Đồ án hóa công sấy thùng quay xuôi chiều tác nhân sấy khói lò

Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG
1) Mở đầu và giới thiệu về vật liệu được sấy
2) Giới thiệu về dây chuyền thiết bị sấy thùng quay
PHẦN II: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU
1) Nhiệt dung riêng của than đá.
2) Nhiệt trị của than.
3) Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1kg than.
4) Entanpi của hơi nước trong hỗn hợp khói.
5) Trạng thái của không khí nóng trước khi vào máy sấy và sau
khi ra khỏi máy sấy.
6) Hệ số không khí dư ở buồng đốt và buồng trộn theo lý thuyết.
PHẦN III:TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
A :Một số thông số cơ bản
I : Tính cân bằng vật liệu của máy sấy
1) Lượng ẩm bay hơi
2) Lượng vật liệu khô tuyệt đối nằm trong thiết bị sấy
II: Tính toán thiết bị sấy
1) Thể tích thùng
2) Chiều dài thùng
3) Chiều dày thùng
III: Thời gian sấy
IV:Số vòng quay của thùng
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-1-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
V: Công suất cần thiết để quay thùng
VI:Nhiệt tổn thất ra ngoài môi trường
B: Quá trình sấy

I : Cân bằng nhiệt trong thiết bị sấy
1) Nhiệt lượng vào
2) Nhiệt lượng ra khỏi thiết bị sấy
3) Phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị sấy
II: Trạng thái khói lò vào và ra khỏi máy sấy
PHẦN IV :TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
I : Kiểm tra bền thùng quay
1) Trọng lượng của thùng
2) Trọng lượng của vật liệu trong thùng
3) Trọng lượng vành đai
4) Trọng lượng bánh răng vòng
5) Trọng lượng lớp bảo ôn
6) Trọng lượng cánh múc nâng
II:Tính vành đai
III:Tính con lăn
1) Con lăn đỡ
2) Con lăn chặn
IV: Tính toán bánh răng dẫn động
PHẦN V : CÁC THIẾT BỊ PHỤ
1) Tính toán lò đốt
2) Quạt thổi vào máy sấy
PHẦN V: KẾT LUẬN
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-2-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
* * *
Khoa Công Nghệ Hóa
Giáo viên hướng dẫn:Thầy Nguyễn Thế Hữu
NỘI DUNG

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY
CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
A : Kiểu thiết bị sấy thùng quay:phương thức sấy xuôi chiều
B: Tác nhân sấy: khói lò
-Nhiệt độ khói lò vào thùng sấy :t
1
=290
C
0
- Nhiệt độ khói lò ra thùng sấy :t
2
=100
C
0
-Khối lượng riêng xốp của vật liệu:
ρ
=4100 (Kg/m
3
)
-Năng suất: 23000 (Kg/h)
-Độ ẩm đầu của vật liệu :
11
1
=W
%
- Độ ẩm đầu của vật liệu :
1
2
=W
%

C : Không khí có các thông số sau:
-Nhiệt độ môi trường :t=25
C
0
-Độ ẩm tương đối của không khí :
=
ϕ
85 %
LỜI NÓI ĐẦU
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-3-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
Trong các ngành công nghiệp hiện nay thì công nghiệp hoá chất đang được
chú trọng và phát triển. Được ứng dụng nhiều trong các ngành như:thực
phẩm,vật liệu xây dựng, đồ gốm Sấy là một quá trình rất quan trọng trong
các khâu sản xuất đó.Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi ẩm ra
khỏi vật liệu.Quá trình này có thể tiến hành bay hơi tự nhiên nhờ năng lượng
tự nhiên như:năng lượng mặt trời,gió Tuy nhiên phương pháp này không
chủ động điều chỉnh được vận tốc, năng suất thấp.Bởi vậy trong công nghiệp
người ta chế tạo ra máy sấy được tiến hành nhờ các nguồn năng lượng do
con người tạo ra.Sấy theo phương pháp này sẽ cho ta năng suất lớn, yêu cầu
chất lượng cao.
Dưới đây là phần tính toán thiết kế máy sấy thùng quay để sấy TiO
2
.Dựa
trên những kiến thức đã học cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy Nguyễn
Thế Hữu em đã hoàn thành đồ án môn học của mình.Tuy nhiên bài viết của
em không tránh khỏi những thiếu sót.Em rất mong sự giúp đỡ của thầy cô và
các bạn để bài viết của em được hoàn thiện hơn .
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thế Hữu cùng các thầy cô trong

khoa Công Nghệ Hoá đã chỉ bảo tận tình giúp đỡ em trong thời gian qua.
Em xin chân thành cảm ơn
Hà Nội, ngày 16 tháng 1 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Lê Văn An
PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-4-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
1.Mở đầu và giới thiệu về vật liệu được sấy .
Sấy là quá trình dung nhiệt năng để làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu.Quá
trình này có thể tiến hành bay hơi tự nhiên bằng năng lượng tự nhiên như
ánh sáng mặt trời,năng lượng gió …(gọi là quá trình phơi sấy tự
nhiên).Dùng các phương pháp này chỉ đỡ tốn nhiệt năng nhưng không chủ
động được điều chỉnh được vận tốc của quá trình theo yêu cầu kĩ thuật
,năng suất thấp.Bởi vậy trong các nghành công nghiệp người ta thường tiến
hành sấy nhân tạo bằng nguồn năng lượng do con người tạo ra.
Tuỳ theo phương pháp truyền nhiệt trong kĩ thuật sấy cũng chia ra :
- Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy
với không khí nóng, khói lò.
- Sấy tiếp xúc: Phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc
trực tiếp với vật liệu mà truyền nhiệt gián tiếp qua một vách ngăn.
- Sấy bằng tia hồng ngoại: Phương pháp sấy dùng năng lượng
của tia hồng ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy.
- Sấy bằng dòng điện cao tầng: Phương pháp sấy dùng năng
lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày
lớp vật liệu.
- Sấy thăng hoa: Phương pháp sấy trong môi trường có độ chân
không rất cao nhiệt độ thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và
bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng.

Ba phương pháp sấy cuối ít được sử dụng trong công nghiệp nên gọi
chung là phương pháp sấy đặc biệt.
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, công nghệ và thiết bị sấy đối
lưu và tiếp xúc được dùng phổ biến hơn cả, nhất là phương pháp sấy đối
lưu. Nó có nhiều dạng khác nhau và có thể sấy được hầu hết các dạng vật
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-5-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
liệu sấy. Theo kết cấu nhóm thiết bị sấy đối lưu có thể gặp ở các dạng
sau:
- Thiết bị sấy buồng: năng suất thấp làm việc không
thường xuyên.
- Thiết bị sấy hầm: năng suất cao làm việc bán liên tục.
- Thiết bị sấy guồng quay: năng suất không cao, sấy được
vật liệu dạng cục,hạt và bột.
- Thiết bị sấy tháp:vật liệu sấy dạng hạt như thóc ngô…
- Thiết bị sấy phun sấy vật liệu dạng huyền phù như cafe
tan hoặc sữa bột…
- Thiết bị sấy khí động sấy vật liệu dạng bé nhẹ và chứa
ẩm bề mặt.
- Thiết bị sấy tầng sôi: năng suất cao.
2. Giới thiệu về dây truyền thiết bị sấy thùng quay.
Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy làm việc liên tục chuyên dùng
để sấy vật liệu dạng hạt cục nhỏ như: cát, than đá, các loại quặng, đường
muối và các loại hóa chất như: TiO
2
, NaHCO
3
, BaCl
2

…
Máy sấy thùng quay là một hình trụ đặt nghiêng từ 1-6
0
có 2 vành đai
đỡ vành đai này tì vào con lăn khi thùng quay. Vật liệu sấy vào phễu nạp
liệu. Vật liệu trong thùng không quá 20 – 25% thể tích thùng. Sau khi sấy
xong thành phẩm qua bộ phận tháo sản phẩm ra ngoài.
Bên trong thùng có nắp cánh để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất sấy
đạt được cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm còn đầu thùng
cắm vào lò đốt hoặc nối với ống dẫn tác nhân sấy. Giữa thùng quay, hộp
tháo và lò có cơ cấu bịt kín để không cho khí nóng và khói lò thoát ra
ngoài. Ngoài ra còn có Cyclon để thu hồi sản phẩm bay theo và thải
không khí sạch ra môi trường.
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-6-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
Khí nóng và vật liệu sấy có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều bên
trong thùng. Phía đầu chỗ nạp liệu bên trong thùng sấy có lắp các cánh
xoắn một đoạn khoảng 700 – 1000mm chiều dài của đoạn này phụ thuộc
vào đường kính của thùng.
Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không được lớn hơn
3m/s để tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng. Các đệm ngăn trong
thùng vừa có tác dụng phân phối vật liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn
vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy.
Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm
của nó.
Các loại đệm ngăn dùng phổ biến là:
- Đệm ngăn loại mái chèo nâng và loại phối hợp: dùng khi sấy
những vật liệu cục to, ẩm, có xu hướng đóng vón. Loại này có hệ
số đầy vật liệu không quá 0.1 – 0.2.

Đệm ngăn hình quạt có những khoảng thông với nhau.
- Đệm ngăn phân phối hình chữ nhật và kiểu vạt áo được xếp trên
toàn bộ tiết diện của thùng được dùng để sấy các vật liệu dạng
cục nhỏ, xốp, khi thùng quay vật liệu đảo trộn nhiều lần, bề mặt
tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy lớn.
- Đệm ngăn kiểu phân khu: để sấy các vật liệu đã đập nhỏ, bụi.
Loại này cho phép hệ số điền đầy khoảng 0,15 – 0,25
Nếu nhiệt độ sấy lớn hơn 200
C
0
thì dùng khói lò nhưng không cho
nhiệt độ lớn hơn 800
C
0
.
Ưu điểm và nhược điểm của sấy thùng quay:
Ưu điểm:
 Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa
vật liệu sấy và tác nhân sấy.
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-7-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
 Cường độ sấy lớn có thể đạt 100kg ẩm bay hơi / m
3
h.
 Thiết bị nhỏ gọn có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.
Nhược điểm: Vật liệu bị đảo trộn nhiều lần nên dễ tạo bụi do vỡ vụn.
Do đó trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm.
+)Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay:
Máy sấy thùng quay gồm một thùng hình trụ (1) đặt nghiêng so với

phương nằm ngang 1-6
0
. Toàn bộ trọng lượng thùng đặt trên hai bánh đai
đỡ (2) bánh đai đỡ được đặt trên bốn con lăn đỡ (3), khoảng cách giữa hai
con lăn trên cùng một bệ đỡ (11) có thể thay đổi để điều chỉnh được góc
nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnh thời gian lưu của vật liệu. Thùng
quay được là nhờ bánh răng (4), bánh răng này ăn khớp với bánh răng
dẫn động (12) nhận truyền động của động cơ (10) qua bộ giảm tốc.
Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng qua phễu chứa
(14) và được chuyển động dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn. Các đệm
ngăn vừa có tác dụng phân bố đều vật liệu theo tiết diện thùng đảo trộn
vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy.
cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật liệu sấy, tính chất
và độ ẩm của nó. Vận tốc của khói lò hay không khí nóng đi trong máy
sấy khoảng 2 – 3 m/s. Vật liệu khô ở cuối máy sấy được tháo qua cơ cấu
tháo sản phẩm (5), rồi nhờ băng tải xích (13) vận chuyển vào kho.
Khói lò hay không khí thải được quạt (7) hút vào hệ thống tách bụi để
tách những hạt bụi bị cuốn theo khí thải. các hạt bụi thô được tách ra và
hồi lưu trở lại băng tải xích (13). Khí sạch được thải ra ngoài.
+)Lựa chọn thiết bị.
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-8-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
Theo số liệu độ ẩm ban đầu của TiO
2
là 11%, quá trình sấy cần thực
hiện liên tục với năng suất lớn: 23000 tấn/h, vật liệu dạng bụi nhỏ và mịn
nên ta dùng đệm ngăn theo kiểu phân khu. Tác nhân sấy là khói lò vì nhiệt
độ đầu của khói lò là 290
C

0
,chiều chuyển động của tác nhân và vật liệu sấy
là xuôi chiều.
3.Giới thiệu về vật liệu sấy TiO
2
:
- Titan được nhà hóa học người Đức Claprot ( Martin Hendrich Klaproth
1743 - 1817 ) phát hiện trong khoáng vật Rutin vào năm 1795.Tên gọi của
Titan là tên của ông tổ thần núi ( theo thần thoại Hi Lạp).Đến năm 1825,
Beczeliuyt lần đầu tiên đã điều chế được kim loại Titan ở dạng bột khi khử
K
2
[TiF
6
] bằng Natri ở nhiệt độ cao.Năm 1910 nhà hóa học Mỹ là Hunter đã
điều chế được Titan tinh khiết hơn khi dùng natri hay kali khử tetraclorua ở
700
o
C và đến năm 40 của thế kỷ 20 Titan kim loại mới được sản xuất ở quy
mô công nghiệp.
- Năm 1978 Claprot đã điều chế được Titan dioxit ( TiO
2
) từ khoáng vật
Zicon. TiO
2
là chất rắn màu trắng tồn tại dưới dạng tinh thể.Tồn tại trong tự
nhiên dưới dạng khoáng vật, trong đó phổ biến nhất là Rutin.
- Tên thương mại của TiO
2
là trắng titan .Trắng Titan là bột màu trắng

dùng tốt hơn trắng chì ( Pb(OH)
2
.2 PbCO
3
) ở chỗ không độc hại và không bị
xám khi để lâu trong không khí. TiO
2
là bột trắng hàng đầu, có chỉ số chiết
suất cao ( 2,55 ÷ 2,7 ) tạo độ chắn sáng tốt, có độ phản xạ tốt tạo độ chói và
sáng, có tính không độc hại và chịu nhiệt tốt, dùng trong sản xuất sơn, giấy,
nhựa, cao su, đồ gốm, dệt và mỹ phẩm.
- TiO
2
nguyên chất có hai loại rutile và anatas : Loại rutile có tính mài
mòn ,chiết suất, tỉ trọng cao và có độ bền hóa học sử dụng làm sơn bên
ngoài cửa, nhựa, mực viết và mỹ phẩm. Còn anatas có độ mài mòn kém hơn
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-9-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
màu xanh hơn được sử dụng trong sản xuất sơn cửa, giấy, dệt, mủ cao su, xà
phòng và dược phẩm.
- TiO
2
không nguyên chất được dùng trong sản xuất đồ gốm và gốm cách
điện, men và nước men, thủy tinh, sợi thủy tinh và que hàn.
Tính chất của nguyên liệu
+ Tính chất vật lý : TiO
2
là bột trắng, có chỉ số chiết suất cao ( 2,55 ÷ 2,7 )
tạo độ chắn sáng tốt, có độ phản xạ tốt tạo độ chói và sáng, có tính không

độc hại và chịu nhiệt tốt, cứng và khó nóng chảy.Có nhiệt độ nóng chảy :
1870
o
C.
Nhiệt độ sôi : t
s
= 2972
o
C.
Khối lượng riêng :
ρ
=4,32 (g/cm
3
)
+ Tính chất hóa học :
TiO
2
khá trơ về mặt hóa học.Không tác dụng với nước, dung dịch
axit loãng( trừ HF ) và kiềm chỉ tác dụng với dung dịch axit khi
đun nóng lâu và với kiềm nóng chảy.
Ví dụ : TiO
2
+ 6HF = H
2
TìF
6
+ 2H
2
O
TiO

2
+ 2NaOH = Na
2
TiO
3
+ H
2
O
TiO
2
+ Na
2
CO
3
= Na
2
TiO
3
+ CO
3
Titan dioxit được tạo nên khi đốt cháy kim loại trong khí oxi hoặc
phân hủy hidroxit Ti(OH)
4
ở nhiệt độ cao.
Trong công nghiệp, TiO
2
được điều chế bằng đốt cháy TiCl
4

trong khí oxi ở 900 ÷ 1000

o
C.
TiCl
4
+ O
2
= TiO
2
+ 2Cl
2
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-10-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
Hoặc bằng cách thủy phân titanyl sunfat.Dưới đây là sơ đồ phản ứng của
quá trình sản xuất TiO
2
từ tinh quặng inmenit.
Chế hóa tinh quặng inmenit đã nghiền mịn với axit sunfuric đặc.
FeTiO
3
+ H
2
SO
4 đặc
= TiOSO
4
+ FeSO
4
+ 2H
2

O
Hòa tan sản phẩm bằng nước dư rồi làm lạnh dung dịch để muối sắt kết tinh
ở dạng FeSO
4
.7H
2
O.Đun sôi dung dịch TiOSO
4
với nước, axit metatitanic
lắng xuống.
TiOSO
4
+ 2H
2
O = H
2
TiO
3
+ H
2
SO
4
Nung axit metatitanic ở 900 ÷ 1000
o
C ta thu được TiO
2
.
H
2
TiO

3
= TiO
2
+ H
2
O
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-11-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
PHẦN II: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU
1.Nhiệt dung riêng của than đá
C
t
= 837+3,7.t
o
+625.x (STT1-153)
Trong đó :
x - hàm lượng chất bốc x =5% =0,05
t
o
- nhiệt độ của than đá trước khi vào lò , t
o
= 25
C°
⇒
C
t
= 837+3,7.25 +625.0,05 = 960,75 (J/kg
C
°

)
Thành phần của than đá
C = 78% N= 1,5 % W = 8%(thành phần hơi nước)
H = 5,5% S = 3% A= 15%(thành phần tro)
O = 12%
Từ số liệu trên ta tính các thông số làm việc
A
lv
=
100
100 W
A
−
=15
100
8100 −
=13,8%
C
lv
=
100
100
lv
AW
C
−−
=
100
8,138100
78

−−
= 61%
N
lv
= N
100
100
lv
AW −−
=
100
8,138100
5,1
−−
= 1,173%
O
lv
= O
100
100
lv
AW −−
=
100
8,138100
.12
−−
= 9,384%
H
lv

= H
100
100
lv
AW −−
=
100
8,138100
.5,5
−−
=4,301%
S
lv
= S
100
100
lv
AW −−
=
100
8,138100
.3
−−
=2,35%
2) Nhiệt trị của than
+ Nhiệt trị cao của than
Q
c
lv
= [339.C

lv
+ 1255.H
lv
+ 109,9.(O
lv
– S
lv
)] .10
3
=[339.61+ 1255.4,31 – 109,9(9,384 – 2,35)]10
3
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-12-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
=25315(kJ/kg than) (STT2 – 110)
+ Nhiệt trị thấp của than
Q
lv
th
= Q
c
lv
- 25(W+9H
lv
)
= 25315 – 25(8+9.4,301) = 24147 ( kJ/Kg than)
3) Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1kg than
L
0
= 0,115.C

lv
+0,346H
lv
+0,043(S
lv
– O
lv
) (Kgkkk/Kg than)
= 0,115.61+0,346.4,301+0,043(2,35– 9,384)
=8,2 (Kgkkk/Kg than ) ( STT2 – 111)
4) Entanpi của hơi nước trong hỗn hợp khói
i
h
= r
o
+ C
n
.t
l
(QTTBT T4-273)
Trong đó:
t
l
:Là nhiệt độ khói lò vào
r
0
:Nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ 0
o
C. r
0

= 2943 ( kJ/kg )
C
n
: Nhiệt dung riêng của hơi nước C
n
=1,97( kJ/kg
0
C)
vậy i
h
= 2493+1,97.290= 3064,3( kJ/kg)
5)Cân bằng nhiệt lò đốt than
5.1.Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy bằng khói.
5.2.Nhiệt lượng vào tính khi đốt 1kg than
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-13-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
Q
vào
= Q
1
+Q
2
+ Q
3
(KJ)
Trong đó:
Q
1
:Nhiệt lượng than mang vào(tính theo 1kg than)

Q
2
:Nhiêt dung do không khí mang vào buồng đốt
Q
3
:Nhiệt do đốt cháy 1kg than
Ta có:
C
n
:Nhiệt dung riêng của than C
n
= 0,96 kJ/kg
o
C
Q
1
= C
n
t
o
= 0,96.25.= 24 (kJ)
Q
2
= L
o
.I
o
.
α

(kJ)
I
o
:Hàm nhiệt không khí trước khi vào máy sấy
t
o
Nhiệt độ của môi trường t
o
= 25
o
C
Tính I
o
:
x =
bh
bh
pp
p
.
.
622,0
ϕ
ϕ
−

(QTTB T2-256)
o
ϕ
:Độ ẩm tương đối của không khí

o
ϕ
= 85%
Ở 25
o
C p
bh
=0,0323 at ( STT1-312)
P: áp suất làm việc của hỗn hợp khí nước P = P
kq
= 1,033 at
⇒
x
o
=
0323,0.85,0033,1
0323,0.85,0
622,0
−
= 0,017 (kg/kgkkk)
I
0
=c
k
.t + (r
o
+ c
n
.t ).x
O

( STT2-95 )
c
k
= 1kJ/kg độ
r
o
=2493 kJ/kg
c
n
=1,97 kJ/kg độ
I
0
=t + (2493+ 1,97.t ).x
O

=1. 25+(2493+1,97.25).0,017
=68,383 kJ/kgkkk
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-14-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
⇒
Q
2
= 8,2. 68,383 .
α
=560,74
α
(kJ/kgkkk)
Q
3

= Q
c
lv
.
η
Trong đó:
η
:Hiệu suất lò đốt thường 0,85 ÷ 0,95 ta lấy
η
= 0,9
Q
3
= 25315.0,9 = 22783,5(kJ/kgthan)
Tổng nhiệt lượng vào buồng đốt là:
Q
vào
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3

= 24 + 560,74.
α
+ 22783,5 = 22807,5+560,74
α
(kJ)
5.3.Nhiệt lượng ra khỏi lò đốt
Q

ra
= Q
4
+ Q
5
+ Q
m
Trong đó:
Q
4
: Nhiệt do xỉ mang ra
Q
5
: Nhiệt do không khí mang ra khỏi buồng đốt.
Q
m
:Nhiệt mất mát ra môi trường.
Ta có:
Q
4
= G
xỉ
.C
xỉ
.T
xỉ
G:khối lượng khí khi đốt 1kg than
G
xỉ
= Tr

lv

C
xỉ
: Nhiệt dung riêng của xỉ: C
xỉ
= 0,753kJ/kg.độ( STT1- 162)
T
xỉ :
Nhiệt do xỉ mang ra T
xỉ
= 250
o
C
Thay số :
Q
4
=
857,25250.753,0.138,0 =
(kJ)
Có: Q
5
= G
k
.C
k
.t
1
Với:
t

1
: Nhiệt độ khói lò ra khỏi buồng trộn t =290
o
C
G
k
: Khối lượng của chất khí trong lò
C
k
: Nhiệt dung riêng của khói lò
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-15-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
C
k
=
K
OHOHOONNCOCOSOSO
G
CGCGCGCGCG
2222222222
. ++++
(J/kg
o
C)
(Sổ tay T2-112)
⇒
Q
5
= (G

SO
2
.C
SO
2
+G
CO
2
.C
CO
2
+G
N
2
.C
N
2
+G
O
2
.C
O
2
+G
H
2
O
.C
H
2

O
)t
1
Thành phần khối lượng vào máy sấy tính theo 1 kg nhiên liệu ở 290
o
C:
Khối lượng SO
2
:
G
SO
2
=
=
100
.2 S
0,02.S
lv
= 0,02.2,35= 0,047(kg/kg than)
Khối lượng CO
2

G
CO
2
= 0,0367C
lv
= 0,0367.61= 2,2387( kg/kg than)
khối lượng N
2:

G
N
2
= 0,769.
α
.L
0
+ 0,01N
= 0,769.
α
.8,2+ 0,01.1,173
= 6,3058.
α
+0,012 (kg/kg than)
Khối lượng ẩm:
G
H
2
O
= m
H
2
O
+
α
.L
o
x
o
(STT2-111)

=
100
9 WH
LV
+
+
α
.L
o
x
o
=
100
8301,4.9 +
+
α
.8,2.0,017
=0,467 + 0,14.
α
(Kg/kg than)
Khối lượng O
2
:
G
O
2
.= 0,231(
α
- 1).L
o

=0,231. (
α
- 1).8,2
= 1,8942.
α
- 1,8942 (kg/kgthan)
Tính nhiệt dung riêng của các khí ở 290
o
C:
C
SO
2

= 0,18 (kcal/kg
o
C) = 0,754 (kJ/kg
o
C)
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-16-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
C
CO
2
=0,222 + 43.10
6−
t
1

=0,222 + 43.10

6−
.290
= 0,2345 (kcal/kg
o
C) = 0,982(kJ/kg
o
C)
C
N
2

= 0,246 + 198. 10
7−
.t
1
= 0,246 + 198.10
7−
.290
= 0,252(kcal/kg
o
C) = 1,054(kJ/kg
o
C)
C
O
2

= 0,216 + 166. 10
7−
.t

1
= 0,216 + 166.10
7−
.290
=0,2208(kcal/kg
o
C) = 0,9245 (kJ/kg
o
C)
C
H
2
O
= 0,436 + 119. 10
6−
.t
1
= 0,436 + 119.10
6−
.290
= 0,4705(kcal/kg
o
C) = 1,97 (kJ/kg
o
C)
Q
5
= [(2,387.0,982) + (0,14.
α
+0,467).1,97 + (1,8942.

α
- 1,8942).0,9245 +
(0,012 + 6,3058.
α
).1,054 + (0,754.0,047)].290
= 452,70+2515,98
α
(kJ)
Có : Q
m
=10%Q
vào
= 0,1(560,74.
α
+ 22807,5 )= 56,074.
α
+ 2280,75

⇒
Q
ra
= Q
4
+ Q
5
+ Q
m
= 25,875+452,70+2515,98.
α
+ 56,074.

α
+ 2280,75
= 2572,054
α
+2759,325
5.4.Phương trình cân bằng nhiệt lò đốt than:
Q
vào
= Q
ra
22807,5+560,74
α
=2572,054
α
+2759,325
2011,314
α
=20048,175
α
⇒
= 9,968. Vậy hệ số không khí dư ở buồng đốt và buồng trộn theo lý
thuyết là :
α
= 9,968.
PHẦN BA
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-17-
i Hc Cụng Nghip H Ni Khoa Cụng Ngh Hoỏ
TNH TON CễNG NGH
A. MT S THễNG S C BN

I: Tớnh cõn bng vt liu ca mỏy sy
1) Lng m bay hi
Phng trỡnh cn bng vt liu :
WGG +=
21
G
1
,G
2
: Lng vt liu trc khi vo v sau khi ra khi my sy (Kg/h)
G
k
: Lng vt liu khụ tuyt i i qua my sy (Kg/h)
W
1
, W
2
: m ca vt liu trc v sau khi sy
W : m c tỏch ra khi vt liu khi i qua mỏy sy (Kg/h)
G
1
= 23000 kg/h
Lng m tỏch ra khi vt liu :

2
21
1
100 W
WW
GW

=
= 23000
1100
111


=2323 (Kg/h)
G
2
= G
1
- W = 23000 2323 = 20677 (kg/h)
(QTTB II -T165)
2 ) Lng vt liu khụ tuyt i qua mỏy sy :

=

=
100
100
1
1
W
GG
k
23000.
100
11100

= 20470(kg/h) ( QTTB II -T
165)
II :Tớnh toỏn thit b sy
1) Th tớch thựng sy :
V
th
=
A
W
=
80
2323
=29 ( m
3
)
A : Cng bay hi m, A=80
2) Xác định đ ờng kính và chiều dài của thùng sấy
Chiều dài của thùng:
t
t
2
t
4V
L
. D
=

(II-121), (VII.51)
Lờ Vn An - LTC-H Hoỏ 3_K3 ỏn mụn hc QT thit b
-18-

i Hc Cụng Nghip H Ni Khoa Cụng Ngh Hoỏ
Trong đó:
t
L
:Chiều dài của thùng(m)

t
D
:Đờng kính của thùng(m)
Thờng tỷ số giữa chiều dài và đờng kính của thùng
t t
L /D 3,5 7= ữ
Chọn tỷ lệ L
t
/D
t
= 5 khi đó L
t
=5D
t
Ta có: 5D
t
=
2
.
.4
D
V
t

Đờng kính của thùng bằng:
D
t
=
3
.
.4

t
V
=
3
.5
29.4

= 1,947 (m )
Quy chuẩn đờng kính ta lấy D
t
= 2 (m)
Chiều dài của thùng là : L
t
= 7D
t
= 5.2 = 10(m)
Tớnh li th tớch thựng sy v cng bay hi m
41,31
4
102
4
2

2
=

=

=


tt
th
LD
V
m
3
A=
V
W
=
41,31
2323
= 73,95 (kg/m
3
.h)
3 )Chiu dy thựng
Chn chiu dy thựng
S=(0,007
ữ
0,01) D
t

Chn S=0,01D
t
=0,01.2=0,02m=2cm
III :Thi gian lu ca vt liu
Ta cú:
)(200[
)(120
21
21
WWA
WW
+

=


(STT2-123)
Trong ú:
+ : Khi lng riờng xp trung bỡnh ca vt liu trong thựng quay,
vi = 4100( kg/m
3
)
+ W
1
,W
2
: m u v cui ca vt liu
Lờ Vn An - LTC-H Hoỏ 3_K3 ỏn mụn hc QT thit b
-19-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá

+ β : Hệ số chứa đầy, β = 0,15
+ A : Cường độ bay hơi ẩm, A = 73,95(kg ẩm/
3
m
h)

⇒

=
τ
=
+−⋅
−⋅⋅⋅
])111(200[95,73
)111(410015,0120
48,36(phút)
IV) Số vòng quay của thùng sấy
Ta có:
,


ατ
tgD
Lkm
n
t
t
=
(Sổ tay QTTBCNHH-tập2-trang122).
Trong đó :

+ α : Góc nghiêng của thùng quay, chọn α = 2,5  tgα = 0,0436
+ m : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh trong thùng, m =1
+ k : Hệ số phụ thuộc vào phương thức sấy và tính chất của vật
liệu,k=0,9
+ τ : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay, phút
n=
=
⋅⋅
⋅⋅
0437,036,482
109,01
2,12 (Vòng/phút).
V) Công suất cần thiết để quay thiết bị
Ta có:
ρ
⋅⋅⋅⋅⋅⋅=
−
naLDN
tt
3
2
1013,0
(STT2-T123)
Trong đó: + n : Số vòng quay của thùng, vòng /phút
+ a : Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh (cánh đảo trộn kiểu mái
chèo) a = 0,01 (STT2-T123)
+ ρ : Khối lượng riêng xốp trung bình, ρ = 4100 kg/m3
+ D
T
,L

T
: Đường kính và chiều dài của thùng, m
N=
039,9410012,201,01021013,0
32
=⋅⋅⋅⋅⋅⋅
−
(Kw)
VI) Nhiệt tổn thất ra ngoài môi trường qua lớp cách nhiệt
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-20-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
W
tFK
q
tb
∆
=
6,3
(KJ/kg ẩm)
F : Diện tích bao quanh thùng sấy
2
m
W: Lượng ẩm bốc hơi
K: Hệ số truyền nhiệt W/
2
m
C
0
21

11
1
αλ
δ
α
+∑+
=K
(STT1-T3)
1
α
: Hệ số cấp nhiệt giữa các tác nhân sấy đến vỏ thiết bị (W/
2
m
C
0
)
2
α
: Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị đến môi trường (W/
2
m
C
0
)
+ Xác định
1
α
1
α
=

)(
//
1
/
1
αα
+
k
(W/
2
m
C
0
)
k: Hệ số nhám chọn k=1,3
/
1
α
: Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị, phụ thuộc vào chế độ
chuyển động của dòng khí
//
1
α
:Hệ số cấp nhiệt từ không khí đến thành thiết bị
* Tìm
/
1
α
Chọn tốc độ của dòng khí vào
smw

tb
/3=
ν
t
Dtb
w
.
Re
=

ν
: độ nhớt động của khí

mD
t
2=
=
tb
t
195
2
100290
2
21
=
+
=
+
tt

C
0
Tại t= 195
C
0
Nội suy theo bảng I.255-318 sổ tay T1
→
Hệ số dẫn nhiệt
2
10.891,3
−
=
λ
W/ m
C
0
Độ nhớt động học
6
10.26,34
−
=
ν
sm /
2
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-21-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
4
6
1058377

10.26,34
3.2
Re >==
−
→
Chế độ chảy xoáy
→
u
N
=0,018.
ε
.Re
8.0
(QTTBT1-T 198)
ε
:Hệ số phụ thuộc vào
5=
t
t
D
L
Tra bảng V.2-sổ tay T2 _ T 15
→
15,1=
ε
57,13415,1.)58377.(018,0
8,0
==
u
N

mà
λ
α
th
u
D
N
.
/
1
=
(QTTBT1-T 196)
/
1
α
=
618,2
2
10.891,3.57,134
.
2
==
−
th
u
D
N
λ
(W/
2

m
C
0
)
* Tính
//
1
α
u
N
=
25,0
.47,0 Gr
(QTTBT1-T 206)
Gr: Chuẩn số Grashof
2
3

ν
β
tDg
Gr
∆
=
β
: Hệ số dãn nở thể tích
3
10.137,2
273195
1

−
=
+
=
β
Giả sử nhiệt độ trung bình của thiết bị là 185
C
0
→
Nhiệt độ lớp ngăn cách là
190
2
185195
1
=
+
=t
C
0
190
1
=t
C
0
→
2
10.853.3
−
=
λ

W/ m
C
0
(STT1-318)

6
10.677,33
−
=
ν
sm /
2
5190195
1
=−=−∆=∆ tt
tb
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-22-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
468273195273 =+=+∆=
tb
T

K
0
11
26
3
2
3

10.46,3
)10.677,33(
5.2.81,9
.

==
∆
=
−
T
Dg
Gr
t
ν
Vậy
46,360)10.46,3.(47,0
25,011
==Nu
Mặt khác
λ
α
//
2th
u
D
N =

→
944,6
2

10.853,3.46,360
.
2
//
2
==
Ν
=
−
th
u
D
λ
α
(W/
2
m
C
0
)
Vậy
4306,12)944,6618,2(3,1)(
//
2
/
11
=+=+=
ααα
k
(W/

2
m
C
0
)
Xác định
2
α
//
2
/
22
ααα
+=
(STT2-394)
:
/
2
α
Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị ra môi trường do đối lưu tự nhiên.
//
2
α
: Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị ra môi trường do bức xạ
Ct
mt
0
25=
Nhiệt độ thành thùng ở ngoài cùng chọn
40=

ng
t

C
0
5,32
2
4025
2
=
+
=
+
=
ngmt
bg
tt
t
C
0
5,32=
bg
t
C
0
→
tra bảng I.255 (T-318 sổ tay quá trình và thiết bị T1)
2
10.69,2
−

=
λ
W/ m
C
0
6
10.24,16
−
=
ν
m
2
/s
Τ
∆
=→
.

2
3
ν
tDg
Gr
ng
ng
D
:Đường kính ngoài của thiết bị
Chọn sơ bộ
ng
D

=2,2 m
T=25+273=298
K
0
152540
=−=∆
t
C
0
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-23-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
10
26
3
10.993,1
298.)10.24,16(
15.2,2.81,9
==→
−
Gr
Mà
25,0
.47,0 GrN
u
=
→
59,176)10.993,1.(47,0
25,010
==

u
N
16,2
2,2
10.69,2.59,176
.
2
/
2
===
−
ng
u
D
N
λ
α
(W/
2
m
C
0
)
Xác định
//
2
α
theo công thức
//
2

α
=
21
4
2
4
1
0
100100

TT
T
C
n
−














−







Τ
ε
(W/
2
m
C
0
) (QTTBT1-218)
76,5
0
=C
(W/
2
m
K
0
) Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối
T
1
,T
2
: nhiệt độ tương đối của bề mặt ngoài thiết bị sấy và môi trường xung
quanh
T

1
=35+273=308
K
0
T
2
=25+273=298
K
0
n
ε
: Mức độ đen tuyệt đối của thiết bị
n
ε
=
95,0

//
2
α
=
298313
100
298
100
313
.76,5.95,0
44
−















−






=
244,6
(W/
2
m
C
0
) (QTTBT1-
354)
404,8244,616,2

//
2
/
22
=+=+=
ααα
(W/
2
m
C
0
)
Thùng được cấu tạo gồm 3 lớp :
+ Lớp vỏ bảo vệ,lớp cách nhiệt và bề dày thùng.Vật liệu làm thùng là thép
CT
3
có
49
=
λ
(W/
2
m
C
0
)
+
λ
δ
∑

Tổng nhiệt trở của thành thiết bị sấy của lớp cách nhiệt và của thành
bảo ôn
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-24-
Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Hoá
Giả thiết lớp bảo vệ dày b
3
=2mm
Bề dày thùng : b
1
=20 mm
Bề mặt lớp cách nhiệt : b
2
=50 mm
Chọn vật liệu cách nhiệt là bê tông xốp có hệ số dẫn nhiệt là
2
λ
=0,93 (W/
2
m
C
0
) (T-128 sổ tay quá trình và thiết bị T1)
Đường kính ngoài của thiết bị
D
ng
=
123
.2.2.2 bbbD
th

+++
=2+2.0,002+2.0,05+2.0,02=2,144 (m)
Hệ số truyền nhiệt chung của tác nhân sấy đến môi trường xung quanh
21
11
1
αλ
δ
α
+∑+
=K
=
21
31
1
11
1
αλα
+
+
+
bb
K=
404,8
1
49
02,0002,0
4306,12
1
1

+
+
+
=
5
Xác định bề mặt trao đổi nhiệt
2
.785,0.2
nthn
DLDF +=
π
=
( )
2
144,2.785,0.210.144,2.14,3 +
=
2
54,74 m
+ Xác định
tb
t∆
tb
t∆
=
n
n
∆
∆
∆−∆
1

1
lg3,2
( QTTBT1- T 193)
26525290
011
=−=−=∆ tt
C
0
7525100
02
=−=−=∆ tt
n
C
0
tb
t∆
=
69,150
75
265
lg3,2
75265
=
−
C
0
Vậy nhiệt tổn thất ra ngoài môi trường là
Lê Văn An - LTCĐ-ĐH Hoá 3_K3 Đồ án môn học QT thiết bị
-25-