Đồ Án Sấy Muối Bằng Thùng Quay nhờ Khói lò

Đồ Án Sấy Muối Bằng Thùng Quay nhờ Khói lò

Đồ án: Sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Lớp: DH07TP http://www.ebook.edu.vn Trang 1 PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY 1.1. TỔNG QUAN VỀ SẤY 1.1.1. Khái niệm chung Trong công nghệ hóa chất, thực phẩm, quá trình tách nước ra khỏi vật liệu (làm khô vật liệu) là rất quan trọng. Tùy theo tính chất và độ ẩm của vật liệu, mức độ làm khô của vật liệu mà thực hiện một trong các phương pháp tách nước ra khỏi vật liệu sau đây: - Phương pháp cơ học (sử dụng máy ép, lọc, ly tâm…). - Phươ ng pháp hóa lý (sử dụng canxi clorua, acid sunfulric để tách nước). - Phương pháp nhiệt (dùng nhiệt để bốc hơi ẩm trong vật liệu). Sấy là một quá trình bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Nhiệt cung cấp cho vật liệu ẩm bằng cách dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường có tần số cao. Mục đích c ủa quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ liên kết bề mặt và bảo quản được tốt hơn. Trong quá trình sấy, nước được bay hơi ở nhiệt độ bất kì do sự khuếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt vật liệu đồng thời bên trong vật liệu có sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nướ c tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Quá trình sấy được khảo sát về bề mặt: tĩnh lực học và động lực học. - Trong tĩnh lực học: xác định bởi mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy cùng tác nhân sấy dựa trên phương pháp cân bằng vật chất và năng lượng, từ đó xác định được thành phần vậ t liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết. - Trong động lực học: khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian và các thông số của quá trình sấy. Ví dụ : tính chất và cấu trúc của vật liệu, kích thước vật liệu, các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy và thời gian thích hợp. Đồ án: Sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Lớp: DH07TP http://www.ebook.edu.vn Trang 2 1.1.2. Thiết bị sấy 1.1.2.1. Phân loại thiết bị sấy Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy khác nhau nên có nhiều kiểu thiết bị sấy khác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy: - Dựa vào tác nhân sấy: ta có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò, ngoài ra còn có các thiết bị sấy bằng các phương pháp đặc biệt nh ư sấy thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tần. - Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường. - Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ … - Dựa vào cấu tạ o thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun… - Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: cùng chiều, ngược chiều và giao chiều. 1.1.2.2. Nguyên lý thiết kế thiết bị sấy Yêu cầu thiết bị sấy là phải làm việc tốt (vật liệu sấy khô đều có thể điề u chỉnh được vận tốc dòng vật liệu và tác nhân sấy, điều chỉnh được nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy), tiết kiệm nguyên vật liệu, năng lượng và dễ sử dụng. Khi thiết kế thiết bị sấy cần có những số liệu cần thiết: Loại vật liệu cần sấy (rắn, nhão, lỏng…), năng suất, độ ẩm đầ u và cuối của vật liệu, nhiệt độ giới hạn lớn nhất, độ ẩm và tốc độ tác nhân sấy, thời gian sấy. Trước hết phải vẽ sơ đồ hệ thống thiết bị, vẽ quy trình sản xuất, chọn kiểu thiết bị phù hợp với tính chất của nguyên liệu và điều kiện sản xuất. Tính cân bằng vật liệu, xác định s ố liệu và kích thước thiết bị. Tính cân bằng nhiệt lượng để tính nhiệt tiêu thụ và lượng tác nhân sấy cần thiết. Đối với các thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển cần phải tính độ bền. Đồ án: Sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Lớp: DH07TP http://www.ebook.edu.vn Trang 3 Sau khi tính xong những vấn đề trên ta bắt đầu chọn và tính các thiết bị phụ của hệ thống: bộ phận cung cấp nhiệt (lò đốt, calorifer), bộ phận vận chuyển, bộ phận thu hồi bụi (nếu có), quạt , công suất tiêu thụ để chọn động cơ điện. 1.1.2.2. Lựa chọn thiết bị sấy Sấy thùng quay là một thiết bị chuyên dung để sấy hạt. Lo ại thiết bị này được dung rộng rãi trong công nghệ sau thu hoạch để sấy các vật ẩm dạng hạt có kích thước nhỏ. Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy được đảo trộn mạnh, tiếp xúc nhiều với tác nhân sấy, do đó trao đổi nhiệt mạnh, tốc độ sấy mạnh và độ đồng đều sản phẩm cao. Ngoài ra thiết bị còn làm việc với năng suất lớn. 1.1.3. Xác định các thông số của tác nhân sấy và tiêu hao nhiệt cho sấy 1.1.3.1. Nhiệm vụ của tác nhân sấy Tác nhân sấy có nhiệm vụ sau: - Gia nhiệt cho vật sấy - Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường - Bảo vệ vật sấy khỏi bị ẩm khi quá nhiệt Tùy theo phương pháp sấy, tác nhân sấy có thể thực hiện một hoặc hai trong ba nhiệm vụ nói trên. Khi sấy đối lưu, tác nhân sấy làm hai nhiệm vụ gia nhiệt và tải ẩm. Khi sấy bức xạ, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm và bảo vệ vật sấy. Khi sấy tiếp xúc tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm. Khi sấy bằng điện trường tần số cao, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm. Khi sấy chân không chỉ có thể cấp nhiệt bằng bức xạ hay dẫn nhiệt hoặc kết hợp cả hai cách cấp nhiệt này. Việc dùng bơm chân không hay kết hợp bơm chân không và thiết bị ngưng kết ẩm(sấy thăng hoa), vì vậy phương pháp sấy chân không không cần tác nhân sấy. 1.1.3.2. Các loại tác nhân sấy - Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất. Dùng không khí ẩm có nhiều ưu điểm: không khí có sẵn trong tự nhiên, không độc và không làm ô nhiễm sản phẩm. Đồ án: Sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Lớp: DH07TP http://www.ebook.edu.vn Trang 4 - Khói lò: sử dụng làm môi chất sấy có ưu điểm là không cần dùng calorife, phạm vi nhiệt độ rộng nhưng dùng khói lò có nhược điểm là có thể ô nhiễm sản phẩm do bụi và các chất có hại như: CO 2 , SO 2 . - Hỗn hợp không khí hơi và hơi nước: tác nhân sấy loại này dùng khi cần có độ ẩm tương đối φ cao. - Hơi quá nhiệt: dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm sấy là chất dễ cháy nổ. 1.1.3.3. Không khí ẩm - Các thông số cơ bản của không khí ẩm: + Độ ẩm tương đối là tỉ số giữa lượng hơi nước có trong không khí ẩm v ới lượng hơi nước lớn nhất có thể chứa trong không khí ẩm đó ở cùng một nhiệt độ: max .100% .100% (1.1) hh hhs Gp Gp ϕ == Trong đó: G h , kg : lượng hơi nước trong không khí ẩm G h max : lượng hơi nước lớn nhất có thể chứa trong không khí ẩm p h , N/m 2 : phần áp suất hơi nước trong không khí ẩm p hs , N/m 2 : áp suất bão hòa hơi nước ở nhiệt độ không khí ẩm. + Độ chứa hơi là lượng hơi nước chứa trong 1kg không khí khô: h k G d G = (1.2) , (kg/kgkkkhô) ở đây: G h , kg : lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm G hs : lượng không khí khô G h , G k có thể xác định theo phương trình trạng thái của hơi nước và không khí khô theo p h , p k và p. + Entanpy của không khí ẩm được tính với 1kg không khí khô như sau: I = I k + I h (1.3), (kJ/kgkkkhô) Đồ án: Sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Lớp: DH07TP http://www.ebook.edu.vn Trang 5 Trong đó: I k : entanpy không khí khô, I k = C pk t, kJ/kgkkkhô với C pk là nhiệt dung riêng của không khí khô, có giá trị là 1,04 kJ/kgkkkhô, nhiệt độ không khí ẩm. I h : entanpy của hơi nước có trong 1 kg không khí khô. + Nhiệt độ đọng sương (t s ): nhiệt độ đọng sương của không khí ẩm là nhiệt độ của không khí bão hòa đạt được bằng cách làm lạnh không khí ẩm trong điều kiện độ chứa hơi không đổi. Khi biết nhiệt độ và độ ẩm tương đối có thể xác định nhiệt độ đọng sương. Khi bão hòa φ = 100% , p h = p hs nhiệt độ không khí ẩm lúc này là t s chính là nhiệt độ bão hòa ứng với p h = p hs . Vì vậy ta có thể tra bảng hơi nước bão hòa với p h ta xác định được nhiệt độ bão hòa. + Nhiệt độ nhiệt kế ướt t M : là nhiệt độ của không khi ẩm bão hòa đạt được bằng cách cho nước bốc hơi đoạn nhiệt vào không khí ẩm. Quá trình xảy ra làm cho nhiệt độ không khí ẩm giảm, độ ẩm tương đối và độ ẩm chứa hơi tăng, còn entanpy không đổi. Quá trình đạt đến trạng thái cân bằng φ = 100% thì nhiệt độ không khí ẩm là t M . Nhiệt độ này cũng chính là nhiệt độ nước. Người ta đo nhiệt độ này bằng cách lấy bông hoặc vải thô vấn vào bầu thủy ngân của nhiệt kế và nhúng vào nước vì vậy gọi là nhiệt độ nhiệt kế ướt. + Thể tích riêng và khối lượng riêng theo không khí ẩm: Không khí ẩm là hỗn hợp của khí lý tưởng nên ta có thể xác định khối lượng riêng của nó: kh hk h h hk h k P PPPP RT RT RT RT ρρ ρ − =+= + = + 111 . h hk k P P TRR R ⎡⎤ ⎛⎞ =−+ ⎢⎥ ⎜⎟ ⎝⎠ ⎣⎦ Đồ án: Sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Lớp: DH07TP http://www.ebook.edu.vn Trang 6 111 . (1.4) hs hk k P P TRR R ϕ ⎡⎤ ⎛⎞ =− + ⎢⎥ ⎜⎟ ⎝⎠ ⎣⎦ (kg/m 3 ) Thể tích riêng của không khí ẩm là: 1 v ρ = (1.5) (m 3 /kg) 1.1.3.4. Khói lò Khi sử dụng khói làm môi chất sấy ta phải tính toán quá trình cháy nhằm thu được khói lò có lưu lượng, nhiệt độ, độ chứa hơi nhất định. Sơ đồ nguyên lý buồng đốt tạo khói làm môi chất sấy được biểu diễn trên hình sau: Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý bình đốt tạo khói 1.buồng đốt, 2.buồng lắng bụi, 3.buồng hòa trộn Trong tính toán quá trình cháy, để tạo khói làm môi chất sấy, người ta thường tính cho 1 kg nhiên liệu và cần xác định các đại lượng cơ bản sau: + Nhiệt trị của nhiên liệu có thể xác định theo thành phần nhiên liệu hoặc đo trong phòng thí nghiệm. Khi biết thành phần nhiên liệu, có thể xác định nhiệt trị theo các công thức sau: ¾ Đối với nhiên liệu khí: 22 22 Q 0,01(Q . Q . Q . Q . ) (1.6) mn kCOHHSCHmn CO H H S C H=+++ Tr ong đó: CO, H 2 , H 2 S, C m H n là thành phần thể tích của nhiên liệu. 3 2 Nhiên liệu Không khí 1 Khói Không khí Đồ án: Sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Lớp: DH07TP http://www.ebook.edu.vn Trang 7 Q CO , 2 Q H , 2 Q H S , Q mn CH là nhiệt trị của các chất khí cháy tương ứng: 2 Q H = 10800 kJ/m 3 tc 38 Q CH = 91400 kJ/m 3 tc Q CO = 12150 kJ/m 3 tc 410 Q CH = 118800 kJ/m 3 tc 2 Q H S = 23400 kJ/m 3 tc 24 Q CH = 59300 kJ/m 3 tc 4 Q CH = 35800 kJ/m 3 tc 36 Q CH = 86000 kJ/m 3 tc 26 Q CH = 63800 kJ/m 3 tc 36 Q CH = 116000 kJ/m 3 tc + Tiêu hao không khí ¾ Tiêu hao không khí lý thuyết đối với chất khí: 022 4 1,38 0,0179. 0,248. 12 mn n m LCOHCHO mn ⎡⎤ + ⎢⎥ =++ − ⎢⎥ + ⎢⎥ ⎣⎦ ∑ (1.7) (kg/kg nl) Trong đó: CO, H 2 , C m H n …là thành phần nhiên liệu tính theo khối lượng. - Xác định theo giá trị: 0 1,293.Q 1,1. (1.8) 1000 lv c L = ¾ Tiêu hao nhiệt riêng không khí thực tế L = α T .L 0 (1.9) Trong đó α T là hệ số không khí thừa trong buồng lửa. Hệ số không khí thừa α – chọn theo loại nhiên liệu và cấu tạo buồng đốt. Khi dùng khói làm môi chất sấy, nhiệt độ khói thường thấp hơn nhiều so với nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa vì vậy cần đưa khói qua buồng hòa trộn với không khí để đạt được nhiệt độ môi chất theo yêu cầu. Hệ số không khí thừa chung là: Đồ án: Sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Lớp: DH07TP http://www.ebook.edu.vn Trang 8 0 00 T L L LL LL α α +Δ +Δ == 0 (1.10) TT L L ααα Δ =+ =+Δ Trong đó Δα là hệ số không khí thừa trong buồng hòa trộn. - Xác định hệ số không khí thừa: Hệ số không khí thừa α được xác định bằng cách chọn α T theo nhiên liệu và kiểu buồng đốt sau đó tính Δα theo quá trình hỗn hợp không khí và khói. Hệ số không khí thừa chung α tính theo khói vào buồng sấy có thể xác định theo nhiệt độ khói làm môi chất sấy. + Đối với nhiên liệu khí 0 00 0,09 Q1. 12 100 lv vhd nlnl m n khkh h kh kh n Ct CH Ct mn id LCt I η α ⎛⎞ +−− ⎜⎟ + ⎝⎠ =− ⎛⎞ +− ⎜⎟ ⎝⎠ ∑ ' 0 00 0,09 .() 12 (1 .1 1) 100 mnh nlh h h kh kh n CH i W i i mn id LCt I ⎛⎞ +− ⎜⎟ + ⎝⎠ − ⎛⎞ +− ⎜⎟ ⎝⎠ ∑ Đồ án: Sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Lớp: DH07TP http://www.ebook.edu.vn Trang 9 Trong đó: Q lv c : nhiệt trị cao của nhiên liệu hd η : hiệu suất buồng đốt C nl : nhiệt dung riêng của nhiên liệu t nl : nhiệt độ nhiên liệu vào buồng đốt h i : entanpy của hơi nước trong khói ' h i : entanpy của hơi ẩm trong nhiên liệu W nl : độ ẩm của nhiên liệu khí I 0 :entapy của không khí vào buồng đốt d 0 : độ chứa hơi của không khí vào buồng đốt C kh : nhiệt dung riêng của khói T kh : nhiệt độ của khói C m H n : thành phần cacbua hydro tính theo thành phần khối lượng Sau khi xác định hệ số thừa chung α ta chọn hệ số khí thừa của buồng đốt theo nhiên liệu và kiểu buồng đốt α hd , từ đó ta có: Δα = α – α hd (1.12) Vậy lượng không khí cần hòa trộn thêm là: ΔL = Δα.L 0 (1.13), (kg/kgnl) 1.1.4. Chế độ sấy 1.1.4.1. Khái niệm và định nghĩa - Chế độ sấy là một tập hợp các tác động nhiệt của môi chất sấy đến vật liệu sấy nhằm đảm bảo chất lượng và thời gian sấy nhất định theo yêu cầu. Đồ án: Sấy muối thùng quay GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Lớp: DH07TP http://www.ebook.edu.vn Trang 10 - Chế độ sấy thể hiện dưới dạng các thông số sau: nhiệt độ tác nhân sấy, hiệu nhiệt độ khô ướt Δt (hay độ ẩm tương đối φ), tốc độ môi chất sấy. 1.1.4.2. Các thông số xác định chế độ sấy - Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị ảnh hưởng quyết định đế n tốc độ sấy có nghĩa là ảnh hưởng quyết định đến thời gian sấy. Nhiệt độ t 1 cũng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy. Một số sản phẩm sấy không cho phép sấy ở nhiệt độ cao vì vậy nó không cho phép nhiệt tác nhân sấy vượt quá giá trị nhất định. Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị càng cao, tốc độ sấy càng lớn dẫm đến thời gian sấy giảm và giảm tiêu hao năng lượng. Tuy vậy nhiệt độ tác nhân sấy càng cao thì tổn thất nhiệ t vào môi trường càng lớn dẫn đến tăng tiêu hao năng lượng. Vì vậy cần xác định giá trị t 1 tối ưu theo hàm mục tiêu là tiêu hao năng lượng. Trị số t 1 tối ưu theo tiêu chí này thường khá lớn vì vậy khi sấy các vật liệu nhạy cảm nhiệt (chất lượng sản phẩm giảm khi nhiệt độ tăng) thì nhiệt độ tác nhân sấy t 1 xác định theo điều kiện chất lượng sản phẩm. Ví dụ khi sấy các vật liệu dạng tinh bột nhiệt độ tác nhân sấy t 1 thường nhỏ hơn nhiệt độ hồ hóa (khoảng 60 0 C). + Độ ẩm tương đối của không khí vào thiết bị φ 1 (hay Δt 1 ) Độ chênh lệch nhiệt độ khô ướt của môi chất vào thiết bị Δt 1 tạo nên thế sấy, nó là động lực cho ẩm thoát ra từ vật ẩm vào môi trường. Thế sấy càng lớn thì tốc độ thoát ẩm càng lớn. Tuy nhiên khi tốc độ thoát ẩm lớn sẽ dẫn đến vật sấy biến dạng (vênh, nứt) vì vậy ta chọn Δt 1 thích hợp với từng loại sản phẩm và từng giai đoạn của quá trình sấy. + Nhiệt độ môi chất sấy ra khỏi thiết bị t 2 Nhiệt độ này càng lớn thì tổn thất do khí thoát càng cao. Vì vậy, theo mục tiêu tiết kiệm năng lượng thì nhiệt độ t 2 càng nhỏ càng tốt. Tuy nhiên, khi chọn t 2 phải . Thông Lớp: DH07TP http://www.ebook.edu.vn Trang 1 PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY 1. 1. TỔNG QUAN VỀ SẤY 1. 1 .1. Khái niệm chung Trong công nghệ hóa chất,. đó ta có: Δα = α – α hd (1. 12) Vậy lượng không khí cần hòa trộn thêm là: ΔL = Δα.L 0 (1. 13), (kg/kgnl) 1. 1.4. Chế độ sấy 1. 1.4 .1. Khái niệm và định nghĩa