Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường năng suất 2000kgh

Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN 1.1 Nội dung đồ án Thiết kế thiết bị sấy thùng quay dùng để sấy đường với suất 2000 kg/h 1.2 Lựa chọn thông số ban đầu  Về độ ẩm đầu vật liệu sấy: Sấy đường gian đoạn qua trọng để tạo đường thành phẩm sau giai đoạn ly tâm quy trình sản xuất đường Đường sau giai đoạn ly tâm có độ ẩm 0,2-2% cần sang giai đoạn sấy khô làm nguội đường trước đóng bao để tránh đường bị ướt Chọn độ ẩm đầu vật liệu sấy cho đồ án 2%  u1 = 2% = 0,02 (theo vật liệu ướt)  Về độ ẩm cuối vật liệu sấy: Sấy đường nhằm mục đích làm đường khơ, màu sắc đường trắng, bóng, , khơng bị biến đổi chất lượng bảo quản Độ ẩm đường sau sấy giữ mức 1% để tránh đường bị vón cục đường hấp thu lại nước khơng khí Chọn độ ẩm cuối vật liệu sấy cho đồ án 0,15%  u2 = 0,15% = 0,0015 (theo vật liệu ướt)  Về tác nhân sấy: Trong đồ án, tác nhân sấy sử dụng khơng khí từ bên ngồi mơi trường khơng khí có sẵn tự nhiên, khơng gây độc hại không làm bẩn sản phẩm sấy Giả sử đường sấy nhà máy Tây Ninh Khơng khí khu vực có nhiệt độ trung bình 270C, độ ẩm tương đối 85% gia nhiệt hệ thống calorife khí-hơi Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan sấy Quá trình sấy trình làm bốc nước khỏi vật liệu nhiệt Nhiệt cung cấp cho vật liệu ẩm dẫn nhiệt, đối lưu, xạ lượng điện trường có tần số cao Mục đích q trình sấy làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền bảo quản tốt Trong trình sấy, nước cho bay nhiệt độ khuếch tán chênh lệch áp suất riêng phần nước bề mặt vật liệu môi trường xung quanh Sấy q trình khơng ổn định, độ ẩm vật liệu thay đổi theo không gian thời gian Tùy theo trình cấp nhiệt cho ẩm mà người ta phân phương pháp sấy khác nhau: Cấp nhiệt đối lưu gọi sấy đối lưu, cấp nhiệt dẫn nhiệt gọi sấy tiếp xúc, cấp nhiệt xạ gọi sấy xạ Ngồi có phương pháp sấy đặc biệt: Sấy trường siêu âm, sấy thăng hoa, … Đối tượng trình sấy đa dạng: bao gồm nguyên liệu bán thành phần thành phẩm giai đoạn khác trình sản xuất chế biến, thuộc nhiều lĩnh vực kinh tế khác Nói cách khác, kỹ thuật sấy ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp đời sống 2.2 Tổng quan nguyên liệu sấy Nước ta nước nhiệt đới nên đường sản xuất chủ yếu từ mía Đường đem sấy tinh thể đường saccarose Tính chất nguyên liệu: - Là chất rắn kết tinh, không màu, suốt, vị Đường kính tương đương hạt đường: 0,8 mm Khối lượng riêng đường: = 793-810 g/cm3 Nhiệt dung riêng đường: C = 1,04 – 1,07 kJ/kg.K Hệ số dẫn nhiệt đường: λ = 0,120W/m.K Nhiệt nóng chảy: 1860C Tuy nhiên, nhiệt độ 1000C đường bị caramen hóa phần làm đường bị sẫm màu Dễ tan nước, độ tan tỉ lệ thuận với nhiệt độ Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h Tổng quan thiết bị sấy 2.3 Có nhiều chủng loại máy sấy đường khác sử dụng nhà máy đường như: • • • Máy sấy đường sàn rung băng tải đường Máy sấy đường thùng quay Máy sấy đường nhiều ống, Trong đồ án, ta sử dụng thiết bị sấy thùng quay để sấy đường với ưu điểm như: trình sấy đặn nhờ tiếp xúc tốt đường tác nhân sấy, thiết bị gọn, dễ dàng giới hóa tự động hóa  Hệ thống sấy thùng quay sấy đường Cấu tạo hệ thống sấy thùng quay thùng sấy hình trụ tròn Thùng sấy đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang theo tỷ lệ 1/15 1/50 Thùng sấy quay nhờ động điện thông qua hộp giảm tốc bánh Đường từ phễu chứa vào thùng sấy với tác nhân sấy Q trình sấy diễn xuôi chiều ngược chiều Trong đồ án này, ta chọn q trình sấy xi chiều đường tác nhân sấy với lí do: Q trình sấy xi chiều đường tác nhân sấy chiều nhau, cường độ sấy cao, thời gian sấy ngắn, thiết bị có cấu tạo đơn giản so với sấy ngược chiều • Với q trình sấy xi chiều, đường khỏi thiết bị sấy có nhiệt độ sấy khoảng 400C Trong sấy ngược chiều, đường khỏi thiết bị sấy khơ lại có nhiệt độ cao khiến đường bị caramen hóa khiến đường bị sẫm màu làm giảm chất lượng sản phẩm • Sau đường tác nhân sấy vào thùng, thùng sấy quay tròn, vật liệu sấy vừa bị xáo trộn vừa dần vào đầu cao thùng xuống đầu thấp Trong trình này, tác nhân sấy vật liệu sấy trao đổi nhiệt ẩm cho Đường hết chiều dài thùng sấy lấy vận chuyển vào kho chứa tác nhân sấy qua xyclon để thu hồi vật liệu sấy theo thải môi trường Để tăng cường trình xáo trộn trình trao đổi nhiệt ẩm người ta bố trí thùng sấy cánh khuấy Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h 3.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ  Dòng tác nhân sấy: Khơng khí điều kiện bình thường (270C, 85%) quạt đẩy vào hệ thống qua ống dẫn khí vào hệ thống calorife khí-hơi để tiến hành trao đổi nhiệt lên 900C Calorife gia nhiệt nước bão hòa lấy từ lò Nước ngưng tụ từ hệ thống gia nhiệt đưa bồn chứa nước ngưng Sau tác nhân sấy dẫn vào thùng sấy chuyển động chiều với vật liệu sấy Tại thùng sấy, tác nhân sấy tiến hành trình truyền nhiệt dẫn ẩm khỏi vật liệu Nhiệt độ tác nhân sấy giảm dần đến khỏi thùng sấy 400C Trong dòng tác nhân sấy khỏi thùng có lẫn bụi đường, hỗn hợp khí-bụi dẫn vào cyclon để lọc thu bụi đường, không khí sau lọc bụi theo quạt hút thải ngồi mơi trường  Dòng vật liệu: Đường đưa đến gầu tải để vận chuyển lên cao đưa vật liệu vào cấu nhập liệu vào thùng sấy Thùng sấy có dạng hình trụ đặt nằm nghiêng góc 3-60C so với mặt phẳng ngang, đặt hệ thống lăn đỡ chặn Chuyển động quay thùng thực nhờ truyền động từ động sang hộp giảm tốc đến bánh gắn thùng Tại thùng sấy, đường sâu vào thùng sấy xáo trộn cánh đảo thùng quay Đồng thời, diễn trình trao đổi ẩm với tác nhân sấy Nhờ độ nghiêng thùng mà vật liệu vận chuyển dọc theo chiều dài thùng Quá trình diễn từ đường bắt đầu vào thùng đến khỏi thùng để đạt độ ẩm theo yêu cầu kĩ thuật Tại cuối thùng sấy, đường sau tách ẩm tháo liệu ngoài, vận chuyển hệ thống băng tải ngồi để đóng bao đưa vào khu vực bảo quản Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH  Thơng số cơng nghệ Năng suất nhập liệu G1 = 2000 kg/h Độ ẩm ban đầu vật liệu sấy: u1 = 2% = 0,02 Độ ẩm cuối vật liệu sấy: u2 = 0,15% = 0,0015 Thiết bị sấy đặt nhà máy Tây Ninh Nhiệt độ khơng khí trước vào calorife: t = 270C Độ ẩm tương đối không khí: Chọn q trình sấy xi chiều Tác nhân sấy: khơng khí nóng Chọn cường độ sấy: A = kg/m3h 4.1 (Trang 179-[5]) Xác định thông số trạng thái tác nhân sấy q trình sấy lí thuyết  Thông số trạng thái tác nhân sấy trước vào calorife (A):  t0 = 270C; Ta sử dụng giản đồ khơng khí ẩm RAMZIN để tra thông số tác nhân sấy A:       Áp suất bão hòa: Pb0 = 0,03548 bar Hàm ẩm: x0 = 0,0191 kg ẩm/kg khơng khí khơ Độ ẩm tương đối: = 0,85 = 85% Enthanpy: I0 = 75,63 kJ/kg khơng khí khơ Thể tích riêng khơng khí ẩm: ν0 = 0,879 m3/kg Khối lượng riêng khơng khí ẩm: ρ0 = 1,163 kg/m3  Thông số trạng thái tác nhân sấy trước vào thùng sấy (B): Khơng khí ngồi trời từ trạng thái (A) đưa vào calorife nhờ quạt đẩy đốt nóng đẳng ẩm đến trạng thái B (x1, t1) (x0 = x1 = 0.0191) để đưa vào thùng sấy Nhiệt độ t1 điểm B nhiệt độ cao tác nhân sấy, quy định bới tính chất vật liệu sấy, chế độ cơng nghệ chọn phần Do đường bị ngả màu vàng nhiệt độ 1000C nên ta cần chọn nhiệt độ tác nhân sấy nhiệt độ Tại thời điểm B: t1 = 900C, x1 = x0 = 0,0191 kg ẩm/kg khơng khí khơ Sử dụng giản đồ khơng khí ẩm RAMZIN để xác định thông số trạng thái tác nhân sấy thời điểm B: Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h Áp suất bão hòa: Pb1 = 0,6908 bar Hàm ẩm: x1 = 0,0191 kg ẩm/kg khơng khí khơ Độ ẩm tương đối: = 0,044 =4,4% Enthanpy: I1 = 141,0 kJ/kg khơng khí khơ Thể tích riêng khơng khí ẩm: ν1 = 1,064 m3/kg Khối lượng riêng khơng khí ẩm: ρ1 = 0,961 kg/m3  Thông số trạng thái tác nhân sấy sau khỏi thùng sấy (C):       Nhiệt độ tác nhân sấy sau khỏi thùng sấy t2 chọn cho tổn thất nhiệt tác nhân sấy mang bé tránh tượng đọng sương (trạng thái C nằm đường bão hòa) Đồng thời, độ chứa ẩm tác nhân sấy C phải nhỏ độ ẩm cân vật liệu sấy thời điểm để vật liệu sấy khơng hút ẩm trở lại Với q trình sấy lí thuyết, ta có: I1 = I2 = 141,0 kJ/kg khơng khí khơ, = 100% Dựa vào giản đồ trạng thái khơng khí ẩm => ts = 24,60C => Chọn t2 = 400C Sử dụng giản đồ khơng khí ẩm RAMZIN xác định thông số tác nhân sấy thời điểm C:       Áp suất bão hòa: Pb2 = 0,0732 bar Hàm ẩm: x2 = 0,0393 kg ẩm/kg khơng khí khơ Độ ẩm tương đối: = 0,823 = 82,3% Enthanpy: I2 = 141,0 kJ/kg khơng khí khơ Thể tích riêng khơng khí ẩm: ν2 = 0,946 m3/kg Khối lượng riêng khơng khí ẩm: ρ2 = 1,105 kg/m3 Ta tóm tắt thơng số trạng thái tác nhân sấy q trình sấy lí thuyết bảng sau: Bảng 1: Trạng thái tác nhân sấy q trình sấy lý thuyết Trạng thái khơng khí ban đầu (A) 27 Trạng thái khơng khí vào thiết bị sấy (B) 90 Trạng thái khơng khí khỏi thiết bị sấy (C) 40 0,85 0,044 0,823 x(kg/kgkkk) 0,0191 0,0191 0,0393 I(kJ/kgkkk) 75,63 141,0 141,0 Pb(bar) 0,03548 0,6908 0,0732 ν(m3/kg) 0,879 1,064 0,946 Đại lượng t(0C) Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h ρ (kg/m3) 4.2 1,163 0,961 Tính cân vật chất • Phương trình cân vật chất: 1,105 (CT VII.17-p102-[8]) G1 = G + W G1u1 = G2u2 + W 4.3 • Lượng ẩm bốc giờ: (CT VII.18-p102-[8]) • Lượng vật liệu khơ tuyệt đối: • Năng suất sản phẩm: • Lượng tác nhân khơ cần thiết: (CT VII.21-p102-[8]) • Lượng tác nhân tiêu hao riêng: (CT VII.20-p102-[8]) (CT 7.4-p127-[4]) Cân lượng cho q trình sấy lí thuyết Phương trình cân nhiệt cho thiết bị sấy lí thuyết (CT 7.15-p131-[4]) Nhiệt lượng tiêu hao q trình sấy lí thuyết: Q0 = 1834,455 (141,0 – 75,63) = 119918,323 kJ/h Nhiệt lượng tiêu hao riêng: 4.4 (CT 7.16-p131-[4]) Cân lượng cho trình sấy thực Vì trình sấy khơng có bổ sung nhiệt lượng thiết bị sấy thùng quay khơng có thiết bị chuyển tải  Nhiệt lượng bổ sung Qbs = 0, nhiệt lượng thiết bị chuyển tải QCT = Như vậy:  Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm: • Nhiệt lượng tác nhân sấy nhận calorife: L(I - I0) Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h • Nhiệt lượng vật liệu sấy mang vào: [(G1 – W)Cv1 + WCa)]tv1  Nhiệt lượng đưa khỏi thiết bị sấy gồm: • Nhiệt lượng tổn thất tác nhân sấy mang đi: L(I2 – I0) • Nhiệt lượng tổn thất qua cấu bao che: Qbc • Nhiệt lượng vật liệu sấy mang ra: G2.Cv2.tv2 Trong đó: tv1 - Nhiệt độ ban đầu vật liệu sấy, ta lấy nhiệt độ môi trường tv1 = t0 = 270C ( Trang141-[4]) • tv2 - Nhiệt độ cuối vật liệu sấy sau khỏi thiết bị sấy tv2 = t2 – (50C) = 40 – = 350C (ta chọn nhỏ nhiệt độ đầu tác nhân sấy – 100C) (Trang 141-[4]) • Cv – Nhiệt dung riêng vật liệu sấy với độ ẩm u: Cv = Cvk(1 – u) + Cau (kJ/kg.K) (CT 7.40-p141-[4])  Ca - Nhiệt dung riêng ẩm (nước): Ca = Cn = 4180 J/kg.K  Cvk – Nhiệt dung riêng vật liệu khô: Cvk = 1,2-1,7 (kJ/kg.K) (Trang 20-[4]) Chọn Cvk = 1,45 kJ/kg.K •  Cv2 = Cvk.(1 – u2) + Ca.u2 = 1450.(1- 0,0015) + 4180 0,0015 = 1454,095 J/kg.K  Cân nhiệt lượng vào hệ thống sấy Đặt Qv – Tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang đi: Mặt khác: G2 = G - W  Nhiệt lượng tiêu hao cho trình sấy thực (Trang 135-[4]) (CT 7.18-p135-[4])  Nhiệt lượng tiêu hao riêng (nhiệt lượng cần để bốc kg ẩm) Trong đó: (CT 7.19-p135-[4])  Tổn thất nhiệt vật liệu sấy: coi Cv1 = Cv2 10 (Trang 135-[4]) Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h Đường kính Bước ống ngang d1 s1 m m 0,016 0,05 Bước ống dọc s2 m 0,0433 h m 0,001 tc m 0,005 δc dc m m 0,0005 0,024 λc W/mK 50,6 Chiều dài cánh Khoảng cách cánh liên tiếp Cánh Bề dày cánh Đường kính cánh Hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm ống cánh d1 = d2 - 2δ Chọn Trường hợp xếp ống so le tam giác Chọn dc = d2 + 2h Thép CT20 ( Bảng XII.7-p313-[8]) Bảng 16: Các thông số không khí di chuyển ngồi ống STT Thơng số Kí hiệu Nhiệt độ trung bình T Độ ẩm trung bình φ Đơn vị Cơng thức- Nguồn Gía trị C 60 Đơn vị 0,447 Hệ số dẫn nhiệt λ W/m.K Độ nhớt μ Ns/m2 Áp suất bão hòa pb bar Khối lượng riêng ρ kg/m3 Độ nhớt động υ m2/s  Tính hiệu số nhiệt độ trung bình: I134-p144-[7] I114-p118-[7] CT 2.11-p14-[3] CT VII.9-p95-[8] 0,0290 1,9946.10-5 0,1968 1,025 1,946.10-5 Hiệu số nhiệt độ hai dòng lưu chất đầu vào đầu Calorife: Δtđ = Tc – tw1 = 142,9 – 27 = 115,90C Δtc = Tc – tw2 = 119,6 – 93 = 49,90C Vì hiệu số nhiệt trung bình tác nhân sấy nước cấp nhiệt:  Tính hệ số cấp nhiệt phía khơng khí ngồi ống α2: • Các thơng số khơng khí ngồi ống: Tác nhân sấy khơng khí nhiệt độ môi trường tw1 = t0 = 270C sau qua calorife gia nhiệt lên tw2 = t1 = 930C (Để trừ hao tổn thất nhiệt đảm bảo dòng tác nhân vào thùng sấy có nhiệt độ t1 = 900C) 33 Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h • Bước cánh: • Số cánh tối đa có ống: (Trang 106-[15]) Chọn số cánh nc = 182 cánh • Diện tích phần khơng làm cánh ống: • Diện tích phần cánh ống: • Đường kính tương đương ống: (CT 2.127-p105-[15]) Do ta bố trí ống so le tam giác nên bước ống chéo s2’ = s1 => Nên • (CT 2.126-p105-[15]) Lưu lượng khơng khí vào calorife: V0 = v0.L = 0,879 2273,374 =1998,30 m3/h = 0,56 m3/s Trong đó:   • v0 - Thể tích riêng khơng khí 270C (kg/m3) L – Lưu lượng tác nhân khô (kg/h) Chọn đường kính ống dẫn khí hệ thống D = 0,2 m => Vận tốc dòng khí đường ống: • Chọn đường kính cửa vào caloriphe d = 0,15m Khi đó, có tăng vận tốc dòng khí cửa vào calorife đột mở giá trị vận tốc là: • Vận tốc khơng khí khe hẹp calorife: 34 (CT 2.129-p106-[15]) Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h • Chuẩn số Reynolds: (CT 2.125a-p105-[15]) • Với ống xếp so le, chuẩn số Nuselt: • Hệ số cấp nhiệt cánh: • Hệ số cấp nhiệt tương đương phía ngồi ống có cánh: (CT 2.125-p104-[15]) (CT 2.118-p103-[15]) Trong  F2l – Diện tích ống có cánh F2l = F0l + Fcl = 0,0572 + 0,0503 = 0,1075 m2  Hiệu suất cánh tròn ηc:   h’ = h.(1+ 0,35.lnψ) lnψ = (CT 2.122-p104-[15]) Trong đó:  h’ = 0,001.(1 + 0,35 1,2) = 1,42.10-3 m • Hệ số làm cánh: (CT 2.136-p109-[15]) 35 Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h  Tính hệ số cấp nhiệt α1: Sự cấp nhiệt phía ống cấp nhiệt nước bão hòa ngưng tụ ống đứng Bảng 17: Các thơng số nước bão hòa ngưng tụ ống STT Thông số Áp suất nước ngưng tụ Nhiệt độ nước ngưng Nhiệt độ thành ống phía tiếp xúc nước ngưng tụ Nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ Kí hiệu Đơn vị Ghi Chọn 142,9 Bảng I.251-p315-[7] Chọn p at T tw 137 tm 139,95 C C C μn ρn W/m K Ns/m2 kg/m3 0,201.10-3 926,1 r J/kg 2150.103 Hệ số dẫn nhiệt λn Độ nhớt Khối lượng riêng Ẩn nhiệt ngưng tụ • Giá trị 0,684 - Lấy tm Bảng I.249p311-[7] - Lấy Tc Bảng Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ nước bão hòa ống đứng, màng chất ngưng tụ chảy tấng: Trong đó: λn, ρn, μn – Lần lượt hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêng độ nhớt lấy nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ  L – Chiều dài ống: L = 1,5m  Δt1 – Hiệu số nhiệt độ: Δt1 = Tc – tw = 142,9 -137 = 5,90C   Hệ số truyền nhiệt K: • Tỉ số đường kính ngồi đường kính ống: • Với d2/d1 < 1,4 hệ số truyền nhiệt K tính với vách phẳng: 36 Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h  Kiểm tra lại việc chọn tw: • Theo phương trình truyền nhiệt, mật độ dòng nhiệt truyền qua tường phẳng: q = q Với q = K.Δttb = 737,83 78,32 = 57787 W/m2 q1 = α1.Δt1 = 9445 5,9 = 55725,5 W/m2 • Sai số: Vì sai số ε < 5% nên việc chọn tw = 1370C chấp nhận  Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt kích thước calorife: • Nhiệt lượng cần cung cấp cho calorife: Q = L.(I1 – I0) = 2273,374 (141 – 75,63) = 148610 kJ/h • Diện tích bề mặt ống: • Tổng số ống calorife: Chọn theo tiêu chuẩn, lấy n = 37 ống (Bảng 3.6-262-[10]) Với kiểu bố trí ống mạng ống theo hình sáu cạnh đều, ta có thơng số sau: Tổng số ống thiết bị: n = 37 ống Số hình sáu cạnh: Số ống đường xuyên tâm hình sáu cạnh: b = ống • Đường kính calorife:    D = s1(b-1) + 4d2 = 0,05.(7-1) + 0,02 =0,38 m Chọn theo tiêu chuẩn, lấy D = 0,4 m Chọn đáy nắp ellips theo bảng XIII.10-p382-[8]: Dt = 400 mm ht = 100 mm h = 25 mm F = 0,2 m2  Trở lực qua calorife:     37 Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h Hệ số trở lực: (Trang 111-[15]) Trở lực cục qua calorife: Tính chọn xyclon 6.3 Tác nhân sấy sau qua thùng sấy mang theo nhiều hạt bụi đường Do đó, cần có biện pháp để làm khơng khí sau sấy trước thải môi trường Trong hệ thống sấy thùng quay thường dùng xyclon đơn Chọn loại xyclon đơn IIH-15Y với góc nghiêng cửa vào α = 150 Loại đảm bảo độ làm bụi lớn với hệ số sức cản thủy lực nhỏ • Lưu lượng khí vào xyclon lưu lượng tác nhân sấy khỏi thùng sấy: Vxyclon = 2136,972 m3/h = 0,594 m3/s • Căn vào lưu lượng khí xyclon, ta chọn xyclon IIH có suất từ 1830-2140 m3/h với đường kính xyclon D = 450 mm (Bảng II.5-p524-[7]) Ta tra kích thước xyclon IIH-15Y bảng 18 • Bunle chứa bụi:  Thể tích làm việc bunke xyclon đơn: Vbunke = 0,4 m3  Góc nghiêng thành bunke cần phải lấy lớn góc nghiêng rơi tự do, thường lấy 55÷600 => Chọn 600 (Trang 525-[7])  Độ làm xyclon: η = 89% (Bảng III.12-p533-[7]), đường kính hạt bụi tách nhỏ từ 5÷20 μm (Bảng III.13-p533-[7]) Bảng 18: Kích thước xyclon đơn loại IIH-15Y: STT Kích thước xyclon Đường kính Chiều cao cửa vào Chiều cao ống tâm có mặt bích Chiều cao phần hình trụ Chiều cao phần hình nón Chiều cao phần bên ngồi ống tâm Kí hiệu D A Công thức Giá trị 0,66D 450 297 h1 1,5D 675 h2 1,51D 679,5 h3 1,5D 675 h4 0,3D 135 38 Đơn vị Ghi mm Các kích thước liên hệ với đường kính xyclon bảng III.4-p524[7] Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h 10 11 12 13 14 Chiều cao chung Đường kính ngồi ống Đường kính cửa tháo bụi Chiều rộng cửa vào Chiều dài ống cửa vào Khoảng cách từ tận xyclon đến mặt bích Góc nghiêng nắp ống vào Hệ số trở lực xyclon H 3,31D 1489,5 d1 0,6D 270 d2 0,4D 180 b1/b 0,26D/0,2D 117/90 L 0,6D 270 h5 0,3D 135 Α 15 Độ ξ 110 Đơn vị Bảng 19: Hiệu suất làm Xyclon loại IIH-15Y Hiệu suất làm η (%) 6.4 • Tốc độ quy ước khí: • Trở lực qua xyclon: 57,5 Đường kính loại hạt bụi (μm) 10 87 20 98 Tính trở lực chọn quạt Vì hệ thống sấy dài, trở lực lớn nên ta bố trí quạt đầu cuối hệ thống: Quạt đẩy: Đặt đầu hệ thống có nhiệm vụ cung cấp khơng khí cho calorife để gia nhiệt sau đẩy vào thùng sấy  Quạt hút: Đặt cuối hệ thống có nhiệm vụ hút khơng khí sau sấy khỏi thùng sấy qua xyclon để thu hồi bụi • Vận tốc khí:  39 Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h Với Sống – Diện tích tiết diện ngang ống (m2) Chọn quạt li tâm áp suất trung bình II9-57 No4 có kích thước:  Mặt bích cửa ra: Hình vng B = 280 mm  Mặt bích cửa vào: Hình tròn D = 408 mm • Ta sử dụng lại bảng thông số khơng khí đường ống để tính tốn Đại lượng Trạng thái khơng khí ban đầu (A) Trạng thái khơng khí vào thiết bị sấy (B) Trạng thái khơng khí khỏi thiết bị sấy (C’) t(0C) 27 90 40 0,85 0,044 0,745 Pb(bar) 0,03548 0,6908 0,0732 0,879 1,064 0,940 1,163 0,961 1,105 ν(m /kg) ρ (kg/m ) μ (N.s/m2) 1,85.10-5 2,15.10-5 Bảng 20: Thiết kế hệ thống đường ống Điểm bắt đầu ST T Vị trí Đầu ống vào quạt đẩy Cửa quạt đẩy Cửa calorife Cửa thùng sấy Cửa xyclon Đoạn ống Điểm kết thúc Kích thước (mm) Vận Chiều tốc khí dài L υ (m) (m/s) Kích thước (mm) Vận tốc khí υ (m/s) Ø200 17,67 0,25 Ø200 17,67 280*28 7,08 0,5 Ø200 17,67 Ø200 21,39 1,5 Ø200 21,39 Ø200 18,89 0,5 Ø200 18,89 Ø200 18,89 0,25 Ø200 18,89 40 1,91.10-5 Vị trí Kích thước (mm) Vận tốc khí υ (m/s) Cửa vào quạt đẩy Ø408 4,25 Ø150 31,41 Ø200 21,39 Cửa vào xyclon 117*90 56,37 Cửa vào quạt hút Ø408 4,54 Lối vào calorife Cửa vào thùng sấy Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h Vận tốc trung bình hệ thống ống dẫn: 6.4.1 Tính trở lực đường ống  Trở lực ma sát đường ống • Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống dẫn thẳng: Trong đó:       vk, ρk – Lần lượt vận tốc (m/s), khối lượng riêng (kg/m3) khơng khí sấy vị trí tương ứng L – Chiểu dài ống dẫn (m) Dtđ – Đường kính tương đương đường ống (m) Ống tròn: Dtđ = Dống Ống hình chữ nhật: Với a,b – Chiều dài cạnh tiết diện chữ nhật ống (m) λ – Hệ số trở lực ma sát ống, phụ thuộc vào chế độ chuyển động chất lỏng Re độ nhám thành ống Với chuẩn số Renolds: Bảng 21: Kết tính trở lực ma sát đường ống STT Đoạn ống L (m) Dtđ (m) Re Dẫn vào quạt Từ sau quạt đẩy đến trước calorife Từ sau calorife đến trước thùng sấy Từ sau thùng sấy đến xyclon Từ sau xyclon đến quạt hút 0,25 0,2 2,2.105 λ Bảng PII.2p248-[6] 0,0158 0,5 0,2 2,2.105 0,0158 7,18 1,5 0,2 1,91.105 0,0162 26,70 0,5 0,2 2,17.105 0,0159 7,84 0,25 0,2 2,17.105 0,0159 3,92 ΣΔpms Δpl (N/m2) 3,59 49,23 41 Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h  Trở lực cục đường ống • Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục đột mở ống dẫn: Với:   A1, A2 – Diện tích ống có tiết diện nhỏ ống có tiết diện lớn (m2) u – Vận tốc trung bình tiết diện nhỏ (m/s) Trở lực đột mở tính tốn thu kết bảng 22 Bảng 22: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục đột mở ST T Ống nhỏ Vị trí trở lực Đường ống nối với cửa vào quạt đẩy Đường ống nối với thân calorife Đường ống nối với buồng sấy Đường ống nối với thân xyclon Đường ống nối với cửa vào quạt hút Ống lớn (N/m2) 118,62 Dtđ1 (m) A1 (m2) Dtđ2 (m) A2 (m2) 0,2 0,031 0,40 0,130 0,240 17,6 0,4 0,125 0,140 0,785 0,04 0,101 0,008 0,45 0,159 0,639 31,4 21,3 73,2 0,2 0,031 0,40 0,130 0,240 17,6 0,15 0,2 0,017 0,031 423,84 219,62 965,55 118,62 1846,2 ΣΔPđm • u (m/s) Trở lực cục đột thu ống dẫn: 42 Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h KC – Hệ số đột thu A1, A2 – Tiết diện ống nhỏ, ống lớn u – Vận tốc trung bình ống có tiết diện nhỏ Bảng 23: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục đột thu Ống nhỏ ST T Vị trí trở lực Ống lớn A1 (m2) Cửa quạt đẩy nối với 0,031 0,2 đường ống Đường ống nối cửa vào 0,017 0,15 calorife Thân calorife nối với 0,031 0,2 đường ống Thân thùng sấy nối với 0,031 0,2 đường ống Thân xyclon nối với 0,031 0,2 đường ống ΣΔPđt Dtđ1 (m) Dtđ2 (m) u (m/s) (N/m2 ) 17,67 30,62 31,41 86,09 21,39 34,32 A2 (m2) 0,061 0,031 0,125 0,509 0,563 0,249 0,785 0,04 18,89 68,51 0,45 0,159 0,197 18,89 57,27 0,28 0,2 0,4 276,81 Trở lực cục khúc quanh ống dẫn (có khúc quanh) Tính cho khúc quanh 900: Với Kf hệ số tổn thất khớp nối van, trường hợp khúc quanh 900: Kf = 0,9 u – vận tốc trung bình dòng chảy ống qua khớp nối: u = 19,835 m/s • Khi đó, ta tính trở lực cục đường ống: • Tổn thất cột áp qua thiết bị hệ thống: • Cột áp tồn phần cần thiết để khắc phục tất sức cản thủy lực hệ thống: 43 Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h  Tổn thất cột áp toàn phần, điều kiện làm việc (do sử dụng đặc tuyến thành lập cho điều kiện tiêu chuẩn): (CT II.238a-p463-[7]) Với:     t – Nhiệt độ làm việc khí: t = 650C B – Áp suất chỗ đặt quat: B = 760 mmHg ρk – Khối lượng riêng khí điều kiện làm việc: ρk = 0,947 kg/m3 ρ – Khối lượng riêng khí điều kiện tiêu chuẩn: ρ = 1,293 kg/m3 6.4.2 Tính cơng suất động quay quạt • Trở lực mà quạt phải khắc phục: ∆Pquạt Do ta sử dụng quạt hút đẩy hai đầu hệ thống nên đối vối quạt: • Cơng suất trục động điện vận chuyển khơng khí nhiệt độ cao: Với: V – Năng suất quạt, lấy lưu lượng khơng khí hệ thống điều kiện làm việc V = 2136,972 m3/h = 0,594 m3/s  ηq – Hiệu suất quạt, lấy theo đặc tuyến: ηq = 0,5 (Hình 2.56a-p488-[7])  ηtr – Hiệu suất truyền động Khi nối quạt trục động khớp trục: η tr = 0,98  Công suất động điện: Nđc = k3 N (kW) Với k3 – Hệ số dự trữ: k3 = (CT II.240-p464-[7]) (Bảng II.48-p464-[7])  Nđc = 6,58 kW Chọn động có cơng suất Nđm = kW 6.5 Chọn kích thước chi tiết thiết bị thùng quay  Thân thùng trước sau thùng quay: - Chiều dài thùng trước: d = 1400 mm - Chiều rộng thùng trước: r = 800 mm - Chiều cao thùng trước: h = 1400 mm - Kích thước thùng sau tương tự thùng trước 44 Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h Chân đỡ: làm thép CT3 Chiều dài: d = 90 mm Chiều rộng: r = 90 mm Chiều cao: chân đỡ đầu thùng h = 1390 mm, chân đỡ cuối thùng h = 980 mm Phễu nhập liệu: làm thép CT3 Miệng phễu lớn hình vuông, cạnh dài: a = 600 mm Miệng phễu nhỏ hình vng, cạnh dài: a = 180 mm Con quay phân phối nguyên liệu: làm thép CT3 Đường kính: D = 170 mm 6.6 Tính gầu tải nhập liệu 6.6.1 Chọn chi tiết gầu tải - Bộ phận kéo:    - Băng làm vải cao su Chọn chiều rộng băng 400 mm, chọn số lớp vải z = (do vật liệu dạng hạt) - Gầu: Chọn loại gầu nơng đáy tròn có kích thước sau: - A = 65 mm B = 125 mm h = 85 mm: Chiều cao gầu R = 30 mm i = 0,2 lít = 0,0002 m3: Dung tích gầu Các gầu đáy tròn lắp phận kéo cách khoảng: - Khi bắt đầu gắn vào băng, ta đập lõm phần kim loại xung quanh lỗ bắt vít, để ghép gầu vào băng, mặt băng bulông nằm mặt phẳng, băng ơn khít với tang Tang dẫn động: Tang gầu tải băng chế tạo phương pháp hàn - Đường kính tang xác định: D = (125÷150).z = 150 = 750 mm Chọn đường kính theo tiêu chuẩn D = 800 mm 6.6.2 Tính suất công suất gầu tải - Năng suất gầu tải: Trong đó:   v = m/s - Vận tốc cấu kéo băng ρ - Khối lượng riêng xốp khối hạt ρ = 990 kg/m3 45 Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h  φ = 0,6 - Hệ số chứa đầy vật liệu gầu, cho vật liệu dạng hạt - Công suất gầu tải: Công suất cần thiết động truyền chuyển động cho gầu tải dùng băng: Trong đó:   H = 2,5 m - Chiều cao nâng vật liệu gầu tải η = 0,7 - Hiệu suất gầu tải băng, H ≤ 30 m CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN Thiết bị sấy thùng quay thiết kế có thơng số kĩ thuật sau: - - - Năng suất đầu vào: 2000 kg/h Năng suất đầu ra: 162,944 kg/h Độ ẩm vật liệu sấy từ 2% đến 0,15% Thời gian sấy: 25 phút Kích thước thùng sấy:  Chiều dài thùng sấy: 6,6 m  Đường kính thùng sấy: m  Bề dày thùng sấy: mm  Bề dày lớp cách nhiệt: mm  Bề dày lớp bảo vệ: mm Số lượng cánh đảo: 120 cánh Kích thước calorife:  Đường kính trong: 0,4 m  Chiều dài: 1,5 m  Tổng số ống: 37  Kích thước ống: 20 x mm Công suất quạt: kW 46 Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngộ, Cơng nghệ đường mía, Nhà xuất Bách Khoa-Hà Nội, 2011 [2] Nguyễn Văn May, Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản, Nhà xuất KHKT, 2004 [3] Trần Văn Phú, Kỹ thuật sấy, Nhà xuất Giáo Dục, 2008 [4] Trần Văn Phú, Tính tốn thiết kế hệ thống sấy, Nhà xuất Giáo Dục, 2002 [5] Nguyễn Văn Lụa, Kỹ thuật sấy vật liệu, Nhà xuất DHQG-TPHCM, 2014 [6] Hoàng Văn Chước, Kỹ thuật sấy, Nhà xuất KHKT, 1999 [7] Các tác giả, Sổ tay Q trình Và Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất, tập 1, Nhà xuất KHKT, 1999 [8] Các tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất, tập 2, Nhà xuất KHKT, 1999 [9] Hoàng Văn Chước, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, Nhà xuất KHKT, 2006 [10] Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm tập 3, Truyền nhiệt, Nhà xuất DHQG-TPHCM, 2015 [11] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất Giáo dục, 1999 [12] Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, Nhà xuất KHKT, 2006 [13] A.la.XOKOLOV, Cơ sở thiết kế máy sản xuất thực phẩm, Nhà xuất KHKT [14] Nguyễn Hữu Hiếu, Thiết kế khí thiết bị áp lực, Nhà xuất DHQG-TPHCM, 2017 [15] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư, Thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất KHKT, 2001 47 ... khuấy Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ Thiết kế hệ thống sấy thùng quay sấy đường suất 2000 kg/h Thiết kế hệ thống. .. nhờ tiếp xúc tốt đường tác nhân sấy, thiết bị gọn, dễ dàng giới hóa tự động hóa  Hệ thống sấy thùng quay sấy đường Cấu tạo hệ thống sấy thùng quay thùng sấy hình trụ tròn Thùng sấy đặt nghiêng... đường như: • • • Máy sấy đường sàn rung băng tải đường Máy sấy đường thùng quay Máy sấy đường nhiều ống, Trong đồ án, ta sử dụng thiết bị sấy thùng quay để sấy đường với ưu điểm như: trình sấy