đồ án quá trình thiết bị thiết kế hệ thống sấy muối tầng sôi năng suất nhập liệu 500kgh

Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY MUỐI TẦNG SÔI NĂNG SUẤT
NHẬP LIỆU 500KG/H
Trình độ đào tạo : ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo: CHÍNH QUY
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HOÁ HỌC
Chuyên ngành: HOÁ DẦU
Khoá học: 2009-2013
Giảng viên hướng dẫn:Th.s Nguyễn Quốc Hải
Sinh viên (nhóm SV) thực hiện: Ngô Thanh Trí
Lê Trí
Vũng Tàu, năm 2012
1
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
LỜI MỞ ĐẦU
Kỹ thuật sấy là một ngành khoa phát triển từ rất lâu đời. Trong n hững năm 70
trở lại đây người ta đã đưa kỹ thuật sấy thnàh công nghệ sản xuất các mặt hàng
nông sản , thực phẩm khô…. Không những kéo dài thời gian bảo quản mà còn làm
phong phú thêm các mặt hàng thực phẩm tiện cho người tiêu dùng như sữa bột, cà
phê, chè, các laọi bột, các gia vị khô, cá khô, muối….
Nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm và đường bờ biển kéo dài rất
thuận lợi cho ngành công nghiệp sản xuất muối phát triển. Do tính chất đặc thù
của muối có độ ẩm cao, dễ hút ẩm, nên việc lựa chọn thiết bị sấy đạt năng suất
cao, tiết kiệm năng lượng là hết sức cần thiết.
So với nhiều phương pháp sấy khác, phương pháp sấy tầng sôi luôn là một
trong những phương pháp có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chất lượng như trên
và là một phương pháp mang lại hiệu quả đáng kể.
Nhóm sinh viên chúng em được giao thực hiện đề tài “ Thiế kế hệ thống sấy

tầng sôi để sấy muối ăn với độ ẩm đầu là 5% và độ ẩm sau là 0,5% với năng suất
nhập liệu 500 kg/h., nhằm góp phnầ giải quyết một vấn đề thiết thực của ngành
công nghiệp sản xuất muối.
Do thời gian và kiến thức còn hạn chế mặc dù đã cố gắng nhưng trong đề tài
cũng không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự góp ý của quý
thầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Th.s Nguyễn Quốc Hải đã giúp
đỡ hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian hoàn thành đề tài.
Nhóm sinh viên thực hiện
2
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
MỤC LỤC
Lời mở đầu: Trang…
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH SẤY
1.1 Sơ lược về muối ăn Trang…
1.1.1 Sơ lược muối ăn
1.1.2 Tính chất muối ăn Trang…
1.1.3 Công dụng của muối Trang…
1.2 Sơ lược về quá trình sấy Trang…
1.2.1Sơ lược về sấy Trang…
1.2.2Sấy tầng sôi Trang…
Chương 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1 Sơ đồ quá trình công nghệ Trang…
2.2 Nguyên lý làm việc của mấy sấy tầng sôi Trang…
Chương 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NHIỆT LƯỢNG
3.1.Tiêu hao không khí Trang…
3.2. Cân bằng vật chất và nhiệt lượng Trang…
Chương 4. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
4.1 Tính toàn bộ vận tốc máy sấy Trang…
4.2 Tính thời gian sấy Trang…

4.3 Tính kích thướcthiết bị chính Trang…
4.3.1 Lưới phân phối Trang…
4.3.2 Tính chiều cao lớp sôi vật liệu Trang…
4.3.3 Buồng sấy Trang…
4.4 Bộ phận nhập liệu Trang…
4.5 Bộ phận tháo liệu Trang…
Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
5.1 Calorife Trang…
5.1.1 Hệ số cấp nhiệt phía không khí Trang…
5.1.2 Hệ số cấp nhiệt phía nước Trang…
5.2 Tính Cyclon theo phương pháp chọn Trang…
3
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
5.3 Tính toán quạt Trang…
5.4 Tính đáy nắp thiết bị Trang…
5.4.1 Tính nắp thiết bị Trang…
5.4.2 Đáy thiết bị Trang…
5.4.3 Chọn bích Trang…
5.4.4 Tai đỡ Trang…
Chương 6 : Kết luận và phương hướng phát triển

Tài liệu tham khảo: Trang…
4
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Chương 1: TỔNG QUAN NGUYÊN VẬT LIỆU
VÀ QUÁ TRÌNH SẤY
1.1 Sơ lược về muối ăn


Hình 1.1. Muối ăn

1.1.1 Sơ lược muối ăn :
Công thức hóa học : NaCl
Muối ăn hay còn gọi là muối là một khoáng chất được con người sử dụng cho
vào món ăn như một thứ gia vị. Có rất nhiều dạng muối ăn: muối thô, muối tinh,
muối iốt.
1.1.2 Tính chất muối ăn :
5
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Đó là một chất rắn dạng tinh thể màu từ trắng đến có vết của màu hồng hay
xám rất nhạt, thu được từ nước biển hay các mỏ muối. Muối thu được từ nước
biển có các tinh thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn muối mỏ. Trong tự nhiên muối ăn bao
gồm chủ yếu là natri clorua (NaCl), nhưng cũng có chứa một ít khoáng chất khác
(khoáng chất vi lượng). Muối ăn thu được từ mỏ có thể có màu xám hơn vì dấu vết
của các khoáng chất vi lượng. Muối ăn là cần thiết cho sự sống của mọi cơ thể
sống, bao gồm cả con ngừơi.
1.1.3 Công dụng của muối:
Muối ăn tham gia vào việc điều chỉnh độ chứa nước của cơ thể (cân bằng
lỏng). Muối ăn bắt bụộc cho sự sống, nhưng việc sử dụng quá mức có thể làm tăng
độ nguy hiểm cho sức khỏe, nhất là người có bệnh cao huyết áp. Trong việc nấu
ăn làm gia vị muối ăn còn được sử dụng như chất bảo quản.
Muối ăn còn được dùng làm chất bảo quản cho các thực phẩm, để làm một số
món ăn như muối dưa, muối cà, làm nước mắm, Do có tính sát trùng nên muối
ăn còn được pha loãng làm nước súc miệng hay rửa vết thương ngoài da.
Ngoài ra muối ăn không chỉ dùng để ăn mà còn dùng cho các việc khác trong
ngành công nghiệp đặc biệt là ngành hóa chất:
• 2NaCl + 2H
2
O ( điện phân dung dịch có màng ngăn )-> 2NaOH + H
2
+ Cl

2
• NaOH dùng làm điều chế xà phòng, công nghiệp giấy. H
2
làm nhiên liệu,
bơ nhân tạo, sản xuất axit. Cl
2
sản xuất chất dẻo, chất diệt trùng và sản xuất
HCl
• NaCl ( điện phân nóng chảy ) -> Na + 1/2Cl
2
• Na điều chế hợp kim, chất trao đổi nhiệt
• 2NaOH + Cl
2
-> NaCl + NaClO + H
2
O
• NaClO là chất sản xuất tẩy rửa, diệt trùng
• NaClO + H
2
O + CO
2
-> NaHCO
3
+ HClO
• NaHCO
3
dùng để sản xuất thủy tinh, xà phòng, chất tẩy rửa tổng hợp
1.2 Sơ lược về quá trình sấy
1.2.1 Sơ lược về sấy
Trong công nghiệp hoá chất, thực phẩm quá trình tách nước ra khỏi vật liệu

(làm khô vật liệu) là rất quan trọng. Tuỳ theo tính chất và độ ẩm của vật liệu, mức
độ làm khô của vật liệu mà tách nước ra khỏi vật liệu bằng những phương pháp
sau:
- Phương pháp cơ học (sử dụng máy ép, lọc, ly tâm…)
- Phương pháp hoá lý (dùng CaCl
2
, acid H
2
SO
4
để tách nước)
- Phương pháp nhiệt ( dùng nhiệt để bốc hơi nước trong vật liệu)
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt. Kết quả của
quá trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu tăng lên. Điều này có ý nghĩa
quan trọng về nhiều mặt:nhằm tăng khả năng bảo quản đối với nông sản và thực
phẩm, làm tăng độ bền cơ học đối với sứ, làm tăng khả năng đốt cháy đối với than
6
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
củi… Các vật liệu sau khi sấy ra điều giảm khối lượng hoặc thể tích nên giảm
được giá thành vận chuyển.
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệtđể biến đổi trạng
thái pha lỏng trong vật liệu thành hơi. Cơ chế của quà trình được mô tả bằng bốn
quá trình cơ bản sau:
- Cấp nhiệt cho bề mặt nhiên liệu;
- Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào nhiên liệu;
- Khi nhận được nhiệt lượng, dòng ẩm di chuyển từ trong vật liệu ra bề mặt;
- Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu sẽ thoát ra môi trường xung quanh.
Bốn quá trình này được thể hiện bằng sự truyền ẩm bên trong vật liệu và sự
trao đổi nhiệt ẩm bên ngoài giữa bề mặt vật liệu với môi trường xung quanh.
Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia thiết bị sấy ra

ba nhóm chính:
- Sấy đối lưu;
- Sấy tiếp xúc;
- Sấy bức xạ, chân không hoặc thăng hoa.
Theo kết cấu nhóm thiết bị sấy đối lưu có thể gặp các dạng thiết bị sau:
- Thiết bị sấy buồng: Vật liệu được sấy gián đoạn ở áp suất khí quyển. Vật
liệu được xếp trên những khay hoặc xe đẩy, việc nạp và tháo nhiên liệu
được thực hiện ở ngoài phòng sấy. Nhược điểm của thiết bị loại nàylà thời
gian sấy dài, vật liệu không được đảo trộn dẫn đến sấy không đều, bị mất
nhiệt khi nạp và tháo nhiên liệu, khó kiểm soát được quá trình.
- Thiết bị sấy hầm: làm việc ở áp suất khí quyển và tác nhân sấy là không
khí hay khói lò. Vật liệu được xếp trên các khay đặt trên xe goòng di
chuyển dọc theo chiều dài hầm. Chiều dài hầm có thể lên đến 60m, vận tốc
chuyển động của không khí trong hầm thường từ 2 – 3m/s. Nhựơc điểm của
thiết vị này là sấy không đều do sự phân lớp không khí nóng và lạnh theo
chiều cao cảu hầm. Tuy nhiên, hầm sấy là loại thiết bị sấy dễ sử dụng các
phương thức sấy khác nhau, dòng khí và vật liệu sấy có thể chuyển động
cùng hoặc ngược chiều.
- Thiết bị sấy thùng quay: Đây là loại thiết bị sấy được dùng rộng rãi trong
cômg nghiệp hoá chất và thực phẩm để sấy một số loại hoá chất, phân bón,
ngũ cốc, bột đường… Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển tác nhân sấy có
thể là không khí hoặc khói lò. Vận tốc chuyển động của tác nhân sấy trong
thùng khoảng 2 – 3m/s còn thùng quay với tốc độ 1 – 8 vòng/phút. Ưu
điểm là quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc của vật liệu
và tác nhân sấy. Tuy nhiên, do vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị gãy vụn
tạo ra bụi do đó làm giảm phẩm chất của sản phẩm.
- Thiết bị sấy phun: Đây là thiết bị dùng để sấy các vật liệu lỏng như sữa,
dd đậu nành, gelarin… Dd lỏng được phun thành dạng phun vào trong
phòng sấy. Nhiệt độ dòng tác nhân có thể lên đến 750
o

C và phụ thuộc vào
tính chịu nhiệt của vật liệu. Ưu điểm chủ yếu cảu thiết bị là sấy nhanh thu
7
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
được sản phẩm ở dạng bột mịn. Nhược điểm là kích cỡ phòng sấy lớn, tiêu
tốn nhiều năng lượng, thiết bị phức tạp nhất là ở cơ cấu phun bụi và hệ
thống thu hồi sản phẩm.
- Thiết bị sấy tầng sôi
- Thiết bị sấy khí động.
1.2.2 Thiết bị sấy tầng sôi
Sấy tầng sôi là một trong các phương thức sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, thích
hợp cho việc sấy muối.
Bộ phận chính của thiết bị sấy tầng sôi là một buồng sấy, phía dưới buồng sấy
đặt ghi lò. Ghi lò của buồng sấy là một tấm thép có đục nhiều lỗ thích hợp hoặc
lưới thép để tác nhân đi qua nhưng hạt không lọt xuống được. tác nhân sấy có
nhiệt độ cao, độ ẩm thấp, được thổi từ dưới lên để đi qua lớp vật liệu. Với tốc độ
đủ lớn tác nhân sấy nâng các hạt vật liệu lên và làm cho chúng bị xáo trộn. Quá
trình sôi này là quá trình trao đổi nhiệt ẩm mãnh liệt giữa tác nhân sấy và vật liệu
sấy. Các hạt vật liệu khô hơn nên nhẹ hơn sẽ nằm ở lớp trên của tầng hạt đang sôi,
và ở một độ cao nào đó hạt khô sẽ được đưa ra ngoài qua đường tháo liệu.
Sấy tầng sôi có những ưu và nhược điểm như sau:
* Ưu điểm:
- Năng suất sấy cao;
- Vật liệu sấy khô đều;
- Có thể tiến hành sấy liên tục;
- Hệ thống thiết bị tương đối đơn giãn;
- Dễ điều chỉnh nhiệt độ ra khỏi buồng sấy;
- Có thể điều chỉnh thời gian sấy.
* Nhược điểm:
- Trở lực lớp sôi lớn;

- Tiêu hao nhiều điện năng để thỏi khí tạo lớp sôi;
- Yêu cầu cỡ hạt nhỏ và tương đối đồng đều.
Chương 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ
8
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Hình 2.1. Quy trình công nghệ sấy tầng sôi
1: Quạt 4: Thiết bị sấy 7: Cyclon
2: Calorife 5: Bộ phận nhập liệu 8: Quạt đẩy
3: Lưới phân phối khí 6: Cửa tháo liệu
2.2 Nguyên lý hoạt động của máy sấy tầng sôi
Không khí được quạt (1) hút và đẩy vào calorife (2) không khí ở đây
được đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết rồi được thổi vào phần dưới của thiết bị sấy
(4) qua lớp lưới phân phối và lớp vật liệu phía trên lưới phân phối với một vận tốc
rất lớn. Vật liệu ẩm cần sấy sẽ được đưa vào phòng sấy bằng bộ phận nhập liệu (5)
liên tục và định lượng vào thiết bị tầng sôi ở trạng thái lơ lững, những hạt vật liệu
được sấy khô sẽ rơi vào cửa tháo liệu (6). Không khí thải cuốn theo một lượng lớn
bụi lớn được dẫn vào thiết bị tách bụi cyclone (7), khí thải được đẩy ra ngoài qua
quạt hút (8).
Phương thức trao đổi nhiệt theo phương thức đối lưu.
Chương 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NHIỆT
LƯỢNG
9
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Theo đề bài thiết kế ta có:
- Năng suất nhập liệu: G
1
=0,14kg/s
- Đường kính của hạt: d=0,1mm ÷ 0,5mm
- Nhiệt độ của vật liệu trước khi vào sấy:

1
=20
0
C
- Độ ẩm của vật liệu:
+ Trước khi vào sấy:
1
=5% = 0,005
+ Sau khi vào sấy:
2
=0,5% = 0,0005
- Trạng thái của không khí:
+ Trước khi vào calorife: t
0
=25
0
C,
0
=85%
+ Sau khi ra khỏi calorife: t
1
=200
0
C
+ Ra khỏi thiết bị sấy: t
2
=80
0
C
+ Mất mát nhiệt ra môi trường xung quanh theo 1 kg ẩm bay hơi q

m
= 22,6
kJ/kg.
- Chất đốt cung cấp cho buồng sấy khối lò đốt khí thiên nhiên.
* Chọn kết cấu và điều kiện làm việc của thiết bị:
Các yếu tố liên quan đến việc chọn kết cấu gồm:
- Trạng thái vật liệu : dạng rời
- Vật liệu chịu được nhiệt độ cao
- Chủ yếu tách ẩm bề mặt
- Chọn lưới phân phối có đường kính lỗ : d
0
= 2mm
- Cho phép sự phân phối không đồng đều của hàm ẩm vật liệu sau sấy (vì trong
bảo quản độ ẩm hạt vật liệu tự cân bằng)
- Để bảo đảm chế độ động thuỷ lực tốt nên chọn thiết bị có tiết diện tròn. Chiều
cao của lớp tầng sôi trong thiết bị lấy hơn 4 lần so với chiều cao vùng tác động của
dòng tia ( tức vùng thuỷ động ổn định)
Chiều cao dòng tia : h
t
= 20.d
0
= 20.2 = 40 mm
Chiều cao lớp tầng sôi : h = 4.h
t
= 4.40 = 160 mm
3.1. Tiêu hao không khí
Tiêu hao riêng không khí lý thuyết tiêu hao cho quá trình sấy tiêu hao cho 1 kg
nguyên liệu.
- Đối với nguyên liệu là khí:
∑

+
+
++= )
12
4
284,00179,0.(38,1
20 nm
HC
nm
n
m
HCOL
(X.1) trang 163 [15]
Trong đó: CO, H
2
, C
m
H
n
… là thành phần nhiên liệu chính theo khối lượng.
Dựa vào thnàh phần khí đốt thiên nhiên Việt Nam ta có thành phần nhiên liệu
theo khối lượng như sau: 85% CH
4
, 10% C
2
H
6
, 2,5% H
2
, 1% CO, 1,5% H

2
.
10
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Khi đó:
15,17)1,0
62.12
4
6
2
85,0
412
4
4
1
025,0.284,001,0.0179,0.(38,1
0
=⋅
+
+
+⋅
+
+
++=L
kg/kg
Khí Phản ứng Hiệu ứng nhiệt phản ứng
kJ/m
3
H
2

H
2
+ 0,5O
2
= H
2
O 10810
CO CO + 0,5O
2
= CO
2
12680
CH
4
CH
4
+ 2O
2
= CO
2
+ 2H
2
O 35741
C
2
H
2
C
2
H

2
+ 2,5O
2
= 2CO
2
+ H
2
O 58052
C
2
H
4
C
2
H
4
+ 3O
2
= 2CO
2
+ 2H
2
O 59108
C
2
H
6
C
2
H

6
+ 3,5O
2
= 2CO
2
+ 3H
2
O 63797
C
3
H
8
C
3
H
8
+ 5O
2
= 3CO
2
+ 4H
2
O 91321
C
4
H
10
C
4
H

10
+ 6,5O
2
= 4CO
2
+ 5H
2
O 118736
H
2
S H
2
S + 1,5O
2
= SO
2
+ H
2
O 23401
- Lượng nhiệt tỏa ra Q
v
, khi đốt cháy 1m
3
khí:
Q
v
= 0,85.35741 + 0,1.63797 + 0,025.10810 + 0,01.12680
= 37156,6 kJ/m
3
- Mật độ của nhiên liệu khí ρ

T
:

T
inm
T
iT
T
v
MHC
+
⋅=
∑
0
0
0
.
ρ
(X.2) trang 263 [15]
Trong đó: M
i
là khối lượng mol của nhiên liệu, kmol/kg
7096,0
)25273.(4,22
273).28.015,028.01,02.025,030.1,016.85,0(
=
+
+=++
=
T

ρ
kg/m
3
- Lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu
11
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Q =
kgkJ
Q
T
v
/74,53262
7096,0
6,37156
==
ρ
(X.3) trang 263 [15]

- Phương trình cân bằng vật chất
∑
⋅
+
+=+
Γ nmc
HC
nm
n
LL
12
9

1
.0
(X.4) trang 263 [15]
L: phần khối lượng của cấu tử khí khi đốt cháy 1kg nhiên liệu.
- Phương trình cân bằng nhiệt:
∑
⋅
+
++−+=+=
ΓΓ pnmccTT
iHC
nm
n
ILiLLILtCQ ]
12
9
[)]1([
00.0.00
αααη
(X.5) trang 264 [15]
Ta chọn hiệu suất buồng đốt 95% => η = 0,95
Lấy: Nhiệt dung riêng của nhiên liệu C
vl
= 1,006 kJ/kg
o
K
Nhiệt dung riêng chủa không khí khô Cc.г = 1,004 kJ/kg
o
K
t

c.г
= 200
o
C => i
c.г
= C
c.г
. t
c.г
= 1,004.200 = 200,8 kJ/kg
Không khí có trạng thái xác định bởi t
0
= 25
o
C
φ
0
= 85%
Lượng chứa ẩm x
0
= 0,016 kg ẩm/kg kkk
=> I
0
= 64,79 kJ/kg kkk
Trong đó : i
p
= r
0
+ C
p

.t
p
với r
0
= 2500 kJ/kg
- Giải phương trình (x.4) và (X.5) ta được:
).(
12
9
)
12
9
1.(
00.0
.
IxiiL
HC
nm
n
iHC
nm
n
itCQ
pc
nmpnmcTT
++
⋅
+
−⋅
+

−−+
=
Γ
Γ
∑ ∑
η
α
- Tính hàm lượng sau khi cháy tạo ra hơi:
77,0
)25273(722,0.4,22
273.16.85,0
4
=
+
=CH
17,0
)25273(722,0.4,22
273.30.1,0
62
=
+
=HC
0028,0
)25273(722,0.4,22
273.2.025,0
2
=
+
=H
- Lượng ẩm thoát ra khi cháy 1kg nhiên liệu:

∑
⋅
+
nm
HC
nm
n
12
9
=
064,20028.0
20.12
2.9
17,0
62.12
6.9
77,0
41.12
4.9
=⋅
+
+⋅
+
+⋅
+
12
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải

- Hệ số không khí dư sau buồng hoà trộn:
99,13

)]79,64016,0).200.842,12500(200.004,1[(15,17
064,2).200.842,12500()064,21.(8,20025.006,174,52362
=
−++
+−−++
=
α

- Công thức tính khối lượng riêng của khói lò (khô) khi cháy 1kg nhiên liệu và
khi pha loãng khói lò bằng không khí đến nhiệt độ 200
o
C là:
G
c.г
= 1 + αL
0
-
∑
⋅
+
nm
HC
nm
n
12
9
(X.8) trang 264 [15]
G
c.г
= 1 + 13,99.17,15 – 2,064 = 238,86 kg/kg

- Công thức tính khối lượng riêng của hơi nước trong hỗn hợp khí khi đốt cháy
1kg nhiên liệu :
G
p
=
∑
⋅
+
nm
HC
nm
n
12
9
+ αx
0
L
0
(X.8) trang 264 [15]
= 2,064 + 13,99.0,016.17,15 = 5,9 kg/kg
- Hàm ẩm khí khi vào buồng sấy (x
1
= x
cm
)
x
1 =
025,0
86,238

9,5
.
==
Γc
p
G
G
kg ẩm/kg kkk
=> I
1
=
86,238
79,64.15,17.99,1325.006,195,0.74,52362
Lx
.
00
++
=
++
Γc
TT
G
tCQ
αη
= 273,44 kJ/kg kkk (X.9) tang 264 [15]
Vì hệ số α lớn cho nên tính chất vật lý hỗn hợp khí dùng làm tác nhân sấy thực
tếkhông khác so với tính chất vật lý của không khí cho nên ta có thể sử dụng
trạngthái không khí ẩm trong tính toán (tức là đồ thị I – x có thể dùng cho quá
trình tính toán).
tính toán).

3.2. Cân bằng vật chất và nhiệt lượng
Ta chọn các thông số:
-
1, 2
là độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy (%);
- G
1
là năng suất nhập liệu của vật liệu sấy (kg/s);
- G
2
là năng suất sản phẩm sau khi sấy (kg/s);
- W là lương ẩm tách ra khỏi vật liệu(kg ẩm/s);
- L là lượng kkk cần thiết(kg/s);
13
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
- l là lượng kkk cần thiết để tách 1kg ẩm ra khỏi vật liệu (kgkkk/kg ẩm);
Lượng ẩm thoát ra khỏi vật liệu:
2
21
1
1
21
2
100100
ϕ
ϕϕ
ϕ
ϕϕ
−
=

−
=
−−
GGW
(X.10) trang 264 [15]
=>W=0,14 .
=
−
−
5100
5,05
0.006kg ẩm/s
Lượng ẩm bốc hơi trong một 1h
G
2
= G
1
– W = 500 – 21,6 = 478,4 kg/h
Lượng vật liệu khô tuyệt đối được sấy trong 1h
G
k
= G
2
.( 1 -
2
) = 478,4.( 1- 0,005) = 478,16 kg/h.
Theo giả thiết ban đầu nhiệt độ ra t
2
= 80
0

C đảm bảo đủ để sấy muối. nhiệt độ
của vật liệu trong lớp sôi thường nhỏ hơn 10÷15
0
C so với không khí ra khỏi máy
sấy. Vì thế mà nhiệt độ của vật liệu trong lớp sôi là 70
0
C,
2
=70
0
C.
Hiệu số cân bằng nhiệt nội tại máy sấy:
∆ = M
H2O
.θ
1
+ q
m
– ( q
T
+ q
M
+ q
p
) (X.11) trang 262 [15]
Trong đó:
C : ẩm trong vật liệu ẩm kJ/kg
o
K
q

m
: lượng nhiệt đưa thêm vào máy sấy kJ/kg ẩm , q
m
= 0
q
T
: tiêu hao nhiệt cho máy sấy cùng với phương tiện vận hành q
T
=0
q
M
: tiêu hao nhiệt cho máy sấy của vật liệu sấy q
M
=
W
) -(cG
12MK
θθ
c
M
: vật liệu khói lò kJ/kg
o
K, c
M
= 0,8 kJ/kg
o
K
q
p
: mất mát nhiệt khi sấy, q

p
= 22,6 kJ/kg
θ
1
: độ ẩm vật liệu khi vào, θ
1
= 23
o
C
θ
2
: độ ẩm vật liệu khi ra khỏi máy sấy θ
2
= 70
o
C
=> ∆ =
16,7456,22
0066,0
)2370.(8,0.14,0
1817,4 −=−
−
−⋅
- Phương trình cân bằng nhiệt
∆ =
)(
11
1
1
xxIhayI

xx
II
−∆+=
−
−
(X.12) trang 264 [15]
14
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Giả sử x = 0,1 kg ẩm/kg kkk, khi đó:
I = 273,44 – 745,16(0,1-0,025) = 217,553 kJ/kgkkk
Dựa vào đồ thị I – x cùng với các trị số x
1
, I
1
hay x, I cùng với nhiệt độ ra khỏi
máy sấy t
2
= 80
o
C khi đó từ đồ thị I – x ta được:
x
2
= 0,085 kg ẩm/kg kkk
I
2
= 236 kJ/kgkkk
- Tiêu hao của khí khô L
c.г
:
L

c.г
=
skg
xx
W
/1,0
)025,0085,0(
006,0
12
=
−
=
−
(X.13) trang 165 [15]
 l =
67,16
006,0
1,0
.
==
Γ
W
L
c
kg kkk/kg ẩm
- Tiêu hao không khí cần thiết cho quá trình sấy L:
L =
skg
xx
W

/09,0
)016,0085,0(
006,0
02
=
−
=
−
(X.14) trang 165 [15]
- Tiêu hao nhiệt cho quá trình sấy Q
c
:
Q
c
= L
c.г
(I
1
– I
0
) = 0,1(273,44– 64,79) = 20,86 kJ/s (X.15) trang165[15]
=>
3477
006,0
86,20
===
W
Q
q
c

kJ/kg ẩm
- Tỉ số lượng nhiệt tiêu hao cho quá trình sấy và lượng nhiệt toả ra khi đốt
cháy 1kg nhiên liệu:
skg
Q
Q
G
c
T
/0004,0
74,52362
86,20
===
15
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Chương 4: TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
Chọn thiết bị sấy có tiết diện tròn, lưới phân phối có dạng tấm được đục lỗ cho
không khí đi lên.
Các thông số của tác nhân không khí trong thiết bị sấy tầng sôi:
Nhiệt độ tác nhân vào: t
1
= 200
o
C
Nhiệt độ tác nhân ra: t
2
= 80
o
C
Nhiệt độ trung bình: t

tb
= 140
o
C
Hàm ẩm trung bình trong máy sấy
0505,0
2
)085,0016,0(
2
20
=
+
=
+
=⇒
xx
x
tb
kg ẩm/kh kkk
4.1.Tính vận tốc toàn bộ máy sấy
Chuẩn số Arsimet:
16
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
2
26
34
2
3
10.53,3
84,0.)10.8,27(

81,9).84,01500.()510,2(
.
) (
=
−
=
−
=⇒
−
−
kk
kvltd
gd
Ar
ργ
ρρ
Với:
- Đường kính tương đương hạt vật liệu:1 mm
- Khối lượng riêng không khí, ρ
kk
=0,84 kg/m
3
- Khối lượng riêng hạt, ρ
vl
= 1500 kg/m
3

Giá trị tới han của chuẩn số Ly
gh
= 10

-4

=> Tốc độ tới hạn của lớp giả lỏng:
sm
gLy
v
k
gh
th
/036,0
84,0
1500.81.9.10.8.27.10

3
64
3
===
−−
ρ
ργ
Vì quá trình sấy diễn ra trong giai đoạn đẳng tốc nên cường độ càng cao khi
tốc độ tác nhân càng lớn, do vậy giá trị làm việc của chuẩn số Ly được chọn
khi độ xốp của lớp tầng sôi là ε = 0,75
Với ε = 0,75, ta tìm được Ly = 3,4.10
-1
Hệ số giả lỏng của muối trong tầng sôi:
15
10
34,0
3

4
3
===
−
gh
Ly
Ly
K
Tốc độ tác nhân ( tính cho toàn bộ tiết diện lưới phân phối )
v = K. v
th
= 15 . 0,036 = 0,54 m/s
Vì nhiệt độ trong buồng sấy nhỏ hơn nhiệt độ trên bề mặt lưới phân phối nên
nhiệt độ của tác nhan trên bề mặt lưới phân phối là:
72,0
80273
200273
54,0
273
273
2
1
=
+
+
=
+
+
=
t

t
vv
l
m/s
Nếu diện tích tiết diện lỗ trên lưới lấy 10% của mặt lưới thí tốc độ tác nhân qua
lỗ : v
0
= 10 . 0,72 = 7,2 m/s
Khả năng lôi cuốn đối với hạt bé nhất 0,1 mm
22
84,0.)10.8,27(
81,9).84,01500.()10(
.
) (
26
34
2
3
=
−
=
−
=⇒
−
−
kk
kvltd
gd
Ar
ργ

ρρ
Tốc độ cân bằng của hạt 0,1 mm
sm
gLy
v
k
c
c
/418,0
84,0
1500.81.9.10.8.27.15,0

3
6
3
===
−
ρ
ργ
17
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
trong đó Ly
c
= 0,15 là giá trị chuẩn số Ly tương ứng với trạng thái sôi 0,1mm
4.2. Tính thời gian sấy:
Chuẩn số Reynold :
6,2
10.8,27.75,0
10.54,0
.

.
Re
6
4
===
−
−
k
k
dv
γε
Chuẩn số Fedorov:
1,0
84,0.10.8,27.3
81,9).84,01500.(4
.10
3
) (4
3
6
4
3
2
=
−
=
−
⋅=
−
−

kk
kvl
g
dFe
ργ
ρρ
Chuẩn số Nu:
Nu = 0,0151.Fe
0,74
.Re
0,65
.
)(
0
d
h
-0,34
= 2,2.10
-4
.h
0-0,34
Chọn chiều cao trãng thái tĩnh h
0
= 0,05 m
Nu = .( 0,05 )
-0,34
= 6.10
-4

Hệ số cấp nhiệt của tác nhân đến vật liệu:

KhmKj
d
Nu
K
k
/6,0
10.
125,0.10.6
8,0
.
02
4
4
=⋅==
−
−
λ
α
Với K là hệ dố hiệu chỉnh
Tốc độ sấy đẳng tốc:
N = J
m
.f
Trong đó: J
m
: cường độ bay hơi của dòng ẩm
f : diện tích bề mặt
Ta có:
hmkg
r

t
J
m
m
2
/02,0
7,2417
)5,46140.(6,0
).(
=
−
=
−
=
θα
Với t: nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy, t = 140
0
C
θ
m
: ẩm độ trung bình của vật liệu trong buồng sấy, θ
m
= 46,5
0
C
r: ẩn nhiệt hoá hơi của nước, r = 2417,7
18
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
N = J
m

.f = 0,02.1,31 = 0,03 h
-1
Nhưng thực tế diện tích bề mặt tự do trao đổi ẩm chỉ khoảng 50 ÷ 60% nên tốc độ
sấy đẳng tốc thực tế là:
N = 0,03.0,5 = 0,15h
-1
Thời gian sấy đẳng tốc:
ph
N
WW
k
960
49,3
0275,005,0
1
1
=⋅
−
=
−
=
τ
Thời gian sấy giảm tốc:
ph
W
W
N
W
kk
1860

0005,0
0275,0
lg3,2
49,3
0275,0
lg3,2
2
2
=⋅⋅==
τ
Vậy thời gian sấy vật liệu là:
τ = τ
1
+ τ
2
= 9 + 18 = 27ph
4.3. Kích thước thiết bị
4.3.1. Lưới phân phối:
Diện tích tiết diện mặt lưới phân phối tính theo biểu thức:
S
1
=
2
3,0
54,0.84,0
13,0
.
m
v
G

k
==
ρ
Đường kính tương đương:
m
S
D 7,0
785,0
3,0
785,0
1
===
Đường kính buồng phân ly phải lớn hơn đường kính vùng tầng sôi để đảm bảoviệc
phân ly tốt hơn. Khả năng phân ly phụ thuộc nhiều vào đường kính buồng phân ly.
sm
S
WG
v
k
p
/9,0
273.29,0.84,0
)80273).(006,013,0(
.
1
=
++
=
+
=

ρ
Diện tích buồng phân ly để cho hạt có kích thước nhỏ nhất 0,1 mm có thể lắng
được trong tầng phân ly:
2
11
8,0
418,0
9,0
1.1. mS
v
v
SKS
c
p
ppl
=⋅==
19
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
K
p
= 1,1, cho sự giảm tốc độ của dòng tác nhân so với tốc độ cân bằng để bảo đảm
sự lắng của hạt.
Đường kính của tầng phân ly được tính:
D
p
=
m
S
p
1

785,0
8,0
785,0
==
Ta có ký hiệu thông số:
S diện tích lưới m
2
F
c
là tỉ lệ diện tích tươi của lưới phân bố chọn trong khoảng 0,02÷1, nên
chọn F
c
= 0,05
N là số lỗ lưới
D
0
đường kính lỗ lưối chọn d
0
= 2 mm
Công thức tính lỗ lưới:
796
002,0.14,3
05,0.05,0.4
.
4
22
0
1
===
d

FS
n
c
π
Khoảng cáh giữa các lỗ lưới:
06,0
796
05,0
1
===
n
S
l
mm
Khối lượng vất liệu thường xuyên nằm trên lưới:
M = S . h
0
. ρ
v =
0,29 . 0,05 . 1500 = 22 kg
Áp suất trên lưới:
744
29,0
22.81,9.
1
===
S
Mg
P
N/m

2
Chiều dày lưới tính theo công thức:
C
PK
D
+⋅=
ψσ
δ
].[
.
1
Với ψ: Hệ số hàm yếu do lưới có đục lỗ = 0,28
K= 0,187 : hệ số cấu tạo ( lắp bằng bulông)
[σ] = 140.10
6
N/m
2
D = 1m
C: hệ số bổ sung do tính toán và độ mài mòn.
20
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
CmmC
+=+⋅=
8,1
28,0.10.140
744.187,0
1
6
1
δ

Với C = 1 mm =>
mmmm 38,2
1
≈=
δ
4.3.2. Tính chiều cao của lớp sôi vật liệu
Dựa vào phương trình
d
M
= v
tt
.ρ
kk
. S . dx = β
y
. ( x
*
- x ).dF (1)
Với:S: diện tích bề mặt ngang của máy sấy (m
2
) = tiết diện lưới
M: năng suất của máy sấy (kg/s)
F: Diện tích bề mặt vật liệu sấy (m
2
)
F
c
: tỉ lệ tiết diện tươi của lưới phân bố chọn trong khoảng 0,02 ÷ 1
β
y

: hệ số cấp khối (m/s)
x
*
: là hàm ẩm của vật liệu
ε: độ xốp của lớp sôi
h: chiều cao của lớp sôi
D: hệ số khuyếch tán của khí trong hơi nước
D
20
= 21,9.10
-6
(m
2
/s)
Pr: chuẩn số Praut
Chiều cao lớp vật liệu
Chuẩn số Renold:
9,1
10.7,23
84,0.10.54,0
Re
6
4
===⇒
−
−
kk
ttkktd
vd
µ

ρ
Chuẩn số Ar = 0,22.10
5
1,0
Re.36,0Re.18
21,0
2
=








+
=⇒
Ar
ε
Tích phân pt (1) ta được:








−

⋅
−
=
−
−
tdkktt
y
dv
xx
xx
)1.(6
.
exp
0
*
2
*
ε
ρ
β
(2)
Tra giản đồ I-x với φ =100% ta được x
*
= 0,1 kg ẩm/kg kkk; x
2
= 0,085 kg ẩm/kg
kkk; x
0
= 0,016 kg ẩm/kg kkk.
21

Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
179,0
016,01,0
085,01,0
0
*
2
*
=
−
−
=
−
−
xx
xx
Chuẩn số Nu
Nu
y
= 2 + 0,51 . Re
0,52
.Pr
y
0,33
Chuẩn số Pr
y
Pr
y
=
D

kk
.
ρ
µ
Với
5
2
3
6
20
0
0
10.79,3
273
140273
10.9,21
−−
=






+
=⋅
+
= D
T
tT

D
tb
m
2
/s
74,0
10.79,3.84,0
10.7,23
Pr
5
6
==⇒
−
−
y
Hệ số cấp khối
β
y
=
( )
31,0Pr.Re.51,02
33,0
52,0
=+⋅
y
td
d
D
m/s
Thay tất cả và pt (2):;

0,179 =






⋅
−
⋅
−
−
h
3
10
)85,01.(6
84,0.2,4
31,0
exp
⇒
0,179 = e
(-79.h)

⇒
ln 0,179 = -79.h
⇒
h = 0,02m
Chiều cao làm việc của lớp sôi H
Ta có H = 4. H
ct

H
ct
: chiều cao thuỷ động ổn định của lớp sôi
Chọn đường kính của lỗ lưới là 2mm (d
0
)
H
ct
= 20.d
0
= 20.2 = 40mm = 0,04m
H = 4. 40 = 160 mm = 0,16 m
Chiều cao khoảng không gian của lớp sôi
H
c
= 5.H = 0,16.5 = 0,8 (m)
Chiều cao của buồng sấy

H
bs
= H + H
c
= 0,16 + 0,8 = 0,96 (m)
22
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Chiều cao buồng phân ly
Ta sử dụng công thức:
35,025,065,0
)()(08,0

c
k
d
k
pl
v
v
F
Fr
D
H
⋅⋅⋅=
µ
Trong đó:
Fr: chuẩn số Frude, Fr=
33,34
10.81,9
4,3
.
3
==
−
dg
v
k
Tỷ số tiết diện chảy và lưới:
2
1
01,0 mF
F

S
vv
d
d
kkc
=⇒⋅=
=> H
pl
= 60 mm
4.3.3. Buồng sấy
Thân buồn sấy chịu tác dụng của lưc nén cjiều trục.
Theo điều kiện bền khi l≤5D ta có:
].[.
n
BS
D
P
σπ
δ
=
Trong đó: P: là lực nén chiều trục
P = M.g = 3,8.9,81 =37,278
[σ
n
]: ứng suất cho phép khi nén của vật liệu chế tạo
[σ] = 140 N/m
2
( chọn vật liệu chế tạo là thép CT3)
CmC
BS

+≈+=
−
7
6
10.
10.140.1.14,3
278,37
δ
= 10
-4
mm
C hệ số bổ sung = 1 mm
=>
1=
BS
δ
mm
Điều kiện ổn định
23
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Ta có
EK
P
c
BS

π
δ
≥
Trong đó: E = 19,6.10

4
N/mm
2
( modun đàn hồi)
Khi
mmm
D
BS
3
3
10.500500
10.1.2
1
.2
===
−
δ
≥ 250 thì K
c
= k
c
=> k
c
= 0,118
Vậy
mm
EK
P
c
1,0

10.6,19.118,0.14,3
56,745

4
==
π
4.4. Bộ phận nhập liệu:
Chọn bộ phận nhập liệu dạng vít xoắn, vít xoắn đặt nằ ngang
Năng suất của vít tải được tính theo công thức:
Q
vít
= 47. D
2
. N. s. ρ. Ø. C kg/h
Năng suất của vít tải
Q
vít
= G + W = 0,13 + 0,0066 = 0,1366 kg/s
Trong đó:
D: đường kính ngoài của cánh vít, m
N: số vòng quay của trục vít, v/ph. Số vòng quay lớn nhất của trục vít
có thể xác định theo công thức thực nghiệm :
D
A
n =
v/ph
A: hệ số thục nghiệm, chọn A = 50
S: bước vít, s = ( 0,5÷1,5)D, chọn s = D, m
C: hệ số tính tới việc giảm năng suất khi vít đặt tải nghiêng
Trong trường hợp do vít tải nẳm ngang nên C = 1 mm

=>
mDD
vítvít
08,0
1.4,0.1500.50.47
136,0
2
5
=⇒=
Chọn đường kính cánh vít tiêu chuẩn là D
vít
= 0,08 m, bước vít S = 0,08m
Công suất của động cơ truyền cho vít tải; đối với vít tải nằm ngang ta sử dụng
công thức:
24
Đồ án môn học GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
W
LQ
CN
vítvít
17,1
95,0.367
2.136,0
5,1
.367
.
0
===
η
Với C

0
: hệ số trở lực, với muối C
0
= 1,5
l
vít
: chiều dài vít tải, l
vít
= 2 m
hiệu suất 0,95
4.5. Bộ phân tháo liệu
Ở đâu ta chọn bộ phận tháo liệu là một ống hình tròn, đường kính là 10 mm. Muối
khi đạt đến độ jhô cần thiết sẽ nổi lên trên và tự động được đưa ra ngoài theo ống
tháo liệu này. Sở dĩ muối có thể tự động ra ngoài là do tính chất đặc biệt của lớp
hạt ở trạng thái tầng sôi, lúc này lớp hạt giống như là một khối chất lỏng và có thể
thự chảy ra ngoài.
Khi lắp ráp bộ phận tháo liệu cấn chú ý:
- Ống tháo liệu được lắp nằm nghiêng để đảm bảo muối có thể tự chảy.
- Độ cao của ống có thể điều chỉnh được để thay đổi khi chạy thử.
Chương 5: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
5.1. Calorife
25