Thiết kế hệ thống sấy thùng quay làm việc xuôi chiều dùng để sấy than với năng suất 3540 kg/giờ

Thiết kế hệ thống sấy thùng quay làm việc xuôi chiều dùng để sấy than với năng suất 3540 kg/giờ

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc -o0o -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Họ và tên SV : Đào Hồng Quân

Lớp : ĐH Hóa 2 Khóa 3

Khoa : Công Nghệ Hoá

Giáo viên hướng dẫn : Vũ Minh Khôi

NỘI DUNG

Thiết kế hệ thống sấy thùng quay làm việc xuôi chiều dùng để sấy than với năng suất 3540 kg/giờ

Các số liệu ban đầu:

Độ ẩm đầu của vật liệu: 8.5%

Độ ẩm cuối của vật liệu: 2.5%

Nhiệt độ khói đầu vào : 210oC

Nhiệt độ khói lò ra: 80oC

6.Kết luận

Ngày giao đề: 15/11/2010 Ngày hoàn thành:15/01/2010

NguyÔn Xu©n Tïng Vũ Minh Khôi

Lời mở đầu:

Trong ngành công nghiệp hoá chất, thực phẩm, vật liệu xây dùng…thì sấy

là một vấn đề rất quan trọng Trong ngành hóa chất vật liệu xây dựng quá trình sấy dùng để tách nước và hơi nước ra khỏi nguyên liệu và sản phẩm trong nghành công nghiệp và thực phẩm , sấy là công đoạn quan trọng sau thu hoạch

Để thực hiện quá trình sấy người ta sử dụng các thiết bị :buồng sấy, thùng sấy ,hầm sấy…

Được thầy Vũ Minh Khôi giao cho nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống sấy thùng quay với phương thức sấy xuôi chiều ,sản phẩm sấy là than Mặc dù đã

cố gắng rât nhiều song vẫn con rất nhiều thiếu sót vì đây là lần đầu tiên làm đồ

án nên cũng chưa có kinh nghiệm Bên cạnh đó trình độ tự nghiên cứu và khả năng tư duy còn bị giới hạn, nên đồ án của em không thê tránh nhiều thiếu sót Qua lần làm đồ án này em kính mong quý thầy cô chỉ bao để em có thể hoàn thiên tốt hơn đồ án cũng nhu bài tập lớn mà thầy cô giáo cho em vào những lần sau

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy Giáo hướng dẫn, các thầy cô giáo và bạn bè dã giúp em hoàn thiện đồ án đúng thời hạn

Phần 1: Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay

1 Định nghĩa, phạm vi ứng dụng và phân loại:

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu Quá trình sấy có thể tiến hành tự nhiên bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời , năng lượng gió…(gọi là quá trình phơi hay sây tự nhiên).Dùng các phương pháp này chỉ đỡ tốn nhiệt năng nhưng không chủ động diều chỉnh được vận tốc của quá trình theo yêu cầu kĩ thuật sấy, năng suất thấp … Bởi vậy trong ngành công nghiệp người ta thường tiến hành quá trình sấy nhân tạo bằng nguồn năng lượng do con người tạo ra

Tùy theo phương pháp truyền nhiệt, trong kĩ thuật sấy cũng chia ra:

-Sấy đối lưu: Phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí nóng khói lò … (tác nhân sấy)

-Sấy tiếp xúc: Phương pháp sấy không cho vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy

-sấy bằng tia hồng ngoại: Phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại, do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy

-Sấy bằng dòng điện cao tần: Phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày lớp vật liệu

-Sấy thăng hoa: phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt đọ thấp nên độ ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng

Ba phương pháp sấy cuối cùng ít được sử dụng trong công nghiệp nên gọi chung

là các phương pháp sấy đặc biệt

Trong công nghiệp hoá chất và thực phẩm, công nghệ và thệt bị sấy đối lưu và tiếp xúc được dùng phổ biến hơn cả, nhất là phương pháp sấy đối lưu Nó có nhiều dạng khác nhau và có thể sấy được hầu hết các dạng vật liệu sấy.Theo kết cấu nhóm thết bị sấy đối lưu có thể gặp các dạng sau:

-Thiết bị sấy buồng: Năng suất thấp, làm việc không thường xuyên

-Thết bị sấy hầm: Năng suất sấy cao, làm việc bán liên tục

-Thiết bị sấy tháp: Sấy vật liệu dạng hạt như thóc ngô…

-Thiết bị sấy thùng quay: Năng suất không cao, sấy vật liệu dạng cục, hạt

và bột

-Thết bị sấy phun : sấy vật liệu dạng huyền phù như cà phê tan sữa bột…-Thiết bị sấy khí động: Sấy vật liệu dạng bé, nhẹ và có chứa ẩm bề mặt.-Thết bị sấy tầng sôi: năng suất cao

2 Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay

Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy làm việc liên tục chuyên dùng để sấy vật liệu hạt, cục nhỏ như : cát, than đá ,các loại quặng…

Máy sấy thùng quay là 1 thùng hình trụ đặt nghiêng 1- 6o, có 2 vành đai

đỡ, vành đai này tỳ vào con lăn đỡ khi thùng quay Vật liệu vào sấy qua phễu nạp liệu.Vật liệu trong thùng không quá 20 – 25% thể tích thùng Sau khi sấy xong ,thành phẩm qua bộ phận tháo sản phẩm ra ngoài

Bên trong thùng có lắp các cánh để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất sấy đạt được cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm còn đầu thùng cắm vào

lò đốt hoặc nối với ống tạo tác nhấn sấy.Giữa thùng quay, hộp tháo và lò có cơ cấu bịt kín để không khí nóng và khói lò không thoát ra ngoài Ngoài ra còn có xyclone để thu hồi sản phẩm bay theo và thải khí sạch ra môi trường

Khí nóng và vật liệu có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều ở bên trong thùng Phía đầu chỗ nạp liệu bên trong thùng sấy có lắp các cánh xoắn 1 đoạn khoảng

700 – 1000mm, chiều dài của đoạn này phụ thuộc vào đường kính của thùng

Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không được >3m/s để tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.Vận tốc quay của thùng là 5–8 vòng /phút

Các đệm ngăn trong thùng vừa có tác dụng phân phối vừa có tác dụng phân phối đều cho vật liệu theo tiết diên thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy.Cấu tạo của đệm ngăn(Cánh trộn) Phụ thuộc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm cửa nó

Các loại đệm ngăn dùng phổ biến là:

-Đệm ngăn mái chèo Nâng và loại phối hợp: Dùng khi sấy những vật liệu cực to, ẩm , có xu hướng đóng vón Loại này có hệ số chất đầy vật liệu không quá 0.1 - 0.2

-Đệm ngăn hình quạt có những khoảng thông với nhau

-Đệm ngăn phân phối hình chữ nhật và kiểu vạt áo được xếp trên toàn bộ tiêt diện của thùng được dùng để sấy các vật liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng

quay vật liệu đảo trộn nhiều lần, bề mặt tếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy lớn

-Đệm ngăn kiểu phân khu: Để sấy các vật liệu đã được đập nhỏ, bụi Loại này chỉ cho phép hệ số điền đầy khoảng 0,15 - 0,25

-Nếu nhiệt độ sấy cần lớn hơn 200oC thì dùng khói lò nhưng không dùng cho nhiệt độ >800oC

*Ưu và nhược điểm của thùng sấy quay

3.Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay:

15

8

1 2

3

4

5 6

9

10 11

12

14

7 13

4.Bánh răng 5.Phễu hứng sản phẩm 6.Quạt hút

10.Mô tơ quạt chuyển động 11.Bê tông 12.Băng tải

13.Phểu tiếp liệu 14.Van diều chỉnh 15.Quạt thổi

Máy sấy thùng quay gồm 1thùng hình trụ (1) đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang 1÷6o Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ (2)

Bánh đai được đặt trên bốn con lăn đỡ (3), khoảng cách giữa 2 con lăn cùng 1 bệ đỡ (11) có thể thay đổi để điều chỉnh các góc nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnh thời gian lưu vật liệu trong thùng Thùng quay được là

nhờ có bánh răng (4 ) Bánh răng (4) ăn khớp với với bánh răng dẫn động (12) nhận truyền động của động cơ (10) qua bộ giảm tốc

Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng qua phễu chứa (14)

và được chuyển động dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn Các đệm ngăn vừa có tác dụng phân bố đều nật liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng

bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật liệu sấy tính chất và độ ẩm của nó Vận tốc của khói lò hay không khí nóng đi trong máy sấy khoảng 2÷3 m/s,thùng quay 5÷8 vòng/phút Vật liệu khô ở cuối máy sấy đươc tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm (5) rồi nhờ băng tải xích (13)vận chuyển vào kho

Khói lò hay không khí thải được quạt (7) hút vào hệ thống tách bụi,… để tách những hạt bụi bị cuốn theo khí thải Các hạt bụi thô được tách ra, hồi lưu trở lại băng tải xích (13) Khí sạch thải ra ngoài

4 Lựa chọn thiết bị.

Theo số liệu ban đầu của than đá 25%, quá trình sấy cần thực hiện liên tục với năng suất lớn:3540 kg/h, vật liệu dạng cục có thể tự chảy được nên lựa chọn cánh đảo trộn kiểu mái chèo Tác nhân sấy là khói lò vì nhiệt độ đầu của khói lò lớn(210oC) Nên chiều chuyển động của tác nhân và vật liệu sấy là xuôi chiều

Phần 2 Giới thiệu về than đá

Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch (tên tiếng Anh là anthracite)

được hình thành ở các hệ sinh thái đầm lầy nơi xác thực vật được nước và bùn lưu giữ không bị ôxihóa và phân hủy sinh vật (biodegradation) Thành phần chính của than đá là cacbon , ngoài ra còn có các nguyên tố khác như lưu huỳnh Than đá, là sản phẩm của quá trình biến chất, là các lớp đá có màu đen hoặc đen nâu có thể đốt cháy được Than đá là nguồn nhiên liệu sản xuất điện năng lớn nhất thế giới, cũng như là nguồn thải khí carbon dioxide lớn nhất, được xem

là nguyên nhân hàng đầu gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu Than đá được khai thác từ các mỏ than lộ thiên hoặc dưới lòng đất (hầm lò)

2 Sơ đồ dây chuyền

Thiết kế hệ thống sấy thùng quay , phương thức sấy xuôi chiều

Tác nhân sấy khói lò

Nhiệt độ khói lò ban đầu t1 = 210oC

Nhiệt độ khói ra thùng : t = 80oC

Vật liệu sấy là than đá

Độ ẩm ban đầu vật liệu khi vào máy sấy : w1 = 8.5 %

Độ ẩm ra vật liệu khỏi máy sấy : w2 = 2.5%

Nơi tiến đặt thiết máy là Hà Nội chọn các thông số sau:

Nhiệt độ môi trường : to = 25oC

Độ ẩm tương đối :ϕ = 80%

Phần 3 Tính toán

3 Tính toán và lựa chọn

Trong thiết bị sấy đối lưu (thùng quay) khói lò cũng như không khí nóng được

sử dụng như là chất vừa mang nhiệt vừa mang ẩm thải ra môi trường Khói lò có thể là sản phẩm tận dụng tù các loại lò nung kim lọai tạo ra từ buồng đốt Trong

kĩ thuật sấy ta xem khói lò là hỗn hợp lý tưởng và hơn thế nữa xem nó là một lọai khí tương đương nào đó Vì vậy chúng ta tính toán quá trình cháy để tạo ra khói lò và xác định entanpi và lượng chứa ẩm của nó để có thể tính toán thiết bị sấy dùng khói lò

3.1 Nhiệt trị riêng của than:

Từ số liệu trên ta tính các thông số làm việc

Độ trơ của nguyên liệu :

=3,652%

3.2 Nhiệt trÞ cña than:

-Nhiệt trị cao của than:

3.3.1 Entanpi của hơi nước :

ih = ro+ Cn.tl (QTTBT T4-273)

Trong đú:

tl Là nhiệt hoỏ hơi

rn:Nhiệt lượng riờng của hơi nước ở 00C = 2493 (kj/kg)

Ch: Nhiệt dng riờng của hơi nước Ch=1,97 (kj/kg)

vậy ih = 2493+1,97.210 = 2906,7 (kj/kg0C)

3.4.Tính hệ số d không khí ở buồng đốt và buồng hòa trộn.

3.4.1.Nhiệt lượng vào tớnh khi đốt 1kg than

Qvào = Q1+Q2 + Q3 (KJ)

Trong đú:

Q1:Nhiệt lượng than mang vào(tớnh theo 1kg than) (KJ)

Q2:Nhiờt dung do khụng khớ mang vào buồng đốt (KJ)

Q3:Nhiệt do đốt chỏy 1kg than (KJ)

Io :Hàm nhiệt khụng khớ trước khi vào mỏy sấy

to Nhiệt độ của mụi trường to = 25oC

,

0 (CT10.3a-256-QTTB T2)

⇒x o=

76,23.8,06,735

76,23.8,0622

,

0

− = 0,0256 (kg/kgkkk)

với :

o

ϕ :Độ ẩm tương đối của không khí ϕo = 80%

pbh : áp suất hơi nước bảo hoà ở 25oC

Cách 2: Nội suy theo đồ thị I-x (QTTBT2-255) ở:

to Nhiệt độ của môi trường to = 25oC

Q5:Nhiệt do không khí mang ra khỏi buồng đốt (KJ)

Qm:Nhiệt mất mát ra môi trường (KJ)

t1 : nhiệt độ khói lò ra khỏi buồng trộn t =210 oC

Gk : khối lượng của chất khí trong lò

Ck : nhiệt lượng riêng của khói lò

Ck =

K

O H O H O

N N CO

CO SO

SO

G

C G C

G C

G C

G C

100 w

w w G

−

−

(Kg/h) (7.27-QTTB T4-289)

=

5,8100

5,25,83540

−

−

= 232,131 (kg/h)Lượng vật liệu khô:

⇒Chiều dài thùng sấy Lt = 5m

Tính lại thể tích thùng sấy và cường độ bay hơi ẩm

652,

)(

120

2 1

2 1

W W A

W W

x s

+ W1,W1 : Độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, tính bằng % khối lượng chung

+ β : Hệ số chứa đầy, β = 0,15 (Bảng VII.5-122-STT2)

+ A : Cường độ bay hơi ẩm, A = 35(kg ẩm/m3.h) (Bảng STT2)

)5,25,8(80015,0120

8,707(phút)

Kiểm tra lại thời gian sấy:

Ta có thể tích vật liệu vào trong 1 phút là:

131,3772

= 0,0466 kg/phút (CT10.7-T81-TKmáy hóa chất)(Theo 408- máy và thiết bị sản xuất hoá chất)

Thời gian sấy thực tế sẽ là:

15,0.5

= 18,21 (phút) (CT10.6-T81-TKmáy hóa chất)

4.3.4 Số vòng quay của thùng sấy:

Số vòng quay của thùng xác định theo công thức:

,

.

(Bảng VII.5-T122-STT2)+ τ : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay, phút

n= ⋅ ⋅ o =

tg3

.21,18.2,1

57,01

Công suất chọn động cơ:

Ndc =1,25.1,028 = 1,285 (kw)

4.3.6 Nhiệt tổn thất ra môi trường qua lớp cách nhiệt:

W

t F

K

q = 3,6 .∆ tb

(Kj/kg ẩm)F: Diện tích bao quanh thùng sấy m2

W: Lượng ẩm bốc hơi W= 232,131 ( kg/h)

K: Hệ số truyền nhiệt W/m2oC

2 1

11

1

αλ

Nhiệt độ trung bình của dòng khí:

10.53,3.073,181

Giả sử nhiệt độ trung bình của thiết bị là 95 0C

6

3 2

3

10.531,156418.)10.45,25(

25.2.1.81,9

10.34,3.47,93

ng mt

bg

t t

tbg = 35oC tra bảng I.255 (T-318 sổ tay quá trình và thiết bị T1)

210

10

2

3

γ

t D

g

ng

D :Đường kính ngoài của thiết bị

Thùng được cấu tạo gồm 3 lớp :

+ Lớp vỏ bảo vệ,lớp cách nhiệt và bề dày thùng.Vật liệu làm thùng là thép CT5

45− =

=

8 2

6

3

10 81 , 57 298 ) 10 48 ,

16

(

20 336 , 1 81 ,

,1

10.715,2.6,129

2

α =

2 1

4 2

4 1 0

100100

T T

T C

Co=5,76(Wm2 oK) Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối

T1,T2: nhiệt độ tương đối của bề mặt ngoài thiết bị sấy và môi trường xung quanh

100

298100

318.76,5.95,0

4 4

11

1

αλ

2 1

3 1 1

11

1

α λ λ

++ b b b

K=

036,9

1144

,0

05,050

01,0008,0516

+

336 , 1 14 , 3 2 6 336 , 1 14 ,

Xác định bề mặt trao đổi nhiệt

4/ 2

n t

=27,97 (m2) (420-Thiết kế máy hoá chất T1)

,

2

55185

K

q = 3,6 .∆ tb

131,232

3,107.97,27.635,1.6,3

= (Kj/kg ẩm)

5 Cân bằng nhiệt lượng trongthiết bị sấy

5.1.Nhiệt lượng vào.

= 32468,43.n (kg/h) = 9,02.n (kj/s)

Vậy tổng nhiệt lượng vào máy sấy: Qvào = 31,85 + 9,02.n (kj/h)

5.2 Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy:

Gi: Khối lượng của các cấu tử trong hỗn hợp khí đốt

Ci :Nhiệt dung riêng của các cấu tử tương ứng

Khối lượng của các khí khi đốt 1kg than đã tính ở cân bằng nhiệt lò đốt là:

∆ = l (I2 – I1)

= 4,18.to – qvl – q (kj/kg ẩm) (STT2 – 389)

qvl : Nhiệt tiêu hao để nung nóng vật liệu

4,18.to Nhiệt độ ẩm của vật liệu mang vào

q :Nhiệt độ đầu vào của vật liệu sấy

* Nhiệt lượng tiêu hao để nung nóng vật liệu :

Theo (thiết kế máy sấy – 219)

qvl =

w

t t C

G ( ' 0)

2 2

C2 :nhiệt dung riêng của vật liệu sau sấy C2 = 1,3 (kj/kgoC )

G2:khối lượng vật liệu sau khi sấy G2 = 3540 (kg/h)

Vậy

qvl =

131,232

)2580.(

3,1

3540 −

= 1090,376 (kg/h)Thay số ta có:

1 2

Lượng nhiệt tiêu hao riêng:

q = l(I1 – I0) (sổ tay T2 – VII.23-103)

=48,5.(299,61 – 69,696) (kg/kgkkk)

= 11150,83 (kj/kg ẩm)

* Lượng khí đưa vào máy sấy:

L m

m m

m

kk

kk O

11490

= 9922,79 ( m3/h) = 2,75 ( m3/s) Với:

G1: Khối lượng khí đi vào máy sấy (kg/h) G1 = 11490,59 (kg)

kk

ρ : khối lượng riêng của không khí ở 25oC:

Nội suy theo bảng I.255-318-STT1) ở 25oC ta có ρkk= 1,185 (kg/m3)

Lượng khí đi vào buồng đốt ở 210oC:

59 , 11490

78 , 3 59 ,

111490 +

= 11494,37 (m3/h) = 3,193(m3/s)Với:

PHẦN III: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

I:Kiểm tra bền cho thùng quay

1: Trọng lượng vật liệu nằm trong thùng.

Gvl=

60

g τ

Gl

=

60

21,18.81,9.59,11490

=34211,34 (N)(Hướng dẫn thiết kế máy hóa T1-89)G: Khối lượng vật liệu vào máy sấy

τ : Thời gian sấy

Q

4

)( 2 2

Dnt: Đường kính ngoài của thùng, Dnt=1,336 m

Dth: Đường kính trong cung của thùng , Dth=1,2 m

Dn: Đường kính ngoài sát lớp cách nhiệt của thùng , Dn= Dth+2.b1

=1,2+2.0,008 =1,216 (m)

Dtt: Đường kính trong của thùng :Dtt = Dth+ 2b1 + 2b2

=1,2+2.0,008+2.0,05 = 1,316 (m)

3:Trọng lượng của vành đai:

Đường kính của vành đai chọn sơ bộ