do an sấy quặng mangandioxit

Mục Lục

Mục Lục

...

1

Lời mở đầu

...

3

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG

...

4

I.Giới thiệu chung về vật liệu sấy

...

4

1. Tính chất của nguyên liệu

...

4

1.1. Tính chất vật lý

...

4

1.2 Tính chất hóa học

...

4

2. Ứng dụng của MnO2

...

4

II. Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay

...

5

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

...

5

2.Giới thiệu về dây chuyền thiết bị sấy thùng quay

...

7

3.Lựa chọn thiết bị

...

10

4.Thuyết minh quy trình công nghệ

...

10

PHẦN II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUAY

...

11

I.Các thông số ban đầu

...

11

II. Tính toán và lựa chọn nhiên liệu

...

12

1. Nhiệt dung riêng của than đá

...

12

2. Nhiệt trị cao của than

...

13

3.Nhiệt trị thấp của than

...

13

4. Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu

...

13

5. Entanpi của hơi nước trong hỗn hợp khói

...

13

6. Hệ số không khí dư ở buồng đốt và buồng trộn theo lý thuyết

...

14

III. Tính toán các thiết bị chính

...

14

1. Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy

...

14

2. Lượng vật liệu khô tuyệt đối

...

15

3. Phương trình cân bằng nhiệt

...

15

4. Thể tích thùng sấy

...

15

5. Chiều dài của thùng

...

15

6. Thời gian sấy

...

16

7. Số vòng quay của thùng sấy

...

17

8. Công suất cần thiết để quay thiết bị

...

17

9. Cân bằng lò đốt than

...

18

9.1.Nhiệt lượng vào tính khi đốt 1kg than

...

18

a) Nhiệt lượng vào buồng đốt

...

18

b)Nhiệt lượng ra khỏi buồng trộn tính khi đốt 1 kg than

...

19

Qra = Q4 + Q5 + Qm (KJ)

...

19

9.2.Phương trình cân bằng nhiệt lò đốt than

...

21

Qvào = Qra

...

21

10. Tính hệ số truyền nhiệt

...

25

b) Xác định

...

27

11.2. Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy

...

31

11.3. Phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị sấy

...

33

11.4. Trạng thái của khói lò vào máy sấy, đi ra khỏi máy sấy và lưu

lượng khí

...

33

PHẦN III : TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

...

37

I. Tính toán hệ thống bánh răng dẫn động

...

37

1. Chọn động cơ

...

37

2. Tỷ số truyền và số vòng quay

...

38

3. Công suất và momen xoắn trên trục của bánh răng nhỏ

...

38

4. Tính toán bộ truyền bánh răng trụ, răng thẳng

...

39

a) Xác định khoảng cách trục

...

39

b) Xác định thông số ăn khớp

...

39

c) Tính răng và độ bền tiếp xúc

...

40

d) Kiểm tra độ bền uốn qua tải

...

42

Các thông số kích thước bộ truyền :

...

43

II. Xác định tải trọng

...

44

1. Trọng lượng vật liệu nằm trong thùng

...

44

2. Trọng lượng của thùng

...

44

3. Trọng lượng của vành đai

...

44

4. Trọng lượng của bánh răng vòng

...

45

5. Trọng lượng của lớp cách nhiệt

...

45

6. Trọng lượng của cánh múc nâng

...

45

III. Kiểm tra bền cho thùng quay

...

46

1. Khoảng cách giữa hai vành đai

...

46

2.Mômen uốn do tải trọng gây ra

...

46

3.Mômen uốn do bánh răng vòng gây ra

...

46

4.Tổng mômen uốn

...

46

5.Mômen chống uốn của thùng

...

46

IV.Tính vành đai

...

46

1. Tải trọng trên một vành đai

...

46

2.Phản lực con lăn

...

47

3.Bề rộng vành đai

...

47

V. Tính con lăn chặn, con lăn đỡ

...

48

1.Tính con lăn đỡ

...

48

2. Tính con lăn chặn

...

49

PHẦN IV : CÁC THIẾT BỊ PHỤ

...

50

I .Tính toán lò đốt

...

50

1.Thể tích buồng đốt

...

50

2.Diện tích ghi lò

...

51

II .Quạt thổi vào máy sấy

...

51

Kết Luận

...

53

Tài liệu tham khảo

...

54

Lời mở đầu

Sấy là một trong những công đoạn quan trọng trong công nghệ sản xuất. Thực tế ta thấy nếu không có quá trình sấy thì thành phẩm sau khi sản xuất xong có độ ẩm rất cao, ảnh hưởng đến quá trình bảo quản và lưu trữ. Các quặng nhân tạo sau khi sản xuất được thành phẩm nếu không qua công đoạn sấy dễ ảnh hưởng đến chất lượng quặng do ảnh hưởng của điều kiện môi trường. Nước ta là một trong những nước có điều kiện thời tiết khá ẩm, chính vì vậy công đoạn sấy là một công đoạn vô cùng quan trọng trong giai đoạn sản xuất quặng, nông sản…. trong đồ án môn học này, em sẽ trình bày về quy trình công nghệ và thiết kế thiết bị sấy thùng quay để sấy quặng mangandioxit nhân tạo với năng suất 13 tấn/giờ có độ ẩm đầu vào là 8,5% và độ ẩm đầu ra là 0,5%.

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG

I.Giới thiệu chung về vật liệu sấy

1. Tính chất của nguyên liệu

1.1. Tính chất vật lý

Quặng MnO2 là chất bột màu đen có thành phần không hợp thức, khi đun nóng sẽ bị

phân hủy thành oxit thấp hơn.

Ở điều kiện thường nó là oxit bền nhất trong các oxit của Mangan, không tan trong nước, tương đối trơ.

Khối lượng riêng: 5030 Kg/m3_.

1.2 Tính chất hóa học

Khi đun nóng, nó tan trong axit và kiềm như một oxit lưỡng tính. Khi tan trong dung dịch axit nó không tạo nên muối kém bền của Mn+4 _{theo phản ứng trao đổi mà}

tác dụng như chất oxi hóa.

Khi tan trong dung dịch KOH đặc tạo nên dung dịch xanh lam chứa các ion Mn (III) và Mn (V) vì trong điều kiện này ion Mn (V) không tồn tại được.

Khi nấu chảy với kiềm hoặc oxit bazơ mạnh tạo thành muối Managanat. Ở nhiệt độ cao, MnO2 có thể bị khử bởi H2,CO2 hoặc C tạo thành kim loại.

Khi nấu chảy với kiềm nếu có mặt chất oxi hóa ví dụ như:KNO3

,KClO3,O2…..MnO2 bị oxi hóa thành Mn theo phương trình:

MnO2 + KNO3 +K2CO3 =K2MnO4 + KNO2 + CO2

2. Ứng dụng của MnO2

MnO2 tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật pirolusit là hợp chất của

Ở dạng bột MnO2 là xúc tác cho phản ứng phân hủy KClO2 và H2O2 ,phản ứng oxi

hóa NH3 thành NO và axit Axetic thành Axeton

Được đưa vào nguyên liệu nấu thủy tinh để làm mất màu lục của thủy tinh,cho thủy tinh màu hồng hoặc đen (với lượng lớn).

Trong công nghiệp gốm MnO2 tạo màu nâu đỏ,đen cho men.

Trong công nghiệp sản xuất pin MnO2 được sử dụng làm một điện cực của pin.

Ví dụ như:

Mangan dioxit được xem là ứng viên có nhiều ưu điểm làm nguyên liệu chế tạo điện cực cho pin sạc bởi vì chúng có nhiều trong thiên nhiên và tương hợp với môi trường . Tận dụng những ưu điểm của mangan dioxit nhiều phương pháp có hiệu quả đã được phát triển để cải thiện đặc tính của điện cực MnO2)C nhằm mục đích sử

dụng cho pin sơ cấp.

Điện cực hỗn hợp của MnO2/Cacbon đực chế tạo bằng cách cho trực tiếp bột cacbon

vào trong dung dịch Manganaxetat để cùng kết tủa với MnO2.nH2O trên bề mặt nền

cacbon . Hình thái học bề mặt và cấu trúc tinh thể được xác định bằng phương pháp hiển vi điện tử quét ( SEM) và kĩ thuật nhiễu xạ tia X (XRD) . Quét thể vòng tuần hoàn ( CV ) để đánh giá tính chất điện hóa của điện cực được chế tạo.Kết quả đã chứng minh bột cacbon có hiệu quả làm tăng điện dung và cải thiện tính chất điện hóa của điện cực Mangandioxit.

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

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

Sấy tiếp tiếp xúc là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy mà tác nhân truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn .

Sấy bằng tia hồng ngoại là 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 là phương pháp sấy dùng năng lượng nhiệt trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dài của lớp vật liệu.

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

Ba phương pháp cuối được sử dụng trong công nghiệp nên gọi chung là phương pháp sấy đặc biệt.

Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, công nghệ và thiết bị sấy đối lưu và tiếp xúc được dùng nhiều 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 thiết bị sấy đối lưu có thể gặp ở các dạng sau: Thiết bị sấy buồng( năng suất thấp, làm việc không thường xuyên) Thiết bị sấy hầm( năng suất 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) Thiết 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) Thiết bị sấy tầng sôi( năng suất cao)

2.Giới thiệu về dây chuyền thiết bị 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, muối và các hóa chất NaHCO3, BaCl2, … B C C 400 234.4 1 2 3 4 5 _{6 7 8 II 9 10}11 _{12 III} V 13 14 15 16 17 18 19 20 21

1.Thùng quay 2.Vành đi đỡ 3.Con Lăn đỡ

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

7.Thiết bị lọc bụi 8.Lò đốt 9.Con lăn chặn

10.Mô tơ quạt chuyển động 11.Bê tông 12.Băng tải 13.Phểu tiếp liệu 14.Van diều chỉnh 12.Băng tải

Máy sấy thùng quay gồm 1thùng hình trụ (1) đặt nghiêg 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 thời 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 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 3÷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.

Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không được lớn hơn 3m/s bởi nếu tốc độ lớn hơn 3m/s thì vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.

Các đệm ngăn trong thùng vừa có tác dụng phân phối đều vật 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 ( cánh đảo trộn ) phụ thuộc vào kích thước của vật liệu sấy và độ ẩm của nó. Các loại đệm ngăn được dùng phổ biến trong máy sấy thùng quay gồm các loại:

e b d c b a

Sơ đồ cấu tạo cánh trong thiết bị sấy thùng quay a. Cánh nâng

b.

Cánh nâng chia khoang

c.

Cánh phân bố đều(cánh phân phối chữ thập) d. Cánh hỗn hợp

e. Cánh phân vùng

Đối với vật liệu dạng cục to nhưng xốp, nhẹ trong thùng sấy có thể bố trí cánh nâng ( Hình a )

Ngược lại với vật liệu sấy dạng cục to,nặng thì nên bố trí cánh nâng có chia khoang ( hình b )

Khi sấy vật liệu dạng hạt hoặc cục nhỏ, nhẹ người ta thường dùng loại cánh phân phối chữ thập(hình c)

Đối với vật liệu sấy có kích thước hạt quá bé có thể tạo thành bụi thì nên dùng cánh loại chia thành khoang kín ( hình e )

Ưu điểm:

Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cường độ sấy lớn có thể đạt 100kg ẩm bay hơi/m3_h.

Thiết bị gọn có thể cơ khí hóa và tự động hóa toàn bộ khâu sấy. Nhược điểm:

Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn phải nên trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm.

3.Lựa chọn thiết bị

Theo số liệu độ ẩm ban đầu của quặng MnO2 nhân tạo là W1 = 8.5% , quá trình

cần phải thực hiện liên tục với năng suất 13 tấn/h ,vật liệu dạng bột, có thể tự chảy được nên chọn cánh đảo trộn kiểu phân phối. Tác nhân khói lò ( vì nhiệt độ đầu của tác nhân sấy 240o_{C) chuyển động của tác nhân sấy trong thiết bị sấy chọn xuôi}

chiều.

4.Thuyết minh quy trình công nghệ

Vật liệu sấy là quặng MnO2 nhân tạo và thùng sất bằng hệ thống gầu tải.

Quặng MnO2 nhân tạo khi vào thùng sấy có độ ẩm 8,5% , chuyển động cùng chiều

với tác nhân sấy.

Tác nhân sấy sử dụng là khói lò, tạo ra từ nhiên liệu đốt than, sau khi qua buồng hòa trộn với không khí bên ngoài để đạt nhiệt độ thích hợp cho quá trình sấy. Dòng tác nhân sấy được gia tốc bằng quạt đẩy đặt ở trước thiết bị và quạt hút đặt ở cuối thiết bị.

Trên đường ống dẫn khói lò vào buồng hòa trộn và đường ống dẫn không khí từ môi trường vào buồng hòa trộn đều có các van, dùng để điều chỉnh lưu lượng các dòng. Đặt nhiệt kế ở sau buồng hòa trộn để xác định nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào thùng sấy, nếu nhiệt độ quá cao ta sẽ mở van để tháo bớt khói lò ra, giảm lượng khói lò vào buồng hòa trộn để giảm bớt nhiệt độ, ngược lại nếu nhiệt độ chưa đủ, ta khóa bớt van dẫn không khí từ môi trường vào buồng hòa trộn.

Thùng sấy có dạng hình trụ đặt nằm nghiêng một góc 30 _{so với mặt phẳng ngang,}

được đặt trên một hệ thống con lăn đỡ và con lăn chặn. Chuyển động quay của thùng được thực hiện nhờ bộ truyền động từ động cơ sang hộp giảm tốc đến bánh răng gắn trên thùng. Bên trong thùng có gắn các cánh kiểu phân phối, dùng để đảo trộn vật liệu sấy mục đích là tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, do đó tăng bề mặt truyền nhiệt và tăng cường trao đổi nhiệt để quá trình sấy diễn ra triệt để.

Trong thùng sấy hạt quặng MnO2 được nâng lên đến độ cao nhất định sau đó

trình truyền nhiệt và truyền khối là bay hơi ẩm. Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi dọc theo chiều dài thùng. Khi đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sẽ đạt được độ ẩm cần thiết cho quá trình bảo quản 0,5%.

Sản phẩm quặng MnO2 nhân tạo sau khi sấy được đưa vào buồng tháo liệu, sau khi

qua cửa tháo liệu sẽ được bao gói để bảo quản hay dùng vào các mục đích sản xuất khác.

Dòng tác nhân sấy khi qua buồng sấy chứa nhiều bụi do đó cần phải

đưa qua hệ thống lọc bụi để tránh thải bụi bẩn vào không khí gây ô nhiễm môi

trường. ở đây, ta sử dụng hệ thống lọc bụi bằng nhóm 4 xyclon. Khói lò sau

khi lọc bụi sẽ được thải vào môi trường. Phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua

cửa thu bụi của xyclon và được xử lý riêng.

PHẦN II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY THÙNG QUAY

I.Các thông số ban đầu

Kiểu thiết bị sấy thùng quay: phương thức sấy xuôi chiều Tác nhân sấy: khói lò

Nhiệt độ khói lò vào thùng sấy : t1 = 240oC

Nhiệt độ khói lò ra khỏi thùng sấy: t2 = 80oC

Vật liệu là quặng MnO2 nhân tạo dạng bột mịn.

Khối lượng riêng xốp của MnO2:ρx =724,32 ( Kg/m3 ) được tính như sau:

β ρ

ρ_xMnO₂ = _tbMnO₂. _{( Kg/m}3₎

Trong đó:

β: là hệ số điền đầy ( chọn β = 0,15 do chọn cánh khuấy kiểu phân phối )

2 2 1 2 ρ ρ ρ_tbMnO = +

Với ρ1: Khối lượng riêng của vật liệu trước khi sấy, ρ1 = 5030 ( Kg/m3) ρ2: Khối lượng riêng của vật liệu sau khi sấy

1 2 ρ

ρ = - lượng ẩm bay hơi trong 1 m3 _{thể tích}

(

¦ ₁ ¦ ₂

)

₁ 5030

(

8,5 0,5

)

.5030 4627,6 1

2 =ρ − − ρ = − − =

8 , 4828 2 6 , 4627 5030 2 2 1 2 = + = + = ρ ρ ρ_tbMnO ( Kg/m3 ₎ 32 , 724 15 , 0 . 8 , 4828 . 2 2 =ρ β = = ρ_xMnO _tbMnO _{( Kg/m}3 ₎

Độ ẩm đầu vào của vật liệu: 8,5% Độ ẩm đầu ra của vật liệu: 0,5%

Nhiệt độ vật liệu vào máy sấy: to = 25oC

Nhiệt độ vật liệu ra khỏi máy sấy: t1 = 70oC

Nhiệt dung riêng của bán thành phẩm trước khi vào máy sấy:C1 = 0,658(KJ/Kgđộ)

Nhiệt dung riêng của bán thành phẩm sau khi ra khỏi máy sấy: C2 = 0,68(KJ/Kgđộ)

Các thông số không khí: Nhiệt độ môi trường: t = 25o_C

Độ ẩm tương đối:ϕo = 85%

Năng suất: 13 tấn/h = 13000 Kg/h

II. Tính toán và lựa chọn nhiên liệu

Vật liệu là than đá với các thành phần nhiên liệu như sau:

Nguyên tố C H O N S A W

Hàm lượng 85,32 4,56 4,07 1,8 4,25 7,87 3 Từ đây ta có các thông số làm việc như sau:

(

)

(

)

_76,04

_{( )}

_% 100 87 , 7 3 100 32 , 85 100 ¦ 100 = + − = + − =C W A Clv

(

)

(

)

_4,06

_{( )}

_% 100 87 , 7 3 100 56 , 4 100 ¦ 100− + ₌ − + ₌ =H W A Hlv

(

)

(

)

_3,63

_{( )}

_% 100 87 , 7 3 100 07 , 4 100 ¦ 100− + ₌ − + ₌ =O W A Olv

(

)

(

)

_1,61

_{( )}

_% 100 87 , 7 3 100 8 , 1 100 ¦ 100− + ₌ − + ₌ =N W A Nlv

(

)

(

)

_3,79

_{( )}

_% 100 87 , 7 3 100 25 , 4 100 ¦ 100− + ₌ − + ₌ =S W A Slv

1. Nhiệt dung riêng của than đá

Nhiệt dung riêng của than đá được xác định theo công thức: Ct = 837 + 3,7 to + 625x

Trong đó: to: là nhiệt độ của than đá, chọn to = 25oC

Suy ra: Ct = 837 + 3,7.25 + 625.0,0278

= 946875 ( J/Kg độ) = 0.946875( KJ/Kgđộ)

2. Nhiệt trị cao của than

Theo công thức Mendeleep:

Qclv = 339.Clv + 1256.Hlv – 109.( Olv – Slv) ( VII.37/ 110 –STT2)

= 339.76,04 + 1256.4,06 + 109.( 3,63 – 3,79) = 30894,36 ( KJ/Kg )

3.Nhiệt trị thấp của than

Qlv

th = Qc – 25( W + 9Hlv) = 30894,36 – 25.( 3 + 9.4,06) = 29905,86( KJ/Kg)

4. Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu

Để cung cấp cho các phản ứng cháy, thành phần của oxi trong không khí là 21% Các phản ứng cháy: C + O2 → CO2 2H2 + O2 → 2H2O S + O2→ SO2 Áp dụng công thức: ( VII/ 111 –STT2) Lo = 0,115Clv + 0,346Hlv + 0,043( Slv – Olv) = 0,115. 76,04 + 0.346.4,06 + 0,043.(3,79 – 3,63) = 10,16 (Kgkkk/Kg than)

5. Entanpi của hơi nước trong hỗn hợp khói

ih = ro + Ch.t ( QTTBT4 – 273)

Trong đó: ro: là nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 0oC, ro = 2493 KJ/Kg

Ch: là nhiệt dung riêng của hơi nước, Ch = 1,97 KJ/Kg độ

t: là nhiệt độ của khói lò vào, t =240o_C

6. Hệ số không khí dư ở buồng đốt và buồng trộn theo lý thuyết

Áp dụng công thức:

(

_[

₍

)

₎

[

(

₍

₎

_]

)

]

o pk ho h o o pk lv h lv t t lv c t t C i i x L t C W A H i W H C t Q − + − + + − − + − + = 1 1 . . ¦ 9 1 . ¦ 9 . .η α Trong đó:

Qclv: là nhiệt trị cao của than, Qclv = 30894,36 KJ/Kg

η : Hiệu suất, chọn = 0,9 tt: là nhiệt trị của than đá, tt = 25oC

Ct: là nhiệt dung riêng của than, Ct = 0,946875 KJ/Kgđộ

Cpk: là nhiệt dung riêng của không khí, Cpk = 1,004 KJ/Kgđộ

ih: là entanpi của hơi nước ở nhiệt độ t1 = 240oC

iho: là entanpi của hơi nước ở nhiệt độ môi trường, to =25oC

iho = ro + Ch.to

Với: ro: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ 0oC, ro =2493 (KJ/Kg)

Ch: nhiệt dung riêng của hơi nước, Ch = 1,97 KJ/Kg

to: nhiệt độ của môi trường, to = 25oC

Nên: iho = 2493 + 1,97. 25 = 2542,25 ( KJ/Kgđộ )

t1: nhiệt độ của khói lò, t1 = 240oC

Lo : lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu, Lo = 10,16 Kgkkk/Kg

than

xo : hàm ẩm của không khí ở điều kiện t =25oC.Tra đồ thị I-x [ 255 – 4] ta được :

xo = 0,0166( Kg ẩm/ Kg kk ) Io = 16,33 Kcal/ Kgkkk = 68,37 ( KJ/Kgkkk )

(

)

[

(

)

]

(

)

(

)

[

0,0166 2965,8 2542,25 1,004 240 25

]

. 16 , 10 240 . 004 , 1 . 03 , 0 0787 , 0 0406 , 0 . 9 1 8 , 2965 03 , 0 0406 , 0 . 9 946875 , 0 . 25 9 , 0 . 36 , 30894 − + − + + − − + − + = α 82 , 11 = α

III. Tính toán các thiết bị chính

1. Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy

Lượng ẩm bay hơi được tính theo công thức : W = G1 2 2 1 100 W W W − − (QTTBT2/165)

W1, W2: Độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật liệu

W1 = 8,5%; W2 = 0,5%

Suy ra: W = 13000.₁₀₀8,5−₋0₀,_,5₅ = 1045,226 (Kg/h)

2. Lượng vật liệu khô tuyệt đối

Áp dụng công thức : Gk = G1 100 100− W₁ = 13000. 100 5 , 8 100− = 11895 ( Kg/h )

3. Phương trình cân bằng nhiệt

G1 =G2 + W Suy ra : G2 =G1 – W

Trong đó: G2: lượng vật liệu khô ra khỏi thiết bị sấy

G2 = 13000 – 1045,226 = 11954,774 ( Kg/h )

4. Thể tích thùng sấy

Vth =

A W

Trong đó: A: cường độ bay hơi ẩm, chọn A = 30 Kg/m3_h

W: lượng ẩm bay hơi, W = 1045,226 Kg/h Suy ra: Vth = ) ( 84 , 34 30 226 , 1045 _{= m}3

5. Chiều dài của thùng

Lt = 2 4 t th D V π Trong đó: Vth: là thể tích của thùng, Vth = 34,84 ( m3) Dt: là đường kính thùng sấy

Thường tỷ số giữa chiều dài thùng sấy và đường kính thùng sấy là: Lt / Dt = 3,5 – 7. Chọn Lt / Dt = 6 Suy ra: Lt = 6Dt ⇒ 6Dt = _{π 6π} 4 4 3 2 th t t th _D V D V = ⇒ Nên đường kính thùng là:

Dt = 1,95( ) 14 , 3 . 6 84 , 34 . 4 6 4 3 3 Vth = = m π . Lấy Dt = 2 m

Suy ra: Chiều dài thùng là: Lt = _3,14.2 11,096( ) 84 , 34 . 4 4 2 2 m D V t th _{= =} π . Chọn chiều dài thùng là Lt = 12 m

Tính lại thể tích thùng và cường độ bay hơi ẩm Thể tích thùng : Vtt = 37,68( ) 4 12 . 2 . 14 , 3 4 3 2 2 m L D_{t t = =} π Cường độ bay hơi ẩm : A = 27,74( / ) 68 , 37 226 , 1045 _{Kg m}3_h V W tt = = _{. Lấy A = 28 Kg/m}3_h

6. Thời gian sấy

Thời gian sấy của vật liệu trong thùng( Thời gian lưu của vật liệu trong thùng) :

Đối với máy sấy thùng quay thời gian sấy được xác định theo CT :

120_[200 (₍ )₎ 2 1 2 1 W W A W W x s _{− +} − = βρ τ

_{(Sổ tay -tập2-trang123)}

Trong đó:

+ ρx : Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng quay, với ρx

=724,32 kg/m3

+ W1,W2 : Độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, tính bằng % khối lượng chung:

w1 = 8.5 % , w2 = 0,5 %

+ β : Hệ số chứa vật liệu của thùng (0,1-0,25),chọn β = 0,15 + A : Cường độ bay hơi ẩm, A = 28(kg ẩm/_{m h)}3 ⇒ τs = _{⋅ − +} = − ⋅ ⋅ ⋅ )] 5 , 0 5 , 8 ( 200 [ 28 ) 5 , 0 5 , 8 ( 32 , 724 15 , 0 120 19,503 (phút)

Kiểm tra lại thời gian sấy: (Theo 408- máy và thiết bị sản xuất hoá chất) Thời gian sấy thực tế sẽ là:

τ ₌ 1 . . . 60 G f V_tt β _x = 13000 32 , 724 . 15 , 0 . 68 , 37 . 60 = 18,89 (phút) Vtt : Thể tích thực của thùng sấy = 37,68 m2

7. Số vòng quay của thùng sấy

Số vòng quay của thùng xác định theo công thức: , . . . . α τ D tg L k m n t t = _{(Sổ tay -tập2-trang122).} Trong đó :

+ Lt , Dt : Chiều dài và đường kính của thùng sấy (m)

Lt = 12 m, Dt = 2 m

+ α : Góc nghiêng của thùng quay, Thường góc nghiêng của thùng dài là 1÷6o_{, chọn α = 3}o_{. Suy ra: tgα} =_tg3o =_0,052

+ m : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng ; lựa chọn cánh phân phối , m = 1

+ k : Hệ số phụ thuộc vào phương thức sấy và tính chất của vật liệu,k=0,7. Vì đây là phương thức sấy xuôi chiều

+ τ : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay hay cũng chính là thời gian sấy, phút

n=_18,1₈₉⋅0_.2,7_.0⋅_,12₀₅₂ =4,28 (Vòng/phút )

8. Công suất cần thiết để quay thiết bị

Ta có:N = ⋅Dt ⋅Lt⋅a⋅n⋅ρx 3 0013 , 0 (VII.54-trang123-STT2) Trong đó: + n : Số vòng quay của thùng, vòng /phút

+ a : Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh, a = 0,026 (theo bảng VII.54-123) + ρx : Khối lượng riêng xốp trung bình, ρx = 724,32 kg/m3

+ Dt,Lt : Đường kính và chiều dài của thùng (m)

Dt = 2 m, Lt = 12 m

N=0,0013.23_{.12.0,026.4,28 724,32=10,059 (Kw)}

Công suất chọn động cơ:

Ndc =1,1.N = 1,1.10,059= 11,0649 (kw)

Chọn chiều dày thùng: Theo công thức thực nghiệm ta có: S = ( 0,007- 0,011 )Dt. Lấy: S = 14mm = 0,014 m

9. Cân bằng lò đốt than

9.1.Nhiệt lượng vào tính khi đốt 1kg than

a) Nhiệt lượng vào buồng đốt

Qvào = Q1+Q2 + Q3 (KJ)

Trong đó:

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

Q2:Nhiêt lượng do không khí mang vào buồng đốt ( KJ )

Q3:Nhiệt lượng do đốt cháy 1kg than ( KJ )

Ta có:

•

Q1 = Gt Ct to =1. 0,946875.25= 23,67 (KJ)

Với:

Ct: Nhiệt dung riêng của than đá Ct = 0,946875 KJ /kg độ

to: Nhiệt độ của than đá vào lò đốt to = 25°C

Gt: Khối lượng của than, Gt = 1 Kg

•

Q2 = Lo.α.Io (KJ)

Trong đó :

Lo: Là lượng khí khô lý thuyết mang đi để đốt cháy hết 1kg than

Lo = 10,16 (kg k3/kg than)

Io :Hàm nhiệt không khí trước khi vào máy sấy

Tính Io:

Nội suy theo đồ thị I-x (QTTBT2-255) ở: to: Nhiệt độ của môi trường : to = 25oC

ϕo: Độ ẩm tương đối của không khí :ϕo = 85% ⇒xo = 0.0166 ( Kg ẩm/ Kg kkk ) => Io = 16,33 (kcal/kgk3) Io = 68,37 (KJ /kgk3) ⇒Q2 = 10,16.68,37α = 694,64α ( KJ )

•

Q3 = Qclv

Q3 = 30894,36 (KJ )

Tổng nhiệt lượng vào buồng đốt là: Qvào = Q1 + Q2 + Q3

= 23,67 + 694,64α+ 30894,36 = 694,64α + 30918,03 (KJ)

b)Nhiệt lượng ra khỏi buồng trộn tính khi đốt 1 kg than

Qra = Q4 + Q5 + Qm (KJ)

Trong đó:

Q4: Nhiệt do xỉ mang ra ( KJ )

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

Qm:Nhiệt mất mát ra môi trường. ( KJ )

Ta có:

•

Q4 = Gxỉ.Cxỉ.txỉ (KJ)

Gxỉ : Khối lượng xỉ khi đốt 1kg than

Gxỉ = A = 7,87 %

Cxỉ: Nhiệt dung riêng của xỉ: Cxỉ= 0,754 ( KJ /kgđộ ) (Tra sổ tay T1- 162)

txỉ :Nhiệt do xỉ mang ra txỉ = 260oC Thay số : Q4 = 0,754.260 15,43 100 87 , 7 = ( KJ )

•

Q5 = Gk.Ck.t1 Với:

t1 : Nhiệt độ khói lò vào buồng trộn t1 =240 oC

Gk : Khối lượng của chất khí trong lò

Ck : Nhiệt dung 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 G 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2. + + + 0 + (KJ /kgo_C) (Sổ tay T2- VII.42-112) ⇒_{Q5 = (GSO}2 .C _SO2 +G _CO2 .C _CO2+G _N2 _.C _N2+G_O2.C_O2+G_H2_O.C_H2_O)t₁ Thành phần khối lượng của các cấu tử khí khi đốt 1 kg nhiên liệu ở 240 o_C:

GSO2 = ₁₀₀ = . 2_Slv 0,02.Slv _{= 0,02.3,79= 0,076 ( kg/kgthan )} Khối lượng CO2 GCO2= 0,0367Clv = 0,0367.76,04 = 2,79 ( kg/kgthan ) Khối lượng N2 GN2= 0,769.α.L0 + 0,01Nlv = 0,769.α.10,16 + 0,01.1,61 = 7,81.α + 0,0161 ( kg/kgthan ) Khối lượng ẩm: GH2O = mH2O + α.Loxo = 100 9HLV ₊W + α.Loxo = .10,16.0,0166 100 3 06 , 4 . 9 _α + + =0,395α+0,17 (Kg/kg than) Khối lượng O2: GO2= 0,231(α - 1).Lo = 0,231( α- 1 ).10,16 = 2,35.α- 2,35 (kg/kgthan)

Tính nhiệt dung riêng của các khí ở 240 o_C:

CSO2 = 0,18 (kcal/kgđộ) = 0,754 (KJ /kgđộ) CCO2= 0,222 + 43.10−6t1 =0,222 + 43.10−6.240 = 0,2323 (kcal/kgđộ) = 0,973 (KJ /kgđộ) CN2 = 0,246 + 189.10-7.t1 = 0,246 + 189.10−7_.240 = 0,251 (kcal/kgđộ) = 1,049 (KJ /kgđộ) CO2 = 0,216 + 166.10-7.t1 = 0,216 + 166.10−7_.240 =0,22(kcal/kgđộ) = 0,921 (KJ /kgđộ) CH2O = 0,436 + 119.10-6.t1

= 0,436 + 119.10−6_.240 =0,465(kcal/kgđộ) =1,945 (KJ /kgđộ) Thay số vào Q5 ta có: Q5 ={0,076.0,754 + 2,79.0,973 + [(7,81.α+0,0161).1,049 + [(2,35.α-2,35).0,921 ] + [(0,17+0,395.α).1,945]} 240 = 229,24 + 2670,08α (KJ) Có : Qm =10%Qvào = 0,1( 30918,03 + 694,64α ) = 3091,803 + 69,464α (kj) ⇒Qra = Q4 + Q5 + Qm = 15,43 + 229,24 + 2670,08α + 3091,803 + 69,464α = 3336,473 + 2739,544.α ( KJ )

9.2.Phương trình cân bằng nhiệt lò đốt than

Phương trình cân bằng lò đốt Qvào = Qra 30918,03 + 694,64α = 3336,473 + 2739,544.α 27581,557 = 2044,904α ⇒α = 13,49 α: Hệ số không khí dư thực tế

Vậy lượng không khí thực tế cần cung cấp cho lò đốt là: L = α.Lo

= 13,49.10,16 = 137,06 ( kg k3_{/kg than)}

Khối lượng các khí khi đốt 1 kg than:

Khối lượng SO2: GSO2= 0,076 ( Kg/ Kg than ) Khối lượng CO2: GCO2= 2,79 ( Kg/ Kg than ) Khối lượng N2: GN2= 7,81α+ 0,0161 = 7,81.13,49 + 0,0161 = 105,373 ( Kg/ Kg than ) Khối lượng của O2: GO2= 2,35α - 2,35 = 2,35.13,49 – 2,35 = 29,35 ( Kg/Kg than ) Khối lượng của H2O: GH2O= 0,395α+ 0,17 = 0,395.13,49 + 0,17 = 5,499 (Kg/Kg than)

Với các thông số:

Chọn nhiệt độ của không khí : to = 25 °C

Độ ẩm tương đối của không khí :ϕo = 85%

Nội suy theo đồ thị I-x (QTTBT2-255) ở: ⇒xo = 0.0166 (kg ẩm/kgk3)

=> Io = 16,33 (kcal/kgk3)

Io = 68,37 (kj/kgk3)

Nhiệt độ của khói lò vào thùng sấy t1 = 240oC

Nhiệt độ của khói lò ra khỏi thùng sấy t2 = 80oC

A. Quá trình sấy lý thuyết

*.

Các thông số đi vào thiết bị sấy

a) Hàm ẩm của khói lò x1 = kk hn G G (kg/kg k3₎

+ Ghn : Là lượng hơi nước trong khói

GH2O = 0,433 + 0,0638α = 0,433 + 0,0638.13,49 = 1,29 ( Kg/Kg than ) Trong đó : α: Hệ số không khí dư α=13,49 + Gkk : Lượng không khí khô sau buồng trộn được xác định : Gkk = 1 + α.Lo - GH2O = 1 + 13,49.10,16 – 1,29 = 136,77 ( kg/kgthan ) Hàm ẩm của khói lò là: x1 = 77 , 136 29 , 1 = 0,009 (kg/kg k3₎

b) Entanpi của khói lò sau buồng trộn : I1 = kk n n o o o t lv c G i G I L t C Q .η+ . +α. + [IV – 304] Trong đó:

Qclv : Nhiệt trị cao của than :Qclv= 30894,36 (kj/kg than)

Io : Entanpi của hơi nước : Io = 68,37 (kj/kg độ)

Ct : Nhiệt dung riêng của than : Ct= 0,946875 (kJ/kg°C)

to : Nhiệt độ của than khi vào lò : to = 25oC

α: Hệ số không khí dư α= 13,49

Lo: Là lượng khí lý thuyết mang để đốt cháy hết 1kg than:

Lo = 10,16 kg k3/kg than

Gkk : Lượng không khí khô sau buông trộn :Gkk= 132,56 kg/kgthan

Gn: Lượng hơi nước trong khói, Gn = 1,29 Kg/Kg than

in: Entanpi của hơi nước ở nhiệt độ môi trường

in = ro + Ch.to= 2493 + 1,97.25 = 2542,25 ( KJ/Kgđộ )

Với: ro: Nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 0oC, ro = 2493 ( KJ/Kg )

Ch: Nhiệt dung riêng của hơi nước, Ch = 1,97 ( KJ/Kg )

Suy ra: I1 = 56 , 132 25 , 2542 . 29 , 1 37 , 68 . 16 , 10 . 49 , 13 25 . 946875 , 0 9 , 0 . 36 , 30894 + + + = 386,08 (kj/kgkkk) c) Áp suất hơi bão hòa tại t1= 240 0C

Pbh = exp{ 1 1 59 , 233 17 t t + - 5,093} = exp{233,59 240 240 . 17 + - 5,093} = 33,85 (bar) d) Độ ẩm tương đối ϕ1 tại x1. 1 ϕ = _(0,622. ₎ 1 1 x P x P bh + = _33,85(0,622750 _0,009).0,009 745 + = 4,19.10 -4 _(%)

*. Các thông số đi ra khỏi thiết bị sấy

a) Hàm nhiệt của khói lò:

Do quá trình sấy lý thuyết nên : I1 = I2 = 386,08 (kj/kg k3)

b) Hàm ẩm của khói lò :

Lượng ẩm của khói thải ra sau quá trình sấy lý thuyết : x2 = 2 2 1 842 , 1 t r t C I _kk + −

Trong đó : Ckk Nhiệt dung riêng của không khí Ckk=1,004 (kj/độ)

r : Nhiệt hóa hơi của nước ở 80o_C

x2 = 80 . 842 , 1 339 , 2271 80 . 004 , 1 08 , 386 + − = 0,12 (kg ẩm/kg k3₎

c) Áp suất hơi bão hòa tại t2 = 80 oC

Pbh = exp{ 2 2 59 , 233 17 t t + - 5,093} = exp{233,59 80 80 . 17 + - 5,093}=0,47(bar) d) Độ ẩm tương đối ϕ2 tại d2. 2 ϕ = _(0,622. ₎ 2 2 x P x P bh + = _0,47(0,622750 _0,12).0,12 745 + = 0,34 (%) *. Phương trình cân bằng nhiệt lượng.

Phương trình cân bằng nhiệt lượng trong quá trình sấy lý thuyết : loIo + q = loI1 = loI2

Với lo : Lượng không khí khô tiêu hao cần thiết để bay hơi 1 kg ẩm

lo=x₂−x_o

1

= _0,12−1_0,0166 = 9,67 (kg k3_{/kg ẩm)}

Lượng khí tiêu hao trong 1h là :

Lo= lo.W =9,67. 1045,226 = 10108,57 (kg k3/h)

Nhiệt lượng riêng :

qo = lo(I1 - Io) =9,67.(386,08 – 68,37) = 3072,26 (kj/kg ẩm)

Nhiệt lượng cung cấp cho W kg hơi ẩm :

Qo= qo.W = 3072,26.1045,226 = 3211206,031 (kj/h) = 892,0017 (kw)

*) Lưu lượng thể tích không khí trước khi quá trình sấy được xác định theo công thức : V1 = υ1.Lo 1 υ : Là thể tích không khí ẩm (m3_/kg) Tra bảng (318-I.255 ST1) t = 240o_{C =>} 1 ρ = 0,685 (kg/m3₎ => υ1= 1 1 ρ =0,685 1 = 1,46 (m3_/kgkk) Vậy V1 = υ1.Lo = 1,46.10108,57= 14758,51 (m3/h)

*) Lưu lượng thể tích không khí sau khi quá trình sấy được xác định theo công thức V2 = υ2.Lo

2

Tra bảng (318-I.255 ST1) t = 80 o_{C =>} 1 ρ = 1,000 (kg/m3₎ => υ2= 2 1 ρ =1,000 1 = 1 (m3_/kg) Vậy V2 = υ2.Lo = 1.10108,57= 10108,57 (m3/h) *) Lưu lượng trung bình là: Vtb = 2 2 1 V V + = 2 57 , 10108 51 , 14758 + = 12433,54 (m3_/h)

Diện tích tự do của thùng sấy Ft = 0,785Dt2( 1 -β ) ,m2

_{= 0,785.2}2_{.( 1 – 0,15 ) = 2,669 ( m}2 ₎

Tốc độ trung bình của dòng khí trong thiết bị sấy là: Wtb = _2,669 54 , 12433 = t tb F V = 4658,5 ( m3_{/h ) = 1,29 ( m}3_{/h )}

10. Tính hệ số truyền nhiệt

2 1 1 1 1 α λ δ α +∑ + = K

( sổ tay quá trình và thiết bị T1 )

Trong đó :

α1:Hệ số cấp nhiệt đối lưu của tác nhân sấy đến thành thiết bị (W/m C2 0 ) α2:Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị sấy đến môi trường (W/m C2 0 ) λ: Hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị (W/ m C0 ₎

δ : Chiều dày của thành thiết bị (m)

a) Xác định α1: Theo công thức : α1=k( 1//) / 1 α α + (W/_{m C}2 0 ₎ k: Hệ số độ nhám k=(1,2 ÷ 1,3) chọn k = 1,25 / 1

α : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị sấy do đối lưu cưỡng bức,phụ thuộc vào chế độ chuyển động của dòng khí. (W/ m2 _C0 ₎

// 1

α : Hệ số cấp nhiệt từ không khí đến thành thiết bị do đối lưu tự nhiên. (W/ m20_C)

* Tính / 1

α :

Tốc độ của dòng khí vào Wtb = 1,29 m/s

Re = W .tb_υDt

(359-ST1)

υ: hệ số độ nhớt động của khí (m2_/s)

Dt : đườmg kính trong của thiết bị (m)

Nhiệt độ trung bình của dòng khí: ttb = 2 80 240 2 2 1+t ₌ + t = 160o_C Tại t = 160o_C

Nội suy theo bảng I.255-318 sổ tay T1

→hệ số dẫn nhiệt : λ = 3,64.10-2 _{(W/ m} 0_C) Độ nhớt động học : υ = 30,09.10-6 _(m2_/s) Thay các giá trị thực : Re = _30,09.10 6 2 . 29 , 1 − = 85743 > 104 => Chế độ chảy xoáy Nu = 0.018.Re0,8.ε ( V.42.STT1/16 ) ε :Hệ số phụ thuộc vào Re và =12₂ =6 t t D L Tra bảng V.2-sổ tay T2 _ T 15 →ε = 1,16 Nu = 0,018.(85743)0,8.1,16 = 184,62 mà Nu = λ α .Dt / 1 _{(QTTBT1-T 196)} / 1 α = 2 10 . 64 , 3 . 62 , 184 . −2 = t u D N λ = 3,36 (W/_{m C}2 0 ₎ * Tính // 1 α : Nu=0,47.Gr0,25 (QTTBT1-T 206)

Vì hệ số cấp nhiệt của thiết bị nằm ngang của dòng khí là chế độ đối lưu tự do trong không gian rộng có tính định hướng chuyển động :

Trong đó chuẩn số Grashof : Gr Gr = 2 3_{. .} . γ β t D g ∆

g : Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2 β : Hệ số dãn nở thể tích (1/T)β = T 1 = tb t + 273 1 = 160 273 1 + =2,31.10-3

∆t: Nhiệt độ chênh lệch giữa nhiệt độ trung bình của dòng khí và thành thiết bị

sấy.

Giả sử nhiệt độ trung bình của thành trong thiết bị sấy là 130 C0

→ Nhiệt độ lớp ngăn cách là: tl = 2

120 160+

= 140 0_C. Tại 140o_{C. Tra bảng (I.255-318-STT1)ta có:}

W/ m 0C s m /2 Ta có: ∆t=∆_tb−t₁=160−140=20 o_C Gr = 8 2 6 3 3 2 3 10 . 91 , 46 ) 10 . 8 , 27 ( 20 . 10 . 31 , 2 . 2 . 81 , 9 . . . ∆ _{= =} − − ν β t D g Vậy _Nu=0,47.(46,91.108)0,25₌123,003 Mặt khác: λ α// 1 t u D N = → 2,15 2 10 . 49 , 3 . 003 , 123 . 2 // 1 = = Ν = − t u D λ α (W/_{m C}2 0 ₎ Vậy ( //) 1,25(3,36 2,15) 6,8875 2 / 1 1= α +α = + = α k (W/_{m C}2 0 ₎ b) Xác định α2 // 2 / 2 2 α α

α = + (T-394 sổ tay quá trình và thiết bị T2) /

2

α : Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị ra môi trường do đối lưu tự nhiên. //

2

α : Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị ra môi trường do bức xạ

* Tính / 2

α : tmt= 250C

Nhiệt độ lớp biên giới giữa không khí và thành thùng sấy ngoài cùng là tng :

chọn tng =55 0C 40 2 55 25 2 = + = + = mt ng bg t t t 0C

∆t : Nhiệt độ giữa thành thiết bị ngoài và môi trường : ∆t = 55 – 25 = 30 0C

6 2

10

.

80

,

27

10

.

49

,

3

− −

=

=

υ

λ

T = 25 + 273 = 298 o_K

tbg =40 0C →tra bảng I.255 (T-318 sổ tay quá trình và thiết bị T1)

_{λ =2,76.10}−2 _{W/ m} 0_{C υ =16,96.10}−6_m2_/s Chuẩn số Grashof : Τ ∆ = → . . . 2 3 γ t D g Gr ng Trong đó :

Dng : Đường kính ngoài của thiết bị

Thùng được cấu tạo gồm 3 lớp :

+ Lớp vỏ bảo vệ và bề dày thùng.Vật liệu làm thùng là thép CT 5_có λ=50

(W/_{m C}2 0 ₎

+ ∑δ_λ Tổng nhiêt trở của thành thiết bị sấy của lớp cách nhiệt và của thành bảo ôn

Bề dày của thùng b1=14mm = 0,014 m

Lớp vỏ bảo vệ trong cùng : b3=1 mm = 0,001 m

+ Chọn vật liệu cách nhiệt là bông thủy tinh có hệ số dẫn nhiệt là λ2=0,0372 (W/ 2

m C0 _{) (T-128 sổ tay quá trình và thiết bị T1)}

Nhiệt độ của thành thùng: t2 = t1 = 120oC

Nhiệt độ lớp vỏ bảo vệ: t4 = t3 = 55oC

Nhiệt lưu riêng : q1 = πDtqt =πDtα1

(

tdk −tth

)

Dt : đường kính trong của thùng, Dt = 2 m 1

α : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến vỏ thiết bị sấy, α1=6,8875 ( W/m2độ ) tth: nhiệt độ trung bình của thành thiết bị, tth = 120oC

tdk: nhiệt độ trung bình của dòng khí, tdk= 240oC

Suy ra: q1 = πDtqt =πDtα1

(

tdk −tth

)

=π.2.6.8875.

(

240−120

)

=5193,05 ( W/m2 ) Theo công thức đơn giản ta có : q1 =

(

2 3

)

2 2 _{D t t} b π tb − λ Mà Dtb = Dt + 2S + 0,5b2 =2 + 2.0,014 + 0,5.b2

Với b2 là bề dày lớp bảo ôn Suy ra: q1 =

(

2 2.0,014 0,5.

)(

120 55

)

0372 , 0 2 2 − + + b b π ⇔ 5193,05b2 = 0,0372.π.65 ( 2 + 2.0,014 + 0,5b2 ) ⇔ 5189,25b2 = 15,41

⇔ b2 = 0,003 m2.( Đây là bề dày của lớp cách nhiệt )

Đường kính ngoài của thiết bị Dng=Dt +2(b3 +b2 +b1) =2 + 2(0,014+0,003+0,001)= 2,036 (m) T=25+273=298 0K => Gr = 298 . ) 10 . 96 , 16 ( 30 . 036 , 2 . 81 , 9 2 6 3 − = 2,89.1010 Mà Chuẩn số: Nu = 0,47.Gr0,25 _{= 0,47. (2,89.10}10₎0,25 _{= 193,92} . 193,92₂._,2₀₃₆,76.10 2 / 2 − = = ng u D N λ α _{= 2,63(W/m C}2 0 ₎ * Xác định // 2 α theo công thức: // 2 α = 2 1 4 2 4 1 0 100 100 . . T T T C n −               −       Τ ε (W/_{m C}2 0 ₎ Trong đó :

Co :Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối C0 =5,76(W/m K2 0 )

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

T1=55+273=3280K T2=25+273=2980K

εn: Mức độ đen tuyệt đối của thiết bị εn=0,95

// 2 α = 298 328 100 298 100 328 . 76 , 5 . 95 , 0 4 4 −               −       = 6,73 (W/_{m C}2 0 ₎ // 2,63 6,73 9,36 2 / 2 2 =α +α = + = α (W/_{m C}2 0 ₎

K = 2 1 1 1 1 α λ δ α +∑ + = 2 2 2 1 3 1 1 1 1 1 α λ λ α + + + +b b b K = 36 , 9 1 0372 , 0 003 , 0 50 001 , 0 014 , 0 8875 , 6 1 1 + + + + = 3,003 (W/m oK)

Xác định bề mặt trao đổi nhiệt

4 / . . 2 . . 2 n t n L D D F =π + π =

(

)

2 036 . 2 . 785 , 0 . 2 12 . 036 , 2 . 14 ,

3 + = 83,26 m2 _{(420-Thiết kế máy hoá chất T1)}

+ Xác định Hệ số nhiệt độ trung bình : ∆ttb ∆ttb= n n ∆ ∆ ∆ − ∆ 1 1 lg 3 , 2 ( Quá trình và thiết bị tập 1- T 193) ∆₁=t₁−t₀ =240−25=2150_C

∆

n

=

t

2

−

t

0

=

80

−

25

=

55

C0

∆

t

_tb= 117,36 55 215 lg 3 , 2 55 215 = − C0

Vậy nhiệt tổn thất ra ngoài môi trường là Qmt =

W

t

F

K

.

.

∆

_tb

.

6

,

3

=

=

226

,

1045

36

,

117

.

26

,

83

.

003

,

3

.

6

,

3

101,07 (Kj/kg ẩm)

11. Cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị sấy

11.1. Nhiệt lượng vào

Gọi n là số kg than cần đốt trong 1h Tổng nhiệt lượng : Qvào = Q1 + Q2 ( KJ/s )

*) Q1: Nhiệt lượng do nhiên liệu sấy mang vào máy sấy

Q1 = G1.C1.to

G1: Nguyên liệu của máy sấy G1 = 13000 ( Kg/h ) = 3,61 ( Kg/s )

C1: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy khi vào máy sấy.

C1= 0,1572 ( Kcal/KgoC ) = 0,658 ( KJ/Kg độ ) (Tra bảng I.143,STT1-160)

to: Nhiệt độ của vật liệu sấy vào máy sấy to =25 C0

*) Q2 :Là nhiệt lượng do khói lò mang vào khi sấy khi đốt n kg than

Nhiệt do khói lò mang vào máy sấy khi đốt 1 kg than chính là nhiệt lượng Q5 đã

tính ở buồng đốt : Q2 = n.Q5 Với Q5 = 229,24 + 2670,08α ( KJ/h ) Mà: = 13,49 ⇒Q2 =( 229,24 + 2670,08.13,49 )n = 36248,62.n ( Kg/h ) = 10,07.n ( KJ/s )

Vậy tổng nhiệt lượng vào máy sấy: Qvào = 59,38 + 10,07.n ( KJ/h )

11.2. Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy

Qra = Q'1 +Q'2 +Q'3 + Q'4 (kj)

Trong đó : *) Q'

1 : Nhiệt do vật liệu sấy mang ra khỏi máy sấy

Q'

1 = G2.C1'.t1

Trong đó : G2 : Khối lượng của vật liệu ra khỏi máy sấy :

G2 = 11954,774 ( Kg/h ) = 3,32 ( Kg/s )

C'

1 : Nhiệt dung riêng của vật liệu ra khỏi máy sấy C'

1 = C1.(1 – w2) + Cn .w2 ( KJ/KgoC) Cn : nhiệt dung riêng của nước ở 25oC

Cn = 0,99875 ( Kcal/KgoC) = 4,18 ( KJ/KgoC)

C'

1 = 0,658.(1 - 0,005) + 4,18.0,005 = 0,68 ( KJ/Kg Co ) t'

1:Nhiệt độ sản phẩm ra khỏi máy sấy t1'= 70oC ⇒Q'

1 = 3,32. 0,68. 70 = 158,032 ( KJ/s )

*) Q'

2 :Nhiệt do bốc hơi nước và do hơi nước mang ra ngoài: Q'

2 = w.[Cn1.(100 – t0) + r + Cn2(t2 – 100)] Trong đó :

Cn1 ,Cn2 : nhiệt dung riêng của nước ở to , t2

to =25 Co ⇒Cn1 = 0,999 ( Kcal/Kg Co ) = 4,183 ( KJ/Kg Co )

r : nhiệt hoá hơi của hơi nước ở 80o_{C. Nội suy bảng I.212/254} r = 542,5 ( Kcal/Kg ) = 2271,339 ( KJ/Kg ) W: Vậy : Q' 2 = ₃₆₀₀ 226 , 1045 [4,183( 100 – 25 ) + 2271,339 + 4,199( 80 – 100 )] = 725,314 ( KJ/s ) *) Q'

3 : Nhiệt do khói lò mang ra khỏi máy sấy ở nhiệt độ 80oC

Q'3=(G_SO2.C_SO2 +G_CO2.C_CO2+G_N2.C_N2+G_O2.C_O2+G_H2_O.C_H2_O)t_hh.n ( KJ/s ) Trong đó:

thh: Nhiệt độ hỗn hợp khí: thh = 80 Co

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: GSO2 = 0,076 ( Kg/Kgthan )

GCO2 = 2,79 ( Kg/Kgthan)

GN2 = 105,373 ( Kg/Kgthan )

G H2O = 5,499 ( Kg/Kgthan )

GO2 = 29,35 ( Kg/Kgthan )

Nhiệt dung riêng của các khí ở t2= 80oC là:

+ CSO2 = 0,167. ( Kcal/Kg o C) = 0,699 ( KJ/KgoC ) + CCO2= 0,222 + 43.10−6.t2 = 0,222 + 43.10−6.80 = 0,225 ( Kcal/Kgo_{C ) = 0,944 ( Kj/Kg}o_{C )} + CN2 = 0,246 + 189.10-7.t2 = 0,246 + 189.10−7_.80 = 0,248 ( Kcal/Kgo_{C) = 1,038 ( KJ/Kg}o_{C )} + CO2 = 0,216 + 166.10-7.t2 = 0,216 + 166.10−7_.80 = 0,217 ( Kcal/Kgo_{C ) = 0,909 ( KJ/Kg}o_{C )}

+ CH2O= 0,436 + 119.10-6.t2 = 0,436 + 119.10−6_.80 = 0,446 ( Kcal/Kgo_{C) = 1,867 ( KJ/Kg}o_{C )} Vậy : Q' 3= (0,076.0,699+2,79.0,944+105,373.1,038+29,35.0,909 +5,499.1,867 ).80. 3600 n = 3,31.n ( KJ/s ) Q' 4: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường. Q' 4 = qmt.w = 101,07. ₃₆₀₀ 226 , 1045 = 29,31( KJ/s) Vậy : Qra = 158,032 + 725,314 + 3,31n + 29,31 = 912,65 + 3,31.n ( KJ/s )

11.3. Phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị sấy

Qra = Qvào

912,656 + 3,31.n = 59,38 + 10,07.n

⇒n = 126,22 ( Kg )

Vậy lượng than cần đốt trong 1h là : n = 126,22 ( Kg )

11.4. Trạng thái của khói lò vào máy sấy, đi ra khỏi máy sấy và lưu lượng

khí

*) Hàm ẩm của không khí ở 200o_{C tính theo 1kg không khí khô} x1 = kk O H m m ₂ (kg/kg k3 _{) (Theo QTTB T2 – 314)}

Trong đó: m H2O: Lượng hơi nước trong khói lò khi vào thùng sấy tính theo 1 kg

than , m H2O = 1,29 ( Kg/Kg than ) mkk : Lượng không khí khô tính theo 1kg than. mkk = 1 + α Lo - mH2O (STT2– VII.40 – 111) = 1 +13,49.10,16 – 1,29 = 136,77 (kg/kg k3 ₎

⇒x1 = 77 , 136 29 , 1 = 0,009 (kg/kgkkk) *) Tính hàm nhiệt tại t1 = 240oC I1 = (0,24 + 0,47x1)240 + 595x1 (CT10.4/T256/QTTBT2) Thay số ta được : I1 = (0,24 + 0,47.0,009)240 + 595.0,009 = 63,97 ( Kcal/Kgk3 _{) = 267,83 ( KJ/Kgkkk )}

=> Trạng thái của khói lò trước khi vào máy sấy t1 =240oC

x1 = 0,009 (kg/kgk3)

I1 = 63,97 ( kcal/kgk3) = 267,83 ( KJ/Kgk3)

*) Nhiệt lượng tiêu hao thực tế trong thiết bị sấy: ∆ = l .(I2 – I1)

= 4,18.to – qvl – qmt ( KJ/Kg ẩm ) (STT2 – 389)

qvl : Nhiệt tiêu hao để nung nóng vật liệu

to: Nhiệt độ ẩm của vật liệu mang vào. to = 25oC

qmt :Nhiệt tổn thất ra môi trường, qmt = 101,07 ( KJ/Kg ẩm )

*) Nhiệt lượng tiêu hao để nung nóng vật liệu Theo (thiết kế máy sấy – 219)

qvl = W t t C G ( ' ₀) 2 2 . 2 − t'

2: Nhiệt độ vật liệu trong buồng đốt, chọn t '

2= 70oC

C2 : Nhiệt dung riêng của vật liệu sau sấy C2 = 0,68 ( KJ/KgoC )

G2 : Khối lượng vật liệu sau khi sấy G2 = 11954,774 ( Kg/h )

Vậy : qvl = 226 , 1045 ) 25 70 .( 68 , 0 . 774 , 11954 − = 349,99 ( Kg/h ) Thay số ta có:

∆

= 4,18.25 – 349,99– 101,07 = - 346,56 ( KJ/Kg ẩm ) *) Tính hàm nhiệt của khói lò ở nhiệt độ t2 = 80 oC

I2 = t2 + ( 2493 + 1,97t2)x2 ( Kcal/Kg k3 )

⇒I2 = 80 + ( 2493 + 1,97. 80 )x2 = 80 + 2650,6x2 Mặt khác:

∆

= 1 2 1 2

x

x

I

I

−

−

(Theo CT10.8a-QTTBT2-258)

∆

= 009 , 0 83 , 267 80 6 , 2650 2 2 − − + x x = - 346,56 (kj/kg ẩm) ⇔2997,16x2 = 190,949 ⇒x2 = 0,064 ( Kg/Kg k3 ) Từ đó ta suy ra: I2 = 80 + 2650,6.0,064 = 249,64 ( KJ/Kg k3 )

Vậy khi ra khỏi máy sấy khói lò ở trạng thái : t2 = 80 oC

x2 = 0,064 ( Kg/Kg k3 )

I2 = 249,64 ( KJ/Kg k3 )

Lượng không khí tiêu hao thực tế để bốc hơi 1 kg ẩm là: l = 1 2 1 x x − = 0,064 0,009 1 − = 18,18 ( Kg/Kg k3 ) Tổng lượng khí khô cần thiết : L = W.l =1045,226.18,18 = 19002,21 ( Kg/Kg k3 ₎

Lượng nhiệt tiêu hao riêng:

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

=18,18.(267,83 – 68,37) ( Kg/Kg k3 ₎

= 3626,18 ( KJ/Kg ẩm ) Lượng khí đưa vào máy sấy:

L

m

m

m

m

kk kk O H

.

2

+

=

(QTTBT2-317) =

774

,

136

774

,

136

29

,

1

₊

.19002,21 = 19181,43 ( Kg/h ) Lượng khí đi vào buồng đốt ở 25o_C:

V25 = kk

m

ρ

(m3/h) = 185 , 1 19181,43 = 16186,86 ( m3_{/h) = 4,49 ( m}3_/s) Với:

m: Khối lượng khí đi vào máy sấy (kg/h) ρkk: 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 240o_C:

V200 =

kk

m

ρ

(m3/h)

Nội suy theo bảng I.255-318-STT1) ở 240oC ta có :

ρkk= 0,685 ( Kg/m3) Vậy: V240 = 685 , 0 43 , 19181 = 28002,09 (m3_{/h) = 7,78 ( s)} Lượng khí đi ra khỏi máy sấy ở nhiệt độ 80o_C:

V80 = kk O H

m

m

ρ

2

+

(m3_/h) = 000 , 1 29 , 1 43 , 19181 + = 19182,72 (m3_{/h) = 5,34 (m}3_/s) Với:ρkk = 1,000 (Kg/m3)

Lưu lượng thể tích trung bình quá trình sấy:

PHẦN III : TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

I. Tính toán hệ thống bánh răng dẫn động

1. Chọn động cơ

Ta chọn loại động cơ nhãn hiệu 4A (do Liên xô cũ chế tạo):

Nđc = 15 kw nên ta chọn loại động cơ có kí khiệu: 4A180M8Y3 có các thông số

sau:

Số vòng quay n = 730 vòng/phút, hiệu suất η= 0,875 (bảng P.13-tính toán thiết kế dẫn động cơ khí t1-235)

Công suất làm việc của động cơ: Nlv = Ndη= 15.0,875 =13,125 ( KW )

2. Tỷ số truyền và số vòng quay

Tỷ số truyền của toàn bộ hệ dẫn động là

28

,

4

730

=

=

thung đc hê

n

N

n

_{= 170,56}

Chọn hộp giảm tốc bánh răng hình trụ 2 cấp có tỷ số truyền giữa hộp giảm tốc và động cơ là nhôp= 40

Vậy tỷ số truyền của cặp bánh răng dẫn động cơ là nhôp=40

4

,

264

40

56

,

170

=

=

=

hôp hê

n

n

u

Số vòng quay của bánh răng nhỏ ăn khớp với bánh răng gắn trên thùng quay

N

br

=

u

.

n

thùng

=

4

,

264

.

4

,

28

=

18

,

25

(

vòng

/

phút

)

Lấy Nbr = 19 ( vòng/phút )

3. Công suất và momen xoắn trên trục của bánh răng nhỏ

Công suất trên trục của bánh răng nhỏ là

N

₁

=

η

.

N

_đc

η_{: hiệu suất truyền động của hệ dẫn động tính từ động cơ đến bánh răng nhỏ}

η

=

η

hộp .

η

ol.

η

ms

Trong đó:

η

_hôp:bánh răng =0,9

η

01: hiệu suất ổ lăn 0,99÷0,995 chọn

η

ol =0,99

η

_ms: hiệu suất của ma sát 0,9÷0,96 chọn

η

_ms = 0,96

η

=

0

,

9

.

0

,

99

.

0

,

96

=

0

,

855

→_{Công suất trên trục bánh răng nhỏ là} N1 = 0,855.15 = 12,75 (kw)