Thiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kgh

Thiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kghThiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kghThiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kghThiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kghThiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kghThiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kghThiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kghThiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kghThiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kgh

- Năng suất đầu ra: 2000 kg/h

Tác nhân sấy: khói lò

Thông số:

- Nhiệt độ vào: 800 OC

- Nhiệt độ ra : 160 OC

là một quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian.

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 Ngoài ra còn có các phương pháp sấy đặc biệt: Sấy trong trường siêu âm, sấy thăng hoa, …

Đối tượng của quá trình sấy đa dạng: bao gồm nguyên liệu bán thành phần và thành phẩm trong các giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất và chế biến, thuộc nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau Nói một cách khác, kỹ thuật sấy được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và đời sống

2.2 Tổng quan về nguyên liệu sấy.

Cát là vật liệu dạng hạt nguồn gốc tự nhiên bao gồm các hạt đá và khoáng vật nhỏ và mịn Khi được dùng như là một thuật ngữ trong lĩnh vực địa chất học, kích thước cát hạt cát theo đường kính trung bình nằm trong khoảng từ 0,0625 mm tới 2 mm (thang Wentworth sử dụng tại Hoa Kỳ) hay từ 0,05 mm tới 1 mm (thang Kachinskii sử dụng tại Nga và Việt

Nam hiện nay) Một hạt vật liệu tự nhiên nếu có kích thước nằm trong các khoảng này được gọi là hạt cát

Cát thủy tinh là những loại cát chứa trên 95% SiO2, tạp chất nhuộm màu không lớn, Cát thạch anh được gọi chung là những loại cát chứa trên 98% SiO2 và đến 1,5 % Al2O3 Trong các loại vật liệu dùng để nấu thủy tinh, cát thạch anh chiếm tới 86%, cát cuội 12%, thạch anh 2%

Trong đồ án này, cát được chọn là cát thạch anh Cát thạch anh sau khi khai thác, được đưa qua quá trình tuyển rửa, sau đó li tâm tách nước đến độ ẩm 10% Sau đó cần sấy cát tới

độ ẩm 2% để tạo sự đồng đều với các nguyên liệu còn lại trong quy trình sản xuất thủy tinh đạt yêu cầu trong khâu cấp phối liệu thủy tinh

2.3 Hệ thống sấy thùng quay

Hệ thống sấy thùng quay là một trong các hệ thống sấy đối lưu chuyên dùng để sấy các vật liệu sấy dạng hạt hoặc mảnh nhỏ như hạt ngũ cốc, mì chính, v.v…

 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/ mh

- 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 sẽlàm giảm chất lượng sản phẩm.

- Không sấy được các vật liệu dễ vỡ

Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay gồm 3 phần chính :

- Buồng đốt

- Thùng sấy

- Hệ thống thông gió thu hồi bụi cuối lò

Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là thùng sấy Thùng sấy là một hình trụ tròn trong đó có đặt các cánh xáo trộn để phân cùng hoặc không Thùng sấy được đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang theo tỷ lệ (1/15 - 1/50) trên hai ổ lăn với một cơ cấu chuyển động nhờ bánh răng

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 vừa có tác dụng phân phối đề các vật liệu đều theo tiết diện thùng vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc Cấu tạo của các loại đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm của nó

truyền khối làm bay hơi ẩm Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi

Băng chuyền

Cát khô

Buồng hòa trộn Lọc bụi

Quạt

đẩy

Khí ra

Quạt hút Không khí

dọc theo chiều dài thùng Khi đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiết Sản phẩm cát sau khi sấy được đưa vào buồng tháo liệu, sau khi qua cửa tháo liệu sẽ được băng tải đưa ra ngoài Dòng tác nhân sấy sau khi qua buồng sấy được đưa vào cyclon lọc bụi Không khí sau khi lọc bụi sẽ được thải vào môi trường Phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua cửa thu bụi của cyclon.

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.

- Đặt thiết bị tại tp.HCM Trạng thái của không khí ngoài trời nơi đây là:

+ Nhiệt độ môi trường: 27.20C

+ Độ ẩm tương đối của không khí: 77%

(STT2-97)

- Hàm ẩm của không khí :

xo = 0,622

Hàm ẩm : xo = 0,0177 ( kg/kg kkk ).

Hàm nhiệt : Io = 72,27 ( kJ/kg kkk )

Tác nhân sấy

Khói lò:

- Nhiệt độ khói vào : 800 ( 168- CNTTXD)

- Nhiệt độ khói ra: 160

Các thông số của nguyên liệu:

Nhiên liệu: khí thiên nhiên có các thành phần sau:

6412+6)=16,66 (kg/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 thùngquay dùng khói lò làm TNS người ta phải tổ chức hoà trộn với không khí ngoài trời để chomột hỗn hợp có nhiệt độ thích hợp Vì vậy, trong hệ thống sấy thùng quay người ta xem hệ

số không khí thừa 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 quátrình cháy.

Để tính hệ số không khí thừa không khí ở buồng đốt và trộn người ta sử dụng phương phápcân bằng nhiệt lò đốt than

2.2.6.1 Nhiệt lượng vào buồng đốt khi đốt 1 kg khí thiên nhiên

Qv = Q1 + Q2 + Q3 ( kJ )

Trong đó :

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

Q2 : Nhiệt lượng do không khí mang vào

Q3 : Nhiệt do đốt 1 kg ktn

a Nhiệt lượng do ktn mang vào :

Q1 = Cn.tnTrong đó :

Cn : Nhiệt dung của ktn Vì ktn là hỗn hợp khí gồm CH4, C2H6, CO2, N2 nên:

Cn= CCH4.x+CC2H6.y+CCO2.z+CN2.t

(152-STT1)Trong đó : x,y,z,t là tỉ lệ của CH4, C2H6, CO2, N2 trong ktn

Lo : Lượng không khí lý thuyết cho quá trình cháy; Lo = 16,66 kg/kg ktn

Io : Hàm nhiệt của không khí vào buồng đốt ; Io = 72,27 (kJ/kg kkk )

 : Hệ số thừa không khí

Q2 = 16,66.72,27 α = 1204 α (kJ)

c.Nhiệt lượng do đốt 1 kg ktn

Q3 = Q.ηTrong đó :

η : hiệu suất buồng đốt η = 0,9

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 :

vì nhiên liệu được đốt cháy là ktn nên quá trình cháy không tạo xỉ

Q4=0

b Nhiệt lượng do khói mang

Q5 = Gk.Ck.Tk

Trong đó :

Gkhí : Khối lượng của chất khí trong lò

Ckhí : Nhiệt dung riêng của khói lò

Tk : Nhiệt độ của khói , Tk = 800°C

Q5 =[ (2,7.0,881 + (13,16 α + 0,033).1,163 + (3,5 α - 3,5) 0, 954 + (2,1 + 0,295 α ) 1,97].800

Qv = Qr

→ 42719,96 + 1204 α = 10762,8 + 16235,7 α

→ α = 2.1

QV=45248,36 J

2.2.7 Trạng thái của khói trước khi vào thùng sấy

Nhiệt độ của khói

= 32.886 kg/kgnl

Lượng hơi nước chứa trong khói :

Ga = .x0.Lo + ∑12 x + y 0.09 y CxHy ,

= 2,1.0.0177.16.66 + (0,09.412+4 91,3 + 12.2+60,09.6 3.4) = 2.72 ( kg/kg nl )

→ x 1 =

a k

G

2.7232.886 = 0,0827 (kg/kg kkk )

Hàm nhiệt của khói

x P

x P

 

Trong đó :

Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là t2=160 OC

 Áp suất hơi bảo hòa

Lượng ẩm bay hơi

W=G1.100−W W1−W2

2=2000.100−210−2 =163.3 (kg/h)(CT 2.1- 23- TKHTS, Hoàng Văn Chước)

Lượng vật liệu khô tuyệt đối

Q0 = L0.(I1-I0) = L0.(I2-I0) =673.96.(1073.5-72,27)= 674788.97 (kJ)

( 7.15-131-TTTKHTS)Nhi t lệt lượng tiêu hao riêng ượng tiêu hao riêng ng tiêu hao riêng

674788,97

Cân bằng năng lượng cho sấy thực:[CITATION Tr \p 135 \l 1033 ]ầ \p 135 \l 1033 ]

Nguyên tắc cân bằng nhiệt là nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy phải bằng nhiệt lượng đưa rakhỏi thiết bị sấy

Trong thiết bị sấy thùng quay, không có sử dụng nhiệt bổ sung và không có thiết bịchuyền tải nên Qbs=0 và QCT=0

Nhiệt lượng đưa vào thiết bị bao gồm:

 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorife: L(I1-I0)

 Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang vào: [(G1-W)CV1+WCa]tV1

Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị bao gồm:

 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang lại: L(I2-I0)

 Nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che: Qbc

 Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang ra: G2CV2t

Cân bằng nhiệt lượng vào ra thiết bị sấy:

 tV1 là nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, ta lấy bằng nhiệt độ môi trường :tV1 = t0 = 27,2˚C

 tV2 là nhiệt độ cuối của vật liệu sấy khi ra khỏi thiết bị sấy (lấy 90OC):

 Tổn thất nhiệt do kết cấu bao che:

Tổn thất nhiệt do kết cấu bao che Qbc (hay còn gọi là tổn thất nhiệt do môi trường)

ChọnQ bc=0,05 Qhi

Trong đó :Qhi tương ứng là nhiệt lượng có ích để bay hơi ẩm [ CITATION Trầ1 \l 1033 ]

Đặt Δ=C a t V 1−q bc−q V – là nhiệt lượng cần bổ sung cho quá trình sấy thực Đây cũng chính là

điểm khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết (Δ=0) và quá trình sấy thực (Δ≠0)

 Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực Q=918532,161 kJ/h

 Lượng nhiên liệu cần đốt: B=Q Q

nl

=918532,16145248,36 =20,3 kg /hThể tích thùng sấy

Vt = \f(W,A , ( m3) (CT VII.50 – STT2-121)

Trong đó :

W : Lượng ẩm bay hơi; W = 163.3 ( kg/h )

A : Cường độ bay hơi ẩm của cát A = 80÷88 kg ẩm/m 3 h;

L t

5 =

4.2

5 =0.84 ( m ); chọn Dt=0.9m Vậy, thể tích thực tế của thùng :

t t

m k L n

- m, k : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh ( chọn cánh loại chia khoang có cánh nâng)

và chiều chuyển động của khí trong thùng; theo ( Bảng VIIA – 122 – STT2 ) ta có k = 0,7

và m = 1

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

→ n= 1.0,7.4,2

11.5.0.9.tg 5 =3,48 ( vg/ph ) => chọn n=3 (vg/ph)

Thời gian lưu vật liệu trong thùng:

τ lưu=n D m k L t

t tga=14 (ph) > τ sấy ( thỏa mãn)

t c ốc độ tác nhân sấy độ tác nhân sấy tác nhân s y ất ta có:

Ta có: Dt= 0.0188

√ 1−β . √ V ω

Trong đó: + β : Hệ số chứa, β =0,2

+ ω : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy

+V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy ( m3/h )

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KẾTCẤU THIẾT BỊ CHÍNH 4.1 Tính bề dày thùng.

Chọn vật liệu làm thùng là thépCT3

Bảng 4: Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng

1 Ứng suất tiêu chuẩn [σ]* N/mm2 Hình 1.1-p15-[12] 140

5 Khối lượng riêng ρs kg/m3 Bảng XII.7-p313-[8] 7850

 Khối lượng khối vật liệu trong thùng:

 Ứng suất của vật liệu:[σ] = η[σ]* = 0,901 140 = 133N/mm2(CT1.9-p17-[12])

 Momen uốn của thùng:

Bảng 5: Các hệ số bổ sung kích thước cho bề dày thùng

STT Hệ số bổ sung kích thước hiệu Kí Giá trị Ghi chú

1 Hệ số bổ sung do ănmòn hóa học Ca 0

Đối với vật liệu bền trong môi trường cóđộăn mòn hóa học không lớn hơn 0,05

mm/năm

2 Hệ số bổ sung do bàomòn cơ học Cb 1 động, va đập trong thiết bị =>Giá trị CDo nguyên liệu là các hạt rắn chuyểnb

chọn theo thực nghiệm

3 Hệ số bổ sung do sai

lệch khi chế tạo Cc 0,5

Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép

Với thùng bằng thép không gỉCT3 dày 5

 Bề dày thực của thân thùng: S = S + C = 6 + 2 = 8 mm (CT 5.9-p96-[12])

 Kiểm tra cácđiều kiện:(CT 5.41-p106-[12])

S−C a ≥√K 1,27 M u D t E t

Với:

 Ku = 0,135 (Nội suy bảng trang 106-[12])

 Et – Hệ số bền mối hàn tại nhiệt độ làm việc: Et = 1,99.105 N/mm2 (Bảng [14]

Bảng 6: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy.(318 STT2)

4.3 Tính chiều cao lớp vật liệu trong thùng.

 Tỉ lệ chứađầy vật liệu trong thùng:

Fc - Bề mặt chứa vật liệu của cánh => Fc = 0,122 DT2 = 0,122 12 = 0,122 m2

Theo các kí hiệu kích thước trên hình của cánh đảo trộn, ta có:

4.5 Tính toán cách nhiệt cho thùng sấy:

Để giúp máy sấy không bị mất mát nhiệt lớn và đểđảm bảo nhiệt độ bên ngoài máy sấy không quá cao, có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnhđược nên ta bọc lớp cách nhiệt cho máy sấy

 Tính hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng (α 1 ).

Ta sử dụng lại Bảng 3 để tính toán.

Re=19614.2 > 104 Dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy Quá trình truyền nhiệt trong thùng xem như quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy rối, có thể bỏ qua sự truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên Vậy quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết

bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức,

Chuẩn số Nusselt: (CT V.42-p16-[8])

Nu=0,018 ε l ℜ0,8

Trong đó ε l=f(ℜ, L

D)=1,3(Nội suy bảng V.2-p15-[8])Với Re = 19614,2 và L/D = 4,67

 Tính hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng đến môi trường xung quanh (α 2 ).

Do thùng sấy đặt trong phân xưởng sản xuất, quá trình truyền nhiệt từ thành ngoài của thùngđến môi trường xung quanh là quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên (bỏ qua quá trình truyền nhiệt do bức xạ nhiệt) Hệ số cấp nhiệt α2 được xácđịnh một cách gầnđúng là hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên củaống nằm ngang (vì thùng sấy đặt nằm ngang với góc

nghiêng nhỏ α = 40) Theo [8], trong những trường hợp này, các hằng số vật lý khi tính

chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chấtở xa ống (tức là theo nhiệt độ trung bình của không khí trong môi trường xung quanh)

Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy.

(m) nhiệt λ (N/ m.K)

1 Bề dày lớpcách nhiệt δ2 0,015 thủy tinhBông 0,04

Bảng PV.1- p271-[6]

Bảng XII.7- p313-[8]

 Đường kính ngoài của thùng sấy:

 Tính hệ số truyền nhiệt của thùng K.

Hệ số truyền nhiệt K đối với tường hìnhống có chiều dày không dày lắm so với đường kính,khi bỏ qua nhiệt rở của lớp cáu:

0,008

50 +

0,0150,04 +

0,001

50 +

12,68

=0,98 W /m2K

 Tính bề mặt truyền nhiệt của thùng F:

 Đường kính trung bình của máy sấy:

 Tính nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh:

Ta xem quá trình truyền nhiệt từ bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đến môi trường bên ngoài làổnđịnh Lượng nhiệt được truyền chính là lượng nhiệt mất mát ra môi trường

xung quanh Qxq Và lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh khi bốc hơi 1 kg ẩm qxqchính bằng nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che qbc.

 Theo phương trình truyền nhiệt:

 Bề dày lớp cách nhiệt chọn thỏa

4.6 Thiết kế bộ phận truyền động cho thùng.

 Xác định công suất động cơ dùng quay thùng:(CT VII.54-p123-[8])

nhiều so với công suất quay thùng Theo bảng 2P-p323-[11] ta chọn động cơ kiểu 8là động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ roto ngắn mạch, có các số liệu kỹ thuật sau:

A02-41- Công suất động cơ: Nđc = 2,2 kW

 Vận tốc quay: nđc = 720 vòng/phút

 Hiệu suất: ηđc = 81%

Công suất làm việc của động cơ:

Nlv = Nđc ηđc = 2,2 0,81 = 19,91 kW

 Nlv> N: Thỏa điều kiện để quay thùng

 Phân phối tỉ số truyền động cho hệ thống truyền động.

 Tỉ số truyền chung của toàn bộ hệ thống: (Trang 30-[11])

 Chọn tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng ngoài hộp giảm tốc: i23 = 6

Tỉ số truyền của hộp giảm tốc:

i h= i

i23=

240

6 =40

 Chọn hộp giảm tốc kiểu trục vít- bánh răng

Chọn tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hộp giảm tốc

Đối với hộp giảm tốc trục vít- bánh răng thường lấy tỉ số truyền giữa hai bánh răng trụ ibr= (0,03-0,06)ih(Trang 32-[11])

Bảng 10: Các thông số cơ tính của các vật liệu dùng chế tạo các bánh răng.

Nhãn hiệu thép Giới hạn bền kéo [σ]] bk

 Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép

ứng suất tiếp xúc cho phép: [σ]tx = [σ]Notx k’

 N0 – Số chu kì cơ sở của đường cong tiếp xúc mỏi

 Ntđ – Số chu kì tương đương

 Trường hợp bánh răng chịu tải trọng không đổi Ntđ = N = 60 unT

Với:

 n – Số vòng quay trong 1 phút của bánh răng (vòng/phút)

 T – Tổng số giờ làm việc của bánh răng (giờ)

 u – Số lần ăn khớp khi bánh răng quay 1 vòng (lần)

Bảng 11: Kết quả tính toán ứng suất tiếp xúc cho phép.

Bánh răng nhỏ Bánh răng lớn Ghi chú

 Ứng suất uốn cho phép

Khi răng làm việc hai mặt (răng chịuứng suất thay đổi đổi chiều)

 σ−1 - Ứng suất mỏi uốn trong chu kìđối xứng (N/mm2), có thể lấy gầnđúngσ-1 = 0,4[σ]bk

 n - Hệ số an toàn

 Kσ - Hệ số tập trung ở chân răng

 kN’’ - Hệ số chu kìứng suất uốn, tính theo công thức:

k ' ' N=m√ N0

N tđ(CT 3.7− p 44−[11])

 N0 - Số chu kì cơ sở củađường cong mỏi uốn, có thể lấy N0 = 5.106

 Ntđ - Số chu kì tương đường

 m - Bậcđường cong mỏi uốn

Bảng 12: Kết quả tính toán ứng suất uốn cho phép.

Bánh răng nhỏ Bánh răng lớn Ghi chú

Giả sử làm việc 10năm, 330 ngày/năm và