Thiết kế hệ thống sấy thùng quay làm việc xuôi chiều dùng để sấy mangandioxit mno2 năng suất 1,8 tấn/giờ

Thiết kế hệ thống sấy thùng quay làm việc xuôi chiều dùng để sấy mangandioxit mno2 năng suất 1,8 tấn/giờ

MỤC LỤC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 5

LỜI MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG 7

1.1 Giới thiệu chung về kỹ thuật sấy 7

1.1.1 Khái niệm về sấy 7

1.1.2 Phương pháp sấy 7

1.1.3 Một số nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy 9

1.1.4 Vai trò của sấy trong kỹ thuật và đời sống 11

1.2 Giới thiệu về máy sấy thùng quay 13

1.3 Giới thiệu về vật liệu cát 15

1.3.1 Thành phần Error! Bookmark not defined 1.3.2 Tính chất 15

1.3.3 Ứng dụng 16

1.4 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy thùng quay 17

4.1.1 Sơ đồ công nghệ 17

4.1.2 Nguyên lí hoạt động của máy sấy thùng quay 18

CHƯƠNG 2 20

TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU 20

2.1 Thông số ban đầu 20

2.1.1 Kiểu thiết bị sấy 20

2.1.2 Điều kiện môi trường 20

2.1.3 Vật liệu sấy là cát với các thông số 21

2.1.4 Tác nhân sấy 21

2.2 Tính toán các thông số của nhiên liệu 21

2.2.1 Thành phần của than 21

2.2.2 Nhiệt dung riêng của than đá 22

2.2.3 Nhiệt trị của than 23

2.2.4 Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg than 23

2.2.5 Entanpi của nước trong hỗn hợp khói 23

2.2.6 Hệ số không khí thừa sau quá trình hoà trộn 24

2.2.6.1 Nhiệt lượng vào buồng đốt khi đốt 1 kg than 24

2.2.6.2 Nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn 25

2.2.7 Trạng thái của khói trước khi vào thùng sấy 30

2.2.7.1 Nhiệt độ của khói 30

2.2.7.2 Hàm ẩm của khói 30

2.2.7.3 Hàm nhiệt của khói 30

2.2.7.4 Độ ẩm 30

CHƯƠNG 3 31

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 31

3.1 Cân bằng vật liệu 31

3.1.1 Lượng ẩm bay hơi 31

3.1.2 Lượng cát ra khỏi thùng sấy 32

3.2 Các thông số cơ bản của thùng sấy 32

3.2.1 Thể tích của thùng sấy 32

3.2.2 Chiều dài ,đường kính và bề dày thùng 32

3.2.2.1 Chiều dài thùng 32

3.2.2.2 Đường kính thùng 33

3.2.2.3 Chiều dày thân thùng 33

3.2.3 Thời gian lưu vật liệu trong thùng 33

3.2.4 Số vòng quay của thùng 34

3.2.5 Công suất cần thiết để quay thùng 34

3.2.6 Các thông số cơ bản của thùng sấy 35

3.2.6.1 Cấu tạo thân thùng 35

3.2.6.2 Đường kính thùng 35

3.2.6.3 Chiều dài thùng 35

3.2.6.4 Loại cánh 35

3.2.6.5 Tốc độ quay 35

3.3 Quá trình sấy lý thuyết 35

3.3.1 Trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy 35

3.3.1.1 Nhiệt độ 35

3.3.1.2 Hàm nhiệt 35

3.3.1.3 Hàm ẩm 36

3.3.1.4 Độ ẩm 36

3.3.2 Cân bằng nhiệt lượng của quá trình sấy 36

3.4 Quá trình sấy thực tế 37

3.4.1 Nhiệt tổn thất ra môi trường 37

3.4.1.1 Xác định hệ số truyền nhiệt K 37

3.4.1.2 Diện tích xung quanh thùng sấy 44

3.4.1.3 Hiệu số nhiệt độ trung bình 44

3.4.2 Tổn thất do cát mang ra khỏi thùng sấy 45

3.4.3 Xác định giá trị ∆ (Lượng nhiệt bổ sung thực tế) 46

3.4.4 Trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy 46

3.4.4.1 Nhiệt độ 46

3.4.4.2 Hàm ẩm 46

3.4.4.4 Hàm nhiệt 47

3.4.5 Lượng khói cần thiết để bốc hơi 1 kg ẩm 48

3.4.6 Lượng than cần thiết cho quá trình 48

3.4.7 Cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị sấy 48

3.4.8 Kiểm tra lượng nhiệt mất mát ra môi trường 49

3.4.9 Lượng nhiệt cần cung cấp cho thùng sấy 49

CHƯƠNG 4 50

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 50

4.1 Tính toán hệ thống dẫn động 50

4.1.1 Tính toán và lựa chọn động cơ 50

4.1.2 Tính toán động học hệ thống dẫn động cơ khí 51

4.1.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống dẫn động 51

4.1.2.2 Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động 51

4.1.2.3 Số vòng quay của bánh răng chủ động 51

4.1.2.4 Công suất trên trục bánh răng chủ động 52

4.1.2.5 Momen quay trên trục của bánh răng chủ động 52

4.2 Tính toán bộ truyền động bánh răng 52

4.2.1 Chọn vật liệu 52

4.2.2 Xác định ứng suất cho phép 53

4.2.2.1 Ứng suất tiếp xúc 53

4.2.2.2 Ứng suất uốn 54

4.2.2.3 Ứng suất quá tải cho phép 54

4.2.3 Các thông số cơ bản của bộ truyền 55

4.2.3.1 Khoảng cách trục 55

4.2.3.2 Các thông số ăn khớp 56

4.2.3.3 Đường kính răng 56

4.2.3.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 57

4.2.3.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 60

Ứng suất uốn sinh ra tại chân răng : 60

4.2.3.6 Kiểm nghiệm răng về quá tải 62

4.2.3.7 Các thông số kích thước của bộ truyền bánh răng trụ 62

4.3 Kiểm tra độ bền thân thùng 63

4.3.1 Trọng lượng của vật liệu trong thùng 63

4.3.3 Trọng lượng bánh răng vòng 64

4.3.4 Trọng lượng cánh xới 64

4.3.5 Trọng lượng vành đai 65

4.3.6 Khoảng cách hai vành đai 65

4.3.7 Tải trọng trên một đơn vị chiều dài thùng không kể bánh răng vòng 4.3.8 Momen uốn do tải trọng này gây ra 66

4.3.9 Momen uốn do bánh răng vòng gây ra 66

4.3.10 Momen chống uốn 66

4.3.11 Ứng suất thân thùng 66

4.4 Tính toán vành đai 67

4.4.1 Tải trọng trên một vành đai 67

4.4.2 Phản lực của con lăn 67

4.4.3 Bề rộng của vành đai 67

4.4.4 Bề dày của vành đai 68

4.4.5 Momen uốn 68

4.4.6 Momen chống uốn 68

4.4.7 Các thông số của vành đai 69

4.5 Tính toán con lăn đỡ 69

4.5.1 Đường kính của con lăn 69

4.5.2 Bề rộng của con lăn 69

4.5.3 Ứng suất tiếp xúc 69

4.5.4 Các thông số của con lăn đỡ 70

4.6 Tính toán con lăn chặn 70

4.6.1 Lực lớn nhất tác dụng lên con lăn chặn 71

4.6.2 Xác định bán kính con lăn chặn 71

4.6.3 Kiểm tra độ bền của con lăn chặn 71

4.6.4 Các thông số của con lăn chặn 72

CHƯƠNG 5 72

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 72

5.1 Tính toán buồng đốt 72

5.1.1 Diện tích bề mặt ghi lò 72

5.1.2 Thể tích buồng đốt 73

5.1.3 Chiều cao của buồng đốt 73

5.1.4 Số ghi lò 73

5.1.5 Tỉ lệ mắt ghi: f/F 74

5.2 Tính toán và chọn quạt 74

5.2.1 Năng suất quạt 74

5.2.2 Công suất của quạt 74

5.2.3 Chọn quạt 76

Bảng phụ lục : 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Họ và tên HS

Lớp : ĐH Hoá 1 Khoá: 7

Khoa : Công nghệ Hoá

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Xuân Huy

NỘI DUNG

Thiết kế hệ thống sấy thùng quay làm việc xuôi chiều dùng để sấy

manganđioxit MnO2 năng suất 1,8 tấn/ giờ

Các số liệu ban đầu:

- Độ ẩm đầu của vật liệu: 20%

- Độ ẩm cuối của vật liệu: 3%

- Nhiệt độ khói vào : 3500C

- Nhiệt độ khói ra : 600C

Đồ án về nội dung sấy là một trong những bài tập lớn nằm trong chương

trình của bộ môn quá trình và thiết bị khoa công nghệ Hoá của trường ĐH Công

Nghiệp Hà Nội, nó giúp cho sinh viên có kĩ năng hơn trong quá trình tra cứu số

liệu, tính toán, đồng thời nắm vững hơn về công nghệ sấy nói riêng và các quá

trình trong công nghệ Hoá Học nói chung

Được thầy giáo Nguyễn Xuân Huy giao nhiêm vụ: “tính toán để thiết kế hệ

thống sấy thùng quay để sấy manganđioxit với năng suất 1,8 tấn/ giờ” Dựa trên

những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy em đã hoàn

thành đồ án của mình

Em xin chân thành cảm ơn thầy Huy cùng các thầy cô trong khoa Công

Nghệ Hoá đã chỉ bảo, giúp đỡ tận tình em trong thời gian em hoàn thành đồ án

này Do hạn chế về tài liệu tham khảo và các kiến thức nên bản đồ án này chắc

chắn không tránh khỏi sai sót, em mong nhận được sự đóng góp, sữa chữa của

các thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn!

Lớp : ĐH Hoá1 _K7

S

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Giới thiệu chung về kỹ thuật sấy

1.1.1 Khái niệm về sấy

Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ

dàng Sấy làm giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết do đó vi khuẩn,

nấm mốc và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được, giảm

hoạt động các enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm

Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm

bằng phương pháp bay hơi nước Như vậy, quá trình sấy khô một vật thể diễn

biến như sau:

Vật thể được gia nhiệt để đưa nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với

phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật thể Vật thể được cấp nhiệt để làm

bay hơi ẩm

Tóm lại, trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi

chất cụ thể là quá t nh truyền nhiệt t chất tải nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền

ẩm t trong vật sấy ra ngoài bề mặt sấy, quá trình truyền ẩm t bề mặt vật sấy ra

ngoài môi trường Các quá trình truyền nhiệt, truyền chất trên xảy ra đồng thời

trên vật sấy, chúng có quan hệ qua lại lẫn nhau

1.1.2 Phương pháp sấy

Có nhiều cách phân loại :

a Dựa vào tác nhân sấy:

- Sấy bằng khói lò

- Sấy bằng không khí nóng

- Sấy bằng tia hồng ngoại : Là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia

hồng ngoại để làm khô vật liệu

- Sấy bằng dòng điện cao tần : Là phương pháp sấy dùng năng lượng điện

trường để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của vật liệu

b Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy

- Sấy đối lưu : Là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp giữa vật liệu sấy

với tác nhân sấy

- Sấy tiếp xúc : Là phương pháp sấy mà tác nhân sấy tiếp xúc gián tiếp với

vật liệu sấy qua một vách ngăn

- Sấy thăng hoa : Là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không

rất cao, nhiệt độ rất thấp nên ẩm trong vật liệu đóng băng và bay hơi t trạng

thái rắn thành trạng thái khí

Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, công nghệ và thiết bị sấy đôi

lưu được sử dụng phổ biến hơn cả

c Dựa vào phương pháp làm việc

- Máy sấy liên tục

- Máy sấy gián đoạn

d Dựa vào áp suất làm việc

- Sấy chân không

- Sấy áp suất thường

e Dựa vào cấu tạo thiết bị

- Thiết bị sấy buồng

- Thiết bị sấy hầm

- Thiết bị sấy tháp

- Thiết bị sấy phun

- Thiết bị sấy thùng quay

1.1.3 Một số nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy

a Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí

Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ

gió…, việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nước

trong nguyên liệu giảm xuống càng nhiều Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở giới hạn

cho phép vì nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản

phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề

ngoài cản trở tới sự chuyển động của nước t lớp bên trong ra bề mặt ngoài

Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm

khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hủy hoại nguyên liệu Nhiệt độ sấy thích

hợp được xác định phụ thuộc vào độ dày bán thành phẩm, kết cấu tổ chức của

thịt quả và đối với các nhân tố khác Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì

nguyên liệu có những biến đổi khác nhau ví dụ: nhiệt độ sản phẩm trong quá

t nh sấy cao hơn 600C thì protein bị biến tính, nếu trên 900C thì fructaza bắt

đầu caramen hóa các phản ứng tạo ra melanoidin tạo polyme cao phân tử chứa N

và không chứa N, có màu và mùi thơm xảy ra mạnh mẽ Nếu nhiệt độ cao hơn

nữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng và mất giá trị cảm

quan của sản phẩm

Quá trình làm khô tiến triển, sự cân bằng của khuếch tán nội và khuếch

tán ngoại bị phá vỡ, tốc độ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc độ khuếch tán nội thì

chậm lại dẫn đến hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng đến quá trình làm khô

b.Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí

Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy,

tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy Vì tốc độ

chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân

bằng quá t nh sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại Vì vậy,

cần phải có một tốc độ gió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của quá trình làm

khô

Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá t nh làm khô, khi hướng gió

song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh Nếu hướng gió

thổi tới nguyên liệu với góc 45o

C thì tốc độ làm khô tương đối chậm, còn thổi thẳng vuông góc với nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất chậm

c Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí

Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định

đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậm

lại Các nhà bác học Liên Xô và các nước khác đã chứng minh rằng: độ ẩm

tương đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình sấy sẽ chậm lại rõ rệt, còn độ

ẩm tương đối của không khí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô sẽ d ng

lại và bắt đầu xảy ra hiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm trở lại

Để cân bằng ẩm, khuếch tán nội phù hợp với khuếch tán ngoại và tránh

hiện tượng tạo màng cứng, người ta áp dụng phương pháp làm khô gián đoạn

tức là v a sấy v a ủ

Làm khô trong điều tự nhiên khó đạt được độ ẩm tương đối của không

khí 50% đến 60% do nước ta khí hậu nhiệt đới thường có độ ẩm cao Do đó, một

trong những phương pháp để làm giảm độ ẩm của không khí có thể tiến hành

làm lạnh để cho hơi nước ngưng tụ lại Khi hạ thấp nhiệt độ của không khí dưới

điểm sương hơi nước sẽ ngưng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí

cũng được hạ thấp Như vậy để làm khô không khí người ta áp dụng phương

pháp làm lạnh

d Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Nguyên liệu

càng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích

thước quá bé và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gẫy vỡ

Trong những điều kiện giống nhau về chế độ sấy (nhiệt độ, áp suất khí

quyển) thì tốc độ sấy tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt S và tỷ lệ nghịch với chiều

dày nguyên liệu δ

e Ảnh hưởng của quá trình ủ ẩm

Quá trình ủ ẩm nhằm mục đích là làm cho tốc độ khuếch tán nội và

khuếch tán ngoại phù hợp nhau để làm tăng nhanh quá trình làm khô Trong khi

làm khô quá t nh ủ ẩm người ta gọi là làm khô gián đoạn

f Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu

Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù

hợp, cần phải xét đến thành phần hóa học của nguyên liệu như: nước, lipit, chất

khoáng, protein, Vitamin, kết cấu tổ chức thịt quả chắc hay lỏng lẻo

1.1.4 Vai trò của sấy trong kỹ thuật và đời sống

Sấy là qúa trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt

Ngày xưa người ta đã biết sử dụng phương pháp sấy tự nhiên rất đơn giản là

phơi nắng Tuy nhiên, phơi nắng bị hạn chế lớn là cần diện tích sân phơi rộng và

phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong mùa mưa Vì vậy, trong các ngành

công nghiệp người ta thường phải tiến hành quá trình sấy nhân tạo

- Kết quả của qúa trình sấy là 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 thì tăng cường tính bền vững trong bảo quản

+ Đối với các nhiên liệu ( củi, than) được nâng cao nhiệt lượng cháy, đối với các gốm sứ thì làm tăng độ bền cơ học…

+ Và ngoài ra tất cả các vật liệu sau khi sấy đều được giảm giá

thành vận chuyển

- Do các ý nghĩa đã nêu trên mà đối tượng của quá trình sấy thật đa

dạng, bao gồm nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm trong các giai đoạn

khác nhau của qúa trình sản xuất và chế biến, thuộc nhiều lĩnh vực kinh tế khác

nhau Nói cách khác, kỹ thuật sấy được ứng dụng rộng rãi trong các nghành

công nghiệp và nông nghiệp

- Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến

đổi trạng thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi Hầu hết các vật liệu trong

quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và người ta thường gọi là ẩm Như

vậy trong thực tế có thể xem sấy là qúa trình tách ẩm bằng phương pháp nhiệt

- Việc cung cấp năng lượng cho vật liệu trong qúa trình sấy được tiến

hành theo các phương pháp truyền nhiệt đã biết

Ví dụ :

+ 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

+ Ngoài ra, còn có các phương pháp sấy đặc biệt như sấy bằng dòng điện cao tần, sấy thăng hoa, sấy chân không…

- Tóm lại, để bảo quản các loại sản phẩm trong thời gian dài, trong

qui trình công nghệ sản xuất của nhiều sản phẩm đều có công đoạn sấy khô

- Để chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao, công nghệ sấy

cũng được cải tiến và phát triển như trong nghành hải sản, rau quả và nhiều loại

thực phẩm khác Các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như lúa, ngô, đậu…sau

khi thu hoạch cần sấy khô kịp thời, nếu không sản phẩm sẽ bị giảm chất lượng

thậm chí bị hỏng dẫn đến tình trạng mất mùa sau thu hoạch

Do nhu cầu sấy ngày càng đa dạng, có nhiều phương pháp và thiết bị

sấy để sấy các loại sản phẩm khác nhau.Ngoài ra đôi khi cùng một loại sản

phẩm nhưng nếu yêu cầu về qui mô sấy khác nhau thì cũng đòi hỏi thiết bị sấy

phù hợp Đối với t ng loại sản phẩm đã được biết trước, nhằm đạt được các yêu

cầu của sản phẩm sấy với chi phí nhiên liệu và đầu tư thiết bị ban đầu thấp

nhất

1.2 Giới thiệu về máy sấy thùng quay

Hệ thống sấy thùng quay là hệ

thống sấy làm việc liên tục chuyên

dùng để sấy vật liệu hạt, cục nhỏ như:

cát, than đá, các loại quặng, đường,

muối, và các loại hóa chất như :

NaHCO3 , BaCl2 …ngũ cốc, mì chính

Hệ thống dùng nhiên liệu đốt có thể là

dầu hoặc than cấp nhiệt cho buồng đốt

Cấu tạo của máy sấy thùng quay

gồm 3 phần chính:

- Buồng đốt

- Thùng quay để trao đổi nhiệt liên tục với vật liệu sấy

- Hệ thống thông gió thu hồi bụi cuối lò

Cấu tạo chính của máy sấy thùng quay là thùng sấy Thùng sấy là một ống

hình trụ tròn bằng vật liệu thép, trong đó có lắp các cánh xáo trộn để phân vùng

hoặc không Tùy theo đường kính của ống thép mà chiều dày của thành ống có

thể t 10 - 14 mm Ống thép này được đặt nghiêng 1 - 6o

trên 2 ổ trục quay, để tránh tình trạng ống bị trôi khi quay ở 2 ổ trục có bệ đỡ bằng con lăn chống trôi

Đầu cao của ống có buồng đốt cấp nhiệt và bên trên có ống dẫn vật liệu vào

Đầu thấp của ống có buồng cuối lò, bên dưới có ống dẫn vật liệu ra khỏi thùng

sấy sang gầu tải đưa lên silo chứa Bên trong buồng cuối lò có gắn quạt hút, ống

khói và xyclon lắng bụi tạo thành hệ thống thông gió bên trong máy sấy

Bên trong thùng sấy người ta lắp các cánh để xáo trộn vật liệu làm quá

trình trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy tốt hơn Các đệm ngăn trong

thùng v a có tác dụng phân phối đều vật liệu theo tiết diện thùng v a làm tăng

bề mặt tiếp xúc Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật liệu sấy

và độ ẩm của nó Các loại đệm ngăn được dùng phổ biến trong máy sấy thùng

quay gồm :

- Đệm ngăn loại mái chèo nâng và loại phối hợp dùng khi sấy những vật

liệu cục to, ẩm, có xu hướng đóng vón lại, loại này có hệ số chứa đầy vật liệu

không quá 10 - 20 %

- Đệm ngăn hình quạt có những khoảng không thông với nhau

- Đệm ngăn phân phối hình chữ thập và kiểu vạt áo được xếp trên toàn

bộ tiết diện của thùng, được dùng để sấy vật liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng

quay vật liệu được đảo trộn nhiều lần, bề mặt tiếp xúc pha lớn

- Đệm ngăn kiểu phân khu để sấy các hạt đã đập nhỏ, bụi loại này cho

phép hệ số chứa đầy t 15 - 25 %

Nếu nhiệt độ sấy lớn hơn 200oC thì dùng khói lò nhưng không dùng cho

nhiệt độ lớn hơn 800o

C

 Ưu điểm của hệ thống sấy thùng quay:

- Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu

sấy và tác nhân sấy Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100 kg ẩm bay hơi/

m3h

- Thiết bị gọn, có thể cơ khí hóa và tự động hóa toàn bộ khâu sấy

 Nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay:

- Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn Do đó trong

nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm

- Không sấy được các vật liệu dễ vỡ

1.3 Giới thiệu về vật liệu sấy manganđioxit

1.3.1 Tính chất

a Tính chất vật lí

Quặng MnO2 là chất bột màu đen có

thành phần không hợp thức, khi đun nóng

sẽ bị phân hủy thành các oxit thấp hơn

Ở điều kiện thường nó là oxit bền nhất

trong các oxit của Mangan, không tan

trong nước, tương đối trơ

Khối lượng riêng: 5030 Kg/m3

b Tính chất hóa học

Khi đun nóng nó tan trong axit và kiềm như một oxit lưỡng tính Khi tan

trong dung dịch axit nó không tạo nên muối kẽm bền của Mn+4

theo phản ứng trao đổi mà tác dụng như một chất oxi hóa

Khi tan trong dung dich KOH đặc tạo nên dung dịch xanh lam chứa các

ion Mn(III) và Mn(V) vì trong điệu kiện này ion Mn(IV) không tồn tại được

Khi nấu chảy với kiềm hoặc oxit bazơ mạnh tạo muối Manganat

Ở nhiệt độ cao, MnO2 có thể bị khử bởi H2, CO2 hoặc C tạo thành kim

loại

Khi nấu chảy với kiềm nếu có mặt các chất oxi hóa như: KNO3, KClO3,

O2 thì MnO2 bị oxi hóa thành Mn theo phương trình:

MnO2 + KNO3 + K2CO3=K2MnO4 +KNO2 + CO2

 MnO2 tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật pirolusit là hợp chất của Mangan có nhiều ứng dụng trong thực tế

 Ở dạng bột MnO2 lã xúc tác cho phản ứng phân hủy KClO2 và

H2O2, phản ứng oxi hóa NH3 thành NO và Axetic thành Axeton

 MnO2 được đưa vào nguyên liệu nấu thủy tinh để làm mất màu lục của thủy tinh, cho thủy tinh có màu hồng hoặc đen( với lượng lớn)

 Trong công nghiệp gốm MnO2 tạo màu nâu đỏ, đen cho men

 Ngoài ra trong công nghiệp MnO2 được sử dụng làm một điện cực của pin

Ví dụ:

Manganđioxit được xem là ứng viên có nhiều ưu điểm làm nguyên liệu chế tạo điện cực cho pin sạc bởi vì chúng có nhiều trong thiên nhiên và tương hợp với môi trường Tận dụng nhiều

ưu điểm của Manganđioxit nhiều phương pháp có hiệu quả đã được phát triển để cải tiến điện cực của MnO2/C nằm mục đích

sử dụng cho pin sơ cấp

Điện cực hỗn hợp MnO2/Cacbon được chế tạo bằng cách cho trược tiếp bột cacbon và trong dung dich Manganaxetat để cùng kết tủa với MnO2.nH2O trên bề mặt nền cacbon Hình thái học

bề mặt và cấu trúc tinh thể được xác định bằng phương pháp hiển vi điện tử quét( SEM) và kĩ thuật nhiễu xạ tia X(XRD)

Quét trong vòng tuần hoàn(CV) đẻ đánh giá tính chất điện hóa của điện cực được chế tạo Kết quả đã chứng minh bột cacbon

có hiệu quả làm tăng điện dung và cải thiên tính chất điện hóa của điên cực Mangandioxit

1.4 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy thùng quay

4.1.1 Sơ đồ công nghệ

1.Thùng quay 2.Vành đai đỡ 3.Con Lăn đỡ

4.Bánh răng 5.Phễu hứng sản phẩm 6.Quạt hút

7.Thiết bị lọc bụi 8.Lò đốt 9.Con lăn chặn

10.Mô tơ quạt chuyển động 11.Bê tông 12.Băng tải

13.Phểu tiếp liệu 14.Van diều chỉnh

4.1.2 Nguyên lí hoạt động của máy sấy thùng quay

Máy sấy thùng quay gồm một thùng hình trụ đặt nghiêng với mặt phẳng

nằm ngang 1  6 o Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ

Bánh đai được đặt trên bốn con lăn đỡ , khoảng cách giữa 2 con lăn

cùng một bệ đỡ có thể thay đổi để điều chỉnh góc nghiêng của thùng, nghĩa là

điều chỉnh thời gian lưu vật liệu trong thùng Thùng quay được là nhờ có bánh

răng Bánh răng ăn khớp với bánh răng dẫn động nhận truyền động của động cơ

qua bộ giảm tốc

Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng qua phễu chứa và

được chuyển động dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn Các đệm ngăn v a có tác

dụng phân bố đều theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu v a làm tăng bề mặt tiếp

xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích

thước của vật liệu sấy, tính chất và độ ẩm của nó Vận tốc của khói lò hay không

khí nóng đi trong máy sấy khoảng 2  3 m/s, thùng quay 3  8 vòng/phút Vật

liệu khô ở cuối máy sấy được tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm rồi nhờ băng tải

xích vận chuyển vào kho

Khói lò hay không khí thải được quạt hút vào hệ thống tách bụi,… để

tách những hạt bụi bị cuốn theo khí thải Các hạt bụi thô được tách ra, hồi lưu

trở lại băng tải xích Khí sạch thải ra ngoài

Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không được lớn hơn

3m/s bởi nếu tốc độ lờn hơn 3m/s thí vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng

Các đệm ngăn trong thùng v a có tác dụng phân phối đều vật liệu theo

tiết diện thùng, v a đảo trộn vật liệu làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy

và tác nhân sấy Cấu tạo của các đệm ngăn( cánh đảo trộn) phụ thuộc vào kích

thước vật liệu và độ ẩm của nó Các loại đêm ngăn được dùng phổ biền trong

máy sấy thùng quay gồm:

a b c

Sơ đồ cấu tạo cánh trong thiết bị sấy thùng quay:

a) Cánh nâng

b) Cánh nâng chia khoang

c) Cánh phân bố đều( cánh phân phối chữ thập)

Đối với vật liệu có kích thước quá bé có thể tạo thành bụi thì nên dùng

cánh loại chia khoang kín( hình e)

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU

2.1 Thông số ban đầu

2.1.1 Kiểu thiết bị sấy

Thùng quay, phương thức sấy xuôi chiều

2.1.2 Điều kiện môi trường

- Trạng thái của không khí ngoài trời nơi đặt thiết bị sấy

+ Nhiệt độ môi trường: 250

C + Độ ẩm tương đối của không khí: 70%

Pbh: Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm đã

bão hòa hơi nước, mmHg

2.1.3 Vật liệu sấy là cát với các thông số

- Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy: 10,5%

- Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy là: 1,5%

- Lượng vật liệu đưa vào máy sấy : 16530 kg/h

2.1.4 Tác nhân sấy

Khói lò :

- nhiệt độ khói lò vào thùng sấy : t1 = 380 0C

- nhiệt độ khói lò ra khỏi thùng : t2 = 95 0C

2.2 Tính toán các thông số của nhiên liệu

Chuyển các thành phần sang trạng thái làm việc:

+ Độ tro của nhiên liệu ở chế độ làm việc được xác định :

2.2.2 Nhiệt dung riêng của than đá

Áp dụng công thức tính nhiệt dung riêng của than đá

Ct= 837+3,7.to+625.x, J/kg.độ ( CT I.48 – 153 – STT1 )

Trong đó :

to : Nhiệt độ của than trước khi vào lò đốt, to= 25oC

x: Hàm lượng chất bốc, x = 2,79%

→ Ct = 837 + 3,7.25 + 625.0,0279 = 946,938 ( J/kgoC )

→ Ct = 946,938 10-3 ( kJ/kg.ºC )

2.2.3 Nhiệt trị của than

Nhiệt trị cao của than :

2.2.4 Lƣợng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg than

Để cung cấp cho các phản ứng cháy, thành phần của oxi trong không khí

Trong đó: t là nhiệt độ hỗn hợp khói vào lò (t = 350C)

In = (2493 + 1,97.350).103 = 3182,5.103 (J/kg)

= 3182,5 (kJ/kg)

2.2.6 Hệ số không khí thừa sau quá trình hoà trộn

Do nhiệt độ khói sau buồng đốt rất lớn so với yêu cầu, vì thế trong thiết bị

sấy thùng quay dùng khói lò làm TNS người ta phải tổ chức hoà trộn với không

khí ngoài trời để cho một hỗn hợp có nhiệt độ thích hợp Vì vậy, trong hệ thống

sấy thùng quay người ta xem hệ số không khí th a là tỷ số giữa không khí khô

cần cung cấp thực tế cho buồng đốt cộng với lượng không khí khô đưa vào

buồng hoà trộn với lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy

Để tính hệ số không khí th a không khí ở buồng đốt và trộn người ta sử

dụng phương pháp cân bằng nhiệt lò đốt than

2.2.6.1 Nhiệt lƣợng vào buồng đốt khi đốt 1 kg than

Qv = Q1 + Q2 + Q3 ( kJ )

Trong đó :

Q1 : Nhiệt lượng than mang vào ( tính cho 1kg than )

Q2 : Nhiệt lượng do không khí mang vào

Q3 : Nhiệt do đốt 1 kg than

a Nhiệt lượng do than mang vào :

Q1 = Cn.tn

Trong đó :

Cn : Nhiệt dung của than ; Cn = 946,938 10-3 ( kJ/kgoC )

tn : Nhiệt độ của than ( nhiệt độ môi trường ); tn = 25oC

→Q = 25 946,938 10-3 = 23,673 ( kJ )

b Nhiệt lượng do không khí mang vào :

Q2 = Lo.Io.

Trong đó :

Lo : Lượng không khí lý thuyết cho quá trình cháy; Lo = 9,077 kg/kg than

Io : Hàm nhiệt của không khí vào buồng đốt ; Io = 60,529 (kJ/kg kkk )

 : Hệ số th a không khí

Q2 = 9,077.60,529. = 549,994 (kJ)

c.Nhiệt lượng do đốt 1 kg than :

Q3 = Qc.η Trong đó :

η : hiệu suất buồng đốt η = 0,9

Qc : Nhiệt trị cao của than; Qc = 27611,812 kJ/kg

Q4 : Nhiêt do xỉ mang ra

Q5 : Nhiệt do không khí mang ra khỏi buồng đốt

Q6 : Nhiệt mất mát ra môi trường

a Nhiệt do xỉ mang ra :

Q4 = Gxỉ.Cxỉ.TxỉTrong đó :

Gxỉ : Khối lượng xỉ tạo thành khi đốt 1 kg than

Gkhí : Khối lượng của chất khí trong lò

Ckhí : Nhiệt dung riêng của khói lò

Tk : Nhiệt độ của khói , Tk = 350°C

Thành phần khối lượng các khí khi đốt 1 kg nhiên liệu

( Theo T112 – STT2 )

GCO2 = 0,0367.Clv = 0,0367.67,963 = 2,494 (kg/kg than)

GSO2 = 0,02.Slv = 0,02.3,387 = 0,068 (kg/kg than)

GN

2 = 0,769..Lo + 0,01.Nlv = 0,769.9,077 + 0,01.1,430

= 6,980. + 0,0143 (kg/kg than)

GO

2 = 0,231.(  -1 ).Lo = 0,231.( - 1).9,077

= 2,088.( - 1) (kg/kg than)

GH O2 = ( 9.Hlv + W).10-2 + α.Lo.xo = (9.3,628 + 3).10-2 +  9,077.0,014

α =  

)

9 ( 1 ).

9 (

0 1 0

1

1 1

t t C i i x L

t C A W H i

W H t

C Q

k a a o o

k lv lv

a lv

o t bd c

 : Hiệu suất buồng đốt ở đây chúng ta chọn bd= 90% = 0,9

Ct : Nhiệt dung riêng của than; Ct = 946,938.10-3 kJ/kgºC

to : Nhiệt độ không khí; to = 25ºC

t1 : Nhiệt độ của khói ra khỏi buồng trộn; t1 =350°C

Ck: Nhiệt dung riêng của khói; Ck = 1,004 kJ/kgºC

Lo : Lượng không khí lý thuyết để đốt 1kg than;Lo= 9,077 kg/kg than

+ (9.3,628 -

.25 946,938.10 +

350 004 , 1 10 ).

634 , 7 3 628 , 3 9 (

2.2.7 Trạng thái của khói trước khi vào thùng sấy

2.2.7.1 Nhiệt độ của khói

339 , 1

1

(0,622 ). bh

x P

x P

Trong đó :

42 , 4026 12

42 , 4026

0189 , 0 622 , 0 (

750

760 0189 , 0

G1 : lượng manganđioxit vào thùng sấy; G1 = 1800 ( kg/h )

W1: Độ ẩm đầu của vật liệu; W1 = 20%

W2: Độ ẩm cuối của vật liệu; W2 = 3%

→ W = 1800.

3 100

3 20



 = 315,464 ( kg/h )

3.1.2 Lƣợng manganđioxit ra khỏi thùng sấy

W : Lượng ẩm bay hơi; W = 315,464 ( kg/h )

A : Cường độ bay hơi ẩm của MnO2 chọn A = 30 kg ẩm/m3.h;

( Bảng VII.3 – 122 – STT2 )

→ Vt =

30

464 , 315

W 315, 464

29, 29( / ) 10,77

200.[

)(

120

2 1

2 1

W W A

W W

A : Cường độ bay hơi ẩm; A = 29 ( kg ẩm/m3.h )

→  

  57 , 573

) 3 20 200 29

3 20 32 , 724 2 , 0

t t

m k L n

- m, k : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh và chiều chuyển động của

khí trong thùng; theo ( Bảng VIIA – 122 – STT2 ) ta có k = 0,6 và m = 1

-  : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay

3 4 , 1 573 , 57

7 6 , 0 1

Trong đó:

n : Số vòng quay của thùng; n = 0,994 ( vg/ph )

 : Khối lượng riêng xốp trung bình của cát;  = 724,32 ( kg/m3 )

Dt,Lt : Đường kính và chiều dài của thùng: Dt = 1,4 và Lt = 7 ( m )

a : Hệ số; chọn a = 0,063 ( Bảng VII.3 – 123 – STT2 )

 N = 0,13.10-2.1,43.7.0,063.0,994.724,32 = 1,133 ( kW )

Công suất động cơ điện

3.2.6 Các thông số cơ bản của thùng sấy

3.2.6.1 Cấu tạo thân thùng

Thân thùng cấu tạo t ba lớp :

- Lớp bảo vệ : làm t vật liệu là thép CT3, có chiều dày δ1 = 0,002 ( m )

- Lớp cách nhiệt : làm t vật liệu là bê tông xốp, có chiều dày δ2 = 0,06 ( m )

- Lớp thân thùng : làm t vật liệu là thép CT3, có chiều dày δ3 = 0,014 ( m )

3.3 Quá trình sấy lý thuyết

3.3.1 Trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy

3.3.1.1 Nhiệt độ

t2 = 60oC

3.3.1.2 Hàm nhiệt

I2 = I1 = 410,149 ( kJ/kg kkk )

3.3.1.3 Hàm ẩm

x2

60 97 , 1 2493

60 149 , 410



 = 0,134 ( kg/kg kkk )

x P

x P

Trong đó :

42 , 4026 12

42 , 4026 12

lo =

014 , 0 134 , 0

1 1

W : Lượng ẩm bay hơi ( kg/h )

∆ttb : Hiệu số nhiệt độ trung bình ( oC )

3.4.1.1 Xác định hệ số truyền nhiệt K

Trong đó :

α1 : Hệ số cấp nhiệt đối lưu giữa khói và thành thùng ( W/m2

.oC )

α2 : Hệ số cấp nhiệt đối lưu giữa thành thùng và môi trường ( W/m2.oC )

δ : Chiều dày của các lớp thành thùng ( m )

’’

) ( W/m2.oC )

Trong đó :

k : Hệ số độ nhám; k = ( 1,2 – 1,3 ), chọn k = 1,2

α1’ : Hệ số cấp nhiệt t tác nhân sấy đến thành thiết bị do đối lưu cưỡng bức

α1’’ : Hệ số cấp nhiệt t tác nhân sấy đến thành thiết bị do đối lưu tự nhiên

, 4645 2

973 ,

Trong đó :

wtb : Vận tốc trung bình của khói đi trong thùng; wtb = 0,804 ( m/s )

Dt : Đường kính trong của thùng; Dt = 1,4 ( m )

: Độ nhớt động của khói phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của khói(

Theo bảng I.255 – 318 – STT1 : λ = 3,964. 2

10 ( W/m.oC ) = 35,462 6

10 ( m2/s )

31741 , 019

10 462 , 35

4 , 1 804 , 0

10 Vậy, chế độ chuyển động của khói là chảy xoáy

5

t

t D