Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp khác, ngành công
nghệ hóa chất đóng vai trò ngày càng quan trọng trên thế giới. Ứng dụng
của ngành công nghệ hóa chất trong công nghiệp và trong đời sống là rất
rộng lớn. Đối với một nƣớc công nghiệp nhƣ nƣớc ta thì kỹ thuật sấy rất
cần thiết cho việc sản xuất. Chất lƣợng sản phẩm sau khi sấy đóng vai trò
quan trọng trong việc hoàn thiện và nâng cao chất lƣợng sản phẩm. Chính
vì thế, việc tính toán thiết kế hệ thống sấy phù hợp với yêu cầu sản xuất
trong thực tiễn là rất cần thiết.
Trong hiện tại, có rất nhiều phƣơng pháp sấy hiện đại và có hiệu quả cao.
Tuy nhiên, với việc sấy apatít thì sấy thùng quay là hợp lý hơn cả. Hệ thống
sấy thùng quay rất phổ biến trong công nghệ hóa chất do có nhiều ƣu điểm
và khá gọn nhẹ, dễ tự động hóa. Hiện tại, nói chung trong công nghệ hóa
chất luôn đòi hỏi phải hoàn thiện, cải tiến các thiết bị hóa chất đặc biệt là
các thiết bị cần thiết nhƣ kỹ thuật sấy. Vì vậy, sự tìm hiểu nghiên cứu về kỹ
thuật và thiết bị sấy là rất cần thiết. Đó cũng là mục đích cơ bản của đồ án
này.
1 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
PHẦN I : TỔNG QUAN
CHƢƠNG I . ĐẠI CƢƠNG VỀ QUÁ TRÌNH SẤY.
Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, vật liệu, sản phẩm…
bằng cách làm bay hơi nƣớc trong các vật thể cần sấy. Nhƣ vậy, muốn sấy
khô một vật thể ta phải tiến hành các biện pháp kỹ thuật sau :
- Gia nhiệt cho vật thể để đƣa nhiệt độ của nó lên đến nhiệt độ bão hòa
ứng với áp suất hơi nƣớc trên bề mặt vật.
- Cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm trong vật thể.
- Vận chuyển ẩm đã thoát ra khỏi vật thể.
Có nhiều cách gia nhiệt cho vật thể và cũng có nhiều cách vận chuyển ẩm
từ bề mặt vật thể ra môi trƣờng. Tƣơng ứng với chúng, ta có các phƣơng
pháp sấy khác nhau. Qua đó ta cần xét các quá trình xảy ra cụ thể trong khi
một quá trình sấy cụ thể là thực hiện : quá trình truyền nhiệt từ chất tải
nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền ẩm từ vật liệu sấy đến môi trƣờng, quá
trình truyền ẩm từ trong vật sấy đến bề mặt vật thể. Các quá trình truyền
nhiệt, truyền chất trên xảy ra đồng thời và có ảnh hƣởng lẫn nhau. Để
khống chế và điều khiển quá trình sấy theo hƣớng có lợi nhất cho ngƣời sử
I. LÝ THUYẾT VỀ SẤY.
dụng thì cần nghiên cứu các quá trình truyền chất và truyền nhiệt nói trên.
I.1. Các dạng ẩm trong vật liệu sấy:
Khi nghiên cứu về quá trình sấy một vấn đề quan trọng là phải xác định
đƣợc các dạng tồn tại; hình thức giữa ẩm và vật khô. Vật ẩm thƣờng tập
hợp của ba pha : rắn, lỏng, hơi. Các vật rắn đem sấy thƣờng là các vật xốp
mao dẫn hoặc là keo xốp mao dẫn.
Trong các mao dẫn có chứa ẩm lỏng cùng với hỗn hợp hơi – khí có thể rất
lớn nhƣng tỷ lệ khối lƣợng của nó so với phần rắn và phầm ẩm lỏng là nhỏ,
có thể bỏ qua. Do vậy, trong kỹ thuật sấy thƣờng coi vật ẩm chỉ gồm phần
rắn khô và phần ẩm lỏng.
2 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Diễn biến quá trình sấy các vật ẩm sẽ bị chi phối bởi các dạng liên kết ẩm
trong vật. Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm trong đó các phân
loại của Robinde đƣợc sử dụng rộng rãi vì nó nêu đƣợc bản chất hình thành
các dạng liên kết ẩm khác nhau. Theo cách này các dạng liên kết ẩm đƣợc
chia làm 3 nhóm chính là : liên kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ
lý.
I.1.1. Liên kết hóa học :
Liên kết hóa học gữa ẩm và vật khô rất bền vững, trong đó các phân tử
nƣớc đã trở thành một bộ phận trong thành phầm hóa học của phân tử vật
ẩm. Loại này chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học và thƣờng phải
nung vật đến nhiệt độ cao. Sau khi tách ẩm thì tính chất lý hóa của vật thay
đổi.
I.1.2. Liên kết hóa lý :
Gồm 2 loại là :
- Liên kết hấp phụ : Ẩm đƣợc giữ lại trên bề mặt và trong mao quản
của vật liệu nhờ lực hấp phụ Van dec van và lực mao quản.
- Liên kết thẩm thấu : Là liên kết giữa nƣớc với vật rắn khi có sự
chênh lệch nồng độ giữa các chất hòa tan trong và ngoài vật, tức là có
sự chênh lệch áp suất hơi nƣớc.
I.1.3. Liên kết cơ lý : Đây là dạng liên kết giữa nƣớc và vật liệu đƣợc tạo
thành do sức căng bề mặt của nƣớc trong các mao quản hay bề mặt ngoài
của vật. Liên kết cơ lý bao gồm :
- Liên kết cấu trúc : Là liên kết giữa nƣớc và vật liệu hình thành trong
quá trình hình thành vật. Ví dụ : nƣớc trong các tế bào động vật, do vật
đông đặc khi nó chứa sẵn nƣớc. Để tách nƣớc trong trƣờng hợp liên kết
cấu trúc ta có thể làm nƣớc bay hơi, nén ép vật hay phá vỡ cấu trúc của
vật. Sau khi tách nƣớc vật bị biến dạng có thể làm thay đổi tính chất
của vật.
3 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
- Liên kết mao dẫn : Nhiều vật ẩm có cấu trúc mao quản nhƣ : gỗ,
vải…trong vật thể này có vô số mao quản.
Các vật thể này khi để trong nƣớc, nƣớc sẽ theo mao quản xâm nhập
vào vật thể. Khi vật thể này để trong không khí ẩm thì hơi nƣớc sẽ
ngƣng tụ trên bề mặt mao quản là theo các mao quản xâm nhập vào vật
thể. Trong trƣờng hợp này muốn tách ẩm ta cần đẩy ẩm ra bằng áp suất
lớn hơn áp suất mao dẫn. Vật sau khi tách ẩm nói chung vẫn giữ đƣợc
kích thƣớc, hình dạng và tính chất.
- Liên kết dính ƣớt : Là liên kết do nƣớc bám vào bề mặt vật. Ẩm liên
kết dính ƣớt dễ tách khỏi vật bằng cách bay hơi hay bằng cách cơ học
nhƣ lau, thấm, thổi…
I.2. Phân loại vật liệu ẩm :
Theo Lƣ cốp, vật ẩm đƣợc chia thành ba loại : vật xốp mao dẫn, vật keo,
vật keo xốp mao dẫn. Sự phân loại này chỉ có ý nghĩa tƣơng đối vì các vật
sấy rất đa dạng, nhiều loại. Tuy nhiên sự phân loại này có ý nghĩa rất lớn
khi khảo sát quá trình sấy và chỉnh lý các kết quả nghiên cứu để áp dụng
cho những vật liệu và nhóm vật liệu khác nhau.
I.2.1. Vật xốp mao dẫn : Là những vật mà trong đó ẩm liên kết với vật chủ
yếu bằng liên kết mao dẫn. Chúng có khả năng hút mọi chất lỏng dính ƣớt
không phụ thuộc vào thành phần chất lỏng. Ví dụ : vật liệu xây dựng, cát,
than củi…
Trong vật, lực mao dẫn lớn hơn rất nhiều so với trọng lƣợng ẩm chứa trong
vật và nó quyết định hoàn toàn sự lan truyền ẩm trong vật. Trong trƣờng
hợp trọng lƣợng ẩm cân bằng với lực mao dẫn thì vật đƣợc gọi là vật xốp.
Đặc điểm của vật xốp mao dẫn là sau khi sấy xong thì nó trở nên giòn và
rất dễ bị vỡ vụn.
I.2.2. Vật keo :
Vật keo là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt. Trong vật keo, ẩm liên kết ở
4 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
dạng hấp phụ và thẩm thấu. Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co
ngót rất nhiều và vẫn giữ đƣợc tính dẻo.
I.2.3. Vật keo mao dẫn :
Những vật thể mà trong đó tồn tại ẩm liên kết có trong cả vật keo và vật
xốp mao dẫn thì gọi là vật keo xốp mao dẫn. Về cấu trúc các vật này thuộc
loại vật xốp mao dẫn nhƣng về bản chất lại là vật keo, có nghĩa là thành
mao quản của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản trƣơng lên còn
khi sấy thì co lại.
I.3. Các giai đoạn của quá trình sấy.
I.3.1. Giai đoạn nâng nhiệt độ vật liệu :
Giai đoạn này rất ngắn có thể coi nhƣ không tồn tại, nó tƣơng ứng với việc
nâng cao nhiệt độ của vật liệu lên đến nhiệt độ sấy. Nhiệt độ đó không đạt
đƣợc ngay lập tức vì rằng lúc đầu vật liệu có nhiệt độ khá thấp so với nhiệt
độ của tác nhân sấy và bản thân nó thƣờng là một chất có độ dẫn nhiệt kém.
Ở giai đoạn này tốc độ sấy tăng nhanh.
I.3.2. Giai đoạn sấy đẳng tốc :
Tƣơng ứng với việc bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu. Trong giai đoạn này
tốc độ di chuyển ẩm từ trong ra bề mặt vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi từ bề
mặt vào môi trƣờng. Nhiệt độ của vật liệu sấy không đổi và đúng bằng
nhiệt độ bầu ƣớt của không khí. Trong giai đoạn này tốc độ sấy không thay
đổi khi vận tốc tác nhân sấy là không đổi.
I.3.3. Giai đoạn sấy giảm tốc :
Khi trên bề mặt vật liệu không còn ẩm tự do nữa thì áp suất hơi riêng phần
giảm xuống rõ rệt và do vậy tốc độ sấy cũng giảm nhanh chóng. Trong giai
đoạn này tốc độ di chuyển ẩm từ bên trong ra bề mặt vật liệu nhỏ hơn tốc
độ bay hơi ẩm từ bề mặt vào môi trƣờng.
Đôi khi ta còn phải chia giai đoạn này thành 2 giai đoạn khác nhau : Giai
đoạn trên bề mặt không còn ẩm tự do nữa song các lớp sâu bên trong vẫn
còn và giai đoạn không còn ẩm tự do trên vật liệu. Trong giai đoạn này
5 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
nhiệt độ vật liệu sấy tăng dần và cuối cùng bằng nhiệt độ tác nhân sấy. Sở
dĩ nhƣ vậy là do tốc độ bay hơi giảm xuống kéo theo hiệu ứng làm lạnh
giảm. Nếu ta tiếp tục sấy cho đến khi không còn khả năng thoát ẩm trong
vật liệu, có nghĩa là vật đạt đƣợc độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu sẽ
đạt đƣợc nhiệt độ của môi trƣờng xung quanh và do đó có thể vƣợt quá
nhiệt độ cho phép của vật liệu.
I.4. Các phƣơng pháp tách ẩm :
Để tách ẩm trong thực tế có rất nhiều phƣơng pháp : Hong gió tự nhiên,
phơi nắng, sấy tiếp xúc, sấy đối lƣu…
- Hong gió tự nhiên : Là phƣơng pháp làm khô đơn giản nhất. Phƣơng
pháp này thƣờng chỉ dùng cho các hạt nông sản mới thu hoạch có độ
ẩm cao, hay hạt bị mƣa và có khối lƣợng không lớn. Do độ ẩm cao
nên áp suất hơi trên bề mặt lớn hơn so với trong không khí và do đó
có tốc độ bay hơi đáng kể. Trời càng khô ráo, tốc độ bay hơi càng
lớn và ngƣợc lại. Vì vậy, trong trƣờng hợp độ ẩm không khí quá lớn,
đặc biệt là khi có sƣơng mù hoặc mƣa thì việc hong khô không thực
hiện đƣợc. Tốc độ bay hơi tỷ lệ thuận với bề mặt tiếp xúc của hạt với
không khí và tốc độ không khí. Vì vậy trong khi phơi phải trải hạt
thành lớp càng mỏng càng tốt và ở nơi thoáng gió.
- Phơi nắng : Là phƣơng pháp sấy tự nhiên lợi dụng nhiệt độ bức xạ
của mặt trời. Đó là phƣơng pháp đơn giản, rẻ tiền nên đƣợc áp dụng
rộng rãi trong thực tế. Nguyên lý của quá trình bốc hơi nƣớc từ vật
liệu vào không khí là do vật hấp thụ ánh nắng mặt trời làm tăng nhiệt
độ của hạt và áp suất hơi trên bề mặt hạt. Tốc độ bay hơi phụ thuộc
vào bề mặt chiếu sáng và bay hơi của hạt, hệ số hấp thụ bức xạ của
hạt …Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào tốc độ khô và tốc độ chuyển
động của không khí. Phơi nắng có nhƣợc điểm là bị động, phụ thuộc
vào thời tiết, lao động nặng nhọc, sân phơi chiếm diện tích lớn.
6 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
- Sấy tiếp xúc : Là phƣơng pháp sấy dựa trên nguyên tắc tăng nhiệt độ
của hạt bằng phƣơng pháp truyền nhiệt độ trực tiếp từ thành thiết bị
đến hạt. Do đó làm tăng áp suất hơi trên bề mặt hạt dẫn đến làm
nƣớc trong hạt bốc hơi vào không khí. Tốc độ bay hơi nƣớc của hạt
phụ thuộc vào tốc độ truyền nhiệt độ từ thành thiết bị đến hạt. Thông
thƣờng, do hệ số truyền nhiệt quá bé nên phải tăng nhiệt độ đốt nóng
thiết bị dẫn tới vừa tốn kém nhiên liệu vừa mau hỏng thiết bị, mặt
khác sẽ gây ra quá nhiệt ở một số bộ phận hạt. Ƣu điểm của phƣơng
pháp này là đơn giản, tốc độ sấy nhanh, có thể đạt đƣợc độ ẩm của
hạt khá thấp. Tuy nhiên, phƣơng pháp này chỉ thích hợp để sấy
nhanh một lƣợng hạt không lớn, không cần chế độ nhiệt độ nghiêm
ngặt.
- Sấy đối lƣu : Là phƣơng pháp sấy dùng không khí nóng hoặc hỗn
hợp không khí với khói lò để đốt nóng và làm bay hơi ẩm trong hạt
đồng thời chuyển ẩm ra ngoài.
I.5. Phân loại thiết bị sấy :
I.5.1. Sấy tĩnh :
Sấy tĩnh có đặc điểm là lớp hạt nằm yên, quá trình sấy có thể chia ra làm 2
loại : sấy nhiệt độ thấp và sấy nhiệt độ cao.
- Sấy nhiệt độ thấp : Dùng tác nhân là khí trời không gia nhiệt hoặc
gia nhiệt ít tức là có độ chêch lệch nhiệt độ t 60C.
- Sấy nhiệt độ cao : Tác nhân sấy đƣợc gia nhiệt, nhiệt độ không khí
sấy từ 400C trở lên.
Sấy ở nhiệt độ thấp thƣờng có bề dày hạt từ 1 4m.
Lớp hạt trong khi sấy sẽ phân chia thành từng vùng : vùng đã sấy, vùng
đang sấy và vùng chƣa sấy. Khi vùng đã sấy lên đến lớp mặt trên thì quá
trình sấy hoàn thành.
Sấy tĩnh ở nhiệt độ cao làm lớp tiếp xúc đầu tiên với không khí nóng sẽ khô
trƣớc và chịu nhiệt lâu nên dễ hƣ hỏng, do đó tùy vật liệu mà chọn nhiệt độ
7 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
sấy cho phù hợp. Chiều dài lớp hạt từ 20 40 cm đôi khi có thể lên tới
60 100cm nhƣng phải có lƣu lƣợng gió và nhiệt độ phù hợp. Ƣu điểm của
máy sấy tĩnh là chi phí đầu tƣ thấp, cấu tạo đơn giản. Nhƣợc điểm là độ ẩm
của hạt không đều và tốn nhân công cho việc nạp và tháo liệu.
Để khắc phục nhƣợc điểm của máy sấy tĩnh ngƣời ta đƣa ra loại máy sấy
tĩnh có đảo trộn. Loại máy này làm việc theo nguyên lý sấy tĩnh nhƣng có
đảo hạt nên độ khô của hạt đồng đều hơn.
I.5.2. Sấy động :
Đặc trƣng cơ bản của sấy động là vật liệu sấy chuyển động trong quá trình
sấy. Phƣơng pháp này hiện nay đang rất phổ biến do có ƣu điểm và tốc độ
sấy nhanh, năng suất lớn, chất lƣợng hạt đồng đều, khả năng tự động hóa
cao. Tuy nhiên vốn đầu tƣ là khá lớn.
8 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
CHƢƠNG II . GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY SUPE PHỐT PHÁT VÀ
HÓA CHẤT LÂM THAO
Vào mùa hè cách đây hơn 40 năm (5/1959) Nhà máy supe phốt phát và hóa
chất Lâm Thao đã chính thức đƣợc khởi công xây dựng (Nay là Công ty
supe phốt phát và hóa chất Lâm Thao). Đây là một trong những đứa con
đầu lòng của ngành hóa chất Việt Nam. Sau hơn 3 năm lao động khẩn
trƣơng của hơn 500 bộ đội chuyển ngành từ các chiến trƣờng Điện Biên,
Khu 5, cùng hàng ngàn thanh niên xung phong, học sinh, sinh viên tham
gia mở công trƣờng, san lấp đồi, xây nền móng nhà xƣởng, lắp đặt thiết bị
dƣới sự hƣớng dẫn của chuyên gia nƣớc bạn. Hơn 80 công trình lớn nhỏ đã
mọc lên trên khoảng đất rộng hơn 7,3 ha.
Món quà tặng quý giá của Đảng cộng sản, Chính phủ và nhân dân Liên Xô
đã đi vào sản xuất ngày 24/6/1962. Dù còn bỡ ngỡ trong lĩnh vực khoa học
kỹ thuật, cán bộ công nhân (phần lớn là bộ đội chuyển ngành) đã ra sức
nâng cao nghiệp vụ chuyên môn thực hiện nghiêm ngặt chế độ công nghệ,
giữ nghiêm kỷ luật lao động, quản lý tốt và vận hành ổn định một cơ sở sản
xuất lớn với các dây chuyền sản xuất chủ yếu trang bị cơ khí hóa và một
phần tự động hóa nên chỉ 1 năm sau đã đƣa nhà máy đạt công suất 4 vạn
tấn axit sunfuric/năm và 10 vạn tấn supe lân/năm. Nguồn phân lân của nhà
máy đã tạo điều kiện nâng cao năng suất lúa của đồng ruộng Việt Nam.
Năm 1964, do có nhiều sáng kiến cải tiến đƣợc áp dụng vào sản xuất
sản lƣợng supe lân đƣợc nâng lên 135.000 tấn/năm. Coi khoa học kỹ thuật
là động lực chính để nâng cao năng suất lao động. Cán bộ công nhân của
nhà máy đã không ngừng học hỏi, trau dồi kiến thức khoa học áp dụng vào
sản xuất. Phong trào cải tiến sáng kiến đã trở thành truyền thống cao đẹp
mà các thế hệ cán bộ công nhân từ lớp này đến lớp khác tiếp tục duy trì.
Qua 3 lần cải tạo và mở rộng, đến nay Công ty đã có khả năng sản xuất
570.000 tấn supe lân/năm và vƣơn tới 600.000 supe lân/năm với trên 6 vạn
tấn phân hỗn hợp NPK/năm các loại khác nhau cung cấp cho đồng ruộng
9 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
góp phần đƣa đất nƣớc từ chỗ thiếu lƣơng thực trở thành một nƣớc sản xuất
gạo đứng hàng thứ 2 trên thế giới nâng tổng sản lƣợng lƣơng thực của nƣớc
ta đạt 31 triệu tấn lƣơng thực quy thóc. Bằng nguồn vốn tự bổ sung khai
khác các tiềm năng của công ty, sử dụng nguyên liệu trong nƣớc Công ty
đã tự nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị đƣa vào sản xuất ở quy
mô công nghiệp. Chín mặt hàng mới và 20 mặt hàng hóa chất các loại đã
cung cấp trong nƣớc và xuất khẩu. Các mặt hàng này đã đƣợc Hội chợ triển
lãm kinh tế kỹ thuật Việt Nam cấp 4 huy chƣơng vàng, 10 huy chƣơng bạc.
Tổng cục đo lƣờng tiêu chuẩn cấp cho 2 sản phẩm chính (phân supe phốt
phát, axit sunfuric) dấu chất lƣợng cấp 1.
Đặc biệt gần đây Công ty là một trong hai đơn vị đầu tiên của ngành hóa
chất đƣợc Bộ khoa học và công nghệ môi trƣờng tặng giải bạc chất lƣợng
Việt Nam năm 1996; Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn trao giải
Bông lúa vàng tại Hội chợ triển lãm nông lâm nghiệp quốc tế năm 1996 tại
Cần Thơ.
Trong chiến tranh chống Mỹ công ty đã có nhiều ngƣời con lên đƣờng nhập
ngũ bảo vệ tổ quốc tham gia chiến đấu ở các chiến trƣờng. Trong số họ có
những ngƣời đã hy sinh tuổi thanh xuân của mình cho sự nghiệp giải phóng
dân tộc. Những ngƣời trở về tiếp tục sản xuất và không ngừng phát huy
truyền thống vẻ vang tiếp bƣớc cha anh đi trƣớc.
Hơn 40 năm hoạt động Công ty đã phấn đấu tiếp tục để nâng cao
năng lực sản xuất, phát triển các mặt nhằm duy trì và nâng cao chất lƣợng
sản phẩm bằng cách đầu tƣ và đổi mới công nghệ, thiết bị; giảm chi phí sản
xuất; giảm giá thành sản phẩm thích ứng với thị hiếu khách hàng. Đặc biệt,
trong cơ chế thị trƣờng Công ty đã vƣợt qua những thử thách gay go tìm ra
những biện pháp huy động vốn, sắp xếp lại tổ chức, khai thác tiềm năng,
làm tốt công tác tiếp thị, mở rộng thị trƣờng tiêu thụ sản phẩm và từ đó
không ngừng đẩy mạnh sản xuất.
10 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Sau khi đi vào sản xuất công ty đã hoạt động khá ổn định, khắc phục đƣợc
một số sự cố ban đầu khi mới chạy xƣởng nhƣ : nhập nguyên liệu lƣu
huỳnh có chất lƣợng tốt hơn, cải tạo kho chứa lƣu huỳnh kín, giữ lƣu huỳnh
có độ ẩm thấp, chống bụi supe và bụi xỉ của Xí nghiệp supe II. Lắp quạt
trung áp BMN 15 thay cho quạt BД 12 có lƣu lƣợng và áp suất lớn hơn
chống đƣợc hiện tƣợng bít tắc ống cán nồi hơi, giảm trở lực của lò đốt…
Thành tích tốt đẹp đã đạt đƣợc của công ty nói chung và các xí
nghiệp, phân xƣởng thành viên nói riêng là sự chỉ đạo đúng đắn của Đảng
bộ, ban lãnh đạo công ty và khối đoàn kết đồng tâm đồng lòng của toàn thể
cán bộ công nhân trong công ty. Với những nhiệm vụ còn nặng nề để hòa
nhập cùng đất nƣớc đi lên trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa.
Công ty supe phốt phát và hóa chất lâm thao quyết tâm phấn đấu đạt đƣợc
những mục tiêu đã xác định luôn luôn xứng đáng với danh hiệu:”Đơn vị
anh hùng lao động”, mà nhà nƣớc trao tặng.
11 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
CHƢƠNG III. ĐẶC TÍNH CỦA SUPE PHỐT PHÁT ĐƠN.
I. CÔNG THỨC HÓA HỌC CỦA CÁC THÀNH PHẦN
TRONG SUPE PHỐT PHÁT ĐƠN.
Sụpe phốt phát đơn là 1 hỗn hợp gồm: Các muối của axít octopotparic
một lƣợng của axít octo potporic tự do và apatít chƣa phân hủy. Công
thức hóa học của các thành phần trong supe phốt phát nhƣ sau:
Ca(H2PO4)2H2O: mô nô can xi phốt phát.
H3PO4: axít phốt phoríc tự do.
FePO4.2H2O: Phốt phát sắt III.
AlPO4.2H2O: Phốt phát nhôm.
CaHPO4: Đi canxi phốt phát.
Ca5(PO4)3F: Apatít chƣa phân hủy.
CaSO4: Sun phát canxi
II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CƠ BẢN CỦA SUPE PHỐT PHÁT:
Supe phốt phát là 1 loại bột tơi xốp có màu xám sẫm hoặc xám nhạt, trọng lƣợng riêng đổ đống từ 1,1 1,5T/m2. Hàm lƣợng của các hợp chất phốt
phát chứa trong supe phốt phát đƣợc tính ra phần trăm anhyđrit phốt phoric
tức là phần trăm P2O5.
Phần P2O5 trong supe phốt phát ở dạng hòa tan trong nƣớc (P2O5
hòa tan trong nƣớc) gồm có mô nô phốt phát canxi và axít phốt phoric tự
do.
Các phốt phát sắt, phốt phát nhôm đi canxi phốt phát không hòa tan
trong nƣớc mà hòa tan 1 phần hoặc hoàn toàn trong dung dịch xitrat amon,
cây cối cũng có thể hấp thụ đƣợc nhƣng chậm gọi là P2O5 hòa trong xi trat.
Chất lƣợng của supe phốt phát đƣợc đánh giá theo hàm lƣợng P2O5
hữu hiệu (dạng P2O5 mà cây cối có thể hấp thu đƣợc) là tổng các dạng P2O5
hòa tan trong nƣớc và P2O5 hòa tan trong xi trat, ngoài ra trong supe phốt
12 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
phát chứa 1 phần P2O5 không hòa tan trong xi trat nằm trong lƣợng apatít
chƣa đƣợc phân hủy.
Tổng các dạng P2O5 hữu hiệu và P2O5 không hòa tan trong xi trat
hợp thành P2O5 chung.
Tỷ lệ phần trăm của P2O5 hữu hiệu đối với P2O5 chung hiển thị mức
độ phân hủy apatit bởi axit sun phuric gọi là hệ số phân hủy (K)…
III. ứng dụng của supe phốt phát đơn:
Supe phốt phát đơn đƣợc sử dụng chính để làm phân bón có chứa
phốt phát Phốt pho chứa trong supe phốt phát ở thể dinh dƣỡng làm tăng
lƣợng bột ở các loại cây có củ, có hạt, tăng lƣợng đƣờng ở các loại cây có
quả, làm cho cây cứng cáp, chống đƣợc sâu bệnh. Nói chung là làm cho
cây trồng phát triển khỏe mạnh, cho năng suất thu hoạch cao đối với các
cây công nghiệp và nông nghiệp. Ngoài ra supe phốt phát đơn còn dùng để
sản suất các loại phân bón hỗn hợp PK hoặc NPK, dùng sản xuất chất
khoáng bổ sung thức ăn cho gia súc.
IV. Tiêu chuẩn nhà nƣớc về pupe phốt phát đơn.
Supe phốt phát đơn sản xuất tại công ty supe phốt phát Lâm Thao
bằng apatít Lào Cai theo tiêu chuẩn nhà nƣớc số TCVN 14440-87 phải đạt
các tiêu chuẩn kỹ thuật sau:
Hàm lƣợng P2O5 hữu hiệu không nhỏ hơn 16,5%.
Hàm lƣợng P2O5 tự do không lớn hơn 4%.
Hàm lƣợng ẩm không lớn hơn 13%.
Supe phốt phát phải tơi xốp màu xám sáng, không bị vón cục, không nhão
bết.
13 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
CHƢƠNG IV: DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ.
I. NGUYÊN LIỆU:
Nguyên liệu để điều chế phốt phát là bột apatít và axít sun furíc,
nguyên liệu để trung hòa cũng là bột apatít.
Apatít là 1 loại quặng gồm các muối của axít phốt phoríc chủ yếu là
Floapatít và các tạp chất khác. Quặng có màu nâu sẫm hoăc màu nâu vàng,
không hòa tan trong nƣớc nhƣng hòa tan trong các axít vô cơ, trọng lƣợng từ 1,5 2,2 T/m3. Nhiệt độ nóng chảy 15500c- 14700c.
Công thức hóa học của các thành phần chính trong apatít:
Ca5(PO4)3F: Flo apatít.
NaF(SiO3) Nê Eghesin.
(Na2K)AlSiO4. nSiO2: Nê fêlin.
CaTiSiO5: Sfen.
(Ca, Mg)CO3: Đô lomit
m Fe2O4 nFeTiO3 TiO2: Titan manhêtít.
Apatít Lào Cai đƣa vào sản xuất ở công ty là loại apatít nguyên khai
chƣa làm giàu, không đồng nhất về kích thƣớc lẫn phẩm chất, thƣờng
chiếm từ 81 90% Flo apatít và phân bổ không đều. Các tạp chất nhiều và
không ổn định độ ẩm cũng cao thấp thƣờng. Quặng apatít Lào Cai có đặc
điểm xốp khi sấy hơi nƣớc dễ thoát, độ cứng nhỏ dễ nghiền, bột apatít
nghiền mịn có tính trôi lớn.
II. CƠ SỞ HÓA LÝ CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SUPE PHỐT
PHÁT :
Quá trình hóa học trong sản xuất supe phốt phát đƣợc đặc trƣng bằng
phƣơng trình tổng:
14 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
2Ca5(PO4)3F + 7H2SO4 + 5H2O = 3Ca(H2PO4)2H2O + 7CaSO4 +
2HF
Thực chất phản ứng này tiến hành theo 2 giai đoạn. Đầu tiên khi trộn quặng
apatít với axít sunfuríc thì phản ứng xảy ra trên bề mặt hạt quặng và tạo
thành H3PO4 tự do:
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 2,5H2O = 3H3PO4 + 5 H2SO4. H2O + HF.
Phản ứng này xảy ra khi trộn quặng với axít sunfuric và kết thúc sau
20 phút trong phòng hóa thành. Khi sấy 5CaSO4.0,5H2O tách ra và chuyển
thành CaSO4 khan tùy thuộc vào nhiệt độ và thành phần pha lỏng.
Trong thời gian ủ ở phòng hóa thành giai đoạn I hầu nhƣ kết thúc và
giai đoạn 2 bắt đầu, đây là giai đoạn phản ứng chậm giữa axít phốtphoric
mới sinh ra với apatít còn dƣ lại sau phản ứng I.
Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2 H2O + HF.
Ca(H2PO4)2 tạo thành ban đầu còn nằm trong dung dịch rồi dần trở thành
quá bão hòa và bắt đầu kết tinh. Trong giai đoạn thứ nhất, tùy vào mức độ
phân hủy quặng apatít (khoảng 70%) và tùy theo sự kết tinh của CaSO4 mà
khối phản ứng dần bị đặc lại. Nhƣ vậy việc đặc quánh lại xảy ra trƣớc lúc
tiêu hao hết H2SO4 , nghĩa là trong giai đoạn I khối supe đã đóng rắn mà
giai đoạn 2 chƣa bắt đầu . Nếu còn H2SO4 sẽ có phản ứng:
Ca(H2PO4)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H3PO4.
Do vậy hai giai đoạn phản ứng là nối tiếp nhau. Giai đoạn 2 của quá
trình đƣợc bắt đầu trong thời kỳ ủ supe trong phòng hóa thành và kết thúc
sau 6 đến 30 ngày tùy thuộc vào nguyên liệu.
Thời kỳ ủ là thời kỳ tái phân hủy apatít, vì nhiệt độ trong phòng hóa thành
cao, dung dịch H3PO4 bị bão hòa bởi Ca(H2PO4)2 H2O và quá trình phân
giải xem nhƣ bị ngừng lại. Trong đó mức phân giải của apatít mới chỉ đạt 85%. Tiếp tục phân giải tới 94 96% thì cần làm lạnh supe đến 40 500c.
15 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Khi sấy Ca(H2PO4)2 sẽ kết tinh thành pha rắn. Độ trung hòa lỏng Z sẽ
giảm.
Z =
Khi đó hoạt độ của dung dịch sẽ tăng lên, kết quả là phản ứng phân
giải sẽ tiếp tục xảy ra mặc dù hạ thấp nhiệt phản ứng
Khi mức phân giải của supe trong kho đạt 94 96% thì lƣợng H2PO4 tự do
còn khoảng 5,5 8%.P2O5. Sự tồn tại của H3PO4 làm cho sản phẩm có
tính hút ẩm và dễ bị thủy phân.
Ca(H2PO4)2 + H2O = CaHPO4 + H3PO4.
Lƣợng H3PO4 sinh ra lại càng tăng tính hút ẩm, làm sản phẩm càng
trở nên ẩm ƣớt, vón cục khó khăn cho quá trình vận chuyển, bảo quản. Do
đó trƣớc khi xuất kho cần phải trung hòa P2O5 tự do xuống còn 1 3%. Các
chất trung hòa có thể dùng là: đá vôi, bột xƣơng cá…
III. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT:
Quặng apatít khai thác từ Lào Cai có kích thƣớc quặng từ 20 200mm và
có độ ẩm 8 14% đƣợc gầu múc đƣa qua sàng xuống bunke chứa quặng
(9) rồi rơi vào thùng sấy thùng quay (12).
Than từ kho đƣợc cầu trục múc lên bunhe xuống băng tải cao su (8)
và đƣa vào lò đốt than (1). Than cháy đƣợc nhờ quạt thổi không khí (2) thổi
khí từ dƣới lên. Khói lò đi từ lò đốt vào sấy thùng quay và sấy apatít kho
đến 1,5 2,5% . Ra khỏi thùng quay, quặng đi vào máy búa (4), ra khỏi
máy búa thì kích thƣớc quặng 20mm rơi xuống băng tải (5) và đi lên
bunhe chứa.
Khí và bụi ra khỏi thung sấy đƣợc quạt hút (6), hút qua xyclon(13)
để lắng bụi, khí sau xyclon mang theo bột có độ mịn cao tiếp tục đƣợc sục
qua thiết bị lọc bụi ƣớt (14) qua tháp tách giọt (15) và đƣợc phóng không
lên trời theo ống khí thải, còn bụi lắng đƣợc thải ra ao lắng để thu hồi lại
cho sản xuất.
16 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Từ bunhe quặng đƣa qua cung cấp đĩa , qua ống dẫn và máy nghiền bi (7)
rồi đi qua bộ phận phân li cơ học (17) nhờ quạt hút (21). Những hạt quặng
có kích thƣớc nhỏ hơn 0,16mm vào xyclon (18) có đƣờng kín 1,6 (m), còn
những hạt 0,16 mm thì quay lại máy nghiền nhờ ống hồi lƣu ở cuối. Khí
và bụi mịn đi qua cụm xyclon tô hợp (20), tại đây bột tiếp tục đƣợc lắng lại
hầu hết. Lƣợng quặng lắng ở xyclon đơn và xyclon tổ hợp nhờ vít gạt bột
đƣa xuống băng tải (19) và đƣa sang bộ phận điều chế. Khí sau khi qua
quạt đƣợc hồi lƣu lại 1/3 lƣợng khí bổ xung cho máy nghiền. Còn 2/3
lƣợng khí đi qua thiết bị lọc ƣớt, qua tháp tách giọt và phóng không ra
ngoài.
Băng tải (19) đƣa quặng có độ ẩm 1,5 2,5% và d 0,16mm lên
bunhe và đi vào thùng trộn (). Axít 76% từ thùng chứa đƣợc đƣa lên thùng
cao vị(23) nhờ bơm còn nƣớc đƣợc đƣa lên thùng cao vị (24). Axít 76% và
nƣớc đƣợc pha loãng hạ nồng độ axít xuống còn 68% và đi vào thùng trộn
(25). Trong thùng trộn xảy ra phản ứng.
Ca5F(PO4)3 + 5 H2SO4 + H2O = 5 CaSO4. H2O = 5 CaSO4.
H2O + HF + 3 H3PO4 (1).
Apatít và axít đƣợc trộn đều với nhau nhờ 4 cách khuấy thời gian lƣu
là 3 5 phút và đƣợc đƣa vào phòng hóa thành (27) . Tại đây phản ứng (1)
diễn ra trong vòng 20 phút cho tới khi hết axít H2SO4 thì xảy ra phản ứng :
Ca5F(PO4)3 + 7 H3PO4 + 5 H2O = Ca(H2PO4)2 + H2O +
HF(2).
Trong phòng hóa thành (27) khối supe nhanh chóng đƣợc kết tinh và
đƣa ra ngoài nhờ hệ thống cắt quay ngƣợc chiều với phòng hóa thành.
Supe tƣơi rơi xuống băng tải (45) qua hệ thống đánh tung (46) và vào kho ủ
(47). Tại đây supe đƣợc ủ trong 21 ngày đêm và đảo trộn định kỳ 3 lần nhờ
cầu trục và đƣợc trung hòa bằng bột apatít để giảm P2O5 tự do trong supe
17 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
xuống còn 4%. Khí sinh ra trong phòng hóa thành sẽ phản ứng với SO2
có trong quặng tạo ra SiF4.
4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O.
SiF4 đƣợc đi qua 2 tháp hấp thụ (29) nhờ quạt hút (34) rồi qua tháp
hấp thụ rỗng (30) để hấp thụ triệt để lƣợng khí Flo còn lại trƣớc khi phóng
không lên trời.
Phản ứng hấp phụ:
3SiF4 + 2H2O = 2H2SiF6 + SiO2.
Axít H2SiF6 từ tháp có nồng độ 8 12% đƣợc bơm sang thùng chứa
(35) và bơm lên cao vị (32). Nƣớc muối từ thùng (41) đƣợc bơm lên thùng
cao vị (37) và muối + axít đi vào thùng phản ứng (36). Tại đó có phản ứng:
Na2SiF6 + 2NaCl = Na2SiF6 + 2HCl.
Na2SiF6 sinh ra ở dạng huyền phù, sau đó dung dịch đƣợc đƣa xuống
máy li tâm đứng (38). ở đây Na2SiF6 đƣợc tách ra và đi xuống băng tải (39)
vào bunhe và đƣa vào ống sấy qua vít xoắn , ống sấy đƣợc cung cấp khí
nóng nhờ lò đốt (43), sử dụng dầu FO, nhiệt độ lò là 1300c, trƣớc khi vào
ống sấy thì nó đƣợc trộn với 1 luồng không khí để giảm nhiệt độ xuống còn
200 250c. Các hạt Na2SiF6 sau khi sấy đi vào xyclon chùm, lắng xuống
đáy và đem đóng bao. Còn khí sấy ra khỏi xyclon có nhiệt độ từ 110
1200c thì đem xử lý và phóng không.
Nhƣ vậy kết thúc toàn bộ dây chuyền thì thu đƣợc sản phẩm chính là supe
lân và sản phẩm phụ là thuốc trừ sâu Na2SiF6.
IV. CHỌN THIẾT BỊ ĐỂ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ:
Ta thấy đƣợc trong quá trình sản xuất supe phốt phát thì độ ẩm của
quặng Apatít là khá quan trọng. Do vậy ta chọn thiết bị để tính toán và thiết
kế là hệ thống máy sấy thùng quay.
18 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
PHẦN II:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
CÓ TRONG DÂY TRUYỀN
CHƢƠNG I: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
I.Tính cân bằng vật liệu máy sấy.
I.1. Phƣơng trình cân bằng vật liệu.
[V-187] G1+ G2= W (kg/s)
Trong đó:
G1: Khối lƣợng vật liệu đi vào máy (kg/s)
G2: Khối lƣợng vật liệu ra khỏi máy (kg/s)
W: Lƣợng ẩm tách ra khỏi vật liệu (kg/s)
Theo lƣợng vật liệu khô tuyệt đối:
. (kg/s) [V-187] GK= G1. = G2.
(kg/s) G1= G2.
(kg/s) G2= G1.
Trong đó:
W1, W2: Độ ẩm ban đầu, ban cuối của vật liệu (%)
Ta có: G1= 10000 (kg/h) = 2,78(kg/s)
W1= 14% khối lƣợng chung
19 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
W2= 1,5% khối lƣợng chung.
= 2,78 . = 2,43 (kg/s) =8748(kg/h) G2= G1.
W= G1- G2= 10000 - 8748 = 1252 (kg/h)
II. Các kích thước cơ bản của thùng quay:
Theo A = (kg ẩm /m3h). [II – 207]
V = (m3)
V: Thể tích thùng (m3)
A: Cƣờng độ bốc hơi ẩm. A phụ thuộc rất nhiều yếu tố (độ ẩm, nhiệt
độ vật liệu sấy, thiết bị sấy...). Đối với máy sấy thùng quay, sấy apatít ta chọn A = 50 (hg ẩm/m3h)
V = A = = = 25,04(m3)
Quan hệ giữa chiều dài là đƣờng kính thùng:
= 3,5...7. chọn = 4 ta có:
V= ( .D2). L = .D3= 25,04
D 2 (m)
L = 8 (m)
Vậy thùng sấy có chiều dài L = 8(m) và đƣờng kính D = 2(m).
III. Tính thời gian sấy:
[VI –1] Vt =
=
(phút)
: thời gian sấy Vt: thể tích thùng (m3) x: khối lƣợng riêng xốp của vật liệu(kg/m3)
20 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Đối với apatít ta tra đƣợc x = 1850(kg/m3)
: Hệ số điền đầy, chọn =20%
= = 55,59 (phút).
IV. Tính số vòng quay thùng.
n = (vòng/ phút).
n: Số vòng quay (vòng/phút)
L: Chiều dài thùng (m)
D: Đƣờng kính thùng (m)
: Góc nghiêng thùng , chọn =1o
: Thời gian sấy(phút)
m, K: Hệ số phụ thuộc cấu tạo cánh và chiều chuyển động của
khói. Với sấy xuôi chiều và chọn cánh dạng vạt áo thì ta tra đƣợc:
m= 0,7; K= 0,75 (III-122)
n= = 2,16 (vòng/phút).
V. Tính công suất cần thiết: N= 0,0013. D3.L. .a.n (kw) (VI-122)
a: Hệ số phụ thuộc dạng cánh. Với loại cánh vạt áo thì a= 0,038.
(vòng/phút)
n: Số vòng quay của thùng N= 0,0013.(2)3.8.1850.0,038.2,16 = 12,63(kw).
Vật liệu vào Chƣơng II: QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT.
Lò đốt Io, do, Go, to Trộn
21 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Nhiên liệu K2 thƣờng Vật liệu ra
I. Tính toán quá trình cháy:
Thành phần nhiên liệu là than có thành phần :
C= 0,367; H= 0,027; S= 0,032; N= 0,007
O = 0,111; Tr = 0,206; A= 0,25.
Nhiệt trị cao của nhiên liệu :
[I-53] QC = 33858.C + 125400.H – 10868(O - C)
= 33858.0,367 + 125400.0,027 – 10868(0,111 – 0,032)
= 14953 (kJ/kg nl).
Lƣợng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu :
[I-55] lo = 11,6.C + 34,8.H +4,3(S - O)
= 11,6.0,367 + 34,8.0,027 – 4,3(0,032 – 0,111)
= 4,857 (kg kk/kg nl).
II. Xác định các thông số cơ bản của tác nhân sấy :
Theo thống kê khí hậu Việt Nam ta có :
Điểm A : Không khí trƣớc khi vào buồng đốt
tO = 250C
GO = 85%
Từ đó tra trên đồ thị I – d ta tìm đƣợc : dO = 0,017 kg ẩm/ kg kk.
IO = 68,383 kJ/kg kk.
Điểm K : Tác nhân sấy sau khi ra khỏi buồng đốt.
Khối lƣợng nƣớc chứa trong khói lò sau buồng đốt :
(kg) [I – 58] GA’ = (9.H + A) + bđ.lO.dO
: Hệ số không khí thừa của buồng đốt. bđ =
l : Lƣợng không khí khô thực tế để đốt cháy 1 kg nhiên liệu.
l0 : Lƣợng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu.
22 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Trong các lò đốt cháy của hệ thống ta có : bđ = 1,2 1,3. Chọn bđ =
1,2.
GA’ = (9.0,027 + 0,25) + 1,2.4,857.0,017
= 0,592 (kg).
Khối lƣợng khói khô sau buồng đốt lK’ :
[I – 59] lK’ = bđ.l0 + {1 – [Tr - (9.H + A)}
= 1,2.4,857 + {1 – [(0,206 – (9.0,027 + 0,25)}
= 6,129 (kg kk/ nl).
Lƣợng chứa ẩm d’ của khói sau buồng đốt :
d’ = = [kg ẩm /kg kk]. [I – 59]
d’ = = 0,096 (kg ẩm/kg kk).
Entanpi của khói sau buồng đốt :
I’ = [kJ/kg K]. [I – 59]
: Hiệu suất buồng đốt. Chọn bđ = 0,8.
Cnl : Nhiệt dung riêng nhiên liệu. Đối với than ta có Cnl = 0,12 kJ/kg.K. tnl : Nhiệt độ nhiên liệu. Tnl = 250C.
I’ =
= 2017,3 (kJ/kg K).
Nhiệt độ của khói sau buồng đốt :
(0C). [I – 60] t’ =
= 1505 (0C).
Hằng số khí của khói khô RK’ :
RK’ =
23 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
GCO2 = 3,67.C = 3,67.0,367 = 1,347 kg/kg nl.
GSO2 = 2.S = 2.0,032 = 0,064 kg/kg nl.
GO2 = 0,23.(bđ - 1).l0 = 0,23.(1,2 – 1).4,857 = 0,022 kg/kg nl.
GN2 = 0,77. bđ.l0 = 0,77.1,2.4,857 = 4,49 kg/kg nl.
RK’ =
= 262 J/kg K.
Xem khói là chất khí lý tƣởng, ta có khối lƣợng phân tử khói :
= = 31,73. Hệ số khí của khói R.
Cũng nhƣ không khí ẩm ta xem khói là hỗn hợp khí lý tƣởng giữa khói
khô và hơi nƣớc. Theo định nghĩa lƣợng chứa ẩm, ta có khối lƣợng của
khói tƣơng ứng với d’ bằng :
G = 1 + d’ = 1 + 0,096 = 1,096 (kg).
Do đó thành phần khối lƣợng của khói khô và của hơi nƣớc tƣơng ứng là
:
= 0,088. gK’ = = 0,912; gH’ =
Vậy ta có : R = 0,912.260,925 + 0,088.461,889 = 278,61 279 J/kg K.
Khi đó khối lƣợng phân tử :
= = 29,799 29,8.
Nhƣ vậy, khói lò sau buồng đốt đƣợc tính nhƣ khí lý tƣởng với R = 279
J/kg K và khối lƣợng phân tử = 29,8.
Do t’ = 15050C là rất lớn nên ta có thể coi khói lò sau buồng đốt nhƣ là
không khí khô.
Điểm B : Tác nhân sấy rất lớn sau khi ra khỏi buồng hòa trộn.
Entanpi của hơi nƣớc ở nhiệt độ t :
i = 2500 + 1,842.t [kJ/kg] [I – 60]
24 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Với t : Nhiệt độ tác nhân sấy trƣớc khi vào buồng sấy : t = 3500C.
ia = 2500 + 1,842.350 = 3144,7 [kJ/kg]. Entanpi của không khí ngoài trời t = 250C.
ia0 = 2500 + 1,842.25 = 2546,05 [kJ/kg].
Hệ số không khí thừa cho cả buồng đốt và buồng hòa trộn :
=
Gpk : Nhiệt dung riêng khói khô. Gpk = 1,004 kJ/kg K.
Lƣợng khói khô sau buồng hòa trộn :
[I - 59] lK = (.l0 +1) – [Tr + (9.H + A)]
= (6,28.4,857 + 1) – [0,206 + (9.0,027 + 0,25)]
= 30,8 [kg kk/kg nl].
Lƣợng chứa ẩm dH của khói lò sau buồng hòa trộn :
[I - 59] d1 =
=
= 0,033 [kg ẩm/kg kk].
Entanpi I1 của khói lò sau buồng trộn .
[I - 60] I1 =
=
= 456,2 (kJ/kg KKK).
Áp suất bão hòa tƣơng ứng với t = 3500C.
} [bar] Pb1 = exp {12 -
25 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
= exp {12 - }
= 168 (bar).
Độ ẩm tƣơng đối của khói lò sau buồng hòa trộn :
= [I - 34]
B : áp suất khí trời.
G1 = = 2,98.10-2%.
Điểm C : Tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết
Do quá trình sấy là lý thuyết nên ta có:
I2 = I1 = 456,2 (kJ/kg KK)
Lƣợng ẩm d20 của khói sau quá trình sấy lý thuyết:
(kg ẩm/kg KK) [I - 29] d2 =
t2 : Nhiệt độ vật liệu ra t2 = 1200C.
= 0,123 (kg ẩm/kg KK) d2 =
Phần áp suất bão hòa Pb2 của khói sau quá trình sấy lý thuyết :
} [bar] Pbh2 = exp {12 -
= exp {12 - }
= 1,96 (bar).
Độ ẩm tƣơng đối của khói lò sau quá trình sấy lý thuyết:
= = =8,37%.
Lƣợng ẩm mà vật liệu sấy đã thải vào khói sau quá trình sấy lý thuyết.
GBC = d2- d1= 0,123- 0,033 = 0,09 kg ẩm/kgKK
Vậy ta có các thông số của quá trình sấy lý thuyết:
26 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
+ Điểm A: t0= 250c d0= 0,017 kg ẩm/kgKKK
I0= 68,383 kJ/kgKKK
G0= 85% + Điểm B: t1= 3500c d1= 0,033 kg ẩm/kgKK
G1= 2,98.10-2% I1= 456,2kJ/kgKK
+ Điểm C: t2= 1200c d2= 0,123 kg ẩm/kgKK
= 8,37% I2= I1= 456,2 kJ/kgKKK
Nhiệt độ vật liệu trƣớc khi vào máy sấy: tvl1= 250C
Nhiệt độ vật liệu ra khỏi máy sấy:
Từ d2= 0,09 kg ẩm ta tra đƣợc tvl2= 520C
III. Cân bằng nhiệt của quá trình sấy:
1. Lƣợng tác nhân sấy lý thuyết tiêu tốn:
(kg kk/kg KK) [I-218] l0=
l0 : lƣợng khói cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm
= 11,11 (kg kk/kg ẩm) l0=
Lƣợng khói cần thiết đi qua máy sấy:
l0= W.l0= 1252.11,11= 13909,72 (kg kk/h)
2. Lƣu lƣợng thể tích trung bình.
Sử dụng phƣơng pháp nội suy [I-phụ lục 5]
ta có :
Thể tích khói ẩm chứa 1 kg khói khô sau quá trình sấy lý thuyết ở nhiệt độ t= 3500c . vB = 1,8m3/kg kk
Thể tích khói ẩm chứa 1kg khói khô sau quá trình sấy lý thuyết ở nhiệt độ t = 1200c: vc = 1,235 m3/kg kk
Lƣợng của tác nhân sấy trƣớc quá trình sấy: VB = l0.vB = 13909,72.1,8 = 25037,496 (m3/h)
Lƣu lƣợng của tác nhân sấy sau quá trình sấy:
27 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Vc = l0.vc= 13909,72. 1,235 = 17178,5 (m3/h)
Lƣu lƣợng thể tích trung bình:
= 21108 (m3/h) Vtb0 =
=5,86 (m3/s). Hay Vtb0=
IV. Tính toán nhiệt thùng sấy:
1. Lƣợng nhiệt tiêu tốn lý thuyết (q0)
(kJ/kg ẩm) [I-159] q0 =
Thay số ta có:
= 3658,65(kJ/kg ẩm) q0 =
2. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: (qv):
Nhiệt dung riêng apatít ra khỏi thùng sấy:
[I-219] Cv2 = Cvk(1-w2) + Cn.w2 (kJ/kg K)
Cvk: nhiệt dung riêng vật liệu khô, tra [II-164] ta đƣợc Cvk= 0,92
(kgJ/kg)
Cn: Nhiệt dung riêng của nƣớc: Cn= 4,18 (kJ/kg)
Cv2= 0,92 (1- 0,015) + 4,18.0.015 = 0,9689 (kJ/kg)
Khi đó tổn thất nhiệt độ vật liệu sấy mang đi:
[I-219] Qv= G2.Cv2 = (t2- t0) = 8748.0,92(120-25) = 764575,2 kJ/h
= = 610,68 (kJ/kg ẩm) qv =
3. Tổn thất ra môi trƣờng:
a. Giả thiết tốc độ tác nhân sấy:
Cũng nhƣ trong hầm sấy, đối với máy sấy thùng quay ta phải giả thiết tốc
độ tác nhân sấy trong thùng. Sau khi tính xong lƣợng tác nhân sấy thực thì
phải kiểm tra lại giả thiết này. Cơ sở để giả thiết tốc độ tác nhân sấy là tốc
28 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
độ lý thuyết (w0). w0 chính là tỷ số giữa lƣu lƣợng thể tích trung bình và
tiết diện tự do của thùng sấy.
Tiết diện tự do. Với = 20% ta có:
[I-219] Ftd = (1- ). Ftd (m2)
= (1- 0,2). = 0,8 = 2,51(m2) Vậy Ftd= (1- 0,2).
Tốc độ lý thuyết:
= = 2,98 (m/s). w0 =
Vì tốc độ tác nhân sấy thực phải lớn hơn w0 nên ta chọn w =3,5(m/s),
b.Các dữ liệu cần thiết:
Chấp nhận nhiệt độ lƣu thể nóng.
= = 235 (0C) tf1=
Nhiệt độ lƣu thể lạnh: Lấy tf2 = tmt = 250C.
Tính lớp bảo ôn
Chọn vật liệu bảo ôn là amiăng có = 0,11 (w/độ .m).
Bài toán trở thành bài toán truyền nhiệt nhƣ sau:
Ta chọn vật liệu làm thân thùng sấy là thép 12MX có chiều dày S =
0,005Dt
S = 0,005.Dt = 0,005.2 = 0,01 (m) = 10(mm).
Thép 12MX có
= 50,2 (N/m.độ) = 7,82.103(kg/m3)
Thùng sấy có: = = 1,01< 2 nên ta chấp nhận trao đổi nhiệt
đối lƣu giữa tác nhân sấy và môi trƣờng qua vách phẳng.
29 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
+ Phía trong thùng sấy trao đổi nhiệt đối lƣu cƣỡng bức với tốc độ tác nhân
sấy giả thiết: w = 3,5 (m/s). Khi đó hệ số trao đổi nhiệt đối lƣu cƣỡng bức
giữa tác nhân sấy và bề mặt trong thùng là :
1 = 6,15 + 4,17.w (w/m2 kk)
[I-219]
1 = 6,15 + 4,17.3,5 = 20,745 (w/m2K)
Thay số ta có:
1 (tf1-tw1)
[w/m2] Do đó: q1 =
1 = 10 mm,
1 = 50,2 (N/m. độ):
1 = 78,2.103 (kg/m3);
+ từ a b: Dẫn nhiệt qua thân tháp có chiều dày:
(w/m2) q’1 = ’1 (tw1- tw1’)
+ từ b c: truyền nhiệt qua lớp amiăng nên:
qa= (tw’1 – tw’2) (w/m2)
+ từ c d: truyền nhiệt qua lớp CT3 có:
CT3 = 46,5 (N/m độ)
Chọn: CT3 = 7,8.103 (kg/m3) CT3 = 2mm
q’2 = (tw2’ – tw1’) (w/m2)
+ từ d e: Trao đổi nhiệt đối lƣu chảy rối nên:
30 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
2 = 1,715. (tw2- tf2)0,333 (m2/K)
[I-220]
2(tw2- tf2) (w/m2)
q2 =
Nhƣ vậy nhiệt độ dòng điện phải thỏa mãn:
q1 = q’1 = qa = q’2 = q2 . Đồng thời phải thỏa mãn phƣơng trình truyền
nhiệt:
[I-220] q = K (tf1 – tf2)
với K: hệ số truyền nhiệt.
K= (w/m2độ) [III-3]
Do tw1, tw2 đều chƣa biết nên ta cần giả thiết: * Giả thiết tw2 = 1000c 2 = 1,715 (tw2 – tf2)0,333
= 1,715 (100 – 25)0,333 = 7,23 (w/m2 độ)
q2 = 2. (tw2- tf2)
= 7,23.(100 – 25) = 542,25 (w/m2 độ)
Do q1 = q2 và q1 = 1 (tf1 – tw1) nên:
tw1 = tf1 – = tf1-
= 208,860C. tw1 = 235 -
từ a b: q’1 = (tw1- tw1’)
tw1’ = tw1 – q’1.
Do q1 = q2 = q’1 nên ta có:
= 208,750c tw1’ =208,86 – 542,25.
31 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
từ c d:
q’2 = .(tw2’ – tw2)
tw2’ = q’2. + tw2
Với q’2 = q2 ta có:
+ 1000C = 100,020C. tw2’ = 542,25.
từ b c :
qa = .(tw1’ – tw2’)
a =
=
Thay số :
a =
= 0,22 (m) = 2,2 (cm).
Vậy ta chấp nhận a = 2,2 cm.
*Tính K:
K =
= = 2,58
*tính q: q = K(tf1 – tf2) = 2,58(235 – 25) =541,8(w/m2)
Kiểm tra: = = 0,08%. Vậy chấp nhận tw2 = 1000c
Do ta chấp nhận q1= q2= q nên ta lấy:
32 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
= = 542,025 (w/m2) qtb =
*Diện tích bao quanh thùng sấy:
tb(m2)
[I - 220] .D2 F= . Dtb. l +2.
= 3,148.( )
= 56,83 (m2)
*Tổn thất ra môi trƣờng:
(kJ/h) [I - 220] Qmt = 3,6 .q.F
= 3,6 . 542,025 . 56,83
= 110891,81 (kJ/h)
(kJ/kg ẩm). qmt =
*Tổng tổn thất nhiệt:
qm = qv + qmt = 610,68 + 88,57 = 699,25 (kJ/kg ẩm).
CHƢƠNG III: QUÁ TRÌNH SẤY THỰC TẾ.
*Tính giá trị :
= Ca.to - qm
= 4,186.25 – 599,25 = 594,6 (kJ/kg ẩm).
I. Các nhân tố của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực:
1.Xác định lƣợng chứa hơi d2:
Để tính toán đƣợc d2 trƣớc hết ta tính nhiệt dung riêng dẫn xuất của tác
nhân sấy trƣớc quá trình sấy C(d1). Ta có:
(kJ/kgKkk) [I - 221] C(d1) = CpK + Cpa.d1
Cpa: nhiệt dung riêng hơi nƣớc: Cpa = 1,842(kJ/kgK)
CpK: nhiệt dung riêng khói khô: CpK = 1,004 (kJ/kgK).
C(d1) = 1,004 + 1,842 . 0,033 = 1,065(kJ/kgKkk)
33 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
(kg ẩm/kg kk) [I - 221] Vậy: d2 = d1+
= 0,033 +
Mặt khác: i2 = 2500 + 1,842.t2
= 2500 + 1,842.120
= 2721,04 (kJ/kg ẩm)
d2 = 0,033 +
= 0,107(kg ẩm/kg kk).
2. Xác định Entappi I2:
[I - 221] I2 = CpK.t2 + d2.i2 (kJ/kg kk)
= 1,004.120 + 0,107.2721,04
= 411,63 (kJ/kg kk).
3. Xác đinh độ ẩm tƣơng đối q2:
= G2 =
Vậy G2 = 7,4%.
II. Lƣợng tác nhân sấy thực tế:
(kg kk/kg ẩm) l =
Từ đó ta có:
l = l.w = 13,51.1252 = 16914,52 (kg kk/h).
= 4,7 (kg kk/s).
Lƣu lƣợng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực:
= 0,0184% là vB = 1,8
Lƣu lƣợng thể tích ở trƣớc quá trình sấy VB. Phần trƣớc chúng ta đã có thể tích của 1 kg khói khô ở trạng thái t1 = 3500c và m3/kg. Do đó: VB = vb.l = 4,7.1,8 = 8,46 (m3/s)
34 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Lƣu lƣợng tác nhân sấy sau quá trình sấy thực với t2= 1200C và độ ẩm
tƣơng đối (I-350)
Ta có vc= 1,221 (m3/s) VC = vc.l = 4,7.1,221 = 5,74 (m3/s)
Lƣu lƣợng thể tích trung bình trong quá trình sấy thực:
(m3/s) = 25560 (m3/h). Vtb =
Kiểm tra tốc độ tác nhân sấy:
w = (m/s).
Do w tính đƣợc khá chênh lệch với w giả thiết. Nên ta cần chọn lại w.
Chọn w = 3(m/s) ta quay lại tính lớp bảo ôn ta đƣợc :
K = 2,55 = 7,4%
q = 535,5(w/m2) w = 2,83(m/s)
d2 = 0,107 (kg ẩm/kg kk)
Vận tốc tính đƣợc là 2,83 rất gần với w = 3 (m/s). Vậy ta chấp nhận w =
3(m/s) là hợp lý.
III. Tính toán lƣợng sấy thực :
1. Lƣợng nhiệt tiêu hao :
(kJ/kg ẩm) [I - 222] q = l.(I1-I0)
= 13,51.(411,63-68,383)
= 4637,267 (kJ/kg ẩm).
2. Lƣợng nhiệt có ích :
(kJ/kg ẩm) [I - 222] q1 = i2 - Ca.tvl1
= 2721,04 – 4,186.25
= 2616,4 (kJ/kg ẩm).
3. Tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi :
(kJ/kg ẩm) [I - q2 = l.C(d0).(t2 - t0)
222]
35 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
= 13,51.(411,63-68,383)
(kJ/kg kk) Mà C (d0) = Cpk + Cpa.d0
= 1,004 + 1,842.0,017 = 1,035 (kJ/kg kk)
(kJ/kg ẩm) q2= 1,035.13,51.(120 - 25)
= 1328,37 (kJ/kg ẩm).
4. Tổng hợp lƣợng nhiệt tổn thất và có ích :
(kJ/kg ẩm) q’ = q1 + q2 + (qV + qmt)
= 2616,4 + 1328,37 + 699,25
= 4644,02 (kJ/kg ẩm).
Về nguyên tắc thì lƣợng nhiệt tiêu hao giải phóng bằng lƣợng nhiệt có ích
và lƣợng nhiệt tổn thất (q=q’). Tuy nhiên ta mắc sai số tính toán nên q q’.
Sai số tƣơng đối :
= = = 0,14%.
Sai số này là hoàn toàn chấp nhận đƣợc.
36 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
KÝ
STT
ĐẠI LƢỢNG
KJ/KG ẨM
%
HIỆU
2616.4
54.68
Bảng cân bằng nhiệt :
1328.37
28.64
1 Nhiệt lƣợng có ích q1
610.68
13.16
2 Tổn thất do TNS q2
88.57
3.66
3 Tổn thất do VLS qv
4644.02
100.14
4 Tổn thất ra MT qmt
q’ 5 Tổng lƣợng nhiệt có ích và tổn
6.753
0.14
thất
4637.267
100
6 Sai số tính toán q
7 Tổng nhiệt lƣợng tiêu hao q
Qua số liệu trong bảng ta thấy tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi và tổn
thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi là đáng kể. Tổn thất nhiệt do môi trƣờng
là bé có thể bỏ qua. Vì vậy, chọn nhiệt độ tác nhân sấy t2 ra khỏi máy sấy
thùng quay là rất quan trọng.
IV. Tính nhiên liệu tiêu hao.
Lƣợng nhiên liệu tiêu hao để bốc hơi 1kg ẩm :
b = (kg nl/kg ẩm) [I - 223]
= = 0,387 (kg nl/kg ẩm).
Lƣợng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ :
B = b.W (kg nl/h) [I - 223]
= 0,387.1252 = 484,524 (kg nl/h).
37 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
I. Tính và chọn lọc hệ thống xyclon :
1. Xyclon đơn :
Do khí thải cuốn theo bụi cho nên cần phải có xyclon lọc bụi trƣớc khi thải
ra không khí.
a. Tính đƣờng kính xyclon :
- Bán kính ống dẫn khí ra khỏi xyclon :
(m) [I - 519] r1 =
Trong đó:
V : Lƣợng khí đi vào xyclon. Chấp nhận V = Vtb.
V = 25560 (m3/h).
r : Tốc độ dòng khí đi ra khỏi xyclon. Chọn r = 5 (m/s).
= 0,672 (m). r1 =
- Kích thƣớc ống vào xyclon :
Ống đặt tiếp tuyến với thành thiết bị và có mặt cắt dạng hình
chữ nhật, chiều cao h, chiều rộng b và k = = 2 4. Chọn k =2.
b = (m) [I - 519]
v : Tốc độ dòng khí vào khỏi xyclon. Chọn v = 20
(m/s).
b = = 0,421 (m).
- Bán kính phần hình trụ của xyclon :
r2 = r1 + 1 + a
1 : Bề dày ống dẫn khí ra khỏi xyclon. Chọn 1 = 4 (mm).
38 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
a : Khoảng cách theo đƣờng kính từ ống trung tâm ra thành thiết
bị(m)
Thƣờng a = 0,1 0,5 (m) và a b. Ta chọn a = 0,5 (m).
Vậy r2 = 0,672 + 0,004 + 0,5 = 1,176 (m).
Đƣờng kính của xyclon là :
(m). D = 2.r2 = 2.1,176 = 2,352
Quy chuẩn : D = 2,4 (m).
Chiều dài ống trung tâm cắm vào xyclon :
= = 0,53 (m). h1 =
Từ các thông số vừa tính trên và lƣợng khí vào xyclon là : V = 25560(m3/h) mà ta chọn theo [I - 321] loại xyclon có kích thƣớc
nhƣ sau :
V = 5750 25560 (m3/h)
D = 1,6 (m).
a = 0,4 (m).
b = 0,8 (m).
d = 0,32 (m).
h1 = 0,54 (m).
h2 = 0,733 (m).
h3 = 1,23 (m).
D1 = 0,8 (m).
D - a = 1,2 (m).
Trở lực xyclon :
p = . (N/m2) [I - 522]
: Hệ số trở lực . Chọn = 60.
2,5 (m/s). wq : Tốc độ quy ƣớc của khí. Thƣờng wq = 2,2
(m/s). Chọn wq = 2,5
39 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
[I - 351] K : Khối lƣợng riêng của khí (kg/m3). Tại tK = 1200C thì K = 0,898 (kg/m3)
= 168,375 (N/m2) p1 = 60.
= 17,16 (mm H20).
2. Xyclon tổ hợp:
Bao gồm nhiều xyclon thành phần ghép lại thành bộ, trong vỏ riêng biệt
có các bun ke chứa bụi.
Số xyclon thành phần trong tổ hợp đƣợc tính theo:
n = 0,287 [II- 528].
dtp: Đƣờng kính xyclon thành phần. Để tách đƣợc bụi có đƣờng kính
4 5 m
ta chọn d = 0,75 (m).
p: trở lực. Đối với lƣu lƣợng khí V= 25560(m3/h). Ta chọn 840 (N/m2) nên chọn p = 650 (N/m2). p = 590
: Hệ số trở lực. Đối với xyclon định hƣớng kiểu xoắn ốc ta lấy = 85
: Khối lƣợng riêng của khí (kg/m3).
n = 0,287. = 3,88
Vậy ta chọn dạng tổ hợp hình vuông loại - C – 4 – 2 với số xyclon thành
phần là 2 xyclon.
Chiều dài tổ hợp:
[II- 528]. l = dtp. n1 + (0,03 0,05)(n1 + 1) (m)
n1: Số xyclon thành phần bố trí theo chiều dài lấy l = 0,75 . 2 + 0,04 . (4 +
1) = 1,7 (m)
+. Chiều rộng tổ hợp:
(m) [II- 528]. B = dtp. n2 + 0,04 (n2 + l)
40 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
do n1 = n2 = 2 nên B = l = 1,7 (m).
+. Tốc độ khí quy ƣớc:
q =
(m/s) [II- 529].
(m2). Với Ftd =
q =
Vậy = 4 (m/s).
trở lực:
= . (N/m2). p2 =
= 62,31(mm H20).
II. Tính toán lò đốt:
1. Tính diện tích bề mặt ghi lò:
F = (m2).
B: lƣợng than cần đốt trong 1giờ: B = 484,524(kg/h).
R: cƣờng độ cháy của ghi lò (kg/m2k).Với than R = 120 (kg/m2k).
F = (m2).
2. Xác định thể tích buồng đốt:
V= (m3) [IV-106]
V: Thể tích buồng đốt (m3)
B: Cƣờng độ than cần đốt trong 1 giờ (kg/h)
d: Nhiệt trở thấp của than (kJ/kg)
Qt
q: Mật độ thể tích buồng đốt (w/m3)
[IV-106]
Với than q = 348.10-3 (w/m2) Qtd = Qc- 2500. (9H + A) (kJ/kg).
41 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
= 14953 – 2500. (9.0,027 + 0,25).
= 13720,5 (kJ/kg).
V = (m3).
3. Chọn chiều cao buồng đốt:
H = (m).
V: Thể tích buồng đốt (m3).
F: Diện tích bề mặt ghi (m2).
H = (m).
4.Chiều dài và chiều ngang buồng đốt:
F = 4(m2) ta chọn đƣợc chiều dài buồng đốt: l = 4(m).
Chiều ngang buồng đốt: d = (m).
III. Chọn thiết bị lọc ướt:
Với Vtb = 25560 ta chọn thiết bị rửa khí có:
Đƣờng kính D = 1450 (mm).
Chiều cao l = 1750 (mm).
Cửa khí vào: dcv = 700 (mm).
Trở lực qua thiết bị tính theo tốc độ cực đại cửa khí (vmax = 4m/s).
p =
(N/m2). [I – 323]
t1: Nhiệt độ vào thiết bị của khói. t1 = 1200c.
k: Khối lƣợng khói ở điều kiện tiêu chuẩn.
k = 29,8.
: Hệ số trở kháng, chọn = 35,5.
42 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
pƣ=
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
(N/m2) = 15,3(mm H2O).
43 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
IV. Tính toán chọn quạt.
1. Lò đốt; 2. Máy sấy thùng quay; 3. Xyclon nhóm 4; 4. Quạt ly tâm
1;
4. Quạt ly tâm 2; 6. Thiết bị rửa khí.
1.Tính và chọn quạt 1:
a.Trở lực trong máy sấy thùng quay.
Trong hệ thống sấy thùng quay thì tác nhân sấy không những đi qua lớp hạt
nằm trên cánh và trên mặt thùng sấy mà còn đi qua dòng hạt rơi từ đỉnh
thùng và các cánh từ trên xuống.
=
L: Chiều dài thùng sấy (m).
: Tốc độ tác nhân sấy (m/s). : Khối lƣợng riêng của tác nhân sấy (kg/m3).
g: Gia tốc trọng trƣờng (N/s2).
d: Đƣờng kính trung bình của hạt (m).d = 16(mm).
C1: Hệ số đặc trƣng cho độ chặt của lớp hạt.
a: Hệ số thủy động.
+. Xác định a:
[I - 213].
Với: .
44 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
(m2/s). [I - 350]. Tại ttb = 2350C ta có:
.
Ta có:
+. Xác định C1:
[I - 213].
[I - 213]. Mặt khác:
: Khối lƣợng riêng của hạt (kg/m3). = 3190 (kg/m3).
: Khối lƣợng riêng dẫn xuất của khối hạt đƣợc tính theo.
(kg/m3) [I - 213].
= 24,96 (kg/m3).
Vậy:
Tại 2350c có (kg/m3). [I - 350].
= 11,7 (mm H2O).
b. Trở lực trong đƣờng ống:
Đƣờng kính ống hút:
45 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
(m) [II - 369].
V: Lƣu lƣợng khí, V= 25560 (m3/h).
: Tốc độ trung bình (m/s).
Để hạt không lắng bám trên đƣờng ống = 20 25 (m/s). Với vận tốc khí
vào xyclon là 20 m/s ta có:
(m).
Chọn d = 700 (mm).
Để đảm bảo lƣu lƣợng và vân tốc ta chọn toàn bộ đƣờng ống trong hệ
thống đều có đƣờng kính là d = 700 (mm).
Tổn thất áp xuất:
P = Pđ + Pm + Pc + PH + Pt + Pk (N/m2) [II - 376]. Pđ: áp suất động lực học(N/m2)
Pm: áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống
thẳng(N/m2)
Pc: áp sất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ(N/m2) PH: áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao(N/m2)
Pt: áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị
Pk: áp suất lỏng ở cuối ống dẫn trong những trƣờng hợp cần thiết.
+ Tính Pđ:
) (N/m2) [II - 376] Pđ = (
Khối lƣợng riêng của khí, bụi (kg/m3).
p = pkg + pd.
pkg: Áp xuất khí quyển. p = 700 mm Hg.
pd: Với lƣu lƣợng lớn pd = 6 mm Hg.
46 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
pđ =
(kg/m3).
= 166 (N/m2).
= 16,92(mm H2O).
+ Tính Pm:
Pm =
: Hệ số ma sát.
l : Chiều dài ống dẫn
ltd : Đƣờng kính tƣơng đƣơng.
+ Tính Re :
[II - 377] Re =
: Vận tốc khí. = 20(m/s).
dtđ: Đƣờng kính tƣơng đƣơng (m). dtđ = 0,7(m). : Khối lƣợng riêng của khí (kg/m3). = 0,83 (kg/m3).
: Độ nhớt động học. = 2122.10-8 (Ns/m2). [II - 428]
= 5427596,6. Re =
Từ Re = 547596,6 ta có : = 0,013 [II - 378]
Mặt khác, chiều dài ống dẫn :
l = l1 + l2 = 4 + 2 = 6 (m).
Pm=
= 18,5 (N/m2).
= 1,9 (mm H2O).
+ Tính PH:
Áp suất cần thiết để khắc phục áp suất thủy tĩnh đƣợc tính theo :
47 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
(N/m2) PH = .g.H
(N/m2). = .g.l1
Thay số : PH = 0,83.9,81.4 = 32,57 (N/m2)
= 3,32 (mm H2O).
+ Tính Pt:
Pt = P2 = 62,31 (mm H2O).
+ Tính PC:
= . . (N/m2). [II - 377] PC = .
: Hệ số trở lực cục bộ.
Đối với đoạn ống l1 :
= 0,014. = 0,08. 1 = 0,014.
Vì ống đặt thẳng lấy thêm 10% : 1 = 0,08 + 0,08.0,1 = 0,088.
= 14,608 (N/m2) PC1 = 0,088.
= 1,49 (mm H2O).
Đối với khuỷu 900 :
Ta có = 1,5 [II - 122]
= 249 (N/m2) PC2 = 1,5.
= 25,38 (mm H2O).
Đối với đoạn ống l2 :
= 0,014. = 0,04. 2 = 0,014.
= 6,64 (N/m2) PC3 = 0,04.
= 0,68 (mm H2O).
PC = PC1 + PC2 + PC3 = 0,68 + 25,38 + 1,49 = 27,55 (mm H2O).
Vậy trở lực cục bộ toàn hệ thống là: (coi trở lực qua buồng đốt 10% P3).
48 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
PI = PC + Pt + Pđ + PH + 0,1. P3 + Pm + PK
= 10,63 + 62,31 + 3,32 + 1,9 + 16,92 + 1,1.11,7 + 27,55
= 135,06 (mm H2O). ( Chọn áp suất bổ sung PK = 100 (N/m2) = 10,19 mm H2O ).
Dựa vào V = 25560 (m3/h).
PI = 118,14 (mm H2O)
ta chọn quạt.
b. Tính toán quạt ly tâm 2 :
Ta chọn đƣờng ống giống nhƣ vào xyclon. d = 0,7 (m).
+ Tính Pđ :
(N/m2). Pđ =
Pđ = = 166 (N/m2) = 16,92 (mm H2O)
+ Tính Pm :
. (N/m2) Pm = .
(m). l : Chiều dài đƣờng ống. l = l3 + l4 = 6 + 2 = 8
. = 24,66 (N/m2) Pm = 0,013.
= 2,51 (mm H2O).
+ Tính PH:
Áp suất cần thiết để khắc phục áp suất thủy tĩnh đƣợc tính theo :
(N/m2) PH = .g.H
(N/m2). = .g.l3
(m) Với l3 = 6
Ta có : = 48,85 (N/m2) PH = 0,83.9,81.6
= 4,98 (mm H2O).
+ Tính Pt:
Pt = Pu’ = 15,3 (mm H2O).
49 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
+ Tính PC:
= . . (N/m2). [II - 377] PC = .
: Hệ số trở lực cục bộ.
Đối với đoạn ống l3 :
= 0,014. = 0,12. 3 = 0,014.
Vì ống đặt thẳng lấy thêm 10% : 1 = 0,12 + 0,12.0,1 = 0,132. Đối với khuỷu 900 :
Ta có = 1,5 [II - 122]
Đối với đoạn ống l4 :
= 0,014. = 0,04. 4 = 0,014.
) = 277,552 (N/m2) = 28,29 (mm PC = (0,04 + 0,132 + 1,5).(
H2O). Chọn áp suất bổ sung PK = 100 (N/m2) = 10,19 mm H2O.
PII = PC + Pt + Pđ + PH + 0,1. P3 + Pm + PK
= 28,29 + 15,3 + 4,98 + 2,51 + 16,92 + 10,19
= 78,19 (mm H2O).
50 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
I. Kiểm tra tính bền của thùng
1. Khối lƣợng vật liệu nằm trong thùng
(kg) mvl =
G1: năng suất sấy theo vật liệu ƣớt. G1=10000(kg/h)
: thời gian sấy(phút)
(kg) mvl =
2. Khối lƣợng thùng:
(kg). mt =
: Chiều dài thùng (m); l = 8 (m).
Dt: Đƣờng kính trong của thùng (m).
Dn: Đƣờng kính ngoài của thùng (m).
. mt =
= 3948,41(kg).
2).l.
3. Khối lƣợng lớp bảo ôn:
2- Dtô
bô (kg).
mbô = .(Dnô
Dnô: Đƣờng kính ngoài lớp bảo ôn.
a (m).
Dnô = Dn +
a: Bề dày lớp bảo ôn (m).
Dn: Đƣờng kính ngoài của thùng (m).
Dnô = 2,02 + 2,2.10-2 = 2,042 (m).
Dtô: Đƣờng kính trong của lớp bảo ôn (m).
bô: Khối lƣợng riêng của vật liệu bảo ôn (kg/m3).
Dtô= Dn = 2,02 (m).
51 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
bô = 2600 (kg/m3).
[II - 8].
mbô = 0,785 [(2,042)2 – (2,02)2] = 9,8.2600.
= 1787,44 (kg).
4. Khối lƣợng vành đai:
D = 1,6 (m) Trọng lƣợng vành đai xác định chuẩn là:
Qđ = 8780 (N).
Với D = 2 (m) thì có thể chọn sơ bộ trọng lƣợng vành đai:
(N). Qđ =
(kg). Khối lƣợng vành đai: mđ =
5. Khối lƣợng bánh răng:
Chọn sơ bộ theo đƣờng kính chuẩn D = 1,6 (m) ta có:
(kg). mR =
6. Khối lƣợng cánh.
D = 2(m) ta có khối lƣợng cánh:
(kg). mc =
7. Khối lƣợng các thanh tăng cứng:
D = 1,6 (m) chọn Qtc = 5000 (N).
D = 2(m) ta có khối lƣợng các thanh tăng cứng:
mtc = (kg).
8. Tổng khối lƣợng thùng:
m = mvl + mbô + ms + 2mđ + mc + mtc
= 9265 +3948,41 + 1787,44 + 2.1118,756 + 974,77 + 191,131 +
637,105
= 19032,368 (kg).
52 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Vậy trọng lƣợng toàn bộ thùng:
Q = m.g = 19032,368.9,81 = 186707,53 (N).
9. Tải trọng trên 1 vành đai:
Q’ = (N).
10. Tính bề rộng đai và kích thƣớc con lăn đỡ:
T = (N).
Bề rộng vành đai đƣợc tính:
B [10 - 249].
B: Bề rộng đai (cm). Pr: Thùng quay chậm chọn Pr = 104 (N/cm2).
B (cm).
Chọn sơ bộ đƣờng kính trong vành đai:
Dv = (1,1 1,2) Dt.
Dv = 1,1 Dt = 1,1.2 = 2,2 (m).
Chọn B = 10 (cm).
h: B = 1:1
* Kiểm tra:
[10 - 84]. Mô men uốn: Mu = 2T.R.A = T.DV.A
R: Bán kính trong của đai (m).
A: Nắp tự do có A = 0,08 0,09. Chọn A = 0,08.
Mu = 53906,03.2,2.0,08 = 9487,46 (N.m).
= 948746 (N.cm).
Vành đai có cấu tạo từ thép đúc có ứng suất cho phép:
[ ] = 15600 (N/cm2).
Mô men chống uốn:
53 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
(cm3). W =
Mặt khác:
W =
h (cm).
Vậy theo qui chuẩn ta chọn vành đai có:
h . B = 10.10 (cm).
Bề rộng con lăn đỡ đƣợc tính:
Bc = B + 50 = 100 + 50 = 150 (mm).
Chọn sơ bộ con lăn đỡ . Con lăn bằng thép có:
(cm). dc
*. Kiểm tra:
0,25D dc 0,33D.
D: Đƣờng kính ngoài của đai.
dc: Đƣờng kính con lăn đỡ. D = Dv + 2h = 2,2 + 2.100.10-3 = 2,4 (m).
Vậy: 0,25.2,4 dc 0,33.2,4.
0,6 dc 0,792 (m).
Chọn dc = 65 (cm).
Đƣờng kính cổ trục con lăn đỡ : 100 (mm).
Ứng suất tiếp xúc giữa vành đai và con lăn đỡ:
Đƣờng lính cổ trục con lăn chặn: 90 (mm).
p = (N/cm).
Nếu vành đai và con lăn cùng loại vật liệu thì ứng suất lớn nhất khi đó là:
54 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
R: Bán kính trong của vành đai: R = (m).
r: Bán kính con lăn: r = (cm).
E: Mô men đàn hồi của vật liệu làm vành đai và con lăn đỡ (N/cm2). ECT5 = 1,75.107 (N/cm2).
= 25632,04 (N/cm2).
Thép CT5 có [ ] = 6.104 (N/cm2).
] Vành đai bền. Vậy max [
11. Tính con lăn chặn:
). Lực tác dụng lớn nhất: Umax = Q(sin
: Hệ số ma sát
Q: Trọng lƣợng toàn bộ thùng Q = 186707,53 (N).
: Góc nghiêng thùng
Umax = 186707,53.(sin(10) + 0,1) = 21929,25 (N).
Thùng quay có khối lƣợng lớn hơn 10,000 (kg) nên chọn con lăn mặt nón
có các thông số.
Nửa góc đỉnh nón: tg .
tg1 = 1 = 16,460.
Lực tác dụng lên 1 đơn vị chiều dài tiếp xúc.
p =
: Chiều dài tiếp xúc. Chọn (cm).
p = (N/cm2).
Ứng suất cực đại khi vành đai tiếp xúc với con lăn mặt nón:
55 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
(N/cm2).
Vậy con lăn đỡ đủ bền vì [ ] 6.104 (N/cm2).
12. Tính bền thân thùng:
đ = 0,586. = 0,586.8 = 4,688 (m).
Khoảng cách giữa 2 vành đai:
: chiều dài thùng (m).
Tải trọng trên 1đơn vi chiều dài thùng (không kể khối lƣợng bánh răng
vòng).
q =
m : Khối lƣợng toàn bộ thùng (kg).
mr : Khối lƣợng bánh răng (kg).
q =
= 221,43 (N/cm).
Mô men uốn do tải trọng gây ra:
(N.cm) M1 = Mu1 =
Mô men uốn do bánh răng vòng gây ra:
(N.cm). M2 =
Tổng mô men uốn: Mu = M1 + M2 = 60830,54 + 112,07.104
= 118,15.104 (N.cm).
Mô men chống uốn của thùng:
W = (cm3).
S: Bề dày thành thùng (cm). S = 10 (mm) = 1(cm).
ứng xuất thân thùng:
56 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
(N/cm2).
Vật liệu làm thùng là 12 MX có [] = 140.106 (N/m2).
[] S = 10 (mm) là thành đủ bền.
57 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
KẾT LUẬN
Sau quá trình tính toán và thiết kế dƣới sự hƣớng dẫn của thầy TS.
Phạm Xuân Toản, em đã hoàn thành bản đồ án: Tính toán và thiết kế hệ
thống máy sấy thùng quay của Công ty Supe phốt phát và hoá chất Lâm
Thao.
Với tác nhân sấy là khói lò, sấy xuôi chiều không tuần hoàn khí thải
em đã thiết kế đƣợc hệ thống máy sấy thùng quay với số liệu cụ thể sau:
Năng suất : 10000 (kg/h)
Lƣợng ẩm bốc hơi : W = 1252 (kg/h)
Đƣờng kính thùng quay : 2(m)
Chiều dài thùng quay : 9,8 (m)
: 55,59 (phút).
Nhiệt độ khí thải Thời gian sấy Nhiệt độ tác nhân sấy ban đầu : t1 = 3500C. : t2 = 1200C.
Độ ẩm vật liệu ban đầu : 14%
Độ ẩm sản phẩm : 1,5%.
Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Phạm Xuân Toản đã trực tiếp
hƣớng dẫn em và truyền đạt những kinh nghiệm quý giá, những kiến thức
cơ bản trong suốt thời gian học tập và làm đồ án. Tuy nhiên kiến thức thực
tế còn hạn chế nên trong quá trình làm đồ án em không tránh khỏi sai sót,
nhầm lẫn. Vậy em kính mong nhận đƣợc sự góp ý của thầy cô và các bạn
để em có thể sửa chữa sai sót và củng cố kiến thức cơ bản. Em xin chân
thành cảm ơn!
58 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS. TSKH. Trần Văn Phú: Tính toán và thiết kế hệ thống sấy - Nhà
xuất bản Giáo dục - 1991.
2. Tập thể tác giả, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập 1,
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1992.
3. Tập thể tác giả, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất tập 2,
NXB Khoa học và kỹ thuật, 1999.
4. Tập thể tác giả, Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hoá học tập 1,
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1999.
5. Tập thể tác giả, Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hoá học tập 2,
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1999.
6. Hoàng Văn Chƣớc, giáo trình Kỹ thuật sấy, NXB Khoa học và Kỹ
thuật, 1999.
7. Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú, Truyền Nhiệt, NXB
Giáo dục, 1999.
8. Nguyễn Minh Tuyển, Bơm - Máy nén - Quạt trong công nghệ, NXB
Khoa học và Kỹ thuật, 1985.
9. Hồ Lê Viên, Giáo trình cơ sở tính toán các máy hoá chất và thực
phẩm NXB Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1997.
59 Lê Việt Đức Lớp QTTB K-45
