nhiệt phân
- Kích thước bình nhiệt phân thiết bị thí nghiệm
Thân bầu nhiệt phân có kết cấu dạng hình trụ tròn, với kích thƣớc đƣợc chọn theo cơ sở lƣợng nguyên vật liệu đƣa vào, cụ thể nhƣ sau:
Khối lƣợng nguyên liệu thí nghiệm mỗi mẻ : m = 0.5 - 1kg. Loại nguyên liệu thí nghiệm:
Phế thải có khối lƣợng riêng = 0.91kg/1dm3
Thể tích chiếm chỗ của nguyên vật liệu: v = m/ = 1.1dm3
Hệ số xếp vật liệu lấy k = 0.4
Thể tích bình phản ứng: V = v/k = 2.75dm3
Ứng với thể tích trên, chọn kích thƣớc cơ bản bầu nhiệt phân : 140 x 250 cm
- Công suất nhiệt
Giả thiết cần nâng 1kg phế thải da thuộc từ 300C lên 7000C trong khoảng thời gian 30 phút. Công suất nhiệt tính theo công thức:
d d dxC x t G Q (W) Trong đó : Gd = 4.2 x 10-4 kg/giây
Cd = 5.168 J/kg. độ là nhiệt dung riêng
670 30 500 td độ Thay vào ta đƣợc: Q = 4.2 x 10 -4 x 5168 x 670 = 4.126 (W)
- Công suất buồng cấp nhiệt
Để bù trừ cho việc thất thoát nhiệt qua không khí và do kết cấu của lò nhiệt phân, chọn công suất buồng cấp nhiệt khoảng 6.000W
45
- Điện trở cho lò đốt
Công suất lò Pl =6.000W, chia làm 4 vùng đều nhau, có Pv =1.500W Điện thế sử dụng U = 220V AC
Nhiệt độ vật nung cao nhất Tvmax= 700oC
Dây điện trở đƣợc cuốn theo dạng lò xo và đƣợc bố trí xung quanh lò
Từ nhiệt độ cao nhất của vật nung Tvmax, chọn dây điện trở chịu đƣợc nhiệt độ Td thỏa mãn điều kiện Td ≥ Tvmax +1000C
Với Tvmax = 700oC, cần chọn dây có nhiệt độ cao hơn 8000C, tra bảng đặc tính vật liệu chế tạo dây điện trở chọn dây loại X20H80 đƣờng kính d là 1,2mm có
Điện trở suất ở 20oC ρ = 1,1Ωmm2/m Hệ số nhiệt điện trở α = 0,035. 10-3 Nhiệt độ nóng chảy 1.4000C
Nhiệt độ làm việc cực đại 1.1500C Nhiệt độ làm việc liên tục 1.0500C Nhiệt độ làm việc gián đoạn 1.0000C
Từ công suất của 1 dây Pv =1.500W và điện áp U =220V ta xác định đƣợc điện trở R theo công thức P U R . 103 2 , Ω
Từ điện trở R, xác định chiều dài dây l theo
S R l . , m Với 4 .d2 S , mm2
Thay các số liệu trên vào ta đƣợc R= 32.3 Ω, l=22.8m. Với dây điện trở có d = 1,2mm ta xoắn thành dây lò xo có : Đƣờng kính vòng xoắn D ≤ 10d Bƣớc xoắn t ≥ 2d Chọn D=12mm, số vòng xoắn D l n = 605 vòng
46
Chọn t =2,4mm chiều dài dây lo xo là L= nt = 1,352m
Nhƣ vậy, bố trí dây điện trở nhƣ sau:
Dây lò xo điện trở đƣợc đặt trong 4 rãnh; Chiều cao mỗi rãnh là 250mm kể từ đáy lò; Khoảng cách gữa các rãnh là 80mm.
- Thiết bị điện, điện điều khiển
Yêu cầu thiết kế điện điều khiển: Công suất buồng cấp nhiệt Pmax = 6000W, điện áp làm việc U = 220V AC, nhiệt độ làm việc của bình nhiệt phân Tmax = 700 0C
Nhiệt độ bình nhiệt phân đƣợc đặt trƣớc trong khoảng từ 150-7000C tùy yêu cầu. Phƣơng thức điều khiển PID, với sai số nhiệt độ nồi nấu +- 3% so với nhiệt độ đã đƣợc cài đặt từ trƣớc, bộ phận cấp nhiệt đƣợc chia thành 2 cụm, mỗi cụm 2 bếp có công suất 1.500W đƣợc bố trí xen kẽ để đảm bảo phân bố đều nhiệt lƣợng xung quanh bình phản ứng. Sơ đồ hệ thống điện điều khiển:
47
- Aptomat
Tổng công suất tiêu thụ của cả hệ thống: P = ∑ Pi = 6000 W Dòng tiêu thụ của cả hệ thống khi làm việc cực đại:
cos
U P
I
Với lò điện trở Cos ф =1, ta có I = 27.3 A
Với dòng điện cực đại đã tính trên chọn AT ABE 40 có các thông số: - Dòng định mức: 40A
- Dòng cắt nhanh: 6kA.
- Cầu chì cho các nhóm điện trở đốt
Công suất tiêu thụ của một nhóm: P = 3000 W
Dòng tiêu thụ khi làm việc cực đại:
cos U P I Với Cos ф =1, có I = 13,65 A
Với dòng điện cực đại đã tính trên chọn cầu chì CC1 & CC2 loại 16A
- Phần tử bán dẫn công suất
Các thyristor (T1, T2) và rơ le bán dẫn (SL) cung cấp điện cho nhóm điện trở đốt, chịu dòng điện làm việc thƣờng xuyên là 13,65A. Trong điều kiện làm mát tự nhiên dòng điện làm việc lâu dài bằng 30% dòng định mức do vậy chọn T1,T2: Là Thiristor T50, có Dòng điện định mức: I đm = 50A Điện áp ngƣợc: Un =1100V Xung mở: 8V 10 µs SL: Rơ le bán dẫn có Dòng điện định mức: I đm = 50A Điện áp định mức: U đm = 400V Điện áp điều khiển: U đk = 12V DC
Trong mạch điện này đảm bảo đƣợc việc thay đổi nhiệt độ lò với độ ổn định chính xác là 2%. Khi nhiệt độ lò thay đổi, điện áp điều khiển thay đổi làm dịch chuyển góc mở thiristor thay đổi theo, dẫn tới suất công suất điện cung cấp cho lò thay đổi bù vào sự thay đổi đó, do vậy nhiệt độ của lò đƣợc giữ ổn định.
