thống máy sấy thùng quay Công ty Supe phốt phát hoá chất Lâm Thao Với tác nhân sấy khói lò, sấy xuôi chiều không tuần hoàn khí thải em thiết kế đợc hệ thống máy sấy thùng quay với số liệu cụ thể sau: Năng suất : 10000 (kg/h) Lợng ẩm bốc : W = 1252 (kg/h) Đờng kính thùng quay : 2(m) Chiều dài thùng quay : 9,8 (m) Thời gian sấy : 55,59 (phút) Nhiệt độ tác nhân sấy ban đầu : t1 = 3500C Nhiệt độ khí thải : t2 = 1200C Độ ẩm vật liệu ban đầu : 14% Độ ẩm sản phẩm : 1,5% Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Phạm Xuân Toản trực tiếp hớng dẫn em truyền đạt kinh nghiệm quý giá, kiến thức suốt thời gian học tập làm đồ án Tuy nhiên kiến thức thực tế hạn chế nên trình làm đồ án em không tránh khỏi sai sót, nhầm lẫn Vậy em kính mong nhận đợc góp ý thầy cô bạn để em sửa chữa sai sót củng cố kiến thức Em xin chân thành cảm ơn! Lê Việt Đức 49 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tài liệu tham khảo PGS TSKH Trần Văn Phú: Tính toán thiết kế hệ thống sấy - Nhà xuất Giáo dục - 1991 Tập thể tác giả, Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1992 Tập thể tác giả, Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật, 1999 Tập thể tác giả, Cơ sở trình thiết bị công nghệ hoá học tập 1, Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1999 Tập thể tác giả, Cơ sở trình thiết bị công nghệ hoá học tập 2, Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1999 Hoàng Văn Chớc, giáo trình Kỹ thuật sấy, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1999 Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú, Truyền Nhiệt, NXB Giáo dục, 1999 Nguyễn Minh Tuyển, Bơm - Máy nén - Quạt công nghệ, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1985 Hồ Lê Viên, Giáo trình sở tính toán máy hoá chất thực phẩm NXB Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1997 Lê Việt Đức 50 Lớp QTTB K-45 [...]... tính toán và thiết kế: Ta thấy đợc trong quá trình sản xuất supe phốt phát thì độ ẩm của quặng Apatít là khá quan trọng Do vậy ta chọn thiết bị để tính toán và thiết kế là hệ thống máy sấy thùng quay Phần II: Tính toán thiết kế thiết bị chính có trong dây truyền Lê Việt Đức 15 Lớp QTTB K-45 Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Chơng I: Tính toán thiết bị chính I .Tính cân bằng vật liệu máy sấy I.1 Phơng trình... 200mm và có độ ẩm 8 ữ 14% đợc gầu múc đa qua sàng xuống bunke chứa quặng (9) rồi rơi vào thùng sấy thùng quay (12) Than từ kho đợc cầu trục múc lên bunhe xuống băng tải cao su (8) và đa vào lò đốt than (1) Than cháy đợc nhờ quạt thổi không khí (2) thổi khí từ dới lên Khói lò đi từ lò đốt vào sấy thùng quay và sấy apatít kho đến 1,5 ữ 2,5% Ra khỏi thùng quay, quặng đi vào máy búa (4), ra khỏi máy búa... phát triển khỏe mạnh, cho năng suất thu hoạch cao đối với các cây công nghiệp và nông nghiệp Ngoài ra supe phốt phát đơn còn dùng để sản suất các loại phân bón hỗn hợp PK hoặc NPK, dùng sản xuất chất khoáng bổ sung thức ăn cho gia súc IV Tiêu chuẩn nhà nớc về pupe phốt phát đơn Supe phốt phát đơn sản xuất tại công ty supe phốt phát Lâm Thao bằng apatít Lào Cai theo tiêu chuẩn nhà nớc số TCVN 14440-87... + H2O + HF(2) Trong phòng hóa thành (27) khối supe nhanh chóng đợc kết tinh và đa ra ngoài nhờ hệ thống cắt quay ngợc chiều với phòng hóa thành Supe tơi rơi xuống băng tải (45) qua hệ thống đánh tung (46) và vào kho ủ (47) Tại đây supe đợc ủ trong 21 ngày đêm và đảo trộn định kỳ 3 lần nhờ cầu trục và đợc trung hòa bằng bột apatít để giảm P2O5 tự do trong supe xuống còn < 4% Khí sinh ra trong phòng hóa... khi vào ống sấy thì nó đợc trộn với 1 luồng không khí để giảm nhiệt độ xuống còn 200 ữ 250c Các hạt Na2SiF6 sau khi sấy đi vào xyclon chùm, lắng xuống đáy và đem đóng bao Còn khí sấy ra khỏi xyclon có nhiệt độ từ 110 ữ 1200c thì đem xử lý và phóng không Nh vậy kết thúc toàn bộ dây chuyền thì thu đợc sản phẩm chính là supe lân và sản phẩm phụ là thuốc trừ sâu Na2SiF6 IV Chọn thiết bị để tính toán và thiết. .. apatit bởi axit sun phuric gọi là hệ số phân hủy (K) III ứng dụng của supe phốt phát đơn: Supe phốt phát đơn đợc sử dụng chính để làm phân bón có chứa phốt phát Phốt pho chứa trong supe phốt phát ở thể dinh dỡng làm tăng lợng bột ở các loại cây có củ, có hạt, tăng lợng đờng ở các loại cây có quả, làm cho cây cứng cáp, chống đợc sâu bệnh Nói chung là làm cho cây trồng phát triển khỏe mạnh, cho năng suất... nhất về kích thớc lẫn phẩm chất, thờng chiếm từ 81 ữ 90% Flo apatít và phân bổ không đều Các tạp chất nhiều và không ổn định độ ẩm cũng cao thấp thờng Quặng apatít Lào Cai có đặc điểm xốp khi sấy hơi nớc dễ thoát, độ cứng nhỏ dễ nghiền, bột apatít nghiền mịn có tính trôi lớn II Cơ sở hóa lý của quá trình sản xuất supe phốt phát : Quá trình hóa học trong sản xuất supe phốt phát đợc đặc trng bằng phơng... 12% đợc bơm sang thùng chứa (35) và bơm lên cao vị (32) Nớc muối từ thùng (41) đợc bơm lên thùng cao vị (37) và muối + axít đi vào thùng phản ứng (36) Tại đó có phản ứng: Na2SiF6 + 2NaCl = Na2SiF6 + 2HCl Na2SiF6 sinh ra ở dạng huyền phù, sau đó dung dịch đợc đa xuống máy li tâm đứng (38) ở đây Na2SiF6 đợc tách ra và đi xuống băng tải (39) vào bunhe và đa vào ống sấy qua vít xoắn , ống sấy đợc cung cấp... 8748 = 1252 (kg/h) II Các kích thớc cơ bản của thùng quay: Theo A = W (kg ẩm /m3h) V V= [II 207] W (m3) A V: Thể tích thùng (m3) A: Cờng độ bốc hơi ẩm A phụ thuộc rất nhiều yếu tố (độ ẩm, nhiệt độ vật liệu sấy, thiết bị sấy ) Đối với máy sấy thùng quay, sấy apatít ta chọn A = 50 (hg ẩm/m3h) V =A= W 1252 = = 25,04(m3) V 50 Quan hệ giữa chiều dài là đờng kính thùng: Lê Việt Đức 16 Lớp QTTB K-45 Trờng... 8 (m) Vậy thùng sấy có chiều dài L = 8(m) và đờng kính D = 2(m) III Tính thời gian sấy: Vt = G1 T x = x Vt G1 : thời gian sấy [VI 1] (phút) Vt: thể tích thùng (m3) x: khối lợng riêng xốp của vật liệu(kg/m3) Đối với apatít ta tra đợc x = 1850(kg/m3) : Hệ số điền đầy, chọn =20% = 1580.25,04.0,2 = 55,59 10000 / 60 (phút) IV Tính số vòng quay thùng n= m.K L (vòng/ phút) D.tg n: Số vòng quay (vòng/phút)