Tải bản đầy đủ (.pdf) (37 trang)

tính toán thiết bị sấy muối bằng phương pháp sấy thùng quay

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (320.54 KB, 37 trang )

PHẨN 2 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY

Vật liệu sấy là muối có các thông số cơ bản sau:

• Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy là( theo vật liệu ẩm):
ω
1
= 6% = 0,06
• Độ ẩm cuối của vật liệu sấy (nt) :
ω
2
= 0.2% = 0.002
• Khối lượng riêng

r
=2350 kg/m
3
• Khối lượng riêng xốp( thể tích)

v
=1020 kg/m
3
• Nhiệt dung riêng của vật liệu khô
Cvl = 0.712 kJ/kg.K

• Đường kính hạt d =[ 0.2-0.9 mm (60%), < 0.2 mm (20%), 1- 2 mm (20%)]
D
tb
= 0.5 mm
• Năng suất theo sản phẩm G
2


= 2000 kg/h
I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
1. CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY
Dùng tác nhân sấy là không khí
Nhiệt độ đầu t
0
= 30
0
C , ϕ = 70% ( thông số này lấy từ nhiệt độ trung bình
ở Phan Thiết – Bình Thuận)

Nhiệt độ vào thiết bị gia nhiệt t
1
= 200
0
C,
Nhiệt độ ra thiết bị sấy t
2
= 90
0
C
Tính các thông số của tác nhân
Trạng thái không khí ngoài trời, được biểu diễn bằng điểm A có (t
o
, 
o
).
Từ thông số đó ta tra giản đồ I-x để tìm các thông số cần thiết hoặc tính toán
- Phân áp suất hơi bão hòa của hơi nước trong không khí ầm theo nhiệt độ:


4026,42 4026,42
exp 12 exp 12 0,0422
235,5 235,5 30
o
b
o
p
t
 
 
= − = − =
 ÷
 ÷
+ +
 
 
,bar
- Độ chứa ẩm

.
0,7.0,0422
0,622 0,622 0,0193
. 0,981 0,7.0,0422
o bo
o
o bo
p
x
B p
ϕ

ϕ
= = =
− −
,kg ẩm/kg kkk
Entanpi
H
0
= (1000 + 1,97.10
3
.x
0
).t
0
+2493. 10
3
. x
0
=(1000 + 1,97.10
3
.0.0193).30 +2493. 10
3
.0.0193 = 79.25 ,kJ/kg kkk
1
Không khí được đưa vào thiết bị gia nhiệt và được đốt nóng đẳng áp ((x
1
= x
o
) đến trạng
thái B (x
1

, t
1
).
Điềm B : t
1
= 55
o
C
x
1
= x
o
= 0,0194 (kg/kgkk)
Vì nhiệt độ sấy lớn hon 100
0
C nên Pb
1
=P
Nên độ chứa ẩm

1
1
1
0,622
1
x
ϕ
ϕ
=





1
1
1
.
(0,622 )
0,0193
0.03
(0,622 0,0193)
x
x
ϕ
=
+
= =
+
Entanpi
H
1
= (1000 + 1,97.10
3
.x
1
).t
1
+2493. 10
3
. x

1
=(1000 + 1,97.10
3
.0.0193).200 +2493. 10
3
.0.0193 = 255.72 ,kJ/kg kkk

không khí ở trạng thái B được đưa vào thiết bị sấy và thực hiện quá trình sấy lý thuyết
(H
1
= H
2
) trạng thái ổn định của đấu ra thiết bị sấy.
t
2
= 90
0
C với H
1
= H
2
= 255.72 ,kJ/kg kkk

2
2
4026,42 4026,42
exp 12 exp 12 0,6908
235,5 235,5 90
b
p

t
 
 
= − = − =
 ÷
 ÷
+ +
 
 
, bar
H
2
= (1000 + 1,97.10
3
.x
2
).t
2
+2493. 10
3
. x
2

2 2
2
2
1,004.
255.72 1,000.90
0,0624
2500 1,842. 2493 1,79.90

H t
x
t


⇒ = = =
+ +
,kg ẩm/kg kkk

2
2
2
2
.
0,0624.0,981
0,129
(0,622 ) 0,6908.(0,622 0,0624)
b
x B
p x
ϕ
= = =
+ +
2
Bảng 1. trạng thái của tác nhân sấy trong q trình sấy lý thuyết.
Đại lượng Trạng thái không
khí ban đầu (A)
Trạng thái không khí
vào thiết bò sấy (B)
Trạng thái không khí ra

khỏi thiết bò sấy (C)
t (
o
C) 30 200 90
 (đơn vò) 0,7 0,03 0,129
x (kg/kgkk) 0,0193 0,0193 0,0624
H (kJ/kgkk) 79,25 255,72 255,72
2 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
- Năng suất thiết bị tính thoe nhập liệu:
2
1 2
1
1
1 0,002
. 2000. 2123,4
1 1 0,06
G G
ω
ω


= = =
− −
kg/h
- Lượng ẩm cần tách:
W = G
1
– G
2
= 2123,4 – 2000 =123,4 kg/h

- Lượng tác nhân khô cần thiết:
2 1
123,4
2863,11
0,0624 0,0193
W
L
x x
= = =
− −
kg/h
- Lượng tác nhân tiêu hao riêng:
2 1
1 1
23.20
0,0624 0,0193
L
l
W x x
= = = =
− −
kgkk/kg ẩm
3 TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Ta sấy theo phương pháp ngược chiều để q trình truyền nhiệt là tốt nhất vì nhiệt dộ
mà ta chọn sấy còn rất thấp so với nhiệt độ nóng chảy của muối
Do q trình sấy do nhiều yếu tố mà ta bị mất 1 lượng nhiệt vì thế ta có các loại nhiệt sau
Q trình sấy khơng có bổ sung nhiệt lượng, Q
BS
= 0
Thiết bị sấy thùng quay khơng có thiết bị chuyển tải, Q

CT
= 0
- Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm:
 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong carorife L(I
1
– I
o
)
 Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: [(G
1
- W)C
v1
+ WC
a
].t
v1
- Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy gồm:
 Nhiệt lượng do tác nhân sấy mang đi: L(I
2
– I
o
)
 Nhiệt lượng thất thốt do cơ cấu bao che: Q
m
 Nhiệt lượng do vật liệu mang ra: G
2
.C
v2
.t
V2

3
Với
o t
v1
nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy lấy bằng nhiệt độ môi trường:
t
v1
= t
o
= 30
o
C
o t
v2
: nhiệt độ cuối của vật liệu sấy lấy bằng:
t
v2
= t
1
– (5 10
o
C) = 200 –10= 190
o
C
o C
v1
= C
v2
= C
v

.nhiệt dung riêng của vật liệu sấy lấy ω
2
:
C
v
= C
vk
(1-ω
2
) + C
a

2
,kJ/kg
o
K ä
C
a
: nhiệt dung riêng của ẩm.
Với ẩm là nước thì C
a
= C
n
= 4,18 kJ/kg
.
K

C
v
= C

vk
(1-ω
2
) + C
a

2
= 0,712.(1 - 0,002) + 4,18.0,002
= 0,719 (kJ/kg
o
K)
- Cân bằng nhiệt lượng cho quá trình sấy:
L(H
2
–H
1
) + [(G
1
- W)C
v1
+ WC
a
].t
v1
= L(H
2
– H
o
) + Q
m

+ G
2
.C
v2
.t
V2
Đặt: Q
v
= G
2
C
v
(t
v2
– t
v1
) : tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ra.
Mặt khác: G
2
= G
1
– W
C
v1
= C
v2
= C
v
- Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:
Q = L(H

1
– H
o
) = L(H
2
– H
o
) + Q
m
+ Q
v
- WC
a
t
v1
- Nhiệt lượng tiêu hao riêng ( 1 kg lượng ẩm)
q = l(H
1
–H
o
) = l(H
2
– H
o
) + q
BC
+ q
v
– C
a

t
v1
trong đó:
m
m
Q
q
W
=
;
W
ttCG
W
Q
q
vvvv
v
)(
122

==
 Tổn thất do vật liệu sấy:
Q
v
= G
2
C
v
(t
v2

– t
v1
) =2000.0,719.(190– 30) =230080 (kJ/h)
230080
1864.51
123.4
v
v
Q
q
W
= = =
(kJ/kg aåm)
 Nhiệt do vật liệu ẩm đưa vào
WC
a
t
v1
= 123.4.4,18.(30 +273)= 156291,036 (kJ/h)
4
C
a
.t
v1
= 4,18.(30 + 273)=1266.54 (kJ/kg ẩm)
 Tổn thất cơ cấu bao che:
Q
m
= (0,03  0,05).Q
hi

[14]
Q
hi
: nhiệt hữu ích là nhiệt làm bay hơi lượng ẩm :
Q
hi
= W.[r
tv1
+ C
a
(t
2
– t
v1
)] [8]
Với:
o r
tv1
:ẩn nhiệt hóa hơi của nước , r
tv1
= 2500 kJ/kg
o C
a
nhiệt dung riêng của ẩm:
C
a
= C
pa
= 1,9kJ/kg.K


Q
hi
= 123,4.[2500 + 1,9.(90– 30)] = 322567,6 kJ/h

Q
m
= 0,05.Q
hi
= 0,05. 322567,6 = 16128,38 kJ/h
16128,38
130,7
123,4
m
m
Q
q
W
= = =
kJ/kg ẩm
- Đặt ∆ = C
a
t
v1
– q
BC
– q
v
:nhiệt lượng bổ sung cho q trình sấy thực nó đặc
trưng cho sự khác biet giữa sấy lý thuyết và sấy thực.
 Với quá trình sấy lý thuyết: ∆ = 0

Nhiệt lượng tiêu hao cho q trình sấy lý thuyết
Q = L(H
2
– H
o
)
= 2863,11.(255,72 – 79,25) = 505281.653 kJ/h
q = l(H
2
–H
o
)
= 23,20.(255,72 – 79,25) = 4094,104 (kJ/kg ẩm)
 Với quá trình sấy thực tế: ∆ ≠ 0
∆ = C
a
t
v1
– q
BC
– q
v

=1266,54 -1864,51- 130,7= -728,67(kJ/kg ẩm)
∆ < 0

C
a
t
v1

< q
BC
+ q
v

H
2
< H
1

trạng thái tác nhân sấy đường H
2
nằm dưới đường sấy lý thuyết
điều này xảy ra là do có tổn thất nhiệt trong q trình sấy.
Từ đó ta xác dịnh các tính chất cùa tác nhân sấy ra khỏi thiết bị:

l
II
í

+=
2
5
Vì l chưa biết nên ta xác định x
2
thơng qua cân bằng nhiệt :
1 2
2
2
1 2 1

2
( ) ( )
( )
( ) [( ) ]
[( ) ]
1,000(200 90) 0,0194.[(2500 1,9.200) ( 728,67)]
0,0529
[(2500 1,9.90) ( 728,67)]
pk o í
pk o pa
pa
C t t x i
x
i
C t t x r C t
r C t
− + − ∆
=
− ∆
− + + − ∆
=
+ − ∆
− + + − −
= =
+ − −
H
2
= (1000 + 1,97.10
3
.x

2
).t
2
+2493. 10
3
. x
2
=(1000+1,97.10
3
.0,0529).90+2493. 10
3
.0,0529 = 231,259 kJ/kg kkk
2
2
4026,42 4026,42
exp 12 exp 12 0.6908
235,5 235,5 90
b
p
t
 
 
= − = − =
 ÷
 ÷
+ +
 
 
bar
2

2
2
2
.
0,0529.0,981
0,111
(0,622 ) 0,6908.(0,622 0,0529)
b
x B
p x
ϕ
= = =
+ +
Bảng 3:trạng thái của tác nhân trong q trình sấy thực:
Đại lượng Trạng thái không
khí ban đầu (A)
Trạng thái không khí
vào thiết bò sấy (B)
Trạng thái không khí ra khỏi
thiết bò sấy (C’)
t (
o
C) 27 200 90
 (đơn vò) 0,7 0,03 0,111
x (kg/kgkk) 0,0193 0,0193 0,0529
H (kJ/kgkk) 79,25 255,72 231,259
6
7
Đồ thị biểu diễn quá trình sấy
- Lượng tác nhân khô cần thiết

2 1
123,4
3672,62
0,0529 0,0193
W
L
x x
= = =
− −
kg/h
Lượng nhiệt tiêu hao riêng:
2 1
1 1
29,76
0,0529 0,0193
L
l
W x x
= = = =
− −
kg/kg aåm
- Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình sấy thực:
Q = L(H
2
–H
o
) + Q
m
+ Q
v

- WC
a
t
v1
= 3672,62.(231,259-79,25) + 728,67
=559000 kJ/h
Lượng nhiệt cung cấp riêng:
Q
q
W
= =
4530 kJ/kg aåm
- Hiệu suất sấy:
8
2614
0.577
4530
hi
Q
qhi
Q q
η
= = = =
TÍNH THỜI GIAN SẤY
Tính cường độ sấy
- Nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong thiết bị:
1 2
200 90
145
2 2

k
t t
t
+
+
= = =

o
C
- Độ ẩm trung bình của tác nhân sấy trong thiết bò sấy:
1 2
0,03 0,111
0,0705
2 2
k
ϕ ϕ
ϕ
+
+
= = =
- Phân áp suất bão hòa của hơi nước trong tác nhân sấy:
4026,42 4026,42
exp 12 exp 12 0,59216
235,5 235,5 145
b
p
t
   
= − = − =
 ÷  ÷

+ +
   
bar
- Khối lượng riêng của tác nhân:
3
0,378. .
1
1,293.273 0,378.0,0705.0,59216
1 0,8309 /
(145 273) 0,981
o o b
k
T p
T B
kg m
ρ ϕ
ρ
 
= −
 ÷
 
 
= − =
 ÷
+
 
Thời gian sấy:

1 2
1 2

2 . .( )
[200 ( )]
v
W W
A W W
ρ β
τ

=
− +
Với β là hệ số chứa đầy ,đối với thiết bị sấy ta chon thiết bị có cánh nâng và sấy ngược
chiều ,ta chọn β =0,18 %
Cường độ bay hơi A= 7,2 kg/m
3
h (sổ tay q trình và thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2)



1 2
1 2
2 . .( )
2.1020.0,18.(6 0,2)
1,5263
[200 ( )] 7,2.[200 (6 0,2)]
v
W W
A W W
ρ β
τ



= = =
− + − +
h
Ta lấy thời gian sấy bằng với thời gian lưu của vật liệu trong thiết bị. τ=τ
1
TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
- Thể tích thùng sấy:

123,4
17,14
7,2
T
W
V
A
= = =
(m
3
)
9
- Chn ng kớnh thng theo tiờu chun: D
T
= 1,6 m
- Chiu di thựng:

2 2
4
4.17,14
8,53

.1,6
T
T
T
V
L
D

= = =
(m)
Chn L
T
= 9m


9
5,625
1,6
T
T
L
D
= =

thoỷa ủieu kieọn
3,5 7
T
T
L
D

= ữ
Khi ú th tớch thựng sy

2
2
.1,6
. .9 18,086
4 4
T
T
D
V L


= = =
(m
3
)
Thi gian lu:
Thi gian vt liu lu trỳ trong thựng:

1
1
.
18,068.0.18.1020
1,562
2123,4
T v
V
G



= = =
h
Thi gian lu ca vt liu m bo c
1
>=
Tớnh tc vũng quay ca thựng sy

1
1
. .
. .
T
T
m k L
n
D tg

=
Trong ú: . k
1
: h s lu ý n c tớnh chuyn ng ca vt liu
Trng hp ta chn sy ngc chiu k
1
= 0,5 2,0
Choùn k
1
= 1
. m : h s lu ý n dng cỏnh trong thựng.

i vi cỏnh nõng, m = 0,5
Chn gúc nghiờng thựng 2,5 3 .chn = 3



1
1
. .
0,5.1.9
0,572
. . 93,735.1,6. 3
T
T
m k L
n
D tg tg

= = =
(vg/ph)
Chn vũng quay ca thựng l 1 vũng.
TNH VN TC DềNG KH:
- Lu lng dũng khớ :

1 2
3672,62
4420,05
2 0,8309
V V
L
V

k

+
= = = =
m
3
/h =1,23 m
3
/s
- Tit din chy ca tỏc nhõn
10

2
2
.1,6
(1 ). (1 ) (1 0,18) 1,648
4 4
T
T
D
F F
π
π
β β
= − = − = − =
m
2
- vận tốc tác nhân:

1,23

0,746
1,648
k
V
v
F
= = =
m/s ( vận tốc khí này phù hợp khi tra
đồ thị vận tốc dòng khí phụ thuộc vào kích thước ở kỹ thuật sấy của Nguyễn Văn Lụa v
tra
=0,7 m/s)
Mặt khác ta có :

2
2 2
. .1,6
4. 4.1,23
0.612
4
.1,6 .1,6
k
k
v
V
V v
π
π π
= ⇒ = = =
m/s
Để đảm bảo ta chon v

k
=0,612 m/s .
TÍNH BỀ DÀY CỦA THÙNG SẤY:
Vật liệu sấy là vật liệu có độ ăn mòn hóa học cao và làm việc ở nhiệt độ cao vì thế chọn
vật liệu 1X18H10T.
Các thông số tính toán ,vì nhiệt độ làm việc do khí nóng mang vào nên nhiệt làm việc là
250
0
C.
Áp suất làm việc bằng với áp suất khí quyển
p = 0,1.10
6
N/m
2
= 0,1 N/mm
2
Ứng suất tiêu chuẩn [δ

]
250
= 128 N/mm
2
.
Ta dự kiến làm lớp cách nhiệt đồng thời là môi trường ăn mòn nên giới hạn an
toàn η=0,95.
Ứng suất cho phép : [σ]=[δ

]
250
. η=0,95.128=115,2 Ν/mm

2
Hệ số mối hàn : ϕ
η
= 0,9
- Ta có:

[ ] 115,2
. .0,9 1036,8 25
0,1
h
p
σ
φ
= = >>
Do đó bề dày than thùng:

4
.
1,6.0,1
7,8.10
2[ ]. 2.115,2.0,9
T
h
D p
S m
σ φ


= = =
Hệ số bổ sung kích thước:

C = C
a
+ C
b
+ C
c
+ C
o
Bảng : các hệ số bổ sung kích thước.
STT
Hệ số bổ sung
kích thước

hiệu
Giá trị
(mm)
Ghi chuù
11
1
Hệ số bổ sung
do an mòn hóa
học
C
a
2
Đối với vật liệu bền trong môi trường có độ
ăn mòn hóa học không lớn hơn 0,05
mm/năm.
2
Hệ số bổ sung

do ăn mòn cơ
học
C
b
1
Do nguyên liệu là các hạt rắn chuyển động,
va đập trong thiết bò. Giá trò C
b
chọn theo
thực nghiệm.
3
Hệ số bổ sung
do sai lệch khi
chế tạo
C
c
0,4
Phụ thuộc vào chiều dày tấm thép làm thùng
với vật liệu của ta chon 4 mm ( bảng XIII.9
sổ tay QT&TB tập 2)
4
Hệ số qui tròn
kích thước
C
o

2,82
Chọn
- Bề dày thực của thùng:
S = S’ + C = 0,78 + 2 + 1 + 0,4 + 2,82 = 7 mm.

- Kiềm tra :

7 2
0,00312 0,1
1600
a
T
S C
D


= = <<
 thỏa điều kiện
1,0
<

T
a
D
CS
- Ứng suất lớn nhất cho phép của thiết bị:

2[ ]. .( )
2.115,2.0,9.(7 2)
[ ] 0,646
( ) 1600 (7 2)
h a
T a
S C
p

D S C
σ φ


= = =
+ − + −
N/mm
2
Vậy với bề dày thiết kế thì phù hợp do [p]>p
TÍNH BỀ DÀY CÁCH NHIỆT :
Nhằm tránh mất mát nhiệt và đảm bảo an tồn cho người vận hành ta nên làm thêm
phầm cách nhiệt.

Sơ đồ tính hệ số truyền nhiệt k:
12

1

2

3

1
: bề dày thân thùng.



2
: bề dày lớp cách nhiệt.


3
: bề dày lớp bảo vệ.
Ta có q
m
= q
xq
là lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh khi bay hơi 1 kg ẩm.

. .
.
.
tb
m xq
xq
tb
K F t
p q
W
W q
K
F t

= =
⇒ =

- Bề mặt truyền nhiệt F:

1,6 1,607
1,6035
2 2

T ng
tb
D D
D
+
+
= = =
m
Tổng bề mặt truyền nhiệt:

2
2
2
.
. . 2.
4
.1,6035
.1,6035.9 2. 49,35
4
tb
tb T
D
F D L
m
π
π
π
π
= +
= + =

Nhiệt độ trung bình giữa tác nhân sấy và không khí bên ngoài:
- Gọi . t

t
1c
: nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy.
T

= t
1
= 200
0
C
t
c1
= t
2
= 90
o
C
. t

, t
2c
: nhiệt độ môi trường xung quanh, t

= t
2c
= t
o

= 30
o
C
- Hiệu số lưu chất của dòng vào và ra của dòng tác chất
13
∆t
ñ
= t

– t

=200 – 30 = 170
o
C
∆t
c
= t
1c
– t
2c
= 90 – 30 = 60
o
C

170 60
105,62
170
ln
ln
60

d c
tb
d
c
t t
t
t
t
∆ − ∆

⇒ ∆ = = =



o
C

.
123,4.130,7
3.09
. 49,35.105,62
xq
tb
W q
K
F t
⇒ = = =

W/m
2

.K
- Mặt khác:

3
1
1 2
1
1 1
i
i
i
K
δ
α λ α
=
=
+ +

α
1
: hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thiết bị.
α
2
: hệ số cấp nhiết từ thành ngoài thùng vào môi trường xung quanh.
δ
i
: bề dày của vật liệu lần lượt , bầ dày thùng, bề dày lớp cách nhiệt, bề dày lớp
bảo vệ.
λ
i

: hệ số dẩn nhiệt của các vật liệu.
Để đảm bảo được năng suất ta phải chọn bề dày lớp cách nhiệt và vật liệu cách nhiệt sao
cho phù hợp.
Ta chọn như sau:

STT Đại lượng Kí hiệu Giá trị (m) Vật liệu
Hệ số dẫn nhiệt
 (W/mK)
1
Bể dày thùng

1
0,0035
1X18H10T
16,3
2
Bề dày lớp cách nhiệt

2
0,001
Bong thủy
tinh
0,05
3
Bề dày lớp bảo vệ

3
0,001
CT3
50

Tính toán các hệ số cấp nhiệt:
• Tính toán hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành của thiết bị
α
1
.
Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Vận tốc
v
k
m/s 0,612
2 Nhiệt độ trung bình
t
k
o
C 145
3 Hệ số dẫn nhiệt

k
W/m.
o
K 0,03854
14
4 Dộ nhớt

k
Ns/m
2
1,7802.10
-5

5 Khối lượng riêng

k
kg/m
3
0,8309
6 Độ nhớt động học

k
m
2
/s 2,2145.10
-5
Chế độ chảy của tác nhân trong thiết bị:
Chuẩn số Reynolds:

5
5
0,612.1,6
Re 0,44218.10
2,2145.10
k T
k
v D
ν

= = =
Re> 10
4
dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy. quá trình truyền nhiệt trong

thùng xem như là quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy rối, và quá trình
truyền nhiệt là do đối lưu cưỡng bức, dòng chảy trong ống
50
<
D
L
.
Chuẩn số Nusselt:
Nu = 0,018. ε
l
.Re
0,8

trong đó :






=
D
L
f
l
Re,
ε
Vôùi: Re =0,44218.10
5
5,625

L
D
=


Nu = 0,018.1,135.(0,44218.10
5
)
0,8
= 106,35
Hệ số cấp nhiệt α
1
:

1
.
106,35.0,03854
2,56
1,6
k
T
Nu
D
λ
α
= = =
W/m
2
.K
• Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng sấy đến môi trường xung quanh

α
2
:
Quá trình truyền nhiệt từ thành ngoài của thiết bị sấy đến môi trường xung
quanh là quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên và bức xạ nhiệt
Hệ số cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên α

2
:
do góc nghiêng hok lớn nên ta coi thiết bị là ống đặt nằm ngang, ta lấy nhiệt độ
trung bình ngoài thiết bị.
bảng thông số không khí ngoài ống:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
15
 ε
l
= 1,135 (sổ tay tập 1)
1 Nhiệt độ t
o
o
C
30
0
C
2 Hệ số dẫn nhiệt

o
W/m.
o
K

0,02674
3 Độ nhớt

o
Ns/m
2
1,9302.10
-5
4 Áp suất hơi bão hòa
p
b
bar
0,0422
5 Khối lượng riêng

0
kg/m
3
1,1889
6 Độ nhớt động học

0
m
2
/s
16,235.10
-6
Chọn nhiệt độ thành ngoài của thùng t
w4
= 40

0
C , để đảm bảo an toàn cho nguoi
vận hành.
Đường kính ngoài của thùng sấy:
D
ng
= D
tr
+ 2.( 
1
+ 
2
+ 
3
)
= 1,6 + 2.( 0,0035 + 0,001 + 0,001 )
=1,611 m
Chuẩn số Grashof:

3 3 3
4
2 2 2
3
9
5 2
. . . . . . .( )
( 273)
9,81.1,611 .(40 30)
5,136.10
(1,6235.10 ) .(30 273)

ng ng ng w o
o o o o
g D T g D T g D t t
Gr
T t
β
ν ν ν

∆ ∆ −
= = =
+

= =
+
Chuẩn số Nuselt:
Nu = 0,47.Gr
0,25
= 0,47.(5,136.10
9
)
0,25
= 125,82
Hệ số cấp nhiệt α

2
:

2
.
125,82.0,02674

2,088
1,611
o
ng
Nu
D
λ
α

= = =
W/m
2
K
Hệ số cấp nhiệt do bức xạ α
2
’’
:

)(
100100
7,5
)(
21
4
2
4
1
21
21
2

TT
TT
TTF
Q
bx






















=

=

′′

εα
( sổ tay tập
1)
Trong đó . Q
bx
:nhiệt trao đổi bức xạ ,W
. F :bề mặt bức xạ, m
2
. T
1
: nhiệt độ của vật thể nóng,
o
K , T
1
= T
w4
. T
2
: nhiệt độ của vật thể nguội bao quanh thùng,
o
K , T
2
= T
o
= 30
. ε
1−2
: ñộ đen của hệ.

Đối với bực xạ giữa khí và vật thể , thì bầ mặt khí lớn hơn bề mặt
vật thể nên coi độ đen là độ đen của vật thểå: ε
1-2
≈ ε
1
= 0,8  1
chọn ε
1-2
= 0,8.
16

4 4
1 2
2 1 2
1 2 1 2
4 4
2
100 100
5,7. .
( ) ( )
40 273 30 273
100 100
5,7.0,8. 5,33W / m .K
(40 30)
bx
T T
Q
F T T T T
α ε


 
   

 
 ÷  ÷
   
 
 
′′
= =
− −
 
+ +
   

 
 ÷  ÷
   
 
 
= =


Hệ số cấp nhiệt chung là:
α
2
= α’
2

2

’’

= 2,088 + 5,33 = 7,42 W/m
2
.K
• Tính hệ số truyền nhiệt K
tt
:

3
1
1 2
2
1
1 1
1
1,83W/m .K
1 0,0035 0,001 0,001 1
2,56 16,3 0,05 50 7,42
tt
i
i
i
K
δ
α λ α
=
=
+ +
= =

+ + + +

Vì hệ số K
tt
< K nên lớp cách nhiệt ta chọn rất thỏa mãn.
TÍNH TRỞ LỰC QUA THÙNG SẤY:
Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không những đi qua lớp vật liệu
nằm trên cánh và tren mặt thùng sấy mà còn di qua dòng hạt rơi từ đỉnh thùng và
cánh từ trên xuống. Do đó trở lực tác nhân sấy tính theo công thức thực nghiệm.

- Chuẩn số Reynolds

3
5
. .
0,612.0.5.10
Re 13,82
2,2145.10
k k
k
v d
ρ
µ


= = =
- Khối lượng riêng dẫn xuất chuyển động trong thùng sấy:

1 2
3

0,25.( ).
0,75.2.
0,25.(2123.4 2000).0,2
7,6 /
0,75.2.18,086
dx
G G
V
kg m
β
ρ
+
=
+
= =
- Trở lực dòng tác nhân di qua lớp vật liệu sấy:

dg
CvLa
P
kk
haït
2

2
ρ
=∆
,mmH
2
O

17
Trong đó:
 a :hệ số thủy động
490 100
5,85
Re
Re
490 100
5,85 68,2
13,82
13,82
a = + +
= + + =
 C :hệ số đặc trung cho độ chặt của lớp hạt
2
1
ζ
ζ

=
C
với :
1020 7,6
0,9925
1020
v dx
v
ρ ρ
ζ
ρ



= = =

2 2
1 1 0,9925
0,00756
0,9925
C
ζ
ζ
− −
= = =

2
2
3
2
2
. . . .
2. .
68,2.9.0,612 .0,8309.0,00756
2.10.0,5.10
144,41( ) 1444( / )
k k
hạt
a L v C
P
g d
mmH O N m

ρ

∆ =
=
= =
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG:
Cơng suất của thùng quay:
- Công suất cần thiết để quay thùng:
N = 0,0013.D
T
2
.L
T
.α.n.ρ ,kW
với: . D
T
: đường kính trong của thùng, D
T
= 1,6m.
. L
T
: chiều dài thùng, L
T
=9m.
. α : hệ số phụ thuộc vào dạng cánh.
Với cánh nâng, hệ số chứa đầy β = 0,2 thì α = 0,063 (Bảng VII.5, [1]).
. n : tốc độ quay của thùng, n = 1 vg/ph.
. ρ : khối lượng riêng xốp của vật liệu, ρ =1020kg/m
3
 N = 0,0013.D

T
2
.L
T
.α.n.ρ
= 0,0013.1,6
2
.9.0,063.1.1020 = 1,92 kW
- Chọn động cơ 3K132M8, có các đặc tính:
. Công suất động cơ: N
đc
=3kW
. Vận tốc quay: n
đc
= 730 vg/ph
. Hiệu suất: η = 80%
18

III
II
I
Động

. Hệ số công suất: cosϕ = 0,74
Công suất làm viêc của động cơ:
N
lv
= N
đc
.η = 3.0,8 = 2,4 kW

 thỏa điều kiện N
lv
> N cần thiết để quay thùng.
Chọn tỉ số truyền động:
- Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống:
730
730
1
đc
c
thùng
n
i
n
= = =
Do tỷ số truyền quá lớn nên phải sử dụng hệ thống truyền động giảm tốc cho
thùng. Sử dụng bộ phận giảm tốc 2 cấp kiểu trục vít – bánh răng. Hệ thống truyền
động như sau: trục động cơ nối thẳng với trục vít, trục vít này truyền động qua bánh vít
(giảm cấp i
01
), từ bánh vít qua bánh răng nhỏ của hộp giảm tốc, rồi qua bánh răng lớn
(giảm cấp i
12
), sau đó ra khỏi hộp giảm tốc, truyền qua tang dẫn động và đến thùng
qua bánh răng lớn gắn vào thùng (giảm cấp i
23
).
- Chọn tỷ số truyền: . i
23
= 6

. i
12
= 4
.
01
12 23
730
30,42
. 4.6
c
i
i
i i
= = =
- Vận tốc quay:
n
j-1
= i
j-1,j
. n
j
vg/ph
- Công suất:
N
j
= N
j-1
. η
j-1,j
kW

với: . Hiệu suất h của bộ truyền bánh răng trụ hở: h
br

= 0,93 – 0,95
 Chọn h
br
= 0,93.
. Hiệu suất của bộ truyền
bánh răng trụ được che kín (trong hộp giảm tốc): h
br
’ = 0,96 – 0,98
 Chọn h
br
’ = 0,96.
19
Sơ đồ hệ thống truyền động cho thùng
: Sơ đồ hệ thống truyền động
. Hiệu suất của bộ truyền trục vít:
'
0,8
0,896
0,93.0,96
.
đc
trv
br br
η
η
η η
= = =

Bảng 1 : Bảng sơ đồ truyền động
Trục
Thông số
Động cơ Trục I Trục II Trục III
Tỷ số truyền i 30,42 4 6
Vận tốc quay n (vg/ph) 730 24 6 1
Công suất N (kW) 2,688 2,15 2,064 1,92
CHỌN KÍCH THƯỚC CÁNH THÙNG:
Ta sử dụng vật liệu làm cánh thùng la 1X18H10T
sử dụng cánh nâng có các thơng số đặc trưng sau:
- Hệ số chứa đầy β=0,18
- Góc gấp của cánh ∆ϕ = 140
o
-
576,0
=
T
D
h
,
122,0
2
=
T
c
D
F
với: . h: chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu
. D
T

: đường kính thùng
. F
c
: bề mặt chứa vật liệu của cánh.
 F
c
= 0,122.D
T
2

= 0,122.1,6
2
= 0,312 (m
2
)
- Chọn: . Chiều rộng cánh: b =190 mm
. Chiều cao cánh: d = 80 mm
. Chiều dài cánh:
0,312
0,932
0,155 0,18
c
F
l m
b d
= = =
+ +
. Chiều dày cánh: δ = 5mm
. Số cánh trên một mặt cắt :8 cánh.
 Với chiều dài thùng sấy L

T
= 9m ta lắp 9 đoạn cánh dọc theo
chiều dài thùng, ở đầu nhập liệu của thùng lắp cánh xoắn để dẫn vật
liệu vào thùng, với chiều dài 0,3m.
- Tỷ lệ chứa đầy vật liệu trong thùng:
1
F
F
cd
=
β

F
1
: tiết diện ngang của thùng
20
2
2
2
1
.1,6
2
4 4
T
D
F m
π
π
= = =
F


: tiết diện chứa đầy
F

= β.F
t
= 0,18.2 =0,36 (m
2
)
Do:

2
2
2
.sin 2
2
sin 2 0,36
0,5625
2
0,8
58

o
R
F R
α
α
α
α
α

= −
⇒ − = =
⇒ =
Chiều cao chứa đầy vật liệu trong thùng:
h = R – Rcosα = 0,8.(1-cos58) = 0,4 m.
TÍNH VÀNH ĐAI VÀ CON LĂN ĐỠ:

Tính các tải trọng của thùng sấy:
• Tải trọng của thân thùng
Q
t
=
π
.D
t
.σ.L.ρ
τ
.g =3,14.1,6.0,007.9.7900.10 = 25004,45N
• Tải trọng của cánh đảo
Q
d
= 6228,93 N
• Tải trọng lớp cách nhiệt
Q
cn
=
π
.D
c
.σc.L.ρ

c
.g =90,63 N
21
F
t
R
h
α
F

Hình 1: Diện tích phần chứa vật liệu trong thùng
• Tải trọng vật liệu trong thùng
Q
vl
=F. ρ
v
.g = 1,57.2350.10 = 36904,69 N
• Tải trọng vành đai và bánh răng
Tính vành đại:
Chọn: đường kính trong của vành đai
D
v
= (1,1-1,2)D
ngoài thùng
= 1,1.1,6 = 1,76m
Bề rộng: B = 150 mm
Bề dày: h =
2,6
B
= 77 mm

Vật liệu làm bằng CT3 và lắp vào thùng sấy theo cách lắp tự do
( lắp có chân đế). Khối lượng riêng = 7850 kg/m
3
Làm 2 vành đai ở 2 đầu cách 2 đầu đầu thùng quay là 1800 mm
Tính như vành khăn:
Q
vd
= 2.0,15.0,077.3,14.1,92.7850.10 =10932,32 N
Tính bánh răng:
Chọn: đường kính trong xem nhu bằng đường kính ngoài thùng
D= 1,6m
Bề rộng: B = 235 mm , h = 135mm
Q
br
=12511,8 N
Tổng tải trong :
Q = Q
br
+ Q
vd
+ Q
vl
+ Q
cn
+ Q
d
+ Q
t

= 12511,8 + 10932,32 + 36904,69 + 90,63 + 6228,93 + 25004,45

=91672,82 N.
TÍNH CON LĂN ĐỎ:
22

Lực tác dụng lên con lăn.
-Phản lực mỗi con lăn tác dụng lên đai( ta dùng 4 con lăn) nên:

91672,82
26463,67
2cos 4.cos30
Q
T N
α
= = =
-Bể rộng con lăn đỡ:
B
c
= B
vành đai
+ (3 – 5)cm =15+ 5 = 20 cm
- Đường kính con lăn thép:

26463,67
3,3 4,4( )
(300 400). (300 400).20
c
T
d cm
B
≥ = = ÷

÷ ÷

Chọn d = 500mm
- kiểm tra đường kính con lăn:
0,25D ≤ d
c
≤ 0,33D
Với D là đường kính ngoài vành đai : D=1,997 m
0,499 ≤ d
c
≤ 0,659 m
Vậy d
c
= 500 mm chọn là thỏa.
TÍNH CÁC LỰC Ờ VĨ TRÍ ĐỞ VÀ ĐỘ BỀN THÙNG
TÍNH THIẾT BỊ CẤP NHIỆT:
23
T
N
S
α
Q
Vì nhiệt độ sấy của ta khá cao 200
0
C nên ta sử dụng bộ sấy khơng khí kiểu ống và tác
nhân sấy là khói lò , nhiên liệu đốt là than bùn.
Bảng thơng số
Tác nhân sấy Khơng khí
Nhiệt độ vào t


= t
o
27
o
C
Nhiệt độ ra t
2c
= t
1
55
o
C
Than bùn Khói lò
Áp suất 1 at
Nhiệt độ khói 250
o
C
TÍNH CÁC HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT :
Tính hệ số cấp nhiệt phía khơng khí ngồi ống α
1

Tác nhân sấy có nhiệt độ đầu vào thiết bị gia nhiệt là t
đ
= 30
0
C và nhiệt độ ra là t
r
= 200
0
C để đi vào thùng sấy.

Bảng thơng số tác nhân khơng khí chuyển động ngồi ống
STT Thơng số

hiệu
Đơn vị
Giá trò
1
Nhiệt độ trung bình t
k
o
C 115
2
Hệ số dẫn nhiệt 
k
W/m.
o
K 0,0361
3
Khối lượng riêng 
k
kg/m
3
0,916
4
Độ nhớt động 
k
m
2
/s 24,888.10
-6

Lưu lượng khơng khí cần được gia nhiệt là 1,23 m
3
/s. chọn đường kính của ống dẫn khí là
1,5 m
Vận tốc dòng khí trong đường ống :

2 2
1,23
0,69
.1,5
4
4
o
ô
ô
V
D
ω
π π
= = =
m/s
Vận tốc dòng khí là tính ở cửa vào thiết bị truyền nhiệt đường kính 0,25m

2
2
2 2
1,5
. 0,69. 24,84
0,25
o

ô
D
d
ω ω
= = =
m/s
Chỉ số Renolds là:

5
5
24,84.1,5
Re 15.10
2,4888.10
k T
k
v D
ν

= = =
Sự cấp nhiệt khi ống xếp thẳng hàng ta có:
Nu = 0,21.ε
ψ.
Re
0,65
ở đây ta lấy dòng khí đi vng góc với ống nên ε
ψ
= 1
Nu = 0.21.(0,45.10
5
)

0,65
=2168,37
Hệ số cấp nhiệt:
24

1
.
2168,37.0,0361
1505,35
0,052
k
T
Nu
d
λ
α
= = =
W/m
2
.K
Hệ số cấp nhiệt phía trong ống α
2
Sự cấp nhiệt phía trong ống là do khoi lò :
Ta tính giống như sự cấp nhiệt chuyển động trong ống thẳng
Các thông số của ống ta chọn như sau:
Đường kính: D = 0,05m , chiều dài 2 m
Bề dày ống δ = 0,001 m,thép CT20 có hệ số dẫn nhiệt λ = 57 W/mK
Hệ số trao đổi nhiệt cưỡng bức chuyển động trong ống công thức thực nghiệm:

0,8

2
0,2
( . )W
B
d
γ
α
=
( CT. kĩ thuất sấy của Hoàng Văn Chước)
Trong đó:
B hệ số và được xác định tại t = 250
0
C và B= 3,085
γ trọng lượng riêng của khí (kg/m
3
) và γ = 2,166 kg/m
3
W vận tốc của khí trong ống W= 10 m/s
D đường kính tương đương D= 0,05 m


0,8
2
0,2
(2,166.10)
3,085 65,76
0,05
α
= =
W/m

2
.K
Hệ số truyền nhiệt K

1 2
2
1
1 1
1
62,9W / m K
1 0,001 1
1505,35 57 65,76
K
δ
α λ α
=
+ +
= =
+ +
Nhiệt độ trung bình

' "
'
"
ln
tb
t t
t
t
t

∆ − ∆
∆ =


∆t

= 250 – 30 = 220
0
C
∆t
’’
= 220 – 200 = 20
0
C
25

×