thiết kế hệ thống sấy phun dùng cho caco3

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
MỤC LỤC
Chương I: Tổng quan 2
1.1. Quá trìng sấy 2
1.2. Vật liệu sấy
4
1.3. Quy trình công nghệ 5
Chương II: cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng 9
2.1. Các thông số 9
2.2. Cân bằng vật chất 9
2.3. Cân bằng năng lượng 10
Chương III: Tính toán thiết bò chính 12
3.1. Thời gian sấy 12
3.2. Tính kích thước ống sấy 13
Chương IV: Tính cơ khí cho thiết bò chính 15
4.1. Tính chiều dày ống 15
4.2. Tính bích cho ống sấy 15
4.3. Cách nhiệt cho ống sấy 16
Chương V: Tính toán thiết bò phụ 18
5.1. Cyclon 18
5.2. Tính calorife 19
5.3. Tính toán lò đốt 23
5.4. Tính vít tải nhập liệu 25
5.5. Tính gầu tải 26
5.6. Tính và chọn quạt 27
5.7. Tính tai đỡ ống sấy 29
5.8. Tính cửa nhập liệu và tháo liệu
30
5.9. Tính sơ bộ giá thành 31
Chương VI: Kết luận và đánh giá 32
Tài liệu tham khảo 33

SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế giới và
nước nhà, các ngành công nghiệp cần rất nhiều hoá chất có độ tinh khiết cao.
Sấy là một trong các quá trình hay sử dụng và sấy dùng để làm khô vật liệu
ẩm. Đặc biệt là CaCO
3
, nó là nguyên liệu cho nhiều nghành công nghiệp và cả
trong phòng thí nghiệm, nên nó cần được bảo quản tốt và chế biến hợp lý.
Vì thế, đề tài ″ Thiết kế hệ thống sấy khí thổi ″ của môn ″ Đồ n Môn Học Quá
Trình Thiết Bò ″ cũng là một bước giúp cho sinh viên tập luyện và chuẩn bò cho việc thiết
kế quá trình & thiết bò công nghệ trong lónh vực này.
Tập thuyết minh đồ án môn học này gồm 6 chương :
• Chương I :Tổng quan
• Chương II :Cân bằng vật chất và năng lượng
• Chương III :Tính toán thiết bò chính
• Chương IV :Tính cơ khí
• Chương V :Tính thiết bò phụ
• Chương VI :Kết luận
• Tài liệu tham khảo
• Mục lục
Để hoàn thành đồ án này, thực sự em đã cố gắng rất nhiều. Song, vì đây là bước
đầu làm quen với công tác thiết kế nên chắc hẳn không tránh khỏi những sai sót.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Máy – Thiết Bò,

đặc biệt là thầy Trần Văn Ngũ, Người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều
trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế này .
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
Chương 1:
TỔNG QUAN
1.1. Quá trình sấy
1.1.2. Khái niệm:
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi.
Ẩm thường là hơi nước, vật liệu bao gồm cả vật rắn, bùn, chất lỏng …
Sấy được dùng khi:
- Tăng độ bền của vật liệu.
- Tăng khả năng bảo quản.
- Giảm công chuyên chở.
- Tăng giá trò cảm quan của vật liệu.
Quá trình tách ẩm là quá trình khuếch tán hơi nước từ bề mặt vật liệu vào tác
nhân sấy mà động lực quá trình là sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần giữa bề
mặt vật liệu và tác nhân.
Quá trình sấy diễn tiến theo ba giai đoạn:
- Giai đoạn đốt nóng vật liệu.
- Giai đoạn sấy đẳng tốc.
- Giai đoạn sấy giảm tốc.
Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt người ta chia thiết bò sấy ra làm ba loại:
- Sấy đối lưu.
- Sấy tiếp xúc.
- Sấy bức xạ.
Tuy nhiên, trong công nghiệp phương thức sấy đối lưu là hay được sử dụng
nhất.
1.1.2. Các thiết bò sấy đối lưu:

1.1.2.1 Thiết bò sấy buồng:Thiết bò làm việc theo chu kỳ. Vật liệu đưa vào
buồng sấy từng mẻ một. Độ ẩm và nhiệt độ thay đổi theo thời gian sấy. Chế độ
nhiệt là không ổn đònh.
Trong thiết bò sấy buồng, môi chất sấy có thể chuyển động tự nhiên hay
cưỡng bức nhờ quạt gió. Vật liệu được để trên khay, treo lên giá hoặc để trên băng
tải.
* Ưu điểm:
- Đơn giản, dễ vận hành.
- Vốn đầu tư ít.
- Dễ thao tác.
* Nhược điểm:
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
- Làm việc gián đoạn.
- Phù hợp sấy vật liệu dạng đơn chiếc.
- Do lớp vật liệu nằm bất động nên tốc độ tách ẩm chậm.
1.1.2.2. Thiết bò sấy hầm: Làm việc liên tục. Vật liệu được chất trên khay để
trên xe goòng hoặc để trên băng tải và được đưa vào ở một đầu hầm và lấy ra ở
đầu kia.
* Ưu điểm:
- Đơn giản.
- Năng suất khá lớn.
- Ít xáo trộn vật liệu.
- Vật liệu sấy ít gãy nát.
* Nhược điểm:
- Cường độ sấy chưa cao.
- Sấy không đều do sự phân lớp nóng và lạnh theo chiều cao hầm sấy.
- Phù hợp vật liệu đơn chiếc.
- Tiêu tốn nhiều nhân công.

1.1.2.3. Thiết bò sấy băng tải: Dùng băng chuyền để vận chuyển vật liệu. Vật
liệu trong thiết bò trộn nát ít, nên cần có sự tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy
đồng đều.
* Ưu điểm:
- Vật liệu được xáo trộn nên tốc độ sấy nhanh hơn hai thiết bò trên.
- Thiết bò làm việc liên tục nên chiều dày lớp vật liệu trên băng tải phải
được ổn đònh.
* Nhược điểm:
- Có khả năng làm gãy nát vật liệu.
- Kích thước thiết bò khá cồng kềnh, sự truyền động khá phức tạp do phải
truyền động cho nhiều băng tải.
1.1.2.4 Thiết bò sấy thùng quay: Thiết bò có thể làm việc ở áp suất khí quyển
hay chân không. Có thể tăng cường khả năng trao đổi nhiệt trong quá trình sấy
bằng cách thay đổi vò trí liên tục của vật liệu và phân bố đều trong dòng chảy của
tác nhân.
Có thể làm việc liên tục hay chu kỳ, chuyên dùng để sấy vật liệu rời dạng
hạt. Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt, cường độ sấy cao.
* Nhược điểm: Vật liệu bò xáo trộn mạnh nên dễ gãy, vỡ vụn tạo bụi gây mất
mát, hạ chất lượng sản phẩm.
1.1.2.5.Thiết bò sấy tháp: Chuyên dùng để sấy các loại nông sản dạng hạt.
Trong tháp, vật liệu di chuyển nhờ thế năng. Nhập liệu trên đỉnh tháp, tháo liệu ở
đáy tháp.
* Nhược điểm: Cồng kềnh, thời gian sấy dài.
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
4
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
1.1.2.6. Thiết bò sấy phun: Phun vật liệu (chất lỏng) thành hạt nhỏ và rơi trong
buồng sấy. Tác nhân sấy được thổi và chuyển động cùng chiều với vật liệu và sấy
khô vật liệu.
Dùng để sấy các dung dòch thành bột như sữa, xà phòng.

1.1.2.7. Thiết bò sấy tầng sôi: Vật liệu sấy ở thể sôi, trao đổi ẩm với dòng tác
nhân.
* Ưu điểm:
- Máy chiếm ít mặt bằng.
- Hạt chuyển động qua buồng sấy dễ dàng.
- Độ ẩm hạt sau khi sấy đồng đều.
1.1.2.8.Thiết bò sấy khí thổi: Thường dùng để sấy các loại hạt nhẹ có độ ẩm chủ
yếu là ẩm bề mặt. Hệ thống sấy này thường làm phương tiện vận chuyển từ chỗ
này đến chỗ khác theo yêu cầu chế biến. Vì hạt vật liệu chuyển động tònh tiến theo
dòng khí, đồng thời chuyển động quay; do chuyển động quay nên tiêu tốn một
phần năng lượng, làm kết quả của chuyển động tònh tiến bò chậm lại.
- Các hạt vật liệu bò lôi cuốn theo dòng tác nhân, vì vậy sự trao đổi nhiệt,
trao đổi ẩm giữa tác nhân và vật liệu rất mãnh liệt.
- Vật liệu phân bố không đều theo tiết diện đường ống: tại tâm ống vật liệu
tập chung nhiều hơn (các hạt chuyển động gần thành ống bò giảm tốc độ nhiều
hơn). Dòng khí ngược lại bò nén ở tâm nên dồn ra gần thành ống.
- Nồng độ vật liệu càng lớn thì sự phân bố không đều của tốc độ vật liệu và
tốc độ dòng khí càng tăng.
- Tốc độ vật liệu thay đổi theo chiều cao ống : Tại vò trí nhập liệu tốc độ
bằng “0” hoặc thậm chí đạt trò số âm, sau đó do tác dụng của dòng khí vật liệu hình
thành trạng thái lơ lửng và dòng khí qua lớp vật liệu như trong sấy tầng sôi. Tiếp
theo tốc độ vật liệu tăng dần nhờ sự lôi cuốn của dòng khí và xuất hiện sự phân bố
không đều theo tiết diện ống, lúc đó có thể xảy ra hiện tượng hình thành các hạt
vật liệu mới khác về kích thước và hình dạng; giai doạn thứ ba tốc độ vật liệu gần
bằng tốc độ dòng khí và sự phân bố vật liệu gần đồng đều theo tiết diện và chiều
cao ống sấy.
- Tốc độ khí rất lớn, tùy thuộc vào kích cỡ và khối lượng riêng của vật liệu.
- Vật liệu sấy thuộc loại hạt nhỏ, kích cỡ không quá 8-10mm.
- Thời gian sấy ngắn, hầu như quá trình xảy ra tức thời.
* Ưu điểm: Thiết bò có kết cấu đơn giản, gọn, vốn đầu tư ít, sấy vật liệu khô

đều, năng suất cao.
* Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều năng lượng. Chỉ dùng để tách ẩm bề mặt (ẩm
tự do) và dùng để sấy các vật liệu có trở lực truyền ẩm bé.
1.2. Vật liệu sấy:
1.2.1. Giới thiệu về bột CaCO
3
: Bột có những ứng dụng sau:
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
- CaCO
3
tinh khiết được dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế các hợp
chất tinh khiết khác hoặc để trung hòa acid.
- Trong công nghệ đá nhân tạo và công nghệ ceramic, nó được dùng làm
chất độn. Đặc biệt trong công nghệ men sứ, CaCO
3
là một trong những nguyên liệu
chính.
- Trong kem đánh răng, CaCO
3
là chất mài mòn.
- Là phụ gia cho nhiều ngành công nghiệp khác như polymer, giấy, sơn, cao
su, bột màu, dược và cả trong mỹ phẩm.
1.2.2. Đặc trưng của CaCO
3
: Là tinh thể trắng dạng bột, trọng lượng riêng 2.71,
tan trong acid, tan rất ít trong nước, với T = 0.87 . 10
-8
ở 25 ·C.

Đun nóng ở 420 °C bắt đầu phân ly ra CaO và CO
2
.
- Độ tan của CaCO
3
trong nước :
t° (°C) %
25 0.001445
50 0.001515
75 0.001816
1.3. quy trình công nghệ:
1.3.1. sơ đồ công nghệ:

SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
6
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
7
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
1.3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ:
Không khí từ bên ngoài được quạt thổi vào thiết bò trao đổi nhiệt (2). Tại đây,
không khí được đun nóng bởi khói lò từ lò đốt (1), và đi vào ống sấy (3). Vật liệu
nhờ cơ cấu trục vít (4) nhập vào ống sấy với vận tốc ban đầu nhất đònh. Vật liệu
được dòng khí thổi từ dưới lên đẩy đi và thực hiện quá trình sấy. Đi hết chiều dài
ống sấy, vật liệu (đã được tách ẩm) được đưa vào hệ thống cyclon (6) và được tách
khỏi dòng khí, rơi vào đáy cyclon và vào bộ phận chứa sản phẩm (7), sau đó được
băng tải vận chuyển đi qua hệ thống bao gói. Khí thải từ cyclon (6) được quạt (8)
hút ra ngoài.
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
8

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
Chương 2:
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀCÂN BẰNG
NĂNG LƯNG
2.1. Các thông số ban đầu:
2.1.1.Vật liệu sấy :
- Năng suất sấy (theo sản phẩm): G
2
= 300 (kg/h).
- Độ ẩm ban đầu: u
1
,
= 1 (kg ẩm/kg vật liệu khô).
- Độ ẩm cuối: u
2
,
= 0.11 (kg ẩm/kg vật liệu khô).
- Đường kính trung bình của khố hạt : d
tb
= 0.15mm.
- Nhiệt độ vào: θ
1
= 29 ¨C (chọn).
- Nhiệt dộ ra : θ
2
= 45 + 5 = 50 ¨C,

140 ¨C
φ = 1
45 ¨C

29 ¨C
- Khối lượng riêng : ρ
h đầu
= 1452 (kg/m
3
) ứng với độ ẩm u
1
,
= 1
ρ
h cuối
= 2274 (kg/m
3
) ứng với độ ẩm u
1
,
= 0.11
ρ
h
= 1863.5 (kg/m
3
)
- Tỉ trọng δ = 2.71.
- Nhiệt dung diêng ( vật liệu khô) C
khô
= 0.92 (kj/kgh).
2.1.2.Tác nhân sấy:
- Nhiệt độ môi trường t = 29 ¨C
φ = 70%
x

0
= 0.0182 (kg/kgkkk)
d
0
= 77 (kj/kgkkk)
- Khối lượng riêng của không khí: ρ
k
= 1.293*273/T = 1.169(kg/m
3
).
- Nhiệt độ không khí vào thiết bò sấy: t
1
= 140 ° C.
- Nhiệt độ không khí ra khỏi bò sấy: t
1
= 55° C.
2.2. Cân bằng vật chất:
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
2.2.1. lượng ẩm cần tách:
W = 300*
11.01
11.01
+
−
= 240(kg/h)
2.2.2.Sấy lý thuyết:
B
C

A
Thông số A B C
t ( ·C) 29 140 55
φ(%) 70 < 5 53
x(kg/kgkkk) 0.0182 0.0182 0.054
I(kj/kgkkk) 77 195 195
Lượng không khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm (lượng tiêu hao riêng).
l =
01
1
xx −
=
0182.0054.0
1
−
= 27.933 (kgkkk/kg ẩm bay hơi)

Tổng lượng không khí khô:

L = w*l = 240*27.933 = 6703.91 (kg/h)
2.2.3. Cân bằng năng lượng:
Lượng nhiệt cần thiết để bay hơi 1kg ẩm (lượng nhiệt tiêu hao riêng).

q =
02
01
xx
II
−

−
=
0182.0054.0
77195
−
−
= 3296 (kj/kg ẩm bay hơi)
* ∑ Q mang vào:
Dòng không khí: L
0
I
0

Vật liệu: G
vl(1)
C
vl(1)
θ
1
+ WC
H2O
θ1
Bộ phận mang vật liệu: G
vc1
C
vc1
t
vc1
Bộ phận đốt nóng: Q
đ

Do đốt nóng bổ sung trong phòng sấy: Q
b
* ∑ Q mang ra:
Dòng không khí: L
0
I
2
Vật liệu: G
vl2
C
vl2
θ
2

Do bộ phận chuyển vật liệu: G
vc2
C
vc2
t
vc2
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
10
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
Do tổn thất: Q
m
Ta có:
∑ Q mang vào = ∑ Q mang ra
C
vl1

= C
vl2
= C
vl
G
vc1
= G
vc2
= G
vc
Do sấy khí thổi:
G
vc
C
vc
t
vc
= 0
Q
b
= 0
Suy ra:
L
0
I
0
+ G
vc
C
vc

θ
1
+ WC
H2O
θ1 + Q
đ
= L
0
I
2
+ G
vl
C
vl
θ
2
+Q
m
Tổng năng lượng cần thiết cho quá trình sấy:
Q = Q
đ
+ Q
b
= Q
đ
Q = L
0
(I
2
– I

0
) + G
vl
C
vl
(θ
2
- θ
1
) – WC
H2O
θ
1
+ Q
m
Chia hai vế cho W ta có:
q
đ
=
02
02
xx
II
−
−
=
02
02
xx
II

−
−
- (C
H2O
θ
1
– q
vl
– q
m
)
Suy ra:
I
2
= I
1
+ Δ(x
2
– x
0
) với Δ = C
H2O
θ
1
– q
vl
– q
m
= C
H2O

θ
1
- ∑q
∑q = 0.1*q =0.1*3296 = 329.6 (kj/kg)
Δ = 4.2*2.9 -329.6 = -207.8 (kj/kg)
* Quá trình sấy thực:
I
2
= I
1
+ Δ(x
2
– x
0
)
I = C
k
t + (r
0
+ C
h
t)x
I = (2493 + 1.97t)x ( kj/kgkkk)
t
2
+ (2493 + 1.97t
2
)x
2
= t

1
+ (2493 + 1.97t
2
)x
1
+ Δ(x
2
– x
1
)

x
2
=
∆−+
−∆−++
2
20111
97.12493
)97.12493(
t
xxxtt
= 0.05 (kg/kgkkk)

φ =
h
Px
px
)062.0(
2

2
+

với p = 745 mmHg
p
h(55 ¨C)
= 118mmHg
φ = 0.47 = 47%
Lượng không khí thực tế:
L
0
=
02
xx
W
−
=
0182.005.0
240
−
= 7547 (kg/h)
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
11
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
Chương 3
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
3.1 Tính thời gian sấy:

tb
tF

Q
∆
=
α
τ
,
[2]
F: tổng bề mặt truyền nhiệt của dòng hạt (m
2
)
α : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu (w/m
2
K)
Q' : nhiệt lượng vật liệu sấy nhận được trong suốt thời gian sấy (Kw)
3.1.1.tính α:

de
Nu
k
λ
α
=

Nhiệt độ trung bình của dòng khí

5.97
2
55140
=
+

=
k
t
¨C
Chuẩn số acsimet: ρ
k
= 0.946 (kg/m
3
)

2
3
)(
k
kr
gde
Ar
µ
ρρ
−
=
de =0.15mm = 15*10
-5
m
ρ
r
= 1863.5 (kg/m
3
)
µ

k
= 22* 10
-5
Pa.s
Ar =120.53
Ar
1/3
= 4.94
[10]⇒ Nu = 2.4
λ
k
97. 5C¨
= 0.0326 (w/mK)
Suy ra
α = 521.6
3.1.2. Tính F:
Số lượng hạt qua thiết bò trong 1 giây:

3600Pr**
6
3
2
de
G
n
π
=
F = n пde
3
=

de
G
*3600Pr*
6
2
= 1.79 (m
2
/s)
3.1.3.Δt
tb
:
kk: t
1
=140 ·C t
2
=55 ·C
vl: θ
'
1
= t
ư
= 45 ·C θ
2
=50 ·C
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
12
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
Δt
1
= 95 ·C Δt

2
= 5 ·C

2
1
21
ln
t
t
tt
t
tb
∆
∆
∆−∆
=∆
= 30.57 ·C = 30.57 ·K
2.2.4.4tính Q':
Q' = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
* Q
1
: Nhiệt lượng đốt nóng vật liệu ẩm:
Q
1
= (G

2
C
vl
+ W C
H2O
)(t
ư
– θ
1
)
= (300*0.92 + 240* 4.2)(45 – 29)/3600 =5.7 (Kw)
* Q
2
: Nhiệt lượng làm bay hơi ẩm:
Q
2
= w*r =
4.2258*
3600
2400
= 150.56 (Kw)
* Q
3
: Nhiệt lượng đốt nóng vật liệu sấy:
Q
3
= G
2
*C
vl

(θ
2
– θ
1
)
=
3600
300
*0.92*(55 – 45) = 0.77 (Kw)
Q' = 157 (Kw)
Suy ra thời gian sấy:

)(5.5
57.30*79.1*6.513
10*157
3
s==
τ
3.2. Tính kích thước ống sấy:
3.2.1. Vận tốc tác nhân sấy:
Sấy khí thổi là chế độ sấy động, tác nhân phải đưa vật liệu vào trạng thái chảy
rối hoàn toàn. de = 15*10
-5
m ; ρ
k
= 1.1206 (kg/m
3
)

Cd

gde
w
k
kr
ρ
ρρ
3
)(4
0
−
=
Cd = 0.44 ; ρ
r
= 1863.5(kg/m
3
)
Tốc độ cân bằng cũng chính là tốc độ lơ lửng của hạt:
Công thức gần đúng

W
0
= 5.22*
k
r
de
ρ
ρ
= 2.6 (m/s)
Vận tốc dòng tác nhân:
v

k
= (1.3 – 1.5)w
0
= 1.5*w
0
= 1.5*2.6 = 3.9(m/s)
Tốc độ trung bình hạt vật liệu trong toàn ống sấy:

r
k
k
tb
k
Fr
v
v
ρ
ρ
5.0
5.61=

Fr chuẩn số Frude

gde
wv
Fr
k 0
−
=
= 33.89

SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
13
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ

)/(84.0 smv
tb
r
=
3.2.2. Đường kính ống sấy:

k
k
t
v
V
D
π
3600
4
=
v
k
:tốc độ trung bình của tác nhân (m/s)
V
k
: lưu lượng thể tích của tác nhân(m
3
)

)/(8.7977

946.0
7547
3
0
hm
L
V
k
k
===
ρ
D
T
= 0.85m = 850mm
3.2.3.chiều dài ống sấy:

)/(,
3
hmkg
AF
W
F
V
tF
Q
L
tt
t
tbv
s

===
δα
với V
T
: thể tích ống sấy(m
3
)
F
T
: diện tích tiết diện ống (m
2
)
W: lượng ẩm cần tách (kg/h)
A: cường độ bay hơi thể tích trong ống sấy (kg/m
3
h)
3.2.3.1. Tính A:

)/(,
1
)(
8.2
2
max
2
2
hmkg
W
W
D

de
V
A
t
r
kk
ρ
ρ
=
W
2
= u'
2
= 0.11 (kg/kgkkk)
W
max
= độ ẩm cực đại = 1 (kg/kgkkk)
A = 16.27 (kg/m
3
h)

)(567.0
4
85.0
4
2
2
2
m
D

F
T
t
===
π
π

)(26
27.16*567.0
240
m
AF
W
L
t
s
===
3.2.3.2. Chiều dài doạn nhập liệu: α :góc vào của tác nhân(độ);

)(200
1
max
m
D
V
v
L
t
k
c

nl
α
=
= 2000(mm) = 2m
v
cmax
tốc độ cân bằng của hạt vật liệu (m/s)
3.2.3.3. Chiều dài đoạn rơi:
L
r
= 0.8*0.85 =0.68 (m)
3.2.3.4. Chiều dài tổng:
L = L
s
+ L
nl
+ L
r
= 26 + 2 + 0.68 = 28.68 (m)
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
14
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
Chương 4
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO
THIẾT BỊ CHÍNH
4.1. Tính chiều dày ống:
Thiết bò làm việc ở áp suất trong: P
tt
= 0.15 (N/mm
2

)
Thiết bò có lớp cách nhiệt:T
tt
= t
max
+ 20 = 140 + 20 =160 ·C
Vật liệu làm việc ở nhiệt độ cao môi trường ăn mòn thấp: Chọn thép CT
3
1.Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:
[σ]
*
= 125 (N/mm
2
)
2.Hệ số hiệu chỉnh: Do có bọc lớp cách nhiệt
η = 0.95
3.Ứng suất cho phép:
[σ] = η.[σ]
*

= 0.95* 125 = 118.75 (N/mm
2
)
4. Hệ số bền mối hàn: Hàn giáp mối hai phía D
t
≥ 700 mm
φ
h
= 0.95
Kiểm tra biểu thức:

2575295.0*
15.0
75.118
*
)[
>==
k
t
P
ϕ
σ
Chiều dày biểu kiến:

)(565.0
75.118*95.0*2
15.0*85.0
][*2
*
,
mm
PD
S
k
t
===
σϕ
Thời hạn sử dụng thiết bò 10 – 15 năm
Độ ăn mòn: 0.1mm/năm → C
a

= 1.5mm
Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học: C
b
= 0.5
0.565 + 1.5 + 0.5 = 2.565mm
Chọn C
0
= 0.435
→ S = 3mm
Kiểm tra điều kiện bền:

1.00024.0
850
13
<=
−
=
−
t
a
D
CS
(thỏa)
Kiể tra áp suất tính toán:
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
15
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ

)/(15.04.0
)5.13(850

)5.13(95.0*75.118*2
)(
)(*][*2
2
mmN
CSD
CS
P
at
ak
>=
−+
−
=
−+
−
=
ϕσ
4.2.Tính bích cho ống sấy:
D
t
= 850 mm
P = 0.15 N/mm
2

Từ [8] ta có
Số bu lông: 24 cái
M20
h = 20 mm
D

t
= 900 mm
D = A = 1030 mm
C = D
b
= 980 mm
Đệm: chọn đệm thuộc loại đệm paronit có bề dầy 2mm
4.3. Cách nhiệt cho ống sấy:
CT
3
t
f1
không khí
không khí nóng
t
f2
= 29 ·C
t
w1
t
w2


δ= 3mm
Mật độ dòng nhiệt q truyền qua một đơn vò bề mặt (S) truyền nhiệt
q = kΔt = k(t
f1
– t
f2
) =

)/(
21
ii
ww
tt
λδ
∑
−
Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy: t
f1
= 97.5 ·C
t
f2
= t
mt
= 29 ·C
Thân ống làm bằng thép CT
3
có hệ số dẫn nhiệt λ = 46.5 (w/mK)
Phía trong ống là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức nên hệ số trao đổi nhiệt
giữa tác nhân sấy với bề mặt trong của thùng sấy:
α
1
= 6.17 + 4.17v
k
= 6.17 + 4.17*3.9 = 22.433 (w/m
2
hK)
Trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài giữa mặt ống với không khí xung quanh là
trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên chảy rối.

α
2
= 1.715(t
w2
– t
f2
)
0.333
theo [1]
Mật độ dòng nhiệt phải thỏa mãn:
q
1
= q
2
= q
3
Với q
3
q
1
= α
1
(t
f1
+ t
w1
) = 22.433*(97.5 – t
w1
) (1)
q

2
=
δ
λ
(t
w1
–t
w2
) =
003.0
5.46
(t
w1
–t
w2
) (2)
q
3
= α
2
(t
w2
– t
f2
)
1.333
(3)
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
16
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ

(2) → t
w2
= t
w1
– q
1
δ
λ
(3) → q
3
= 1.715(t
w2
– 29)
1.333
Nếu q
1
= q
3
xem giá trò chọn thỏa
t
w1
= 84.7 ·C(s/s│ q
1
– q
3
│≤ 0.5)
t
w2
= 84.676 ·C
Do nhiệt độ ngoài t

w2
= 84.676 ·C khá lớn nên ta cách nhiệt cho ống sấy bằng
lớp bông thủy tinh dày δ
2
= 10mm, hệ số dẫn nhiệt λ
2
= 0.05(w/mK)
Suy ra:
q
1
= 23.83(97.5-t
w1
) =364.6(w/m
2
)
t
w3
= t
w1
– q
1
)(
i
i
λ
δ
∑
= 15.3 ·C
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
17

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
Chương 5
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
5.1.Cyclon:
Chọn cyclon kép do:
-Thu sản phẩm với khối lượng khá lớn.
-Lưu lượng khí lớn.
-Vận tốc dòng khí lớn (nồng độ hạt cao).
-Cyclon này có thể ngăn cản dòng khí lan tràn lên phía trên và hướng nó
theo một phía.
-hiệu suất cao.
Lưu lượng khí vào cyclon:
V
k
= 7977.8 (m
3
/s) = 2.22 (m
3
/s)
Chọn xyclon kép được ghép bởi 2 xyclon đơn loại πH-15. Loại này hiệu suất
làm sạch bụi cao nhất, hệ số sức cản lớn.
ξ = 105
Đường kính xyclon:

q
w
V
D
785.0
1

=
; (mm)
V
1
= 2.22 (m
3
/s)

sm
P
w
k
q
/;
2
ξρ
∆
=
ξ = 105
ta có
600740540 =÷=
∆
ρ
p
⇒ ∆p = 600*ρ
k
= 600*1.1206 = 672.36 (N/m
2
)
w

q
= 3.4 (m/s)
⇒ D = 0.912 (m) chọn D = 900 (mm)
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
18
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
d
1
a h
4

a h
1
α
L h
2
H

D


h
3
d
2
h

Dùng loại xyclon πH-15 có kích thước sau:
D = 900mm
Chiều cao cửa vào: a = 0.66D = 594mm

Chiều cao ống tâm có mặt bích h
1
= 1.74D = 1566mm
Chiều cao phần hình trụ h
2
= 2.26D = 2034mm
Chiều cao phần hình nón h
3
= 2D = 1800mm
Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h
4
= 0.3D = 270mm
Chiều cao chung H = 4.56D = 4104mm
Đường kính ngoài ống ra d
1
= 0.6D = 540mm
Đường kímh trong của cửa tháo bụi d
2
= 0.4D = 360mm
Chiều rộng cửa vào b
1
/b
2
= 234/180
Chiều dài của ống cửa vào L = 0.6D = 540mm
Khoảng cách từ tận cùng Cyclon đến mặt bích h
5
= 0.3D = 270mm
Góc nghiêng giữa nắp ống và cửa vào α = 15°
Hệ số trở lực ξ = 105

Trở lực cyclon

2
*
2
kq
w
p
ρ
ξ
=∆
;
)/(06.1
360
mkg
C
k
=
°
ρ
∆p = 643.3(N/m
2
)
Hiệu suất làm sạch
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
19
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
η = 90(%)
5.2. Tính toán Calorife:
Vì quá trình trao đổi nhiệt đòi hỏi bề mặt truyền nhiệt tương đối lớn nên chọn

thiết bò trao đổi nhiệt ống chùm. Trong thiết bò đặt các tấm chắn ngang để chiều
chuyển động của chất nhận nhiệt đi thẳng góc với ống, làm tăng hệ số cấp nhiệt.
- Các ống lắp chặt trên mạng ống kín bằng cách hàn.
- Tác nhân cấp nhiệt cho không khí là khói lò đi trong ống, không khí đi ngoài
ống.
- Chùm ống được bố trí so le.
Nhiệt lượng cần cung cấp cho không khí trong calorife:
Q = L
0
(I
1
– I
0
)
L
0
: khối lượng không khí khô cần cho quá trình sấy thực tế (kg/h)
I
0
, I
1
:entanpi của không khí trước và sau khi vào calorife (kj/kg)
Q = 7547(195-77) = 830546(kj/h)
Nhiệt lượng khói lò cung cấp:

ηηη
ct
Q
Q =
,

η
t
= 0.7: hiệu suất buồng đốt.
η
c
= 0.8: hiệu suất hệ thống dẫn khói
η = 0.7: hiệu suất calorife

,
Q
= 2.1*10
6
(kj/h)
Chọn nhiệt độ vào là 300 ·C, ra là 70 ·C.
(
,
2
T
)300 ·C → 70 ·C (
,,
2
T
)
(
,,
1
T
) → 29 ·C (
,
1

T
)
∆t
1
= 160°C ∆t
2
= 41°C
Chọn thiết bò trao đổi nhiệt ngược chiều 1-1 (ξ = 1) do độ vượt yêu cầu quá
lớn.
Độ vượt =
,,
1
T
-
,,
2
T
= 140-70 = 70 ·C
∆t
log
↑↓
=
C
0
7.87
41
160
ln
41160
=

−
Chọn thiết bò trao đổi nhiệt có:
d
n
= 25mm
d
t
=20mm
chiều dài l = 3000mm
bước ống t = (1.2-1.5)d
n
= 1.28*25 = 32mm


Thiết bò dạng chùm phân bố hình lục giác:
Tổng số ống trên 1 dường xuyên tâm của hình 6 cạnh
b=25ống
Tồng số ống trên một cạnh của lục giác ngoài ống:
a= (b+1)/2 =13 ống
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
20
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
Tổng số ống: n= 3a(a-1) +1 =469 ống
Đường kính trong thiết bò: D
t
= t(b-1)+4d
n
= 868mm
Chọn D
t

=1000mm
5.2.1.Tốc độ dòng nóng:
Q
khoi’
= Q’ = m
khói
C
khói
(T
2
’- T
2
’’)

Ct
tb
khoi
°=
+
= 185
2
70300
C
tb
khói
= C
185 ·C

kkk
=1.022(kj/kgđộ)

m
khói
=
)/(9.8933
)70300(*022.1
10*1.2
)(
6
,
2
,,
2
,
hkg
TTC
Q
khoi
=
−
=
−


)/(18.3
3600*771.0
9.8933
3
185
sm
m

V
khoi
khoi
khoi
===
ρ

Vận tốc trung bình của dòng khói:

)/(6.21
4
*
18.3
2
sm
d
n
F
V
W
t
t
khoi
khoi
===
π

5.2.2. Vận tốc trung bình dòng lạnh:
Lưu lượng không khí trong thiết bò trao đổi nhiệt:
V'

k
= V
k
(1+x
0
)
= 7797.8(1+0.0182) = 8122.4 (m
3
/h) = 2.26 (m
3
/h)
t
tb
kk
=
C
°
=
+
5.84
2
29140


)(
0
,
n
k
kk

dtbl
V
w
−
=

t: bước ống (m)
d
n
: đường kính ngoài của ống (m)
l
0
: khoảng cách giữa các tấm ngăn(m)
b = 25
w
kk
= 16 (m/s)
5.2.3.Tính hệ số cấp nhiệt phía ống α
1
:

1
11
1
d
Nu
λ
α
=

185
khoi
λ
= 3.83*10
-2
(w/mđộ)
Nu
1
= 0.01ε
1
Re
1
0.8

Do l/d
t
=3000/20 = 150 nên ε
1
=1

13323
10*025.0
771.0*02.0*6.21
Re
3
1
===
−
khoi
khoitkhoi

dw
µ
ρ
→ Nu
1
= 35.89
α
1
= 68.73 (w/mđộ) = 2.5*10
5
(J/m
2
h.độ)
5.2.4.Tính hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống:
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
21
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ

Ct
kk
tb
°= 5.84
Các ống xen hàng;
Đối với dãy thứ 3 và các dãy tiếp theo:
Nu
2
= 0.37 ε
ϕ
65.0
2

Re
ε
ϕ
=1

kk
kkkk
dw
µ
ρ
2
2
Re =
ρ
kk
= 0.987 (kg/m
3
)
µ
kk
=0.021*10
-3
(Pa.s)
w
kk
=16 (m/s)

nT
nT
tb

dD
dD
C
FF
C
F
dd
ππ
ππ
469
4/*4964/
444
22
12
2
+
−
=
−
===
= 0.037m
Re
2
= 27824
Nu
2
= 286.47
α
2
=

240
037.0
10*1.3*47.286
2
2
5.84
22
==
−
°
d
Nu
C
λ
(w/m
2
độ) = 864 (kj/m
2
hđộ)
5.2.5.Hệ số truyền nhiệt:
Do d
T
/d
n
> 0.5 nên có thể dùng công thức như tường phẳng:

cau
r
K
+++

=
λ
δ
αα
21
11
1
Chọn vật liệu là ống thép CT20, λ = 46.5 (w/mđộ), lớp bụi bên trong ống dày
0.5mm
r
cáu
= 3.6*10
-4
(m
2
độ/w)
K = 52.27 (w/m
2
độ)
5.2.6.Tổng diện tích bề mặy truyền nhiệt:

2
log
,
127
27.52*7.87
33.583
m
Kt
Q

F ==
∆
=
∑
5.2.7.chiều dài ống:

log
,
tnK
Q
l
l
∆
=
K
l
: hệ số truyền nhiệt tính trên 1m chiều dài ống;

cau
cau
t
n
t
l
d
r
d
d
d
K

+++
=
ln
2
11
14.3
1
λα
δ
cáu
= d
cáu
= 19mm
K
l
= 3.2 (w/m
2
độ)
l = 4.4 m ; suy ra l = 4500 mm
5.2.8. Thiết kế thiết bò trao đổi nhiệt:
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
22
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ
5.2.8.1. Vỏ:
- Vật liệu 1X18H10T
- Đường kính trong của vỏ TBTĐN là 1000mm
- Bề dày của vỏ 5mm
5.2.8.2.Ống:
- Dài 4500mm
- Vật liệu ống là CT20

5.2.8.3. Vỉ ống:
- Ống bố trí ở đỉnh ∆ đều với bước ống t = 32mm
d
n
= 25mm
- Các lỗ khoan trên vỉ ống có đường kính 25mm
- Chọn cách lắp ống trên vỉ là nong ống
- Bề dày vỉ (chọn) 30mm
5.2.8.4.Tấm ngăn cho lưu chất phía vỏ:
- Tạo sự chuyển động cắt ngang qua chùm ống.
- Chọn tấm ngăn hình viên phân.
- D
ngăn
= 990mm
- Khoảng cách tối đa giữa các tấm ngăn
l
max
= 1000mm
- Bề dày tối thiểu của tấm ngăn S
min
= 10mm
5.2.8.5. Tính bích cho thiết bò TĐN:
- Với D
T
= 1000mm
P = 1.5at
Theo sổ tay tập II
d
b
= M20

D = 1140mm
D
b
=1090mm
D
1
= 1060mm
z = 24 cái
h = 20mm
5.3.Tính toán lò đốt:
5.3.1.Tính lượng nhiên liệu cần đốt:
Chọn buồng đốt thủ công ghi ngang:
Nhiên liệu là than Bố Hạ có các thành phần(%).

Cd Hd Od Nd Sd Ad Wd
84 1.5 2.4 2.1 2 5 3
Nhiệt trò thấp của nhiên liệu:
Q
t
= 339C + 1256H – 108.8(O-S) – 25.1(w+9H) = 29900 (kj/kg)
Lượng nhiên liệu tiêu hao:
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
23
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ

)/(70
29900
10*1.2
6,
hkg

Q
Q
Q
t
nl
===
Lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy:
L
0

= 0.116C + 0.348H + 0.043(S-O)
= 0.116*84 + 0.348*1.5 + 0.043(2-2.4) = 10.25(kgkkk/kgnl)
Hệ số không khí thừa:

)()([
))9(1()9(
0000
ttciidL
tcAWhiWHcQ
pkaa
pkanltbdcao
nl
−+−
++−−+−+
=
η
α
Q
cao
= 339C + 1256H – 108.8(O-S) =30316.5 (kj/kg)

η
bđ
= 0.7
c
nl
= 1.3 (kj/kgđộ)
t
nl
= 29 °C
i
a
= 2500 +1.842t ; t nhiệt độ khói sau buồng hòa trộn (t = 300°C)
= 2500 + 1.842*300 = 3052.6 (kj/kg)
i
a0
= 2500 + 1.842*29 = 2553.4 (kj/kg)
ρ
khói
= 0.71(kg/m
3
)
c
pk
= c
pkhói
= 1.002 (kj/kgđộ)
L
0
= 10.25(kgkkk/kgnl)
d

0
= 0.0176 (kgẩm/kgkkk) (t = 29°C)
w = 0.03 H = 0.015 A = 0.05
α = 7.14
5.3.2.Các kích thước lò đốt:
Nhiệt thế trên ghi lò:

)/(10*500
23
,
hmkcal
R
Q
=
R: diện tích ghi lò
R = 1(m
2
)
Nhiệt thế thể tích:

)/(10*250
33
,
hmkcal
V
Q
t
=
V
T

= (2 m
3
)
Chiều cao lò đốt:

)(2
1
2
m
R
V
H
t
===
Chiều rộng lò đốt:

H
f
B =
f: tiết diện của không gian buồng đốt(m
2
)
Chọn R = 0.5f → f = 2(m
2
)
B = 1(m)
Chiều dài lò đốt:
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
24
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB GVHD: TS TRẦN VĂN NGŨ

B
R
L =
=1(m)
5.3.3. Thiết kế buồng đốt:
Chọn loại buồng đốt thủ công ghi ngang do kết cấu đơn giản, dùng được
nhiều loại than khác nhau.
Buồng đốt xây bằng gạch chòu lửa bên trong, bên ngoài là tường gạch xi
măng.
Chọn gạch chòu lửa Samốt.
- Ghi lò: làm bằng gang dạng tấm có đục lỗ, chiều dày ghi 10mm
- Cửa lò gồm cửa thao tác và cửa quan sát.
Chọn cửa thao tác:
Bề rộng: B = 350mm
Bề cao: h
1
= 5mm h
2
Bề cao: h
2
= 60mm h
1
H = 300mm H

B
* tính toán nhiệt độ cháy:
Là nhiệt độ của sản phẩm cháy khi toàn bộ nhiệt lượng khí cháy chỉ dùng để
nung nóng sản phẩm cháy (cháy đoạn nhiệt vì khong có phản ứng nhiệt phân sản
phẩm cháy)

c
khói
t
lt
V
khói
= Q
t


+ c
nl
t
nl
+ c
kk
t
kk
L

khoi
kkkknlnlt
L
LtctcQ
i
++
=
∑
Q
t

: nhiệt trò thấp, Q
t
= 29900 (kj/kg)
c
nl
,t
nl
: nhiệt dung riêng và nhiệt độ nhiên liệu
c
nl
= 1.3 (kj/kgđộ)
t
nl
= 29°C
c
kk
,t
kk
; nhiệt dung riêng và nhiệt độ không khí
c
kk
= 1.003 (kj/kgđộ)
t
kk
= 29°C
L = L
0
.α : lượng không khí thực tế để đốt hoàn toàn 1kg nhiên liệu.
Chọn α = 2 → L = 10.25*2 = 20.5 (kg/kgnl)
L

khói
= V
khói
* ρ
khói
V
khói
= V
RO2
+ V
CO2
+ V
H2O
+ (α-1)V
0

V
RO2
= V
CO2
+ V
SO2
= 1.86*
100
37.0 SC +
= 1.86*
100
2*37.084 +
= 1.576(m
3

/kgnl)
SVTH: NGUYỄN ĐĂNG NAM
25