Thiết bị nhiệt - Chương 6

Chia sẻ: Nguyễn NHi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:42

Thêm vào BST

Báo xấu

126
lượt xem 40
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

SẤY VÀ LÒ SẤY 6.1.Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH SẤY. Sấy là quá trình loại trừ hơi ẩm khỏi vật liệu bằng cách bốc hơi chúng ra khỏi môi trường xung quanh. Quá trình sấy chỉ thực hiện được trong trừơng hợp khi áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy hơn áp suất ở môi trường xung quanh, nghĩa là PvlPmt. Áp suất hơi nước trong vật liệu sấy phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu, nhiệt độ và đặc tính của hơi ẩm đó với vật liệu. Nếu tăng nhiệt độ và độ ẩm của...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết bị nhiệt - Chương 6

CHƯƠNG 6 SẤY VÀ LÒ SẤY 6.1.Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH SẤY. Sấy là quá trình loại trừ hơi ẩm khỏi vật liệu bằng cách bốc hơi chúng ra khỏi môi trường xung quanh. Quá trình sấy chỉ thực hiện được trong trừơng hợp khi áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy hơn áp suất ở môi trường xung quanh, nghĩa là Pvl>Pmt. Áp suất hơi nước trong vật liệu sấy phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu, nhiệt độ và đặc tính của hơi ẩm đó với vật liệu. Nếu tăng nhiệt độ và độ ẩm của vật liệu thì Pvl giảm xuống. Môi trường xung quanh có thể là không khí hoặc hỗn hợp không khí với khói lò. Áp suất hơi nước của môi trường phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường mà ta khống chế. Hầu như trong tất cả các nhà máy Silicat đều có quá trình sấy nguyên liệu hoặc bán thành phẩm hoặc thành phẩm. Trong nhà máy ximăng, than cần phải sấy để dễ dàng qua quá trình nghiền và tăng nhiệt sinh của nó. Nếu sản xuất ximăng bằng phương pháp chuẩn bị phối liệu dạng khô thì cần phải sấy nguyên liệu ban đầu (đá vôi đất sét), hoặc các phụ gia (sỉ lò cao hoạt hóa, trepen…). Trong các nhà máy gốm sứ, vật liệu chịu lửa, cũng cần phải sấy các nguyên vật liệu ban đầu như đất sét, cát… đến độ ẩm xác định. Các bán thành phẩm sau khi tạo hình thường có cường độ cơ học nhỏ và độ ẩm còn quá cao, nếu không sấy nhằm loại bớt hơi ẩm và tăng cường độ cơ học thì sẽ tăng phế phẩm và giảm năng suất của lò nung. Ở các nhà máy thủy tinh, những nguyên liệu ban đầu như cát, đá vôi, dolomite… cũng cần phải sấy khô trước khi nghiền nhằm tăng năng suất của máy nghiền và phối liệu chính xác. Để thực hiện các quá trình sấy cần phải cung cấp nhiệt. Lượng nhiệt này tương ứng với lượng nhiệt lý thuyết để bốc hơi ẩm và lượng nhiệt tổn thất. Tùy thuộc vào phương pháp sấy, cấu tạo lò sấy, dạng liên kết hơi ẩm với vật liệu mà lượng nhiệt cung cấp sẽ nhiều hay ít. Sấy vật liệu và sản phẩm có thể thực hiện bằng phương pháp sấy tự nhiên và nhân tạo. Sấy tự nhiên là quá trình hong khô ngoài trời, trong nhà với động lực sấy là không khí tự nhiên. Sấy nhân tạo được tiến hành trong các lò sấy với đông lực sấy là không khí nóng hoặc hỗn hợp không khí với khói lò. Trong công nghiệp, phổ biến nhất là sấy nhân tạo vì năng lượng lớn, chất lượng cao và ổn định, chủ động. 6.2 DẠNG HƠI TRONG VẬT LIỆU. Hơi ẩm (nước) trong vật liệu có nhiều dạng liên kết. Mỗi dạng liên kết đòi hỏi một năng lượng phá hủy. Dựa theo đại lượng năng lượng phá hủy sự liên kết đó mà viễn sĩ P.P.Rebinder phân loại hơi ẩm trong vật liệu như sau: Hơi ẩm liên kết hóa học. Đó là lượng hơi ẩm hóa hợp với vật liệu theo một tỉ lệ chính xác để tạo thành một chất mới. Lực liên kết ở đây là liên kết ion hoặc phân tử và không thể loại trừ bằng phương pháp sấy. Ví dụ nước trong các khoáng caolinit Al2O3.2SiO2.2H2O ,thạch cao CaSO4.2H2O chỉ có thể loại trừ ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sấy. Hơi ẩm liên kết hóa lý được chia làm 3 loại: nước hấp thụ, nước thẩm thấu, nước cấu trúc. Nước hấp thụ có được là do trên bề mặt pha rắn còn có năng lượng dư, nhờ đó pha rắn hấp thụ được những phân tử hơi nước ở bề mặt xum quanh. Đồng thời với quá 143
trình hấp thụ hơi nước trên bề mặt pha rắn lại có quá trình xâm nhập hay khuyếch tán hơi ẩm vào trong khối thể của pha rắn. Điển hình nhất về nước hấp thụ là phụ gia thủy lực như trepen, diatomit. Diatomit có thể dùng như chất hấp thụ nước, hơi và khí thẩm thấu trong vật liệu có được là do áp suất thẩm thấu gây nên. Áp suất này xuất hiện nhờ sự hòa tan các chất trong dung dịch. Nước dạng này thường đặc trưng cho những vật liệu hữu cơ nhiều hơn. Nước cấu trúc gắn với vật liệu rắn có thể do làm xít đặc (ép) hay đóng rắn những ngạch tạo ra sớm hơn. Vì vậy nước đó sẽ nằm ở các chỗ hở. Nước cấu trúc đặc trưng nhất cho đất sét mịn bentonit. Hơi ẩm liên kết cơ lý nằm ở các mao quản do lực mao quản và sức căng bề mặt. Tại mao quản áp suất hơi nước thấp hơn nhiều so với áp suất hơi của môi trường hoặc áp suất hơi ở mặt lồi, vì thế hơi nước sẽ ngưng tụ trong mao quản do hơi nước truyền từ ngoài vào. Ở những lổ lớn (r>10-5 cm ) không xẩy ra việc ngưng tụ hơi nước vì áp suất hơi trong đó gần bằng áp suất ngoài trời . Nếu nhúng vào nước, các lổ lớn cũng bị lấp đầy nước. Nhưng nước này không liên kết với vật liệu vì vậy nước đó gọi là nước thấm ướt hay nước tự do. Khi sấy có thể loại trừ nước cở lý và hóa lý. Song không thể loại trừ nước liên kết hóa học. Khi sấy chúng ta chỉ có thể hạ độ ẩm vật liệu đến độ ẩm cân bằng ứng với độ ẩm và nhiệt độ môi trường. Tuy nhiên trong thực tế sản xuất các vật liệu thường sấy đến độ ẩm cuối cùng và độ ẩm đó tùy thuộc vào yêu cầu của sản xuất. 6.3.QUÁ TRÌNH SẤY ĐỒ GỐM Chúng ta hãy khảo sát các tấm lót bằng đất sét trong điều kiện: Nhiệt độ và độ ẩm động lực sấy không đổi, áp suất hơi nước trên bề mặt lớn hơn áp suất hơi nước của động lực sấy. Do chênh lệch áp suất hơi đó, hơi ẩm sẽ được bốc hơi đi từ bề vật liệu chỉ liên quan đến khuyếch tán ngoại tức các thông số bên ngoài. Do bốc hơi ẩm từ bề mặt, nước lại chuyển từ trong ra bề mặt dưới tác dụng của độ chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và trong vật liệu. Quá trình sấy thường kèm theo biến đổi khối lượng vật liệu sấy do hơi ẩm bị loại trừ. Nếu biết độ ẩm và khối lượng ban đầu của vật liệu có thể vẽ được đường cong biến đổi độ ẩm trong một đơn vị thời gian dw/dZ = f(Z) tức là tốc độ sấy . Quá trình sấy có thể chia làm 3 giai đoạn: • Giai đoạn đốt nóng. Giai đoạn này đặc trưng bằng độ tăng nhiệt độ vật liệu và sự biến đổi độ ẩm không lớn lắm. Tốc độ sấy khi đó tăng rất nhanh đến đại lượng không đổi – điểm A (hình 6.1). Cuối giai đoạn này nhiệt độ bề mặt vật liệu duy trì không đổi và có cân bằng giữa lượng nhiệt hấp thụ bởi vật liệu và lượng nhiệt tiêu tốn để bốc hơi. Sau đó là tiếp theo giai đoạn tốc độ sấy không đổi. • Giai đoạn tốc độ sấy không đổi. Trong giai này tốc độ duy trì không đổi và về trị số bằng tốc độ bốc hơi từ bề mặt hở. Vì bốc hơi nước từ bề mặt vật liệu cho nên hơi ẩm từ trong đi ra và ở bề mặt vật liệu vẫn có độ ẩm. Nhiệt độ bề mặt vẫn có độ ẩm. Nhiệt độ bề mặt vật liệu tm gần bằng nhiệt độ bầu ướt và duy trì không đổi suốt trong giai đoạn này (đường 3 hình 6.1 ). Áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu bằng áp suất riêng phần của hơi nước bão hòa ở nhiệt độ bề mặt tm và không phụ thuộc vào độ ẩm vật liệu. Giai đoạn này là giai đoạn quan trọng và cũng nguy hiểm bậc nhất vì trong giai đoạn này sản phẩm sẽ bị co kéo theo ứng suất co. Tốc độ duy trì không đổi đến khi độ 144
ẩm của vật thể hạ đến độ ẩm tới hạn Wth (điểm K1) và trên bề mặt vật thể độ ẩm hạ tới độ ảm hút wh, từ lúc này quá trình sấy bước sang giai đoạn tốc độ sấy hạ thấp. Độ ẩm hút là độ ẩm cân bằng của vật liệu trong môi trường có áp suất hơi bão hòa nghiã là độ ẩm môi trường φ= 100% Trong thực tế sản xuất, điểm chuyển từ giai đoạn 2 sang giai đoạn 3 hơi khó xác định. Vì điều kiện phân bố hơi giống nhau, cho nên có chỗ ở trên bề mặt độ ẩm vật thể nhỏ hơn độ ẩm hút, có chỗ còn lớn hơn độ ẩm hút. Đó là độ ẩm trung bình của toàn vật liệu. Độ ẩm tới hạn chỉ phụ thuộc vào chế độ sấy, chiều dày sản phẩm và hệ số dẫn ẩm. Khi sản phẩm đạt đến độ tới hạn thì nó kết thúc quá trình co và quá trình sấy tiếp theo chi làm tăng độ xốp của vật thể mà thôi. • Giai đoạn độ sấy hạ thấp. Trong giai đoạn này tốc độ sấy dần dần hạ thấp và khi độ ẩm đạt đến độ ẩm cân bằng thì tốc độ sây trở nên bằng không, nghĩa là không có hiện tượng sấy nữa. Do giảm lượng nhiệt tiêu tốn cho quá trình bốc hơi cho nên một phần nhiệt dùng để đốt nóng sản phẩm lên. Vì vậy, nhiệt độ vật thể tăng dần lên và chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường (động lực sấy) với sản phẩm ngày càng giảm. Việc giảm tốc độ sấy trong giai đoạn này là do áp suất riêng phần của hơi nước ở trên bề mặt của vật liệu hạ xuống và trở nên nhỏ hơn áp suất riêng phần của hơi nước bão hòa ở nhiệt độ bề mặt. Đại lượng độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào tính chất của vật liệu và thông số của môi trường xung quanh nghía là nhiệt độ và độ ẩm của môi trường. Ví dụ ở một loại đất sét, độ ẩm cân bằng biến đổi theo độ ẩm và nhiệt độ môi trường biểu thị trong hình 6.2 Các giai đoạn sấy kể trên thấy rõ ràng nhất ở vật liệu có độ ẩm cao. Quá trình sấy có thể khác ít nhiều vì khi sấy bề mặt bốc hơi bị thay đổi, do có kẻ nứt và xuất hiện bề 145
mặt bốc hơi mới. Nhiệm vụ của chúng ta là lựa chọn điều kiện tối ưu về nhiệt độ, độ ẩm tương đối của động lực sấy và thời gián sấy nhằm đảm bảo sấy nhanh và không có phế phẩm. Qua phân tích ở trên chúng ta thấy ở giai đoạn có ứng suất có gây phế phẩm là giai đoạn thứ hai. Vì vậy cần phải không vỡ, vênh, nứt. Còn trong giai đoạn tốc độ sấy hạ thấp vì ở giai đoạn này không có ứng suất co. 6.4 SỰ CHUYỂN HƠI ẨM BÊN TRONG VẬT THỂ. Khi sấy sản phẩm đồ gốm, hơi ẩm được bốc hơi đi từ bề mặt của chúng, do đó nồng độ hơi ẩm ở trung tâm trở nên lớn hơn so với bề mặt. Kết quả hơi ẩm lại chuyển từ trung tâm ra bề mặt dưới tác dụng của chênh lệch (gradient) độ ẩm hay nồng độ hơi ẩm giữa trung tâm và bề mặt của nó. Cơ cấu và tốc độ chuyển hơi ẩm khi các thông số động lực sấy như nhau (Pavlov) phụ thuộc hình dạng, sự liên kết hơi ẩm với vật liệu và những tính chất khác của nó. Hơi ẩm có thể vận chuyển ở dạng lỏng hoặc dạng hơi. Hiện tượng chuyển hơi ẩm ở dạng lỏng dưới tác dụng của lực mao dẫn và lực khuyết tán thẩm thấu, A.V.Lưtov gọi là độ dẫn ẩm. Khi đó sự chuyển hơi ẩm tỷ lệ với gradient độ ẩm trong vật thể. Hơi ẩm vận chuyển ở dạng lỏng khi độ ẩm của vật thể lớn hơn độ ẩm hút. Hiện tượng chuyển hơi hoặc chuyển vận bằng khuyếch tán gọi là độ dẫn hơi. Hiện tượng này chỉ xảy ra khi độ ẩm của vật liệu nhỏ hơn độ ẩm hút và các mao quản thường bị chiếm chỗ bởi chất lỏng. Khi có mặt gradient nhiệt độ bên trong vật thể, do có dòng xuất hiện mà hơi ẩm chuyển từ chỗ nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp hơn. Trường hợp này Lưtov gọi là nhiệt độ gần hoặc lớn hơn 100o C thì mới ở dạng hơi. Toàn bộ dòng hơi ẩm hay lượng hơi ẩm chuyển đi trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị bề mặt bên trong vật thể, m được xác định bằng phương trình sau: γ ⎛ δw ⎞ ⎛ δP ⎞ ⎜ ⎟ ± Kδ γ 0 + Dγ 0 ⎜ ⎟ Kg / m h m = −K (6.1) 2 100 ⎝ δx ⎠ δx ⎠ ⎝ .m:tốc độ dẫn ẩm. (kg/m2.h) Trong đó: K hệ số dẫn ẩm (m2/h). Hệ số K là lượng hơi ẩm chuyển đi trong một đơn vị thời gian, qua một đơn vị bề mặt khi chênh lệch nồng độ hơi ẩm 1g/cm3 trong một đơn vị chiều dài. γ0 _Trọng lượng thể tích của vật liệu khô tuyệt đối (Kg/m3). δ hệ số gradient nhiệt 1/0 C . D hệ số chuyển hơi m2/h.atm. δw δt δp ,, - gradient độ ẩm, nhiệt độ và áp suất hơi xuất hiện trong vật thể. δx δx δx Số hạng đầu của phương trình trên biểu thị sự chuyển hơi ẩm ở dạng hơi và lỏng do tác dụng của gradient độ ẩm và K. Dấu âm có nghĩa là độ ẩm hay nồng độ ẩm giảm dần theo chiều chuyển động của nó. Với đất sét và các vật liệu khác, khi độ ẩm của vật liệu nhỏ hơn độ ẩm hút (điểm tới hạn) trị số K phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ vật thể. K giảm nếu giảm độ ẩm và nhiệt độ. Nếu độ ẩm lớn hơn độ ẩm hút thì K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ vật thể và tăng 146
nếu tăng nhiệt độ. Ví dụ ở một loại đất sét K=11,3.10-5 m2/h khi nhiệt độ vật thể = 350C khi chênh lệch độ ẩm của đất sét từ 21,4 đến 8,9%. Số hạng thứ hai biểu thị sự chuyển hơi ẩm dưới tác dụng của gradient nhiệt độ. Nếu nhiệt độ bề mặt vật liệu tm lớn hơn trung tâm thì hơi ẩm sẽ chuyển từ bề mặt vào trung tâm vật thể (khi sấy bức xạ và đối lưu), hoặc kìm hãm ngăn trở sự chuyển hơi ẩm từ trong ra ngoài. Khi sấy cao tần, nhiệt độ bên trong vật thể lờn hơn nhiệt độ bề mặt, hơi ẩm sẽ chuyển từ trong ra mặt ngoài vật thể làm quá trình sấy tăng nhanh (dấu âm). Trị số δ đối với đất sét (và các vật thể xốp có mao quản khác) phụ thuộc vào độ ẩm của chúng. δ có trị số lớn nhất ở điểm tới hạn, nó sẽ giảm nếu càng xa điểm này tức là tăng hay giảm độ ẩm. Ví dụ ở một lại đất sét δ =0,0006 1/0C khi W=5%, δ =0,00125 1/0C khi W=10%, δ =0,00076 1/0C khi W=20%. Số hạng thứ ba biểu thị sự chuyển hơi ẩm dưới dạng hơi dưới ảnh hưởng của gradient áp suất dư và D. Hiện tượng này xảy ra khi sấy bức xạ và tần số cao, do nhiệt độ tương tự như K, nghĩa là tăng nhiềt độ thì D tăng. Khi độ ẩm vượt quá điểm tới hạn thì D không phụ thuộc vào độ ẩm nữa, nếu dưới điểm tới hạn thì D giảm độ ẩm vật thể. Khi t=115 ÷ 1200C và độ ẩm lớn hơn độ ẩm tới hạn thì trị số D ở loại đất sét D=1.1C- 42 m /h.atm. Thực tế nhiệt độ, độ ẩm và áp suất bên trong vật thể này càng cao thì tốc độ sấy càng lớn. Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi tức là độ ẩm vật thể lớn hơn độ ẩm hút (tới hạn), đối với các tấm vật liệu đất sét, hơi ẩm được loại trừ khỏi vật liệu ở dạng lỏng. Vì là tấm mỏng nên chênh lệch nhiệt độ theo chiều dày coi như bằng không ∆t = 0 do đó hơi ẩm phân bố theo chiều dày sản phẩm S là đương parabol và lượng hơi ẩm chuyển từ trong tới mặt vật liệu luôn luôn không đổi và bằng lượng hơi ẩm tách ra từ bề mặt vật liệu ra môi trường xung quanh. Lượng hơi ẩm này tỉ lệ với gradient độ ẩm bề mặt. ⎛ δw ⎞ 4(Wt − Wm ) ⎜⎟ =- (6.2) ⎝ δx ⎠ 100 S m và dòng hơi ẩm sẽ bằng: 4 Kγ 0 (Wt − Wm ) Kγ ⎛ δw ⎞ Kg/ m2.h m= 0 ⎜ ⎟ = (6.3) 100 ⎝ δx ⎠ m 100 Hình 6.3 sơ đồ phân bố độ ẩm (a) và ứng suất (b) theo chiều dày sản phẩm. Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi, trị số của K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của vật thể để có thể xác định được. 147
Ví dụ: Khi nghiên cứu phối liệu gồm 40 ÷ 45% đất sét và 55 ÷ 60% samốt. Khi độ ẩm W>Whút, K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. −5 ⎛ T ⎞ 2,8.10 K= ⎜ cm 2 / sec (6.4) ⎟ 290 ⎠ γ 0 ⎝ Khi độ ẩm W
Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi, hơi ẩm phân bố theo chiều dày S theo đường parabol. Bề mặt của tấm có ứng suất kéo, ứng suất này giảm dần vào phía trong vật thể và bằng không ở bề mặt trung gian. Ở đây độ ẩm của lớp bằng độ ẩm tao hình của vật thể. Sau đó ứng suất kéo (-) chuyển sang ứng suất nén (+) và ứng suất nén tăng dần đến gia trị cực đại ở trung tâm vật thể. Đại lượng ứng suất xuất hiện phụ thuộc vào chênh lệch nồng độ hơi ẩm ∆C = C tam − C mat hoặc chênh kệch độ ẩm ∆W = Wtam − Wmat giữa tâm và bề mặt vật thể và hệ số đo dài α mà không phụ thuộc vào chiều dày của sản phẩm. Nói cách khác, ứng suất xuất hiện khi sấy phụ thuộc vào đại lượng co. Qua kết quả kiểm tra thực nghiệm những giả định trên, người ta xác định được rằng thông số hay chuẩn số tạo kẽ nứt quyết định chế độ sấy và khả năng xuất hiện ứng suất nguy hiểm và kẽ nứt trong vật liệu gốm ẩm là chênh lệch độ ẩm cho phép cực đại là độ ẩm trung bình của vật thể và độ ẩm tren bề mặt của nó wm, tức là: ∆Wm. max = (Wtb − Wm ) max % (6.11) Trong điều kiện phân bố hơi ẩm theo hình parabol theo chiều dày của tấm(trụ,cầu……) thì chuẩn số quyết định là chênh lệch độ ẩm cho phép cực đại ở trung tâm vật thể wt và bề mặt của nó wm tức là: ∆Wmax = (Wtb − Wm ) max % (6.12) Đối với mỗi loại đât sét thì chuẩn số tạo kẽ nứt này được xác định bằng thực nghiệm chứ không phải bằng phương pháp tính toán. Trị số ∆Wn và ∆Wnax không phụ thuộc vào chiều dày vật thể, mà chỉ phụ thuộc vào loại đất sét vì cường độ đất sét khi đó tăng lên. 6.6.NGUYÊN NHÂN XUẤT HIỆN KẼ NỨT Khi sấy ta thương gặp một số dạng phế phẩm do nứt nẻ. Chúng ta hãy khảo sát những nguyên nhân gây nên phế phẩm đó. Sản phẩm dạng tấm có thể bị phá huỷ hoàn toàn khi sấy hai phía đều xuất hiện chênh lệch độ ẩm tới hạn theo chiều dày của chúng. Do có chênh lệch độ ẩm tới hạn nên cường độ sấy tăng quá nhanh. Vì thế lớp bề mặt co nhiều trong khi đó lớp ở giữa co quá ít. Kết quả mặt nứt xuất hiện theo toàn thể tích của sản phẩm (hình ). Nếu sấy sản phẩm mỏng như tấm lát, ngói ta có thể gặp phế phẩm do nứt cạnh và nứt tâm.(hình ) Vết nứt cạnh thường xuất phát từ cạnh sản phẩm trong giai đoạn đầu của quá trình sấy. Sự biến đổi độ ẩm ở cạnh, góc sản phẩm nhanh hơn ở trung tâm, do đó ở cạnh, góc sẽ co nhiều hơn và nhanh hơn. Nếu chênh lệch độ ẩm ở cạnh góc và trung tâm vượt quá giới hạn cực đại cho phép thì vết nứt sẽ nỏ ra từ cạnh của chúng. Nứt tâm là vết nứt ở phần giữa mặt sản phẩm. Ở khu vực gần cạnh góc đã kết thúc quá trình co, tức là đã bước sang giai đoạn sấy thứ 3, trong khi đó phần giữa sản phẩm vẫn đang co tức là vẫn đang ở giai đoạn sấy thứ 2, lớp ngoài đã vững chắc sẽ kéo căng lớp trong, cuối cùng lớp trong bị đứt thành dạng nứt tâm. Để tránh nứt cạnh và nứt tâm cần phải tránh tạo ra chênh lệch độ ẩm giữa cạnh góc và phần giữa của sản phẩm. N.N.Dobrokhotov và A.F .TrizKii đã chứng minh điều đó bằng thực nghiệm như sau: lấy dầu mazút, dầu máy bôi lên góc cạnh của tấm lát, 149
ngói. Những chất trên cản trở bốc hơi nước ở cạnh làm giảm chênh lệch độ ẩm giữa cạnh góc và phần giữa của sản phẩm. Cho nên phế phẩm ở dạng này không xuất hiện khi sấy. Khi xếp sản phẩm lên khung sấy, khung sấy sẽ giữ sản phẩm lại. Do sản phẩm co, cho nên đoạn giữa hai khung phải có kích thước nhỏ hơn khoảng cách của khung. Vì vậy trên sản phẩm sẽ có vết nứt ở một hoặc hai chỗ ứng với cạnh của khung sấy. Trường hợp này gọi là nứt khung. Để tránh nứt khung cần phải lót trên mặt khung cát min hoặc tro để sản phẩm có thể trượt trên khung khi co. Hình 6.4. Caùc daïng pheá phaåm do nöùt. a) - Nöùt maët b) – Nöùt caïnh c) – Nöùt taâm d) – Nöùt do khung Kẽ nứt có thể xuất hiện ở ngay cả sản phẩm đã sấy khô. Song kích thứơc kẽ nứt rất nhỏ goi là nứt viti. Nguyên nhân cơ bản là do sản phẩm sấy quá khô, khi ra ngoài sản phẩm sẽ hút nước từ không khí bên ngoài. Kết quả mạch liên kết giữa các hạt đất sét bị phá vỡ bởi nước hấp thụ đó. Có thể ngăn ngừa nứt viti bằng cách: không được sấy khô quá đến độ ẩm thấp hơn độ ẩm cân bằng trong không khí ngoài trời, không đặt sản phẩm sấy khô trong môi trường quá ẩm, nên bố trí sấy và nung liên hợp để không phải bốc dỡ từ sấy sang nung qua môi trường bên ngoài. 6.7. TOÁC ÑOÄ SAÁY. Toác ñoä saáy laø löôïng hôi aåm loaïi khoûi vaät lieäu trong moät ñôn vò thôøi gian töø 1m2 beà maët boác hôi (kg/m2.h). Toác ñoä saáy trung bình sau thôøi gian (h) khi beà maët boác hôi F(m2) vaø löôïng nöôùc boác hôi w(kg) ñöôïc xaùc ñònh baèng: kg/m2. h Mtb = (6.13) W F.T Ñaïi löôïng Mtb cuõng ñöôïc goïi laø cöôøng ñoä saáy. Khi saáy ñoái löu nhöõng saûn phaåm moûng, Mtb ñaït ñöôïc 0,4 kg/m2.h vaø khi saáy böùc xaï -3,25 kg/m2.h Toác ñoä saáy trong nhöõng giai ñoaïn thôøi gian rieâng bieät bieán ñoåi nhieàu theo söï bieán ñoåi ñoä aåm, nhieät ñoä, tính chaát vaät lyù cuûa vaät lieäu vaø ñoäng löïc saáy. 150
Toác ñoä saáy trung bình toái öu xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm hoaëc baèng tính toaùn. Khi ñoù cheânh leäch ñoä aåm cho pheùp theo chieàu daøy saûn phaåm laø chuaån soá quyeát ñònh. Trong giai ñoaïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi, toác ñoä saáy cho pheùp cöïc ñaïi (khoâng gaây veânh nöùt saûn phaåm) Mmax ñoái vôùi saûn phaåm daïng taám coù chieàu daøy S trong ñieàu kieän saáy ñoàng ñeàu 2 phía ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: ∆Wmax kg/m2. h (6.13) Mmax = 0,04Kγ0 S K – Heä soá daãn aåm, m2/h, noù phuï thuoäc vaoø loaïi vaät lieäu saáy. γ0 – Trong löôïng theå tích cuûa ñaát seùt khoâ 1600 ÷ 1800 kg/m3 ∆Wmax = (Wtb - Wm)max Cheânh leäch ñoä aåm cho pheùp cöïc ñaïi theo chieàu daøy saûn phaåm giöõa taâm vaøbeà maët cuûa chuùng, %. Ñaïi löôïng naøy phuï thuoäc vaøo loaïi vaø cöôøng ñoä ñaát seùt. Töø phöông trình treân ta thaáy raèng, Mmax tyû leä nghòch vôùi chieàu daøy S, neáu taêng nhieät ñoä vaø giaûm ñoä aåm thì Mmax coù theå taêng leân vì trò soá K taêng leân vaø ∆Wmax taêng leân. A. F TrizSki ñaõ nghieân cöùu söï phuï thuoäc ∆Wmax vaøo ñoä aåm ban ñaàu wd vaø nhieät ñoä cuûa ñaát seùt cuûa moät loaïi ñaát seùt. Hình 6-5 vaø 6-6. 151
Hinh ve 152
Giaù trò cuûa heä soá K vaø ∆Wmax ñoái vôùi moät vaøi loaïi ñaát seùt trong baûng 6.1 vaø 6.2 Giaù trò cuûa ∆Wmax Baûng 6.1 Teân ñaát seùt Wd % ∆Wmax % Taùc giaû nghieân cöùu Ñaát spondilov 25 12,0 A. F TrizSki 30 9,0 Ñaát poltavsk 25 4,5 - 30 3,6 - Ñaát Beskudnikov 14 1,3 A. V Lökov 20 3 Giaù trò heä soá K Baûng 6.2 Teân ñaát seùt Ñoä aåm trung Nhieät ñoä K γ0 Taùc giaû 0 2 bình Wtb % tC Kg/m .h nghieân cöùu Ñaát Trasov 5 60 0,075 P.V Sokolov 1,8 60 0,013 “ Ñaát Nicolaev 6,7 60 0,064 “ 1,5 60 0,04 “ Ñaát Spondilov - 40 0,068 P.I Borenstein Ñaát Odinsov 11 20 0,017 “ 11 40 0,041 “ 11 60 0,079 “ Qua hai hình veõ 6-5 vaø 6-6 vôùi hai baûng treân ta thaáy roõ, neáu taêng chieàu daøy cuûa taám thì toác ñoä saáy cho pheùp cöïc ñaïi giaûm ñi. Ngöôïc laïi neáu taêng nhieät ñoä ñaát seùt thì toác ñoä saáy cho pheùp cöïc ñaïi taêng. Ñoái vôùi saûn phaåm phöùc taïp, V. N Zimin ñeà nghò duøng chieàu daøy ñöông löôïng δ. δ= cm (6.14) V 100 F m3 V – Theå tích saûn phaåm m2 F – Beà maët boác hôi Neáu δ caøng lôùn, toác ñoä saáy cho pheùp cöïc ñaïi caøng nhoû. Töø phaân tích treân, muoán taêng toác ñoä saáy vaät lieäu töø ñaát seùt thì phaûi taêng nhieät ñoä cuûa chuùng. Ñeå thöïc hieän ñieàu naøy nhieàu nhaø khoa hoïc ñaõ ñeà nghò laøm ñaát seùt aåm khi nhaøo troän baèng nöôùc noùng hay hôi nöôùc noùng. Nhôø taêng nhieät ñoä ñaát seùt neân heä soá daãn aåm taêng leân, ñoàng thôøi nhieät daãn aåm cuøng chieàu vôùi daãn aåm laøm toác ñoä saáy taêng leân, ruùt ngaén thôøi gian saáy tôùi vaøi laàn, haï thaáp pheá phaåm do nöùt neû. Trong giai ñoaïn toác ñoä saáy haï thaáp, saûn phaåm khoâng co, khoâng coù öng suaát co, cho neân coù theå taêng toác ñoä saáy leân baèng caùch ñieàu chænh thoâng soá ñoäng löïc saáy. Bieát toác ñoä saáy Mmax coù theå xaùc ñònh ñöôïc thoâng soá ñoäng löïc theo coâng thöùc sau: Mmax = 0,112 β (pm – pdl) kg/m2.h (6-15) 153
β - Heä soá chuyeån khoái β = 0,00168 ÷ 0,00128 v, 1/h (6-16) v- Toác ñoä ñoäng löïc saáy 1,8 ÷ 3m/sec. pm , pdl – AÙp suaát rieâng cuûa phaàn hôi nöôùc baøo hoøa ôû nhieät ñoä beà maët tm (35-450C) vaø moâi tröôøng, N/m2 Töø phöông trình treân coù theå tìm thaáy pdl, sau ñoù theo bieåu ñoà I-d vaø theo tm- nhieät ñoä baàu öôùt vaø pdl ta tìm thoâng soá ñoäng löïc saáy tdl vaø ϕdl ñoái vôùi giai ñoaïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi. 6.8. ÑOÄ AÅM TÔÙI HAÏN VAØ ÑOÄ AÅM CUOÁI CUØNG. Ñoä aåm tôùi haïn wth % laø ñoä aåm khi ñoù saûn phaåm keát thuùc giai ñoaïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi vaø keát thuùc co. Noù phuï thuoäc vaøo moät loaït nhaân toá: cheá ñoä saáy, chieàu daøy saûn phaåm, toác ñoä saáy M kg/m2.h, ñoä aåm huùt Wh % vaø heä soá daãn aåm K m2/h. Khi ñoä aåm phaân boá theo chieàu daøy saûn phaåm thaønh ñöôøng parabol thì söï phuï thuoäc Wth vaøo caùc nhaân toá treân coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc cuûa A. V Lökov: Wth = Wh + (6.17) 100. m . A Kγ0 A- Heä soá hình daïng saûn phaåm taám -2, truï -4, caàu -6 Töø phöông trình treân ta thaáy raèng wth taêng leân ngöôïc laïi taêng K vaø trò soá wth giaûm ñi vaø moãi loaïi saûn phaåm, S vaø laø haèng soá, cho neân wth caøng lôùn thì M/K caøng lôùn. Neáu taêng toác ñoä aâm töông ñoái ζ vaø nhieät ñoä cuûa ñoäng löïc saáy khoâng thay ñoåi, thì ñaïi löôïng wth seõ giaûm ñi raát nhieàu do giaûm M vaø taêng K, vì nhieät ñoä baàu öôùt seõ taêng leân, töùc tm taêng leân do ñoù M/K → 0. Ñoä aåm cuoái cuøng wc coù yù nghóa raát lôùn, vì khi saûn phaåm ñaït ñöôïc wc, saûn phaåm seõ keát thuùc quaù trình saáy: chæ tieâu naøy quyeát ñònh thôøi haïn cuoái cuøng vaø cöôøng ñoä cô hoïc. Theo A.T. AvgustiniK, khi wc cuûa phoái lieäu söù 26 vaø 18% cöôøng ñoä neùn cöïc ñaïi cuûa noù ñaït 0,1 vaø 4,8 kg/ cm2. Theo A. V Lukov cöôøng ñoä neùn thay ñoåi töø 0,4 ñeán 11kg cm2 khi ñoä aåm cuûa ñaát seùt töø 28 ñeán 4%. 6.9. ÑOÄ NHAÏY CUÛA ÑAÁT SEÙT Ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt laø khuynh höôùng xuaát hieän cuûa keõ nöùt khi saáy saûn phaåm ñaát seùt. Neáu ñoä nhaïy lôùn, keõ nöùt caøng deã taïo ra khi tôùi ñoä saáy nhoû vaø ngöôïc laïi. Ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt phuï thuoäc vaøo ñoä co, ñoä deûo, thaønh phaàn khoaùng, ñoä mòn cuûa ñaát vaø löôïng kim loaïi kieàm haáp phuï treân beà maët haït ñaát seùt. Neáu loaïi ñaát seùt caùc haït < 2 µm thì ñaát seùt trôû neân coù ñoä nhaïy cöïc nhoû töùc ñoä co nhoû. Nöôùc bò loaïi tröø trong ba giai ñoaïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi keøm theo co saûn phaåm ta goïi laø nöôùc co, trong giai ñoaïn toác ñoä saáy haï thaáp, nöôùc loaïi tröø ñi chæ ñeå laïi caùc loã xoáp maø khoâng co saûn phaåm, goïi laø nöôùc taïo loã xoáp. Theo Z. A. Nosova ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt chính laø theå tích co Vco vaø theå tích xoáp cuûa noù Vloã Wth = Vco = (6.18) V G0 - G Vloã V0 ( V - V ) - 1 0 V0 : Theå tích maãu ñaõ saáy khoâ 154
V: Theå tích maãu aåm G : Troïng löôïng maãu aåm G0 : Troïng löôïng maãu khoâ Ñaát seùt coù ñoä nhaïy cao Kn ≥ 2 A. F. Trizski ñeà ra coâng thöùc ñoä nhaïy: K= (6.19) Wñ Wt.h Wñ : Ñoä aåm ban ñaàu Wth : Ñoä aåm tôùi haïn Khi ñoù saûn phaåm keát thuùc co. Ñoä aåm naøy xaùc ñònh theo ñaïi löôïng coù ñoä daøi cuûa maãu phaúng trong ñieàu kieän saáy töï nhieân trong hình 6-7 bieåu thò keát quaû do wth cuûa 10 loaïi ñaát seùt khaùc nhau vôùi wñ khaùc nhau. Tuy nhieân vieäc xaùc ñònh tröïc tieáp ñoä nhaïy khoâng ñaùp öùng ñöôïc vaán ñeà toác ñoä saáy an toøan vaø cöïc ñaïi hay thôøi gian saáy an toøan nhoû nhaát vôùi caùc loaïi ñaát seùt. Ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt xaùc ñònh ñuùng nhaát theo: 1 Kñ = MmaxS = Sec/kg (6.20) 25 K∆Wmax Kn , Kt caøng lôùn toác ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt caøng lôùn. Giaù trò Kñ cuûa caùc giaù trò phoái lieäu khaùc nhau caàn phaûi ñöôïc xaùc ñònh khi nhieät ñoä ñaát seùt khaùc nhau. Xaùc ñònh Kñ phöùc taïp hôn nhieàu cho neân coù theå xaùc ñònh Kt , sau ñoù xaùc ñònh theo coâng thöùc: Hình 6-7: Ñöôøng cong co daøi cuûa maãu 16 x 110 x 110mm. Ñieåm gaãy: ÖÙng vôùi ñoä aåm tôùi haïn wth . Ñieåm xuaát phaùt töø truïc hoaønh – ñoä aåm ban ñaàu wñ 1 0,09A = Mmax ≈ (6.21) K3c + 1 Kñ A : Heä soá phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä beà maët saûn phaåm (trong baûng 6-3) Kc : Ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt khi saáy (baûng 6-4) Baûng 6-3: Giaù trò heä soá A theo nhieät ñoä beà maët tm tm 0C 60 55 50 45 40 35 30 1,01 0,89 0,8 0,75 0,70 0,62 0,53 A Baûng 6-4 : Giaù trò ñoä nhaïy K0 155
Tính ñaát seùt Kc Taùc giaû nghieân cöùu Ñaát seùt Grodov 50% caùt 50% 0,73 A. F Trizski Ñaát seùt Spondilov 1,17 “ Ñaát seùt Donbass 1,73 “ Ñaát seùt Mikhailov 3,00 “ Ñaát seùt Nikiforov 1,71 “ Kaolin Glukhoâvex 0,37 A. N Droban Kaolin Prosianov 0,74 A. V Sokolov Phoái lieäu söù 1 1,24 “ Phoái lieäu söù 2 0,85 “ Phoái lieäu söù 3 1,15 “ 6.10. THÔØI GIAN SAÁY Thôøi gian saáy an toaøn ngaén nhaát trong giôùi haïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi xaùc ñònh: S2 (wñ -wth) Zmin = , Sec (6.22) 8K∆Wmax S: Chieàu daøy saûn phaåm (khi saáy gñ 2), cm Ñaïi löôïng wth xaùc ñònh theo coâng thöùc 6-17 Neáu thoâng soá ñoäng löïc saáy khoâng ñoåi, xuaát phaùt töø toác ñoä saáy trong giai ñoaïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi M = Mmax thì thôøi haïn saáy trong giai ñoaïn toác ñoä saáy haï thaáp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: = 1,15. S. γ0 Z2 [(wth – wob) lg Wth - wcb ] , Sec (6.23) 100M Wc - wcb wcb : ñoä aåm caân baèng wc : ñoä aåm cuoái cuøng khi saáy Trong giai đoạn tốc độ sấy hạ thấp tốc độ sấy không bị giới hạn bởi ứng suất co, nên có thể tăng nhiệt độ động lực sấy lên cao và giớn hạn Z2 có thể giảm đi. Toàn bộ thời gian sấy: Z min + Z 2 Z= ,h (6.24) 3600 Vì trong thực tế quá trình sấy không tiến hành đồng đều nên thời gian sấy thực tế phải nhân lên với hệ số Kk . Lò Tuynnen Kk = 1,2 - 1,5 lò sấy phòng Kk=1,5 – 3. Khi sấy vật liệu chịu lửa samot thời hạn sấy có thể xác định theo công thức của A.A.Samilin. Z = K k .3,5.δ 2 .h (6.25) Chiều dày “tính toán” xác định theo V.N.Zinim V δ= 100 (cm) (6.26) F V:thể tích của vật thể F:Bề mặt bốc hơi thực tế 6.11.CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY 156
Trong công nghiệp gốm người ta dùng các phương pháp sấy khác nhau đối với vật liệu và sản phẩm. Theo phương thức truyền nhiệt người ta phân chia thành các loại sau: 6.11.1 Sấy đối lưu. Hơi ẩm bốc đi do hơi nhiệt truyền cho sản phẩm bằng cách tiếp xúc chất tải nhiệt hay động lực sấy ( khói lò hoặc không khí nóng ) với sản phẩm đó. Nhiệt lượng trao đổi bằng đối lưu càng lớn tốc độ sấy càng nhanh. Do đó theo chiều dày của sản phẩm có chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và trung tâm, kết quả hơi ẩm sẽ truyền từ lớp bên trong ra ngòai bề mặt sản phẩm. Trong giai đoạn đốt nóng, nhiệt độ bề mặt cao hơn bên trong do đó dòng nhiệt dẫn dưới tác dụng của gradient nhiệt độ hướng vào trong lòng sản phẩm làm chênh lệch hơi ẩm theo chiều dày sản phẩm càng lớn và đó là nguyên nhân xuất hiện kẽ nứt. Tuy nhiên phương pháp sấy đối lưu vẫn là phương pháp phổ biến nhất trong công nghiệp do tính đơn giản của nó. 6.11.2 Sấy bức xạ. Trong trường hợp này nhiệt tiêu tốn cho quá trình bốc hơi được truyền từ các mặt đốt nóng bằng bức xạ. Khi đó nhiệt độ bề mặt vật liệu sẽ tăng lên rất nhiều so với nhiệt độ bầu ướt với các thông số của môi trường xung quanh. Kết quả chênh lệc áp suất riêng phần trên bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh tăng lên, làm tốc độ sấy tăng lên nhiều lần. Cũng như trên, vì nhiệt độ bề mặt tăng nhanh nên dòng nhiệt dẫn ẩm hướng vào bên trong sản phẩm. Cho nên độ ẩm phần bên trong ở giai đoạn đầu trở nên lớn hơn độ ẩm trung bình ban đầu và chênh lệch độ ẩm theo chiều dày là lớn nhất làm cường độ bốc hơi từ bề mặt tăng lên. Vì chênh lệch độ ẩm theo chiều dày lớn nên không thể sấy các sản phẩm dày, phức tạp. Phương pháp này dùng hiệu quả nhất đối với sản phẩm mỏng như chén, bát, và tốc độ sấy có thể tăng lên 10-12 lần cường độ bức xạ và sấy phụ thuộc vào công suất của dòng bức xạ. Để sấy sản phẩm bằng phương pháp này ng ười ta dùng các panen kim loại hay gốm được đốt nóng lên 450-8500C bằng điện hay khí, kinh tế hơn 8-16 lần so với phương pháp dùng thanh điện cực. Việc sử dụng bóng điện bức xạ không tốt lắm, do bức xạ không đều và không tạo được trường nhiệt độ đòng đều theo toàn bộ bề mặt vật liệu sấy với phương pháp tương tự khi sấy tấm lót từ độ ẩm 7,5-1%, thời gian sấy khoảng 17-20 phút và tiêu tốn năng lượng điện 2,5 K Wh cho 1Kg hơi ẩm bốc hơi (Khoảng 9000 KJ/Kg hơi ẩm bốc hơi). Khi sấy bát, chén sứ thời gian sấy 7-8 phút, khi nhiệt độ khí trong panen bức xạ 450-8500C và khoảng cách bức xạ 200mm. 6.11.3 Sấy cao tần. Nhiệt độ bốc hơi trong trường hợp này là hiệu ứng nhiệt độ tác dụng của trường điện cao tần. Trong khi đó toàn bộ thể tích vật liệu được đốt nóng như nhau, song bề mặt ngoài của sản phẩm dày toả nhiệt ra môi trường xung quanh và hơi ẩm bốc đi từ bề mặt (có tiêu tốn nhiệt), cho nên nhiệt độ bên trong lớn hơn nhiệt độ bên ngoài. Kết quả dòng nhiệt dẫn ẩm dưới tác dụng của gradient nhiệt độ đi từ lòng ra mặt sản phẩm, tức là cùng chiều với mặt dẫn ẩm ( bởi gradient độ ẩm) kết quả tốc độ sấy tăng lên. Thay đổi tần số, công suất, cường độ bốc hơi có thể điều chỉnh được chênh lệch độ ẩm nằm trong phạm vi cho phép). 157
Theo G.A.Maksinov, khi đốt nóng mạnh vật liệu ẩm trong trường điện cao tần, ở bên trong sản phẩm có áp suất hơi dư khi nhiệt độ vật liệu >600C ) và áp suất này tăng theo nhiệt độ, gradient áp suất dư đó là động lực chính để truyền hơi ẩm. Sấy cao tần dùng rất tốt đối với các sản phẩm dày, to như sấy sản phẩm nặng 100 Kg từ độ ẩm 29-30% xuống 23-24% khi chênh lệch độ ẩm cho phép theo tiết diện
K k , hệ số này bằng tỷ lệ giữa hai độ ẩm cực đại Wmax và cực tiểu Wmin của sản phẩm sấy trong cùng một phòng sấy hay cùng một toa xe, khi chúng có cung độ ẩm ban đầu như nhau Wđ. Wmax Kk = (6.27) Wmin Thông thường K k >1 chỉ khi sấy lý thuyết K k =1. Hệ số không đều K k là một chỉ tiêu quan trọng của lò sấy vì nó là kích thước đo sự hoàn thiện về phương diện chuyển vận và phân bố dòng khí, nó ảnh hưởng đến thời hạn sấy và độ đồng nhất của sản phẩm sấy. Nếu Kk càng lớn thời gian sấy càng dài. Độ đồng đều trong lò sấy phòng thể hiện theo chiều cao và chiều dài của phòng sấy, trị Kk có thể tới 3 hoặc lớn hơn. Trong lò sấy tuynnen độ không đều thường lấy theo chiều cao lớp xếp trên xe và Kk=1,5-2. Nếu tăng tốc độ động lực sấy va tốc độ dòng tuần hoàn có thể hạ trị số Kk. Ngoài ra trong lò sấy có thể có vật liệu kém phẩm chất hay do phế phẩm qua nhiệt. Điều này có quan hệ tới chiều hướng chuỷen động nguyên liệu và động lực sấy (cùng chiều, ngược chiều…) Làm việc cùng chiều khi tốc độ sấy cho phép ở giai đoạn đầu lớn và nhiệt độ vật liệu sấy không được cao. Còn ngược chiều khi tốc độ sấy cho phép cao ở cuối quá trình sấy. 6.13.CẤU TẠO LÒ SẤY. 6.13.1 Lò sấy thùng quay. 1. Bunke nguyên liệu 2. nạp liệu 3. Ống dẫn nguyên liệu 4.Lò sấy 5. Buồng cuối lò 6. Ống dẫn 7. Gầu nâng 8. Buồng đốt 9. Siklon 10. Ống dẫn từ siklon 11. Động cơ chạy lò 12. Bệ đỡ 13. Quạt gió 14. Ống khói Lò sấy thùng quay phổ biến rộng rãi trong côngnghiệp silicat để sấy các vật liệu tơi dưới dạng hạt như cát, đất sét, than… 159
Phần chủ yếu của lò sấy thùng quay là ống trụ thép hàn hoặc tán rivê, khoảng không bên trong là khu vực sấy. Tuỳ theo đường kính của ống thép, chiều dày của thành ống từ 10 đến14 mm. Ống thép này đặt nghiêng 5-60 trên ổ trục quay. Để tránh tụt lò 1 trong 2ổ trụ đó có bệ đỡ. Hai đầu ống có hai buồng nhỏ để nạp tháo liệu và động lực sấy. Giữa ống thép và hai buồng này phải có đệm khí để ngăn không khí lạnh hút vào. Lò sấy thường quay với tốc độ 4-6 vòng /phút, do động cơ điện với hộp giảm tốc khoảng gần giữa lò. Động lực sấy có thể là không khí nóng. Khói lò thường dùng khói lò từ buồng đốt đơn giản. Để tránh bụi bay ra nhiều tốc độ động lực sấy không qua 2-3 m/s. Sơ đồ lò sấy thùng quay trong hình 6.8 Động lực sấy và vật liệu có thể đi cùng chiều và ngược chiều. Ngược chiều dùng cho cát, đá vì những vật liêu này có thể đốt nóng đến nhiệt độ cao ở gian đoạn cuối của quá trình sấy. Nhưng đa số vật liệu được sấy theo sơ đồ cùng chiều. Đặc biệt những vật liệu dẻo, ẩm khi sấy cùng chiều sẽ dễ loại hơi ẩm ban đầu và vật liệu sẽ dễ trở nên tơi. Đất sét khi sấy không được phép mất tính dẻo do quá nhiệt. Thông thường nhiệt độ khói ra khỏi lò sấy 110-1200C và vật liệu đất sét ra khỏi lò 70-800C. Chế độ sấy đối với các vật liệu khác nhau cho trong bảng 6-5. Để tăng cương trao đổi nhiệt, nguyên liệu sấy cần được đập vụn trong lò hoặc nguyên liệu cần phân thành những vật liệu nhỏ trong lò, cũng như tăng mặt tiếp xúc giữa vật liệu và dòng khí. Với mục đích đó trong 1 lò người ta đặt các bộ phận gọi là đệm, các kiểu đệm cho trong hình 6.9, khi sấy vật liẹu hạt thô người ta dùng lò sấy và các cánh sới đặt dọc theo lò. Với vật liệu nhỏ hơn, người ta dùng đệm kiểu ô hở. Vật liệu rất mịn tốt nhất dùng đệm kiểu ô kín, mỗi ô này là 1 kênh nhỏ chạy dọc theo lò khi lò quay, chiều cao rơi của vật liệu tương đối nhỏ. Để tăng độ đồng đều của quá trình sấy, năng suất của lò và kết hợp 1 phần vào giữa nghiền và sấy, người ta mắc xích ở 1 phần đàu lò khi quay, xích đập sơ bộ các cục đất to nhưng laị làm tăng lượng bụi theo dòng khí. Độ dày của vật liệu trong thùng quay dao động trong khoảng 0,15-0,20. Độ dày cao nhất ở lò quay có đệm kiểu ô bên trong. Bảng 6-5 Chế độ sấy trong lò sấy thùng quay. Kích Độ ẩm Độ Nhiệt độ Nhiệt Cườn Khối Kiểu đệm 0 Vật liệu thước đầu % ẩm khí vào C độ khí g độ lượng thể nên dùng ra 0C cuối bốc tích vật % hơi liệu tơi 3 ẩm Kg/m Kg/m3 Đất sét Đến 22 5 600-700 80-100 50-60 1800 Cánh sới Cao lin 40 25 0,5 800 100 36 1800 Ô đệm “ “ 27 0,7 800-1000 60 42 1500 Cánh sới “ “ 19,8 1,8 800-1000 60 28 1500 “ Cát “ 6,0 0,3 1000 90 100 - Ô đệm “ 15 3,0 700 - 804 - “ Xỉ lò cao 21 0,3 500 90 18-25 - “ Than đá 25 15 600 74 25,8 - Cánh sới Xác định kích thước cơ bản Kích thước cơ bản của lò sấy thùng quay được xác định theo năng suất đã cho, hệ số độ đầy nguyên liệu, tốc độ động lực sấy và cường độ bốc hơi. Theo A.P.Vorosilov, đường kính trong của lò sấy được xác định theo công thức sau: 160
L0V0 Dtq = 0,0188 (m) (6.28) (1 − β )v L0 : Lượng động lực sấy khô. β : hệ số Độ đầy nguyên vật liệu trong thùng quay 0,15 ÷ 0,20 V0 : Thể tích khí ẩm tương ứng với 1 kg khí khô v: Tốc độ động lực sấy (khí) (m/s 2-3 m/s) Chiều dài làm việc của thùng quay xác định theo công thức: Gk ( Wd + Wc )(1 − β )v Ltq = 360000 (m) (6.29) L0V0 (100 − Wd )(100 − Wc ) qw Gk : năng suất lò sấy theo vật liệu khô tuyệt đối (Kg/h) Wd, Wc : độ ẩm đầu và cuối của vật liệu sấy % độ ẩm tương đối qw : Cường độ bốc hơi ( kg/m3.h) (bảng 7-5) Chiều dài thùng quay có thể xác định gần đúng theo lượng hơi ẩm bốc hơi từ vật liệu (Kg/h) , cường độ bốc hơi qw n Ltq = (m) (6-30) 2 q w .0,785.Dtq Công thức trên được rút ra từ: n π .D 2 tq (m3) Vtq = = (6-31) Ltq 4 qw Có thể xác định thể tích thùng quay theo: Q (m3) Vtq = K tq (7-32) α v ∆t tb Ktq: hệ số kể đến phần thể tích của thùng quay bị chiếm chỗ bởi đệm Ktq = 1,1÷ 1,2 Q: lượng nhiệt truyền từ khí cho vật liệu cháy (W) ∆ ttb : Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit giữa khí và vật liệu ở đầu và cuối lò sấy, (độ) α v: Hệ số cấp nhiệt thể tích ứng với một đơn vị thể tích tự do của thùng quay không bị chiếm chỗ bởi đệm. Khi α v.v = 2,5 kg/m2 s, giá trị α v cực đại bằng 290 w/m3.độ Nếu sấy đất sét có đệm cánh sơi với tốc độ quay trung bình 3-5 vòng/phút và độ ẩm từ 1,5 - 2,5 thì α v= 70-82 w/m3.độ. Khi sấy cát có hạt 0-3,5 mm thì α v = 90-106 w/m3.độ, với than 0-12 mm, độ ẩm 14- 3,5 % thì α v= 140w/m3.độ. Luợng nhiệt truyền từ khí cho vật liệu cũng như tiêu tốn để bốc hơi ẩm và đốt nóng vật liệu có thể xác định theo phương trình: Q = (2493 +1,97tk – 4,2tvl)0,278n +0,278qvl ( W ) (6-33) (0C) tk: Nhiệt độ lúc ra khỏi thùng quay 161
tvl: Nhiệt độ ban đầu của vật liệu khi vào thùng quay ( 0C) n: Lượng hơi ẩm bốc hơi (kg/h) qvl: tiêu tốn nhiệt để đốt nóng vật liệu (Kj/h) Nếu biết thể tích động lực sấy Vk (m3/h), có thể xác định Dtq từ phương trình 4K v V= (m/s) (6-34) 3600.πDtq (1 − β ) Lấy v=2,5 m/s, β = 0,2 Dtq = 0,0133.Vk (m) (6-35) Trong thực tế lò sấy thùng quay được sản xuất hàng loạt theo tiêu chuẩn (bảng 6-6). Khi đó, ta có thể cho gần đúng, rồi sau tính toán nhiệt, ta xác định kích thước của nó theo các công thức trên và điều chỉnh tốc độ khí lúc ra lò. Thời hạn sấy trong thùng quay (thời gian lưu lại của các vật liệu trong thùng quay) xác định từ công thức sau: Vtq β .ρ τ= ,(h) (6-36) Gtb Vtq: thể tích thùng quay (m3) K ⎛ 100 ⎞ 100 N (m3) = k⎜ ⎟ Vtq = ⎜ 100 − W − 100 − W ⎟ qw qw ⎝ ⎠ d c Trong đó: ρ − Mật độ vật liệu tới trong thùng quay khi độ ẩm trung bình (Wd +Wc)/2 đối với cát ρ = 1200 ÷ 1300 kg/m3, đất sét ρ = 1500 ÷ 1600 kg/m3 Gtb – Năng suất trung bình của thùng quay ⎛ 100 ⎞ 100 Gk ⎟ (m3) ⎜ Gtb = ⎜ 100 − W − 100 − W (6-38) ⎟ 2 ⎝ ⎠ d c Gk- năng suất lò sấy theo vật liệu khô tuyệt đối xác định theo công thức A.P.Vorosilov (6-39) Thời gian vật liệu lưu lại trong lò sấy có thể xác định theo phương trình: β .ρ Wd − Wc τ = 120. (phút) (6-39) . 200 - (Wd − Wc ) qw Số vòng quay của lò sấy xác định theo công thức: A.Ltg nq = (vòng/ phút) (6- 40) τ .Dtq .tgα A - Hệ số, khi sấy ngược chiều đối với cát và đất sét có thể lấy bằng 0,4 ÷ 0,65 α - Góc nghiêng của thùng quay ,(độ) Công suất điện cần thiết xác định theo công thức của Voronlov Nd = 0.0013Dtq3.Ltq.ρ.β (KW) (6- 41) β - Hệ số công suất, trong bảng 6-7 162