Luận văn Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

Cu,... Nguyên lý Phối liệu được đưa vào lò nung chảy sẽ biến đổi cấu trúc quặng, chuyển hóa photphat thành trạng thái hòa tan trong axit xitric với sự tạo thành trạng thái thủy tinh vô định hình. Tốc độ làm lạnh càng nhanh thì độ tan P2O5 trong axit citric càng cao. Để hạ thấp độ nhớt của phối liệu, phải nung ở chế độ quá nhiệt. Liệu chảy ra lò với tốc độ đều đặn và làm nguội đột ngột. Lượng ẩm theo nguyên liệu, nhiên liệu sẽ bốc hơi ở nhiệt độ 150oC. Ở nhiệt độ trên 500oC, nước kết tinh trong secpentin thoát ra. Ở nhiệt độ lớn hơn 650oC, nước kết tinh bay hết theo khói lò, secpentin bắt đầu phân hủy: 3MgO.SiO2 " 2MgO.SiO2 + MgSO2 + 2H2O Ở các nhiệt độ lớn hơn 650oC sẽ tạo thành 3Mg2SiO4: 2(3MgO.2SiO2) " 3Mg2SiO4 + 2MgSiO3 Khi gia nhiệt đến nhiệt độ xác định có các phản ứng phân hủy cacbonat: MgCO3, CaCO3 và các phản ứng hoàn nguyên Fe, Ni. Ở 1150oC, oxit sắt bị khử thành gang chảy lỏng. Vì tỷ trọng Fe và Ni lớn hơn nhiều tỉ trọng phối liệu nên Fe và Ni lắng xuống đáy tạo thành xỉ feroniken. Ở 1200oC phối liệu bắt đầu nóng chảy, quá trình nóng chảy xảy ra phản ứng khử (chủ yếu khử F, hoàn nguyên Ni, P). Hoặc dạng tổng quát: Trong đó một phần CaF2 phản ứng với SiO2 và hơi nước: Nếu trong lò có nhiều hơi nước, HF được tạo thành và thoát ra. Flo tách ra càng nhiều càng làm tăng hiệu suất chuyển hóa P2O5. Kích thước hạt sau khi tôi có ảnh hưởng tới hiệu suất η. Hạt càng nhỏ, khả năng tái kết tinh càng kém, hiệu suất càng cao. Than tồn tại trong sản phẩm thì photpho trong quặng có thể thăng hoa một phần theo phản ứng: Quy trình sản xuất [1] Sơ đồ nguyên lý quy trình sản xuất: Nguyễn liệu Kẹp hàm đập Sàng khô Rửa Lò cao Lọc bụi Rửa bụi Xử lý Ca(OH)2 Thải Bãi rửa Sấy Nghiền Sàng Lọc bụi Khí thải Sản phẩm Tôi nước 3-5 at Hình 1.1: Quy trình sản xuất phân lân nung chảy. Thuyết minh sơ đồ Quặng apatit, đá secpentin được đưa về bãi chứa và nhờ oto, máy xúc chuyển về phễu của máy đập nhằm gia công nguyên liệu về kích thước cần thiết, rồi qua sàng khô, sàng ướt để loại bỏ các hạt có kích cỡ không đạt tiêu chuẩn. Lượng mịn được tập trung vào bão chứa. Than được chọn lọc, đảm bảo chất lượng và kích cỡ chuyển về sàn lò. Quặng, than đá, đá secpentin được cân theo phối liệu, chuyển vào thùng tời đưa lên lò cao. Ở trong lò cao diễn ra các quá trình sấy, hóa mềm chảy lỏng và quá nhiệt chuyển hóa quặng chứa lân thành dạng vô định hình bằng cách làm lạnh đột ngột bằng nước, rồi được trục vớt từ bể tôi bán thành phẩm đưa vào phễu chứa, nhờ băng tải đưa về bãi ráo. Bán thành phẩm ở bãi ráo tự nhiên tiếp tục được đưa vào phễu rồi theo hệ thống băng tải chuyển vào máy sấy thùng quay. Ở đây, bán thành phẩm được sấy với nhiệt độ 600-700oC, sau đó được đổ ra băng tải chuyển đi gia công chế biến theo yêu cầu: Để sản xất phân lân nghiền: bán thành phẩm được chuyển vào máy nghiền đến độ mịn 50-70% tùy vào yêu cầu sản xuất. Để sản xuất phân lân hạt: bán thành phẩm được chuyển sang sàng, thu sản phẩm hạt. Sản phẩm được đóng bao nhãn, xếp kho, xuất cho khách hay chuyển sang tổ sản xuất khác. 1.2. Lựa chọn phương pháp sấy 1.2.1. Các phương pháp sấy [12] Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu. Trong công nghiệp, người ta tiến hành quá trình sấy nhân tạp dưới tác dụng nhiệt của thiết bị sấy. Tùy theo phương pháp truyền nhiệt, trong kỹ thuật sất chia ra: Sấy đối lưu: Là phương pháp sấy mà việc cấp nhiệt cho vật ẩm được thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu. Phương pháp này có ưu điểm là chi phí đầu tư thấp, năng suất có thể rất cao. Tuy nhiên nhược điểm là tốc độ truyền nhiệt tương đối chậm, phải nung nóng không khí trong thiết bị trước khi có tác dụng nhiệt lên vật liệu sấy. Phương pháp này rất thông dụng. Sấy tiếp xúc: Là phương pháp sấy không cho vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với bề mặt có nhiệt độ cao. Ưu điểm của phương pháp là hiệu quả nhiệt cao, giảm tổn thất năng lượng không cần thiết đun nóng không khí trước khi sấy. Nhược điểm phương pháp này là chi phí đầu tư thiết bị cao, chi phí vận hành cao mà năng suất thấp. Phương pháp này ít khi được sử dụng. Sấy bức xạ: Là phương pháp sấy dùng năng lượn nguồn cấp nhiệt truyền tới vật liệu sấy bằng bức xạ, thường dùng tia hồng ngoại. Ưu điểm phương pháp này là trao đổi nhiệt cường độ cao, giảm đáng kể thời gian sấy, thiết bị đơn giản, dễ thiết kế, chế tạo và sử dụng. Tuy nhiên thiết bị sấy này đòi hỏi các thiết bị bảo vệ, điều chỉnh chế độ sấy, quan tâm kiểm tra thường xuyên tránh hỏa hoạn. Phương pháp này ít được sử dụng. Sấy bằng dòng điện cao tần: Là phương pháp dùng năng lượng điện trường tần số cao để đốt nóng toàn bộ chiều dày lớp vật liệu. Phương pháp này có ưu điểm truyền nhiệt nhanh, chỉ làm nóng những vùng ẩm nên ít tổn hao năng lượng cho các phần khác. Chi phí đầu tư lớn, cấu tạo phức tạp và quy mô nhỏ là những hạn chế lớn của phương pháp này. 1.2.2. Lựa chọn phương pháp, thiết bị sấy Dựa vào đặc tính phân lân bán thành phẩm và yêu cầu trong quy trình sản xuất phân lân nung chảy, ta thấy phương pháp sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm không yêu cầu giữ các đặc tính cảm quan như sấy thực phẩm, hoa quả; không sợ vật liệu sấy bị ô nhiễm bởi tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy; đồng thời quá trình sấy yêu cầu năng suất cao, hiệu quả tốt nhưng giá thành đầu tư thấp, vận hành sửa chữa đơn giản. Do đó, ta chọn phương pháp sấy đối lưu. Phương pháp sấy đối lưu có các loại thiết bị sấy: sấy buồng, sấy hầm, sấy khí động, sấy tầng sôi, sấy tháp, sấy thùng quay, sấy phun,... Dựa vào năng suất làm việc, nhiệt độ làm việc và yêu cầu chi phí đầu tư, vận hành, ta chọn thiết bị sấy thùng quay với các ưu điểm: Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí, tự động hóa hoàn toàn. Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệu, năng suất cao. Thiết kế, chế tạo, vận hành với chi phí thấp. 1.2.3. Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt Tác nhân sấy có các loại: không khí ẩm, khói lò, hơi quá nhiệt. Do yêu cầu sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm cần nhiệt cao từ 600-700oC và không sợ bị ô nhiễm sản phẩm sấy, không sợ cháy nổ nên ta chọn tác nhân sấy là khói lò. Tác nhân sấy được chọn là khói lò nên chất tải nhiệt cũng chính là khói lò. Do không phải trang bị lò hơi nên sử dụng khói lò làm chất tải nhiệt, tác nhân sấy giúp giảm đáng kể vốn đầu tư thiết bị ban đầu cũng như giảm thất thoát nhiệt năng trong quá trình vận hành. Có hai phương thức sấy là sấy xuôi chiều và sấy ngược chiều dựa trên chiều chuyển động tương đối giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy. Do phương thức sấy ngược chiều khó điều chỉnh, khó thu hồi xử lý bụi hơn so với phương pháp sấy xuôi chiều nên ta chọn phương thức sấy xuôi chiều. Phần 2: TÍNH CÔNG NGHỆ 2.1. Số liệu đầu vào. Thiết kế hệ thống thiết bị sấy trong quy trình sản xuất phân lân nung chảy trong dây chuyển sản xuất phân lân nung chảy. Thiết bị: sấy thùng quay. Phương thức: sấy xuôi chiều. Tác nhân sấy: khói lò. Vật liệu sấy: phân lân nung chảy bán thành phẩm. Năng suất: 35 tấn/giờ. Độ ẩm ban đầu: 7%. Độ ẩm cuối: 1%. 2.2. Tính cân bằng vật chất Ta ký hiệu các đại lượng như sau: G1, G2 - khối lượng vật liệu vào, ra thiết bị sấy, kg/h. ω1, ω2 - độ ẩm tương đối vật liệu vào, ra thiết bị. W - lượng ẩm bay hơi trong 1h, kg/h. Gk - khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg/h. Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ (theo ): Lượng vật liệu khô tuyệt đối: Lượng vật liệu vào: 2.3. Cân bằng năng lượng 2.3.1. Công thức xác định các thông số của tác nhân sấy. Áp suất hơi bão hòa (theo ): Độ chứa ẩm (theo ): Pa = 0,981 bar: áp suất khí quyển. Enthalpy (theo ): Trong đó: ik, ia: enthalpy của 1kg không khí khô và 1kg hơi nước, kJ/kg. Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, kJ/kg. Cpk=1,004. Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, kJ/kg. Cpa=1,842. r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước, kJ/kg. r=2500. Thể tích riêng (theo ): Trong đó Pa, Pb có đơn vị là N/m2. 2.3.2. Xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A) Không khí ngoài trời có: Nhiệt độ: to = 25oC. Độ ẩm: φ = 80%. Áp suất hơi bão hòa: Độ chứa ẩm: Enthalpy: Thể tích riêng: Thông số trạng thái của khói lò sau buồng đốt (B’), sau buồng hòa trộn (B) Tính toán quá trình cháy Thành phần nhiên liệu than sử dụng: Than Tuyên Quang. Bảng 2.1: Thành phần nhiên liệu than Tuyên Quang[15]. Nguyên tố Hàm lượng (% khối lượng) C 57 H 4,6 O 2,6 N 0,2 S 1,6 Tr (tro) 19 A (nước) 15 Nhiệt trị cao của nhiên liệu (theo ): Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (theo ): Lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy (theo ): Trong thực tế, tùy thuộc vào việc tổ chức quá trình cháy và độ hoàn thiện của buồng đốt mà không khí khô thực tế L để cháy hết 1kg nhiên liệu lớn hơn lượng không khí khô lý thuyết Lo. Do đó, theo ta có: hệ số không khí thừa của buồng đốt. Ở đây ta chọn αbd = 1,3 (αbd = 1,2..1,3) (theo Tr.57[18]) Lượng không khí khô thực tế cho quá trình cháy: L = αbd.Lo = 1,3 . 8,170 = 10,621 (kg không khí/kg nhiên liệu) Do nhiệt độ khói lò sau buồng đốt rất lớn, lớn hơn nhiều so với yêu cầu nên tác nhân sấy là khói lò cần được qua quá trình hòa trộn với không khí ngoài trời để đạt được nhiệt độ thích hợp trước khi vào thùng sấy. Gọi α là hệ số không khí thừa của buồng hòa trộn, là tỉ số giữa lượng không khí khô đưa vào buồng hòa trộn, chia cho lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy (theo ): Trong đó: Chọn hiệu suất buồng đốt: ηbd = 0,6 Chọn nhiệt độ của khói lò sau hòa trộn: t1 = 650oC Nhiệt dung riêng nhiên liệu (than): Cnl = 0,12 kJ/kg.K Nhiệt độ nhiên liệu vào: tnl = 25oC Enthalpy của hơi nước: i = 2500+1,842t (kJ/kg) Không khí ngoài trời: iao = 2500 + 1,842 . 25 = 2546,05 (kJ/kg) Hơi nước chứa trong khói sau buồng hòa trộn: ia = 2500 + 1,842 . 650 = 3697,30 (kJ/kg) Các thông số khói lò Lượng hơi nước Sau buồng đốt (theo ): Sau buồng hòa trộn (theo ) Khối lượng khói khô Sau buồng đốt (theo ) Sau buồng hòa trộn (theo ): Độ chứa ẩm khói lò Sau buồng đốt (theo ): Sau buồng hòa trộn (theo ) Enthalpy khói lò Sau buồng đốt (theo ): Sau buồng hòa trộn (theo ): Nhiệt độ khói lò Sau buồng đốt (theo ): Sau buồng hòa trộn: Áp suất h/ơi bão hòa Sau buồng đốt: Sau buồng hòa trộn: Độ ẩm tương đối Sau buồng đốt: Sau buồng hòa trộn: Thể tích riêng Sau buồng đốt: Sau buồng hòa trộn: Thông số trạng thái của tác nhân sấy sau thùng sấy (C) Trong thiết bị sấy dùng khói lò làm chất vừa cung cấp nhiệt lượng, vừa thải ẩm ra môi trường, quá trình sấy lý thuyết là quá trình không có tổn thất do vật liệu sấy, do thiết bị truyền tải mang đi, không có tổn thất do tỏa ra môi trường qua các kết cấu bao che,... mà chỉ có thất thoát do tác nhân sấy mang đi. Do đó, bao nhiêu nhiệt lượng khói lò cùng cấp cho vật liệu sấy hoàn toàn dùng để tách ẩm khỏi vật liệu. Khi ẩm tách khỏi vật liệu, lại bay vào trong khói lò, do đó ẩm đã mang toàn bộ nhiệt lượng mà khói đã mất trả lại dưới dạng ẩn nhiệt hóa hơi r và nhiệt vật lý của hơi nước Cpa.t. Quá trình sấy lý thuyết bằng khói lò được xem là quá trình đẳng enthalpy [18]. Thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết: Enthalpy: I2 = I1 = 817,04 (kJ/kg khói khô) Chọn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy là: 71oC. Áp suất hơi bão hòa: Độ chứa ẩm: Độ ẩm tương đối: Thể tích riêng: Bảng 2.2: Thông số trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết Đại lượng Không khí ngoài trời (A) Tác nhân sấy sau buồng đốt (B’) Tác nhân sấy sau buồng hòa trộn (B) Tác nhân sấy ra khỏi thiết bị (C) t (oC) 25 1070,43 650 71 φ (%) 80 1,297.10-5 3,803.10-5 0,958 d (kg ẩm/kg kk) 0,0164 0,0679 0,0445 0,2830 I (kJ/kg kk) 66,86 1378,34 817,04 817,04 Pb (bar) 0,0315 7456,32 1724,93 0,321 v (m3/kg kk) 0,898 4,375 2,904 0,283 2.3.3. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy lý thuyết. Giả sử lượng khói vào, ra thiết bị là không đổi, ký hiệu Lo’ (kg/h). Theo phương trình cân bằng vật chất (theo ): Lượng khói khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm: Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết (theo ): Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết: Nhiệt lượng tiêu hao riêng: 2.3.4. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực Trong thiết bị sấy thực, ngoài tổn thất nhiệt do quá trình sấy mang đi, trong thiết bị sấy thùng quay còn có tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt, và tổn thất do vật liệu sấy mang đi Qv. Trong thiết bị sấy thùng quay không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị chuyển tải, do đó Qbs=0, Qct=0. Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy: Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong buồng đốt, buồng hòa trộn: Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy: Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: Nhiệt vật lý của vật liệu sấy mang đi: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường: Qmt. Cân bằng nhiệt lượng vào và ra thiết bị, ta có: Trong đó G1 = G2 + W, ta coi như Cv2 = Cv1 = Cv. Vậy nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực: Đặt Qv = G2.Cv(tv2 – tv1): tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi. Q = L’(I1 – I0) = L’(I2 – I0) + Qv + Qmt –W.Ca.tv1 Xét cho 1kg cần bốc hơi: q = l’(I1 – I0) = l’(I2 – I0) + qv + qmt – Ca.tv1 Trong đó: Đặt . Xác định qv: Theo : Trong đó: Cv: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm ω2, kJ/kg.K Ck: Nhiệt dung riêng vật liệu khô, kJ/kg.K. Ck = 0,791 (sử dụng ) Ca: Nhiệt dung riêng ẩm, kJ/kg.K. Ca = 4,1868. Cv = 0,791(1 – 0,01) + 4,1868 . 0,01 = 0,825 (kJ/kg.K) tv1 = t0 = 25oC: nhiệt độ vật liệu sấy vào thiết bị, lấy bằng nhiệt độ môi trường. tv2 = t2 – 5 = 71 – 5 = 66 (oC): nhiệt độ ra khỏi thiết bị sấy của vật liệu sấy (chọn nhỏ hơn đầu ra tác nhân sấy 3 – 5 độ). Vậy: Xác định Ca.tv1: Xác định qmt: Tổn thất nhiệt ra môi trường thương chiếm khoảng 3 – 5% lượng nhiệt tiêu hao hữu ích: qmt = (0,03 ÷ 0,05)qhi Trong đó qhi được xác định: qhi = ih – Ca.tv1 + qv. ih = 2500 + Ck.tv1 = 2500+0,791 . 25 = 2519,78 (kJ/kg ẩm) qhi = 2519,78 – 104,67 + 502,68 = 2917,79 (kJ/kg ẩm) qmt = 0,05.qhi = 0,05 . 2917,79 = 145,89 (kJ/kg ẩm) Vậy Δ = 104,67 – 502,68 – 145,89 = -543,90 (kJ/kg ẩm) q = l’(I2 – I0) – Δ = 4,193(817,04 – 66,86) + 543,90 = 3689,41 (kJ/kg ẩm) Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực: Q = q.W = 3689,41 . 2258,06 = 8330909,15 (kJ/h) 2.3.5. Thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực. Độ chứa ẩm của tác nhân sấy (theo ): Trong đó: i1 = 2500 + 1,842.650 = 3697,30 (kJ/kg). i2 = 2500 + 1,842.71 = 2630,73 (kJ/kg). Enthalpy: Độ ẩm tương đối: Bảng 2.3: Thông số trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy thực Đại lượng Không khí ngoài trời (A) Tác nhân sấy sau buồng đốt (B’) Tác nhân sấy sau buồng hòa trộn (B) Tác nhân sấy ra khỏi thiết bị (C) t (oC) 25 1070,43 650 71 φ (%) 80 1,297.10-5 3,803.10-5 0,8595 d (kg ẩm/kg kk) 0,0164 0,0679 0,0445 0,243 I (kJ/kg kk) 66,86 1378,34 817,04 710,56 Pb (bar) 0,0315 7456,32 1724,93 0,321 v (m3/kg kk) 0,898 4,375 2,904 0,283 Lượng khói khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm trong quá trình sấy thực: Lượng khói khô cần thiết: Nhiệt lượng tiêu hao để bốc hơi 1kg ẩm: 2.3.6. Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái trước khi vào thùng sấy: Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái ra khỏi thùng sấy: Lưu lượng thể tích trung bình của tác nhân sấy: 2.3.7. Lượng nhiên liệu tiêu hao Lượng nhiên liệu tiêu hao để bốc hơi 1kg ẩm: Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ: 2.3.8. Hiệu suất thiết bị sấy 2.4. Tính kích thước thùng quay Thể tích thùng quay (theo ): Trong đó: W: lượng ẩm bốc hơi trong 1h, kg ẩm/h. A: Cường độ bốc hơi ẩm, kg/m3h. Cường độ bốc hơi ẩm A hầu hết được xác định bằng thực nghiệm. Dựa vào , chọn vật liệu sấy tương đương ở cùng điều kiện (CaCO3): A = 45 ÷ 65. Chọn A = 55 (kg/m3.h) Chọn đường kính theo tiêu chuẩn theo : DT = 2,2m Chiều dài thùng: Ta chọn chiều dài thùng L = 11m (thỏa mãn tỉ lệ chiều dài và đường kính thùng) Tiết diện thùng sấy: Thể tích thực của thùng: Tiết diện tự do của thùng: 2.5. Tính thời gian sấy. Trong thiết bị, chọn cánh đảo trộn dạng cánh nâng. Thời gian sấy được tính theo : Trong đó: ρv: Khối lượng riêng xốp khối hạt, kg/m3. ρv = 2500 kg/m3. A: Cường độ bốc hơi ẩm, kg/m3h. A = 55 kg/m3h. ω1,ω2: Độ ẩm tương đối vật liệu vào, ra thiết bị, %. Thời gian vật liệu lưu trú trong thùng suy theo : Trong đó: m, k1: hệ số lưu ý đến cấu tạo cánh và chiều chuyển động của khí. n: tốc độ quay của thùng. α: góc nghiêng của thùng. L: chiều dài cánh đảo trộn, bằng chiều dài thùng sấy. Thùng sấy dài nên α = 2,5o ÷ 3,0o. Chọn α = 2,5o. Tốc độ thùng quay chọn n = 1,8 v/ph. Chọn kiểu cánh nâng, khói lò chuyển động xuôi chiều vật liệu. Tra bảng Tr.35[2] có: m = 1; k = 0,7 Điều kiện sấy τl > τs thỏa mãn, vậy các thông số đã chọn là hợp lý và có thể sử dụng. Phần 3: TÍNH CƠ KHÍ 3.1. Tính bề dày thùng. Thùng sấy phải đảm bảo yêu cầu bền và là loại vật liệu phổ biến trên thị trường, ta chọn thép CT3. Các thông số cơ bản của thép [14]: Khối lượng riêng: ρ = 7850 kg/m3. Hệ số dẫn nhiệt (ở 20-100oC) λ = 50 W/m.K. Giới hạn bền kéo: σk = 380 N/mm2. Giới hạn bền chảy: σc = 240 N/mm2.(phụ thuộc chiều dày tấm thép) Thùng dạng hình trụ nằm ngang, chế tạo bằng phương pháp hàn, làm việc ở áp suất khí quyển. Chọn phương pháp hàn tay hồ quang điện, hàn giáp mối hai bên. Theo : DT>700mm nên chọn hệ số bền mối hàn φh = 0,95; Hệ số điều chỉnh, theo : η = 0,9 (thiết bị loại II, bị đốt nóng trực tiếp bằng khói lò). Theo , và , ta có hệ số an toàn: Hệ số an toàn bền kéo: nk = 2,6 Hệ số an toàn bền chảy: nc = 1,5 Tính áp lực do vật liệu tác dụng lên thùng: Do thùng quay với tốc độ chậm nên có thể tính áp lực vật liệu tác dụng lên thành thùng tối đa bằng trọng lượng khối vật liệu tác dụng lên thành thùng lúc đứng yên tại vị trí thấp nhất của thùng. Hệ số điền đầy β = 0,25 => diện tích phần vật liệu trên tiết diện thùng: Fvl = FT – Ftd = 3,80 – 2,85 = 0,95 (m3) Theo phương pháp hình học ta có: Giải phương trình ta được: α = 66,16o. Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng: h = R(1- cosα) = 1100.(1 – cos 66,16o) = 655,40 (mm) = 0,6654 (m). Vậy tại điểm A, vật liệu tác dụng lên thành thùng một lực: Thùng quay chậm nên có thể coi áp lực tác dụng lên thành thùng bằng áp lực tại điểm thấp nhất trên mặt cắt thùng: P = 0,981.105 + 16073,69 = 114173,69 (N/m2) Bề dày tối thiểu thùng tính theo : Trong đó: D1: Đường kính trong thùng, m p: Áp suất trong thùng, N/m2. C: Số bổ sung do ăn mòn, bào mòn, dung sai. Các hệ số bổ sung kích thước: Ca: Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học. Vật liệu sấy là phân lân nung chảy, hầu như không ăn mòn, do đó chọn Ca = 0. Cb: Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học. Do vật liệu có dạng hạt nên chọn Cb = 1mm. Cc: Hệ số bổ sung do sai lệch chế tạo, lắp ráp. Theo , chọn Cc = 0,8mm (t). Co: Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, chọn Co = 4,9mm. C = Ca + Cb + Cc + Co = 0 + 1 + 0,8 +4,9 = 6,7 (mm) Bề dày thực của thùng: S = 1,3 + 6,7 = 8 (mm). 3.2. Tính cánh đảo trộn. Một số thông số cánh đảo trộn đã được chọn ở phần tính toán thùng sấy. Diện tích bề mặt chứa vật liệu của cánh: b c d Hình 3.1: Kích thước cánh đảo trộn. Chọn các kích thước: a = 280mm. b = 120mm. Chọn c = 1,5m; chiều dày d = 4mm. Vật liệu chế tạo cánh là thép CT3, số cánh trên một mặt cắt: 12 cánh. Với thùng dài 11m, mỗi cánh đảo trộn dài 1,5m thì ta bố trí 7 dãy cánh dọc theo thân thùng, ở phần nhập liệu lắp cánh xoáy để dẫn vật liệu vào thùng với chiều dài 0,87m lắp chéo dẫn vật liệu sấy vào thùng. Số lượng cánh trong thùng: Khối lượng các cánh trong thùng: 3.3. Tính bộ truyền động. Chọn động cơ Công suất cần để quay thùng (theo ): Trong đó: DT = 2,2m: Đường kính thùng. LT = 11m: Chiều dài thùng. a: Hệ số phụ thuộc dạng cánh. Theo bảng có a = 0,071. n = 1,8vg/ph: số vòng quay thùng. ρ = 2500kg/m3: khối lượng riêng vật liệu. Theo chọn hiệu suất bộ truyền: Bộ truyền bánh răng trụ răng hở: 0,95. Bộ truyền bánh răng trụ răng kín: 0,98. Bộ truyền trục vít: 0,90. Ba cặp ổ lăn: 0,993. Hiệu suất bộ truyền: η = 0,95 . 0,98 . 0,90 . 0,993 = 0,81. Công suất tối thiểu động cơ: Theo , chọn động cơ loại 4A280M8Y3 có các thông số: Công suất động cơ: Nđc = 75kW. Tốc độ quay: nđc = 734v/ph. Thùng i23 i12 Động cơ Hình 3.2: Hộp giảm tốc. Hiệu suất: η = 0,92. Chọn tỉ số truyền động Tỉ số truyền động chung của hệ thống: Do tỉ số truyền lớn nên cần dùng bộ giảm tốc. Ở đây ta dùng hộp giảm tốc trục vít – bánh vít. Chọn tỉ số truyền: i12 = 5 i23 = 6 Tỉ số truyền động cơ sang trục vít: Số vòng quay các trục: Công suất ở các ổ trục: Ta có bảng kết quả: Bảng 3.1: Thông số cơ bản hộp giảm tốc. Trục động cơ I II III i 24,5 6 5 n (v/ph) 734 29,96 5 1 N (kW) 69 61,48 59,65 56,10 Tính bộ truyền bánh răng Ở đây ta chỉ tính bộ truyền bánh răng truyền động từ hộp giảm tốc sang bánh răng lớn lắp trên thùng. Đây là sự chuyển động giữa hai trục song song, ta chọn bánh răng trụ răng thẳng, truyền động ăn khớp ngoài. Chọn vật liệu Chọn vật liệu có độ rắn HB ≤ 350, cắt gọt sau nhiệt luyện, không đòi hỏi qua các nguyên công đắt tiền như mài... Bánh răng có khả năng chạy mòn tốt. Để tránh hiện tượng dính bề mặt làm việc của răng, lấy độ rắn bánh răng nhỏ lớn hơn bánh răng lớn từ 30-50HB, chọn mác thép 2 bánh khác nhau: Bánh răng lớn: Vật liệu: Thép C35 thường hóa. Độ rắn: HB = 160. Giới hạn bền kéo: σk = 480N/mm2. Giới hạn bền chảy: σc = 240N/mm2. Bánh răng nhỏ: Vật liệu: Thép C45 thường hóa. Độ rắn: HB = 190. Giới hạn bền kéo: σk = 580N/mm2. Giới hạn bền chảy: σc = 290N/mm2. Xác định ứng suất uốn cho phép Đối với răng làm việc một mặt: Trong đó: σ-1: Giới hạn mỏi uốn. Thép C45: σ-1 = 0,45 . 580 = 261 (N/mm2). Thép C35: σ-1 = 0,45 . 480 = 216 (N/mm2). n: Hệ số an toàn. Đối với bánh răng thép rèn thường hóa. Chọn n = 1,5. kv: Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng. Với bánh răng thép thường hóa, chọn kv = 1,8. Ứng suất uốn cho phép: Bánh răng nhỏ: Bánh răng lớn: Chọn hệ số tải trọng K = 1,3 ÷ 1,5. Do bộ truyền có khả năng chạy mòn, vận tốc thấp nên chọn K = 1,3. Xác định khoảng cách trục, modun, chiều rộng răng. Chọn sơ bộ khoảng cách trục: A = 1500(mm). Modun bánh răng (theo ): m = (0,01 ÷ 0,02)A = 15 ÷ 30 (mm). Chọn m = 20mm. Bánh răng thẳng, góc nghiêng của răng: β = 0. Số răng bánh nhỏ (theo ): Chọn Z1 = 25 răng. Số răng bánh lớn (theo ): Chọn Z2 = 125 răng. Tính lại khoảng cách trục (theo ): Chiều rộng bánh răng nhỏ (theo Tr.108[17]): Trong đó theo chọn Ψm = 0,3. b = 0,3 . 1500 = 450 (mm). Chọn b = 450mm. Chiều rộng bánh răng lớn: b’ = b – 10 = 450 – 10 = 440 (mm). Kiểm nghiệm độ bền uốn Momen xoắn trên trục bánh răng nhỏ: Điều kiện bền uốn (theo và ): Trong đó: Răng trụ răng thẳng, góc nghiêng β = 0; Yβ = 1. YF1, YF2: Hệ số dạng răng. Tra với hệ số dịch chỉnh x = 0 (số răng >21): YF1 = 4,0; YF2 = 3,6. K: Hệ số tải trọng khi tính về uốn. K = 1,1 dl1: Đường kính vòng lăn bánh răng nhỏ: dl1 = m . Z1 = 20 . 25 = 500 (mm) Vậy cả hai bánh răng đảm bảo điều kiện bền uốn. Các thông số hình học dl di de Chú thích dl : Đường kính vòng lăn de : Đường kính vòng đỉnh di : Đường kính vòng chân Hình 3.3: Thông số cơ bản bánh răng Góc ăn khớp α = 20o. Các thông số hình học bánh răng vòng gắn trên thùng sấy và bánh răng nhỏ gắn với hộp giảm tốc được liệt kê trong bảng dưới đây: Bảng 3.2: Thông số hình học bánh răng vòng và bánh răng nhỏ. STT Thông số Ký hiệu Công thức tính Bánh nhỏ Bánh lớn 1 Modun m (mm) 20 2 Số răng Z (răng) 25 125 3 Đường kính vòng lăn dl (mm) dl = m.Z 500 2500 4 Khoảng cách trục A (mm) 1500 5 Chiều rộng bánh răng b (mm) Ψ.A 450 440 6 Đường kính vòng đỉnh de (mm) dl + 2.m 540 2540 7 Đường kính vòng chân di (mm) dl – 2,5m 450 2450 8 Chiều cao đầu răng hd (mm) hd = m 20 9 Chiều cao răng H (mm) H = 2,25m 45 Khối lượng bánh răng lớn. Bánh răng lớn làm bằng thép C35, ρ = 7850 kg/m3. Coi phần bánh răng như hình vành khăn, đường kính ngoài bằng đường kính vòng lăn. Do thùng làm việc ở nhiệt độ cao, tốc độ chậm nên bánh răng vòng không lắp sát vào thùng mà nối với thùng qua nhíp. Chọn đường kính trong của bánh răng vòng là 2,37m 3.4. Tính vành đai, kiểm tra bền thùng. Tính sơ bộ. Thùng có tải trọng lớn, quay chậm và nhiệt độ làm việc cao nên chọn lắp vành đai tự do vào thân thùng dùng chân đế. Giữa chân đế và thùng có tấm tăng cứng dày 5-20mm. Giữa chân đế và mặt trong vành đai có đặt các tấm hạn chế va đập bằng thép mỏng. Hình 3.4: Kết cấu lắp chân đế - vành đai. 1: Chân đế. 2: Vành đai. 3: Các tấm căn. 4: Tấm tăng cứng. 5: Thân thùng. 1 3 4 5 2 Chọn sơ bộ đường kính vành đai (theo Tr.249[3]): Dv = (1,1 ÷ 1,2)Dt Trong đó: Dv: Đường kính trong vành đai Dt: Đường kính ngoài thùng. Dv = (1,1 ÷ 1,2) . (2200+8.2) = (2437 ÷ 2659) (mm). Chọn Dv = 2440mm. Chọn sơ bộ bề rộng vành đai (vòng ngoài): B = 200mm. Thùng nặng, bề dày vành đai được tính theo Tr.250[3]: Chọn h = 80mm. Đường kính ngoài vành đai: Dnv = 2440 + 80 . 2 = 2600 (mm) Chọn sơ bộ góc vát đầu đai: β1 = 8o. Coi vành đai hình vành khăn, vật liệu chế tạo là thép CT35, khối lượng vành đai: Chọn sơ bộ khối lượng chân đế và các tấm tăng cứng, tấm căn: 4kg/bộ. Mỗi đai được lắp trên 12 chân đế, thùng lắp 2 đai. Khối lượng tổng cộng 2 đai và chân đế: MD = 2 (994,4 + 12 . 4) = 2084,8 (kg) Kiểm tra bền vành đai Khi thùng quay làm việc, trọng lượng các cánh đảo trộn, lượng vật liệu trong thùng xem như tải trọng phân bố đều. Trọng lượng bánh răng vòng, vành đai là các tải trọng tập trung, nhưng để tiện ta cũng xem chúng như tải trọng phân bố đều. Tổng trọng lượng thùng là: Với GT, GC, GV, GD, GR lần lượt là trọng lượng thùng, trọng lượng cánh, vật liệu, đai, và bánh răng vòng tính theo N. Trọng lượng thùng: Trọng lượng vật liệu: Tải trọng tác dụng lên 2 vành đai: Tải trọng trên mỗi vành đai là: 1 2 3 4 60o Hình 3.5: Vành đai 1: Thành thùng. 2: Vành đai. 3: Chân đế. 4: Con lăn đỡ. Chọn góc giữa 2 con lăn là 60o. Góc giữa lực tác dụng lên con lăn và phương thẳng đứng là 30o. Lực tác dụng lên con lăn (theo ): Mô men uốn: Mu = A.Q.R (N.cm) Trong đó: Q: Tải trọng thùng tác dụng lên đai, N. Q = T. R: Bán kính trong vành đai, cm. R = 122cm. A: Hệ số phụ thuộc kiểu lắp. Vành đai lắp tự do trên chân đế, A = 0,08. Mu = 0,08 . 109327,1 . 122 = 1067032,5 (N.cm) Vành đai thép C35 có ứng suất cho phép [σ] = 14600 (N/cm2) Mômen chống uốn: Mặt khác: Vậy chiều dày vành đai 80mm là đủ bền. Với điều kiện trên thì ta có thể giảm độ dày đai. Tuy nhiên vành đai còn có nhiệm vụ giữ thùng khi tiếp xúc với con lăn chặn nên không được mỏng quá, ta giữ nguyên kích thước. Kiểm tra bền thùng. Lực phân bố trên một đơn vị chiều dài thùng (): L l M3 M1 M2 Hình 3.6: Biểu đồ lực, mômen tác dụng lên thùng Do tác dụng của lực phân bố, mô men uốn có giá trị lớn nhất ở ba vị trí: hai vị trí đỡ và giữa thân thùng. Giá trị mômen uốn ở hai vị trí đỡ (theo ): Mômen uốn ở giữa thùng (theo ): Để thân thùng làm việc đồng đều, ta chọn khoảng cách giữa hai vị trí đỡ l sao cho M1,2 = M3. Rút ra l = 0,586L. Mômen uốn lớn nhất (theo ): Mômen xoắn sinh ra khi thùng quay (theo ): Trong đó: N: công suất tiêu hao, kW. n: Số vòng quay của thùng, v/ph. Mômen tính toán khi thùng chịu uốn và chịu xoắn (theo ): Mômen chống uốn của tiết diện thân thùng (theo ): Ứng suất sinh ra trên thùng (theo ): σ < [σ] với [σ] = 146 N/mm2, là ứng suất cho phép vật liệu làm thành thùng. Vậy thùng đảm bảo bền. 3.5. Tính con lăn đỡ, con lăn chặn. Con lăn đỡ. Tính đường kính con lăn đỡ. Bề rộng con lăn đỡ (theo ): Bc = B + (3 ÷ 5) (cm) Chọn Bc = B + 5 = 20 + 5 = 25 (cm). Chọn sơ bộ đường kính: Sử dụng con lăn thép, đường kính được tính theo : Mặt khác, kiểm tra điều kiện đường kính con lăn theo : Với D là đường kính ngoài thùng. 0,25 . 260 ≤ dc ≤ 0,33 . 260 (cm) 65 ≤ dc ≤ 85,8 (cm) Chọn dc = 65 (cm). Kiểm tra bền con lăn đỡ. Tải trọng trên một đơn vị chiều dài tiếp xúc con lăn – vành đai (theo Tr.283[3]): Ứng suất tiếp xúc con lăn đỡ - vành đai (theo ): Trong đó: P: Tải trọng trên một đơn vị chiều dài tiếp xúc, N/cm E: Mômen đàn hồi của vật liệu, N/cm2. E = 2,1.107(N/cm2). (trang 95, Tiêu chuẩn thiết kế thép TCVN 338:2005) R: Bán kính ngoài vành dai, cm. R = 130cm. r : Bán kính ngoài con lăn, cm. r = 32,5cm. Điều kiện bền (theo ): Vậy con lăn đỡ làm từ thép CT5 đảm bảo bền. Con lăn chặn Lực tác dụng lớn nhất lên con lăn chặn (theo ): Trong đó: Q: Tải trọng toàn thùng. α : Góc nghiêng thùng, độ. α = 2,5o. f : Hệ số ma sát giữa vành đai và con lăn chặn, thường lấy 0,1. Con lăn chặn chặn sát vào vành đai. Chọn sơ bộ độ dày con lăn chặn: Bch=60mm " chiều dài tiếp xúc là 60mm = 6cm. Tải trọng trên một đơn vị chiều dài tiếp xúc: Ứng suất tiếp xúc con lăn chặn – vành đai (theo ): Để đảm bảo điều kiện bền, phải có po < [σCT5] = 5.104 (N/cm2). Ta có: Chọn bán kính con lăn chặn r = 15cm, theo đó con lăn chặn đủ bền. 3.6. Tính chọn lớp bảo ôn Thùng sấy có đường kính lớn hơn nhiều lần chiều dày, có thể coi truyền nhiệt trong trường hợp này là truyền qua trường phẳng. Theo , mật độ dòng nhiệt truyền qua tường phẳng nhiều lớp: Trong đó: tf1, tf2: Nhiệt độ bề mặt trong, ngoài thành thiết bị, tương ứng là mặt trong thùng và mặt ngoài lớp bảo ôn. Chọn tf1=650oC (trường hợp nhiệt độ thành cao nhất bằng nhiệt độ khói lò). Chọn tf2=30oC. k: Hệ số truyền nhiệt vách phẳng nhiều lớp. Với: α1: Hệ số tỏa nhiệt từ môi trường đến bề mặt vách. Trong thùng không khí được đảo trộn nên xét như trường hợp đối lưu cưỡng bức. Theo tài liệu [8], α1=(10..200) (W/m2K). Chọn α1 = 30W/m2K (thùng quay chậm, khả năng đảo trộn thấp). α2: Hệ số tỏa nhiệt từ thành thiết bị ra ngoài môi trường. Theo tài liệu [8], α2=(5..25) (W/m2K). Chọn α2 = 10W/m2K. δi: Bề dày lớp thứ i. λi: Hệ số dẫn nhiệt lớp thứ i. Chọn vật liệu cách nhiệt là bông khoáng Rockwool do có khả năng chống cháy cao, cách nhiệt tốt và có thể chịu nhiệt độ tới 850oC. Theo tài liệu [7], hệ số dẫn nhiệt lớp bảo ôn λ2 = 0,036 W/m.oC. Như phần tính bề dày thùng đã liệt kê, hệ số dẫn nhiệt thép tấm sử dụng làm thân thùng λ1 = 50 W/m.oC. Như phần tính công nghệ, lượng nhiệt tỏa ra môi trường qmt = 145,89 (kJ/kg ẩm). Mỗi giờ thiết bị thất thoát lượng nhiệt là: q = qmt.W = 146,89 . 2258,06 = 331686,4 (kJ/h) = 92,1 (kW) Coi 80% lượng nhiệt thất thoát là qua thành thiết bị, 20% do tổn thất tại bộ phận bít kín. Mật độ dòng nhiệt truyền qua thành thiết bị là: Với S là diện tích toàn bộ thành thiết bị. S = d.π.L = 2,2 . 3,14 . 11 = 76 (m2) Từ , ta có: δ2 = 0,014 (m) Vậy chiều dày lớp bảo ôn tối thiểu là dbo = 14mm. Chọn chiều dày lớp bảo ôn theo kích thước bán trên thị trường dbo = 25mm. 3.7. Tính chọn các thiết bị phụ trợ Tính chọn thiết bị lọc bụi Chọn thiết bị lọc dạng xyclon vì có khả năng xử lý bụi khá nhỏ, cấu tạo đơn giản và giá thành thấp. Tốc độ khí vào xyclon là 15 ÷ 20m/s, ở cửa ra là 5 ÷ 8m/s (theo Tr.98 [16]). Theo tính toán ở phần Tính công nghệ, lưu lượng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái ra khỏi thùng sấy V2 = 4,648m3/s = 16732,8m3/h. Theo bảng 1 phụ lục 4 Tr.207[16], chọn nhóm 4 xyclon loại đường kính 650mm. Phần 4: CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, SỬA CHỮA 4.1. Chế tạo. 4.1.1. Chuẩn bị nguyên vật liệu, thiết bị a) Nguyên vật liệu Thùng sấy và cánh đảo trộn được làm từ thép cacbon CT3 dày 8mm và 4mm có bán trên thị trường dưới dạng tấm. Thép tấm CT3 rất phổ biến và có nhiều kích thước khác nhau. Ta sử dụng các tấm có kích thước: 6000x1500x8, 4000x2000x8, 4000x2000x4 (dài x rộng x dày, mm). Vành đai, con lăn đỡ, con lăn chặn được đúc bằng thép CT5. Bánh răng đúc bằng thép C35. Thép tấm cắt làm tấm lót chống va đập, tấm tăng cứng... Bulong, đai ốc các loại theo yêu cầu. b) Thiết bị Tại xưởng: Thiết bị cắt bằng oxi – khí đốt. Máy mài cầm tay. Máy lốc thép. Máy chắn. Thiết bị hàn tay hồ quang điện. Thiết bị kiểm tra: máy dò siêu âm cầm tay, thước. Các thiết bị phụ khác. Tại nơi lắp đặt: Cẩu 16 tấn. Thiết bị hàn tay hồ quang điện. Thiết bị kiểm tra: máy dò siêu âm cầm tay, thước. Các thiết bị phụ khác. 4.1.2. Thân thùng Chiều dài thân thùng là 11m, đường kính trong 2,2m nên ta cần 10 tấm thép kích thước 6m x 1,5m và 2 tấm thép 4m x 2m. Các tấm thép được cắt ra và hàn theo hình 4.1 sau đây. 6000x1500 6000x1500 6000x1500 6000x1500 6000x1500 6000x1500 6000x1500 4000x500 4000x912 4000x912 3000x912 2000x500 Hình 4.1: Sơ đồ phân bố mối hàn thùng sấy. Trong đó hai tấm 4000x912 được cắt từ một tấm thép 4000x2000, ba tấm 3000x912, 4000x500, 2000x500 được cắt từ một tấm 4000x2000. Đây là phương pháp tiết kiệm vật liệu nhất. Cụ thể lượng vật liệu cắt bỏ là 187,6kg, chiếm 3,9% lượng vật liệu hữu ích. 4000x912 4000x912 3000x912 2000x500 4000x500 Chú thích Phần sử dụng Phần thừa Hình 4.2: Sơ đồ bố trí cắt các tấm kích thước đặc biệt sử dụng thép tấm 4000x2000x8mm Nguyên công 1: cắt Cắt bằng oxi – khí đốt. Đo dư vật liệu để cắt. Sai số cắt không được quá 0,1% đường kính thùng. Sử dụng máy mài tay làm phẳng vị trí cắt. Mài vát cạnh 15o để hàn. Kiểm tra chất lượng + Kiểm tra chất lượng đường cắt. + Kiểm tra kích thước tấm thép. Nguyên công 2: lốc Sử dụng máy lốc thủy lực 3 trục. Điều chỉnh độ cong thép theo từng nhóm tấm. Kiểm tra chất lượng + Kiểm tra chất lượng bề mặt thép. + Kiểm tra bán kính cong. Nguyên công 3: hàn: Sử dụng phương pháp hàn tay hồ quang điện. Hàn thành thân thùng theo sơ đồ bố trí đã chọn. Kiểm tra chất lượng + Kiểm tra kích thước thiết bị sau hàn. + Kiểm tra chất lượng mối hàn bằng máy dò siêu âm. 4.1.3. Vành đai, bánh răng vòng, các con lăn Vành đai: Sử dụng phương pháp đúc khuôn cát. Mỗi vành đai đúc thành 4 mảnh. Đầu vành đai vát 7o. Sai lệch kích thước không quá 0,5% đường kính. Độ cứng lớn hơn các con lăn. Kiểm tra chất lượng bằng máy dò siêu âm, máy kiểm tra độ cứng. Bánh răng vòng: Sử dụng phương pháp đúc khuôn cát. Đúc thành 4 mảnh. Sai lệch kích thước không quá 0,5% đường kính. Kiểm tra chất lượng bằng máy dò siêu âm. Con lăn: Sử dụng phương pháp đúc khuôn cát. Đúc nguyên khối. Đầu con lăn chặn vát 7o. Sai lệch kích thước không quá 1% đường kính Kiểm tra chất lượng bằng máy dò siêu âm. 4.1.4. Cánh đảo trộn Theo thiết kế, cánh đảo trộn có kích thước 1500x40x4 (dài x rộng x dày, mm), tổng cộng 84 cánh. Cánh dẫn có kích thước 870x23x4 (dài x rộng x dày, mm), tổng cộng 12 cánh. Cánh sử dụng thép CT3. Có thể cắt các cánh từ 7 tấm thép kích thước 4000x2000x4 (mm) theo sơ đồ dưới đây. Với 7 tấm, ta có 84 cánh đảo trộn, đủ theo thiết kế. Tấm cuối cùng không cắt cánh dẫn (tấm gạch chéo nghiêng phải) sẽ được tổng cộng 12 cánh dẫn theo thiết kế. Lượng vật liệu thừa theo phương pháp cắt này là tối thiểu, khoảng 101kg, tương đương 6% lượng vật liệu hữu ích. Chú thích Cánh đảo trộn. Cánh dẫn. Phần thừa. Hình 4.3: Sơ đồ đường cắt tạo cánh đảo trộn, cánh dẫn trên thép tấm 4000x2000x4mm. Cánh đảo trộn sau khi cắt được gia công tạo góc gấp 140o. Có thể sử dụng máy chắn gấp thép để thực hiện công đoạn này. Nguyên công 1: cắt. Cắt bằng oxi – khí đốt. Đo dư vật liệu để cắt. Sử dụng máy mài tay làm phẳng vị trí cắt. Mài vát cạnh 30o để hàn. Kiểm tra chất lượng + Kiểm tra chất lượng đường cắt. + Kiểm tra kích thước tấm thép. Nguyên công 2: tạo góc gấp. Sử dụng máy chắn thép. Tạo góc gấp 140o cho cánh đảo trộn. Sai số góc gấp không quá 5o. Kiểm tra chất lượng + Kiểm tra chất lượng vị trí gấp. + Kiểm tra góc gấp. 4.2. Lắp đặt. 4.2.1. Vận chuyển Thùng có kích thước lớn phải sử dụng xe tải để chở đến nơi lắp đặt. Có thể vận chuyển bằng xe tải 15 tấn, các chi tiết nhỏ đặt trong lòng thùng. Vành đai, bánh răng vòng lắp đặt tại xưởng sản xuất sau khi vận chuyển. 4.2.2. Lắp đặt Bước 1: Kiểm tra điều kiện vị trí lắp đặt Kiểm tra độ cứng vững nền bê-tông, ụ đỡ bê-tông. Kiểm tra số lượng, khoảng cách bulong chờ. Bước 2: Lắp đặt gối đỡ, con lăn. Lắp đặt gối đỡ tại vị trí bulong chờ. Lắp đặt con lăn. Kiểm tra Kiểm tra độ cứng vững cụm chi tiết. Kiểm tra khả năng quay các con lăn. Bước 3: Lắp bánh răng vòng, vành đai vào thân thùng. Định vị gối đỡ vành đai, vị trí lắp nhíp đỡ bánh răng. Khoan lỗ tại các vị trí đã định vị, khoảng cách lỗ ứng với khoảng cách bulong trên gối đỡ, hệ thống nhíp. Lắp chặt một phía gối đỡ vành đai. Đặt vành đai, lắp chặ gối đỡ phía đối diện. Lắp hệ thống nhíp. Lắp bánh răng vòng vào nhíp. Kiểm tra Kiểm tra chất lượng mối ghép. Kiểm tra độ cứng vững cụm chi tiết. Bước 4: Lắp đặt thùng vào vị trí. Sử dụng cẩu 16 tấn hoặc hai pa-lăng 7,5 tấn kéo hai đầu thùng. Đặt thùng từ từ trên con lăn đỡ, vành đai tiếp xúc con lăn chặn. Kiểm tra Kiểm tra độ cứng vững của hệ thống. Kiểm tra khả năng quay của thùng. Bước 5: Lắp cánh đảo trộn, hiệu chỉnh. Cố định thùng không để trượt khi người di chuyển bên trong. Đo khoảng cách, định vị vị trí hàn cánh. Hàn cánh dẫn ở đầu trên. Hàn tay hồ quang điện. Hàn lần lượt cánh đảo trộn từ trên xuống. Xếp xen kẽ ở mỗi vòng. Mỗi cánh hàn 3 gân trợ lực ở mặt đối diện mặt chứa vật liệu. Kiểm tra Kiểm tra số lượng và khoảng cách cánh. Kiểm tra chất lượng mối hàn bằng cách lắc cánh. Kiểm tra lại độ vững thùng, khả năng quay đều. Bước 6: Lắp hộp giảm tốc, vận hành không tải. Kiểm tra khả năng quay, tốc độ quay động cơ, hộp giảm tốc. Lắp động cơ, hộp giảm tốc. Hiệu chỉnh ăn khớp bánh răng vòng. Vận hành thử không tải. Hiệu chỉnh ăn khớp bánh răng nếu cần. Kiểm tra Tốc độ quay thùng. Độ rung lắc toàn hệ thống. Ăn khớp bánh răng Bước 7: Lắp đặt các thiết bị khác. Lắp bộ phận bít kín. Lắp đường ống dẫn khí, dẫn liệu. Lắp đường ống tháo khí, lọc bụi, tháo liệu. Lắp hệ thống băng tải. Lắp các thiết bị khác. Kiểm tra Độ kín khít các mối ghép. Độ vững các chi tiết. Bước 8: Vận hành thử có tải, hiệu chỉnh. Nhập lượng vật liệu vào thùng, từ ít đến nhiều dần. Cho hệ thống chạy. Kiểm tra Kiểm tra độ ổn định cơ khí toàn hệ thống. Kiểm tra chất lượng sản phẩm ra. Hiệu chỉnh nếu cần. IV.3. Vận hành. Quá trình lắp đặt, vận hành thử phải đạt yêu cầu mới bắt đầu cho thùng sấy đi vào sản xuất. Trong quá trình sản xuất, nếu có điều kiện, cần kiểm tra các điều kiện sấy thường xuyên để nhanh chóng hiệu chỉnh khắc phục sự cố hoặc sai lệch với tiêu chuẩn. Khi nhận điện năng, động cơ điện truyền chuyển động qua hộp giảm tốc tới bánh răng nhỏ. Bánh răng nhỏ ăn khớp với bánh răng vòng gắn trên thân thùng làm thùng quay. Vật liệu sấy được tự động vận chuyển vào thùng qua hệ thống băng tải nhập liệu đưa vào phần cửa vào của thùng, đặt cao hơn phần tháo liệu. Không khí được đốt nóng tạo thành khói lò, sau buồng hòa trộn có nhiệt độ 650oC đi vào thùng sấy cùng chiều với chiều vật liệu. Dưới tác dụng quay của thùng và cánh đảo trộn và trọng lực, vật liệu sấy đi từ đầu cao của thùng xuống đầu thấp hơn. Trong quá trình đó vật liệu được đảo trộn và khói lò sấy vật liệu làm vật liệu mất ẩm. Vật liệu sấy ra khỏi lò và được đổ ra băng tải vận chuyển đến quy trình tiếp theo. Khói lò chứa bụi ra khỏi thùng được cho đi qua máy lọc bụi. Phần bụi nặng được thu hồi đổ vào băng tải cùng vật liệu sấy, phần còn lại được xửa lý rồi thải khí ra môi trường. Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy thùng quay cho thấy thiết bị này vận hành tự động hoàn toàn. Tuy nhiên, điều kiện nhiệt độ, độ ẩm không khí ngoài trời luôn thay đổi và có sự chênh lệch lớn giữa các mùa. Vì vậy, cần kiểm tra các thông số đầu vào, đầu ra và hiệu chỉnh phù hợp để đạt được hiệu quả cũng như tuổi thọ thiết bị cao nhất. Các sự cố cũng cần được quan tâm kiểm tra định kỳ, tối thiểu là 1 lần/tháng, nhằm đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và an toàn trong lao động. Sau một thời gian nhất định, tối đa là 3 tháng, thiết bị sấy cần được bảo dưỡng, tra dầu mỡ vào các ổ lăn, kiểm tra tổng thể, thay thế sửa chữa các thiết bị mòn, hỏng. IV.4. Sự cố và khắc phục. Trong quá trình vận hành không thể tránh khỏi sự cố. Sau đây là một số sự cố có thể gặp phải và phương án sửa chữa khắc phục. Bảng 4.1: Sự cố và cách khắc phục STT Sự cố Ảnh hưởng, kiểm tra và khắc phục 1 Mất điện trong lúc vận hành Ảnh hưởng: Vật liệu sấy nằm lâu trong thùng có thể kết dính gây hỏng hóc thiết bị khi có điện trở lại. Cánh đảo trộn trong quá trình làm việc lần lượt múc vật liệu lên rồi thả vật liệu xuống, phần hơn một nửa vòng quay không chịu tải trọng. Khi mất điện thùng không quay, một lượng vật liệu còn trên cánh đảo trộn trong thời gian dài ảnh hưởng đến độ bền mối hàn cánh đảo trộn. Khắc phục: Nhanh chóng sử dụng nguồn điện dự phòng hoặc máy phát điện cho thùng quay để tháo vật liệu ra ngoài, tránh vật liệu kết dính trong thùng. 2 Độ ẩm vật liệu sấy ra cao hơn yêu cầu Ảnh hưởng: Vật liệu sấy không đạt yêu cầu, thiết bị sấy làm việc không hiệu quả. Kiểm tra: Lần lượt kiểm tra: Kiểm tra độ ẩm vật liệu sấy vào thùng. Kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm khói lò vào thùng sấy. Kiểm tra vận tốc quay của thùng, thời gian lưu của vật liệu. Kiểm tra thân thùng, bộ phận bít kín. Khắc phục: Tùy theo sai sót nằm ở bước kiểm tra nào mà có các cách khắc phục khác nhau: Tăng thời gian để vật liệu ở bãi ráo để giảm độ ẩm tự nhiên, hoặc thay đổi thông số quá trình sấy. Ưu tiên việc để vật liệu ráo tự nhiên vì thiết bị sấy đã được tính toán kỹ lưỡng khó thay đổi hơn. Nếu nhiệt độ không đạt yêu cầu cần điều chỉnh lượng không khí ngoài trời hòa trộn tại buồng hòa trộn để thay đổi khói lò vào thùng sấy. Độ ẩm không khí thay đổi có thể ảnh hưởng đến độ ẩm khói lò sau buồng hòa trộn, cần tăng nhiệt độ khói lò vào thùng sấy. Thùng sấy có khả năng chịu được nhiệt độ cao nên không nhất thiết phải tính toán lại. Dựa vào kiểm nghiệm thực tế có thể điều chỉnh nhiệt độ khói lò vào thùng sấy sao cho phù hợp. Vận tốc quay thùng lớn sẽ làm giảm thời gian lưu vật liệu trong thùng, khói lò không kịp lấy ẩm. Điều chỉnh giảm tốc độ quay thùng bằng cách dùng biến tần giảm tốc độ động cơ. Thùng sấy, bộ phận bít kín hở có thể gây thất thoát nhiệt, thất thoát khói lò ảnh hưởng đến quá trình sấy. Nếu thùng có chỗ hở cần hàn kín lại hoặc hàn chắp thêm nếu chỗ hở lớn. Nếu bộ phận bít kín không đảm bảo cần gia công sửa chữa hoặc thay thế. 3 Nhiệt độ khói lò ra khỏi thiết bị cao hơn tính toán Ảnh hưởng: Nhiệt độ khói lò ra khỏi thiết bị cao hơn tính toán dẫn tới thất thoát năng lượng, đồng thời ảnh hưởng trực tiếp đến các thiết bị xử lý bụi. Ngoài ra, đó có thể là nguyên nhân dẫn tới hiện tượng vật liệu sấy đầu ra có độ ẩm cao hơn yêu cầu. Kiểm tra: Lần lượt kiểm tra: Nhiệt độ khói lò vào. Lượng vật liệu vào, vật liệu lưu trong thiết bị. Vận tốc dòng khí. Khắc phục: Tùy theo thông số sai nằm ở bước kiểm tra nào mà có các cách khắc phục khác nhau: Nếu nhiệt độ khói lò vào cao hơn tính toán, thay đổi lượng không khí hòa trộn ở buồng hòa trộn. Lượng vật liệu vào, vật liệu lưu trong thùng ít hơn tính toán có thể là nguyên nhân khiến khói lò không nhận đủ ẩm, có nhiệt độ cao hơn tính toán. Nếu lượng vật liệu ít hơn tính toán thì tăng thêm bằng cách tăng tốc độ gầu tải nhập liệu. Tuy nhiên không được tăng lượng vật liệu lưu quá tính toán (25% thể tích thùng) vì cần đảm bảo điều kiện bền với tải trọng đã tính toán. Nếu vận tốc dòng khí cao lưu lượng lớn, khói lò sau thiết bị sẽ có nhiệt độ cao hơn. Vì vậy để hạ nhiệt độ khói lò ra có thể giảm lưu lượng khói vào, tăng thời gian khói lò lưu trú trong thùng. 4 Gãy cánh đảo trộn (vận hành có tiếng va đập mạnh trong thùng) Ảnh hưởng: Cánh đảo trộn gãy ảnh hưởng đến khả năng đảo trộn vật liệu, giảm khả năng trao đổi nhiệt giữa khói lò với vật liệu, hạ năng suất sấy, gây sai lệch thông số đầu ra (khói lò ra, vật liệu ra), thậm chí ảnh hưởng đến các chi tiết khác của thiết bị. Kiểm tra: Khi phát hiện tiếng động bất thường trong thùng cần kiểm tra ngay để khắc phục: Cần tháo hết vật liệu sấy còn lưu trong thùng, dừng hoàn toàn hệ thống sấy trước khi kiểm tra. Tháo một đầu bít kín thùng, quan sát bằng mắt thường. Khắc phục: Thùng sấy kích thước lớn nên có thể cho thợ hàn chui vào trong để hàn lại. Cần làm sạch vị trí hàn trước khi hàn. Kết hợp kiểm tra, khắc phục các cánh đảo trộn khác. Kiểm tra thành thùng từ bên trong tại vị trí gần cánh đảo trộn bị gãy vì sau khi gãy, thùng quay làm cánh va đập mạnh với thành thùng. Khắc phục nếu cần thiết (hàn thêm tấm tăng cứng). Kiểm tra kỹ lưỡng lại cánh đảo trộn trước khi lắp lại, vận hành thiết bị. 5 Thùng rung lắc Ảnh hưởng: Thùng rung lắc trong quá trình sản xuất ảnh hưởng đến độ bền các thiết bị đỡ, không đảm bảo an toàn. Kiểm tra: Lần lượt kiểm tra: Kiểm tra ghép nối vành đai – thân thùng. Kiểm tra độ tròn con lăn đỡ, con lăn chặn. Kiểm tra độ tròn vành đai. Kiểm tra độ tròn thân thùng. Nếu không có sai sót trong các kiểm tra trên thì phải kiểm tra cánh đảo trộn. Khắc phục: Tùy theo thông số sai lệch nằm ở bước kiểm tra nào mà có các cách khắc phục khác nhau: Siết chặt lại vít nối thùng – bệ đỡ, kiểm tra tấm chặn giữa vành đai – bệ đỡ, thay thế nếu mòn không đều. Nếu không đảm bảo cần bọc thêm tấm kim loại để điều chỉnh hoặc buộc phải thay thế. Nếu không đảm bảo cần thay đổi độ dày tấm chặn giữa vành đai – bệ đỡ cho phù hợp. Nếu không đảm bảo có thể thay đổi độ dày tấm chặn vành đai – bệ đỡ. Cánh đảo trộn trong quá trình làm việc có thể bị biến dạng làm lượng vật liệu phân bố trong thùng ở các thời điểm khác nhau là khác nhau làm thay đổi trọng tâm thùng, gây rung lắc khi quay. Cần mở thùng sấy và kiểm tra như trong trường hợp sự cố (4) 6 Thùng vận hành có tiếng động bất thường. Ảnh hưởng: Các hỏng hóc nhỏ trong vận hành có thể ảnh hưởng đến toàn hệ thống và sớm dẫn đến các sự cố lớn hơn. Bất kỳ bất thường nào cũng phải được kiểm tra. Kiểm tra: Cần xác định vị trí, thành phần gây tiếng động bất thường mới có thể khắc phục triệt để. Tiếng động trong thùng, phát ra theo chu kỳ: Kiểm tra cánh đảo trộn như trong phần sự cố (4). Tiếng động phát ra trên thành thùng, tại vành đai, bánh răng vòng: kiểm tra, siết chặt vít tại các điểm ghép nối. Tiếng động phát ra trong con lăn: kiểm tra ổ lăn, tra dầu mỡ hoặc thay thế nếu cần thiết. Vị trí khác: kiểm tra, sửa chữa hoặc thay thế dựa trên các thông số thiết kế và điều kiện vận hành thực tế. 7 Quá tải (thùng quay chậm hơn bình thường, độ ẩm vật liệu ra cao hơn bình thường, các bộ phận đỡ, chặn phát tiếng kêu lạ, trục uốn cong hơn thường lệ) Ảnh hưởng: Quá tải thùng có thể ảnh hưởng đến độ ẩm vật liệu sấy ra khỏi thùng (cao hơn yêu cầu), ảnh hưởng đến độ bền thùng và các thiết bị đỡ, chặn (nhanh hỏng, nhanh mòn hơn), ảnh hưởng đến hệ thống truyền động (cháy động cơ, gãy răng). Kiểm tra: Kiểm tra lượng vật liệu trong thùng thông qua vật liệu mẫu. Khắc phục: Giảm lượng vật liệu lưu trong thùng bằng cách giảm tốc độ gầu tải nhập liệu. Xác định thời gian lưu vật liệu sấy thực tế và lượng vật liệu lưu ảnh hưởng lớn đến các sự cố nêu trên. Xác định bằng phương pháp thực nghiệm có nhiều cách, trong đó có thể đề xuất phương pháp sau: STT Yếu tố cần kiểm tra Cách xác định thực nghiệm 1 Thời gian lưu vật liệu sấy Sử dụng vật liệu mẫu: Vật liệu mẫu có kích thước và khối lượng riêng như vật liệu thực nhưng có màu sắc khác để phân biệt. Vật liệu mẫu được cho vào thùng sấy cùng vật liệu thực. Khi nhận thấy vật liệu mẫu ra khỏi thiết bị sấy, láy thời gian trung bình đi hết thùng sấy của vật liệu mẫu là thời gian lưu vật liệu sấy. 2 Lượng vật liệu lưu Sử dụng phương pháp xác định thời gian lưu vật liệu sấy như phần (1), đồng thời xác định lượng vật liệu cung cấp của gầu tải cho thùng sấy trong thời gian đó để biết lượng vật liệu lưu trong thùng. Trên đây là một số sự cố, nguyên nhân và cách khắc phục. Trong hoạt động thông thường, thiết bị sấy có thể không gặp các sự cố trên hoặc phát sinh những sự cố khác. Trong trường hợp đó, điều quan trọng là phải xác định được vị trí phát sinh sự cố, từ đó tìm ra nguyên nhân và đề xuất phương án giải quyết. Mỗi sự cố đều có các phương án giải quyết khác nhau với hiệu quả cũng khác nhau. Để đạt được hiệu quả cao nhất cần phân tích kỹ lưỡng các yếu tố ảnh hưởng đến sự cố và cả vấn đề chi phí. KẾT LUẬN Dưới sự chỉ dạy tận tình của TS.Vũ Hồng Thái cùng các thầy cô trong bộ môn Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất – dầu khí, em đã thực hiện đồ án tính toán, thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy này. Sau khi thực hiện đồ án, em tích lũy thêm được các kiến thức về thiết bị sấy trong công nghiệp, cũng như quy cách thực hiện, trình bày một bản đồ án. Đồng thời nắm bắt được các công nghệ đang được ứng dụng trong thực tiễn thông qua quá trình tìm hiểu thực hiện đồ án. Trên cơ sở đó, em có thể tính toán, thiết kế các phần cơ bản trong dây chuyền sấy mà đề tài đã nêu. Tuy vậy, tập đồ án này chỉ giải quyết được một số điểm trọng tâm trong hệ thống sấy mà chưa đủ khả năng triển khai trong thực tế. Một số phần trong hệ thống cần được tính toán kỹ lưỡng để không chỉ đạt yêu cầu chất lượng mà còn kinh tế nhất trong sản xuất. Do thời gian tìm hiểu có hạn, khối lượng công việc lớn và nguồn tài liệu không nhiều,tập đồ án này không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý quý báu từ các thầy cô. TÀI LIỆU THAM KHẢO Văn Bình, “Công nghệ sản xuất phân bón vô cơ”, NXB Bách Khoa Hà 2007. Hồ Lê Viên, “Giáo trình các máy gia công vật liệu rắn và dẻo – tập II”, Đại học Bách Khoa – Hà Nội, 1996. Hồ Lê Viên, “Giáo trình cơ sở thiết kế các máy hóa chất và thực phẩm”, Đại học Bách Khoa – Hà Nội, 1997. Bùi Hải – Trần Thế Sơn, “Kỹ thuật nhiệt”, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2009. Khoa ĐH tại chức, ĐHBK-HN, “Kỹ thuật phân khoáng – phần II”, Đại học Bách Khoa – Hà Nội, 1973. Nguyễn Văn May, “Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm”, NXB KHTN, 2002. Trần Xoa, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghiệp hóa chất – Tập I”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006. Nguyễn Bin, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghiệp hóa chất – Tập II”, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2006. Phan Văn Thơm, “Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm”, Viện Đào tạo mở rộng, 1992. Hoàng Văn Chước, “Thiết kế hệ thống thiết bị sấy”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006. Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – Tập 1”, NXB Giáo dục, 2006. Trần Văn Phú, “Tính toán và thiết kế hệ thống sấy”, NXB Giáo dục, 2002.