Thiết kế máy sấy thùng quay cho hạt vật liệu diammonium phosphat

MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan kĩ thuật sấy 5 1.1.Tổng quan về quá trình sấy 5 1.1.1.Vật liệu ẩm 5 1.1.2.Không khí ẩm 6 1.1.3.Truyền nhiệt truyền chất và động học quá trình sấy 9 1.1.4.Phương pháp xác định thời gian sấy 11 1.1.5. Tổng quan về nhiên liệu đốt và tác nhân sấy 11 1.1.5.1. Nhiên liệu đốt 11 1.1.5.2. Tác nhân sấy khói lò 15 1.1.6. Phương pháp sấy 16 1.1.6.1. Phương pháp sấy nóng 16 1.1.6.2.Phương pháp sấy lạnh 16 1.1.6.3. Phương pháp chọn hệ thống sấy 17 1.2.Tổng quan vật liệu sấy. 23 1.2.1 Tổng quan về Diammonium phosphate (DAP) 23 1.2.2. Tính chất lý hóa 23 1.2.3 Phân loại 24 1.2.4 Sản xuất DAP (tại Công ty TNHH MTV DAP – VINACHEM) 24 1.2.4.1. Thông số nguyên liệu và sản phẩm: 24 1.2.4.2 Lưu trình công nghệ: 25 Chương 2: Tính toán thiết kế máy sấy thùng quay 32 2.1. Thông số đầu bài 32 2.2. Cân bằng vật chất 33 2.3. Cân bằng nhiệt 34 2.4. Các thông số khác 36 2.5. Kích thước thiết bị 41 2.6. Thời gian lưu 42 Chương 3: tính toán cơ khí máy sấy thùng quay 44 3.1 Công suất động cơ truyền chuyển động cho thùng sấy 44 3.2. Hộp giảm tốc và bộ truyền động ngoài 45 3.2.1. Lựa chọn hộp giảm tốc 45 3.2.2. Tính toán bộ truyền động ngoài 46 3.2.2.1. Xác định ứng suất cho phép 46 3.2.2.2. Xác định khoảng cách trục aw 47 3.2.2.3. Xác định các thông số ăn khớp 48 3.2.2.4. Kiểm nghiệm răng về độ bến tiếp xúc 50 3.2.2.5. Kiểm nghiêm về độ bền uốn và quá tải 52 3.3. Lựa chọn chiều dày thân thùng 54 3.4. Xác định vị trí đặt vành lăn và bánh răng vòng 54 3.4.1. Xác định vị trí đặt vành lăn 54 3.4.2. Xác định vị trí đặt bánh răng vòng 57 3.5. Kiểm tra bền thân thùng sấy 57 3.5.1 Trọng lượng vật liệu nằm trong thùng 57 3.5.2 Trọng lượng vỏ thùng 58 3.5.3. Trọng lượng của bánh răng lớn 58 3.5.4. Trọng lượng của vành đai 58 3.5.5. Trọng lượng của cánh múc nâng 59 3.5.6. Ứng suất và biến dạng thân thùng 59 3.6. Tính toán bền cho con lăn chặn, con lăn đỡ và vành lăn 60 3.6.1. Tính toán vành lăn 60 3.6.2. Tính toán bền cho con lăn đỡ 63 3.6.3. Tính toán con lăn chặn 65 3.7. Tính toán cơ cấu bịt kín hai đầu thân thùng 67 3.8. Xác định kích thước cánh nâng 68 Tài liệu tham khảo 71 Phụ lục 72

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Viện Kỹ thuật Hóa Học

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Đề tài: thiết kế máy sấy thùng quay cho Diammonium phosphate

(DAP) (tại Công ty TNHH MTV DAP – VINACHEM)

Hà Nội - 12/201

LỜI MỞ ĐẦU

Thiết bị sấy đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp và đời sống Tronglĩnh vực kĩ thuật hóa học, việc sấy các loại nguyên liệu như diamoni photphat (DAP)là một trong những công đoạn cuối của quá trình để đảm bảo độ ẩm cho sản phẩm.

Với mục đích trước hết là để tìm hiểu về cơ chế và quá trình sấy, sau là tínhtoán thiết kế một máy sấy thùng quay điển hình cho việc sấy vật liệu DAP Thầy

TS.Tạ Hồng Đức đã tin tưởng và giao cho em đề tài “Thiết kế máy sấy thùng quay cho diamoni photphat”.

Việt Nam là đất nước nông nghiệp nên nhu cầu sử dụng phân bón là rất lớn.Diammonium phosphate (DAP) có công thức hóa học là (NH4)2HPO4, cung cấp 2thành phần dinh dưỡng quan trọng nhất cho cây trồng là P2O5 và Nitơ DAP còn có thểđược sử dụng như một chất làm chậm cháy Nó làm giảm nhiệt độ đốt cháy của vậtliệu Nó chiếm thành phần khá lớn của một số sản phẩm chữa cháy DAP cũng được

sử dụng như là một chất dinh dưỡng trong sản xuất rượu lên men và sản xuất bia rượu,mật ong; làm phụ gia trong một số nhãn hiệu thuốc lá

Thiết kế máy sấy thùng quay không phải là một đề tài mới, tuy nhiên để triểnkhai được cần phải nắm vững các kiến thức chuyên ngành cũng như quá trình tìm hiểuthực tế Trong thời kì phát triển của công nghệ ngoài việc tính toán số liệu nhóm đồ áncòn sử dụng những phần mềm tính toán,thiết kế và mô phỏng để làm chính xác kếtquả

MỤC LỤC

Chương 1: Tổng quan kĩ thuật sấy1.1.Tổng quan về quá trình sấy

Quá trình sấy là quá trình chất lỏng hoặc hơi của nó mà chủ yếu là nước và hơinước nhận được năng lượng để dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt nhờ tác nhânmang thải vào môi trường Như vậy, vật liệu ẩm (VLA) trong kĩ thuật sấy (KTS) phảilà các vật có khả năng chứa nước hoặc hơi nước trong quá trình hình thành hoặc giacông bản thân các vật liệu như các loại nông sản (lúa, ngô, đậu v.v…), giấy, vải sợi,

gỗ, các loại huyền phù hoặc các lớp sơn trên bề mặt các chi tiết kim loại v.v…

1.1.1.Vật liệu ẩm

Ẩm có mặt trong vật liệu được đánh giá về hai mặt : lượng ẩm và liên kết của

ẩm với vật liệu khô (VLK) Đánh giá về lượng ẩm người ta dùng các khái niệm về độ

ẩm Đánh giá về liên kết của ẩm với VLK là các đặc trưng cơ-lý-nhiệt của VLA khôngnhững phụ thuộc vào bản chất vật lí của VLK mà còn phụ thuộc vào cả độ ẩm và cácdạng năng lượng liên kết Cũng chính vì năng lượng liên kết ẩm khác nhau mà các vậtliệu có cùng độ ẩm nhưng thời gian sấy có thể sẽ rất khác nhau

Để đánh giá về độ ẩm người ta dùng thông số độ ẩm tương đối (ω

), độ ẩm tuyệtđối ( k

ω

), độ chứa ẩm (u), nồng độ ẩm (c)

Phân loại VLA tùy thuộc vào cấu trúc hang xốp và tính chất của cácthành ống mao dẫn người ta chia VLA ra làm ba nhóm chính:

1.Vật keo: là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt Nước hoặc ẩm ở dạng liên kết

hấp thụ và thẩm thấu Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều,nhưng vẫn giữ được tính dẻo Ví dụ: gelatin, các sản phẩm từ bột nhào, tinh bột

2.Vật xốp, mao dẫn: nước hoặc ẩm ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao quản

hay còn gọi là lực mao dẫn Vật liệu này thường dòn hầu như không co lại và dễ dànglàm nhỏ (vỡ vụn) sau khi làm khô Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn v.v

3.Vật keo xốp mao dẫn: các vật keo xốp mao dẫn như trên gọi là vật liệu vừa

có tính keo vừa có tính mao dẫn Đại bộ phận các VLA thuộc loại này: gỗ, vải, giấy,các nông sản v.v…

Liên kết ẩm với VLK dưới hai dạng lớn: liên kết hóa lý và liên kết cơ lý Trong

đó ẩm liên kết hóa lý không thể khử được bằng các quá trình sấy mà chỉ có ẩm ở dạngliên kết cơ lý là có thể tách khỏi vật liệu nhờ quá trình sấy Vì vậy ở đây chúng takhông đề cập đến năng lượng liên kết hóa lý mà chỉ thảo luận các dạng liên kết cơ lý:

Liên kết hấp phụ (adsorption connection)

Liên kết hấp phụ được xem là liên kết của một lớp cỡ phân tử trên các bề mặtcác hang xốp của vật liệu

Liên kêt mao dẫn (connection capillary)

Liên kết mao dẫn là liên kết chủ yếu trong VLA Lực liên kết mao dẫn xuấtphát từ sức căng bề mặt của dịch thể dính ướt Do đó, nếu xem quá trình khử ẩm là quátrình đẳng tích đẳng nhiệt thì năng lượng liên kết mao dẫn bẳng năng lượng cần thiết

để phá vỡ liên kết đó và bằng công kỹ thuật nhưng ngược dấu

Liên kết thẩm thấu (Connection osmotic).

Liên kết thẩm thấu điển hình là liên kết của nước trong các dung dịch

Trong 3 loại liên kết cơ lý: liên kết hấp phụ, liên kết mao dẫn và liên kết thẩmthấu thì năng lượng liên kết mao dẫn là lớn nhất và bé nhất là năng lượng liên kết thẩmthấu Do đó, để tách ẩm trong các VLA có liên kết mao dẫn trong các quá trình sấy cầnmột năng lượng lớn nhất

1.1.2.Không khí ẩm

Về mặt nhiệt động không khí bao quanh chúng ta và thường làm tác nhân sấylà hỗn hợp giữa không khí khô vầ hơi nước Trong đó, không khí khô lại là hỗn hợpcủa oxy, nitơ và một số khí khác CO2, SO2… Các khí CO2, SO2 … có thành phầnkhông đáng kể và có thể bỏ qua Vì vậy, chúng ta xem không khí khô chỉ là hỗn hợpcủa oxy và nitơ Do nhiệt độ và áp suất không lớn nên trong KTS người ta xem oxy,nitơ và hơi nước là những khí lý tưởng Do đó hỗn hợp của chúng như không khí khôvà không khí ẩm là những hỗn hớp khí lý tưởng Như vậy khi tính toán không khí ẩm

chúng ta sẽ sử dụng phương trình trạng thái cũng như các quy luật khác của khí lýtưởng và hỗn hợp khí lý tưởng.

Các thông số cơ bản của không khí ẩm

1.Độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm

Độ ẩm tuyệt đối của không khí là khối lượng hơi nước chứa trong một m3không khí ẩm Vì thể tích của không khí ẩm cũng là thể tích mà hơi nước chiếm chỗnên độ ẩm tuyệt đối của khô khí ẩm cũng là mật độ hay khối lượng riên của hơi nướctrong không khí ẩm Do đó, chúng ta kí hiệu độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm là ρakg/m3, độ ẩm tuyệt đối của khối không khí ẩm bão hòa ρmax hay ρb

2.Độ ẩm tương đối của không khí ẩm

Độ ẩm tương đối của không khí ẩm là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối ρa và độ ẩmtuyệt đối cực đại ρmax Ta kí hiệu là φ:

max

b hay

G g

B−p m kg k k

4.Entanpy của không khí ẩm

Trong kĩ thuật sấy entanpy I của không khí ẩm là entanpy của nó với một kgkhông khí khô Do đó entanpy của koong khí ẩm bằng:

Thế sấy và nhiệt độ bầu ướt

Nếu ta cho nước bay hơi trong khối không khí chưa bão hòa hơi nước trongđiều kiện đoạn nhiệt thì trong suốt quá trình bay hơi nhiệt độ khối không khí giảm dầnvà đến khi khối không khí bão hòa hơi nước thì hệ đạt trạng thái cân bằng khi đó nhiệtđộ của khối không khí không giảm nữa và bằng nhiệt độ của nước bay hơi, nhiệt độnày gọi là nhiệt độ bầu ướt, kí hiệu là tư

Nhiệt độ đọc được ở nhiệt kế bầu khô thường gọi là nhiệt độ bầu khô Hiệu sốgiữa nhiệt độ bầu ướt và nhiệt độ bầu khô đặc trưng cho khả năng hút ẩm của khôngkhí được gọi là thế sấy ε Như vậy thế sấy bằng:

Trên đồ thị I-d ta có thể tìm thấy 4 thông số trạng thái của không khí ẩm: độ ẩmtương đối φ, nhiệt độ không khí t, lượng ẩm d và entanpy I Trong đó đương nhiên chỉ

có hai thông số độc lập nhau còn hai thông số còn lại có thể tìm trên đồ thị

1.1.3.Truyền nhiệt truyền chất và động học quá trình sấy

Quá trình sấy là quá trình vật liệu nhận năng lượng mà chủ yếu là nhiệt năng từmột nguồn nhiệt nào đó để ẩm từ trong lòng vật dịch chuyển ra bề mặt đi vào TNS haymôi trường Như vậy quá trình sấy là quá trình truyền nhiệt và truyền chất xảy ra đồngthời Trong lòng vật quá trình đó là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn hợp Nhưvậy, có thể thấy bài toán truyền nhiệt truyền chất (TNTC) trong quá trình sấy gồm bàitoán TNTC bên trong và bài toán TNTC bên ngoài VLS

Động học quá trình sấy

1.Đường cong sấy

Trong KTS người ta gọi quan hệ giữa độ ẩm trung bình tích phân và thời giansấy biểu diễn bởi quan hệ là đường cong sấy

Đường cong sấy có thể chia làm 3 phần tương ứng với 3 giai đoạn sấy Khi quátrình sấy bắt đầu VLS nhận được nhiệt lượng và ẩm trong lòng vật bắt đầu phá vỡ cácliên kết để dịch chuyển ra bề mặt và một phần nhỏ bắt đầu thoát khỏi bề mặt VLS để

đi vào môi trường Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật tăng rất nhanh để nhiệt độ bềmặt vật đạt đến nhiệt độ nhiệt kế ướt nhưng độ ẩm trung bình tích phân giảm khôngđáng kể Trên hình vẽ giai đoạn này được biểu diễn bởi đường cong AB Người ta gọigiai đoạn này là giai đoạn đốt nóng.

Sau giai đoạn đốt nóng nhiệt độ của vật hầu như không đổi nhưng độ ẩm trungbình tích phân giảm rất nhanh và quan hệ ωtb=f(τ) gần như tuyến tính Do đó tốc độthoát ẩm hay còn gọi là tốc độ sấy d(ωtb)/dτ=df(τ)/dτ=const Vì vậy, người ta gọi giaiđoạn này biểu diễn bởi đoạn BC Trong giai đoạn này bao nhiêu nhiệt lượng mà VLSnhận được để phá vỡ các liên kết ẩm mà chủ yếu là ẩm tự do cùng liên kết thẩm thấuvà cung cấp năng lượng cho ẩm đã được phá vỡ di chuyển từ trong lòng vật ra bề mặtvà từ bề mặt vào môi trường Do đó, nhiệt độ của VLS hầu như không đổi

Sau giai đoạn BC tốc độ sấy giảm dần và nhiệt độ VLS bắt đầu tiếp tục tăng khikết thúc quá trình sấy tiệm cận với đường thẳng biểu diễn giá trị của độ ẩm cân bằngωtb=ωcb Giai đoạn này là giai đoạn tốc độ sấy giảm dần Trên hình giai đoạn này đượcbiểu diễn bởi đường cong CD Trong giai đoạn này các liên kết bền vững hơn , khótách khỏi vật liệu như liên kết hấp phụ, liên kết mao dẫn cần một năng lượng lớn hơnvà ở một nhiệt độ cao hơn mới từ từ tách ra khỏi VLS Vì vậy giai đoạn này nhiệt độvật tiếp tục tăng Phần lớn các VLS thời gian của giai đoạn này lớn hơn rất nhiều tổngthời gian của đoạn đốt nóng và giai đoạn tốc độ sấy không đổi cộng lại

2.Đường cong tốc độ sấy

Đường cong tốc độ sấy là đường cong biểu diễn quan hệ d(ωtb)/dτ=df(τ)/dτ.Nếu đường cong sấy ωtb=f(τ) được xác đinh bằng thực nghiêm nghĩa là hàm ωtb=f(τ)cho dưới dạng đường cong thực nghiệm hoặc dưới dạng bảng thực nghiệm các giái trịrời rạc.

1.1.4.Phương pháp xác định thời gian sấy

Thời gian sấy là một thông số công nghệ quan trọng Thông thường thời giansấy được xác định theo 3 phương pháp lớn:

1.Phương pháp giải tích Như đã giới thiệu, nếu bài toàn truyền nhiệt truyền

chất trong VLS với các điều kiện biên khác nhau ứng với các loại thiết bị sấy khácnhau giải được bằng giải tích, nghĩa là tìm được phân bố độ ẩm theo không gian vàthời gian ω(x,y,z,τ) thì ta tìm được quan hệ giữa độ ẩm trung bình với thời gian ω=f(τ).Nếu độ ẩm trung bình cuối quá trình sấy ω2 được cho bởi yêu cầu công nghệ thì từquan hệ chúng ta có thể tìm được thời gian sấy τ Tuy nhiên do tính chất phức tạp củabài toán phương pháp giải tích chưa có những ứng dụng cụ thể

2.Phương pháp nửa lý thuyết nửa thực nghiệm Phương pháp này dựa trên

những kết quả nghiên cứu giải tích đã được đơn giản nhờ những giả thiết trên cơ sởphân tích động học quá trình sấy và sau đó kết hợp với số liệu thí nghiệm đơn giản đểtìm ra một biểu thức tường mình cho phép xác định thời gian sấy trong những trườnghợp cự thể nào đó

3.Phương pháp thực nghiệm Phương pháp này dựa trên số liệu thí nghiệm

trong phòng thí nghiệm cho một VLS cụ thể với một TBS và chế độ sấy cụ thể Vớinhững VLS thường gặp, thời gian sấy thường được xác định bằng kinh nghiệm sảnxuất

1.1.5 Tổng quan về nhiên liệu đốt và tác nhân sấy

1.1.5.1 Nhiên liệu đốt

Dầu mazut, còn được gọi là dầu nhiên lệu hay dầu FO, là phân đoạn nặng thuđược khi chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khi quyển và trong chânkhông Các dầu FO có điểm sôi cao Trong kĩ thuật đôi khi người ta còn chia dầu FOthành dầu FO nặng và FO nhẹ

Vì thế các đặc trưng hóa học của dầu mazult co những thay đổi đáng kể nhưngkhông phải tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới việc sử dụng chúng làm nhiên liệuvà các kỹ thuật sử dụng để đạt hiệu quả cao.

Công dụng:

Dầu FO được sử dụng làm nhiên liệu đốt lò trong công nghiệp nồi hơi, lònung, lò đốt dạng bay hơi, dạng ống khói hoặc cho các loại động cơ đốt trong của tàubiển…

Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu đốt lò (FO) theo TCVN 6239:2002.

Tên chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp thử FO

Điểm đông

đặc (tối đa) ℃ TCVN

3753:1995/ASTMD97

Bảo quản dầu FO:

• Dầu FO được tồn trữ ở thể lỏng trong các thiết bị chuyên dụng, các thùngchứa phải được đậy kín

• Tránh xa nguồn nhiệt và tầm với của trẻ em Bảo quản nơi thoáng khí, tránhhiện tượng tích tụ Hydro sulfua trong nhiên liệu Sử dụng phương tiện bảohộ lao động khi tiếp xúc.

• Tránh làm rơi vãi, tràn đổ, rò rỉ trong quá trình vận chuyển, sử dụng vìnhiên liệu sẽ gây tác hại lâu dài với môi trường

• Cấm lửa, cấm hút thuốc lá, không được sử dụng các thiết bị điện xách tay,thiết bị viễn thông không đảm bảo an toàn trong khu vực tổn chứa, bơm rótdầu

Dầu FO-R:

FO-R là sản phẩm chính trong quá trình sản xuất nhiên liệu từ cao su phếthải bằng công nghệ của Nhật bản Đây là công nghệ tiên tiến hàng đầu đang sử dụngtại Nhật để tái chế cao su phế thải như vỏ xe, plastic…

Hiện nay, ở Việt Nam có xu hướng sử dụng dầu mazut FO-R thay cho dầu FOthông thường bởi loại dầu FO-R có nhiều ưu thế hơn so với dầu FO thông thường:

• Theo giá trên thị trường hiện nay thì giá dầu DO và FO đều cao hơn rất nhiều

so với giá dầu FO – R Vì vậy, Sử dụng FO – R sẽ tiết kiệm được chi phí sản xuất

• Dầu FO-R hoàn toàn dễ đốt vì độ nhớt thấp và điểm chớp cháy cốc kín thấp.Bên cạnh đó, hàm lượng nước và tạp chất cũng rất thấp nên lại càng dễ đốt hơn.Bạn có thể tham khảo bảng số liệu trên

• Độ ăn mòn thiết bị của FO cao hơn của FO – R do hàm lượng lưu huỳnh trong

FO (2.0 hoặc 3.5% KL) cao hơn so với FO – R (chỉ 0.6% KL)

• Dùng FO – R để làm nhiên liệu đốt cho các ngành như lò hơi, sản xuất kính, đốtrác thải, asphalt, nung gốm sứ, nấu nhôm hoặc đồng Việc sử dụng không cầnphải thay đổi thiết bị, chỉ cần cân chỉnh lại một số thông số trên đầu đốt

• Dầu FO và FO-R đều có cấu tạo là Hydrocacbon, nên việc trộn chung không cóvấn đề gì mặt hóa học Dầu FO có tỷ trọng cao hơn nên vẫn nằm dưới, còn dầuFO-R có tỷ trọng thấp hơn nên nằm trên Dầu FO được đốt hết thì kỹ thuật đốt lò

sẽ giảm dần nhiệt độ xông dầu để bắt đầu chuyển sang đốt dầu FO-R Khi chỉ còndầu FO-R thì có thể tắt

1.1.5.2 Tác nhân sấy khói lò

Ưu điểm: sấy bằng khói lò: - có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong một

khoảng rất rộng; có thể sấy ở nhiệt độ rất cao 900-1000 o C và ở nhiệt độ thấp 70-90 o

C hoặc thậm chí 40-50

- cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt

- đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife

- giảm tiêu hao điện năng, do giảm trở lực hệ thống

- nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệt của thiết bị

Nhược điểm:

- gây bụi bẩn cho sản phẩm và thiết bị

- có thể gây hoả hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hoá học không cần thiết ảnhhưởng xấu đến chất lượng sản phẩm

Trong công nghiệp thực phẩm khói lò thường ít được sử dụng Trong một sốtrường hợp người ta có thể dùng để sấy một số hạt nông sản Ngoài ra người ta còn cóthể sử dụng khí tự nhiên làm chất đốt, vì khói tạo thành tương đối sạch, tuy nhiên dothành phần khói vẫn có hàm lượng ẩm và khí oxit nitơ cao (dễ gây ung thư), nên cầnphải tiếp tục được làm sạch trước khi sử dụng để sấy thực phẩm

1.1.6 Phương pháp sấy

1.1.6.1 Phương pháp sấy nóng

Trong phương pháp sấy nóng TNS và VLS được đốt nóng Do đó, HTS thườngđược phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt:

1.HTS đối lưu Trong HTS này, VLS nhận nhiệt băng đối lưu từ một dịch thể

nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò Đây là loại HTS phổ biến hơn

cả Trong HTS đối lưu người ta lại phân ra các loại: HTS buồng, HTS hầm, HTS thùngquay, HTS tháp, HTS khí động…

2.Hệ thống sấy tiếp xúc Trong HTS tiếp xúc VLS nhận nhiệt từ một bề mặt

nóng Như vậy, trong ccacs HTS tiếp xúc người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ

tăng phần áp suất hơi nước trên bề mặt VLS Trong này người ta thường gặp HTS lô,HTS tang…

3.HTS bức xạ Trong HTS bức xạ, VLS nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm

dịch chuyển từ trong lòng VlS ra bề mặt và từ bế khuếch tán vào môi trường TrongHTS bức xạ người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất hơi nước giữa VLS và môi trườngchỉ bằng cách đốt nóng vật

4.Các HTS khác: Ngoài ba HTS đối lưu tiếp xúc, trong các HTS nóng còn có

HTS dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường để đốt nóng vật

1.1.6.2.Phương pháp sấy lạnh

1.HTS lạnh ở nhiệt độ t<0 HTS lạnh loại này hoàn toàn giống như trong các

HTS nóng Điều khác nhau ở đây chỉ là cách làm giảm phần áp suất hơi nước bằngcách giảm nhiệt độ của VLS

2.HTS thăng hoa HTS lạnh mà trong đó ẩm trong VLS ở dạng rắn trực tiếp

biến thành hơi đi vào TNS thường gọi là sấy thăng hoa Trong HTS thăng hoa, người

ta tạo ra môi trường trong đó nước trong VLS ở dưới điểm 3 thể, nghĩa là nhiệt độ củavật liệu T<273K và áp suất p< 610Pa Khi đó, nếu VLS nhận nhiệt lượng thì nướctrong VLS ở dạng rắn sẽ chuyển trực tiếp thành hơi nước và đi và TNS

3.HTS chân không Nếu nhiệt độ VLS nhỏ hơn 273K nhưng áp suất TNS bao

quanh vật p>610 Pa thì khi VLS nhận được nhiệt lượng, các phần tử nước ở thể rắnkhông chuyển trực tiếp thành hơi để đi vào TNS mà trước khi biến thành hơi đi vàomôi trường nước ở thể rắn phải chuyển quâ thể lỏng

Do tính phức tạp nên các HTS chân không,HTS thăng hoa và HTS lạnh chỉdùng sấy VLS quý hiếm không chịu được nhiệt độ cao.Vì vậy các HTS này không phổbiến

1.1.6.3 Phương pháp chọn hệ thống sấy

YesNo

Nhiệt độ tối đa của sản phẩm <30oC

Sấy chânkhông kiểuđĩaHình d

NoNoNo

YesNo

NoNo

Sấy chânkhông cókhuấy trộnKhoảng 10

Sấy chânkhông cókhuấy trộnKhoảng 75

Yêu cầu khuấy trộn

Sấy trong bểkhuấy trộn Hình c

Sấy kiểu đĩaHình b

Cho phép sấy kiểu tầng sôi

Hơi dễ cháy

Oxi hóa không khí trong quá trình

sấy

Yêu cầukhuấy trộn

Ẩm ô nhiễm hoặc rắn

1.2.Tổng quan vật liệu sấy.

1.2.1 Tổng quan về Diammonium phosphate (DAP)

Diammonium phosphate (DAP) có công thức hóa học là (NH4)2HPO4, cungcấp 2 thành phần dinh dưỡng quan trọng nhất cho cây trồng là P2O5 và Nitơ Do có

2 thành phần dinh dưỡng được hình thành bởi phản ứng hóa học nên tên gọi đầy đủlà phân bón phức hợp Diammonium phosphate, viết tắt là DAP DAP còn có thểđược sử dụng như một chất làm chậm cháy Nó làm giảm nhiệt độ đốt cháy của vậtliệu Nó chiếm thành phần khá lớn của một số sản phẩm chữa cháy DAP cũngđược sử dụng như là một chất dinh dưỡng trong sản xuất rượu lên men và sản xuấtbia rượu, mật ong; làm phụ gia trong một số nhãn hiệu thuốc lá

Với phân DAP phù hợp cho các loại cây trồng và thổ nhưỡng Việt Nam;khác hẳn với phân đơn thông thường có tính kiềm hoặc tính axit thì phân DAP đượchình thành trên cơ sở phản ứng trung hòa nên nó là trung tính tốt cho cây và khôngảnh hưởng đến thổ nhưỡng Có thể bón trực tiếp cho các loại cây từ cây lương thựcnhư lúa ngô khoai sắn đên cây công nghiệp như cà phê, hạt tiêu phù hợp với cả cây

ăn quả, cây cho hoa, cây lấy lá, cây cảnh

Nhu cầu phân bón nước ta là khá lớn Việc đáp ứng đủ nhu cầu trong nước và

có thể xuất khẩu ra nước ngoài đang là nhiệm vụ của ngành sản xuất phân bón nước

ta hiện nay

1.2.2 Tính chất lý hóa

Trạng thái vật lý: hạt rắn, màu trắng, tan trong nước ở 20oC là 588g/l, độ pH(với dung dịch 1%) là 8, khối lượng riêng là 1619kg/m3 ở 20oC, DAP có đầy đủ tínhchất của một muối chứa gốc bazo yếu và axit yếu, nó không có khả năng phản ứngvới những vật liệu thông thường nên dễ bảo quản

Tính độc hại: có ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người khi tiếp xúc lâu nhưnếu tiếp xúc với mắt gây đau, đỏ, mờ mắt; khi hít phải sẽ có cảm giác đốt nóng, thởnhanh, ho, đau cổ họng; nuốt phải có cảm giác nóng rát, sốc, bất tỉnh Do đó cẩntuân thủ các biện pháp an toàn lao động một cách nghiêm chỉnh

1.2.3 Phân loại

Tùy thuộc vào tổng hàm lượng dinh dưỡng (N + P2O5) %, DAP được chiathành 2 loại như sau:

- Loại đặc biệt, tổng hàm lượng dinh dưỡng (N + P2O5) là 64 %

Ký hiệu: DAP 18-46 hoặc DAP 16-48, trong đó18 hoặc 16 là hàm lượng nitơtổng; 46 hoặc 48 là hàm lượng phospho hữu hiệu

- Loại 1, tổng hàm lượng dinh dưỡng (N + P2O5) là 61 %

Ký hiệu: DAP 16-45, trong đó16 là hàm lượng nitơ tổng; 45 là hàm lượngphospho hữu hiệu

1.2.4 Sản xuất DAP (tại Công ty TNHH MTV DAP – VINACHEM)

1.2.4.1 Thông số nguyên liệu và sản phẩm:

Hàm lượng tối thiểu : 99,8%

Độ ẩm tối đa : 0,5%

Áp suất : 1,2 MPa

Nhiệt độ : -330C.

- Hóa chất bổ sung và vật liệu phụ:

Chất khử bọt

Dầu phủ, dầu mazút

Nước công nghiệp

Khí đo lường, khí nén CN và hơi LP/MP

Sản phầm:

Chất lượng sản phẩm công bố trên thị trường của phân bón DAP là:

Amoniac lỏng sẽ được bơm tới thiết bị phân ly và tới thiết bị đốt nóngamoniac, để làm nóng amoniac lỏng theo tiêu chuẩn qui định của ống phản ứng và

hệ thống amoniac

Axit sunphuric thường được dùng như nguyên liệu thô duy nhất để điềuchỉnh Axit sunphuric được bơm từ thùng chứa axit sunphuric và thông thường sẽđược đưa vào thiết bị phản ứng tiền trung hòa, và thùng đựng sản phẩm của thiết bịphản ứng tiền trung hòa và thiết bị lọc khí thải

Sản phẩm được nạp tới phễu chứa dầu tràn nằm ở phía trên đỉnh của băng tải

Nó được vận chuyển từ tới thang máy gầu nâng và tiếp tục được nạp tới phễu tiếpliệu Công suất nạp tiếp liệu là 20 m3/h, và được trang bị bằng bộ kích hoạt phễu

tiếp nhiên liệu để tránh sản phẩm bị phình nở và tích tụ ở bên trong Điểm khử bụiđược đặt ở trên đầu của phễu tiếp liệu để tránh bụi thải ra ngoài Mức độ chứa ởphía bên trong của phễu tiếp liệu được điều khiển bằng cân cell và sẽ chuyển cácchỉ số trọng lực sang mức phần trăm.

Thiết bị cân của phễu tiếp liệu (được đo bằng cảm biến tải trọng) sẽ đượcchuyển thành số đo mức, với chỉ số báo động cao hoặc thấp Chỉ số báo động cao,được báo hiệu cục bộ, sẽ khuyên nhà vận hành không nạp thêm nữa Ngoài công tắc

có mức báo động cao được cài đặt, để kích hoạt khoá liên động của phần nguyênliệu thô, dừng băng tải tiếp liệu

Dưới thùng còn có một băng tải tiếp liệu kiểm soát tốc độ để điều chỉnh việctiếp liệu trong qui trình này, gồm có một cân tự động điện tử có thể tự động đo vàđiều chỉnh lượng nạp từ hệ thống DCS của phòng điều khiển Khi phễu tiếp liệu đãđược cấp ở trên loading cells, chúng sẽ cung cấp các chỉ số phụ về lượng tiếp liệuthực cần nạp vào hệ thống hạt tuần hoàn

Những nguyên liệu rắn từ bộ phận cung cấp nguyên liệu sẽ được gom lạibăng tải tuần hoàn, tại đây chúng sẽ gom những nguyên liệu rắn đã được tái chế,được thải ra từ một số điểm của phân xưởng, rồi sau đó sẽ chuyển chúng tới sànghạt thông qua một gầu nâng

Quá trình trung hòa:

Phản ứng đầu tiên luôn xảy ra trong ống phản ứng, trong khi đó phản ứngthứ hai xảy ra trong hệ thống rửa khí và thiết bị phản ứng tiền trung hòa

Phản ứng (3) thường xảy ra trong ống phản ứng Khi amoniac ở trạng tháihơi, phản ứng (4) sẽ xảy ra trong hệ thống rửa khí và thiết bị phản ứng tiền trunghòa

Phản ứng (5) xảy ra trong ống phản ứng và thùng tạo hạt Phản ứng (6), phảnứng cuối cùng chỉ xảy ra ở thiết bị phản ứng tiền trung hòa

Phản ứng (1) và (2) mạnh hơn các phản ứng còn lại, vì amoniac có xu hướngnhư sau: đầu tiên nó sẽ phản ứng với axit sulfuric, rồi khi phản ứng trung hoà giữahydro của axit sulfuric đầu tiên kết thúc thì phản ứng tiếp theo mới xảy ra

Ngoài các phản ứng chính nêu trên, những phản ứng phụ khác cũng xảy ra,giữa amoniac, axit photphoric và một số tạp chất Hơn 100 sản phẩm được tạo ra từnhững phản ứng khác nhau, hàm lượng từ mức ppm đến 1% axit photphoric

Thiết bị phản ứng tiền trung hòa:

Phản ứng giữa amoniac và axit photphoric xảy ra trong thiết bị phản ứng tiềntrung hòa Thùng phản ứng này có trang bị cánh khuấy để loại bỏ lượng bọt và cảithiện việc hấp thụ amoniac, đồng nhất nhiệt độ và duy trì hàm lượng rắn trong khidừng

Hai máy bơm của thiết bị phản ứng tiền trung hòa với đường ống có vỏ bọchơi và hệ thống đo lường độc lập sẽ được cung cấp để tạo ra một số lượng bùn củaamoniphotphat ổn định từ thiết bị phản ứng tiền trung hòa tới thùng tạo hạt Ngoài

ra còn có một đường dẫn hồi lưu chung của cả hai bơm là loại máy bơm có côngsuất thay đổi, được điều khiển bằng bộ điều khiển biến tần, do vậy có thể khôngcần phải sử dụng van điều khiển

Thiết bị bốc hơi thấp áp với công dụng làm làm sạch thiết bị phản ứng tiềntrung hòa, máy bơm bùn và đường ống của nó Thiết bị này sẽ được nối với tất cảcác ống phun amoniac và đường ống của máy bơm bùn từ máy bơm đến thùng tạohạt Bơm này vận hành theo yêu cầu, khi đó cần sử dụng amoniac lỏng thay cho hơi

nước Thiết bị phản ứng tiền trung hòa này nếu cần thiết có thể vận hành bằng NH3lỏng thay cho NH3 khí.

Chỉ tiêu công nghệ:

- Nhiệt độ : 110 -1200C

- Tỷ lệ phân tử N/P : 1,4 -1,55

- Axit photphoric : 42 – 45% P2O5

- Hàm lượng P2O5 trong khoảng 40 – 43%

- Hàm lượng rắn không lớn hơn 87%

- Tỉ lệ N/P của bùn amoniphotphat trong thùng khônglớn hơn 1,55

- Nhiệt độ thùng phản ứng trong khoảng 100 – 1250C

Thiết bị phản ứng ống:

Phản ứng giữa amoniac lỏng và axit photphoric diễn ra trong ống phản ứng,gồm có một đầu trộn và ống phân phối nước, phần cuối sẽ được nối trực tiếp vớiphía bên trong phần quay của thùng tạo hạt

Axit được nạp vào trong ống phản ứng sẽ được tạo thành bằng hỗn hợp trộnaxit photphoric thô cấp thẳng vào thùng phản ứng (trước đó không được sử dụngtrong quá trình rửa khí) cộng với tỷ lệ hỗn hợp axit photphoric và sulfuric trong hệthống rửa khí

Ống phản ứng được trang bị với bộ điều chỉnh lưu lượng amoniac và axit;axit được nạp vào nhờ các bơm của ống phản ứng với tốc độ được điều chỉnh bằngmáy biến tần (một máy dự trữ), do vậy có thể sử dụng hoặc không cần van điềukhiển đường dẫn axit

Hệ thống làm sạch tự động liên động sẽ được cấp để phun tia nước cho ốngphản ứng với hơi trung áp 1MPa, sử dụng trong trường hợp bị ngắt điện đột ngộthoặc phun nước rửa định kỳ Trong trường hợp cuối, hoạt động phun nước chỉ kéodài không quá một phút, rồi sau đó sẽ tự động hoạt động trở lại mà không cần dừngphần cuối của thiết bị Ngoài ra còn bố trí thêm một thiết bị chuyển mạch của khoáliên động có thể đặt ở ba vị trí mà có thể tự động tắt ngắt nguồn cung cấp axit vàamoniac bất kể có nạp hơi hay không

Chỉ tiêu công nghệ:

- Nhiệt độ làm việc: 135 – 1450C.

đa và hạn chế tối thiểu việc dính bết nguyên liệu

Buồng đốt được đốt cháy bằng dầu FO Không khí sử dụng trong buồng đốt

sẽ được cung cấp nhờ quạt Quạt gió sẽ được sử dụng giảm nhiệt độ của khí ga đốtcháy theo tỷ lệ yêu cầu dùng để đốt cháy nguyên liệu đốt Khí pha loãng được đưavào thông qua việc cấp các khí nóng được tuần hoàn từ xyclon của thiết bị làm máttầng sôi, nhờ cách sử dụng quạt tuần hoàn FBC để đạt được nhiệt độ theo yêu cầukhi muốn sấy DAP Tránh để nhiệt độ cao quá mức quy định sẽ làm phân huỷ sảnphẩm, thất thoát amoniac và sự hình thành của khói

Còn có một thiết bị nghiền cục ở phía cuối của thùng sấy khô Những nguyênliệu quá cỡ cứng, không thể nghiền nhỏ được trong qui trình này sẽ được nâng lênbằng một khay nâng lên chỗ tiếp liệu cho máy nghiền nhỏ dùng roto đơn, sẽ giúpphá huỷ các khối và nhờ có trọng lực chuyển chúng tới băng tải sấy khô, và nhậpvới số nguyên liệu đã qua máy sàng

Khí ga thải từ thùng sấy khô có chứa bụi và được loại bỏ trong bộ thu bụikiểu xyclon Bụi sẽ được thu lại trong phễu tiếp liệu xyclon và được giữ lại để táichế Xyclon được gắn kèm thiết bị xích làm sạch và bộ rung/bộ gõ của phễu tiếpliệu

Băng tải của máy sấy khô được trang bị bằng một bộ tách từ, được cài đặt đểtách rời phần kim loại có thể làm hại đến máy nghiền nhỏ Từ băng tải đó, nhờ cótrọng lực các chất rắn sẽ được chuyển tới băng tải và tới gầu nâng sàng sơ bộ

Chỉ tiêu công nghệ:

- Nhiệt độ khí sau khi đốt dầu FO : 9000C

- Nhiệt độ khí sau khi điều chỉnh vào sấy : 150 – 2500C

- Nhiệt độ khí sau sấy : 90 – 1500C.

- Độ ẩm DAP sau sấy : 1,5 – 2%

Quá trình vê viên và tạo hạt:

Sản phẩm tuần hoàn từ bộ gầu nần tạo hạt sẽ được chuyển trực tiếp nhờtrọng lực tới thùng tạo hạt, nhờ đó quá trình tạo hạt sẽ diễn ra

Động tác quay trong thùng tạo hạt giúp sự phân phối bùn trên bề mặt lớp hạtđồng đều hơn, tạo ra những hạt được phân lớp, cứng đều và tròn Những lớp bùnmỏng sẽ dễ khô hơn sau khi được quay tròn, rồi sau đó chúng sẽ phản ứng vớiamoniac

Các chất bùn amoniphotphat sẽ được phun vào lớp hạt nguyên liệu cùng vớichất độn (nếu có), kết hợp nguyên liệu tái chế (bụi, mảnh vụn, hạt quá cỡ đượcnghiền nhỏ và một phần của sản phẩm quay lại thùng tạo hạt)

Bước đầu tiên trong phản ứng trung hòa axit photphoric sẽ xảy ra trong thiết

bị phản ứng tiền trung hòa và trong ống phản ứng Ống phản ứng sẽ được lắp bêntrong thùng do vậy bùn amoniphotphat trong thiết bị phản ứng tiền trung hòa đượcbơm vào nhờ bơm và được kết hợp với các lớp bùn của thùng tạo hạt thông qua ốngphân phối Trong trường hợp chỉ sử dụng ống phản ứng, thiết bị phản ứng tiền trunghòa dừng và bùn amoniphotphat được sản xuất bởi ống phản ứng

Công suất vận chuyển của xưởng bị giới hạn bởi tỷ lệ tuần hoàn Lượng tuầnhoàn sẽ thấp khi hàm ẩm của bùn từ ống phản ứng và từ thiết bị phản ứng tiền trunghòa thấp Thông thường, hệ số tuần hoàn sẽ ở mức từ 3,8 đến 4,5 phụ thuộc vàochất lượng axit photphoric và điều kiện vận hành Chu trình này bao gồm: mảnhvụn, các hạt quá cỡ được nghiền nhỏ và một phần của sản phẩm thương mại đượcchuyển lại đến thùng tạo hạt để giữ cân bằng mức nước và nhiệt

Thông thường, một lượng nước từ các đường ống dẫn nước, sẽ được dẫn trựctiếp vào thùng tạo hạt để tạm thời điều chỉnh lượng cấp phối nước, tuy nhiênphương pháp này không phổ biến và tiện dụng

Chất rắn trong thùng tạo hạt với hàm lượng ẩm thông thường từ 2,5-3%trọng lượng được đưa vào máy sấy khô để đạt được mức độ ẩm cuối cùng là 1,5-2%.

Cần đặc biệt chú ý đến thiết kế của máng trượt giữa thùng tạo hạt và máy sấy

để tránh sự tích tụ hạt ẩm lên thành máng Máng này có mặt rộng, có độ dốc cao(gần 650), không thay đổi về hướng, lắp đặt một số lớp lót cao su lỏng hoặc nhựapolyme

Khí thoát ra từ thùng tạo hạt và thiết bị phản ứng tiền trung hòa sẽ được hòalẫn và hút vào tháp rửa sơ bộ để thu hồi lại hầu hết lượng bụi và NH3 thoát ra

Chỉ tiêu công nghệ:

- Hệ số tuần hoàn vật chất : 3,8 – 4,5

Chương 2: Tính toán thiết kế máy sấy thùng quay2.1 Thông số đầu bài

Năng suất sản phẩm khô yêu cầu Cap= 46000 kg/hVật liệu sấy (VLS) diamoniphotphat

(DAP)

Độ ẩm vào (độ ẩm tương đối) A1= 3%

Độ ẩm ra (độ ẩm tương đối) A2= 1,5%

Trong đó: +) Cap: lượng sản phẩm sau khi ra khỏi máy sấy (kg/h)

+)A2: độ ẩm tương đối của sản phẩm sau quá trình sấy (%)

ol ap out

S =C −W

`Trong đó: +) Cap: lượng sản phẩm sau khi ra khỏi máy sấy (kg/h)

+)Wout: lượng ẩm còn lại trong VLS sau quá trình sấy (kg/h)

Trong đó: +) Sol: lượng vật liệu khô tuyệt đối đi ra khỏi máy sấy (kg/h)

+) A1: độ ẩm tương đối của VLS trước khi vào máy sấy (%)

ol

S A A

Trong đó: +) Win: lượng ẩm trong VLS trước khi vào máy sấy (kg/h)

+) Wout: lượng ẩm trong VLS sau khi đi ra khỏi máy sấy (kg/h)

1401, 3 690 711,34(kg/ h)

vap in out

Dòng vật liệu đi vào máy sấy Dòng vật liệu đi ra khỏi máy sấy

Vật liệu khô

Sol Dòng ẩm trong VLSWin Vật liệu khôSol

Dòng ẩm trongVLSWout 711,34kg/h

45310 kg/h 1401,3 kg/h 45310 kg/h 690 kg/h

Bảng 2.2: Cân bằng vật chất trong quá trình sấy

2.3 Cân bằng nhiệt

Lượng nhiệt trao đổi trong thùng sấy là Qtot1 [1, p62]

Chưa kể tới lượng nhiệt thất thoát biến thiên enthapy của quá trình bao gồm:

+) Tăng nhiệt độ của nước trong vật ẩm : Q1+) Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước và tăng nhiệt độ của hơi nước :Q2+) Tăng nhiệt độ của vật rắn: Q3

tot

Nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của nước trong vật ẩm [1, p62]:

1 out.4, 2.( Pout Pin)

Q W= T −T

Trong đó: +) Wout: lượng ẩm bay hơi của VLS (kg/h)

+) TPout: nhiệt độ ra của VLS (oC)+) TPin: nhiệt độ vào của VLS (oC)

1 out.4, 2.( Pout Pin) 690.4, 2.(130 120) 28980( / )

Trong đó: +) Evap: lượng ẩm hóa hơi tróng máy sấy (kg/h)

+) TAout: nhiệt độ ra của ẩm bay hơi (bằng nhiệt độ ra của khói

lò sau quá trình sấy)

+) TPin: nhiệt độ đầu vảo của VLS+) 2500 là nhiệt hóa hơi của nước (kJ/kg)+) 1,9 là nhiệt dung riêng của hơi nước (kJ/kg.K)

2 vap 2500 1,9* ( Aout 4, 2* Pin) 711,34.(2500 1,9.140 4, 2 *120) 1609052(kJ/ h)

Trong đó: +) Sol: lượng vật liệu khô tuyệt đối trong VLS (kg/h)

+) cs: nhiệt dung riêng của VLS (kJ/kg.K)

Q2

Nhiệt lượngtăng nhiệt độ

của chất rắntrong VLS:

Q3

Lượng nhiệttrao đổi trongthùng sấy làQtot1

Lượng nhiệtthực tế cung cấpcho quá trìnhsấy:

Lượng không khí khô lí thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (lượng Oxi chứa

trong không khí khô lấy bằng 23%) [2, p55]:

α

=1,2 [2,p57]

b b

kg

P d

ϕ ϕ

bd

η

=0,9+)

= 1,004 (kJ/kg.K), nl s

C =C

= 2,683(kJ/kg.K)+)

H O dry

d

K K m

am

kg K