Đề tài Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy caolanh với năng suất 6,6 tấn/h

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay ngành công nghiệp hóa chất đang được chú trọng xây dựng và phát triển.Được ứng dụng trong nhiều ngành : thực phẩm,vật liệu xây dựng,sản xuất hóa chất, Và trong ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm không thể thiếu giai đoạn sấy.Đây là công đoạn sau thu hoạch Trong nguyên liệu sản xuất trong ngành công nghiệp thi caolanh cũng là một trong những nguyên liệu khá quan trọng và phổ biến , được ứng dụng nhiều tronggsản xuất đồ gốm và sản xuất vật liệu xây dựng ,thông thường caolanh nguyên liệu ban đầu thường có độ ẩm khá cao (độ ẩm khoảng 20-25% ) vì vậy yêu cầu đặt ra trước khi đi vào sản xuất caolanh cần qua giai đoạn sấy để tách bớt lượng ẩm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trong quá trình sản xuất Trong quá trình sấy thì người ta có thể áp dụng nhiều phương thức sấy khác nhau.Ở đồ án này em xin trình bày phương pháp sấy khô caolanh bằng hệ thống sấy thùng quay với tác nhân sấy là khói lò Phương thức sấy thùng quay với tác nhân sấy là khói lò là phương thức sấy khá phổ biến,được ứng dụng nhiều trong thực tế sản xuất Được thấy giáo Vũ Minh Khôi giao nhiệm vụ : “ tính toán và thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy caolanh với năng suất 6,6 tấn/h” .Dựa trên những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn của thấy em đã hoàn thành đồ án của mình Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Minh Khôi cùng với các thầy cô trong khoa công nghệ Hóa đã chỉ bảo,giúp đỡ tận tình em trong thời gian vừa qua

doc45 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 04/06/2013 | Lượt xem: 5792 | Lượt tải: 26download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Tính toán và thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy caolanh với năng suất 6,6 tấn/h, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
+6 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay ngành công nghiệp hóa chất đang được chú trọng xây dựng và phát triển.Được ứng dụng trong nhiều ngành : thực phẩm,vật liệu xây dựng,sản xuất hóa chất,…Và trong ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm không thể thiếu giai đoạn sấy.Đây là công đoạn sau thu hoạch Trong nguyên liệu sản xuất trong ngành công nghiệp thi caolanh cũng là một trong những nguyên liệu khá quan trọng và phổ biến , được ứng dụng nhiều tronggsản xuất đồ gốm và sản xuất vật liệu xây dựng ,thông thường caolanh nguyên liệu ban đầu thường có độ ẩm khá cao (độ ẩm khoảng 20-25% ) vì vậy yêu cầu đặt ra trước khi đi vào sản xuất caolanh cần qua giai đoạn sấy để tách bớt lượng ẩm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trong quá trình sản xuất Trong quá trình sấy thì người ta có thể áp dụng nhiều phương thức sấy khác nhau.Ở đồ án này em xin trình bày phương pháp sấy khô caolanh bằng hệ thống sấy thùng quay với tác nhân sấy là khói lò Phương thức sấy thùng quay với tác nhân sấy là khói lò là phương thức sấy khá phổ biến,được ứng dụng nhiều trong thực tế sản xuất Được thấy giáo Vũ Minh Khôi giao nhiệm vụ : “ tính toán và thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy caolanh với năng suất 6,6 tấn/h” .Dựa trên những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn của thấy em đã hoàn thành đồ án của mình Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Minh Khôi cùng với các thầy cô trong khoa công nghệ Hóa đã chỉ bảo,giúp đỡ tận tình em trong thời gian vừa qua Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện Bùi Đức Hiếu CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ SẤY CƠ BẢN I - Vai trò của sấy trong kỹ thuật và đời sống : Sấy là qúa trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Ngày xưa người ta đã biết sử dụng phương pháp sấy tự nhiên rất đơn giản là phơi nắng. Tuy nhiên, phơi nắng bị hạn chế lớn là cần diện tích sân phơi rộng và phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong mùa mưa. Vì vậy, trong nhiều lĩnh vực sản xuất người ta phải sấy nhân tạo. - Kết quả của qúa trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên. Điều đó có ý nghĩa quan trọng trên nhiều phương diện khác nhau. Ví dụ: + đối với các nông sản và thực phẩm thì tăng cường tính bền vững trong bảo quản +đối với các nhiên liệu ( củi, than) được nâng cao nhiệt lượng cháy, đối với các gốm sứ thì làm tăng độ bền cơ học… +và ngoài ra tất cả các vật liệu sau khi sấy đều được giảm giá thành vận chuyển. - Do các ý nghĩa đã nêu trên mà đối tượng của qúa trình sấy thật đa dạng, bao gồm nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm trong các giai đoạn khác nhau của qúa trình sản xuất và chế biến, thuộc nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau. Nói cách khác, kỹ thuật sấy được ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp và nông nghiệp. - Nguyên tắc của qúa trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi. Hầu hết các vật liệu trong qúa trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và người ta thường gọi là ẩm. Như vậy trong thực tế có thể xem sấy là qúa trình tách ẩm bằng phương pháp nhiệt. - Việc cung cấp năng lượng cho vật liệu trong qúa trình sấy được tiến hành theo các phương pháp truyền nhiệt đã biết. Ví dụ : cấp nhiệt bằng đối lưu gọi là sấy đối lưu, + cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt gọi là sấy tiếp xúc, +cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ. +Ngoài ra, còn có các phương pháp sấy đặc biệt như sấy bằng dòng điện cao tần, sấy thăng hoa, sấy chân không… - Tóm lại, để bảo quản các loại sản phẩm trong thời gian dài, trong qui trình công nghệ sản xuất của nhiều sản phẩm đều có công đoạn sấy khô. - Để chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao, công nghệ sấy cũng được cải tiến và phát triển như trong nghành hải sản, rau quả và nhiều loại thực phẩm khác. Các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như lúa, ngô, đậu…sau khi thu hoạch cần sấy khô kịp thời, nếu không sản phẩm sẽ bị giảm chất lượng thậm chí bị hỏng dẫn đến tình trạng mất mùa sau thu hoạch. Do nhu cầu sấy ngày càng đa dạng, có nhiều phương pháp và thiết bị sấy để sấy các loại sản phẩm khác nhau. Ngoài ra, đôi khi cùng một loại sản phẩm nhưng nếu yêu cầu về qui mô sấy khác nhau thì cũng đòi hỏi thiết bị sấy phù hợp. Đối với từng loại sản phẩm đã được biết trước, nhằm đạt được các yêu cầu của sản phẩm sấy với chi phí nhiên liệu và đầu tư thiết bị ban đầu thấp nhất. II. Phân loại máy sấy : Có nhiều cách phân loại : 1. Dựa vào tác nhân sấy: Sấy bằng không khí hay khói lò. Sấy thăng hoa. Sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tầng. 2. Dựa vào áp suất làm việc: Sấy chân không. Sấy ở áp suất thường. 3. Dựa vào phương pháp làm việc: Máy sấy liên tục. Máy sấy gián đoạn. 4. Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho qúa trình sấy: Máy sấy tiếp xúc hoặc máy sấy đối lưu. Máy sấy bức xạ hoặc máy sấy bằng dòng điện cao tầng. 5. Dựa vào cấu tạo thiết bị: Phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun… 6. Dựa và chuyển động tương hỗ của tác nhân sấy và vật liệu sấy : Sấy xuôi chiều, ngược chiều, chéo dòng… III.Khái quát về máy sấy thùng quay 1.Cấu tạo: Gồm thùng hình trụ 1 đặt dốc khoảng 1 6 độ so với mặt phẳng nằm ngang. Có 2 vành đai trượt trên các con lăn tựa 4 khi thùng quay. Khoảng cách giữa các con lăn có thể điều chỉnh được, để thay đổi góc nghiêng của thùng. Thùng quay được nhờ lắp chặt trên thân thùng, bánh răng 2 ăn khớp với bánh răng 3 nối với môtơ thông qua hộp giảm tốc. Thùng quay với vận tốc khoảng từ 1 8 vòng/phút. Bánh răng đặt tại trọng tâm của thùng. Máy sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển. Tác nhân sấy có thể là không khí hay khói lò. Thường thì vật liệu sấy hay tác nhân sấy chuyển động cùng chiều để tránh sấy quá khô và tác nhân sấy khỏi mang theo vật liệu sấy nhiều như sấy ngược chiều. Vận tốc của không khí hay khói lò đi trong thùng khoảng 2 3 m/s. Vật liệu uớt qua phểu 10 rồi vào thùng ở đầu cao và được chuyển động trong thùng nhờ những đệm chắn 11. Đệm chắn vừa phân bố đều vật liệu theo tiết diện thùng, vừa xáo trộn vật liệu, vừa làm cho vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy tốt hơn. Vật liệu sấy sau khi sấy khô được đưa ra cửa 6 nhờ vít tải 7 đưa ra ngoài. Còn khói lò hay không khí thải ra được cho qua xyclon 8 để giữ lại những hạt vật liệu bị kéo theo rồi thải ra ngoài trời qua ống khói. Để tránh các khí thải chui qua các khe hở của máy sấy, làm ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân, người ta đặt quạt hút 5 bổ sung cho sức hút của ống khói và tạo áp suất âm trong máy sấy. Máy sấy thùng quay được sử dụng rộng rải trong công nghiệp hoá chất, thực phẩm… để sấy một số hoá chất, quặng Pi-rít, phân đạm, ngũ cốc đường… 2.Ưu-nhược điểm của máy sấy thùng quay: + Qúa trình sấy đều đặn và mãnh liệt, tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy tốt. + Cường độ làm việc tính theo lượng ẩm khá cao, có thể tới 100 kg/mh + Thiết bị cấu tạo gọn, chiếm mặt bằng nhỏ. Nhược điểm: Vật liệu dễ bị vỡ vụn. IV.Khái quát về cao lanh: 1. Khi niệm về Kaolin: Kaolin l loại khống vật st mu trắngK, dẻo, mềm, được cấu thành bởi Kaolinit và một số khoáng vật khác như Illit, Montmorillonit, thạch anh sắp xếp thành tập hợp lỏng lẻo, trong đó Kaolinit quyết định kiểu cấu tạo v kiến trc của Kaolin. Kaolin cĩ thnh phần khống vật chủ yếu l Kaolinit, cĩ cơng thức l Al2O3.2SiO2.2H2O hoặc Al4 (OH) 8Si4O10. Kaolinit cĩ trọng lượng riêng 2,58-2,60 g/cm3; độ cứng theo thang Mohs khoảng 1; nhiệt độ nĩng chảy: 1.750-1.787 oC. Khi nung nĩng, Kaolinit có hiệu ứng thu nhiệt khoảng 510-600 oC, liên quan đến sự mất nước kết tinh và hiện tượng không định hình của khoáng vật. Hai hiệu ứng toả nhiệt 960-1.000 oC và 1.200 oC liên quan đến quá trình mulit hố của cc sản phẩm Kaolinit khơng định hình, với hiệu ứng 1.200 oC l qu trình kết tinh của Oxit silic khơng định hình để tạo thành Cristobalit. Các tinh thể (hạt) của Kaolinit thường màu trắng, đôi khi đỏ, nâu hoặc xanh nhạt. Chng l cc tinh thể bơng (giống tuyết) hay phiến nhỏ cĩ hình dạng 6 cạnh, hay tấm toả tia dạng đống hoặc khối rắn chắc. Trong cơng nghiệp, Kaolin được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như gốm sứ, vật liệu mài, sản xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, vật liệu chịu lửa, chất độn sơn, cao su, giấy, xi măng trắng… 2. Cc lĩnh vực cơng nghiệp sử dụng Kaolin: Kaolin l nguyn liệu mang nhiều tính chất kỹ thuật có giá trị, được dùng trong nhiều lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân. Chất lượng và khả năng sử dụng trong các ngnh cơng nghiệp khc nhau phụ thuộc vo thành phần hoá học, đặc điểm cơ lý, thnh phần khống vật của Kaolin. • Lĩnh vực sản xuất đồ gốm: Kaolin dùng trong lĩnh vực sản xuất đồ gốm được phân loại theo độ chịu lửa, hàm lượng Al2O3 + TiO2, nhiệt độ thiêu kết, hàm lượng oxit nhuộm màu, độ dẻo, mật độ xâm tán và hàm lượng các bọc lớn. • - Dựa vào nhiệt độ chịu lửa, Kaolin được phân thành loại chịu lửa rất cao (trn 1.750 0C), cao (trn 1.730 0C), vừa (trn 1.650 0C) v thấp (trn 1.580 0C). • - Theo thành phần Al2O3 + TiO2, ở trạng thái đ nung nĩng Kaolin được phân thành loại siêu Bazơ, Bazơ cao, Bazơ, hoặc Axit. • - Theo độ thiêu kết, phân thành loại thiêu kết nhiệt thấp (tới 1.100 0C), thiêu kết nhiệt độ trung bình (1.100-1.300 0C) v thiu kết nhiệt độ cao (trên 1.300 0C). • Ngoài ra, người ta cịn dựa vo hm lượng oxit nhuộm màu để phân ra cc loại khc nhau, hoặc dựa vo tính dẻo chia thnh cc loại Kaolin cĩ tính dẻo cao, dẻo vừa, dẻo thấp, ít dẻo và không dẻo. Độ xâm tán cũng là một trong số cc tiu chuẩn quan trọng phn loại nguyn liệu Kaolin sử dụng trong cơng nghiệp gốm. • Để đánh giá chất lượng của Kaolin cho một ngành công nghiệp sản xuất đồ gốm, nhất thiết phải dựa theo yêu cầu hoặc điều kiện kỹ thuật của ngành đó. Ví dụ: nguyên liệu tốt nhất để chế tạo đồ gốm chịu Axit là Kaolin không được chứa cc bọc Calcit, thạch cao, Pyrit, vật liệu xm tn thơ v khơng chứa nhiều cát, phải có khả năng dính kết và độ dẻo cao. Hàm lượng Oxit sắt đối với sản phẩm quan trọng không được quá 1,5%, cịn đối với sản phẩm ít quan trọng thì không được quá 3%. Hàm lượng Oxit calci không quá 1% đối với sản phẩm quan trọng và không quá 2% đối với sản phẩm ít quan trọng. • * Sản xuất vật liệu chịu lửa: Trong ngành sản xuất vật liệu chịu lửa, người ta dùng Kaolin để sản xuất gạch chịu lửa, gạch nửa Axit v cc đồ chịu lửa khác. Trong ngành luyện kim đen, gạch chịu lửa làm bằng Kaolin chủ yếu được dùng để lót lị cao, lị luyện gang, lị gió nóng. Các ngành công nghiệp khác cần gạch chịu lửa với khối lượng ít hơn, chủ yếu để lót lị đốt, nồi hơi trong luyện kim màu v cơng nghiệp hố học, ở nh máy lọc dầu, trong công nghiệp thuỷ tinh và sứ, ở nhà máy xi măng và lị nung vơi. • Cĩ thể nĩi, ngnh sản xuất vật liệu chịu lửa Alumosilicat l một trong những ngành sử dụng nhiều Kaolin nhất. Để có một tấn sản phẩm chịu lửa phải cần tới 1, 4 tấn Kaolin. • Để đánh giá tính hữu dụng của Kaolin, cần chú ý đến độ chịu lửa v sự cĩ mặt của cc oxit, vì chng ảnh hưởng đến chất lượng của Kaolin. Khi hàm lượng Al2O3 tăng thì độ chịu lửa cũng tăng; nếu có Oxit silic tự do dưới dạng hạt cát sẽ làm giảm tính dẻo, tăng độ hao khô, độ co ngót và giảm khả năng dính kết của Kaolin. • Dựa vào yêu cầu đối với sản phẩm chịu lửa mà chọn loại Kaolin có chất lượng tương ứng. Chất lượng Kaolin được xác định bằng những điều kiện kỹ thuật riêng đối với từng mỏ. • Để phù hợp với những điều kiện đó, người ta phân Kaolin chịu lửa thành các loại sau: • - Loại Bazơ: hàm lượng Al2O3 + TiO2 trên 30%; • - Loại nửa Axit: hm lượng Al2O3 + TiO2 dưới 30%; • - Loại lẫn than: Lượng mất khi nung trên 16-20%. • * Làm chất độn: Kaolin được sử dụng rộng ri trong lĩnh vực lm chất độn giấy, nhựa, cao su, hương liệu… • - Trong cơng nghiệp sản xuất giấy, Kaolin làm cho giấy có mặt nhẵn hơn, tăng thêm độ kín, giảm bớt độ thấu quang và làm tăng độ ngấm mực in tới mức tốt nhất. Loại giấy thông thường chứa 20% Kaolin, có loại giấy chứa tới 40% Kaolin. Thường một tấn giấy tiêu tốn tới  250-300 kg Kaolin. • - Trong công nghiệp cao su, Kaolin có tác dụng làm tăng độ rắn, tính đàn hồi, cách điện, độ bền của cao su. Yêu cầu về Kaolin lm chất độn cao su phải có hàm lượng: Fe2O3 85%, hàm lượng Fe2O3 38%; Fe2O3 1.730 oC. Trong cc lĩnh vực sử dụng khác, Kaolin được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất xi măng trắng, các chất trám trong xây dựng. Để sản xuất nhôm kim loại bằng phương pháp nhiệt điện, có thể sử dụng Kaolin với thành phần Al2O3 không dưới 30%, SiO2 không quá 47%, Fe2O3 khơng qu 0,5%, TiO2 khơng qu 0,3%, CaO + MgO khơng qu 0,6%, K2O + Na2O không quá 0,5%. Để sản xuất phèn nhôm, yêu cầu Kaolin chưa qua nung phải chứa Al2O3 tối thiểu 36%... Phần II : TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU. I. Các thông số ban đầu: 1. Kiểu thiết bị sấy thùng quay,phương thức sấy xuôi chiều 2. Tác nhân sấy: Khói lò - Nhiệt độ khói vào thùng sấy : 750oC - Nhiệt độ khói ra thùng sấy : 110oC 3. Vật liệu sấy là Quặng Pyrit, có các thông số: - Nhiệt dung riêng của Pyrit : Cp = 0,518 kJ/kg.độ - Khối lượng riêng của Pyrit : ρ = 5000 kg/m3 - Khối lượng riêng xốp của Pyrit : rx = 3300 kg/m3 - Độ ẩm của VL trước khi sấy : W1 = 23% - Độ ẩm của VL sau khi sấy : W2 = 7% - Lượng VL vào máy sấy : 12600 kg/h 4. Điều kiện môi trường + Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiệt bị sấy : Nhiệt độ : to = 25oC suy ra po = 23,76 mmHg = 0,0323 at ( Bảng PL.32 trang 365 Sách Tính toán QTTB tập 1 ) Độ ẩm tương đối của kk là: jo = 80 % pkq = p = 760 mmHg = 1,033at. + Hàm ẩm của không khí được tính theo công thức sau: xo = 0,622 {sách QTTB tập 4 trang 273} Thay số vào ta được : xo = 0,622= 0,016 (Kg/Kg kkk) + Nhiệt lượng riêng của không khí: Io = Ckkk.to+xo.ih ( J/Kg kkk ) {sách QTTB tập 4 trang 273} Trong đó : Ckkk: nhiệt dung riêng của không khí khô Ckkk = 103 j/kg.độ to : nhiệt độ của không khí to= 25oC ih : nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ to ; (j/Kg) ih = ro+ Ch.to ro = (2493+1,97to)103 ( j/Kg) {sách QTTB tập 4 trang 273 } Trong đó: ro = 2493.103 , nhiệt lượng riêng của hơi nước ở 0oC Ch = 1,97.103, nhiệt dung riêng của hơi nước ; ( j/Kg.độ) Vậy Io = 103.25 + 0,016.(2493+1,97.25)103 = 65676 (J/Kg kkk) = 65,676 (KJ/Kg kkk) II. Tính toán các thông số của khói lò. Khói lò là một tác nhân sấy ( TNS ) phổ biến. Khói lò có thể tạo ra nhờ đốt nhiên liệu mà chủ yếu là than đá. Khói lò được sử dụng trong các thiết bị sấy ( TBS ) có thể với vai trò là nguồn cung cấp nhiệt trực tiếp hoặc gián tiếp ( ở đây là trực tiếp ) Vì trong khói lò cũng gồm 2 thành phần : Khói khô và hơi nước.Vì thế với vai trò là TNS ta có thể xem khói lò là một dạng nào đó của không khí ẩm. Nên có thể áp dụng các công thức để tính không khí ẩm áp dụng vào với khói lò. 1.Tính toán quá trình cháy Nhiên liệu là than đá bao gồm thành phần sau: Thành phần C H S O N A W Phần trăm (%) 82 4,56 4,25 3,44 1,8 7,6 7 Các thành phần của than ở chế độ làm việc Alv = A. = 100. = 7,068 % Clv = C. = 82. = 70,464% Hlv = H. = 4,56. = 3,918% Slv= S. = 4,25. = 3,652% Olv= O. = 3,44. = 2,956% Nlv = N. = 1,8= 1,547% Vậy ta được bảng sau Thành phần Clv Hlv Slv Olv Nlv Alv Wlv Phần trăm (%) 70,464 3,918 3,652 2,956 1,547 7,068 7 Nhiệt dung riêng của than đá: Áp dụng công thức tính nhiệt dung riêng của than đá: Cn = 837+3,7.tn+625.x ( Công thức I.48 - STT 1 trang 153) Trong đó : tn : Nhiệt độ của than trước khi vào lò đốt tn= 25oC x: Hàm lượng chất bốc x = 3% Þ Cn = 837 + 3,7.25 + 625.0,03 = 948,25 (J/kgoC) 2. Nhiệt trị của nhiên liệu: Trên cơ sở nhiệt lượng tỏa ra trong các phản ứng cháy, Menđêlêep đã đưa ra công thức tính nhiệt trị cao của nhiên liệu: Qc lv = [339Clv +1256Hlv -109(Olv-Slv)].103 ,J/Kg Qc =[339.70,464+1256.3,918 – 109(2,956-3,652)].103 = 28884,2 (kJ/kg than) Nhiệt trị thấp của than: Qth lv = Qc lv- 25100.(9Hlv + W) = 28884,2 – 25,1( 9.3,918 + 7 ) = 27823,4 (kJ/kg) (Công thức 2.4 trang 83 QTTB tập 3) 3. Lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy: Lượng không khí khô lý thyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu là lượng không khí khô vừa đủ cung cấp O2 cho các phản ứng cháy. Với thành phần khối lượng O2 chứa trong không khí khô lấy làm tròn 23%, từ các phản ứng cháy ta tính được lượng không khí khô lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu L0 =0,115Clv +0,346Hlv+0,043(Slv-Olv) ( Công thức VII.38_T111_S tay T2 ) L0 = 0,115.70,464+0,346.3,918+0,043(3,652-2,956) = 9,49 (kg không khí khô/kg than ) 4. Hệ số không khí thừa sau quá trình hoà trộn: Do nhiệt độ khói sau buồng đốt rất lớn so với yêu cầu, vì thế trong thiết bị sấy thùng quay dùng khói lò làm TNS người ta phải tổ chức hoà trộn với không khí ngoài trời để cho một hỗn hợp có nhiệt độ thích hợp. Vì vậy, trong hệ thống sấy thùng quay người ta xem hệ số không khí thừa là tỷ số giữa không khí khô cần cung cấp thực tế cho buồng đốt cộng với lượng không khí khô đưa vào buồng hoà trộn với lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy. Để tính hệ số không khí thừa không khí ở buồng đốt và trộn người ta sử dụng phương pháp cân bằng nhiêt lò đốt than a.Nhiệt lượng vào khi đốt 1 kg than Qvào = Q1 + Q2 + Q3 Trong đó : Q1 :nhiệt lượng than mang vào ( tính cho 1kg than ) : Q2 Nhiệt lượng do không khí mang vào : Q3 Nhiệt do đốt 1 kg than + Q1 = Cn.tn Trong đó Cn : Nhiệt dung của than ; Cn = 0,94825 (kJ/kgoC) tn : nhiệt độ của than ( nhiệt độ môi trường ) tn = 25oC Q1 = 0,94825.25 = 23,71 (kJ) + Q2 = Lo.Io.a Trong đó Lo : Lượng không khí lý thuyết cho quá trình cháy Io : Hàm nhiệt của không khí a : Hệ số thừa không khí Q2 = 9,49.65,676.a = 623,27a (kJ) + Q3 = Qc.η Trong đó : η là hiệu suất buồng đốt η = 0,9 Qc : Nhiệt trị cao của than Q3 = 28884,2.0,9 = 25995,78 (kJ) => Tổng nhiệt lượng vào buồng đốt là Qvào = Q1 + Q2 + Q3 = 26019,49 + 623,27a (kJ) b. Nhiệt lượng ra Qra = Q4 + Q5 + Q6 Trong đó : Q4 : Nhiêt do xỉ mang ra Q5 : Nhiệt do không khí mang ra khỏi buồng đốt Q6 : Nhiệt mất mát ra môi trường + Q4 = Gxỉ.Cxỉ.Txỉ Trong đó : Gxỉ : Khối lượng xỉ tạo thành khi đốt 1 kg than Gxỉ = Alv = 0.07068 Cxỉ : Nhiệt dung riêng của xỉ Cxỉ = 0,75 kJ/kgoC (Tra sổ tay T1- 162) Txỉ : Nhiệt độ của xỉ Txỉ = 250oC => Q4 = 0,07068.0,75.250 = 13,2525 kJ + Q5 = Gkhí.Ckhí.Tkhí Trong đó : Gkhí : Khối lượng của chất khí trong lò Ckhí : Nhiệt dung riêng của khói lò Ta có : Ckhí = J/kgoC (Công thức VII.42-T112_S.tay T2) => Q5 = ().750 (kJ) * Thành phần khối lượng các khí khi đốt 1 kg nhiên liệu ( Các công thức T112_S.tay T2 ) GCO = 3,67.C = 3,67.0,70464 = 2,586 (kg/kg than) GHO = 9H + W + a.Lo.xo = 9.0,03918 + 0,07 + a.9,49.0,016 = 0,423 + 0,152.a (kg/kg than) GSO = 2S = 2.0,03652 = 0,07304 ( kg/kg than ) GN = 0,769.a.Lo + 0,01.N = 0,769.9,49.a + 0,01.1,547 = 7,298a + 0,01547 (kg/kg than) GO = 0,231.( a -1 ).Lo = 0,231.9,49.( a -1) = 2,1922.(a-1) (kg/kg than) * Nhiệt dung riêng các khí ở nhiệt độ 750oC ( Áp dụng công thức Tính toán QTTB T2 _ Trang 313 ) CCO = 0,222 + 43.10-6.t1= 0,222 +43.10-6.750 = 0,25425 kcal/kgoC = 1,0645 kJ/kgoC CHO = 0,436 + 119.10-6.t1 = 0,436 +119.10-6.750 = 0,52525 kcal/kgoC = 2,2 kJ/kgoC CO = 0,216 + 166.10-7.t1 = 0,216 + 166.10-7.750 = 0,22845 kcal/kgoC = 0,96 kJ/kgoC CN = 0,246 +189.10-7.t1 = 0,246 + 189.10-7.750 = 0,26 kcal/kgoC = 1,09 kJ/kgoC CSO = 0,2 kcal/kgoC = 0,8374 kJ/kgoC Thay các giá trị trên vào ta được Q5 = ().750 = [0,07304.0,8374+2,586.1,0645+(7,298.a+0,01547).1,09+2,1922(a-1).0,96+(0,423+0,152a ).2,2].750 = ( 1,657 + 10,394a ).750 = 1242,75 + 7761,75a (kJ/kg than) + Q6 = Qmm = 5%Qvào => Qra = Q4 + Q5 + Q6 = 1256 + 7761,75a + 0,05Qvào c.Cân bằng nhiệt lượng lò đốt Qvào = Qra Û 0,95.(26019,49 + 623,27a) = 1256 + 7761,75a Û a = 3,2725 * Kiểm tra lại a theo công thức sau : α = ( Công thức VII.39_T111_S.tay T2 ) Trong đó : : Hiệu suất buồng đốt ở đây chúng ta chọn = 90% = 0,9 Cnl , tnl : Nhiệt dung riêng và nhiệt độ của nhiên liệu tương ứng Với Cnl = 0,967 kJ/kgoC tnl = 270C Cpk : Nhiệt dung riêng của khói. Cpk= 1,004 kJ/kgoC ia và i0: Entanpy của hơi nước chứa trong khói sau buồng hoà trộn và trong không khí ngoài trời, tính theo công thức: i = 2500 + 1,842ti (kJ/kg) x0 : Lượng chứa ẩm của không khí ứng với nhiệt độ t0. t : Nhiệt độ của khói sau buồng hoà trộn (cũng chính là nhiệt độ khói vào thùng sấy) Với nhiệt độ t1=500oC , ta tính được: Entanpy của hơi nước chứa trong khói sau buồng hoà trộn ia = 2500 + 1,842.500 = 3421 (kJ/kg) i0 = 2500 + 1.842.27 = 2549.7 (kJ/kg) Thay các giá trị vào biểu thức ta được: a = = 5,21 => Từ 2 kết quả trên,thấy kết quả xấp xỉ nhau chọn a = 5,2 Từ đó ta tính được khối lượng các khí có trong khói khi đốt 1 kg than: GCO = 2,546 kg/kg than GHO = 9H + W + a.Lo.xo = 2,135 kg/kg than GN = 0,769.a.Lo + 0,01.N = 38,064 kg/kg than GSO = 0,0598 kg/kg than GO = 0,23.( a -1 ).Lo = 9,23 kg/kg than 5. Thông số khói lò sau buồng hoà trộn hay trước khi vào các thùng sấy: + Khối lượng khói khô sau buồng hòa trộn Lk = (a.L0+1) - [ A+9H+W] = (5,2.9,52+1)-(0,952+9.0,0482+0,048) = 49,07 kg + Lượng chứa ẩm x1 của khói lò sau buồng trộn x = = thay số vào ta được x = = 0,027 (kg ẩm/ kg kk) + Xác định Entanpi của khói sau buồng trộn I1 = ( Công thức VII.36_T110_S.tay T2) Thay các đại lượng cụ thể vào công thức trên ta tính được : I1 = = 598,3 (kJ/kg kk) 6. Độ ẩm tương đối i: Để tính l được xác định theo công thức: = ( Công thức T43_Tính toán và thiết kế hệ thống sấy ) Trong đó: pb : là phân áp suất bão hoà của hơi nước theo nhiệt độ ti được xác định theo công thức: pb = ( Công thức T44_Tính toán và thiết kế hệ thống sấy ) B : áp suất khí trời nơi ta xác định độ ẩm tương đối + Tính : pb = Thay các giá trị vào ta tính được pb như sau: PB = = = 661 (bar) Do đó: j1 = = = 0,058% Vậy ta có thông số khói lò sau buồng hòa trộn trước khi vào thùng sấy STT Các trạng thái của khói Giá trị 1 Khối lượng khói khô sau buồng hòa trộn Lk = 49,07 kg 2 Lượng chứa ẩm của khói lò sau buồng trộn x1 = 0,027 kg ẩm/ kg kk 3 Entanpi của khói sau buồng trộn I1 = 598,3 kJ/kg kk 4 Độ ẩm tương đối của khói j1 = 0,058% Phần III TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH I .Tính toán sơ bộ thùng sấy 1.Tính toán lượng ẩm bốc hơi Có : G1 = 6600 kg/h W1 = 24% : W2 = 6% Þ Độ ẩm vật liệu bay hơi W = G1. = 6600. = 1263,8 (kg/h) + Lượng caolanh ra khỏi thùng sấy G2 = G1 - W = 6600 - 1263,8 = 5336,2 kg/h 2.Các thông số cơ bàn của thùng sấy Cường độ bay hơi ẩm của caolanh A= 50 ¸ 60 kg/m3.h ,Chọn A=55 kg/m3.h Thể tích của thùng sấy V= = = 23 (m3) Chọn đường kính thùng D= 1,8 m Chiều dài thùng sấy L= = = 9.04 (m) Ta có = 3,5 ¸ 7,Quy chuẩn ta có L=10m + Vậy thể tích thực của thùng Vt = = =25.43 (m3) Chiều dày thân thùng d = ( 0,01¸ 0,02)D chọn d =0,01D=0,018m=1,8mm + Thời gian lưu vật liệu trong thùng Ta có: (Sổ tay T2_Trang 123) Trong đó: + r : Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng quay, với r = 2200 kg/m3 (Bảng 1.1_T8_S.Tay T1). + W1,W2 : Độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, tính bằng % khối lượng chung + b : Hệ số chứa đầy, chọn b = 0,15 + A : Cường độ bay hơi ẩm, A = 55(kg ẩm/h) = 76,23 (phút) * Kiểm tra lại bằng công thức t = Với Vn= (T 408- máy và thiết bị sản xuất hoá chất) => t= = 76,29 (phút) Vậy thời gian sấy hợp lý + Xác định số vòng quay của thùng Ta có: (Sổ tay T2 _T 122). Trong đó : + a : Góc nghiêng của thùng quay, độ. Thường góc nghiêng của thùng dài là 2,5¸30, còn thùng ngắn đến 60, chọn a = 20 Þ tga = 0,035 + m : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m = 1 + k : Hệ số phụ thuộc vào chiều chuyển động của khí, k = 1 ( Sấy xuôi chiều ) + t : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay (Vòng/phút). Công suất của động cơ Ta có: (VII.54-trang123-STT2) Trong đó: + n : Số vòng quay của thùng,( vòng /phút) + b : Hệ số công suất , b = 0,053 + r : Khối lượng riêng xốp trung bình, r = 2200 kg/m3 + Dt,Lt : Đường kính và chiều dài của thùng (m) =18,38(Kw) + Công suất động cơ điện Nđc=1,1.N = 1,1.18,38 = 20,21 (Kw) II.Quá trình sấy lý thuyết 1.Các thông số khói lò đi vào thùng sấy Như đã tính ở trên,lượng khói lò đi vào thùng sấy có các thông số sau STT Các trạng thái của khói Giá trị 1 Khối lượng khói khô sau buồng hòa trộn Lk = 49,07 kg 2 Lượng chứa ẩm của khói lò sau buồng trộn x1 = 0,027 kg ẩm/ kg kk 3 Entanpi của khói sau buồng trộn I1 = 598,3 kJ/kg kk 4 Độ ẩm tương đối của khói j1 = 0,058% 2.Các thông số của khói ra khỏi thùng sấy Do quá trình sấy lý thuyết nên I2 = I1= 598,3 kJ/kg kk Lượng ẩm của khói sau quá trình sấy lý thuyết x2 = = = 0,151 ( kg ẩm/ kg kk ) + Áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ t2 Pb2 = = = 0.998 bar + Độ ẩm tương đối j2 j2 = = = 19,3% 3.Phương trình cân bằng nhiệt Phương trình cân bằng nhiệt trong quá trình sấy lý thuyết lo.Io= lo.I1=lo.I2 + lo : lượng khói khô cần thiết để bay hơi 1 kg ẩm lo= = = 7,46 + Lưu lượng không khí lý thuyết đi qua thùng sấy trong 1h Lo = lo.W= 7,46.1263,8=9427,94 (kg/h) + Lượng nhiệt tiêu hao qo= lo( I2-Io) = 7,46.(598,3-70,28) = 3939,03 (kW) + Nhiệt lượng cung cấp cho lượng ẩm được tách ra Qo= Lo( I2-Io) = Nhiệt 9427,94.(598,3-70,28 ) = 1382,81 (kW) 4.Lưu lượng thể tích ( Theo phụ lục 5_Tính toán và thiết kế hệ thống sấy ) Dùng phương pháp nội suy ta có + Trạng thái khói trước khi vào thùng sấy ( t1,j1) = ( 500 ; 0,0058 ) Þ v1 = 2,23 (m3/kg không khí) ( t2;j2 ) = ( 100 ; 19,3 ) Þ v2 = 1,3 (m3/kg không khí) => lưu lượng thể tích trước khi vào thùng sấy V1= v1.Lo= 2,23.9427,94=21024 (m3/h) lưu lượng thể tích sau khi ra khỏi thùng sấy V2= v2.Lo = 1,3.9427,94 = 12256,32 (m3/h) => Lưu lượng thể tích trung bình Vtb = = = 16640,16 (m3/h) = 4,62 (m3/s) + Thiết diện tự do của thùng sấy Ftd = (1- b ).Fts = = = 2,16 (m2) => Tốc độ trung bình của khói lò trong quá trình sấy lý thuyết wo = = =2,13 (m/s) III. Quá trình sấy thực tế trong thùng sấy Trong quá trình sấy thực tế, ngoài tổn thất nhiệt do khói lò mang ra khỏi thùng sấy,còn có tổn thất nhiệt ra môi trường qmt và tồn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi qvl Trong thiết bị sấy thùng quay,không sử dụng nhiệt bổ sung và thiêt bị sấy không có thiết bị chuyển tải nên qbs= 0 và qct= 0 1.Tính toán tổn thất nhiệt trong quá trình sấy a.Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra : qv + Nhiệt dung riêng của caolanh ban đầu là Cp= 0,92 kJ/kg Þ Nhiệt dung riêng của caolanh khi ra khỏi thùng sấy C = Cp( 1-W2 )+ Ca.W2 Với Ca : Nhiệt dung riêng của nước chứa trong VLS Ca= 4,187 kJ/kg.độ Thay số,ta được : C = 0,92.(1-0,06) +4,187.0,06 =1,116 (kJ/kg) Þ Tổn thất nhiệt do VLS mang đi là Qvl = G2.C.( t2-to) = 5336,17.1,116.( 100-27 ) = 434727,1 ( kJ/h ) + => qv = = = 343,98 kJ/ kg ẩm b.Tổn thất ra môi trường + Để tính tổn thất nhiệt ra môi trường,chúng ta phải giả thiết tốc độ của khói lò,sau đó chúng ta tính toán kiểm tra lại Giả thiết tốc độ của khói lò đi trong thùng sấy là w = 2 m/s Ta có : Nhiệt độ trung bình của khói lò vào và ra khỏi thùng sấy T1 = = = 300 oC Nhiệt độ của môi trường T2 = 27 oC Đường kính trong của thùng Dt = 1,8 m +Giả thiết : Bề dày thùng : d1 = b1 = 1,8.10-3 m Bề mặt thùng có lớp cách nhiệt là bê tông xốp dày :b2 = 80 mm Lớp cách nhiệt có vỏ bảo vệ bằng thép dày : b3 = 1 mm Þ Đường kính ngoài của thùng Dn = 1,8+2.1,8.10-3 + 2.0,08 +2.0,001 =1,9656(m) Vậy ta có tỉ số : = < 2 => coi quá trình truyền nhiệt ra môi trường của thùng sấy tương tự như qua tường phẳng + Công thức q = Trong đó : F Bề dày trao đổi nhiệt K Hệ số truyền nhiệt Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức (T-3 sổ tay quá trình và thiết bị T1 ) a1 : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến vỏ thép thiết bị sấy ( W/m2oC ) a2: Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị đến môi trường ( W/m2oC ) * Xác định a1 Có a1 = k( a1’ + a1’’ ) ( W/m2oC ) Trong đó :a1’ : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị do đối lưu cưỡng bức,phụ thuộc vào chế độ chuyển động của không khí a1’’ : Hệ số cấp nhiệt từ không khí đến thành thiết bị do đối lưu tự nhiên K : Hệ số độ nhám chọn k= 1,2 + Chế độ chuyển động được đặc trưng bởi chuẩn số Renon ( Re) Re = Trong đó Dt : Đường kính ống thiết bị ; Dt = 1,8 m w : Vận tốc của dòng khí g : Độ nhớt động học của khí Tại nhiệt độ 300oC ,nội suy theo bảng ta được l = 4,84.10-2 ; g = 45,81.10-6 => Thay số vào ta được Re = = 7,85.10-4 > 104 Þ khói trong thùng sấy chuyển động theo chế độ chảy xoáy + Áp dụng công thức Nu = 0,018.Re0,8.e (Công thức 4.31-QTTBT1-T 198) e : Hệ số phụ thuộc vào tỉ số Có tỉ số = =5,55 Tra bảngV.2 S.tay T2 Þ e = 1,18 Vậy Nu = 0,018.( 7,85.104)0,8.1,18 = 175 Mà Nu = => a1’ = = = 4,7 ( W/m2oC ) * Xác định a1’’ Theo (QTTBT1-T 206) Nu = 0,47.Gr0,25 Gr: Chuẩn số Grashof Mà theo QTTB t1 Trong đó g : gia tốc trọng trường ; g = 9,81 m/s2 b : hệ số giãn nở thể tích b = Dt : nhiệt độ chênh lệch giữa nhiệt độ trung bình của dòng khí và thành thùng sấy + Giả sử nhiệt độ trung bình của thùng sấy tt = 200 oC Þ Dt = ttb- tt = 300-200 = 100oC Nhiệt độ lớp ngăn cách là : tnc = = 250oC Þ T = 250+273 = 523 oK + Ứng với nhiệt độ 250oC ,tra bảng I.255 sổ tay 1 g = 37,8.10-6 ; l = 4,4.10-2 Có b = = ( 1/oK ) Thay số vào ta tính được chuẩn số Gr Gr = = 7656.106 Þ Nu = 0,47.(7656.106)0,25 =139,02 Mặt khác a1’’ = = = 3,39 ( W/m2oC ) Þ a1 = k(a1’ + a1’’ ) = 1,2.( 4,7+3,39 ) = 9,7 ( W/m2oC ) * Xác định a2 Ta có a2 = ( a2’ + a2’’ ) Trong đó a2’ : Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị ra môi trường do đối lưu tự nhiên a2’’ : Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị ra môi trường do bức xạ + Tính a2’ - Nhiệt độ của môi trường T = 27oc - Nhiệt độ thành thùng ở ngoài tth = 55 oC Þ Nhiệt độ biên giới giữa không khí và thành thiết bị là Tbg = = = 41oC Tra bảng I.255 S.tay 1.Ta có l = 2,76.10-2 g = 16,96.10-6 - Đường kính ngoài Dng = 1,9836 T = 27oC = 27+273 = 300oK Dt = 55-27 = 28 0C Thay số vào ta tính được chuẩn số Gr Gr = = 1,98.1010 Nu = 0,47.Gr0,25 = 0,47.(1,98.1010)0,25 = 176,3 Mà a2’ = = = 2,47 ( W/m2oC ) + Xác định hệ số cấp nhiệt a2’’ Ta có công thức tính a2’’ a2’’ = Trong đó : Co : Hệ số cấp nhiệt bức xạ do vật đen tuyệt đối Co= 5,76 ( W/m2oC ) x : Mức độ đen của vật.Thùng làm bằng thép nên x = 0,95 T1; T2 : Nhiệt độ tuyệt đối của bề mặt thiết bị sấy và nhiệt độ môi trường xung quanh T1= 55+273 = 328 oK T2 = 27+273 = 300oK Thay số vào ta được a2’’ = = 6,727 ( W/m2oC ) Vậy a2 = ( a2’ + a2’’ ) = 2,47 + 6,727 = 9,197 ( W/m2oC ) * Tính S -Vật liệu làm thùng là thép CT3 có l = 49 m2.oC - ở trên ta đã giả thuyết + Lớp vỏ bảo vệ bằng thép b3 = 1mm + Bề mặt lớp cách nhiệt dày b2 = 80mm + Bề dày thùng b1 = 1,8mm Vật liệu làm thùng là thép có l 1 = 49 Vật liệu cách nhiệt là bê tông xốp có l 2 = 0,93 Hệ số truyền nhiệt chung của tác nhân sấy đến môi trường xung quanh Có + S + = + + + = 0,36 => K = = 2,75 * Xác định bề mặt trao đổi nhiệt F = p.Dn.Lth + (T420-Thiết kế máy hoá chất T1) F = 3,14.1,9656.10 + = 67,69 m2 * Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình Theo công thức tính nhiệt trung bình là Dtb = Trong đó: Dl = t1-to = 500-27= 473 oC D2 = t2-to = 100-27 = 73 oC Thay số vào ta được Dtb = = 214,05oC => Vậy tổn thất nhiệt ra môi trường là qmt = = = 113,1 (kJ/kg ẩm) 2.Cân bằng nhiệt trong thùng sấy a. Nhiệt lượng vào Có Qvào= Q1 + Q 2 Trong đó Q1 : Nhiệt lượng do nhiên liệu sấy mang vào Q2 : Nhiệt lượng khói mang vào khi sấy + Q1= G1.C1.to Trong đó G1: khối lượng nguyên liệu G1= 12600kg/h = 3.5kg/s C1 : nhiệt dung riêng của nhiên liệu khi vào máy sấy C1= 0,518 kJ/KgoC To : nhiệt độ của môi trường to=25 oC Thay số vào ta được Q1= 3,5.0,518.25 = 45,325 kJ/s + Q2 : Nhiệt lượng khói mang vào khi sấy - Phần trên ta đã tính được khi đốt 1kg than thì nhiệt lượng do khói mang vào là 28812kJ - Gọi số kg than cần đốt trong 1h là n,Vậy khi đốt n kg than thì Q2 = 28812.n kJ/h = 8.n kJ/s => Tổng nhiệt lượng vào thùng sấy là Qvào = 45,457 + 8.n ( kJ/s) b. Nhiệt lượng ra khỏi máy sấy Qra = Q1’ + Q2’ + Q’3 Trong đó : Q1’ : Nhiệt lượng do vật liệu mang ra khỏi máy sấy Q2’ : Nhiệt do khói lò mang ra khỏi máy sấy ở nhiệt độ 100oC ( Bao gồm hơi nước và các khí có trong khói ) Q3’ : Nhiệt lượng tổn thất ra khỏi môi trường + Q1’ : Nhiệt lượng do vật liệu mang ra khỏi máy sấy Q1’ = G1’.C1’.t1 Trong đó : G : khối lượng vật liệu ra khỏi máy sấy t1 : nhiệt độ sản phẩm ra khỏi máy sấy chọn t1= 85oC C1 : Nhiệt dung riêng của caolanh khi ra khỏi máy sấy Đã tính được C1 = 1,116 (kJ/kg) Vậy Q1 = 5336,2.1,116.85 = 506192 kJ/h =140,6 (kJ/s) + Q’2 : Nhiệt do khói lò mang ra khỏi máy sấy ở nhiệt độ 100oC Q’2 = Q2’’ + Q2’’’ Trong đó : Q2’’ : Nhiệt do bốc hơi nước và do hơi nước mang ra Q2’’’ : Nhiệt do khói lò mang ra khỏi máy sấy ở nhiệt độ 100oC * Nhiệt do bốc hơi nước và do hơi nước mang ra Q2’’ = W. Cn1.(100-to) + r + Cn2.( t2-100) Cn1 và Cn2 : nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ to và t2 Tại to = 27oC => Cn1 = 0,99878kcal/kg.độ = 4,1816 kJ/kg.độ Tại t2 = 100oC => Cn2 = 1,007 kcal/kg.độ = 4,21 kJ/kg.độ + Nhiệt hóa hơi của nước r = 539 kcal/kg = 2256,68 kJ/kg (nôi suy theo bảng I.212–245–STT1) Thay số vào ta được Q2’’ = 1268,3.[4,1816.(100-27) + 2256,68 ] = 3249304,4 kJ/h = 902,58 (kJ/s) + Q2’’’ : Nhiệt do khói lò mang ra khỏi máy sấy ở nhiệt độ 100oC * Khối lượng các khí khi đốt 1kg than,đã tính trong cân bằng nhiệt lò đốt, GCO = 2,546 kg/kg than GHO = 2,135 kg/kg than GN = 38,064 kg/kg than GSO = 0,0598 kg/kg than GO = 0,23.( a -1 ).Lo = 9,23 kg/kg than * Nhiệt dung riêng của các khí ở 100oC : - CCO = 0,222 + 43.10.t2 = 0,222 + 43.10.100 = 0,2197 = 0,915 kJ/kgoC - CN = 0,246 + 198.t2 = 0,246 + 198.10.100 = 0,249 kcal = 1,0425 kJ/kgoC - CO = 0,216 + 166.t2 = 0,216 + 166.10.100 = 0,223 kcal = 0,933kJ/kgoC - CHO = 0,436 + 119.t2 = 0,436 + 119.10.100 = 0,487 kcal= 2,03 kJ/kgoC - CSO = 0,19(kcal/kgC) = 0,795 (kJ/kgC) Thay số vào,ta có => Q3’= 2,546.0,915 +2,135.2,03 +38,064.1,0425 + 0,0598.0,669 +9,23.0,933.100.n = 5499,7.n (kJ/h) = 1,52.n ( kJ/s ) Vậy nhiệt do khói lò mang ra khỏi thùng sấy là Q’2 = Q2’’ + Q2’’’ = 902,58 + 1,52.n ( kJ/s ) + Q3’ : Nhiệt lượng tổn thất ra khỏi môi trường Q3’ = q.W = 113,1.1263,8 = 142935,78 (kJ/h) = 39,704 (kJ/s) => Vậy lượng nhiệt ra khỏi máy sấy Qra = Q1’ + Q2’ + Q’3 = 1082,88 + 1,52.n ( kJ/s) c. Cân bằng nhiệt lượng thùng sấy Có Qvào = Qra Û 45,587 + 8.n = 1082,88 + 1,52.n Û n = 160 kg Vậy lượng than cần đốt trong 1h là 160kg 3.Quá trình sấy thực tế trong thùng sấy a. Trạng thái của khí trước khi vào thùng sấy Như đã tính ở trên,lượng khói lò đi vào thùng sấy có các thông số sau STT Các trạng thái của khói Giá trị 1 Khối lượng khói khô sau buồng hòa trộn Lk = 49,07 kg 2 Lượng chứa ẩm của khói lò sau buồng trộn x1 = 0,027 kg ẩm/ kg kk 3 Entanpi của khói sau buồng trộn I1 = 598,3 kJ/kg kk 4 Độ ẩm tương đối của khói j1 = 0,058% b.Xây dựng quá trình sấy thực * Tính giá trị D D = Ca.to - ( qv + qmt ) (STT2 – 389) Trong đó Ca : Nhiệt dung riêng của nước chứa trong VLS Ca = 4,1868 to : Nhiệt độ môi trường, to= 27oC Qv : Tổn thất nhiệt do caolanh mang ra; Qv = 343,98 kJ/kg ẩm Qmt : Tổn thất nhiệt ra môi trường; Qmt = 113,1 kJ/kg ẩm = > D = 4,1868.27 - ( 343,98 + 113,1 ) = -344,03 kJ/kg ẩm * Thông số của khói lò sau quá trình sấy thực + Để xác định các thông số của khói lò sau quá trình sấy thực,trước hết ta tính nhiệt dung riêng dẫn xuất của khói lò trước quá trình sấy Cdx( x1) Cdx( x1) = Cpk + Cpa.x1 Trong đó : Cpk = nhiệt dung riêng của khói khô Cpk = 1,004 Cpa = Nhiệt dung riêng của hơi nước Cpa = 1,842 => Cdx( x1) = 1,004 + 1,842.0,027 = 1,053 kJ/kg không khí + Lượng chứa ẩm x2 của khói lò sau quá trình sấy thực tế là Áp dụng công thức x2 = x1 + Trong đó i2 : Entanpi của hơi nước chứa trong khói lò sau thùng sấy i2 = 2500 + 1,842.100 = 2684,2 => x2 = 0,027 + = 0,166 (kg ẩm/kg không khí) + Entanpi I2 của khói lò có thể tính theo công thức I2 = Cpk.t2 + x2.i2 = 1,004.100 + 0,166.2684,2 = 545,97 kJ/kg không khí suất hơi bão hòa tại nhiệt độ t2 Pb2 = = = 0.998 (bar) Độ ẩm tương đối j2 j2 = = = 20,99 % + Lượng tác nhân sấy thực tế l = = = 7,19 kg /kg ẩm => L = l.W = 7,19.1268,3 = 9119,07 kg/h = 2,53 kg/s + Lưu lượng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực ( Theo phụ lục 5 tính toán và thiết kế hệ thống sấy) Dùng phương pháp nội suy ta có : - Trạng thái khói trước khi vào thùng sấy ( t1,j1) = ( 500 ; 0,0058 ) Þ v1=2,23 (m3/kg không khí) ( t2;j2 ) = ( 100 ; 20,99 ) Þ v2 =1,32 (m3/kg không khí) => Lưu lượng thể tích trước khi vào thùng sấy V1= v1.L = 2,23.2,53 =5,642 (m3/s) Lưu lượng thể tích sau khi ra khỏi thùng sấy V2= v2.L = 1,32.2,53 = 3,34 (m3/s) + Lưu lượng thể tích trung bình Vtb = = = 4,491 (m3/s) Thiết diện tự do của thùng sấy Ftd = (1- b ).Fts = = = 2,16 (m2) + Tốc độ trung bình của khói lò trong quá trình sấy thực tế wo = = =2,07 (m/s) Như vậy giả thiết w = 2m/s khi tính tổn thất có thể xem là chính xác TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT + Nhiệt lượng tiêu hao q = l.(I1-Io) = 7,19.( 598,3-70,28 ) = 3796,46 (kJ/kg ẩm) + Nhiệt lượng có ích q1 = i2 - Ca.to = 2684,2 - 4,1868.27 = 2571,15 (kJ/kg ẩm) + Tổn thất nhiệt do khói lò mang đi q2 = l.Cdc(xo)( t2-to) Có Cdc(xo) = Cpk + Cpa.xo = 1,004 + 1,842.0,017 = 1,035 => q2 = 7,19.1,035.(100-27) = 543,24 (kJ/kg ẩm) + Tổn thất nhiệt do VLS caolanh qv = 343,98 (kJ/kg ẩm) + Tổn thất nhiệt ra môi trường qmt = 113,1 (kJ/kg ẩm) + Tổng nhiệt lượng có ích và tổn thất q’ = q1 + q2 + qv+ qmt = 2571,15 + 543,24 + 343,98 + 113,1 = 3571,47 (kJ/kg ẩm) Về nguyên tắc thì nhiệt lượng tiêu hao q và nhiệt lượng có ích và tổn thất q’ phải bằng nhau.Nhưng ở trên trong quá trình tính toán và tra đồ thị đã có sai số Sai số Dq = q - q’ = 3796,46 - 3571,47 = 225 (kJ/kg ẩm) Sai số tương đối e = = .100% = 5,92% Bảng cân bằng nhiêt STT Đại lượng Kí hiệu kJ/kg ẩm % 1 Nhiệt lượng có ích q1 2571,15 67,72 2 Tổn thất do TNS ( khói lò ) q2 543,24 14,31 3 Tổn thất do VLS ( caolanh ) q3 343,98 9,06 4 Tổn thất nhiệt ra môi trường qmt 113,1 2,97 5 Tổng nhiệt lượng có ích và tổn thất q’ 3571,47 94,07 6 Sai số tính toán Dq 225 5,92 7 Tổng nhiệt lượng q 3796,46 100 Phần III Tính cơ khí I. Kiểm tra bền của thùng quay 1. Trọng lượng của toàn bộ thùng +. Trọng lượng của vật liệu nằm trong thùng Qvl = = = 82267,42 N Trong đó : G1 : khối lượng vật liệu = 6600kg /h g gia tốc trọng trường T : thời gian sấy +. Trọng lượng của thùng Có Qt = p .Lth.r .g + .Lth.r .g Trong đó - Vật liệu làm thùng là thép CT3 có khối lượng riêng r = 7850 kg/m3 - D1 : Đường kính ngoài của thùng D1 = 1,9656 m - D2 : đường kính ngoài cùng của lớp cách nhiệt D2 = 1,9636 m - D3:đường kính ngoài sát lớp cách nhiệt D3 = Dth + 2.b3 = 1,8+ 2.0,001= 1,802 m - D4 : đường kính trong của thùng D4= 1,8 m Thay số vào ta được Qt = .7850.10.9,81.[ ( 1,96562-1,96362) + ( 1,8022-1,82)] = 9105,47 N +. Trọng lượng của vành đai Trọng lượng vành đai tính theo công thức Qv = ( Dv2 - D12).r.g.bv Đường kính vành đai,chọn sơ bộ Dv = ( 1,1¸ 1,2 ).D1= 2,162 ¸ 2,35 m Chọn Dv = 2,2m Bv : bề rộng vành đai chọn sơ bộ bv = 0,2 m Thay số vào : => Qv = = 11805,2 N +. Trọng lượng của bánh răng vòng Tương tự như tính trọng lượng của vành đai Chọn Qr = Qv = 11805,2 N +. Trọng lượng của lớp bảo ôn Vật liệu cách nhiệt là bê tong có khối lượng riêng là r = 2300kg/m3 => Qbo = ( D2-D3).Lth.rbo.g = 3,14.(1,9636-1,802).10.2300.9,81 = 114490 N +. Trọng lượng của cánh múc ( nâng ) Chọn sơ bộ Qc = 4000N Vậy tổng trọng lượng của thùng là Q = Qvl + Qth + Qv + Qr + Qbo + Qc = 82267,42 + 9105,47 + 11805,2 + 11805,2 + 114490 + 4000 = 233473,3 N 2. Khoảng cách giữa 2 vành đai ld = 0,586.Lth = 0,586.10 = 5,86 m + Tải trọng trên 1 chiều dài thùng ( không tính đến khối lượng của vòng bánh răng ) q = = = 221,66 N/cm + Mômen uốn do tải trọng này gây ra M1 = = = 9516 N.cm + Mômen uốn do bánh răng vòng gây ra M2 = = = 1729461 N => Tổng Mômen uốn Mu = M1 + M2 = 9516 + 1729461 = 1738977 N + Mômen chống uốn của thùng q = Trong đó Dt : Đường kính trong của thùng Dt = 1,8m d : Bề dày của thùng d= 0,018m Thay số vào ta được q = = 0,0254 m3 = 0,0254.106 cm3 => Ứng suất của thân thùng s = = = 68,46 N/cm2 Ta thấy s = 68,46 N/cm2 < [s]CT3 = 4.104 N/cm2 Vậy thùng đảm bảo điều kiện bền khi có bề dày d = 18mm 3. Tính vành đai + Tải trọng của thùng trên 1 vành đai Q’ Q’ = = = 116807,8 N Trong đó Q : Tải trọng của cả thùng a = 2o + Gọi j là góc giữa 2 con lăn Vậy phản lực của mỗi con lăn tác dụng lên vành đai là T = ( Hướng dẫn thiết kế máy hóa chất -T 245 ) Thông thường chọn j = 30o => T = = 67439 N + Bề rộng của vành đai B Có B ³ Với Pr : Tải trọng riêng tính cho 1 đơn vị chiều dài theo đường sinh vành đai.Chọn với thùng quay chậm Pr = 2400 N/cm Thay số,ta được B ³ = 2,8cm =28mm + Đường kính vành đai Dv = 2,2m Chọn bề rộng vành đai B = 200mm + Với thùng nặng thì bề dày vành đai là h = = = 76,92 mm * Kiểm tra lại Ta có : Mômen uốn Mu = 2.T.R.A = T.Dv.A Với A : Hệ số phụ thuộc cánh lắp A = 0,08 ¸ 0,09 Chọn A = 0,08 => Mu = 67439.220.0,08 = 1186926,4 N.cm + Vành đai có cấu tạo từ thép CT3 có ứng suất cho phép [s]CT3 = 15600 N/cm2 =>Mômen chống uốn là q = = = 76,08 cm3 Mặt khác q = => h ³ = = 4,77 cm = 47,7 mm Vậy h = 76,92 > 47,7 => Vành đai đủ bền Chọn h = 100mm Vậy vành đai có tiết diện : B x h = 200 x 100 mm 4. Tính con lăn chặn và con lăn đỡ Để đảm bảo điều kiện bền thì các con lăn được chế tạo bằng thép CT5 a. Tính con lăn đỡ : + Bề rộng con lăn đỡ tính theo công thức Bc = B + 50 ( T250-Thiết kế máy hóa chất ) = 200 + 50 = 250mm = 25 cm + Chọn sơ bộ đường kính con lăn đỡ theo công thức dc ³ ( T250-Hướng dẫn thiết kế máy hóa chất) = ¸ ó dc ³ 6,74 ¸ 8,99 cm Kiểm tra lại đường kính theo tiêu chuẩn sau 0,25.D £ dc £ 0,33.D Với D : Đường kính ngoài của vành đai D = Dv + 2.h = 2,2 + 2.0,1 = 2,4m = 240cm Vậy 0,25.240 £ dc £ 0,33.240 = 60 £ dc £ 79,2 (cm) Ta chọn đường kính con lăn đỡ là dc = 70cm + Lực tác dụng lên 1 đơn vị chiều dài tiếp xúc P = = = 3371,95 N/cm + Ứng suất tiếp xúc tính theo công thức smax = 0,418. Trong đó : R : Bán kính ngoài của vành đai R = = 120cm r : Bán kính của con lăn đỡ r = = 35cm E : Mômen đàn hồi của vật liệu E = 1,75.107 N/cm2 => smax = 0,418. = 19506 N/cm2 Ứng suất tiếp xúc cho phép của thép CT5 là [s]CT5 = 6.104 N/cm2 => Con lăn đỡ đảm bảo điều kiện bền b. Tính con lăn chặn + Lực tác dụng lớn nhất trên con lăn chặn do xu hướng tụt xuống của thùng Pmax = Q.(sina + f ) ( T249-Hướng dẫn thiết kế máy hóa chất ) Trong đó : Q Trọng lượng của toàn bộ thùng f : Hệ số ma sát giữa vành đai và con lăn chặn f = 0,1 a = 3o Thay số : P = 233473,3 .( sin3o + 0,1 ) = 35566,3 N + Đường kính con lăn đỡ là dd = Dt.sinb = 1,8.sin10o = 0,347 cm + Lực tác dụng lên 1 đơn vị chiều dài tiếp xúc là Chọn chiều dài tiếp xúc là 41cm Vậy P = = = 867,47 N/cm + Ứng suất khi vành đai tiếp xúc với con lăn smax = 0,418. ( T285-Hướng dẫn thiết kế máy hóa chất) Trong đó : r Bán kính của con lăn chặn r = = 20 cm E Mômen đàn hồi của vật liệu E = 1,75.107 N/cm2 P Lực tác dụng lên 1 chiều dài tiếp xúc Thay số smax = 0,418. = 11496,22 N/cm2 Thấy smax Đảm bảo điều kiện bền IV.TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 1.Tính toán lò đốt Để đốt cháy nhiên liệu tạo khói cho thùng sấy dùng khói lò người ta thường dùng sử dụng thiết bị gọi là thiết bị đốt.Thiết bị đốt cần đảm bảo đốt cháy nhiên liệu một cách hiệu quả,mặt khác phải đơn giản về kết cấu và dễ sử dụng Để đốt nhiên liệu là than đá người ta thường sử dụng thiết bị đốt gọi là buồng đốt.Do trong thiết bị sấy thùng quay chỉ cần công suất nhiệt nhỏ vì vậy người ta thường dùng lò đốt thủ công áp dụng trong hệ thống sấy thùng quay ( chủ yếu là lò đốt thủ công dạng ghi phẳng0 b.Tính các kích thước cơ bản của buồng đốt + Xác định diện tích mặt ghi : Diện tích mặt ghi được xác định theo công thức sau F = m2 hoặc F = Trong đó : B : Lượng nhiên liệu cần đốt trong 1h Qth : Nhiệt trị thấp của nhiên liệu J/kg R : Cường độ cháy của ghi lò kg/m2.h r : Cường độ nhiệt của ghi lò W/m2 Với than đá thì R = 70 - 120 kg/m2.h r = (349 - 1744).10-3 W/m2 Chọn R = 80 kg/m2.h r = 550.103 kcal/m2.h Với B = 160 kg Qc = 28726 kJ/kg Qth = 27643 kJ/kg Thay số vào ta được F = = = 2 m2 Với F = = = 2,25 m2 + Tỉ lệ mắt ghi Căn cứ vào loại than,cớ hạt của than mà chọn tỉ lệ mắt ghi.diện tích mắt ghi cho phù hợp Với than đá thì tỉ lệ = 25% Với f : Tỉ lệ mắt ghi + Xác định thể tích buồng đốt : Thể tích buồng đốt phụ thuộc vào loại than và kiểu lò và được xác định theo công thức sau đây V = ( m3) Trong đó : Qth : Nhiệt trị thấp của than Qth = 17896 kJ/kg = 4274,38 kcal/kg B : Lượng than cần đốt trong 1h B= 160 kg q : Mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt kcal/m3.h Nhiên liệu là than đá chọn q = 300.103 kcal/m3.h Thay số vào ta có V = = 2,28 m3 + Tính chiều cao buồng đốt chiều cao buồng đốt xác định theo công thức H = ( m) trong đó H : Chiều cao buồng đốt V : Thể tích buồng đốt F : Thể tích ghi lò Thay số vào ta có H = = 1,14 m 2.Quạt thổi vào máy sấy

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docTính toán và thiết kế hệ thống sấy thùng quay để sấy caolanh với năng suất 6,6 tấn-h.doc
Luận văn liên quan