DANH SÁCH HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ 6 LỜI NÓI ĐẦU 10 Chương 1 TỔNG QUAN KỸ THUẬT SẤY 11 1.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy 11 1.1.1. Định nghĩa quá trình sấy 11 1.1.2. Các dạng liên kết trong vật liệu ẩm 11 1.1.3. Phân loại vật liệu ẩm 13 1.1.4. Động học của quá trình sấy 13 1.1.5. Tác nhân sấy 17 1.2. Thiết bị sấy 20 1.2.1. Phân loại thiết bị sấy 20 1.2.2. Nguyên lý thiết kế thiết bị sấy 20 1.2.3. Lựa chọn thiết bị sấy 21 1.3. Hệ thống sấy thùng quay 23 1.3.1. Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay 23 1.3.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy thùng quay 24 1.4. Giới thiệu vật liệu sấy, tác nhân sấy 26 1.4.1. Vật liệu sấy 26 1.4.2. Chọn tác nhân sấy 27 Chương 2 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHO THIẾT BỊ SẤY 28 2.1. Kích thước cơ bản của thùng sấy 28 2.2. Thời gian sấy và số vòng quay 29 2.3. Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu 31 2.3.1. Nhiệt trị của nhiên liệu 31 2.3.2. Xác định lượng không khí khô cần cho quá trình cháy 32 2.3.3. Xác định hệ số không khí thừa sau buồng hòa trộn 32 2.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 34 2.4.1. Trạng thái của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy 34 2.4.2. Lượng tác nhân sấy lý thuyết Llt 35 2.4.3. Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy 36 2.4.4. Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết 36 2.5. Tính toán quá trình sấy thực 36 2.5.1. Xác định các tổn thất nhiệt 36 2.5.1.1. Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh Qmt 36 2.5.1.2. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi Qv 42 2.5.2. Xác định giá trị ∆ 43 2.5.3. Xác định trạng thái của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực 43 2.5.4. Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế trên đồ thị I – d 44 2.5.5. Lưu lượng tác nhân sấy thực tế Ltt 46 2.6. Tính toán lượng nhiên liệu tiêu hao 47 2.7. Tính trở lực và chọn quạt 47 Chương 3 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ SẤY 51 3.1 Công suất động cơ truyền chuyển động cho thùng sấy 51 3.2. Hộp giảm tốc và bộ truyền động ngoài 51 3.2.1. Lựa chọn hộp giảm tốc 51 3.2.2. Tính toán bộ truyền động ngoài 52 3.3. Lựa chọn chiều dày thân thùng 58 3.4. Xác định vị trí đặt vành lăn và bánh răng vòng 58 3.4.1. Xác định vị trí đặt vành lăn 58 3.4.2. Xác định vị trí đặt bánh răng vòng 60 3.5. Kiểm tra bền thân thùng sấy 60 3.5.1 Trọng lượng vật liệu nằm trong thùng 60 DANH SÁCH HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ 6 LỜI NÓI ĐẦU 10 Chương 1 TỔNG QUAN KỸ THUẬT SẤY 11 1.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy 11 1.1.1. Định nghĩa quá trình sấy 11 1.1.2. Các dạng liên kết trong vật liệu ẩm 11 1.1.3. Phân loại vật liệu ẩm 13 1.1.4. Động học của quá trình sấy 13 1.1.5. Tác nhân sấy 17 1.2. Thiết bị sấy 20 1.2.1. Phân loại thiết bị sấy 20 1.2.2. Nguyên lý thiết kế thiết bị sấy 20 1.2.3. Lựa chọn thiết bị sấy 21 1.3. Hệ thống sấy thùng quay 23 1.3.1. Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay 23 1.3.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy thùng quay 24 1.4. Giới thiệu vật liệu sấy, tác nhân sấy 26 1.4.1. Vật liệu sấy 26 1.4.2. Chọn tác nhân sấy 27 Chương 2 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHO THIẾT BỊ SẤY 28 2.1. Kích thước cơ bản của thùng sấy 28 2.2. Thời gian sấy và số vòng quay 29 2.3. Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu 31 2.3.1. Nhiệt trị của nhiên liệu 31 2.3.2. Xác định lượng không khí khô cần cho quá trình cháy 32 2.3.3. Xác định hệ số không khí thừa sau buồng hòa trộn 32 2.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 34 2.4.1. Trạng thái của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy 34 2.4.2. Lượng tác nhân sấy lý thuyết Llt 35 2.4.3. Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy 36 2.4.4. Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết 36 2.5. Tính toán quá trình sấy thực 36 2.5.1. Xác định các tổn thất nhiệt 36 2.5.1.1. Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh Qmt 36 2.5.1.2. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi Qv 42 2.5.2. Xác định giá trị ∆ 43 2.5.3. Xác định trạng thái của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực 43 2.5.4. Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế trên đồ thị I – d 44 2.5.5. Lưu lượng tác nhân sấy thực tế Ltt 46 2.6. Tính toán lượng nhiên liệu tiêu hao 47 2.7. Tính trở lực và chọn quạt 47 Chương 3 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ SẤY 51 3.1 Công suất động cơ truyền chuyển động cho thùng sấy 51 3.2. Hộp giảm tốc và bộ truyền động ngoài 51 3.2.1. Lựa chọn hộp giảm tốc 51 3.2.2. Tính toán bộ truyền động ngoài 52 3.3. Lựa chọn chiều dày thân thùng 58 3.4. Xác định vị trí đặt vành lăn và bánh răng vòng 58 3.4.1. Xác định vị trí đặt vành lăn 58 3.4.2. Xác định vị trí đặt bánh răng vòng 60 3.5. Kiểm tra bền thân thùng sấy 60 3.5.1 Trọng lượng vật liệu nằm trong thùng 60 DANH SÁCH HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ 6 LỜI NÓI ĐẦU 10 Chương 1 TỔNG QUAN KỸ THUẬT SẤY 11 1.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy 11 1.1.1. Định nghĩa quá trình sấy 11 1.1.2. Các dạng liên kết trong vật liệu ẩm 11 1.1.3. Phân loại vật liệu ẩm 13 1.1.4. Động học của quá trình sấy 13 1.1.5. Tác nhân sấy 17 1.2. Thiết bị sấy 20 1.2.1. Phân loại thiết bị sấy 20 1.2.2. Nguyên lý thiết kế thiết bị sấy 20 1.2.3. Lựa chọn thiết bị sấy 21 1.3. Hệ thống sấy thùng quay 23 1.3.1. Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay 23 1.3.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy thùng quay 24 1.4. Giới thiệu vật liệu sấy, tác nhân sấy 26 1.4.1. Vật liệu sấy 26 1.4.2. Chọn tác nhân sấy 27 Chương 2 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHO THIẾT BỊ SẤY 28 2.1. Kích thước cơ bản của thùng sấy 28 2.2. Thời gian sấy và số vòng quay 29 2.3. Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu 31 2.3.1. Nhiệt trị của nhiên liệu 31 2.3.2. Xác định lượng không khí khô cần cho quá trình cháy 32 2.3.3. Xác định hệ số không khí thừa sau buồng hòa trộn 32 2.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 34 2.4.1. Trạng thái của tác nhân sấy khi ra khỏi thùng sấy 34 2.4.2. Lượng tác nhân sấy lý thuyết Llt 35 2.4.3. Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy 36 2.4.4. Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết 36 2.5. Tính toán quá trình sấy thực 36 2.5.1. Xác định các tổn thất nhiệt 36 2.5.1.1. Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh Qmt 36 2.5.1.2. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi Qv 42 2.5.2. Xác định giá trị ∆ 43 2.5.3. Xác định trạng thái của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực 43 2.5.4. Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết và sấy thực tế trên đồ thị I – d 44 2.5.5. Lưu lượng tác nhân sấy thực tế Ltt 46 2.6. Tính toán lượng nhiên liệu tiêu hao 47 2.7. Tính trở lực và chọn quạt 47 Chương 3 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ SẤY 51 3.1 Công suất động cơ truyền chuyển động cho thùng sấy 51 3.2. Hộp giảm tốc và bộ truyền động ngoài 51 3.2.1. Lựa chọn hộp giảm tốc 51 3.2.2. Tính toán bộ truyền động ngoài 52 3.3. Lựa chọn chiều dày thân thùng 58 3.4. Xác định vị trí đặt vành lăn và bánh răng vòng 58 3.4.1. Xác định vị trí đặt vành lăn 58 3.4.2. Xác định vị trí đặt bánh răng vòng 60 3.5. Kiểm tra bền thân thùng sấy 60 3.5.1 Trọng lượng vật liệu nằm trong thùng 60
Đồ án môn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái Nhận xét giáo viên hướng dẫn ………………………………….……………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… SVTH: Nguyễn Văn Đại Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án môn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái ………………………………………………………………………… ………… MỤC LỤC Trang DANH SÁCH HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Trang SVTH: Nguyễn Văn Đại Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án mơn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái Hình 1.1 Đường cong sấy………………………………………………………13 Hình 1.2 Đường cong tốc độ sấy……………………………………………….13 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy khói lò………………………… 17 Hình 1.4 Cấu tạo bên máy sấy thùng quay……………………………….22 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống sấy thùng quay……………………………………….23 Hình 2.1 Sơ đồ ngun lý sử dụng khói lò làm tác nhân sấy thiết bị sấy đối lưu… 29 Hình 2.2 Biểu đồ tính tốn hệ số truyền nhiệt………………………………….35 Hình 2.3 Đồ thị I – d biểu diễn trình sấy………………………………… 43 Hình 3.1 Biểu đồ Momen lực tác dụng lên thân thùng sấy…………………….56 Hình 3.2 Sơ đồ lực tác dụng lên lăn vành đai………………………… 61 Hình 3.3 Sơ đồ lực tác dụng lên lăn chặn………………………….………64 Hình 3.4 Kí hiệu kích thước cánh đảo trộn…………………………………….67 DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Bảng thành phần nguyên tố nhiên liệu…………………….29 Bảng 2.2 Bảng hất liệu lớp thùng quay…………… ……………… 35 Bảng 2.3 Bảng tính cân nhiệt…………………………………………… 45 SVTH: Nguyễn Văn Đại Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án môn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái DANH SÁCH KÝ HIỆU Ký hiệu G1 G2 W L Dt A ω1 ω2 ρx Vt τ τs τ tt to t1 t2 β n Qt Qc α Lo L α bđ Pbo Io φ Cnl Cpk d1 I1 d2 ϕ2 I2 Giải thích Đơn vị Lượng vật liệu ẩm vào thiết bị sấy Lượng vật liệu khỏi thiết bị sấy Lượng ẩm bay Chiều dài thùng sấy Đường kính thùng sấy Cường độ bay ẩm vật liệu sấy Độ ẩm ban đầu vật liệu Độ ẩm cuối vật liệu Khối lượng riêng xốp trung bình vật liệu thùng Thể tích thùng sấy Thời gian lưu vật liệu thùng Thời gian sấy lý thuyết Thời gian sấy thực tế Nhiệt độ khơng khí bên ngồi thùng sấy Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị sấy Nhiệt độ tác nhân sấy khỏi thiết bị sấy Hệ số chứa vật liệu thùng Số vòng quay thùng Nhiệt trị thấp nhiên liệu Nhiệt trị cao nhiên liệu Góc nghiêng thùng quay Lượng khơng khí khơ lý thuyết để đốt cháy kg nhiên liệu Lượng khơng khí khơ thực tế để đốt cháy hết kg nhiên liệu Hệ số khơng khí thừa buồng đốt Lượng chứa ẩm khơng khí ứng với nhiệt độ to, Áp suất bão hòa nước ứng với nhiệt độ to Entanpy khơng khí ẩm Độ ẩm ban đầu khơng khí Nhiệt dung riêng nhiên liệu Nhiệt dung riêng khói khơ Lượng chứa ẩm khói lò sau buồng hòa trộn Entanpy khó lò sau buồng hòa trộn Lượng chứa ẩm sau trình sấy lý thuyết Độ ẩm tương đối sau q trình sấy lý thuyết Entanpy khói lò sau q trình sấy lý thuyết SVTH: Nguyễn Văn Đại kg/h kg/h kg/h m m kg/m3.h % % kg/m3 m3 phút phút Phút o C o C o C vòng/phút kJ/kg nl kJ/kg nl độ kg kkk/kg nl kg kkk/kg nl kg ẩm/kg kkk atm kJ/kg kkk % kJ/kg.độ kJ/kg.độ kg ẩm/ kg kk kJ/kg kk kg ẩm/kg kkk % kJ/kg kk Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án môn học V1 V2 Vtb qo α1 α2 ∆ Qv Qmt Wtb ' W1' W2 ' ϕ2 ' d2' I2 ' b GVHD: TS Vũ Hồng Thái Lưu lượng tác nhân sấy trước trình sấy lý thuyết Lưu lượng tác nhân sấy sau trình sấy lý thuyết Lưu lượng trung bình tác nhân sấy trình sấy lý thuyết Nhiệt lượng tiêu hao bốc kg ẩm Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị sấy Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị sấy môi trường Nhiệt lượng bổ sung thực tế Tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang Tổn thất nhiệt mơi trường Lưu lượng thể tích trung bình khói lò q trình sấy thực tế Lưu lượng thể tích tác nhân sấy trước q trình sấy thực tế Lưu lượng thể tích tác nhân sấy sau trình sấy thực tế Độ ẩm tương đối sau trình sấy thực tế Lượng chứa ẩm tác nhân sấy sau trình sấy thực tế Entanpy tác nhân sấy sau trình sấy thực tế m3/h m3/h Lượng nhiên liệu tiêu hao để bốc kg ẩm kg nl/kg ẩm SVTH: Nguyễn Văn Đại m3/h kJ/kg ẩm W/m2.độ W/m2.độ kJ/kg ẩm kJ/h kJ/h m3/h m3/h m3/h % kg ẩm/kg kkk kJ/ kg kk Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án mơn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái LỜI NÓI ĐẦU Sấy trình cơng nghệ sử dụng nhiều thực tế sản xuất đời sống Trong công nghiệp đời sống, kỹ thuật sấy đóng vai trò quan trọng dây chuyền sản xuất Sản phẩm sau trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện cho bảo quản, vận chuyển chế biến Trong học kì này, hướng dẫn thầy Vũ Hồng Thái – Bộ mơn Máy thiết bị hóa chất em thực đồ án mơn học với đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống sấy thùng quay” Đồ án thiết kế hệ thống sấy thùng quay với phương thức ngược chiều, vật liệu sấy canxi cacbonat, vật liệu sử dụng nhiều đời sống công nghiệp Ưu điểm hệ thống thiết bị sấy thùng quay trình sấy đặn mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt vật liệu sấy tác nhân sấy, cường độ bay ẩm cao Tuy nhiên vật liệu bị đảo trộn nhiều bị vỡ vụn tạo bụi Đây nhược điểm hệ thống sấy thùng quay song so với hệ thống sấy khác nhược điểm khơng đáng kể Do hệ thống sấy thùng quay sử dụng nhiều trình sấy vật liệu công nghiệp Dưới hướng dẫn thầy giáo TS Vũ Hồng Thái kết hợp kiến thức có em tiến hành thực đồ án môn học với nội dung gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan kỹ thuật sấy Chương 2: Tính tốn cơng nghệ thiết bị sấy Chương 3: Tính khí thiết bị sấy Mặc dù cố gắng nhiều trình độ hạn chế thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án chắn nhiều thiếu sót, em mong nhận giúp đỡ, góp ý từ thầy để đồ án em hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy giáo Vũ Hồng Thái thầy cô giáo Bộ mơn Máy thiết bị cơng nghiệp hóa chất giúp em hoàn thiện đồ án Sinh viên thực Nguyễn Văn Đại SVTH: Nguyễn Văn Đại Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án mơn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái Chương TỔNG QUAN KỸ THUẬT SẤY 1.1 Cơ sở lý thuyết trình sấy 1.1.1 Định nghĩa q trình sấy Trong cơng nghiệp hóa chất thực phẩm, q trình tách nước khỏi vật liệu (làm khô vật liệu) cần thiết quan trọng Tùy theo tính chất độ ẩm vật liệu, mức độ làm khô vật liệu mà thực phương pháp tách nước khỏi vật liệu sau đây: - Phương pháp học: phương pháp dùng trường hợp không cần tách nước triệt làm khô sơ vật liệu sử dụng máy ép, ly tâm, lọc… - Phương pháp hóa lý: dùng hóa chất để hút nước vật liệu Ví dụ dùng canxi clorua, acid sunfulric , phương pháp tương đối đắt phức tạp, chủ yếu để hút nước hỗn hợp khí - Phương pháp nhiệt: dùng nhiệt để bốc nước vật liệu, phương pháp sử dụng rộng rãi Quá trình làm bốc nước khỏi vật liệu nhiệt gọi sấy [5 – 153] Nhiệt cung cấp cho vật liệu ẩm cách dẫn nhiệt, đối lưu, xạ hoặc lượng điện trường có tần số cao Mục đích q trình sấy làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ liên kết bề mặt bảo quản tốt Trong trình sấy, nước bay nhiệt độ khuếch tán chênh lệch độ ẩm bề mặt vật liệu đồng thời bên vật liệu có chênh lệch áp suất riêng phần nước bề mặt vật liệu môi trường xung quanh 1.1.2 Các dạng liên kết vật liệu ẩm Các liên kết ẩm với vật khơ có ảnh hưởng lớn đến q trình sấy Nó chi phối diễn biến trình sấy Vật ẩm thường tập hợp ba pha: rắn, lỏng khí (hơi) Các vật rắn đem sấy thường vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao dẫn Trong mao dẫn có chứa ẩm lỏng với hỗn hợp khí tích lớn (thể tích xốp) tỷ lệ khối lượng so với phần rắn phần ẩm lỏng bỏ qua Do kỹ thuật sấy thường coi vật thể gồm phần rắn khơ chất lỏng Có nhiều cách phân loại dạng liên kết ẩm Trong phổ biến cách phân loại theo chất hình thành liên kết P.H Robinde [6-8] Theo cách này, tất dạng lên kết ẩm chia thành ba nhóm chính: liên kết hoá học, liên kết hoá lý liên kết lý SVTH: Nguyễn Văn Đại Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án mơn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái 1.1.2.1 Liên kết hoá học Liên kết hố học ẩm vật khơ bền vững đó, phân tử nước trở thành phận thành phần hoá học phân tử vật ẩm Loại ẩm tách có phản ứng hố học thường phải nung nóng đến nhiệt độ cao Sau tách ẩm tính chất hố lý vật thay đổi Ẩm tồn dạng liên kết phân tử muối hydrat MgCl 2.6H2O hoặc dạng liên kết ion Trong q trình sấy khơng đặt vấn đề tách ẩm dạng liên kết hoá học 1.1.2.2 Liên kết hóa lý Liên kết hố lý khơng đòi hỏi nghiêm ngặt tỷ lệ thành phần liên kết Có hai loại: liên kết hấp phụ (hấp thụ) liên kết thẩm thấu - Liên kết hấp phụ nước có gắn liền với tượng xảy bề mặt giới hạn pha (rắn hoặc lỏng) Các vật ẩm thường vật keo, có cất tạo hạt Bán kính tương đương hạt từ 10-9 - 10-7 m Do cấu tạo hạt nên vật keo có bề mặt bên lớn Vì có lượng bề mặt tự đáng kể Khi tiếp xúc với khơng khí ẩm hay trực tiếp với ẩm, ẩm xâm nhập vào bề mặt tự tạo thành liên kết hấp phụ ẩm bề mặt - Liên kết thẩm thấu liên kết hố lý nước vật rắn có chênh lệch nồng độ chất hoà tan tế bào Khi nước bề mặt vật thể bay nồng độ dung dịch tăng lên nước sâu bên thấm Ngược lại, ta đặt vật thể vào nước nước thấm vào 1.1.2.3 Liên kết lý Đây dạng liên kết ẩm vật liệu tạo thành sức căng bề mặt ẩm mao dẫn hay bề mặt vật Liên kết học bao gồm liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn liên kết dính ướt - Liên kết cấu trúc: liên kết ẩm vật liệu hình thành q trình hình thành vật Ví dụ: nước tế bào động vật, vật đông đặc có chứa sẵn nước Để tách ẩm trường hợp liên kết cấu trúc ta làm cho ẩm bay hơi, nén ép vật hoặc phá vỡ cấu trúc vật Sau tách ẩm, vật bị biến dạng nhiều, thay đổi tính chất chí thay đổi trạng thái pha - Liên kết mao dẫn: nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản Trong vật thể có vơ số mao quản Các vật thể để nước, nước theo mao quản xâm nhập vào vật thể Khi vật thể để môi trường không khí ẩm nước ngưng tụ bề mặt mao quản theo mao quản xâm nhập vào vật thể SVTH: Nguyễn Văn Đại Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án mơn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái - Liên kết dính ướt: liên kết nước bám dính vào bề mặt vật Ẩm liên kết dính ướt dễ tách khỏi vật phương pháp bay đồng thời tách phương pháp học như: lau, thấm, thổi, vắt ly tâm 1.1.3 Phân loại vật liệu ẩm Theo quan điểm hoá lý, vật ẩm hệ liên kết phân tán pha phân tán môi trường phân tán Pha phân tán chất có cấu trúc mạng hay khung không gian từ chất rắn phân môi trường phân tán ( chất khác) Dựa theo tính chất lý học, người ta chia vật ẩm thành ba loại: - Vật liệu keo: vật có tính dẻo có cấu trúc hạt Nước hoặc ẩm dạng liên kết hấp thụ thẩm thấu Các vật keo có đặc điểm chung sấy bị co ngót nhiều, giữ tính dẻo Ví dụ: gelatin, sản phẩm từ bột nhào, tinh bột - Vật liệu xốp mao dẫn: nước hoặc ẩm dạng liên kết học áp lực mao quản hay gọi lực mao dẫn Vật liệu thường dòn không co lại dễ dàng làm nhỏ (vỡ vụn) sau làm khơ Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn v.v - Vật liệu keo xốp mao dẫn: bao gồm tính chất hai nhóm Về cấu trúc vật thuộc xốp mao dẫn, chất vật keo, có nghĩa thành mao dẫn chúng có tính dẻo, hút ẩm mao dẫn chúng trương lên, sấy khơ co lại Loại vật liệu chiếm phần lớn vật liệu sấy Ví dụ: ngũ cốc, hạt họ đậu, bánh mì, rau, v.v 1.1.4 Động học trình sấy Động lực học nghiên cứu quan hệ biên thiên độ ẩm vật liệu với thời gian thong số q trình, ví dụ tính chất cấu trúc vật liệu kích thước vật liệu, điều kiện thủy động lực học tác nhân sấy…, từ xác định chế độ sấy, tốc độ sấy thời gian sấy thích hợp [5 – 154] 1.1.4.1 Khái niệm tốc độ sấy Tốc độ sấy xác định hàm lượng kg ẩm bay 1m bề mặt vật liệu sấy đơn vị thời gian (một giờ) biểu thị dạng vi phân sau [5-180]: U= dW Fdτ kg/m2.h Trong đó: W - lượng ẩm bay thời gian sấy, kg/h; F - bề mặt chung vật liệu sấy, m2 ; τ - thời gian sấy, h; Khi biết tốc độ sấy, ta tìm thời gian sấy theo công thức sau: SVTH: Nguyễn Văn Đại Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án mơn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái τ= G c ( Cđ – Cc ) U F ,h Trong đó: Gc - lượng vật liệu khô tuyệt đối vật liệu sấy, kg/h; Cđ, Cc - độ ẩm ban đầu ban cuối vật liệu sấy, kg/kg vật liệu khô tuyệt đối; 1.1.4.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy Tốc độ sấy phụ thuộc vào nhiều nhân tốc, số nhân tố chủ yếu: - Bản chất vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm… - Độ ẩm ban đầu, ban cuối vật liệu sấy, đồng thời độ ẩm tới hạn vật liệu - Hình dáng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, chiều dày lớp vật liệu… - Độ ẩm khơng khí tốc độ, nhiệt độ khơng khí Nhiệt độ khơng khí cào, tốc độ khơng khí lớn, độ ẩm tương đối khơng khí nhỏ trình sấy tiến hành nhanh Nhưng nhiệt độ khơng khí khơng thể vượt q nhiệt độ sấy cho phép loại vật liệu cụ thể, tốc độ tác nhân sấy khơng thể q lớn phụ thuộc vào điều kiện làm việc chế độ sấy - Tác nhân sấy: sấy khói lò hoặc khơng khí nòng, khói lò nhiệt độ cao, sử dụng số vật liệu chịu nhiệt độ cao - Cấu tạo máy sấy, phương thức sấy chế độ sấy Trên đây, nêu lên số nhân tố có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ thời gian sấy, ta cần biết nhân tố để tiến hành sấy vật liệu cụ thể chọn điều kiện sấy thích hợp 1.1.4.3 Các dạng biểu đồ sấy Khi sấy lượng ẩm bốc giảm dần theo thời gian đó, tốc độ sấy biến đổi theo thời gian, tức biến đổi theo độ ẩm vật liệu Vậy, nghiên cứu sấy ta nên tìm hiểu quan hệ độ ẩm vật liệu với thời gian sấy quan hệ tốc độ sấy với độ ẩm vật liệu Đối với vật liệu sấy cụ thể, ta lấy số liệu thực nghiệm từ vẽ đường biểu diễn mối quan hệ Đường biểu diễn quan hệ độ ẩm C vật liệu với thời gian sấy τ gọi đường cong sấy (hình 1.1) Đường biểu diễn quan hệ tốc độ sấy U độ ẩm C vật liệu gọi đường cong tốc độ sấy (hình 1.2) SVTH: Nguyễn Văn Đại 10 Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án môn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái Mà a = 2,28 m, l = 11m => z − 6, 44z + 5, = Suy ra, z1= 0,95 m hoặc z2 = 5,49 m; Có hai vị trí đặt bánh vòng z1 = 0,95 m; hoặc z1 = 5,49 m; 3.5 Kiểm tra bền thân thùng sấy Tải trọng toàn thùng quay bao gồm: - Trọng lượng vật liệu thùng; - Trọng lượng vỏ thùng - Trọng lượng vành đai lắp lên thùng - Trọng lượng bánh vòng; - Trọng lượng lớp vật liệu cách nhiệt 3.5.1 Trọng lượng vật liệu nằm thùng Tải trọng riêng vật liệu tác dụng lên đơn vị chiều dài q vl xác định theo công thức 5.42 [16]: q vl = F.ρ vl g N/m (3.26) Trong đó: F – tiết diện lớp vật liệu sấy, m2; F = β.Fthùng = 0, 23.3,14 22 = 0,72 m3; ρvl - khối lượng riêng vật liệu vào thùng, kg/m3; ρvl = 2650 kg/m3; g – gia tốc trọng trường, m/s2; Suy qvl = 0,72.2650.9,81 = 18717,5 N/m L = 11m Suy tải trọng vật liệu gây ra: Qvl = qvl L = 18717,5.11= 205892,5 N 3.5.2 Trọng lượng vỏ thùng Theo công thức 5.39 [16]: q th = π.D t S.ρ th g (3.27) đó: S – bề dày thùng, m; S = 0,015 m; Dt – đường kính thân thùng, Dt = 2m; ρth - khối lượng riêng vật liệu chế tạo thùng, kg/m 3; Chọn thép CT5 làm vật liệu chế tạo thùng, theo bảng XII.7 [4-313], ta có ρth = 7850 kg/m3; Tải trọng riêng thùng qth = 3,14.2.0,015.7850.9,81 =7254,2 N/m; Suy Qth = qth.L = 7254,2.11 = 79796,2 N; 3.5.3 Trọng lượng lớp cách nhiệt Tính dựa theo cơng thức tính vành khăn, theo cơng thức 5.40 [16], ta có: SVTH: Nguyễn Văn Đại 59 Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án mơn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái π q cn = (D 22 − D12 ).ρcn g ,N/m (3.28) Trong đó: D2 – đường kính ngồi lớp cách nhiệt, m; D2 = 2,35 m; D1 – đường kính lớp cách nhiệt, m; D1 = Dt + 2.S = + 2.0,015 = 2,03 m; ρcn - khối lượng riêng lớp cách nhiệt (bông thủy tinh), kg/m3; Tra bảng 1.1 [3-8], ta có: ρcn = 200 kg/m3; 3,14 (2,352 − 2,032 ).200.9,81 = 2158,7 N/m; Hay Qcn = qcn L = 2158,7.11 = 23745, N; 3.5.4 Trọng lượng bánh lớn Suy ra: q cn = π 2 Ta có: q br = (D ng − D tr ).ρbr g ,N/m (3.29) Trong đó: Dng – đường kính ngồi bánh Chọn Dng = 2,5 m; Dtr – đường kính bánh răng, Dtr = D2 = 2,35 m; Suy ra: 3,14 (2,52 − 2,352 ).7850.9,81 = 43978,6 N/m Hay Qbr = qbr bw = 43978,6 178,73.10-3 = 7860,3 N; 3.5.5 Trọng lượng vành đai Đường kính vành đai chọn sơ bộ: D v = (1,1 ÷ 1, 2)D1 q br = = (1,1 ÷ 1, 2).2,03 = 2,233 ÷ 2,436 m π Chọn Dv=2,4 m Suy [5-251]: q v = (D 2v − D12 ).ρ.g (3.30) 3,14 (2, 42 − 2,032 ).7850.9,81 = 99086,3 N/m; Chọn bề rộng vành đai bv = 0,2 m; Hay Qv = qv bv = 99086,3 0,2 = 19817,3 N; 3.5.6 Trọng lượng cánh múc nâng Chọn Qc =4000,0 N Vậy tổng trọng lượng thùng là: Q Q = Qvl + Qth + Qcn + Qbr + 2.Qv + Qc = 205892,5 + 79796,2 + 23745,7 + 7860,3 + 2.19817,3 + 4000 =360929,3 N 3.5.7 Kiểm tra bền thân thùng sấy qv = SVTH: Nguyễn Văn Đại 60 Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án môn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái - Khoảng cách hai vành đai Ld, theo công thức 20-28a [11-40]: Ld= 0,586.L=0,586.11 = 6,45 m = 645 cm; (3.31) - Để cho đơn giản tính tốn ta coi thùng chịu tải trọng phân bố Q 360929,3 = = 328,12 N/cm L 1100 Theo công thức 20-29 [11-40], ta có momen uốn lớn là: làm việc: q = Q.L 360929,3.1100 = = 8, 45.106 N.cm (3.32) 47 47 Theo công thức 20-30 [11-40], Momen xoắn sinh thùng quay: Mu = N 37 = 9740 = 1,8.105 N.cm n Với n – số vòng quay thùng, n = vòng/phút; N – công suất tiêu hao, kW; N = 37 kW; Vì Mx c = Fc 0,488 = = 0,813m a + b 0,2 + 0,4 Chọn c = 800 mm - Số cánh mặt cắt :14 cánh SVTH: Nguyễn Văn Đại 68 Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án mơn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái - Ở đầu nhập liệu thùng có lắp cánh xoắn để dẫn vật liệu vào thùng với chiều dài chọn 0,6 m L − 0,6 11− 0,6 = 14× Suy số cánh cần lắp z = 14× = 182 c 0,8 cánh Vậy, với chiều dài thùng sấy L = 11 m ta lắp 13 đoạn cánh dọc theo chiều dài thùng Ở đầu nhập liệu thùng lắp cánh xoắn để dẫn liệu vào thùng với chiều dài 0,6 m 3.10 Tính trục lăn ổ cho trục 3.10.1 Tính trục lăn đỡ Trục lăn đỡ tính dầm có gối tựa A B phân bố bề rộng lăn đỡ RA RB A B a b a - Phản lực tác dụng lên hai gối đỡ A B là: T 104164,5 = 52082,25N = 2 Với T – tải trọng thùng tác dụng lên lăn đỡ Mặt cắt nguy hiểm (1-1) có momen uốn: R = RA = RB = b M ul = R. a + ÷ 2 ,N.mm Với: a = (0,8÷1,1)d; b = (1,2÷1,4)d; - Chọn a=0,8d b=1,2d Với d - đường kính trục lắp lăn; → Mu1=.(0,8d+0,6d)=0,7.d.T N.cm; Mô men chống uốn trục lăn: W= SVTH: Nguyễn Văn Đại M ul σ u (3.54) (3.55) (3.56) 69 Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án mơn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái Chọn vật liệu chế tạo trục thép CT45, theo bảng 10.5 [4-195] có [σ]=67 Mpa; Trục có tiết diện hình tròn có mơ men chống uốn W=0,1.d3; Mu=W.[σ] Suy ra: 0,7.T.d=0,1.d3.[σ] →d= 0,7.T 0,7.104164,5 = = 104,32 mm 0,1.[ σ] 0,1.67 (3.57) Lấy d=105 mm - Đường kính trục chỗ lắp ổ lăn A B Mô men uốn mặt cắt (2-2) (3-3): Mu2 = Mu3 = R.a == 0,4.d.T; Mô men chống uốn (2-2): W1=0,1.d13 = (3.58) M u2 [ σn ] Suy ra: 0,1.d13.[σn] = Mu2 = 0,4.d1.T → d1 = 0, 4.T 0, 4.104164,5 = = 78,86 mm 0,1.[ σn ] 0,1.67 (3.59) Chọn d1 =80 mm 3.10.2 Tính trục lăn chặn Mơ men uốn tiết diện nguy hiểm A MUA=Pmax.l.cosβ Trong đó: l - khoảng cách từ bệ gối đến điểm cuối lăn Pmax – lực tác dụng lớn lên lăn chặn Chọn vật liệu chế tạo thép CT45 [σ]=67 MPa l=1,2d Mô men chống uốn: W=0,1.d3 = (3.60) M UA [ σn ] Suy ra: 0,1.d3 [σn] = MUA = 1,2.d.Pmax.cosβ; 1, 2.Pmax cos10o 1, 2.44281, 45.cos10o = = 88,38 mm →d= 0,1.[ σn ] 0,1.67 Chọn d = 90 mm → l =1,2.90= 108 mm; SVTH: Nguyễn Văn Đại 70 Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án môn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái KẾT LUẬN Thông qua đồ án thiết kế hệ thống sấy thùng quay, em ôn lại kiến thức lý thuyết học học phần Quá trình thiết bị mơn học khác, học cách tính toán thiết kế hệ thống sấy thùng quay thực tế Đồ án giúp em làm quen với việc tìm tài liệu tra cứu, học cách tính tốn khí giúp em nắm mối quan hệ lý thuyết thực tế, chuẩn bị cho đồ án tốt nghiệp tới Đối với hệ thống sấy thùng quay em thiết kế, tính tốn dựa nhiều vào cơng thức thực nghiệm dùng nhiều tài liệu khác Mặt khác, trình độ hạn chế, cơng thức sử dụng nhiều nên q trình tốn tốn có mắc phải sai số Trong đồ án, phận chi tiết tính tốn đầy đủ đáp ứng u cầu đặt đồ án môn học Tuy nhiên, tính tốn lý thuyết nên để thiết kế xác cần phải hoạt động thử chọn chế độ làm việc tối ưu Do kinh nghiệm thực tế ỏi, nên có nhiều điều chưa thật hợp lý, em mong góp ý thêm thầy để hệ thống em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Nguyễn Văn Đại SVTH: Nguyễn Văn Đại 71 Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án môn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Phú, Tính tốn thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2001 [2] Trần Văn Phú, Hướng dẫn thiết kế thiết bị sấy, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội xuất bản, 1991 [3] Tập thể tác giả, Sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hố chất, tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [4] Tập thể tác giả, Sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hố chất, tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [5] Bộ mơn máy hóa, Hướng dẫn tính tốn thiết kế máy thiết bị hóa chất, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1973 [6] Nguyễn Bin, Các trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập 4, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nôi, 2005 [7] Tập thể tác giả, Máy thiết bị sản xuất hóa chất, NXB Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nơi, 1971 [8] Trịnh Chất, Lê Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, tập 1, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 [9] Hoàng Văn Chước, Kỹ thuật sấy, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1999 [10] Hoàng Văn Chước, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [11] Hồ Lê Viên, Các máy gia công vật liệu rắn dẻo, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 SVTH: Nguyễn Văn Đại 72 Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 Đồ án mơn học GVHD: TS Vũ Hồng Thái [12] Lã Đình Trao, Các q trình máy gia cơng học cơng nghệ hóa chất, tập 2, Khoa Đại học chức, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1976 [13] Hồ Lê Viên, Giáo trình Máy hóa chất, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1968 [14] Nguyễn Văn May, Bơm quạt máy nén, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [15] Nguyễn Văn May, Giáo trình Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2002 [16] Hồ Lê Viên, Giáo trình Cơ sở tính tốn máy hóa chất thực phẩm, Khoa Đại học chức, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1997 [17] Nguyễn Bin, Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000 [18] Nguyễn Lam, Lý thuyết kỹ thuật sấy, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1975 [19] Bộ mơn Kỹ thuật hữu cơ, Tính tốn q trình thiết bị sản xuất khí than, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1966 [20] Chu Xuân Thản, Hóa học than, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1998 [21] Phạm Văn Thơm, Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất thực phẩm, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 [22] Trần Văn Phú, Kỹ thuật sấy, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2008 SVTH: Nguyễn Văn Đại 73 Lớp Kỹ thuật hóa học 4-K54 ... trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy xạ … - Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun… - Dựa... hợp sấy khác nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác nhau, có nhiều cách phân loại thiết bị sấy: - Dựa vào tác nhân sấy: ta có thiết bị sấy khơng khí hoặc thiết bị sấy khói lò, ngồi có thiết bị sấy. .. Bộ mơn Máy thiết bị hóa chất em thực đồ án mơn học với đề tài “Tính tốn thiết kế hệ thống sấy thùng quay Đồ án thiết kế hệ thống sấy thùng quay với phương thức ngược chiều, vật liệu sấy canxi