1.1. GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN Sấy là phương pháp thường dùng trong công nghiệp và đời sống. Kết quả của quá trình sấy làm cho hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên. Điều đó có ý nghĩa quan trọng trên nhiều phương diện khác nhau. Ví dụ: đối với các nông sản và thực phẩm nhằm tăng cường tính bền vững trong bảo quản, đối với các nhiên liệu ( than, củi) được nâng cao lượng nhiệt cháy, đối với gốm sứ làm tăng độ bền cơ học, giảm chi phí vận chuyển… Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái của pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước nên người ta thường gọi là ẩm. Tùy theo quá trình cấp nhiệt cho ẩm mà người ta phân ra các phương pháp sấy khác nhau: cấp nhiệt bằng đối lưu gọi là sấy đối lưu, cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt gọi là sấy tiếp xúc, cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ… Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt, cục nhỏ. Hệ thống sấy thùng quay cũng là hệ thống sấy đối lưu. Trong đồ án này, em xin trình bày về qui trình công nghệ và thiết bị sấy thùng quay dùng để sấy đường với năng xuất đầu ra là 1200kgh. 1.2. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU. Nước ta là một nước nhiệt đới nên đường được sản xuất chủ yếu từ cây mía. Đường được đem đi sấy là những tinh thể saccharose, có kích thước trung bình là 0,8 mm. Saccarose là một đường kép có công thức phân tử là C12H22O11, gồm 2 phân tử ? D glucose và ? D fructose liên kết với nhau bằng liên kết 1,2 – glucoside. Do đó saccarose không còn tính khử, không tạo được osazone. Nó bị caramel hóa ở nhiệt độ nóng chảy từ 160 ? 180 oC. Nhưng ở nhiệt độ lớn hơn 1050C thì đường sẽ bị caramel hóa một phần làm đường bị sẫm màu. Trong tự nhiên, saccarose có trong mía, củ cải đường, thốt nốt,…
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN Sấy phương pháp thường dùng công nghiệp đời sống Kết trình sấy làm cho hàm lượng chất khô vật liệu tăng lên Điều có ý nghóa quan trọng nhiều phương diện khác Ví dụ: nông sản thực phẩm nhằm tăng cường tính bền vững bảo quản, nhiên liệu ( than, củi) nâng cao lượng nhiệt cháy, gốm sứ làm tăng độ bền học, giảm chi phí vận chuyển… Nguyên tắc trình sấy cung cấp lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha lỏng vật liệu thành Hầu hết vật liệu trình sản xuất chứa pha lỏng nước nên người ta thường gọi ẩm Tùy theo trình cấp nhiệt cho ẩm mà người ta phân phương pháp sấy khác nhau: cấp nhiệt đối lưu gọi sấy đối lưu, cấp nhiệt dẫn nhiệt gọi sấy tiếp xúc, cấp nhiệt xạ gọi sấy xạ… Hệ thống sấy thùng quay hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt, cục nhỏ Hệ thống sấy thùng quay hệ thống sấy đối lưu Trong đồ án này, em xin trình bày qui trình công nghệ thiết bị sấy thùng quay dùng để sấy đường với xuất đầu 1200kg/h GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU Nước ta nước nhiệt đới nên đường sản xuất chủ yếu từ mía Đường đem sấy tinh thể saccharose, có kích thước trung bình 0,8 mm Saccarose đường kép có công thức phân tử C12H22O11, gồm phân tử α - D - glucose vaø β - D - fructose liên kết với liên kết 1,2 – glucoside Do saccarose không tính khử, không tạo osazone Nó bị caramel hóa nhiệt độ nóng chảy từ 160 ÷ 180 oC Nhưng nhiệt độ lớn 1050C đường bị caramel hóa phần làm đường bị sẫm màu Trong tự nhiên, saccarose có mía, củ cải đường, nốt,… Saccarose CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: Không khí Đườn g Quạt đẩy Gầu tải Cơ cấu nhập liệu Quạt hút Calorife Thùng sấy Xyclon Nước ngưng Băng tải Hơi nước Bụi đường Đường sau sấy 2.2 HÌNH VẼ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: 2.3 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Vật liệu: Đường sau ly tâm đưa đến gầu tải để vận chuyển lên cao đưa vật liệu vào cấu nhập liệu vào thùng sấy Tại thùng sấy, đường sâu vào thùng sấy, xáo trộn cánh nâng thùng quay Đồng thời diễn trình trao đổi ẩm với TNS Qúa trình diễn từ đường bắt đầu vào thùng khỏi thùng để đạt độ ẩm theo yêu cầu kó thuật Ở cuối thùng sấy, đường sau tách ẩm tháo liệu ngoài, vận chuyển hệ thống băng tải Nhiệt độ đầu đường cao ( khoảng40 0C) nên phải làm nguội Có cách để thực trình làm nguội đường: Dùng luồng không khí lạnh, khô thổi cưỡng để làm nguội Làm nguội tự nhiên cách lợi dụng độ dài thích hợp hệ thống băng tải Tác nhân sấy: Không khí điều kiện bình thường (270C, 85%) quạt đẩy đưa vào hệ thống qua ống dẫn khí vào calorife để tiến hành trao đổi nhiệt lên 920C, sau dẫn vào thùng sấy Do có mát nhiệt đường ống dẫn nên TNS vào tới thùng quay nhiệt độ 900C Tại thùng sấy, TNS tiến hành trình truyền nhiệt dẫn ẩm khỏi vật liệu sấy Nhiệt độ TNS giảm dần khỏi thùng sấy 400C Trong không khí khỏi thùng có lẫn bụi đường, hỗn hợp khí-bụi dẫn vào cyclon để lọc thu bụi đường, không khí thải môi trường Calorife gia nhiệt nước bão hòa áp suất atm lấy từ lò Nhiên liệu dùng để đốt lò dầu FO PHẦN 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯNG CÁC THÔNG SỐ: Năng suất nhập liệu tính theo sản phẩm G2=1200 kg/h Độ ẩm ban đầu vật liệu sấy: u1=2%=0.02 Độ ẩm ban đầu vật liệu sấy: u2=0.4%=0.004 Khối lượng riêng thể tích đường :ρv=990+27u kg/m3 (CT2.84,tr100-[2]) Nhiệt dung riêng đường:Cđ= 996+1.6T (J/kg.K) ( tr 100-[2]) Đường kính tương đương hạt đường: d=0,8 mm Chọn trình sấy xuôi chiều Chọn cường độ sấy A=9 (kg/m3h) (Bảng 6.2,tr 179- [6]) CÔNG THỨC DÙNG XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY: Áp suất bão hòa: 4026.42 (bar) Pb = exp12 − 235.5 + t ( C ) Hàm ẩm: x = 0.622 ϕ * Pb P − ϕ * Pb (kg aåm/kg kkk) (CT VII.11-tr95- [11]) xP ϕ = P (0.622 + x ) b ⇒ xP P = b ϕ (0.622 + x ) Trong đó: Pa - áp suất khí quyển: Pa= 1.013 bar.( 760 mmHg) Enthalpy: I = C k t + x (ro + C h t ) (kJ/kg) (CT VII.13-tr95-[11]) Trong đó: Ck = kJ/kg.K - nhiệt dung riêng không khí khô Ch = 1.97 kJ/kg.K - nhiệt dung riêng nước ro = 2493 kJ/kg - ẩn nhiệt hóa nước t – nhiệt độ không khí (0C) x – hàm ẩm (kg ẩm/kgkkk) ⇒ I = t + x( 2493 + 1.97t ) Thể tích riêng không khí ẩm: v= RT 288T = M ( P − ϕPb ) P − ϕPb (m /kgkk) (CT VII.8-tr94-[11]) Trong R - số khí: R =8314 J/kmol.độ M - khối lượng không khí: M = 29 kg/kmol P, Pb - áp suất khí trời phân áp suất bão hòa nước không khí (N/m2) Khối lượng riêng không khí ẩm: ρ= To P 0.378ϕ Pb ρ o 1 − (kg/m3) TPo P (CT VII.9-tr95-[2]) Trong đó: P, Pb lấy đơn vị N/m2 To – nhiệt độ tiêu chuẩn: To = 273 K ρo – khối lượng riêng không khí khô điều kiện chuẩn: ρo = 1,293 kg/m3 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI TÁC NHÂN SẤY TRONG QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT: Thông số trạng thái không khí trời (A): Vậy điểm A, ta có: o to = 27 C; ϕ0=85% Áp suất bão hòa: Pb0 = 0,03548 bar Hàm ẩm: x0 = 0,0188 kg ẩm/kgkkk Enthalpy: I0 = 75.37 kJ/kg Thể tích riêng không khí ẩm: v0 = 0,879 m3/kgkk Khối lượng riêng : ρ0 =1,202 kg/m3 Thông số trạng thái tác nhân sấy vào thùng sấy (B): Không khí trời từ trạng thái (A) đưa vào calorife nhờ quạt hút đốt nóng đẳng ẩm đến trạng thái B(x1, t1) (nghóa x1 = x0 = 0,0188 kgẩm/kgkk) để đưa vào thùng sấy Rõ ràng, nhiệt độ t1 điểm B nhiệt độ cao tác nhân sấy, quy định tính chất vật liệu sấy chế độ công nghệ chọn phần Do đường bị ngả màu nhiệt độ 1050C nên ta cần nhiệt độ tác nhân sấy nhiệt độ Chọn: Tại điểm B: t1 = 90 oC; x1 = x0 = 0.0188 kg ẩm/kgkk Khi áp dụng công thức nêu phần III.1., thông số khác tác nhân sấy trạng thái B xác định sau: Áp suất bão hòa: Pb1 = 0.6908 bar Độ ẩm tương đối: ϕ1 = 0.043 = 4.3 % Enthalpy: I1 = 140.2 kJ/kg Thể tích riêng không khí ẩm: v1 = 2.45 m3/kgkk Khối lượng riêng : ρ1 = 0.784 kg/m3 Thông số trạng thái tác nhân sấy khỏi thùng sấy (C): Không khí trạng thái B đẩy vào thiết bị sấy để thực trình sấy Nhiệt độ tác nhân sấy khỏi thùng sấy t2 tùy chọn cho tổn thất nhiệt tác nhân sấy mang bé phải tránh tượng đọng sương (nghóa tránh trạng thái C nằm đường bão hòa) Đồng thời, hàm ẩm tác nhân sấy C phải nhỏ độ ẩm cân vật liệu sấy điểm để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại Với trình sấy lý thuyết ta có: I2 = I1 = 140.2 kJ/kgkk; ω = 100 % ⇒ tñs = 37 0C ⇒ chọn t2 = 40 oC Khi áp dụng công thức nêu, thông số khác tác nhân sấy trạng thái C xác định sau: Áp suất bão hòa: Pb2 = 0.073 bar Hàm ẩm: x2 = 0.03896 kg ẩm/kgkk Độ ẩm tương đối: ϕ2 = 0.8179 =82% Thể tích riêng không khí ẩm: v2 = 0.94535 m3/kgkk Khối lượng riêng : ρ1 = 1.1386 kg/m3 Trạng thái tác nhân sấy trình sấy lý thuyết tóm tắt Bảng Bảng1: Trạng thái tác nhân sấy trình sấy lý thuyết: Đại lượng t (oC) ϕ x (kg/kgkk) I (kJ/kgkk) Pb (bar) v (m3/kgkk) ρ (kg/m3) Trạng thái không khí ban đầu (A) 27 0.85 0.0188 74.87 0.03548 0.878 1.202 Trạng thái không khí vào thiết bị sấy (B) 90 0.043 0.0188 140.2 0.6908 1.45 0.784 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT: Phương trình cân vật chaát: G1 = G2 + W G1u1 = G2 u + W Lượng ẩm bốc giờ: W= G2 ( u1 − u ) 1200(0,02 − 0,004) = = 19.59 kg/h − u1 (1 − 0,02) Lượng vật liệu khô tuyệt đối: Gk = G2 (1 − u ) = 1200 * (1 − 0,004) = 1195.2 kg/h Năng suất nhập liêu tính theo vật liệu ban đầu: G1 = G2 + W = 1200 + 19.59 = 1219.59 kg/h Lượng tác nhân khô cần thiết: L= W 19.59 = = 971.73 kg/h x − x1 0,03896 − 0,0188 Lượng tác nhân tiêu hao riêng: Trạng thái không khí khỏi thiết bị sấy (C) 40 0,8179 0,03896 140.2 0,073 0.94535 1,1386 l= L 1 = = = 49.603 kgkk/kg aåm W x − x1 0,03896 − 0,0188 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY TRONG QUÁ TRÌNH THỰC TẾ: Cân lượng chung cho trình sấy: Vì trình sấy bổ sung nhiệt lượng thiết bị sấy thùng quay thiết bị chuyển tải ⇒ Qbs = Qvc = Như vậy: Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm: Nhiệt lượng tác nhân sấy nhận caloriphe: L(I – I0) Nhiệt lượng vật liệu sấy mang vào: [(G1 - W)Cv1 + WCa].tv1 Nhiệt lượng đưa khỏi thiết bị sấy gồm: Nhiệt lượng tổn thất tác nhân sấy mang đi: L(I2 – I0) Nhiệt lượng tổn thất qua cấu bao che: Qbc Nhiệt lượng vật liệu sấy mang ra: G2.Cv2.tV2 Trong đó: tv1 - nhiệt độ ban đầu vật liệu sấy, thường lấy nhiệt độ môi trường: tv1 = t0 = 27 oC tv2 - nhiệt độ cuối vật liệu sấy sau khỏi thiết bị sấy: tv2 = t2 – (5oC) = 40 – = 35 oC Cv - nhiệt dung riêng vật liệu sấy với độ ẩm u: Cv = Cvk(1 - u) + Ca.u (kJ/kg.K) Ca - nhiệt dung riêng ẩm (nước): Ca = Cn = 4180 J/kg.K Ck - nhiệt dung riêng vật liệu khô: Cvk = 996 + 1,26T (J/kg độ) C k = 996 + 1,26Tv = 996 + 1,26(273 + 35) = 1384.08 J / kg ⇒ { C v = C k (1 − u ) + C a u = 1384.08 × (1 − 0,004) + 4180.0,004 = 1395.26 J / kg.K Cân nhiệt lượng vào hệ thống sấy: L(I1 – I0) + [(G1 - W)Cv1 + WCa]tv1 = L(I2 – I0) + Qbc + G2.Cv2.tV2 Đặt Qv - tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang đi: Qv = G2Cv2(tv2 –tv1) Mặt khác: G2 = G – W Nhiệt lượng tiêu hao cho trình sấy thực: Q = L(I1 – I0) = L(I2 – I0) + Qbc + Qv – W.Ca.tv1 Nhieät lượng tiêu hao riêng (nhiệt lượng cần để bốc 1kg aåm): q = l(I1 – I0) = l(I2 – I0) + qbc + qv – Ca.tv1 Trong đó: Qbc W Qv G 2C v (t v − tv ) qv = = W W qbc = Toån thất nhiệt vật liệu sấy: coi Cv1 = Cv2 Qv = G2Cv2(tv2 –tv1) = 1200*1395.26*(35 27) = 13394496 J/h = 13394.5 kJ/h ⇒ qv = Qv 13394.5 = = 683.74 kJ/kg ẩm W 19.59 Nhiệt ẩm vật liệu đưa vào: W.Ca.tv1 = 19.59*4.18*27 = 2210.9 kJ/h Ca.tv1 = 4.18*27 = 112.86kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt qua cấu bao che: Qbc = (0.03 0.05)*Qhi Chọn Qbc = 0,040 Qhi Với Qhi = W [rv1 + Ch (t2 – tv1)] - nhiệt hữu ích (tức nhiệt cần thiết để làm bay ẩm vật liệu nâng nhiệt độ ẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cuối thùng sấy) Trong đó: rv1 - ẩn nhiệt hóa nước vật liệu sấy nhiệt độ vào : rv1 = 2428.99 kJ/kg (có nội suy) (BảngI.212-tr254-[10]) ⇒ Qhi= 19.59*(2428.99 + 1,97.(40-27)) = 48085.614 kJ/h ⇒ Qbc = 0,040 Qhi = 0,040 * 48085.614 = 1923.42 kJ/h ⇒ qbc = Qbc 1923.42 = = 98.18 kJ/kg ẩm W 19.59 Đặt nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho trình sấy thực (là đại lượng đặc trưng cho sai khác trình sấy thực tế sấy lý thuyết):Catv1 – qbc – qv Với trình sấy lý thuyết: = Với trình sấy thực tế: ≠ tính sau: = Ca.tv1 – qbc – qv = 112.86 – 98.18 – 672.57 = –657.89 kJ/kg aåm Vì < ⇒ Catv1 < qbc + qv ⇒ I2 < I1 ⇒ trạng thái tác nhân sấy sau trình sấy thực nằm đường I1 (đường sấy thực tế nằm đường sấy lý thuyết) Xác định hàm ẩm x2 ứng với trình sấy thực thông qua t2 biết: ' x2 = − I + ∆ * x + C k t − 140.2 + (−657.89) × 0,0188 + * 40 = = 0,03485 kgaåm/kgkk ∆ − ( ro + C h t ) − 657.89 − (2493 + 1,97 * 40) (CT VII.26-tr105-[11]) p dụng công thức tương ứng nêu, thông số khác tác nhân sấy đầu thùng sấy trình sấy thực (C’) xác định sau: ' Enthalpy: I = 98.894 kJ/kgkk p suất bão hòa: 0.073bar ' Độ ẩm tương đối: ϕ = 0,736 = 73.6% ' Thể tích riêng không khí ẩm: v = 0,972 m3/kgkk ' Khối lượng riêng: ρ = 1.11 kg/m Lượng tác nhân khô cần thiết: L' = W 19.59 = = 1220.56 kg kkk/h x − x1 0,03485 − 0,0188 ' Lượng tác nhân tiêu hao riêng: l' = L' 1 = ' = = 62.3 kg kkk/kg aåm W x − x1 0,03485 − 0,0188 Lượng nhiệt cần cung cấp cho trình sấy thực: Q’= L’ *(I1 – I’2) + Qbc + Qv – W.Ca.tv1 = 1220.56*(140.2 -98.894) + 1923.42 + 13394.5 – 2210.9 = 63523.47 kJ/h Lượng nhiệt cung cấp riêng: q= Q ' 63523.47 = = 3242064 (kJ/kg ẩm) W 19.59 Hiệu suất sấy: η= Qhi 48085.614 = = 0.7569 = 75.69% 63523.47 Q' Trạng thái tác nhân sấy trình sấy thực tế tóm tắt Bảng2: Trạng thái tác nhân sấy trình sấy thực tế: Đại lượng t (oC) ω (đơn vị) x (kg/kgkk) I (kJ/kgkk) pb (bar) v (m3/kgkk) ρ (kg/m3) Trạng thái không Trạng thái Trạng thái không khí ban đầu (A) không khí vào khí khỏi thiết thiết bị sấy bị sấy (C’) (B) 27 90 40 0,85 0,43 0,74 0,0188 0,0188 0,03485 74.87 140.2 98.894 0,03548 0,6908 0,073 0,878 1.45 0,972 1,202 0,784 1,11 TÍNH THỜI GIAN SẤY: Tính thời gian sấy ρ d β (W1 − W2 ) 2.990.0,18.(2 − 0,4) τ= = = 0,32h = 19.2 ph = 20 ph A[200 − (W 1−W2 )] 9[200 − (2 + 0,4)] (CT 6.44 tr178-[6]) PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH: Thiết bị sấy đường sử dụng cánh nâng Chọn hệ số chứa đầy β=0.18 Chọn tốc độ quay thùng: n=1 vòng/ph Chọn góc nghiêng thùng α =50 Thể tích thùng sấy tính theo lý thuyết: VT = W 19.59 = ≈ 2.1767 m A (Baûng 6.2 tr179-[6]) (Baûng 6.1 tr177-[6]) (CT 6.42- tr178-[6]) Thời gian lưu vật liệu thùng: τ1 = m.k1 LT n.DT tgα Trong đó: k1 - hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động vật liệu Trường hợp sấy xuôi chiều: k1 = 0.2 – 0.7 ⇒ choïn k1 = 0.6 ( tr 176-[1]) m - hệ số lưu ý đến dạng cánh thùng Đối với cánh nâng: m = 0,5 (tr 176-[1]) Để trình sấy đạt yêu cầu thông số đầu vật liệu τ ≥ τ Choïn τ = τ = 20 ph τ n.DT tgα => LT = m.k π D π DT τ n.tgα L= Maø VT = 4.m.k1 T ⇒ đường kính thùng DT = Chiều dài thùng LT = 4V m.k1 * 2.1767 * 0,5 * 0,6 =3 = 0.78m π τ n.tgα π * 20 * * tg 4VT * 2.1767 = = 4.555m = 4.56m πDT 3,14 * 0.78 Choïn DT =0.8m; LT = 4.6m Khi đó, thể tích thực thùng sấy: π DT π VT = L= 4.6 = 2.31 m3 Thời gian lưu vật liệu theo thông số thùng chọn: τ1 = m.k1 LT 0,5 * 0,6 * 4.56 = = 19.5 ph n.DT tgα * 0.8 * tg (CT6.39-tr174-[6]) So sánh thời gian lưu vật liệu thời gian sấy: τ − τ 20 − 19.5 ε= = * 100% = 2.5% τ1 20 Thời gian lưu vật liệu thùng sấy thời gian sấy 10 Căn vào lưu lượng khí vào xyclon, ta chọn xyclon ЦH có suất từ 14501690 m3/h với đường kính xyclon D = 400mm (Bảng III.5/p524,[10]) Ta tra kích thước xyclon ЦH-15Y Bảng 20 Bunke chứa bụi: Thể tích làm việc bunke xyclon đơn: Vbunke = 0,4m3 (Bảng III.5a/p525,[1]) Góc nghiêng thành bunke cần phải lớn góc nghiêng rơi tự nhiên ,thường lấy từ 55 ÷ 60o (p525,[1])⇒ chọn 60o Độ làm xyclon: (Bảng III.10/p531,[10]), đường kính hạt bụi tách nhỏ từ 20m (Bảng III.13/p533,[5]) Bảng 20: Kích thước xyclon đơn loại ЦH-15Y: STT Kích thước xyclon ЦH-15 Ký hiệuCông thức Giá trị Đơn vị Ghi Đường kính xyclon D 400 Các kích thước mm liên hệ với Chiều cao cửa vào A 0,66D 264 Chiều cao ống tâm có mặt bích h1 1,5D 600 Chiều cao phần hình trụ h2 1.51D 604 Chiều cao phần hình nón h3 1,5D 600 Chiều cao phần bên ống tâh4 m 0,3D 120 Chiều cao chung H 3,31D 1324 Đường kính ống d1 0,6D 240 Đường kính cửa tháo bụi2 d 0,4D 160 Chiều rộng cửa vào 104/ 10 b1/b 0,26D/0,2D 80 11 Chiều dài ống cửa vào L 0,6D 240 Khoảng cách từ tận 12 h5 0,3D xyclon đến mặt bích 120 13 Góc nghiêng nắp ống vào 15 độ 14 Hệ số trở lực xyclon 110 đơn vị h4 a D h5 h3 h2 a h1 l Hình :Xyclon đơn ЦH-15 Bảng21: Hiệu suất làm xyclon loại ЦH-15Y Đường kính hạt bụi (m) 10 20 60 88 98 Hiệu suất làm xyclon đơn loại ЦH-15 Tốc độ quy ước khí: D= 4V (m) π ω q ⇒ ωq = (CT III.47/p-522,[1]) 4V 4.0,306 = = 2,44 m/s πD π 0,4 Trở lực qua xyclon: ∆p = ξ ωq ρ2 (CT III.50/p522,[1]) 2,44 2.1,11 = 360,2 N / m 2 TÍNH TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT: Vì hệ thống sấy dài, trở lực lớn nên ta bố trí quạt đầu cuối hệ thống: ⇒ ∆p = 110 Quạt đẩy: đặt đầu hệ thống có nhiệm vụ cung cấp không khí cho caloriphe để gia nhiệt sau đẩy vào thùng sấy Quạt hút: đặt cuối hệ thống có nhiệm vụ hút không khí sau sấy khỏi thùng sấy qua xyclon để thu hồi bụi Vận tốc khí: V v = S ống (m/s) Với Sống - diện tích tiết diện ngang ống (m2) Chọn quạt ly tâm áp suất trung bình Ц 9-57 No3 có kích thước: Mặt bích cửa : hình vuông B = 210 mm Mặt bích cửa vào: hình tròn, D = 312 mm Bảng 2: Bảng tóm tắt thông số không khí đường ống Đại lượng Trạng thái không khí ban đầu (A) t (oC) ω (đơn vị) x (kg/kgkk) I (kJ/kgkk) pb (bar) v (m3/kgkk) ρ (kg/m3) 27 0,85 0,0188 74.87 0,03548 0,878 1,202 Trạng thái không khí vào thiết bị sấy (B) 90 0,43 0,0188 140.2 0,6908 1.45 0,784 Trạng thái không khí khỏi thiết bị sấy (C’) 40 0,74 0,03485 98.894 0,073 0,972 1,11 Bảng : Thiết kế hệ thống đường ống S Điểm bắt đầu Đoạn ống Điểm kết thúc Vị trí Kích thước (mm) Vận tốc khí v (m/s) Chiều dài L (m) Kích thướ c (mm) Vận tốc khí v (m/s) Vị trí Kích thước (mm) Vận tốc khí v (m/s) Đầu ống vào Cửa vào ∅160 16,41 0,25 ∅160 16,41 ∅160 quạt đẩy quạt đẩy Cửa quạt Lối vào º130 18,87 0,5 ∅160 16,41 ∅100 đẩy caloriphe Cửa Cửa vào ∅160 16,41 1.75 ∅160 16,41 ∅160 caloriphe thùng sấy Cửa thùng Cửa vào ∅160 16,41 0,5 ∅160 16,41 º104*80 say xyclon Cửa Cửa vào ∅160 16,41 0,25 ∅160 16,41 ∅160 cyclon quạt hút Tính trở lực đường ống: Trở lực ma sát đường ống: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống dẫn thẳng : L v ρ k ∆Pms = λ k (N / m ) (CT II.55/p377,[10]) D tñ 16,41 42,01 16,41 39,66 16,41 Trong đó: v, k, k : vận tốc (m/s); khối lượng riêng (kg/m3) độ nhớt (Ns/m2) không khí sấy vị trí tương ứng L - chiều dài ống dẫn (m) Dtđ - đường kính tương đương đường ống (m) Ống tròn : Dtđ = Dống 4S 4.a.b = Ống hình chữ nhật : D tđ = Π 2.(a + b ) Với a, b - chiều dài cạnh tiết diện chữ nhật ống (m) λ - hệ số trở lực ma sát ống, phụ thuộc vào chế độ chuyển động chất lỏng Re độ nhám thành ống v D tđ ρ k Với chuẩn số Reynolds: Re = (CT V.36/p13,[11]) µk Bảng 4: Kết tính trở lực ma sát đường ống: STT L Dtđ (m) (m) Dẫn vào quạt đẩy 0,25 0,16 Từ sau quạt đẩy 0,5 0,16 đến trước Đoạn ống Re 1,44.105 1,44.105 BaûngPII.4/p244,[3] 0,0224 0,0224 Pl (N/m2) 2,52 1,26 caloriphe Từ sau caloriphe đến trước thùng 1,75 0,16 1,44.105 sấy Từ sau thùng sấy 0,5 0,16 1,44.105 đến xyclon Từ sau xyclon đến 0,25 0,16 1,44.105 quạt hút ∑ ∆Pms 0,0224 13,09 0,0224 1,45 0,0224 1,45 19,77 Trở lực cục đường ống: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục đột mở ống dẫn: u2 h fe = K e A Ke = 1− A2 A u2 h fe = 1 − A2 Với: -A1, A2 – diện tích ống có tiết diện nhỏ ống có tiết diện lớn (m2) -u – vận tốc trung bình tiết diện nhỏ (m/s) Trở lực đột mở tính toán thu kết Bảng 27 Bảng 5: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục đột mở: Trở lực cục đột thu ống dẫn: u2 h fc = K c A K c = 0,4.1 − A2 Kc : hệ số đột thu A1, A2 : tiết diện ống nhỏ, ống lớn u : vận tốc trung bình ống có diện nhỏ Bảng 28: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục đột thu: STT S T 3 4 Vị trí trở lực Ống nhỏ Ống lớn Đường 0,1 0,0078 0,16 0,02 ống nối A1 cửa Vị trí trở o Ống nhỏ Ống lớn calorif Dtđ1 A2 lực A1 Dtđ2 A2 2 e (m) (m ) (m) (m ) 0,16 0,02 0,4 0,1256 Cửa Thân calorif quạt đẩy º 0,016 0,84 nối e nốii vớ 0,16 0,02 0,13 với đường ống đường ống Đường 0,16 0,007 0,02 0,8 0,12 0,5026 ống Thân nối 0,06 100 0,4 ng với thùthân 85 56 25 sấy calorife nối với Đường ống đường nối 0,50 với ống 0,16 0,02 0,8 0,04 24 Thâ 0,16 0,02 0,4 0,1256 buồng n sấy xyclon nối Đường với ống đường 104/ 0,008 nối 0,12 0,06 0,4 với ống n 80 thâ 32 56 Σ∆Pđt xyclon ∑ ∆Pñm A1 A2 Kc 0,3925 0,243 h fe 42,02 214,5 U(m /s) Ke 0,16 u 0,336 0,155 16,5 19,5 h f e (N/m2) 45,74 29,56 0,04 0,384 42,0 16,5 0,9375 52,272 828,45 0,96 16,5 0,16 0,336 16,5 130,68 45,74 0,934 Trở lực cục khúc quanh ống dẫn (có: khúc quanh) 39,6 734,55 358,252 1723,24 Tính cho khúc quanh 900 : u2 h ff = K f Với Kf hệ số tổn thất khớp nối van, trường hợp khúc quanh 900 Kf = 0,9 u: Vận tốc trung bình dịng chảy ống qua khớp nối u=16,5 m/s 16,5 ∆Pkq = 5.0,9 = 612,56 N / m 2 Khi ta tính trở lực cục đường ống: ∑ ∆Pcb = ∑ ∆Pdm + ∑ ∆Pdt + ∑ ∆Pkq = 1723,24 + 358,252 + 612,56 = 2694,06N/m2 Tổn thất cột áp qua thiết bị hệ thống: ∑ ∆Ptb = ∆Pcalorife + ∆Phaït + ∆Pxyclon + ∑ ∆Pcb = 1222,12 + 3292,5 + 360,2 + 2694,06 = 7568,88( N / m ) Cột áp toàn phần cần thiết để khắc phục tất sức cản thuỷ lực hệ thống: ( ρv ) (1,11.1,45) ∆P = ∆Ptb + = 7568,88 + = 7570 N / m (CT II.53/p.376,[9]) 2 Tổn thất cột áp toàn phần, điều kiện làm việc (do sử dụng đặc tuyến thành lập cho điều kiện tiêu chuẩn): 273 + t 760 ρ k ∆P = ∆Ptt ,N/m2 (CT II.238a, [1]) 293 B ρ Với: t - nhiệt độ làm việc khí: tk = 65 oC B - áp suất chỗ đặt quạt: B = 760 mmHg k - khối lượng riêng khí điều kiện làm việc:k = 1,032 kg/m - khối lượng riêng khí điều kiện tiêu chuẩn: = 1,293 kg/m 273 + 65 760 1,032 ⇒ ∆P = 7570 = 6969,89 N / m 293 760 1,293 Tính công suất động quay quạt: Trở lực mà quạt phải khắc phục Pquạt: Do ta sử dụng quạt hút đẩy đầu hệ thống nên quạt: ∆P 6969,89 = = 3484,945 N/m2 = 355 mmH2O Pquaït = 2 Công suất trục động điện vận chuyển không khí nhiệt độ cao: V ∆Pquạt ρ N= (kW) (CT II.239b/p463,[11]) 1000.η q η tr Với: V - suất quạt, lấy lưu lượng không khí hệ thống điều kiện làm việc: V = 3642m3/h = 1,012 m3/s q - hiệu suất quạt, lấy theo đặc tuyến: q = 0,5 (Hình II.56a/p488,[11]) tr : hiệu suất truyền động Khi nối quạt trục động khớp trục: tr = 0,98 (p463,[11]) 1,45.355.1,11.9,81 ⇒N= = 11,44kW 1000.0,5.0,98 Công suất động điện:Nđc = k3.N (kW) (CT II.240/p464,[11]) Với k3 - hệ số dự trữ: k3 = (Bảng II.48/p464,[11]) ⇒ Nđc =11,44kW Chọn động có công suất Nđm = 12 kW Tài liệu tham khảo [1] Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, “Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa học, tập 5, Quá trình Thiết bị Truyền nhiệt”, NXB ĐHQG TPHCM, 2000 [2] Phạm Văn Bôn, “Sổ tay dẫn nhiệt không ổn định (phỏng theo A.V.Luikov) – Thông số nhiệt lý thực phẩm nguyên liệu (phỏng theo A.S.guizbour”, TPHCM, 2004 [3] Hoàng Văn Chước, “Kỹ thuật sấy”, NXB KHKT, 1997 [4] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Nguyễn Đình Thọ, “Thiết bị trao đổi nhiệt”, NXB KHKT, 1999 [5] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, “Thiết kế chi tiết máy”, NXBGD, 2000 [6] Nguyễn Văn Lụa, “Kỹ thuật sấy vật liệu”, NXB ĐHQG TPHCM, 2001 [7] Vũ Bá Minh, Hoàn minh Nam, “Cơ học vật liệu rời”, NXB KHKT, 1998 [8] Hồ Lê Viên, “Thiết kế tính toán chi tiết thiết bị hóa chất, tập 1”, NXB KHKT, 1978 [9] Hồ Lê Viên, “Thiết kế tính toán chi tiết thiết bị hóa chất, tập 2”, NXB KHKT, 1978 [10] Các tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa chất, tập I”, NXB KHKT, 1999 [11] Các tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa chất, tập II”, NXB KHKT, 1999 [12] Phạm Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất công nghệ thực phẩm”,2000 [13] Phạm Văn Bôn, “Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa chất, tập 10, Ví dụ Bài tập”, TPHCM