KHẢO NGHIỆM, THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY SẤY PHÂN VI SINH DẠNG VIÊN NĂNG SUẤT 3 TẤNGIỜ

Phương pháp nghiên cứu: Khảo nghiệm hoạt động của máy sấy thùng quay trong dây chuyền sản xuất viên phân vi sinh ở Công ty cổ phần Thiên Sinh – Komix để đánh giá và tìm ra hướng cải tiến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO NGHIỆM, THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY SẤY PHÂN VI SINH DẠNG VIÊN NĂNG SUẤT 3 TẤN/GIỜ

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ PHƯƠNG CHI TRẦN THỊ TRANG

Ngành: CƠ KHÍ CHẾ BIẾN BẢO QUẢN NSTP Niên khóa: 2005-2009

Tháng 7 năm 2009

KHẢO NGHIỆM, THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY SẤY PHÂN VI

SINH DẠNG VIÊN NĂNG SUẤT 3 TẤN/GIỜ

Tác giả

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG CHI TRẦN THỊ TRANG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành:

Cơ khí chế biến và bảo quản nông sản thực phẩm

Giáo viên hướng dẫn TS.BÙI NGỌC HÙNG TS.LÊ ANH ĐỨC

CẢM TẠ

Chúng tôi chân thành cảm ơn:

Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí Công Nghệ

Cùng các thầy cô trong khoa Cơ khí Công nghệ đã trang bị kiến thức cho chúng tôi trong thời gian chúng tôi học tập tại trường

Chúng tôi chân thành cảm ơn:

Thầy TS Bùi Ngọc Hùng, thầy TS Lê Anh Đức và các anh ở công ty cổ phần Thiên Sinh – Komix đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian làm

đề tài

Chân thành cảm ơn các bạn sinh viên tập thể lớp DH05CC, cùng các bạn bè, người thân đã động viên giúp đỡ chúng tôi trong quá trình học tập tại trường cũng như trong suốt quá trình làm đề tài

Chân thành cảm ơn!

Sinh viên: Trần Thị Trang

2009 Phương pháp nghiên cứu: Khảo nghiệm hoạt động của máy sấy thùng quay trong dây chuyền sản xuất viên phân vi sinh ở Công ty cổ phần Thiên Sinh – Komix để đánh giá và tìm ra hướng cải tiến, dựa vào kết quả khảo nghiệm và áp dụng lý thuyết tính toán máy sấy thùng quay tính toán thiết kế máy sấy thùng quay năng suất 3 tấn/giờ Xử lý số liệu theo phương pháp thống kê thực nghiệm

Kết quả thu được:

- Đã tiến hành khảo nghiệm hệ thống máy sấy thùng quay sấy viên phân vi sinh

ở công ty cổ phần Thiên Sinh – Komix và thu được các kết quả sau:

+ Thùng sấy được bọc cách nhiệt nên tổn hao nhiệt thấp, ẩm độ sản phẩm sau khi sấy tương đối đều nhưng vẫn còn khá cao

+ Sử dụng nhiên liệu đốt là dầu FO, chi phí nhiên liệu cao

+ Tác nhân sấy sau khi sấy xả trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm môi trường

- Từ đó chúng tôi tìm biện pháp cải tiến để tính toán thiết kế máy sấy thùng quay sấy viên phân vi sinh năng suất 3 tấn/giờ đạt các yêu cầu:

+ Sử dụng nhiên liệu đốt là than đá giảm được chi phí nhiên liệu đốt

+ Tính toán thay đổi một số thông số kĩ thuật để nâng cao chất lượng sản phẩm sấy: nhiệt độ sấy, kết cấu thùng sấy, số vòng quay thùng sấy, thời gian sấy… + Dùng xyclon thu hồi bụi trước khi thải tác nhân sấy ra môi trường

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Quy trình sản xuất phân vi sinh dạng viên 4

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng khói lò 6

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý máy sấy thùng quay 11

Hình 2.5: Một dạng cánh đảo và chuyển động đảo trộn vật liệu

Hình 2.6: Kích thước cơ bản của xyclon 17

Hình 4.1: Dạng cánh đảo trộn nguyên liệu trong thùng sấy 27

Hình 4.3: Cánh nâng đổ vật liệu trong thùng sấy 30

Hình 4.4: Quá trình sấy trên đồ thị không khí ẩm 32

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Ảnh hưởng của σ vào dạng cánh đảo và hệ số chứa đầy β 14

Bảng 2.2: Quan hệ giữa diện tích ghi lò và thể tích buồng đốt 15

Bảng 4.1: Nhiệt độ của phân vi sinh sau khi sấy 23

Bảng 4.2: Ẩm độ phân vi sinh trước khi sấy 23

MỤC LỤC

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

2.2 Sơ lược về lý thuyết sấy 52.2.1 Các khái niệm cơ bản 52.2.2 Cơ sở lý thuyết sấy 72.3 Cơ sở tính toán, thiết kế máy sấy thùng quay 11

2.3.2 Nguyên lý hoạt động 122.3.3 Cơ sở tính toán, thiết kế máy sấy thùng quay 122.3.4 Tính toán lò đốt 14

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 20

3.1 Phương pháp nghiên cứu 203.1.1 Phương pháp thiết kế 203.1.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 20a) Dụng cụ và phương pháp đo 20b) Phương pháp xử lý số liệu 21

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22

4.1 Kết quả khảo nghiệm 22

4.3 Kết quả tính toán thiết kế máy sấy thùng quay 284.3.1 Các dữ liệu thiết kế 284.3.2 Tính toán thiết kế máy sấy thùng quay 284.3.2.1 Tính toán kích thước thùng sấy 284.3.2.2 Số vòng quay của thùng sấy 284.3.2.3 Thiết kế cánh đảo bên trong thùng 29

4.3.2.5 Tính toán công suất thùng quay 314.3.2.6 Tính nhiệt cần thiết cho quá trình sấy 314.4 Tính toán lò đốt 344.5 Tính toán chọn quạt 37

4.8.3 Tính toán bộ truyền bánh răng truyền động cho thùng 534.9 Tính toán máng cấp liệu 57

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 59

5.1 Kết luận 595.2 Đề nghị 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

Chương 1

MỞ ĐẦU

Nước ta hiện nay vẫn đang là một nước nông nghiệp, vì vậy trồng trọt và chăn nuôi luôn đóng góp một thị phần lớn vào ngân sách nhà nước hàng năm Trong đó ngành trồng trọt giữ vai trò quan trọng và đã có những bước tiến đáng kể: năng suất và chất lượng cây trồng tăng, đáp ứng ngày càng cao nhu cầu trong nước và xuất khẩu

Sự phát triển của ngành trồng trọt không thể tách rời với sự phát triển của ngành sản xuất phân bón Đặc biệt trong thời gian gần đây, khi mà có sự cạnh tranh mãnh liệt giữa những nông sản thì vai trò của phân bón càng quan trọng và phân bón trở nên gần gũi với nhà nông hơn Nhờ sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật mà phân bón trở nên phong phú, đa dạng hơn về chủng loại

Ngày nay, đa số phân bón được sử dụng ở dạng hỗn hợp rời và viên, trong đó dạng viên vẫn được ưu ái sử dụng nhiều hơn so với dạng bột Vì ở dạng viên cây trồng

sử dụng các dưỡng chất hợp lý hơn, hạn chế thất thoát và hạn chế ô nhiễm cho con người trong quá trình sử dụng Cả hai loại này nếu ở ẩm độ thích hợp sẽ sử dụng được trong thời gian dài mà vẫn đảm bảo thành phần dinh dưỡng cho cây trồng Trong số các loại phân dạng viên phải kể đến phân vi sinh, là loại phân vừa tốt cho cây trồng vừa thân thiện với môi trường

Phân vi sinh sau khi được tạo viên có độ ẩm khá cao, để bảo quản phân trong thời gian dài, đảm bảo thuận tiện cho việc vận chuyển, giảm chi phí công lao động, cơ giới hóa quy trình sản xuất, sản phẩm đầu ra không phụ thuộc vào thời tiết,…thì viên phân vi sinh phải được làm khô Có nhiều cách làm khô phân vi sinh, có thể phơi hoặc sấy, tuy nhiên dùng phương pháp sấy có nhiều thuận lợi hơn Do đặc điểm của phân vi sinh sau khi vo viên có độ cứng cơ học thấp, ẩm độ cao và do quy mô sản xuất lớn nên

sử dụng máy sấy thùng quay làm việc liên tục có tính tối ưu cao

Được sự chấp nhận của ban chủ nhiệm khoa cùng với sự hướng dẫn của TS Bùi Ngọc Hùng và TS Lê Anh Đức chúng tôi thực hiện đề tài “Khảo nghiệm, đánh giá, thiết kế máy sấy thùng quay sấy phân vi sinh năng suất 3 tấn/giờ”

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là khảo nghiệm đánh giá hoạt động của máy sấy thùng quay năng suất 1 tấn/giờ trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh dạng viên ở công ty cổ phần Komix Từ kết quả khảo nghiệm này, chúng tôi tiến hành đánh giá và nghiên cứu, thiết kế máy sấy thùng quay năng suất 3 tấn/giờ Nghiên cứu tính toán thiết kế lò đốt sử dụng nhiên liệu đốt là than đá thay thế cho cho lò đốt dầu FO (fuel oil) Với nhiên liệu than đá làm giảm giá thành sản phẩm sấy, nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm sấy Tính toán, lựa chọn thiết bị thu hồi bụi trước khi thải tác nhân sau khi sấy ra môi trường

Máy sấy thùng quay có thể sấy những nguyên liệu có ẩm độ cao và có tính kết dính do thùng và các cánh quay đảo trộn liên tục trong quá trình sấy, máy làm việc liên tục nên thời gian sấy ngắn nên được sử dụng nhiều trong sấy hóa chất

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Sơ lược về phân vi sinh

Phân vi sinh hiểu theo nghĩa chung nhất làchế phẩm chứa các vi sinh vật sống

có hoạt lực cao đã được tuyển chọn, thông qua các hoạt động của nó tạo ra các chất dinh dưỡng cho đất và cây trồng làm cho cây trồng phát triển tốt hơn

Phân vi sinh là hỗn hợp các nguyên liệu có nguồn gốc hữu cơ như than bùn, các phụ phế phẩm trong sản xuất đời sống, trong sản xuất nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm như rác sinh hoạt, bã bùn, phân gia súc, gia cầm, vỏ trấu, vỏ đậu phụng, đậu nành đã được lên men…và một số thành phần vô cơ khác như bột photphorit, bột apatit, bột xương, bột vỏ sò…để bổ sung thành phầnđạm, kali, … Như vậy phân hữu

cơ vi sinh rất gần gũi vì nguồn nguyên liệu hữu cơ luôn có xung quanh đời sống của chúng ta

Có nhiều quy trình chế biến phân hữu cơ vô sinh Có thể là phối trộn dựa chủ yếu vào hệ vi sinh vật hoang dại có sẵn trong phân, rác và một phần do tác dụng của các acid mùn (acid humic, fulvic,…) có sẵn trong than bùn Cũng có một số cơ sở đã

sử dụng các phế phẩm vi sinh vật để ủ than bùn hoặc các chất phế thải như vỏ bã cà phê Có cơ sở lại dùng các chủng vi sinh vật trong việc chuyển hóa các chất hữu cơ sang dạng mùn, sản xuất thành chế phẩm micromix 3…Tất cả đều có những ưu và nhược điểm nhưng nhìn chung phân vi sinh đều thân thiện với môi trường, nguồn nguyên liệu hữu cơ dồi dào luôn luôn có sẵn xung quanh đời sống chúng ta, sử dụng phân vi sinh sẽ giảm việc sử dụng lượng phân bón hóa học, tiết kiệm chi phí sản xuất, tăng năng suất cây trồng

Đã có những thử nghiệm về ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên một số loại cây trồng như lúa, ngô, cây ăn quả như nhãn, vải,… tại Hà Nội, Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Hải Dương, Đăk Lăk,… nông dân đều cho nhận xét bón phân vi sinh làm cây phát

triển tốt, đất tốt hơn và cây trồng giảm hẳn sâu bệnh so với sử dụng các loại phân bón hóa học

Các kết quả nghiên cứu ở các nước như Mỹ, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan,… cũng cho thấy sử dụng phân vi sinh có thể cung cấp cho đất, cây trồng lượng nitơ đáng

kể, phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu ủ phân vi sinh nhưng nhìn chung lượng nitơ cung cấp cho đất ở khoảng 30-60 kg nitơ/hecta/năm, có thể thay thế 1/3 đến 1/2 lượng phân hóa học

● Các tính chất cơ lý của phân hữu cơ vi sinh dạng viên [ Theo TL 9]

- Hình dạng tương đương hình cầu

- Có đường kính tương đương d = (3 ÷ 5)mm

- Ẩm độ nguyên liệu khi đưa vào sấy W1 = 27%

- Ẩm độ sản phẩm sau sấy W2 = 20%

- Khối lượng thể tích ρv = 650 ÷ 850 (kg/m3)

- Góc tự chảy 300 ÷ 450 Trong một số trường hợp góc tự chảy > 600

- Hệ số ma sát của vật liệu với thép: k = 0,7

- Màu sắc có thể là nâu thẩm hoặc màu đen

Ủ (yếm khí, hiếu khí) (đánh tơi) Nghiền

Định lượng (bổ sung các chuẩn vi sinh vật)

Trộn

Vo viên (tạo hình) Sấy

Làm nguội

sàng Cân định

lượng vô bao Lưu kho hoặc chuyển giao

2.2 Sơ lược về lý thuyết sấy

2.2.1 Các khái niệm cơ bản

● Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy nhờ tác nhân sấy Tác nhân sấy có

thể là không khí, khói lò, hơi quá nhiệt, hặc một số dịch thể lỏng như dầu mỏ hoặc dầu thực vật

● Vật liệu ẩm

Những vật liệu đem đi sấy phải có chứa một lượng ẩm nhất định Trong quá trình sấy, chất lỏng bay hơi, độ ẩm của nó giảm đi Trạng thái của vật liệu ẩm thường được xác định bởi độ ẩm của nó

Ẩm độ của vật liệu là yếu tố quan trọng quyết định thời gian sấy và bảo quản vật liệu

Ẩm độ của vật liệu được định nghĩa:

(2-1)

Ẩm độ cân bằng của vật liệu là mức ẩm độ mà tại đó vật liệu không hút và không nhả ẩm Ẩm độ cân bằng của mỗi loại vật liệu sẽ khác nhau và thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ và ẩm độ tương đối của không khí

● Tác nhân sấy

Tác nhân sấy là chất tách ẩm từ vật liệu sấy và mang ẩm ra môi trường Tác nhân sấy phổ biến là không khí ẩm và khói lò

Không khí ẩm là một hỗn hợp của không khí khô và hơi nước

Khói lò được tạo ra khi đốt các loại nhiên liệu như than đá, củi, dầu nặng, …Khói

lò có thể là nguồn cung cấp nhiệt gián tiếp để đốt nóng tác nhân sấy hoặc dùng làm tác nhân sấy trực tiếp Thành phần của khói gồm khói khô và hơi nước Vì vậy với tư cách

là một tác nhân sấy, ta có thể xem khói lò như một dạng nào đó của không khí ẩm

Hình 2 2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng khói lò

● Phương pháp sấy

Có nhiều phương pháp sấy: sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bức xạ, …

Sấy đối lưu:

Không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc

độ phù hợp, chuyển động bao quanh vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy

Tác nhân sấy có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của vật liệu sấy Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ hoặc liên tục

Hình 2 3 Sấy đối lưu

● Chế độ sấy

Chế độ sấy được hiểu đơn giản là tổ chức quá trình truyền nhiệt, truyền chất giữa tác nhân sấy với vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất hệ thống sấy theo yêu cầu, chất lượng sản phẩm tốt, chi phí vận hành, chi phí năng lượng hợp lý Chế độ sấy trong hệ thống sấy bao gồm các yếu tố: nhiệt độ tác nhân sấy khi vào thiết bị sấy và khi ra khỏi thiết bị sấy, tốc độ tác nhân sấy

Vật liệu sấy

Chọn chế độ sấy phụ thuộc vào sự làm việc của thiết bị và các tính chất của vật liệu sấy

● Thời gian sấy

Thời gian sấy phụ thuộc vào loại vật liệu sấy, hình dáng kích thước hình học của vật liệu, ẩm độ đầu và cuối của vật liệu, loại thiết bị sấy, phương pháp cấp nhiệt, chế

độ sấy

2.2.2 Cơ sở lý thuyết sấy

● Phương trình cân bằng nhiệt

Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:

Với Qthu = B.Qt

Qchi = Q + Qtt Trong đó: B – khối lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ

Qt – nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Q – lượng nhiệt cần thiết dùng cho quá trình sấy

Qtt – lượng nhiệt tổn thất ra môi trường

● Lượng ẩm bốc hơi từ sản phẩm sấy:

∆W =

1

2 1 1

W 100

W W m

W 100

W W m

−

−

, (kg/h) (2-3) Trong đó: m1 – khối lượng vật liệu đưa vào sấy (kg/h)

m2 – khối lượng sản phẩm sau khi sấy (kg/h)

W1, W2 - ẩm độ vật liệu trước và sau khi sấy (%)

● Tính toán nhiệt trong quá trình sấy

- Lượng không khí cần thiết dùng làm tác nhân sấy cho 1 kg ẩm bốc hơi:

l =

0

2 X X

1000

− , (kg kkk/kg ẩm bốc hơi) (2-4)

Với: X2 – hàm lượng ẩm của không khí sau khi sấy (g/kg kkk)

X0 – hàm lượng ẩm ban đầu của không khí trước khi được đun nóng (g/kg kkk)

- Lượng nhiệt cần thiết dùng cho quá trình sấy:

+ Nhiệt lượng dùng để cung cấp cho 1 kg ẩm bốc hơi:

q = l.(0,24+0,00047.X0).(t1-t0) , (kcal/kg ẩm bốc hơi) (2-5)

Hoặc q = l.(I3-I0)

Trong đó: t0(0C) – nhiệt độ ban đầu của không khí

t1(0C) – nhiệt độ của không khí đi vào thiết bị sấy

+ Lượng không khí cần thiết tiêu tốn trong 1 giờ:

L = ΔW.l (kg/h) (2-6)

+ Lượng nhiệt cần thiết tiêu tốn trong 1 giờ:

Q1 = ΔW.q (kcal/h) (2-7) Nhiệt tiêu tốn dùng để đun nóng sản phẩm sấy từ nhiệt độ t0 lên nhiệt độ t1:

Q2 = m1.Csp.(t1b – t0) (kcal/h) (2-8) Trong đó: m1 – khối lượng vật liệu ban đầu đưa vào sấy (kg/h)

t1b – nhiệt độ đun nóng cho phép của nguyên liệu sấy (0C)

Csp – nhiệt dung riêng của vật liệu sấy (kcal/kg.độ), lấy trung bình của Csp vào và Csp ra hoặc được tính:

Cck – nhiệt dung riêng của chất khô (kcal/kg.độ) Vì phân vi sinh mà

ta đang sử dụng cho hệ thống có nguồn gốc từ than bùn nên có Cck = 4,2 (kJ/kg.độ) = 1,005 (kcal/kg.độ)

Cn – nhiệt dung riêng của nước (kcal/kg0C) Cn = 1 (kcal/kg.độ) Nhiệt tổn thất Qtt trong quá trình sấy bao gồm nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh, đun nóng thiết bị sấy Theo nhiều tài liệu thì:

r X X

t0, t2p – nhiệt độ ban đầu và cuối sản phẩm sấy (0C)

qsd - nhiệt lượng tiêu tốn thực tế sử dụng cho quá trình sấy

) t t (

* C

qsd = tb 1− 2 (kJ/kgkkk) (2-13)

Ctb – tỷ nhiệt trung bình của không khí

Ctb = Ckkk + Chn (2-14)

C tb = 0,24 + 0,00047*X 0 (kcal/kg0C) (2-15)

C kkk – tỷ nhiệt của không khí khô

Chn – tỷ nhiệt của hơi nước

(t t )* 1000

* C

X X

* r

0 1 tb

1 2

0 1 tb t

Q

* B

t t

B : lượng nhiên liệu tiêu tốn (kg/h)

L : lượng không khí tiêu tốn cho quá trình sấy (kg kkk/h)

P H

Q - nhiệt trị trung bình của nhiên liệu (kcal/kg)

Vậy hệ số hữu ích chung sẽ là

( )

1000

* Q

* B

r

* X X

H y

1 2 t

hi chung

−

= η η

1000

* W L

− Δ

H chung

Q

* B

cal

Q

*

Q Q η

= (2-21)

η - hiệu suất lò đốt, với mùa đông η=0,85 và mùa hè η=0,9

● Tính toán nhiệt quá trình cháy

Tính toán nhiệt quá trình cháy cần xác định khối lượng sản phẩm cháy, hàm lượng ẩm và enthalpy, xác định chất lượng nhiên liệu cháy trong lò và điều kiện cháy

của nó Chất lượng nhiên liệu rắn và lỏng đặc trưng bởi thành phần của chúng trong nhiên liệu

C + H + O + N + S + W + A = 100% (2-22) Với C (cacbon), H (hydro), O (oxy), N (nito), S (sunfua), W (nước), A (tro) Nhiệt trị cao của nhiên liệu theo công thức của Menđêlêep

Qc = 418.10-5[ 81C + 300H – 26(O – S) ] MJ/kg (2-23) Khối lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu

g0 = 2,67C+238H+S−O

(kg/kg nhiên liệu) (2-24) Khối lượng không khí thực tế để đốt cháy 1 kg nhiên liệu

gt = α g 0 (2-25)

α – hệ số không khí thừa

α =

( ) ( ) ( )⎥⎦⎤

0 Kr 0 hr

0 0

Kr hr

T c

t t C I I 1000

d g

t.

C 100

A W H 9 1 I 100

W H 9 t.

C Q

(2-26)

Với: CT – nhiệt dung riêng của nhiên liệu (kJ/kg.độ)

Ihr – Enthalpy của hơi ở nhiệt độ của hỗn hợp đưa vào buồng sấy

Ihr = 2500 + 1,842t (kJ/kg) = 597 + 0,44t (kcal/kg) (2-27)

CKr – nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí khô Nếu nhiệt độ của hỗn hợp này không quá

2000C thì nhiệt dung của nó có thể lấy bằng 1,004 (kJ/kg.độ) = 0,24 (kcal/kg.độ)

Ih0 – enthalpy của hơi chứa trong không khí ngoài trời, nhiệt độ t0

Hàm lượng ẩm của sản phẩm cháy

dr = 100( g 1) (A 9 H W)

d g 100 W 1000 H 9000

0

0 0

+ +

− + α

+ +

(g/kgkkk) (2-28) Khối lượng khí lò

gK = αg0+1−100A −9H100+W

(kg) (2-29) Nhiệt độ trong lò

tl = ( g0 t1)l Cpc

Q + α η

(0C) (2-30)

Với: ηl – hiệu suất của lò, tính tới tổn thất cơ và hóa cháy không hoàn toàn và tổn thất qua thành lò vào môi trường, ηl = 0,85÷0,95

Cpc – nhiệt dung trung bình của sản phẩm cháy

Qt – nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Qt = Qc – 6(9H + W) (kcal/kg) (2-31) Hoặc Qt = Qc – 0,223H – 0,025W (MJ/kg) (2-32)

2.3 Cơ sở tính toán, thiết kế máy sấy thùng quay

2.3.1 Máy sấy thùng quay

Máy sấy thùng quay thường dùng để sấy hạt, cục nhỏ

Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn được đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc nhỏ α, thùng sấy quay với tốc độ (1,5 ÷ 8) vòng/phút thông qua cơ cấu truyền động Thùng sấy được đỡ trên các con lăn

Mô hình máy sấy thùng quay

Hình 2 4 Sơ đồ nguyên lý máy sấy thùng quay

1 – lò đốt 2 – ống dẫn khói lò 3 – buồng hòa trộn

4 – máng cấp liệu 5 – thùng sấy 6 – cơ cấu tháo liệu

7 – xyclon lọc bụi 8 – quạt 9 – băng tải

10, 12 – con lăn 11 – cơ cấu truyền động

Để tăng cường quá trình đảo trộn và quá trình trao đổi nhiệt và ẩm giữa vật liệu sấy với tác nhân sấy, người ta bố trí trong thùng sấy các cánh đảo trộn

Hình 2 5 Một dạng cánh đảo và chuyển động đảo trộn vật liệu trong buồng sấy

2.3.2 Nguyên lý hoạt động

Vật liệu sấy theo máng cấp liệu (4) vào thùng sấy (5) cùng với tác nhân sấy là hỗn hợp khói lò và không khí Thùng sấy quay nhờ bộ truyền động (11) Khi thùng sấy quay tròn, vật liệu sấy vừa bị xáo trộn nhờ các cánh trộn bên trong thùng, vừa chuyển động từ đầu nạp đến đầu xả của buồng sấy Trong quá trình này vật liệu sấy và tác nhân sấy trao đổi nhiệt và ẩm cho nhau Vật liệu sấy đi hết chiều dài thùng sấy được sấy khô và được đưa ra băng tải nhờ cơ cấu tháo liệu (6) Tác nhân sấy đi qua xyclon (7) để thu hồi bụi và vật liệu sấy cuốn theo, thải khí sạch ra môi trường

2.3.3 Cơ sở tính toán, thiết kế máy sấy thùng quay

■ Đặc trưng của máy sấy thùng quay

● Đặc trưng hình học

7 5 , 3 D

L = ÷ (2-33)

Trong đó:

L – chiều dài thùng sấy (m)

D – đường kính thùng sấy (m)

●Độ điền đầy β: là tỷ số giữa thể tích mà hạt chiếm chỗ so với thể tích của thùng sấy

Thường β lấy trên dưới 30%

● Cường độ bốc hơi ẩm A: là khối lượng ẩm bốc hơi được trong một đơn vị thời gian sấy của một m3 thể tích thùng sấy

V

W

A = (kg ẩm/m3.h) (2-34) Trong đó :

W (kg ẩm/h) - là khối lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ của vật liêu sấy

V (m3) - thể tích thùng sấy

■ Xác định kích thước thùng sấy

Thể tích thùng sấy

β γ

τ

=

G

(m3) (2-35) Trong đó:

V - thể tích thùng sấy

G1 – khối lượng vật liệu đi vào thùng sấy

G1 = W + G2 (2-36)

W – lượng ẩm bốc ra trong quá trình sấy

G2 – khối lượng sản phẩm sau sấy

τ – thời gian sấy

β – hệ số điền đầy

γ – khối lượng thể tích của vật liệu sấy

■ Số vòng quay của thùng sấy

α τ

= Dtg a

L

n (vòng/phút) (2-37) Trong đó:

a – hệ số phụ thuộc vào dạng ô đệm bên trong thùng (của cơ cấu chuyển dời) và đường kính thùng quay

Khi D = (1,2 ÷ 2,8) m, đối với ô đệm nâng a = 1,2; đối với ô đệm thẳng

a = 0,6 ÷ 0,4; đối với ô đệm ổ a = 0,65 ÷ 0,33

α – góc nghiêng của thùng

τ – thời gian sấy

G

Vγβ

=

τ (giờ) (2-38)

γ – khối lượng riêng của vật liệu sấy (kg/m3)

G – khối lượng sản phẩm nạp vào thùng quay (kg/giờ)

■ Công suất của máy sấy thùng quay

Công suất để quay thùng sấy N được xác định theo thực nghiệm

Cánh dạng quạt 0,015 0,018 0,020 0,022 Cánh đảo trộn

η

= (2-40)

η – hiệu suất truyền động

η = η 12 η 2 η3Trong đó:

η1 – hiệu suất của một cặp ổ lăn

η2 – hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ

η3 – hiệu suất của bộ truyền đai

2.3.4 Tính toán lò đốt

■ Công suất lò đốt

PL = GQ (I2 – I1) (MJ/giờ) (2-41) Với: I1, I2 – enthalpy của tác nhân sấy ứng với nhiệt độ môi trường và nhiệt độ sấy (kJ/kg)

GQ =

v

VQ

(2-42)

VQ – lưu lượng thể tích của quạt (m3/s)

v – thể tích riêng của tác nhân sấy ở nhiệt độ sấy (m3/kg)

■ Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ

η – hiệu suất nhiệt chung của máy sấy (%)

■ Thể tích buồng đốt

q

B Q

bđ = (m3) (2-44) Trong đó: Qt – nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kcal/kg)

B – lượng nhiên liệu tiêu tốn trong 1 giờ (kg/h)

q – mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt (kcal/m3.h)

Với than đá, q = (250÷300).103 (kcal/m3.h) = (290÷348).103 (W/m3)

■ Chiều cao lò đốt [ Theo TL 12)

Bảng 2.2 Quan hệ giữa diện tích ghi lò và chiều cao buồng đốt

Diện tích ghi lò (m2) Chiều cao buồng đốt

0,5 0,1 1,5

>1,5

1 ÷ 1,2 1,2 ÷ 1,4 1,4 ÷ 1,5 Không quá 1,6

■ Chiều dày lớp nhiên liệu trên ghi

F

B h

nl

ρ

= (m) (2-46)

ρnl – khối lượng riêng của nhiên liệu trên ghi (kg/m3)

2.4 Các thiết bị phụ trợ

2.4.1 Quạt

Quạt trong hệ thống sấy thường dùng quạt ly tâm hoặc quạt hướng trục Việc

chọn loại quạt phụ thuộc vào đặc trưng của hệ thống sấy, trở lực mà quạt phải khắc phục, năng suất mà quạt cần phải tải đi, nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy

Ta chọn quạt cho hệ thống sấy thùng quay là quạt ly tâm dùng để hút tác nhân sấy từ lò đốt vào buồng hoà trộn và đẩy tác nhân sấy vào thùng sấy

Cột áp toàn phần của quạt bằng tổng tất cả các trở lực của hệ thống sấy: trở lực qua đường ống, trở lực cục bộ, trở lực qua xyclon và áp suất động của khí thoát

+ Trở lực qua đường ống: bao gồm trở lực qua thùng sấy và trở lực của các đoạn ống nối từ buồng hòa trộn qua thùng sấy, từ thùng sấy qua xyclon, từ xyclon qua quạt Trở lực qua đường ống được tính theo công thức:

ΔPcb = CL.Pđ-L (2-52) Trong đó:

Hình 2 6 Kích thước cơ bản của xyclon

πω

= (2-54)

Vs – lưu lượng khí đi vào xyclon (m3/s)

ωr – vận tốc khí đi vào xyclon (m/s)

ωr = 4 ÷ 8 (m/s)

- Kích thước ống vào xyclon

Ống vào phải đặt tiếp tuyến với thân xyclon và có tiết diện chữ nhật, chiều cao h

h t b

= = 2 ÷ 4

s v

V b

s1 – bề dày của ống tâm (m)

Δr – khoảng cách theo đường kính giữa ống tâm và thân trụ (m)

Δr = 0,1 ÷ 0,5 (m)

- Vận tốc góc quay của dòng khí trong xyclon

tb tb

v r

ω= (1/s) (2-57)

vtb – vận tốc trung bình của dòng khí trong xyclon, vtb < 1,4vvào

rtb – bán kính quay trung bình của dòng khí trong xyclon

( )

2 1 1

1 2 1 2

1 1

2 2,3.lg

0 1

g r

v d g v

v

tb

tb tb tl

2 1

ρ1 – khối lượng riêng của hạt (kg/m3)

dtb – đường kính trung bình của hạt bụi (m)

μ – độ nhớt động học của môi trường (Ns/m2)

- Chiều cao phần hình trụ của xyclon

( )2

2

2 1 1

.

lv t

Chương 3

PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Phương pháp nghiên cứu

3.1.1 Phương pháp thiết kế

Dựa trên cơ sở kết quả đã khảo nghiệm ở công ty cổ phần Komix và lý thuyết tính toán máy sấy thùng quay với các dữ liệu thiết kế là năng suất, ẩm độ nguyên liệu trước và sau quá trình sấy,các đặc tính cơ lý của phân vi sinh dạng viên, tiến hành tính toán thiết kế máy sấy thùng quay mới năng suất cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu, nhằm hướng đến giảm giá thành sản phẩm

- Tính toán xác định kích thước cơ bản của máy sấy dựa vào năng suất tính toán, các đặc tính của phân vi sinh dạng viên và các đặc trưng của máy sấy thùng quay

- Thiết kế cánh trộn dựa vào dạng vật liệu sấy

- Tính toán lò đốt căn cứ vào lưu lượng tác nhân sấy, nhiệt độ sấy

- Tính toán chọn quạt dựa vào các thông số đặc trưng của hệ thống sấy, trở lực

mà quạt phải khắc phục, nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy

- Tính toán lựa chọn xyclon, băng tải

- Tính toán máng cấp liệu sao cho máy làm việc liên tục và ổn định đảm bảo năng suất yêu cầu

- Tính toán động cơ truyền động, các bộ truyền xích, bộ truyền đai, bánh răng truyền động cho thùng sấy dựa trên lý thuyết truyền động cơ khí, sức bền vật liệu

3.1.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

a) Dụng cụ và phương pháp đo

● Dụng cụ đo phục vụ khảo nghiệm

- Dụng cụ đo các thông số hình học: thước đo mét dài 5m, khoảng chia 1mm

- Dụng cụ đo các thông số động học:

+ Đồng hồ đo số vòng quay: DT – 2234B, khoảng đo 5 ~ 999,9 rpm ± 0,5%

- Dụng cụ đo các thông số động lực học: đồng hồ đo công suất: Hioki 3286

- Dụng cụ đo nhiệt độ: súng bắn nhiệt độ khoảng đo -500C ~ 5400C

- Tủ sấy TWB Binder, khoảng đo 2300C ~ 00C

+ Dùng cân điện tử pocket scale, FEM – 500g/0,1g để xác định khối lượng nguyên liệu

- Đo số vòng quay của thùng ta dùng đồng hồ đo số vòng quay

- Đo nhiệt độ vật liệu sấy ta dùng súng bắn nhiệt độ: bắn tia hồng ngoại vào vị trí muốn đo

+ Đo trước khi vật liệu vào thùng sấy, đo ở băng tải vận chuyển vật liệu vào thùng sấy

+ Đo sau khi vật liệu đã được sấy, đo lúc vật liệu vừa ra khỏi thùng sấy

- Đo ẩm độ nguyên liệu trước và sau khi sấy bằng phương pháp tủ sấy: lấy 5 mẫu vật liệu trước khi vào thùng sấy và 5 mẫu sau khi ra khỏi thùng sấy Tiến hành sấy ở tủ sấy ở nhiệt độ tsấy = 1050C, sấy đến khi khối lượng không đổi

Từ kết quả đo, xử lý và phân tích đánh giá, tìm ra các nhược điểm và đề ra biện pháp cải tiến

b) Phương pháp xử lý số liệu

Theo phương pháp xử lý thống kê tức là quan sát thực nghiệm, thu thập và xử

lý số liệu (khử sai số thô, giá trị trung bình mẫu, phương sai, khoảng tin cậy của thông

số đo)

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Kết quả khảo nghiệm .

Địa điểm: Công ty cổ phần Thiên Sinh – Komix

Đường ĐT 744 – An Tây – Bến Cát – Bình Dương

Thời gian: ngày 28 tháng 05 năm 2009

Thành phần tham gia:

+ Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Ngọc Hùng, TS Lê Anh Đức

+ Sinh viên thực hiện: Trần Thị Trang, Nguyễn Thị Phương Chi

Mục đích khảo nghiệm: Xác định các thông số làm việc và các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của máy sấy thùng quay

Kết quả khảo nghiệm:

- Nhiệt độ phân vi sinh

Viên phân vi sinh trước khi vào thùng sấy có nhiệt độ trung bình là t1 = 33,05 0C Nhiệt độ của phân sau khi sấy được đo ngay sau khi phân ra khỏi thùng sấy, kết quả được trình bày ở bảng 4.1

Bảng 4 1 Nhiệt độ của phân vi sinh sau khi sấy

Vị trí đo Sau khi ra khỏi máy sấy

- Ẩm độ vật liệu sấy

Bảng 4 2 Ẩm độ phân vi sinh trước khi sấy

Stt Ẩm độ vật liệu trước khi vào

Bảng 4 3 Ẩm độ phân vi sinh sau khi sấy

- Chi phí nhiên liệu

Nhiên liệu sử dụng cho nhà máy là dầu FO, lượng dầu cần thiết cho quá trình sấy với năng suất Q = 3,84tấn/giờ là 10lít( 10lít = 8kg)

Ta so sánh chi phí trong việc sử dụng nhiên liệu là dầu FO với than đá (chi phí than đá được tính ở mục 4.3.4)

Bảng 4 5 Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Giá mua (đồng/kg)

Giá mua năng lượng (đồng/MJ)

■Với nhiên liệu dầu FO (với năng suất sấy Q = 3,84 tấn/giờ)

Tổng lượng nhiệt trong 10 lít dầu FO

QtFO = 8.41,8 = 334,88 MJ Chi phí nhiệt lượng cho 1 tấn/giờ

334,88 / 3,84 = 87,21 MJ Dây chuyền của nhà máy chỉ giảm 2,79% ẩm Như vậy, nhiệt lượng tiêu tốn để giảm 1% ẩm là (tính cho 1tấn/giờ)

87,21 / 2,79 = 31,25 MJ Chi phí mua nhiên liệu để giảm 1% ẩm độ cho quá trình sấy 1tấn/giờ

31,25.203= 6344 (đồng)

■Với nhiên liệu là than đá (năng suất sấy Q = 3 tấn/ giờ)

Tổng lượng nhiệt trong 31,5 kg than đá

Qttđ = 31,5.29 = 913,5 MJ Chi phí nhiệt lượng chi 1tấn/giờ

923,94 / 3 = 304,5 MJ Máy sấy thùng quay thiết kế mới giảm ẩm từ 27% xuống 20% Như vậy lượng nhiệt trung bình tiêu tốn để giảm ẩm 1% là (tính cho 1tấn/giờ)

307,98 / 7 = 43,5 MJ Chi phí để mua nhiên liệu để giảm 1% ẩm là

43,5.32= 1392 (đồng)

So sánh giá mua năng lượng

Bảng 4 6 So sánh giá mua năng lượng

Như vậy, nếu sử dụng nhiên liệu là than đá sã tiết kiệm hơn dầu FO rất nhiều

Lưu ý: nhiệt lượng để giảm ẩm 1% lúc nguyên liệu mới vào thùng sấy sẽ khác với lượng nhiệt để giảm ẩm 1% lúc sau Ở đây ta tính lượng nhiệt (coi như là trung bình) cần để giảm 1% ẩm

- Nhiệt độ tác nhân sấy trong máy sấy

Nhiên liệu Giá mua năng lượng (đồng)

FO 6354

Than đá 1392

+ Nhiệt độ ở đầu trống sấy tđt = 3200C

+ Nhiệt độ ở giữa trống sấy tgt = 2200C

+ Nhiệt độ ở cuối trống sấy tct = 1500C

- Năng suất thực của máy sấy trong dây chuyền: Q = 3840 kg/giờ

Hình 4 1 Dạng cánh đảo trộn nguyên liệu trong thùng sấy

- Tác nhân sấy sau khi ra khỏi máy sấy không qua hệ thống thu hồi bụi mà được thải trực tiếp ra môi trường bên ngoài, do đó gây ô nhiễm môi trường

- Nhiên liệu: để giảm ẩm độ xuống 1%, chi phí mua nhiên liệu cho quá trình sấy

6354 đồng Nếu ta sử dụng than đá để giảm ẩm 1% thì chi phí mua nhiên liệu 1392 đồng.Vậy sử dụng than đá sẽ kinh tế hơn rất nhiều

- Ẩm độ sản phẩm sau khi ra khỏi thùng sấy tương đối đều Tuy nhiên, ẩm độ sản phẩm sau khi ra khỏi trống sấy còn rất cao, do đó sản phẩm không đạt yêu cầu

- Nhiệt độ sấy phân vi sinh của nhà máy rất cao, cao hơn nhiều so với nhiệt độ đốt nóng cho phép của phân vi sinh (600C) do đó ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm

- Theo nhiều tài liệu thì số vòng quay của trống sấy nằm trong khoảng (1,5÷8) vòng/phút Để tăng năng suất, số vòng quay của trống sấy ở nhà máy lên tới 30 vòng/phút Đây cũng là nguyên nhân làm cho ẩm độ phân sau khi ra khỏi trống sấy còn cao

Như vậy dây chuyền còn có nhiều điểm chưa phù hợp làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm: ẩm độ phân ra khỏi trống sấy còn cao, ẩm độ trung bình của phân sau khi ra khỏi máy sấy W2 = 24,44% Nhiệt độ sấy phân vi sinh còn rất cao, điều này ảnh hưởng đến chất lượng phân và cần quan tâm về vấn đề môi trường Từ đó chúng tôi tiến hành tính toán thiết kế lại hệ thống máy sấy thùng quay mới với năng suất 3 tấn/giờ, và có

những cải tiến về hình dạng cánh trộn trong thùng sấy, thay đổi số vòng quay thùng

sấy, thay đổi nhiên liệu đốt để, dùng thêm xyclon hút bụi trước khi thải tác nhân sấy ra

khỏi môi trường nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm sấy và

giảm ô nhiễm môi trường

4.3 Kết quả tính toán thiết kế máy sấy thùng quay

4.3.1 Các dữ liệu thiết kế

Năng suất thiết kế Q = 3 tấn/giờ

Đối tượng sấy: phân vi sinh dạng viên có đường kính 3 – 5 mm

Độ ẩm vật liệu trước khi sấy và sau khi sấy W1 = 27%, W2 = 20%

Khối lượng thể tích phân vi sinh dạng viên γ = 650 ÷ 850 kg/m3

Hệ số ma sát giữa vật liệu sấy với thép k = 0,7

4.3.2 Tính toán thiết kế máy sấy thùng quay

4.3.2.1 Tính toán kích thước thùng sấy

■ Thể tích thùng chứa được xác định theo công thức

) ( 36 , 5 2 , 0 700

25 , 0 3000 2

, 0 700

3000

τ

Với thời gian sấy ta chọn τ = 15 phút

■ Xác định đường kính và chiều dài thùng sấy

Ta chọn tỉ số = 5

D

L , hay L = 5D Khi đó đường kính thùng sấy được xác định

2 , 1 36 , 5

π

D D L D

= Dtg a

L

n (vòng/phút) (Theo 2-37)

a – hệ số phụ thuộc vào cơ cấu chuyển dời và đường kính thùng sấy, a = 0,5