- Không khí lấy vào hòa trộn có nhiệt độ trung bình tkk = 35 ° C. - Khói sinh ra trong quá trình cháy có nhiệt độ tkhói = 940° C.
- Giả thiết nhiệt độ của khói khi cấp nhiệt cho bể kết tinh là t ht = 500° C. Theo bảng tra entanpi của sản phẩm cháy [9] ta có:
ikk = 130,51 kJ/m3 tại nhiệt độ 35 ° C. ikhói = 1320 kJ/m3 tại nhiệt độ 940° C. ihòa trộn = 672,1 kJ/m3 tại nhiệt độ 500 ° C.
Giả sử : Điểm T là điểm trong buồng đốt , điểm N là điểm ngoài buồng , sau khi hòa trộn được điểm C trong buồng đốt.
Lưu lượng không khí của điểm hòa trộn là GC , m3 / h; Lưu lượng khói của sản phẩm cháy sinh ra là GT, m3 / h; Lưu lượng không đưa vào hòa trộng là GN , m3 / h. Trong 1 m3 không khí hòa trộn với khói:
Thể tích khói hòa trộn là : x , m3 .
Thể tích không khí đưa vào hòa trộn: 1 – x, m3. Suy ra có phương trình : iC = x.iT +( 1 – x) iN . Tính được x = 0,444 ; suy ra tỉ lệ 𝐺𝐺𝑇𝑇
𝐺𝐺𝑁𝑁 = 𝑥𝑥
1−𝑥𝑥 = 0,8 suy ra GT = 0,8 . GN ;
Theo bảng 3.6 lượng sản phẩm cháy sinh ra ra sau khi đốt 1 m3 khí hóa từ trấu là:
GT = 2,1047( m3). (5)
Suy ra GN = 2,10470,8 = 2,631 m3.
Vậy khi đốt 1 m3 khí hóa từ trấu, lượng không khí cần cấp để hòa trộn và hạ nhiệt độ buồng cháy xuống 500 ° C là là 2,631 m3.
Theo tính toán, 1 kg trấu cho ra 2,4 m3 khí trấu.
Trong 8h buồng đốt tiêu thụ 1,783 tấn trấu, suy ra lượng khí hóa sinh ra từ trấu là : 1,783 . 1000 . 2,631 = 4691 m3;
64
Lượng khí trấu cháy trong 1h là : 4691 : 8 = 586,38 ( m3/h). Theo (5) sản phẩm cháy khi đốt 586,38 m3 khí hóa từ trấu là : GT = 2,1047 . 586,38 =1234,2 m3/h.
Suy ra GN = 1542,75 m3/ h.
3.6.3 . Thể tích của buồng đốt
Khối lượng riêng của trấu là: ρtrấu = 130 kg/m3 [10].
Với 1,783 tấn trấu để sử dụng cho một mẻ, chia làm 8 lần đưa nhiên liệu. Thể tích mỗi mẻ nhiên liệu ( khối lượng 222 kg) là : Vnhiênliệu = 𝑚𝑚𝑡𝑡𝑟𝑟
𝑑𝑑𝑡𝑡𝑟𝑟 =1,73 m3.
Trong buồng đốt, ngoài phần diện tích chứa nhiên liệu còn các khoảng không gian cho sự cháy, khoảng không gian để thoát tro, khoảng không gian để khí hóa và hòa trộn không khí, do vậy nhiên liệu chiếm khoảng 50% diện tích buồng đốt. Suy ra thể tích của buồng đốt là: 3,46 m3.
Vậy ta sử dụng buồng đốt có dạng hình hộp chữ nhật, có kích thước chiều dãi chiều rộng x chiều cao là : 1 x 2 x 2 ( m).
Buồng đốt này có thể tích 4 m3 phù hợp cho năng suất của hệ thống.
3.6.4. Tính toán chọn quạt cấp không khí cho hệ thống
Đối với buồng đốt chọn công suất quạt phù hợp với lưu lượng không khí cần cấp cho quá trình khí hóa và hòa trộn, chia thành 2 kênh gió với 2 van điều chỉnh lưu lượng. Van số một thực hiện nhiệm vụ cấp không khí cho nhiên liệu thực hiện quá trình khí hóa. Van thứ hai thực hiện nhiệm vụ cấp không khí để hòa trộn với khói sinh ra đồng thời cấp không khí cho sự cháy .
Theo bảng 3.5 lưu lượng không khí cấp vào buồng đốt cần cho 100 kg trấu (khí hóa với hệ số không khí α = 0,45) là : 357,57 .0,45 = 160,9 m3/h . Với buồng đốt khí hóa 222 kg trấu một giờ cần lượng không khí là 357,198 m3/h.
Theo bảng 3.6 lưu lượng không khí cấp vào cho sự cháy trên tầng cháy khí trấu là : 117,38 m3/h. Lưu lượng không khí hòa trộn là : 1542,75 m3/h. Tổng lưu lượng là : 2017,33 m3/h.
Vậy ta cần dùng quạt tối thiểu có lưu lượng là 2500 m3/h. Theo catalogue chọn quạt có model “ APL -1- 3D ” có lưu lượng 2500 - 3000 m3/h.
65
3.6.6. Hệ thống thoát khói và cấp không khí cho lò. 3.6.6.1. Kích thước các kênh, cống khói. 3.6.6.1. Kích thước các kênh, cống khói.
- Lượng khí lò đi vào kênh:
Khi bắt đầu vào kênh khói lượng khí lò là [1] : VA = BVn - ∑ 𝑉𝑉𝑜𝑜.ψ
Trong đó : B là lượng tiêu hao nhiên liệu, kg/h.
Vnlà lượng sản phẩm cháy khi đốt một đơn vị nhiên liệu, m3/ m3.
∑ 𝑉𝑉𝑜𝑜.ψ - Tổng lượng khí lò mất qua cửa mở khi thao tác và qua các cửa quan sát , m3/h.
Ta có lượng tiêu hao nhiên liệu là B = 533 m3/h
Lưu lượng không khí cấp cho quá trình cháy khí trấu là: V kt=117,38 m3 /h. Lưu lượng không khí cấp cho quá trình hòa trộn trong buồng cháy là : Vkk ht = 1542,75 m3/h.
Lưu lượng sản phẩm cháy sau khi đốt khí trấu là: Vspc = 2,1 m3/m3.
Vn = 2,1 m3/m3.
Tổng lượng khí lò mất qua cửa mở khi thao tác và qua các cửa quan sát là 2% tổng lưu lượng không khí và khói trong lò, tổng lưu lượng không khí cấp vào buồng đốt theo tính toán là: 2017,33 (m3/h).
∑ 𝑉𝑉𝑜𝑜.ψ = 2% . 2017,33 = 40,34 (m3/ h). Suy ra lượng khí vào lò :
VA = BVn - ∑ 𝑉𝑉𝑜𝑜.ψ +Vcháy kt +Vkk ht = 2739 m3/ h. Tiết diện kênh : FK = 𝑉𝑉𝐴𝐴
3600.𝑊𝑊𝐾𝐾.𝑁𝑁 FK là Tiết diện kênh khói.
WK là tốc độkhói đi trong kênh , chọn WK = 2 m/s. N là số kênh chọn N = 1.
Thay số ta có FK= 0,38 m2 .
Lượng khí buồng đốt trước thiết bịtrao đổi nhiệt, khi pha thêm không khí : VD = VđK = (VA + ∆Vm ) .( 1 + φ ).
66
Mà ta có VA = 2739 m3/h.
∆Vm là lượng không khí bị hút thêm vào, cứ chiều dài cống 10 m thì không khí bị hút thêm vào (0,05 – 0,1 ).VA.
Cống dài trên 20m do đi qua 2 bể rộng 5m và 1 bể chứa nước chạt 25° Bé để cung cấp cho 2 bể kết tinh . nên : ∆Vm = 1301 m3/h
Theo bảng tra ta có hệ số pha loãng không khí φ = 0,3 [1]. Suy ra VD = ( 2739 +1301 ) . (1 + 0,3 ) = 5252 m3/ h.
Mà ống nhẵn nên lượng không khí rò sang khí lò tính bằng 0. Vậy VE = VD = 5252 m3/ h. Diện tích tiết diện cống khói là : FC = 𝑉𝑉𝐾𝐾 3600 . 𝑊𝑊𝐶𝐶𝐾𝐾 ; V K = VE = 5252; Chọn WKC = 2 (m/s). Suy ra FC = 0,48 (m2).
Kích thước tiêu chuẩn dựa theo [1] ta có cống khói góc ở tâm φ =180° và Chiều ngang B = 580 mm; Chiều cao H = 700mm.
3.6.6.2. Tính chiều cao ống khói
3.6.6.2.1. Tổn thất cục bộ
Tổn thất cục bộ là tổn thất do sựthay đổi tiết diện trên kênh dẫn khói. Tổn thất áp suất cục bộđược xác định theo công thức [1] :
hicb = k. (𝑊𝑊𝑜𝑜𝐾𝐾)2
2 . 𝜌𝜌0𝐾𝐾 . ( 1 + 𝛂𝛂 . 𝑡𝑡𝑖𝑖𝐾𝐾) , N/m2 (4)
Trong đó : k – Hệ số tổn thất nhiệt .
𝑊𝑊𝑜𝑜𝑘𝑘 – Tốc độ khí ởđiều kiện tiêu chuẩn n , m/s 𝑡𝑡𝑖𝑖𝐾𝐾 – Nhiệt độ dòng khí tại điểm tính toán , ° C α – Hệ số dãn nở ( 1
273° )
67
Ta có sơ đồ kênh khói được thể hiện trên hình 3.1 :
Khói B
A
Khói
Hình 3.1. Kênh, ống thoát khói
Khói đi từ vị trí A đến B phải đi qua 8 dầm đỡ bể [Bản vẽ] và 8 dầm đỡ bể gây ra 6 vị trí đột mở: Tính tổn thất tại 6 vị trí kênh đột mở, chọn 𝐹𝐹1 𝐹𝐹2 = 0,1; góc mở α = 40 °; suy ra K2= 0,15; chọn 𝑊𝑊𝑜𝑜𝑘𝑘 = 6 (m/s) ; 𝜌𝜌0𝐾𝐾 = 1,293 kg/m3; 𝑡𝑡𝐴𝐴𝐾𝐾 = 500°C. Áp dụng (4) tổn thất cục bộ tại một vịtrí đột mở: HCcb = 0,15. (6)2 2 . 1,293. ( 1 + 1 273 .500) = 9,8 N/m2. Tổn thất tại 6 vị trí là : 9,8 .6 = 54,3 N/m2.
Xét tổn thất cục bộ tại điểm A: tiết diện kênh dẫn khói mở rộng đột ngột. Chọn 𝐹𝐹1 𝐹𝐹2 = 0,1 ; góc mở α = 40°; suy ra K2 =0,15; chọn 𝑊𝑊𝑜𝑜𝑘𝑘 = 6 (m/s) ; 𝜌𝜌0𝐾𝐾 = 1,293 kg/m3, 𝑡𝑡𝐴𝐴𝐾𝐾 = 500°C. Thay số : => hAcb = 0,15. (6)2 2 . 1,293. ( 1 + 1 273 .500) , N/m 2 => hAcb = 9,8 ( N/m2).
Xét tổn thất cục bộ tại điểm B : dòng không khí đi qua kênh đột thu, Chọn 𝐹𝐹1
𝐹𝐹2 = 0,1 ; góc thu α = 40°; suy ra K4 =0,85; chọn 𝑊𝑊𝑜𝑜𝑘𝑘 = 6 (m/s) ;
68 Thay số : => hBcb = 0,85. (6)2 2 . 1,293. ( 1 + 1 273 .400) , N/m 2 => hBcb = 21,62 , N/m2 . Ta có : hicb = hdầmcb + hAcb + hBcb = 84,82 N/m2. 3.6.6.2.2. Tổn thất áp suất do ma sát
Tổn thất áp suất do ma sát được xác định theo công thức [1] : hims = μ . 𝐷𝐷𝐿𝐿 .(𝑊𝑊𝑜𝑜𝐾𝐾)2
2 .𝜌𝜌0𝐾𝐾 . ( 1 + 𝛂𝛂 . 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝐾𝐾)
trong đó: μ hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhẵn của bề mặt ống : Chọn μ = 0,035 .
L : Chiều dài của đoạn cống ; L = 20,8 m [ Bản vẽ ]. D: Đường kính thủy lực của cống : D = 4 .𝐹𝐹 𝐶𝐶 = 4 .0,48 2,57 = 0,74m . F: Diện tích tiết diện của ống; đã tính F = 0,48 m2. C: Chu vi của ống : C = 2,75 (m) 𝜌𝜌0𝐾𝐾 = 1,26 kg/m3; chọn 𝑊𝑊𝑜𝑜𝐾𝐾 = 3 , m/s . 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝐾𝐾 = 𝑡𝑡đ𝐾𝐾+𝑡𝑡𝑁𝑁𝐾𝐾 2 = 500+400 2 = 450 °C
𝑡𝑡đ𝐾𝐾;𝑡𝑡𝑐𝑐𝐾𝐾 là nhiệt độ đầu và cuối đoạn tính toán
𝑇𝑇ℎ𝑇𝑇𝑎𝑎𝑠𝑠ố ∶ hims= 0,035 .20,8 0,74 . 32 2 . 1,26. (1 + 1 273 . 450 ) = 14,7 N/m2.
3.6.6.2.3. Tính chiều cao của ống khói
Chiều cao ống khói được xác định theo công thức : [1]
H = ∑ ℎ𝐶𝐶+𝑘𝑘.𝑊𝑊𝑚𝑚22 .𝜌𝜌0𝐾𝐾 .( 1+α .𝑡𝑡𝑚𝑚𝐾𝐾)
𝑔𝑔.[1+𝛼𝛼𝜌𝜌𝑜𝑜𝐾𝐾𝐾𝐾.𝑡𝑡𝐾𝐾𝐾𝐾−1+𝛼𝛼𝜌𝜌𝑜𝑜𝐾𝐾.
𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝐾𝐾− μ
69
Trong đó :H là chiều cao ống khói , m ∑ ℎ𝑐𝑐: lực hút của ống khói , N/m2
∑ ℎ𝐾𝐾= hicb + hims = 84,82 + 14,7 = 99,6 N/m2.
∑ ℎ𝑐𝑐= 1,3 . ∑ ℎ𝐾𝐾 = 1,3 . 99,6 =129,3 N/m2.
k: là hệ số tổn thất cục bộ tại miệng ống khói , k = 1,06 .
𝑊𝑊𝑚𝑚: tốc độ của khí buồng tại miệng ra của ống khói , chọn 𝑊𝑊𝑚𝑚= 3 m/s
𝜌𝜌𝑜𝑜𝐾𝐾;𝜌𝜌𝑜𝑜𝐾𝐾𝐾𝐾 : khối lượng riêng của khói và không khí tại điều kiện tiêu chuẩn ; 𝜌𝜌𝑜𝑜𝐾𝐾= 1,263 kg/m3 ; 𝜌𝜌𝑜𝑜𝐾𝐾𝐾𝐾 = 1,29 kg/m3
𝑡𝑡𝑚𝑚𝐾𝐾 : nhiệt độ của khí lò tại đầu ra của ống khói 400°C
𝑡𝑡𝐾𝐾𝐾𝐾 : Nhiệt độ không khí xung quanh 30°C
𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝐾𝐾: Nhiệt độ trung bình của khí lò trong ống khói 450°C
μ : hệ số ma sát ; μ = 0,03
dm: đường kính miệng ra của ống khói , m dm = �ᴫ4 ..𝑊𝑊𝑉𝑉𝐾𝐾
𝑚𝑚 ; 𝑉𝑉𝐾𝐾: lượng khí lò đi qua ống khói m3/s suy ra : 𝑉𝑉𝐾𝐾 = 𝑉𝑉𝐸𝐸 = 5252(m3/h) = 1,5 m3/s
𝑊𝑊𝑚𝑚: chọn là 1,5 m/s
Thay số ta có: dm = �34.14.0, .541,5= 1,1 𝑚𝑚 .
Thay các giá trịtính được chiều cao của ống khói : H = 129,3+1,06.322.1,263.(1+2731 .400) 9,81 . � 1,29 1+ 1273.30− 1,263 1+ 1273.450�− 3.1,10,03 . 322 . 1,263.(1+2731 .450) = 21,9m .
Vậy ống khói có chiều cao 21,9 m.
3.7. Tính kích thước cácbể chứa và bể kết tinh muối ăn
- Hồ dự trữnước chạt 25 °Bé phải chứa đủlượng nước chạt nguyên liệu phục vụ cho hệ thống hoạt động trong 3 tháng mùa đông. Mà theo tính toán, 1 bể kết tinh một ngày sẽ kết tinh 2 mẻnước chạt 25 °Bé, mỗi mẻ là 24 m3 trong
70
8h. Ta có 2 bể kết tinh nên một ngày thểtích nước cần cho quá trình kết tinh là: 4. 24 = 48 m3.
Suy ra, thể tích chứa của hồ tích trữ phải đảm bảo lượng nước chạt 25 °Bé trong 3 tháng là: 4320 m3. Kích thước hồ là: 60 x 50 x 1,5 (mét) đảm bảo với điều kiện trên.
- Bể chứa nước chạt 25°Bé trong xưởng có thểtích đủ dùng cho 2 bể kết tinh, nên bể có thể tích 48 m3, chọn bể kích thước là: 9 x 10 x 0,5 mét đảm bảo khối lượng nước chạt cho 2 bể và an toàn cho công nhân.
- Bể kết tinh: Theo dự tính sản xuất 1 tấn muối trong 1 mẻ, do vậy lượng nước chạt cần dùng là 24 m3. Vậy chọn bểcó kích thước 9 x 5 x 0,5 mét đảm bảo yêu cầu.
- Bể chứa nước ót: Sau quá trình kết tinh sử dụng nước ót như một sản phầm nên cần xây dựng bể chứa. Bể chứa nước ót cần có thể tích bằng ¼ thể tích bể kết tinh [5]. Hệ thống có 2 bể kết tinh mỗi bể dung tích là 90 m3, nên thể tích bể chứa nước ót là 45m3, kích thước 9x5x1 (mét).
3.8. Lợi ích về kinh tế - môi trường
Sử dụng năng lượng sinh khối để sản xuất muối có những lợi ích rõ ràng. Khi diêm dân đầu tư hệ thống sản xuất muối sử dụng năng lượng sinh khối sẽ không bị ảnh hưởng khi thời tiết thất thường (mưa bất thường), nguyên liệu sinh khối là rơm rạ và trấu sau khi được thu hồi sẽ giảm được ô nhiễm do nhân dân thường đốt rơm rạ tại ruộng gây khói bụi và độc hại. Mặt khác, sản phẩm cháy của quá trình đốt sinh khối là những chất hữu cơ và sử dụng chúng để bón cho các ruộng trồng lúa, trồng hoa màu là rất phù hợp.
Trong quá trình sản xuất muối từ nước biển, một lượng đáng kể nước cái hay còn gọi là nước ót sẽđược thải ra. Cứ 1 tấn muối thì có 0,5 m3nước ót [TLTK]. Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu và nhiều nhà máy hóa chất sử dụng nước ót làm nguyên liệu để sản xuất các hóa chất cho các ngành: vật liệu xây dựng, cao su, luyện kim, dầu khí, hóa dược, phân bón. Tách các chất từ nước ót được thực hiện bằng phương pháp cô và kết tinh thu
71
được các hợp chất bao gồm: MgCl2. 6H2O, MgO, KCl, CaSO4. 2H2O. Trên quy mô công nghiệp người ta đã sản xuất muối ăn, magie, brom và clo.
Thu hồi nước ót có 2 ưu điểm chính: thứ nhất là nguyên liệu đầu vào phục vụ cho các nghành công nghiệp hóa chất, sản xuất công nghiệp; thứ hai là bảo vệmôi trường quanh khu vực sản xuất muối, bảo vệ môi trường biển vì một lượng nước ót quá lớn thải ra biển sẽ gây ngộ độc cho toàn bộ khu vực sinh thái ởđó (do nồng độ Mg2+ , K+ , (SO4)2- , …. rất lớn).
73
3.9. Bảng dự trù kinh phí cho hệ thống sản xuất muối ăn từ năng lượng sinh khối
STT Khoản chi Đơn giá Sốlượng Đơn vị Thành tiền
1
Xây cống dẫn nước chạt, đường ống
dẫn nước chạt giữa các bể 30,000,000 1 Gói 30,000,000
2 Bể kết tinh 30,000,000 2 Bể 60,000,000
3
Xây bể chứa nước chạt 15,000,000 1 Bể 15,000,000
4 Quạt 3,000,000 9 Cái 27,000,000
5
Xây dựng buồng đốt 37,500,000 4 m3 150,000,000
6 Đường bê tông 15,000,000 1 Gói 15,000,000
7
Xây kênh khói, cống khói, ống khói 80,000,000 1 Gói 80,000,000
8
Ô tô chở nhiên liệu và sản phẩm
74
9
Nhân công kè ô đắp ruộng 250,000 50 Công 12,500,000
10
Nhân công máy xúc đào hồ tích trữ
nước chạt 250,000 90 Giờ 22,500,000 11 Chi phí phụ 20,000,000 1 Lô 20,000,000 Tổng chi phí 552,000,000 15 % dự phòng 82,800,000 Tổng: 634,800,000
75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Luận văn đã giải quyết được những yêu cầu đặt ra của đềtài, đó là:
- Sử dụng năng lượng sinh khối để sản xuất muối là góp phần cải thiện điều kiện lao động và tăng năng suất lao động cho diêm dân.
- Khi sử dụng phương pháp sản xuất mới, với điều kiện cùng diện tích 1ha ô ruộng, trong một ngày sản lượng của hệ thống tăng gấp 4 lần so với sản lượng của hệ thống sản xuất muối sử dụng phương pháp truyền thống (
sản lượng phương pháp mới 2 tấn/ ngày; sản lượng phương pháp cũ 500 kg
trên ngày ).
- Sản xuất một tấn muối tức 1 mẻ muối sẽ tiêu tốn 1,743 tấn trấu tương đương với 206 190 ngàn đồng, với giá muối luôn dao động trong khoảng từ 1500 -2000 đồng . Chọn giá sàn 1500 đồng, với hê thống sản xuất mới sẽ
thu 1500000 đồng.
- Dự trù toàn bộkinh phí đầu tư cho hệ thống là 600 triệu đồng, dự kiến