Đề tài Thiết kế tháp sấy phun sấy bột ceramic, công suất 1,5 triệu m2/năm, dùng nhiên liệu là dầu mazut đen 20 có thành phần cơ bản

Đề tài : Thiết kế tháp sấy phun sấy bột ceramic, công suất 1,5 triệu m2/năm, dùng nhiên liệu là dầu mazut đen 20 có thành phần cơ bản Cc Hc Sc Nc Oc Ac Wc 85 11.6 2.9 0.25 0.25 0 0 Biết khối lượng thể tích của sản phẩm là: (kg/m3) Độ ẩm đưa vào nung: 0,5% Độ ẩm sau tháp sấy: 6% Nhiệt độ không khí ngoài trời: 30oC Độ ẩm không khí: 65% MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 3 PHẦN I I.I Vị trí, vai trò của ngành Vật liệu xây dựng trong lĩnh vực xây dựng cơ bản 4 I.2 Giới thiệu về các phương pháp sấy bột ceramic 6 I.3 Đặc điểm, vị trí của thiết bị nhiệt dự kiến thiết kế trong các công nghệ sản xuất Vật liệu xây dựng I.4 Giới thiều chung về yêu cầu của hồ, bột và các yêu tố khác I.5 Sơ đồ dây chuyền công nghệ PHẦN II II.1 Tính quỹ thời gian làm việc II.2 Cần bằng vật chất quá trình sấy II.3 Chọn tháp sấy và số lượng II.4 Tính cháy nhiên liệu II.5 Thiết kế tháp sấy phun II.6 Tính chi pí nhiệt riêng và chất tải nhiệt cho quá trình cháy II.6.1 Tính tổn thât nhiệt của quá trình sấy thực tế II.6.2 Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d II.7 Cân bằng nhiệt buồng sáy của tháp sấy phun II.8 Tính chi phí riêng nhiên liệu, lượng dung tác nhân sấy, nhiên liệu, nhiệt trong một giờ II.8.1 Tính chi phí riêng nhiên liệu II.8.2 Tính lượng dùng tác nhân sấy, nhiên liệu, nhiệt trong một giờ II.9 Tính buồng đốt II.10 Chọn hệ thống lọc bụi II.11 Tính trở lực khí động học II.12 Chọn quạt PHẦN III Thông số kinh tế, kỹ thuật, vật tư của tháp sấy phun PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng đã và đang được ứng dụng và sử dụng rất nhiều thành tựu,tiến bộ của khoa học kỹ thuật.Các thiết bị máy móc ngày càng hoàn thiện và hiệu quả hơn góp phần không nhỏ vào việc nâng cao năng suất cũng như chất lượng sản phẩm vật liệu xây dựng. Phần lớn các loại vật liệu xây dựng đều phải trải qua một khâu quan trọng đó là quá trình gia công nhiệt. Sấy là một quá trình gia công nhiệt quan trọng và phức tạp trong sản xuất vật liệu xây dựng và nhiều nghành công nghiệp khác. Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đạt chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp. Vấn đề này càng quan trọng và khó khăn hơn khi ta sấy vật liệu dạng bột nhão Chính vì những lý do trên , việc khảo sát, nghiên cứu và chế tạo thiết bị sấy cho vật liệu bột nhão trong các ngành sản xuất nói chung và bột ceramic trong sản xuất gạch lát nền là rất cần thiết. Trong giới hạn phạm vi đồ án môn học “Thiết bị nhiệt trong sản xuất vật liệu xây dựng” được giao, chúng em đã thiết kế được tháp sấy phun sấy phun bột ceramic, công suất 1,5 triệu m2/năm và tính toán phục vụ việc thiết kế sơ bộ được một số thiết bị phụ trợ như: Kích thước của các cyclon trong tháp trao đổi nhiệt, chọn quạt cho thiết bị. Với trình độ có hạn và phạm vi của đồ án môn học đầu tiên nên còn nhiều sai xót. Chúng em rất mong và chân thành cảm ơn nếu được sự đóng góp ý kiến hướng dẫn nhận xét,bổ xung của các thầy, cô giáo. Sinh viên thực hiện Nguyễn Quang Hưng Nguyễn Hải Đăng PHẦN I I. VỊ TRÍ, VAI TRÒ CỦA NGÀNH VẬT LIỆU XÂY DỰNG TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG CƠ BẢN Ngành vật liệu xây dựng chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực xây dựng cơ bản. Chất lượng vật liệu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và tuổi thọ của công trình. Chi phí về vật liệu xây dựng chiếm một tỷ lệ cao trong tổng giá thành công trình: 74 – 75% đối với các công trình dân dụng, 70% đối với các công trình giao thông, 50% đối với các công trình thủy lợi. Nhu cầu vật liệu xây dựng ở Việt Nam trong thời gian qua và trong tương lai là rất lớn cả về giá trị, số lượng lẫn yêu cầu chất lượng, chủng loại, mẫu mã theo thị hiếu của người tiêu dùng trong tiến trình hội nhập quốc tế Nước ta giàu tài nguyên khoáng sản làm vật liệu xây dựng, tuy phân bố không đều nhưng có ở hầu hết các vùng trong cả nước. Đồng thời, Việt Nam là một thị trường tiêu thụ lớn về vật liệu xây dựng. Chính phủ đã lập quy hoạch tổng thể phát triển ngành vật liệu xây dựng thành ngành kinh tế mũi nhọn trong tương lai. Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam vừa được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, nêu rõ: “Phát triển vật liệu xây dựng (VLXD) phải bảo đảm tính bền vững, góp phần phát triển kinh tế, tạo sự ổn định xã hội và bảo vệ môi trường; phù hợp với các quy hoạch khác liên quan. Tiềm năng về tài nguyên khoáng sản, thị trường, công nghệ, lao động sẽ được khai thác để phát triển ngành VLXD thành ngành kinh tế mạnh, từ năm 2010, đáp ứng về số lượng, chất lượng và các chủng loại VLXD cơ bản cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Mọi nguồn lực sẽ được thu hút vào phát triển sản xuất VLXD. Khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia sản xuất và kinh doanh VLXD” II GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY BỘT CERAMIC Quá trình sấy bột có thể được tiến hành trong các thiết bị sấy trục, sấy phun hay là trong các thiết bị sấy tầng sôi. Trong sấy trục, giới hạn nhiệt độ của tác nhân sấy là 70 - 800C, trong sấy phun 3000C, trong sấy tầng sôi 3000C.Máy sấy kiểu trục quay được ứng dụng để sấy nguyên liệu dạng lỏng, dạng bột nhão ở áp suất khí quyển hay trong chân không. Thiết bị sấy một trục ở áp suất khí quyển (hình vẽ) có tang quay 2 với bộ dẫn động 3. Hơi được nạp vào bên trong tang quay. Một phần tang quay nằm trong thùng 7, dung dịch được cho vào đây qua ống nối 5. Bộ khuấy trộn 6 làm chuyển đảo dung dịch trong thùng và tráng lên tang quay một lớp có bề dày 0,1 - 1,0 mm. Khi tang quay một vòng thì lớp sản phẩm sẽ kịp khô và bóc khỏi bề mặt tang nhờ các dao cạo 4. Vít 8 tải sản phẩm khô ra khỏi máy. Hơi có áp suất đến 0,5 MPa được đưa vào qua cổ trục của tang quay, nước ngưng cũng được tháo ra qua chính cổ trục đó theo ống xifông 1. Đường kính của tang quay thường được sản xuất theo các cỡ 600, 800, 1000, 2000 mm. Năng suất của máy sấy tính theo ẩm bốc hơi phụ thuộc vào dạng sản phẩm sấy khoảng 10 -50 kg/(m2/h). Tháp sấy phun thường đặt trong nhà, dùng thiết bị phun ly tâm cho khả năng phun đều sản phẩm chất lỏng và tăng cường quá trình bốc hơi. Dung dịch đem sấy chảy qua đĩa có đầu phun với số vòng quay lớn, nhờ đó các tiểu phần chất lỏng biến thành những hạt rất nhỏ và bề mặt hoạt hoá của chất lỏng được tăng lên. Tháp sấy phun có 2 loại: loại có đấy phẳng và loại có đáy nón. Loại đáy phẳng phải có cơ cấu để tháo sản phẩm khô. Còn loại đáy hình nón thì thành phẩm ở dạng bột được đẩy ra dưới tác động của lực ly tâm. Những ưu việt của máy sấy phun là: nhanh chóng trong quá trình sấy, nhiệt độ của vật liệu sấy thấp, sản phẩm nhận được ở dạng bột nhỏ không cần phải nghiền lại và có độ hoà tan lớn. Vì sấy quá nhanh, nhiệt độ của vật liệu trong suốt chu kỳ sấy không vượt quá nhiệt độ của ẩm bốc hơi (60 -700C) và thấp hơn nhiều so với nhiệt độ của tác nhân sấy. Nhược điểm của loại này là kích thước của phòng sấy tương đối lớn, do tốc độ chuyển động của các tác nhân sấy không lớn cũng như sự phức tạp về cơ cấu phun, hệ thu hồi bụi và tháo dỡ sản phẩm. Tháp sấy phun có đáy phẳng có phòng sấy 3, sản phẩm lỏng được phun trong phòng nhờ đĩa quay nhanh 6. Không khí nóng hay khí lò được đẩy vào phòng và sản phẩm chuyển động thành dòng song song với vật liệu (hình vẽ) Hồ khi rơi vào dòng không khí nóng, hay khi chúng bị chất tải nhiệt bao phủ lấy mọi hướng và trong một vài giây ẩm bốc hết và sản phẩm lắng xuống đáy phòng ở dạng bột. Sản phẩm được chuyển dịch nhờ cào 5 và ra khỏi máy sấy nhờ vít tải 4 hay nhờ cơ cấu vận chuyển khác. Tác nhân sấy bị hút liên tục nhờ quạt 1. Khi đi qua bộ lọc 2 để làm lắng, những tiểu phần nhỏ của sản phẩm bị dòng khí mang đi. Trong các tháp sấy tương tự, các chất lỏng có thể phân tán bằng các đĩa phun, vòi cơ học, vòi khí động học. Các tháp sấy phun làm việc có đường kính từ 500 đến 15000 mm, năng suất bốc hơi ẩm từ 1500 -3500 kg/h. Với tháp sấy phun có đáy hình nón: thiết bị có năng suất ẩm bốc hơi 500 đến 15000 kg/h. Máy sấy gồm: Vỏ trụ 9 có đáy hình nón để tháo bột khô. Dung dịch đẩy vào sấy bị phun ra nhờ cơ cấu ly tâm 13 có đĩa 10. Tác nhân sấy đưa vào phần trên của thiết bị theo ống dẫn 7. Ở cuối ống dẫn 7 lắp cơ cấu phun hình nón 8. Nhờ cơ cấu 8, tạo ra dòng xoáy của khí đưa vào. Các giọt sản phẩm được phun bằng đĩa bị bao phủ bởi dòng không khí và chuyển xuống dưới. Ẩm được bốc hơi, các phần tử bột nhỏ còn lại lắng xuống ở đáy hình nón và tháo đến cơ cấu 1 để chuyển sản phẩm vào hệ băng tải khí động học. Để tẩy sạch các tiểu phần của sản phẩm bám trên tường, lắp máy rung 17. Tác nhân sấy bị thải có mang theo các tiểu phần nhỏ của sản phẩm ra khỏi thiết bị sấy qua ống dẫn 2 vào xyclon để tách bột. Để khảo sát bên trong, có xe nâng 4, nguồn chiếu sáng 6 và cửa 5. Tấm ngăn máy sấy 11 có các van bảo hiểm ở dạng các đĩa chồng nhau và dạng đường ống 12 để xả khí sấy khi tăng áp suất đáng kể.Đĩa phun 10 quay với tốc độ cao từ động cơ qua hộp giảm tốc. Để bôi trơn cơ cấu phun, ở phần trên của thiết bị có lắp cơ cấu cơ học và bộ lọc mỡ 14. Vô lăng điện 15 dùng để nâng cơ cấu phun. Với yêu cầu của đề bài là nhiệt độ của tác nhân sấy là 650oC, lượng bốc hơi một giờ là 5920 kg/h, qua khảo sát chúng em thấy là chọn mô hình tháp sấy phun là có hiệu quả nhất. Do vậy chúng em quyết định chọn mô hình tháp sấy phun để thực hiện tính toánII. ĐẶC ĐIỂM, VỊ TRÍ CỦA THIẾT BỊ NHIỆT DỰ KIẾN THIẾT KẾ TRONG CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG Tháp sấy phun được sử dụng để sấy vật liệu ở dạng hồ được phun trong dòng tác nhân sấy nóng nhờ thiết bị phun khí nén hoặc cơ học. Tháp sấy thường được bố trí trong dây chuyền công nghệ sản xuất tấm ốp, lát, gạch xây dựng v.v… từ bột ép theo phương pháp bán khô. Trong tháp sấy phun, vật liệu được phun ra có diện tích bề mặt rất lớn nên quá trình bốc ẩm xẩy ra tích cực, thời gian sấy chỉ kéo dài không đầy 15 – 30 s. Nguyên liệu sơ bộ được nghiền mịn, trộn khuấy đều trong nước, ủ sau đó được chuyển lên sấy tháp phun. Thiết bị sấy tháp phun bao gồm: tháp sấy có chiều cao từ 15-25m, có tỷ lệ H/D = 1,1 ÷ 1,2, thiết bị phun hồ, buồng đốt với quạt đẩy để cấp tác nhân sấy dưới dạng khói lò đố vào tháp sáy, thiết bị lọc bụi, thiết bị vận chuyển vật liệu đã được sấy khô từ tháp sấy vào kho hoặc bunke chứa. Hồ sau khi được phun lên đạt tỷ diện 200 – 300 m2/l. Điều khiển sấy tháp phun ở mức tự động hoặc bán tự động III GIỚI THIỆU VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Công suất 1,5 triệu m2/năm Kích thước sản phẩm: a x b x h = 500 x 500 x 10 (mm) Độ ẩm tương đối của hồ đưa vào hệ thống tháp sấy phun: Wh=33% Độ ẩm tương đối của hồ trước khi ra khỏi tháp sấy: Wb=6% Nhiệt độ sấy cao nhất: t = 650oC Nhiệt đọ của hồ trước khi đưa vào tháp sấy: th= 40οC Nhiệt độ của bột khi ra khỏi tháp sấy: tb=75οC Tổn thất bột theo khí thải tháp sấy: =1% Khối lượng thể tích của xương gốm: (kg/m3) Nhiên liệu: dầu mazut đen 20 có thành phần cơ bản và thành phần làm việc cho trong bảng sau Thành phần cơ bản: Cc Hc Sc Nc Oc Ac Wc 85 11.6 2.9 0.25 0.25 0 0 Thành phần làm việc: Clv Hlv Slv Nlv Olv Alv Wlv 83.3 11.368 2.842 0.245 0.245 0 2 Nhiệt độ khí thải ra khỏi tháp sấy: t2= 80oC Nhiệt độ không khí ngoài môi trường: t0= 30oC Độ ẩm tương đối của không khí: Hàm ẩm của không khí: do= 17,43 (g/kg.kkk) Hàm nhiệt: Io= 74,75 kCal/kg Kiểm tra sản phẩm Đưa vào kho IV SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Đất sét 1,2,3 Cát thạch anh Phụ gia khác Định lượng Định lượng Định lượng Bunke cân một mẻ Máy nghiền Nước (34-36%) Bể khuấy dự trữ hồ Lọc sắt từ Bunke phân phối hồ Bơm pittong Tháp sấy phun Xilo chứa bột (Wb=6 – 7%) Tráng men Sấy PHẦN II I. TÍNH QUỸ THỜI GIAN LÀM VIỆC Số ca làm việc trong một ngày đêm: Số giờ làm việc trong một ngày đêm: Số ngày làm việc trong một tuần: Số tuần làm việc trong một năm: Hệ số sử dụng thời gian: II.CÂN BẰNG VẬT CHẤT QUÁ TRÌNH SẤY: Năng suất tính theo giờ của nhà máy là:(m2/h) Lượng sản phẩm tính theo khối lượng trong một giờ: sản phẩm nung xong: (kg/h) Gạch mộc khô tuyệt đối: (kg/h) Lượng phối liệu khô tuyệt đối cấp vào tháp sấy có tính đến phần mất mát theo khí thải: (kg/h)Lượng bột phối liệu ở độ ẩm 6% cần nhận đựoc từ tháp sấy: (kg/h) Lượng bột phối liệu cần sấy tính cả phần bay theo khí thải: (kg/h) Lượng hồ cần sấy trong tháp sấy phun: (kg/h) Lượng ẩm bay hơi: (kg/h) Từ các số liệu thu được, tiến hành lập cân bằng vật chất quá trình sấy, ta được bảng 1: BẢNG 1: CÂN BẰNG VẬT CHẤT QUÁ TRÌNH SẤY: Các khoản thu Lượng(kg/h) Các khoản chi Lượng(kg/h) Cấp vào tháp sấy Đất sét khô tuyệt đối 3928 Đất sét khô tuyệt đối 3968 Bay theo khí thải 40 Lượng nước 1952 Lượng ẩm còn lại trong bột 251 Lượng ẩm bay hơi 1701 Tổng hợp 5920 Tổng hợp 5920 III. CHỌN THÁP SẤY VÀ SỐ LƯỢNG Thể tích làm việc yêu cầu của buồng sấy Vts đựoc tính theo công thức: Với RWV là cường độ thể tích của tháp sấy theo lượng ẩm bay hơi kg/(m3.h) Chọn RWV= 7 kg/(m3.h) m3 , nhận một tháp sấy với hệ số dự trữ Tháp tương tự là tháp của hãng Nhiroatomaider của Đan Mạch, có thể tích tháp sấy là 163 kg/(m3.h) IV. TÍNH CHÁY NHIÊN LIỆU Nhiên liệu sử dụng là dầu mazút đen có tính chất như sau: Nhiệt trị làm việc cao của nhiên liệu: =81.83,3 + 300.11,368 -26(0,245-2,842) =10225 (kCal/kg) Nhiệt trị làm việc thấp của nhiên liệu: =10225 – 6(9.11,368 +2) = 9599 (kCal/kg) Lượng không khí lý thuyết: = = 10,6 (m3chuẩn/kg) Thành phần lý thuyết của sản phẩm cháy: = = 8,38 (m3) = = 1,58 (m3) = =1,58 (m3) = = 11,54 (m3chuẩn/kg) Lớp lót buồng đốt là gạch sa mốt do vậy nhiệt độ thực tế trong buồng đốt là ttt = 1200oC Nhiệt độ Calo: với là hệ số cháy ở nhiệt độ cao. Đối với buồng đốt xây nối trực tiếp với tháp sấy,= 0,9. Khi đó =1335oC Lại có: ==19,43 (m3chuẩn/kg) ==1,68 ==7,85 (m3) Thể tích thực của sản phẩm cháy: = = 14,58 (m3) (m3) (m3) = =1,8 (m3) = =19,81 (m3) Khối lượng riêng của khói lò: = = 1,68 (kg/m3chuẩn) Hàm ẩm của khói lò: ==61,65 (g/kg. kkk) V.THIẾT KẾ THÁP SẤY PHUN Mất ra môi trường xung quanh qua các kết cấu bao che gồm: nắp tháp, phần trụ, phần chóp của tháp. Tháp sấy được xây dựng nằm trong nhà Mật độ dòng nhiệt tổn thất định mức: kcal/m2.h Tháp sấy thiết kế thường có tỷ lệ H/D = 1,1 – 1,2 Trong đồ án chọn H/D = 1,15. D= 6m H=6,9 m Nắp phẳng của tháp gồm 3 phần: Các lá thép ngoài cùng có =6mm; =58 W/m.0C Lớp bông khoáng ;=0.08W/m.0C Các lá thép trong cùng có =6mm; =58 W/m.0C Nhiệt độ bên trong nắp tháp:6500C Nhiệt độ bên ngoài: 300C Chiều dày lớp bông khoáng sẽ là: m Diện tích nắp tháp sấy: m2 Hệ số theo thực tế có giá trị khá lớn khi đó nhiệt trở rất nhỏ , khí bỏ ra khỏi phương trình sai số không quá 3% nên hế số trao đổi nhiệt là: = 4 A hệ số phụ thuộc vào vị trí tương đối của bề mặt trao nhiệt, chon A = 2,8 nên : Hệ số trao nhiệt chung: kcal/m3 0C.h Dòng nhiệt qua nắp tháp: W Dòng nhiệt bề mặt phẳng của phần trụ kết cấu bao che tháp sấy Chọn phần kết cấu bao che 3 lớp: Các lá thép ngoài cùng có =6mm; =58 W/m.0C Lớp bông khoáng ;=0.08W/m.0C Các lá thép trong cùng có =6mm; =58 W/m.0C Nhiệt độ bên trong tháp:4500C Nhiệt độ bên ngoài: 300C Chiều dày lớp bông khoáng: m Hệ số trao nhiệt Hệ số trao nhiệt chung: kcal/m3 0C.h Diện tích: m2 =>dòng nhiệt là: W Dòng nhiệt qua phần chóp : Phần chóp được là từ các lá thép có bề dày =2mm. lớp cách nhiệt không có Nhiệt độ bên trong tháp:2000C Nhiệt độ bên ngoài: 300C Diện tích bề mặt hình chóp: m2 Hệ số truyền nhiệt chung: Dòng nhiệt sẽ là: W Tổng dòng nhiệt vào môi trường xung quanh: Hay = 146094. 3,61= 527400 kJ//kg VI. TÍNH CHI PHÍ NHIỆT RIÊNG VÀ CHẤT TẢI NHIỆT CHO QUÁ TRÌNH CHÁY Tính toán thực hiện bằng phương pháp đồ thị: sử dụng đồ thị I-d của không khí ẩm. VI.1/ Tính tổn thất nhiệt của quá trình sấy thực tế Dùng cho đốt nóng khối lượng khô của vật liệu: Trong đó” là lượng vật liệu khô tuyệt đối trong một giờ, =3968 kg/h là nhiệt dung riêng theo khối lượng của vật liệu khô tuyệt đói, =0,922 kJ/(kg.oC) là lượng ẩm bay hơi trong một giờ, = 1701 kg/h và tương ứng là nhiệt độ của hồ cấp vào tháp sấy và bột tháo ra từ tháp sấy (= 40oC; = 75oC) Thay vào ta có: kJ/kg ẩm Để đốt nóng lượng ẩm còn lại: Với là khối lượng ẩm còn lại, theo cân bằng vật chất =1080 kg kJTổn thất vào môi trường tính cho 1 kg ẩm: kJ Suy ra tổn thất nhiệt tính cho một kg ẩm : 77,23 + 5 + 318 = 401 kJ Nhiệt tổn thẩt không tính được 5% nên: = 0,05.401 = 20,05 kJ Tổn thất tính cho 1 kg ẩm bay hơi là: kJ VI.2 Xây dựng quá trình sấy trên đồ thị I-d Không khí ở trạng thái A có các thông số: Khói lò đốt ở trạng thái B’ có các thông số: Khí thải ở trạng thái C có các thông số: Nối A vói B’ cắt đường nhiệt độ của tác nhân sấy ta được điểm B là trạng thái của tác nhân sấy có các thông số: Như vậy trên đồ thị đường BC là đường sấy lý thuyết: nhiệt chỉ chi cho quá trình bốc ẩm không tính đến lượng nhiệt cần thiết đốt nóng vật liệu xấy, thiết bị vận chuyển, và mất mát ra môi trường xung quanh. Chi phí cho quá trình sấy lý thuyết: Chi phí nhiệt có tính đến hàm ẩm ban đầu: Chi phí riêng khí thải quá trình sấy được tính theo công thức: Quá trình sấy thực tế xảy ra vói sự giảm hàm nhiệt của khí nóng theo đường BE. E là điểm cắt của đường BD với đường nhiệt độ khí thải tkt Đề tìm D ta cần tính tổn thất nhiệt dùng đốt nóng vật liệu, đốt nóng lượng ẩm còn lại, mất mát ra môi trường xung quanh và các tổn thất không tính được: Từ C theo hướng đi xuống đặt đoạn Itt theo đúng tỷ lệ của đồ thị ta được điểm D. E là giao cuả BD với tkt Từ điểm A dựng đường d=const cắt đường t=1200 tại F, đo đoạn AF, ta tính được chi phí nhiệt cho 1 kg ẩm bay hơi là q=2890 kJ Chi phí nhiệt để đốt nóng phần khô của tác nhân sấy đã dùng xác định theo công thức: kJ Với là nhiệt dung riêng của không khí khô, =1 kJ/kg.oC VII. CÂN BẰNG NHIỆT BUỒNG SẤY CỦA THÁP SẤY PHUN Theo kết quả tính toán cân bằng vật chất lập cân bằng nhiệt buồng sấy của tháp sấy phun, tính cho 1 kg ẩm bay hơi, muốn vậy sơ bộ xác định chi phí nhiệt cho 1 kg ẩm bay hơi và đốt nóng hơi nước theo công thức: Trong đó: r là nhiệt hóa hơi cửa nước, r = 2260 kJ/kg; lànhiệt dung riêng của hơi nước, = 1,97 KJ (kg.0C) Thay giá trị vào ta có: = 2260 + 1,97.80 – 4,19.40 = 2250 (kJ) Từ các giá trị thu được ta lập bảng cân bằng nhiệt cho buồng sấy tính cho một kg ẩm bay hơi: Bảng cân bằng nhiệt buồng sấy tính cho 1 kg ẩm bay hơi Các khoản thu Lượng nhiệt Các khoản chi Lượng nhiệt kJ % kJ % Nhiệt khói lò buồng đốt 2840 100 Bốc ẩm và đốt nóng hơi nước 2250 81,73 Đốt nóng phần khô hồ 75,28 2,72 Đốt nóng hơi nước còn lại 5 0,18 Mất mát vào môi trường xung quanh 318 10,68 Không tính được 20 0,73 Đốt nóng phần khô khí thải 241 4 Tổng 2890 100 Tổng 2909 100 Không cân bằng hai vế là VIII. TÍNH CHI PHÍ RIÊNG NHIÊN LIỆU, LƯỢNG DÙNG TÁC NHÂN SẤY, NHIÊN LIỆU, NHIỆT TRONG MỘT GIỜ VIII.1 TÍNH CHI PHÍ RIÊNG NHIÊN LIỆU Khi tính chi phí riêng nhiên liệu cần xem xét hệ số sử dụng hữu ích buồng đốt, trong trường hợp này nhận = 0,9. Ở điều kiện như vậy chi phí riêng nhiệt sẽ là: cho 1 kg ẩm bay hơi kJ cho 1 kg hồ kJ cho 1 kg bột kJ Cho 1 kg vật chất khô kJ Chi phí riêng nhiên liệu thực tế đang dùng: dàu mazut đen 20 cho 1 kg ẩm bay hơi m3 Cho một tấn hồ: m3 Cho 1 tấn bột m3 Cho 1 tấn vật chất khô m3 Chi phí riêng nhiên liệu tiêu chuẩn: Cho 1 kg ẩm bay hơi kg Cho 1 tấn hồ kg Cho1 tấn bột kg Cho 1 tấn vật chất khô kg VIII.2 TÍNH LƯỢNG DÙNG TÁC NHÂN SẤY, NHIÊN LIỆU, NHIỆT TRONG MỘT GIỜ Chi phí khói lò theo khối lượng trong một giờ với các thông số ban đầu là kg/h Chi phí khói lò theo thể tích trong một giờ xác định theo công thức: Với là tỷ trọng của khói lò, kg/m3, = 1,68 kg/m3 Chi phí khói lò theo thể tích trong một giờ ở nhiệt độ t1 = 1200 oC sẽ là m3/h Chi phí khói lò đã sử dụng theo khối lượng tính cho 1 kg ẩm bay hơi được xác định như sau: kg/h Khối lượng riêng khói lò đã sử dụng tính cho 1 kg ẩm bay hơi được xác định như sau: Chi phí thể tích riêng của khói lò với các thông số ban đầu của chúng m3 Chi phí thể tích riêng của khói lò đã sử dụng m3 khi đó khối lượng riêng của khói lò đã sử dụng sẽ là kg/m3 Xác định chi phí theo thể tích trong một giờ của khói lò đã sử dụng ở điều kiện bình thường và nhiệt độ t2 = 80 0C: m3/h m3/h Tính chi phí nhiệt trong một giờ trong buồng sấy của tháp sấy kJ/h Công suất nhiệt yêu cầu của buồng đốt kW IX. TÍNH BUỒNG ĐỐT Buồng đốt thiết kế kiểu hình khối trụ thẳng đứng. Theo chu vi tháp sấy bố trí 6 buồng đốt nằm cách đều nhau. Yêu cầu công suất nhiệt của một buồng đốt sẽ là kW Nhận dự phòng 20% Công suất nhiệt tính toán của 1 buồng đốt sẽ là: kW Cường độ nhiệt tính toán của buồng đốt nhận là Rv = 560 kW/m3 Thể tích tính toán của buồng đốt sẽ là: m3 X. CHỌN HỆ THỐNG LỌC BỤI Chọn hệ thống lọc bụi của viện nghiên cứu khí có các thông số kỹ thuật như sau: khả năng thoát khí cực đại của xiclon ớn nhất với đường kính 0,8m là Vs = 2915 (m3/h) khí Số lượng xiclon theo tính toán sẽ là : Nhận số xiclon là 1, có đường kính là 800mm. Khả năng thoát khí cực đại của xiclon theo tính toán là : m3/h Theo số liệu của xiclon, kích thước của đường vào dB1 = 0,48. 0,208 m. Diện tích mặt cắt sẽ là F= 0,1 m2. Tốc độ gió trong đường vào xiclon sẽ là : m/s Như vậy kích thước là cho phép Diện tích tiết diện của xiclon sẽ là : m2 Xác định tốc độ gió theo tiết diện của xiclon : m/s XI. TÍNH TRỢ LỰC KHÍ ĐỘNG HỌC Sơ đồ làm việc của xiclon như sau : Từ phần chóp của tháp sấy khí thải theo đường ống ngoặt có đường kính1000mm, sau đó tiếp tục theo đường ống có đường kính tương tự, chiều dài 5,6m, sau đó dòng khí trước khi vào xiclon còn qua 2 đoạn ngoặt như trên, sau đó chúng được chia ra làm 4 đường vào xiclon. Từ xiclon khí thải đã lọc sạch bụi được đưa qua ống va qua chạc ba ống góp đối xứng, sau đó qua 2 ống ngoạt vuông và qua ống khuếch tán vào đầu vào của quạt. Từ cửa ra cua quạt khí qua ống khuếch tán và qua đường ống có đường kính 1000mm thải ra ngoài Tính trở lực khí động học như sau : Trong tính toán chỉ tính trở lực cục bộ : trỏe lực do ma sát nhận bằng 20% tổng lực trở cục bộ. Áp suất thế năng của ống khói không đưa vào tính toán mà là giá trị dự phòng của hệ, các kích thước hình học của tuyến khí nhận theo bản vẽ, các hệ số trở lực cục bộ nhận theo số liệu sổ tay tra cứu. 1/ Đường vào các cửa tiếp nhận của khuỷu ống: Chi phí khí thải trong một giây: m3/s. Thiết diện đường ống Vận tốc của dòng khí Tỷ trọng của khí =1,075 kg/m2; hệ số trở lực cục bộ =1; Trở lực: mmH2O 2/ Ba trục khuỷu: Hệ số trở lực cục bộ = 3.0,2 = 0,6 mmH2O 3/ Nhánh trên đường tới xiclon: =0,2 mmH2O 4/ Trở lực của các xiclon. Theo số liệu các bảng tra = 105 mmH2O(397Pa) 5/ Trở lực của chạc ba thu hồi = 0,5 mmH2O 6/ Hai đoạn ngoặt trên đường tới cửa vào của quạt = 2.0,2 = 0,4 mmH2O 7/ Ống thắt dần ở đầu vào quạt = 0,1 mmH2O 8/ Cửa mở tại ống thoát của quạt =0,2 mmH2O TỔNG CÁC TRỞ LỰC CỤC BỘ =100,93 mmH2O Trở lực do ma sát nhận bằng 20% tổng trở lực cục bộ: = 0,2. 100,93 = 20,19mmH2O ảnh hưởng của bẩn do không khí có bụi được tính như sau: Với K là hệ số thực nghiêm, đối với đất sét K=2,2; - nồng độ bụi theo khối lượng, kg/kg Theo phương trình cân bằng vật chất quá trình sấy, bụi bay theo khói lò khoảng 40kg/h. Chi phí trong một giờ của chất tải nhiệt đã sử dụng L2 = 14527 kg. Khi đó: = kg/kg Zc= ( 100,93 + 20,19) (1+2,2.0,0028) = 121.87 mmH2O Nếu tính đến mức độ dự trữ áp lực do những tổn thất không tính hết được, nhận áp lực yêu cầu cho quạt Hyc = 1,2.121,87= 146,24 mmH2O XII. CHỌN QUẠT Chi phí chất tải nhiệt theo thể tích trong một giờ V2t = 11667 m3/h Lượng khí thải cần tải của quạt nhận với 25% dự trữ công suất Vyc = 1,25.11667 = 14584 m3/h Áp lực tính toán của quạt xác định theo công thức: Trong đó: t2 là nhiệt độ của khí đang vận chuyển, t2 = 80 0C B là áp lực barômét là tỷ trọng của khí đang vận chuyển, = 1075 kg/m3. là áp lực cần thiết, Hyc = 71 mmH2O Thay giá trị vào ta có: = 79 mmH2O Chọn quạt số 12, có áp lục trung bình. Theo số liệu quạt có áp lực động khi V= 25000 m3/h là 7 mmH2O Theo đặc tính quạt: số vòng quay n= 450 vòng/phút và hệ số hữu ích =0,5. Đối với điều kiện vẫn chuyện không khí lẫn bụi công suất động cơ được tính theo công thức Với là hệ số hữu ích động cơ, đối với hệ thống truyền đai =0,95. N= Công suất yêu cầu cho động cơ Nyc=N.Kdt = 7,93.1,2 = 9,52 kW. Với Kdt là hệ số dự trữ, Kdt= 1,2. PHẦN III: Thông số kinh tế, kỹ thuật, vật tư của tháp sấy phun Thể tích làm việc của buồng sấy: V= 145 m3 Đường kính tháp sấy phun: D= 6 m Chiều cao tháp sấy: H= 6,9 m Năng suất tính theo giờ của tháp: G=5920 kg/h Thể tích sản phẩm cháy: V= 19,81 m3 Chi phí nhiên liệu thực tế cho 1 kg ẩm bay hơi: B= 0,319 m3 Hệ thống lọc bui: Số lượng cyclon: n=4 Khả năng thoát khí cực đại theo tính toán: V=2917 m3/h Tốc độ gió trong đường vào cyclon: v=8,1m/s Quạt của tháp sấy phun: Quạt số 12, có áp lực động khí là 7mmH2O Công suất quạt: N=18 kW Cấu tạo nắp phẳng: nắp phẳng gòm có 2 lớp Lớp thép ngoài cùng có =6mm; =58 W/m.0C Lớp thép trong cùng có =6mm; =58 W/m.0C Lớp lót giữa là bông khoáng có = 170mm, = 0,08W/m.oC Phần trụ của kết cấu bao che cũng gồm 3 phần: Lớp thép ngoài cùng có =6mm; =58 W/m.0C Lớp thép trong cùng có =6mm; =58 W/m.0C Lớp lót giữa là bông khoáng có = 115mm, = 0,08W/m.oC PHỤ LỤC Quyết định 121/2008/QĐ-TTg của Chính phủ phê duyệt quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020, trích dẫn THỦ TƯỚNG CHÍNH PHỦ —— Số: 121/2008/QĐ-TTg CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ———————————— Hà Nội, ngày 29 tháng 8 năm 2008 QUYẾT ĐỊNH Phê duyệt quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 THỦ TƯỚNG CHÍNH PHỦ Căn cứ Luật Tổ chức Chính phủ ngày 25 tháng 12 năm 2001; Xét đề nghị của Bộ trưởng Bộ Xây dựng, QUYẾT ĐỊNH Điều 1. Phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 với các nội dung chủ yếu sau: 1. Quan điểm phát triển a) Phát triển vật liệu xây dựng phải bảo đảm tính bền vững, góp phần phát triển kinh tế, tạo sự ổn định xã hội và bảo vệ môi trường; phù hợp với các quy hoạch khác liên quan; b) Phát triển vật liệu xây dựng trên cơ sở khai thác có hiệu quả thế mạnh về tài nguyên khoáng sản, thế mạnh về thị trường và lao động, đồng thời không ngừng đào tạo nâng cao năng lực quản lý, vận hành sản xuất, ứng dụng tiến bộ khoa học công nghệ trong sản xuất kinh doanh; c) Phát triển vật liệu xây dựng trên cơ sở lựa chọn quy mô công suất hợp lý, công nghệ hiện đại, sạch, tiêu tốn ít năng lượng, nguyên liệu; sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng, đủ sức cạnh tranh trên thị trường quốc tế; từng bước loại bỏ các cơ sở sản xuất có công nghệ lạc hậu, gây ô nhiễm môi trường và hiệu quả kinh tế thấp; d) Phát triển vật liệu xây dựng trước hết đáp ứng nhu cầu xây dựng trong nước đồng thời lựa chọn những sản phẩm công nghệ Việt Nam có lợi thế để xuất khẩu, trong đó chú trọng các sản phẩm được sản xuất với trình độ công nghệ có hàm lượng chất xám cao; đ) Đa dạng hóa các hình thức đầu tư, thu hút mọi nguồn lực vào phát triển sản xuất vật liệu xây dựng. Khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia vào sản xuất và kinh doanh vật liệu xây dựng; e) Thống nhất quản lý đầu tư phát triển vật liệu xây dựng trên cơ sở quy hoạch được phê duyệt. Quy hoạch vật liệu xây dựng được rà soát và điều chỉnh phù hợp với tình hình phát triển kinh tế - xã hội của đất nước theo từng thời kỳ cụ thể; g) Sản phẩm vật liệu xây dựng phải phù hợp với điều kiện khí hậu, phù hợp với tập quán sinh hoạt ở Việt Nam, vừa có tính truyền thống vừa hiện đại, thân thiện môi trường, có sức cạnh tranh cao ở thị trường trong nước và thị trường quốc tế. 2. Mục tiêu phát triển a) Khai thác tiềm năng về tài nguyên khoáng sản, thị trường, công nghệ, lao động để phát triển ngành vật liệu xây dựng thành ngành kinh tế mạnh, từ năm 2010 đáp ứng về số lượng, chất lượng và các chủng loại vật liệu xây dựng cơ bản đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu; b) Sản xuất vật liệu xây dựng có công nghệ tiên tiến tạo ra các sản phẩm chất lượng cao, tiêu hao nguyên liệu và năng lượng thấp, bảo vệ môi trường, cảnh quan thiên nhiên theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa và bền vững; c) Nâng cao năng lực quản lý, vận hành ngành sản xuất vật liệu xây dựng. Đội ngũ cán bộ ngành vật liệu xây dựng phải nhanh chóng làm chủ công nghệ sản xuất; d) Đến năm 2015 Việt Nam phải tự chế tạo được các dây chuyền sản xuất vật liệu xây dựng quy mô tương đối lớn, có trình độ công nghệ tiên tiến, phải làm chủ trong việc sản xuất, dịch vụ cung cấp phụ tùng thay thế, đặc biệt là phụ tùng thay thế cho nhà máy xi măng. 2. CÔNG SUẤT THIẾT KẾ VÀ SẢN LƯỢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐẾN NĂM 2020 (Ban hành kèm theo Quyết định số: 121/2008/QĐ-TTg ngày 29 tháng 8 năm 2008 của Thủ tướng Chính phủ) Chủng loại Đơn vị Năm 2010 Năm 2015 Năm 2020 Công suất Sản lượng Công suất Sản lượng Công suất Sản lượng Xi măng Triệu tấn 65,59 59,02 99,5 88,5 > 112 112 Gạch ốp lát Triệu m2 275,4 206 335 302 460 414 Sứ vệ sinh Triệu sản phẩm 10 9 15 13 24 21 Kính xây dựng Triệu m2 172,4 93 172,4 135 228 200,4 Vật liệu xây Trong đó: vật liệu xây không nung Tỷ viên Tỷ viên 27 2,7 25 2,5 35,5 7,1-8,8 32 6,4-8,0 46,5 13,9-18,6 42 12,6-16,8 Vật liệu lợp Triệu m2 140 126 190 171 248 224 Đá xây dựng Triệu m3 115 104 164 148 226 204 Cát xây dựng Triệu m3 107 97 151 136 211 190 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TSKH Bạch Đình Thiên; GVC.KS Nguyễn Kim Huân - Thiết bị nhiệt trong sản xuất vật liệu xây dựng - NXB Khoa Học Kỹ Thuật-1996. PGS.TSKH Bạch Đình Thiên; GVC.KS Nguyễn Kim Huân – Hướng dẫn làm đò án môn học Thiết bị nhiệt trong sản xuát vật liệu xây dựng Các bảng phụ lục về các thông số: Nhiệt dung riêng,Entanpi,Khối lượng riêng của các khí. Bảng tra đặc tính của các loại vật liệu chịu lửa,vật liệu cách nhiệt. Trang web Quyết định 121/2008/QĐ-TTg