Thiết kế tháp sấy phun sấy bột ceramic, công suất 1,5 triệu m2/năm, dùng nhiên liệu là dầu mazut đen 20 có thành phần cơ bản

Nguyễn Hải Đăng 1 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
Đề tài : Thiết kế tháp sấy phun sấy bột ceramic, công suất 1,5 triệu
m
2
/năm, dùng nhiên liệu là dầu mazut đen 20 có thành phần cơ bản
C
c
H
c
S
c
N
c
O
c
A
c
W
c
85 11.6 2.9 0.25 0.25 0 0
Biết khối lượng thể tích của sản phẩm là:
0
1950
ρ
=
(kg/m
3
)
Độ ẩm đưa vào nung: 0,5%
Độ ẩm sau tháp sấy: 6%

Nhiệt độ không khí ngoài trời: 30
o
C
Độ ẩm không khí: 65%
Nguyễn Hải Đăng 2 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
MỤC LỤC Trang
LỜI NÓI ĐẦU 3
PHẦN I
I.I Vị trí, vai trò của ngành Vật liệu xây dựng trong lĩnh vực xây dựng cơ
bản
4
I.2 Giới thiệu về các phương pháp sấy bột ceramic 6
I.3 Đặc điểm, vị trí của thiết bị nhiệt dự kiến thiết kế trong các công nghệ
sản xuất Vật liệu xây dựng
I.4 Giới thiều chung về yêu cầu của hồ, bột và các yêu tố khác
I.5 Sơ đồ dây chuyền công nghệ
PHẦN II
II.1 Tính quỹ thời gian làm việc
II.2 Cần bằng vật chất quá trình sấy
II.3 Chọn tháp sấy và số lượng
II.4 Tính cháy nhiên liệu
II.5 Thiết kế tháp sấy phun
II.6 Tính chi pí nhiệt riêng và chất tải nhiệt cho quá trình cháy
II.6.1 Tính tổn thât nhiệt của quá trình sấy thực tế
II.6.2 Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d
II.7 Cân bằng nhiệt buồng sáy của tháp sấy phun
II.8 Tính chi phí riêng nhiên liệu, lượng dung tác nhân sấy, nhiên liệu, nhiệt
trong một giờ
II.8.1 Tính chi phí riêng nhiên liệu

II.8.2 Tính lượng dùng tác nhân sấy, nhiên liệu, nhiệt trong một giờ
II.9 Tính buồng đốt
II.10 Chọn hệ thống lọc bụi
II.11 Tính trở lực khí động học
II.12 Chọn quạt
PHẦN III
Thông số kinh tế, kỹ thuật, vật tư của tháp sấy phun
PHỤ LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nguyễn Hải Đăng 3 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng đã và đang được ứng dụng
và sử dụng rất nhiều thành tựu,tiến bộ của khoa học kỹ thuật.Các thiết bị máy móc
ngày càng hoàn thiện và hiệu quả hơn góp phần không nhỏ vào việc nâng cao năng
suất cũng như chất lượng sản phẩm vật liệu xây dựng.
Phần lớn các loại vật liệu xây dựng đều phải trải qua một khâu quan trọng
đó là quá trình gia công nhiệt. Sấy là một quá trình gia công nhiệt quan trọng và
phức tạp trong sản xuất vật liệu xây dựng và nhiều nghành công nghiệp khác.
Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu
một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ nhằm nâng cao chất lượng sản
phẩm. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đạt chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng
ít và chi phí vận hành thấp. Vấn đề này càng quan trọng và khó khăn hơn khi ta sấy
vật liệu dạng bột nhão
Chính vì những lý do trên , việc khảo sát, nghiên cứu và chế tạo thiết bị sấy
cho vật liệu bột nhão trong các ngành sản xuất nói chung và bột ceramic trong sản
xuất gạch lát nền là rất cần thiết. Trong giới hạn phạm vi đồ án môn học “Thiết bị
nhiệt trong sản xuất vật liệu xây dựng” được giao, chúng em đã thiết kế được tháp
sấy phun sấy phun bột ceramic, công suất 1,5 triệu m
2

/năm và tính toán phục vụ
việc thiết kế sơ bộ được một số thiết bị phụ trợ như: Kích thước của các cyclon
trong tháp trao đổi nhiệt, chọn quạt cho thiết bị.
Với trình độ có hạn và phạm vi của đồ án môn học đầu tiên nên còn nhiều
sai xót. Chúng em rất mong và chân thành cảm ơn nếu được sự đóng góp ý kiến
hướng dẫn nhận xét,bổ xung của các thầy, cô giáo.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Quang Hưng
Nguyễn Hải Đăng
Nguyễn Hải Đăng 4 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
PHẦN I
I. VỊ TRÍ, VAI TRÒ CỦA NGÀNH VẬT LIỆU XÂY DỰNG TRONG
LĨNH VỰC XÂY DỰNG CƠ BẢN
Ngành vật liệu xây dựng chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực
xây dựng cơ bản. Chất lượng vật liệu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và tuổi thọ
của công trình. Chi phí về vật liệu xây dựng chiếm một tỷ lệ cao trong tổng giá
thành công trình: 74 – 75% đối với các công trình dân dụng, 70% đối với các công
trình giao thông, 50% đối với các công trình thủy lợi.
Nhu cầu vật liệu xây dựng ở Việt Nam trong thời gian qua và trong tương lai
là rất lớn cả về giá trị, số lượng lẫn yêu cầu chất lượng, chủng loại, mẫu mã theo thị
hiếu của người tiêu dùng trong tiến trình hội nhập quốc tế
Nước ta giàu tài nguyên khoáng sản làm vật liệu xây dựng, tuy phân bố
không đều nhưng có ở hầu hết các vùng trong cả nước. Đồng thời, Việt Nam là một
thị trường tiêu thụ lớn về vật liệu xây dựng. Chính phủ đã lập quy hoạch tổng thể
phát triển ngành vật liệu xây dựng thành ngành kinh tế mũi nhọn trong tương lai.
Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam vừa được Thủ tướng
Chính phủ phê duyệt, nêu rõ:
“Phát triển vật liệu xây dựng (VLXD) phải bảo đảm tính bền vững, góp phần
phát triển kinh tế, tạo sự ổn định xã hội và bảo vệ môi trường; phù hợp với

các quy hoạch khác liên quan.
Tiềm năng về tài nguyên khoáng sản, thị trường, công nghệ, lao động sẽ được
khai thác để phát triển ngành VLXD thành ngành kinh tế mạnh, từ năm 2010,
đáp ứng về số lượng, chất lượng và các chủng loại VLXD cơ bản cho nhu cầu
trong nước và xuất khẩu.
Mọi nguồn lực sẽ được thu hút vào phát triển sản xuất VLXD. Khuyến khích
các thành phần kinh tế tham gia sản xuất và kinh doanh VLXD”
Nguyễn Hải Đăng 5 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
II GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY BỘT CERAMIC
Quá trình sấy bột có thể được tiến hành trong các thiết bị sấy trục, sấy phun hay là
trong các thiết bị sấy tầng sôi.
Trong sấy trục, giới hạn nhiệt độ của tác nhân sấy là 70 - 800C, trong sấy phun
3000C, trong sấy tầng sôi 3000C.Máy sấy kiểu trục quay được ứng dụng để sấy
nguyên liệu dạng lỏng, dạng bột nhão ở áp suất khí quyển hay trong chân không.
Thiết bị sấy một trục ở áp suất khí quyển (hình vẽ) có tang quay 2 với bộ dẫn động
3. Hơi được nạp vào bên trong tang quay. Một phần tang quay nằm trong thùng 7,
dung dịch được cho vào đây qua ống nối 5. Bộ khuấy trộn 6 làm chuyển đảo dung
dịch trong thùng và tráng lên tang quay một lớp có bề dày 0,1 - 1,0 mm. Khi tang
quay một vòng thì lớp sản phẩm sẽ kịp khô và bóc khỏi bề mặt tang nhờ các dao
cạo 4. Vít 8 tải sản phẩm khô ra khỏi máy. Hơi có áp suất đến 0,5 MPa được đưa
vào qua cổ trục của tang quay, nước ngưng cũng được tháo ra qua chính cổ trục đó
theo ống xifông 1.
Đường kính của tang quay thường
được sản xuất theo các cỡ 600,
800, 1000, 2000 mm. Năng suất
của máy sấy tính theo ẩm bốc hơi
phụ thuộc vào dạng sản phẩm sấy
khoảng 10 -50 kg/(m
2

/h).
Tháp sấy phun thường đặt trong
nhà, dùng thiết bị phun ly tâm cho
khả năng phun đều sản phẩm chất
lỏng và tăng cường quá trình bốc
hơi. Dung dịch đem sấy chảy qua
Nguyễn Hải Đăng 6 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
đĩa có đầu phun với số vòng quay lớn, nhờ đó các tiểu phần chất lỏng biến thành
những hạt rất nhỏ và bề mặt hoạt hoá của chất lỏng được tăng lên.
Tháp sấy phun có 2 loại: loại có đấy phẳng và loại có đáy nón. Loại đáy phẳng
phải có cơ cấu để tháo sản phẩm khô. Còn loại đáy hình nón thì thành phẩm ở dạng
bột được đẩy ra dưới tác động của lực ly tâm.
Những ưu việt của máy sấy phun là: nhanh chóng trong quá trình sấy, nhiệt độ của
vật liệu sấy thấp, sản phẩm nhận được ở dạng bột nhỏ không cần phải nghiền lại và
có độ hoà tan lớn. Vì sấy quá nhanh, nhiệt độ của vật liệu trong suốt chu kỳ sấy
không vượt quá nhiệt độ của ẩm bốc hơi (60 -700C) và thấp hơn nhiều so với nhiệt
độ của tác nhân sấy.
Nhược điểm của loại này là kích thước của phòng sấy tương đối lớn, do tốc độ
chuyển động của các tác nhân sấy không lớn cũng như sự phức tạp về cơ cấu phun,
hệ thu hồi bụi và tháo dỡ sản phẩm.
Tháp sấy phun có đáy phẳng có phòng sấy 3, sản phẩm lỏng được phun trong
phòng nhờ đĩa quay nhanh 6. Không khí nóng hay khí lò được đẩy vào phòng và
sản phẩm chuyển động thành dòng song
song với vật liệu (hình vẽ)
Hồ khi rơi vào dòng không khí nóng, hay
khi chúng bị chất tải nhiệt bao phủ lấy
mọi hướng và trong một vài giây ẩm bốc
hết và sản phẩm lắng xuống đáy phòng ở
dạng bột. Sản phẩm được chuyển dịch

nhờ cào 5 và ra khỏi máy sấy nhờ vít tải
4 hay nhờ cơ cấu vận chuyển khác. Tác
nhân sấy bị hút liên tục nhờ quạt 1. Khi
đi qua bộ lọc 2 để làm lắng, những tiểu
phần nhỏ của sản phẩm bị dòng khí
Nguyễn Hải Đăng 7 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
mang đi. Trong các tháp sấy tương tự, các chất lỏng có thể phân tán bằng các đĩa
phun, vòi cơ học, vòi khí động học. Các tháp sấy phun làm việc có đường kính từ
500 đến 15000 mm, năng suất bốc hơi ẩm từ 1500 -3500 kg/h.
Với tháp sấy phun có đáy hình nón: thiết bị có năng suất ẩm bốc hơi 500 đến
15000 kg/h. Máy sấy gồm: Vỏ trụ 9 có đáy hình nón để tháo bột khô. Dung dịch
đẩy vào sấy bị phun ra nhờ cơ cấu ly tâm 13 có đĩa 10. Tác nhân sấy đưa vào phần
trên của thiết bị theo ống dẫn 7. Ở cuối ống dẫn 7 lắp cơ cấu phun hình nón 8. Nhờ
cơ cấu 8, tạo ra dòng xoáy của khí đưa vào. Các giọt sản phẩm được phun bằng đĩa
bị bao phủ bởi dòng không khí và chuyển xuống dưới. Ẩm được bốc hơi, các phần
tử bột nhỏ còn lại lắng xuống ở
đáy hình nón và tháo đến cơ cấu
1 để chuyển sản phẩm vào hệ
băng tải khí động học. Để tẩy
sạch các tiểu phần của sản phẩm
bám trên tường, lắp máy rung 17.
Tác nhân sấy bị thải có mang
theo các tiểu phần nhỏ của sản
phẩm ra khỏi thiết bị sấy qua ống
dẫn 2 vào xyclon để tách bột. Để
khảo sát bên trong, có xe nâng 4,
nguồn chiếu sáng 6 và cửa 5.
Tấm ngăn máy sấy 11 có các van
bảo hiểm ở dạng các đĩa chồng

nhau và dạng đường ống 12 để xả
khí sấy khi tăng áp suất đáng kể.Đĩa phun 10 quay với tốc độ cao từ động cơ qua
hộp giảm tốc. Để bôi trơn cơ cấu phun, ở phần trên của thiết bị có lắp cơ cấu cơ học
và bộ lọc mỡ 14. Vô lăng điện 15 dùng để nâng cơ cấu phun.
Nguyễn Hải Đăng 8 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
Với yêu cầu của đề bài là nhiệt độ của tác nhân sấy là 650
o
C, lượng bốc hơi
một giờ là 5920 kg/h, qua khảo sát chúng em thấy là chọn mô hình tháp sấy
phun là có hiệu quả nhất.
Do vậy chúng em quyết định chọn mô hình tháp sấy phun để thực hiện tính
toán
Nguyễn Hải Đăng 9 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
II. ĐẶC ĐIỂM, VỊ TRÍ CỦA THIẾT BỊ NHIỆT DỰ KIẾN THIẾT KẾ
TRONG CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Tháp sấy phun được sử dụng để sấy vật liệu ở dạng hồ được phun trong
dòng tác nhân sấy nóng nhờ thiết bị phun khí nén hoặc cơ học. Tháp sấy
thường được bố trí trong dây chuyền công nghệ sản xuất tấm ốp, lát, gạch xây
dựng v.v… từ bột ép theo phương pháp bán khô. Trong tháp sấy phun, vật
liệu được phun ra có diện tích bề mặt rất lớn nên quá trình bốc ẩm xẩy ra tích
cực, thời gian sấy chỉ kéo dài không đầy 15 – 30 s. Nguyên liệu sơ bộ được
nghiền mịn, trộn khuấy đều trong nước, ủ sau đó được chuyển lên sấy tháp
phun.
Thiết bị sấy tháp phun bao gồm: tháp sấy có chiều cao từ 15-25m, có tỷ
lệ H/D = 1,1 ÷ 1,2, thiết bị phun hồ, buồng đốt với quạt đẩy để cấp tác nhân
sấy dưới dạng khói lò đố vào tháp sáy, thiết bị lọc bụi, thiết bị vận chuyển vật
liệu đã được sấy khô từ tháp sấy vào kho hoặc bunke chứa. Hồ sau khi được
phun lên đạt tỷ diện 200 – 300 m

2
/l.
Điều khiển sấy tháp phun ở mức tự động hoặc bán tự động
III GIỚI THIỆU VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
Công suất 1,5 triệu m
2
/năm
Kích thước sản phẩm: a x b x h = 500 x 500 x 10 (mm)
Độ ẩm tương đối của hồ đưa vào hệ thống tháp sấy phun: W
h
=33%
Nguyễn Hải Đăng 10 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
Độ ẩm tương đối của hồ trước khi ra khỏi tháp sấy: W
b
=6%
Nhiệt độ sấy cao nhất: t = 650
o
C
Nhiệt đọ của hồ trước khi đưa vào tháp sấy: t
h
= 40
ο
C
Nhiệt độ của bột khi ra khỏi tháp sấy: t
b
=75
ο
C
Tổn thất bột theo khí thải tháp sấy:

tt
b
G
=1%
Khối lượng thể tích của xương gốm:
0
1950
ρ
=
(kg/m
3
)
Nhiên liệu: dầu mazut đen 20 có thành phần cơ bản và thành phần làm việc
cho trong bảng sau
Thành phần cơ bản:
C
c
H
c
S
c
N
c
O
c
A
c
W
c
85 11.6 2.9 0.25 0.25 0 0

Thành phần làm việc:
C
lv
H
lv
S
lv
N
lv
O
lv
A
lv
W
lv
83.3 11.368 2.842 0.245 0.245 0 2
Nhiệt độ khí thải ra khỏi tháp sấy: t
2
= 80
o
C
Nhiệt độ không khí ngoài môi trường: t
0
= 30
o
C
Độ ẩm tương đối của không khí:
0
65%
ϕ

=
Hàm ẩm của không khí: d
o
= 17,43 (g/kg.kkk)
Hàm nhiệt: I
o
= 74,75 kCal/kg
Nguyễn Hải Đăng 11 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
IV SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
Đất sét 1,2,3 Cát thạch anh Phụ gia khác
Định lượng Định lượng Định lượng
Bunke cân một mẻ
Máy nghiềnNước (34-36%)
Bể khuấy dự trữ hồ
Lọc sắt từ
Bunke phân phối hồ
Bơm pittong
Tháp sấy phun
Kiểm tra sản phẩm
Đưa vào kho
Nguyễn Hải Đăng 12 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
PHẦN II
I. TÍNH QUỸ THỜI GIAN LÀM VIỆC
Số ca làm việc trong một ngày đêm:
3
n
c
N =

Số giờ làm việc trong một ngày đêm:
24
c
τ
=
Số ngày làm việc trong một tuần:
7
t
n
N =
Số tuần làm việc trong một năm:
50
n
t
N =
Hệ số sử dụng thời gian:
0,95K
τ
=
II.CÂN BẰNG VẬT CHẤT QUÁ TRÌNH SẤY:
Năng suất tính theo giờ của nhà máy là:
6
1,5.10
188
. . . 50.7.24.0,95
tc
n
v
n t
t n c t

G
G
N N K
τ
= = =
(m
2
/h)
Lượng sản phẩm tính theo khối lượng trong một giờ: sản phẩm nung
xong:
0
. . 1950.188.0,01 3666
n tc
h v
G G h
ρ
= = =
(kg/h)
Gạch mộc khô tuyệt đối:
3666
3928
6,68
1 1
100 100
n
m
h
h
G
G

MKN
= = =
− −
(kg/h)
Lượng phối liệu khô tuyệt đối cấp vào tháp sấy có tính đến phần mất
mát theo khí thải:
'
3928
3968
1
1
1
100
100
m
m
h
h
tt
G
G
G
= = =
−
−
(kg/h)
Lượng bột phối liệu ở độ ẩm 6% cần nhận đựoc từ tháp sấy:
Xilo chứa bột (W
b
=6 – 7%)

Tráng men
Sấy
Nguyễn Hải Đăng 13 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
3928
4179
6
1
1
100
100
m
b
h
h
b
G
G
G
= = =
−
−
(kg/h)
Lượng bột phối liệu cần sấy tính cả phần bay theo khí thải:
'
4179
4221
1
1
1

100
100
b
b
h
h
tt
G
G
G
= = =
−
−
(kg/h)
Lượng hồ cần sấy trong tháp sấy phun:
3928
5922
33 1
(1 ).(1 )
(1 ).(1 )
100 100
1000 100
m
h
h
h
h tt
G
G
W G

= = =
− −
− −
(kg/h)
Lượng ẩm bay hơi:
'
w
5922 4221 1701
h b
h h
G G G∆ = − = − =
(kg/h)
Từ các số liệu thu được, tiến hành lập cân bằng vật chất quá trình sấy, ta được
bảng 1:
BẢNG 1: CÂN BẰNG VẬT CHẤT QUÁ TRÌNH SẤY:
Các khoản thu
Lượng
(kg/h)
Các khoản chi
Lượng
(kg/h)
Cấp vào tháp sấy Đất sét khô tuyệt đối 3928
Đất sét khô tuyệt đối 3968 Bay theo khí thải 40
Lượng nước 1952 Lượng ẩm còn lại trong bột 251
Lượng ẩm bay hơi 1701
Tổng hợp 5920 Tổng hợp 5920
III. CHỌN THÁP SẤY VÀ SỐ LƯỢNG
Thể tích làm việc yêu cầu của buồng sấy V
ts
đựoc tính theo công thức:

yc
WV
Gw
V
R
∆
=
Với R
WV
là cường độ thể tích của tháp sấy theo lượng ẩm bay hơi kg/(m
3
.h)
Chọn R
WV
= 7 kg/(m
3
.h)
Nguyễn Hải Đăng 14 Thuyết minh đồ án
Nguyễn Quang Hưng
⇒

1690
145
11,7
yc
V = =
m3 , nhận một tháp sấy với hệ số dự trữ
163 145
.100 12,4%
145

−
=
Tháp tương tự là tháp của hãng Nhiroatomaider của Đan Mạch, có thể tích
tháp sấy là 163 kg/(m
3
.h)
IV. TÍNH CHÁY NHIÊN LIỆU
Nhiên liệu sử dụng là dầu mazút đen có tính chất như sau:
Nhiệt trị làm việc cao của nhiên liệu:
81. 300. 26( )
c lv lv lv lv
lv
Q C H O S= + − −
=81.83,3 + 300.11,368 -26(0,245-2,842)
=10225 (kCal/kg)
Nhiệt trị làm việc thấp của nhiên liệu:
6(9 )
t c lv lv
lv lv
Q Q H W= − +
=10225 – 6(9.11,368 +2)
= 9599 (kCal/kg)
Lượng không khí lý thuyết:
0
0,0899( 0,375 ) 0,265 0,0333
lv lv lv lv
kk
V C S H O= + + −
=
0,0899(83,3 0,375.2,842) 0,265.11,368 0,0333.0,245+ + −

= 10,6 (m
3
chuẩn/kg)
Thành phần lý thuyết của sản phẩm cháy:
2
0 0
0,79 0,8
100
lv
N kk
N
V V= +
=
0,245
0,7910,6 0,8
100
+

= 8,38 (m
3
)


2
0
0,375
1,867.
100
lv lv
RO

C S
V
+
=