TÍNH CÔNG NGHỆ KHI THIẾT kế hệ THỐNG sấy TRONG QUY TÌNH sản XUẤT PHÂN lân NUNG CHẢY

TÍNH CƠNG NGHỆ KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TRONG QUY TÌNH SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY 2.1 Số liệu đầu vào Thiết kế hệ thống thiết bị sấy quy trình sản xuất phân lân nung chảy dây chuyển sản xuất phân lân nung chảy − − − − − − − Thiết bị: sấy thùng quay Phương thức: sấy xi chiều Tác nhân sấy: khói lò Vật liệu sấy: phân lân nung chảy bán thành phẩm Năng suất: 35 tấn/giờ Độ ẩm ban đầu: 7% Độ ẩm cuối: 1% 2.2 Tính cân vật chất Ta ký hiệu đại lượng sau: G1, G2 - khối lượng vật liệu vào, thiết bị sấy, kg/h ω1, ω2 - độ ẩm tương đối vật liệu vào, thiết bị W - lượng ẩm bay 1h, kg/h Gk - khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg/h Lượng ẩm bốc (theo Lượng vật liệu khô tuyệt đối: Lượng vật liệu vào: ): 2.3 Cân lượng 2.3.1 Công thức xác định thông số tác nhân sấy − Áp suất bão hòa (theo ): − Độ chứa ẩm (theo ): Pa = 0,981 bar: áp suất khí − Enthalpy (theo ): Trong đó: ik, ia: enthalpy 1kg khơng khí khơ 1kg nước, kJ/kg Cpk : nhiệt dung riêng khơng khí khơ, kJ/kg Cpk=1,004 Cpa : nhiệt dung riêng nước, kJ/kg Cpa=1,842 r: ẩn nhiệt hóa nước, kJ/kg r=2500 − Thể tích riêng (theo ): Trong Pa, Pb có đơn vị N/m2 2.3.2 Xác định thông số trạng thái tác nhân sấy trình sấy lý thuyết a Thơng số trạng thái khơng khí ngồi trời (A) Khơng khí ngồi trời có: − Nhiệt độ: to = 25oC − Độ ẩm: φ = 80% Áp suất bão hòa: Độ chứa ẩm: Enthalpy: Thể tích riêng: b Thơng số trạng thái khói lò sau buồng đốt (B’), sau buồng hòa trộn (B) • Tính tốn q trình cháy Thành phần nhiên liệu than sử dụng: Than Tuyên Quang Bảng 2.1: Thành phần nhiên liệu than Tuyên Quang[15] Nguyên tố C H O N S Tr (tro) A (nước) Nhiệt trị cao nhiên liệu (theo Hàm lượng (% khối lượng) 57 4,6 2,6 0,2 1,6 19 15 ): Nhiệt trị thấp nhiên liệu (theo ): Lượng khơng khí khơ lý thuyết cho trình cháy (theo ): Trong thực tế, tùy thuộc vào việc tổ chức q trình cháy độ hồn thiện buồng đốt mà khơng khí khơ thực tế L để cháy hết 1kg nhiên liệu lớn lượng khơng khí khơ lý thuyết Lo Do đó, theo ta có: hệ số khơng khí thừa buồng đốt Ở ta chọn αbd = 1,3 (αbd = 1,2 1,3) (theo Tr.57[18]) Lượng khơng khí khơ thực tế cho q trình cháy: L = αbd.Lo = 1,3 8,170 = 10,621 (kg khơng khí/kg nhiên liệu) Do nhiệt độ khói lò sau buồng đốt lớn, lớn nhiều so với u cầu nên tác nhân sấy khói lò cần qua q trình hòa trộn với khơng khí ngồi trời để đạt nhiệt độ thích hợp trước vào thùng sấy Gọi α hệ số không khí thừa buồng hòa trộn, tỉ số lượng khơng khí khơ đưa vào buồng hòa trộn, chia cho lượng khơng khí khơ lý thuyết cần cho q trình cháy (theo ): Trong đó: − − − − − Chọn hiệu suất buồng đốt: ηbd = 0,6 Chọn nhiệt độ khói lò sau hòa trộn: t1 = 650oC Nhiệt dung riêng nhiên liệu (than): Cnl = 0,12 kJ/kg.K Nhiệt độ nhiên liệu vào: tnl = 25oC Enthalpy nước: i = 2500+1,842t (kJ/kg) + Khơng khí trời: iao = 2500 + 1,842 25 = 2546,05 (kJ/kg) + Hơi nước chứa khói sau buồng hòa trộn: ia = 2500 + 1,842 650 = 3697,30 (kJ/kg) • Các thơng số khói lò o Lượng nước − Sau buồng đốt (theo − Sau buồng hòa trộn (theo ): ) o Khối lượng khói khơ − Sau buồng đốt (theo ) − Sau buồng hòa trộn (theo ): o Độ chứa ẩm khói lò − Sau buồng đốt (theo ): − Sau buồng hòa trộn (theo ) o Enthalpy khói lò − Sau buồng đốt (theo − Sau buồng hòa trộn (theo ): ): o Nhiệt độ khói lò − Sau buồng đốt (theo − Sau buồng hòa trộn: o Áp suất h/ơi bão hòa − Sau buồng đốt: − Sau buồng hòa trộn: o Độ ẩm tương đối − Sau buồng đốt: − Sau buồng hòa trộn: o Thể tích riêng − Sau buồng đốt: ): − Sau buồng hòa trộn: c Thơng số trạng thái tác nhân sấy sau thùng sấy (C) Trong thiết bị sấy dùng khói lò làm chất vừa cung cấp nhiệt lượng, vừa thải ẩm môi trường, q trình sấy lý thuyết q trình khơng có tổn thất vật liệu sấy, thiết bị truyền tải mang đi, khơng có tổn thất tỏa môi trường qua kết cấu bao che, mà có thất tác nhân sấy mang Do đó, nhiệt lượng khói lò cấp cho vật liệu sấy hoàn toàn dùng để tách ẩm khỏi vật liệu Khi ẩm tách khỏi vật liệu, lại bay vào khói lò, ẩm mang tồn nhiệt lượng mà khói trả lại dạng ẩn nhiệt hóa r nhiệt vật lý nước Cpa.t Quá trình sấy lý thuyết khói lò xem q trình đẳng enthalpy [18] Thơng số tác nhân sấy sau q trình sấy lý thuyết: − Enthalpy: I2 = I1 = 817,04 (kJ/kg khói khơ) − Chọn nhiệt độ đầu tác nhân sấy là: 71oC − Áp suất bão hòa: − Độ chứa ẩm: − Độ ẩm tương đối: − Thể tích riêng: Bảng 2.2: Thơng số trạng thái tác nhân sấy trình sấy lý thuyết Đại lượng t (oC) φ (%) d (kg ẩm/kg kk) I (kJ/kg kk) Pb (bar) v (m3/kg kk) Khơng khí ngồi Tác nhân sấy sau Tác nhân sấy sau Tác nhân sấy trời (A) buồng đốt (B’) buồng hòa trộn (B) khỏi thiết bị (C) 25 80 0,0164 66,86 0,0315 0,898 1070,43 1,297.10-5 0,0679 1378,34 7456,32 4,375 650 3,803.10-5 0,0445 817,04 1724,93 2,904 71 0,958 0,2830 817,04 0,321 0,283 2.3.3 Cân lượng cho thiết bị sấy lý thuyết Giả sử lượng khói vào, thiết bị khơng đổi, ký hiệu L o’ (kg/h) Theo phương trình cân vật chất (theo ): Lượng khói khơ cần thiết để bốc 1kg ẩm: Phương trình cân nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết (theo Nhiệt lượng tiêu hao trình sấy lý thuyết: Nhiệt lượng tiêu hao riêng: ): 2.3.4 Cân lượng cho thiết bị sấy thực Trong thiết bị sấy thực, tổn thất nhiệt trình sấy mang đi, thiết bị sấy thùng quay có tổn thất nhiệt mơi trường Q mt, tổn thất vật liệu sấy mang Qv Trong thiết bị sấy thùng quay không sử dụng nhiệt bổ sung thiết bị chuyển tải, Qbs=0, Qct=0 • Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy: − Nhiệt lượng tác nhân sấy nhận buồng đốt, buồng hòa trộn: − Nhiệt lượng vật liệu sấy mang vào: • Nhiệt lượng đưa khỏi thiết bị sấy: − Nhiệt lượng tổn thất tác nhân sấy mang đi: − Nhiệt vật lý vật liệu sấy mang đi: − Nhiệt lượng tổn thất môi trường: Qmt Cân nhiệt lượng vào thiết bị, ta có: Trong G1 = G2 + W, ta coi Cv2 = Cv1 = Cv Vậy nhiệt lượng tiêu hao trình sấy thực: Đặt Qv = G2.Cv(tv2 – tv1): tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang Q = L’(I1 – I0) = L’(I2 – I0) + Qv + Qmt –W.Ca.tv1 Xét cho 1kg cần bốc hơi: q = l’(I1 – I0) = l’(I2 – I0) + qv + qmt – Ca.tv1 Trong đó: Đặt o Xác định qv: Theo : Trong đó: Cv: Nhiệt dung riêng vật liệu sấy với độ ẩm ω2, kJ/kg.K Ck: Nhiệt dung riêng vật liệu khô, kJ/kg.K Ck = 0,791 (sử dụng ) Ca: Nhiệt dung riêng ẩm, kJ/kg.K Ca = 4,1868 Cv = 0,791(1 – 0,01) + 4,1868 0,01 = 0,825 (kJ/kg.K) tv1 = t0 = 25oC: nhiệt độ vật liệu sấy vào thiết bị, lấy nhiệt độ môi trường tv2 = t2 – = 71 – = 66 ( oC): nhiệt độ khỏi thiết bị sấy vật liệu sấy (chọn nhỏ đầu tác nhân sấy – độ) Vậy: o Xác định Ca.tv1: o Xác định qmt: Tổn thất nhiệt môi trường thương chiếm khoảng – 5% lượng nhiệt tiêu hao hữu ích: qmt = (0,03 ÷ 0,05)qhi Trong qhi xác định: qhi = ih – Ca.tv1 + qv ih = 2500 + Ck.tv1 = 2500+0,791 25 = 2519,78 (kJ/kg ẩm) qhi = 2519,78 – 104,67 + 502,68 = 2917,79 (kJ/kg ẩm) qmt = 0,05.qhi = 0,05 2917,79 = 145,89 (kJ/kg ẩm) Vậy Δ = 104,67 – 502,68 – 145,89 = -543,90 (kJ/kg ẩm) q = l’(I2 – I0) – Δ = 4,193(817,04 – 66,86) + 543,90 = 3689,41 (kJ/kg ẩm) Nhiệt lượng tiêu hao trình sấy thực: Q = q.W = 3689,41 2258,06 = 8330909,15 (kJ/h) 2.3.5 Thông số tác nhân sấy sau q trình sấy thực • Độ chứa ẩm tác nhân sấy (theo ): Trong đó: i1 = 2500 + 1,842.650 = 3697,30 (kJ/kg) i2 = 2500 + 1,842.71 = 2630,73 (kJ/kg) • Enthalpy: • Độ ẩm tương đối: Bảng 2.3: Thông số trạng thái tác nhân sấy q trình sấy thực Đại lượng Khơng khí Tác nhân sấy sau Tác nhân sấy sau Tác nhân sấy ngồi trời (A) buồng đốt (B’) buồng hòa trộn (B) khỏi thiết bị (C) t (oC) 25 1070,43 650 71 -5 -5 φ (%) 80 1,297.10 3,803.10 0,8595 d (kg ẩm/kg kk) 0,0164 0,0679 0,0445 0,243 I (kJ/kg kk) 66,86 1378,34 817,04 710,56 Pb (bar) 0,0315 7456,32 1724,93 0,321 v (m /kg kk) 0,898 4,375 2,904 0,283 − Lượng khói khơ cần thiết để bốc 1kg ẩm q trình sấy thực: − Lượng khói khơ cần thiết: − Nhiệt lượng tiêu hao để bốc 1kg ẩm: 2.3.6 Lưu lượng thể tích tác nhân sấy q trình sấy thực − Lưu lượng thể tích tác nhân sấy trạng thái trước vào thùng sấy: − Lưu lượng thể tích tác nhân sấy trạng thái khỏi thùng sấy: − Lưu lượng thể tích trung bình tác nhân sấy: 2.3.7 Lượng nhiên liệu tiêu hao − Lượng nhiên liệu tiêu hao để bốc 1kg ẩm: − Lượng nhiên liệu tiêu hao giờ: 2.3.8 Hiệu suất thiết bị sấy 2.4 Tính kích thước thùng quay − Thể tích thùng quay (theo Trong đó: ): W: lượng ẩm bốc 1h, kg ẩm/h A: Cường độ bốc ẩm, kg/m3h Cường độ bốc ẩm A hầu hết xác định thực nghiệm Dựa vào , chọn vật liệu sấy tương đương điều kiện (CaCO 3): A = 45 ÷ 65 Chọn A = 55 (kg/m3.h) Chọn đường kính theo tiêu chuẩn theo : DT = 2,2m Chiều dài thùng: Ta chọn chiều dài thùng L = 11m (thỏa mãn tỉ lệ chiều dài đường kính thùng) Tiết diện thùng sấy: Thể tích thực thùng: Tiết diện tự thùng: 2.5 Tính thời gian sấy Trong thiết bị, chọn cánh đảo trộn dạng cánh nâng Thời gian sấy tính theo : Trong đó: ρv: Khối lượng riêng xốp khối hạt, kg/m3 ρv = 2500 kg/m3 A: Cường độ bốc ẩm, kg/m3h A = 55 kg/m3h ω1,ω2: Độ ẩm tương đối vật liệu vào, thiết bị, % Thời gian vật liệu lưu trú thùng suy theo : Trong đó: m, k1: hệ số lưu ý đến cấu tạo cánh chiều chuyển động khí n: tốc độ quay thùng α: góc nghiêng thùng L: chiều dài cánh đảo trộn, chiều dài thùng sấy Thùng sấy dài nên α = 2,5o ÷ 3,0o Chọn α = 2,5o Tốc độ thùng quay chọn n = 1,8 v/ph Chọn kiểu cánh nâng, khói lò chuyển động xi chiều vật liệu Tra bảng Tr.35[2] có: m = 1; k = 0,7 Điều kiện sấy τl > τs thỏa mãn, thông số chọn hợp lý sử dụng ... cho thiết bị sấy lý thuyết (theo Nhiệt lượng tiêu hao trình sấy lý thuyết: Nhiệt lượng tiêu hao riêng: ): 2.3.4 Cân lượng cho thiết bị sấy thực Trong thiết bị sấy thực, tổn thất nhiệt trình sấy. .. tác nhân sấy sau thùng sấy (C) Trong thiết bị sấy dùng khói lò làm chất vừa cung cấp nhiệt lượng, vừa thải ẩm môi trường, trình sấy lý thuyết q trình khơng có tổn thất vật liệu sấy, thiết bị... thùng) Tiết diện thùng sấy: Thể tích thực thùng: Tiết diện tự thùng: 2.5 Tính thời gian sấy Trong thiết bị, chọn cánh đảo trộn dạng cánh nâng Thời gian sấy tính theo : Trong đó: ρv: Khối lượng