thiết kế hệ thống sấy thùng quay xuôi chiều để sấy cát

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong sản xuất cũng
như trong sinh hoạt. Trong nông nghiệp, sấy là một công đoạn quan trọng của công
nghệ sau thu hoạch. Trong công nghiệp như công nghiệp chế biến nông – hải sản,
công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng… kỹ thuật sấy cũng
đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất.
Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần
mà là một quá trình công nghệ, nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất
lượng cao, ít tiêu tốn năng lượng và chi phí vận hành thấp.
Để thực hiện quá trình sấy có thể sử dụng nhiều phương thức sấy như sấy nóng
hoặc sấy lạnh, nhiều thiết bị sấy như hầm sấy, tủ sấy, thùng sấy…
Đồ án “ tính toán và thiết kế hệ thống sấy thùng quay làm việc xuôi chiều để
sấy cát với năng suất 12500 kg/h ” là một trong những bài tập lớn nằm trong nội
dung của bộ môn quá trình và thiết bị khoa Công Nghệ Hóa – trường ĐH Công
Nghiệp Hà Nội, nó giúp cho sinh viên nắm vững hơn về công nghệ sấy nói riêng và
các quá trình trong công nghệ hóa học nói chung.
Em xin chân thành cảm ơn bộ môn “ quá trình và thiết bị ” đã giao cho em bản
đồ án và Th.g,Th.s Nguyễn Văn Hoàn đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian làm bài.

1


Do hạn chế về tài liệu tham khảo và kiến thức nên bản đồ án chắc chắn không
tránh khỏi sai sót mong nhận được sự đóng góp, sửa chữa của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn
Sinh viên

Nguyễn Xuân Cảnh

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG
Giới thiệu về kỹ thuật sấy
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu. Quá trình
này có thể tiến hành bay hơi tự nhiên bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng Mặt
trời, năng lượng gió…tuy nhiên phương pháp này đỡ tốn chi phí nhưng không chủ
động được vận tốc của quá trình và năng suất thấp. Vì vậy, trong các quá trình công
nghiệp người ta thường tiến hành quá trình sấy nhân tạo bằng các thiết bị sấy.
Tùy theo phương pháp truyền nhiệt có thể phân ra các phương pháp sấy sau :
- Sấy đối lưu : Là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp giữa vật liệu sấy với tác
nhân sấy.
- Sấy tiếp xúc : Là phương pháp sấy mà tác nhân sấy tiếp xúc gián tiếp với vật liệu
sấy qua một vách ngăn.
- Sấy bằng tia hồng ngoại : Là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng
ngoại để làm khô vật liệu.
- Sấy bằng dòng điện cao tần : Là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường
để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của vật liệu.

2


- Sấy thăng hoa : Là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao,
nhiệt độ rất thấp nên ẩm trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành
trạng thái khí.
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, công nghệ và thiết bị sấy đôi lưu được
sử dụng phổ biến hơn cả. Thiết bị sấy đối lưu có thể có các loại sau :
- Thiết bị sấy buồng.
- Thiết bị sấy hầm.
- Thiết bị sấy tháp.
- Thiết bị sấy phun.
- Thiết bị sấy thùng quay.

Khái quát về cát
Cát với thành phần chính là SiO2 là nguyên liệu quan trọng trong ngành công
nghiệp silicat như sản xuất thủy tinh, gốm sứ, xi măng… Ngoài ra, cát còn được sử
dụng trong lĩnh vực xây dựng, sản xuất công nghiệp, các quá trình làm sạch kim loại
trước khi mạ…
Cát có đặc điểm là có kích thước hạt rất nhỏ và đồng đều, chính vì đặc điểm này
nên cát là nguồn nguyên liệu lý tưởng vì khi sử dụng cát có thể giảm đến mức thấp
nhất khâu gia công xử lý nguyên liệu.
Cát là vật liệu dễ hút ẩm, tuy nhiên lại giữ ẩm kém nên dễ sấy khô.

3


PHẦN II : TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH ĐỐT THAN

Các thông số ban đầu
1.Kiểu thiết bị sấy thùng quay,phương thức sấy xuôi chiều.
2.Tác nhân sấy: Khói lò.
- Nhiệt độ khói vào thùng sấy : 750oC
- Nhiệt độ khói ra thùng sấy : 110oC
3.Vật liệu sấy là cát,có các thông số :
- Độ ẩm của VL trước khi sấy : W1 = 6%
- Độ ẩm của VL sau khi sấy : W2 = 1%
- Lượng VL vào máy sấy

: 12500 kg/h

4.Điều kiện môi trường
Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiệt bị sấy :

4


Nhiệt độ : to = 25oC
ϕo = 85%
Hàm ẩm của không khí :
ϕo . pbh
xo = 0,621 p − pbh .ϕo

.

( kg ẩm/kg kkk )

( CT 7.3 – 273 – QTTBT4 )

Trong đó :
P : Áp suất khí quyển , mmHg; P = 760 mmHg.
Pbh: Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm đã bão hòa hơi
nước, mmHg.


Pbh = exp 12 −


4026, 62 
4026, 62 

 = exp 12 −

235,5 + to 

235,5 + 25 


= 0.032 bar

0, 621.0,85.0.032
→xo = 760 − 0.032.0,85 = 0,017 ( kg ẩm/kg kkk ).
750

Hàm nhiệt của không khí :
Io = to + ( 2493 + 1,97.to ).xo ( kJ/kg kkk )
( CT 7.5 – 273 – QTTBT4 )
→ Io = 25 + ( 2493 + 1,97.25 ).0,017
= 68,22 ( kJ/kg kkk )
Vậy, trạng thái không khí trước khi vào lò đốt
Nhiệt độ : to = 25ºC.

5


Độ ẩm

: φo= 85%.

Hàm nhiệt : xo = 0,017 ( kg/kg kkk ).
Hàm ẩm : Io = 68,22 ( kJ/kg kkk ).

Tính toán các thông số của nhiên liệu
1. Thành phần của than
Nhiên liệu là than đá bao gồm thành phần sau:

Thành phần

C

H

O

N

S

W

A

x

% khối lượng

82

4,56

3,44

1,8

4,25

7

7,6

3

Chuyển các thành phần sang trạng thái làm việc
Alv = A.

= 7.

Clv = C. = 82.

100 − 7
= 7,07 %
100

100 − 7 − 7.07
= 70,46%
100

Tính toán tương tự ta thu được thành phần của than ở chế độ làm việc
Thành phần

Clv

Hlv

% khối lượng

70,46 3,92

Olv

Nlv

Slv

W

Alv

x

2,96

1,55

3,65

7

7,07

3

2. Nhiệt dung riêng của than đá
Áp dụng công thức tính nhiệt dung riêng của than đá
Ct= 837+3,7.to+625.x, J/kg.độ

( CT I.48 – 153 – STT1 ).

Trong đó :
to : Nhiệt độ của than trước khi vào lò đốt, to= 25oC
x: Hàm lượng chất bốc, x = 3%
→ Ct = 837 + 3,7.25 + 625.0,03 = 948,25 ( J/kgoC )

6


→ Ct = 948,25.10-3 ( kJ/kg.ºC ).
3. Nhiệt trị của than
Nhiệt trị cao của than :
Qc = 339.Clv + 1256.Hlv – 109.(Olv – Slv) ( kJ/kg )
(VII.37 – 110 – STT2 )
→ Qc = 339.70,64 + 1256.3,92 + 109.( 2,96 – 3,65 )
→ Qc = 28884,67 (kJ/kg).

Nhiệt trị thấp của than :
Qth = Qc - 25.( 9H + W ) = 28884,67 - 25( 9.3,92 + 7 )
= 27827,67 ( kJ/kg )
4. Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg than
Lo = 0,115.Clv + 0,346.Hlv +0,043.( Slv – Olv )
( Công thức VII.38 – 111 – STT2 )
Lo = 0,115.70.46 + 0,346.3,92 + 0,043.( 3,65 – 2.96 )
= 9,49 (kg không khí/kg than )
5. Hệ số không khí thừa sau quá trình hoà trộn
Do nhiệt độ khói sau buồng đốt rất lớn so với yêu cầu, vì thế trong thiết bị sấy
thùng quay dùng khói lò làm TNS người ta phải tổ chức hoà trộn với không khí ngoài
trời để cho một hỗn hợp có nhiệt độ thích hợp. Vì vậy, trong hệ thống sấy thùng quay

người ta xem hệ số không khí thừa là tỷ số giữa không khí khô cần cung cấp thực tế
cho buồng đốt cộng với lượng không khí khô đưa vào buồng hoà trộn với lượng
không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy.

7


Để tính hệ số không khí thừa không khí ở buồng đốt và trộn người ta sử dụng
phương pháp cân bằng nhiêt lò đốt than.
5.1. Nhiệt lượng vào buồng đốt khi đốt 1 kg than
Qv = Q1 + Q2 + Q3 ( kJ ).
Trong đó :
Q1 : Nhiệt lượng than mang vào ( tính cho 1kg than ).
Q2 : Nhiệt lượng do không khí mang vào.
Q3 : Nhiệt do đốt 1 kg than.

a. Nhiệt lượng do than mang vào :
Q1 = Cn.tn
Trong đó :
Cn : Nhiệt dung của than ; Cn = 948,25.10-3 ( kJ/kgoC )
tn : Nhiệt độ của than ( nhiệt độ môi trường ); tn = 25oC
→Q1 = 25.948,25.10-3 = 23,71 ( kJ )
b. Nhiệt lượng do không khí mang vào :
Q2 = Lo.Io.α
Trong đó :
Lo : Lượng không khí lý thuyết cho quá trình cháy; Lo = 9,49 kg/kg than.
Io : Hàm nhiệt của không khí vào buồng đốt ( kJ/kg kkk ); Io = 68,22 ( kJ/kg kkk ).
α : Hệ số thừa không khí.
Q2 = 9,49.68,22.α = 647,41α ( kJ ).
Nhiệt lượng do đốt 1 kg than :

8


Q3 = Qc.η
Trong đó :
η : hiệu suất buồng đốt η = 0,9
Qc : Nhiệt trị cao của than; Qc = 28884,67 kJ/kg
→ Q3 = 28884,67.0,9 = 25996,2 ( kJ )
→ Tổng nhiệt lượng vào buồng đốt là :
Qv = 26019,91 + 647,41α ( kJ )
5.2. Nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn
Qr = Q4 + Q5 + Q6
Trong đó :
Q4 : Nhiêt do xỉ mang ra.
Q5 : Nhiệt do không khí mang ra khỏi buồng đốt.
Q6 : Nhiệt mất mát ra môi trường.
a. Nhiệt do xỉ mang ra :
Q4 = Gxỉ.Cxỉ.Txỉ
Trong đó :
Gxỉ : Khối lượng xỉ tạo thành khi đốt 1 kg than
Gxỉ = Alv = 7,07.10-2 ( kg/kg than ).
Cxỉ : Nhiệt dung riêng của xỉ; Cxỉ = 0,75 kJ/kgoC ( Bảng I.144 – 162 – STT1 ).
Txỉ : Nhiệt độ của xỉ, chọn Txỉ = 350oC
→ Q4 = 7,07.10-2.0,75.350 = 18,56 ( kJ )
b. Nhiệt lượng do khói mang ra :
Q5 = Gk.Ck.Tk

9

Trong đó :
Gkhí : Khối lượng của chất khí trong lò.
Ckhí : Nhiệt dung riêng của khói lò.
Tk : Nhiệt độ của khói , Tk = 750°C.
Ta có :
Ckhí =

GSO2 .CSO2 + GCO2 .CCO2 + GN 2 .CN 2 + GO2 .CO2 + GH 2O.CH 2O
GK

J/kgoC

( CT VII.42 – 112 – STT2 )
→ Q5 = ( GSO .CSO + GCO CCO + GN C N + G0 CO + GH O CH O ).Tk (kJ)
2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

Thành phần khối lượng các khí khi đốt 1 kg nhiên liệu
( Theo T112 – STT2 )
GCO 2 = 0,0367.Clv = 0,0367.70,64 = 2,59 (kg/kg than)
GSO 2 = 0,02Slv = 0,02.3,65 = 0,073 ( kg/kg than )
GN 2

= 0,769.α.Lo + 0,01.Nlv
= 0,769.9,49.α + 0,01.1,55 = 7,3α + 1,55.10-2 (kg/kg than)

GO 2

= 0,23.( α -1 ).Lo = 0,23.9,49.( α -1)
= 2,19.(α-1) (kg/kg than)

G H 2O = ( 9.Hlv + W ).10-2 + α.Lo.xo
= (9.3,92 + 7 ).10-2 + α.9,49.0,017
= 0,42 + 0,16α (kg/kg than )
Nhiệt dung riêng các khí ở nhiệt độ 750°C :

10


( Theo 313 - TTQTTBT2 )
CCO 2 = ( 0,222 + 43.10-6.t1 ).4,18
= (0,222 + 43.10-6.750 ).4,18

= 1,06 kJ/kgºC
CO 2 = ( 0,216 + 166.10-6.t1 ).4,18
= ( 0,216 + 166.10-6.750 ).4,18
= 0,95 kJ/kg°C,
CN 2 = ( 0,246 +18,9.10-6.t1 ). 4,18
= (0,246 + 18,9.10-6.750 ). 4,18
= 1, 09 kJ/kg°C.
CSO 2 = 0,2 kcal/kgoC = 0,836 kJ/kgoC ( Hình I.157 – 197 – STT1 ).
CH 2 O = ( 0,436 + 119.10-6.750 ).4,18
= 2,2 kJ/kgºC
Thay các giá trị trên vào ta được :
Q5 = 1250,12 + 7792,13α ( kJ ).
c. Nhiệt lượng mất mát :
Q6 = Qmm = 5%Qvào
→ Q6 = 0,05.( 26019,91 + 647,41α )
= 1300 + 32,37α ( kJ )
→ Tổng nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn :
Qr = 2568,68 + 7824,5α ( kJ )
Cân bằng nhiệt lượng lò đốt

11


Qv = Qr
→ 26019,91 + 647,41α = 2568,68 + 7824,5α
→ α = 3,27
Kiểm tra lại α theo công thức sau :
Qc .ηbd + Ct .to − (9.H lv + W ).ia1 − [1 − (9.H lv + W + Alv )].Ck .t1
α =
Lo .[x o .(ia1 − iao ) + Ck .(t1 − to )

( T57 – TTVTKHTS )
Trong đó :
Qc : Nhiệt trị cao của than; Qc = 28884,67 ( kJ/kg ).
ηbd : Hiệu suất buồng đốt ở đây chúng ta chọn ηbd = 90% = 0,9.

Ct : Nhiệt dung riêng của than; Ct = 948,25.10-2.
to : Nhiệt độ không khí; to = 25ºC.
t1 : Nhiệt độ của khói ra khỏi buồng trộn; t1 = 750°C.
Ck: Nhiệt dung riêng của khói; Ck = 1,004 kJ/kgºC.
Lo : Lượng không khí lý thuyết để đốt 1kg than; Lo = 9,49 kg/kg.
xo : Hàm ẩm của không khí; xo = 0,017 kg/kg kkk.
ia1 : Entapin của nước trong khói; ia1 = 3970,5 kJ/kg.
iao : Entapin của nước trong không khí.
iao = 2493 + 1,97.25
= 2542,25 kJ/kg.
→α=

28884, 67.0,9 + 948, 25.10 −3.25 − [(9.3,92 + 7).10−2 ].3970,5
9.49.[0, 017.(3970,5 − 2542, 25) + 1, 004.(750 − 25)]
[1 − (9.3,92 + 7 + 7, 07).10 −2 ].1, 004.750
−
9.49.[0, 017.(3970,5 − 2542, 25) + 1, 004.(750 − 25)]

12


→ α = 3,36
Ta thấy rằng hai kết quả trên xấp xỉ nhau, chọn α = 3,3.
6. Trạng thái của khói trước khi vào thùng sấy

6.1. Nhiệt độ của khói : t1 = 750ºC
6.2. Hàm ẩm của khói
Khối lượng khói khô sau buồng hòa trộn :
Lk = α.Lo+1 – ( Alv + 9Hlv + W )
= 3,3.9,49 + 1-( 7,07 + 9.3,92 + 7 ).10-2
= 31,81 kg/kg than

Lượng hơi nước chứa trong khói :
Ga = ( 9.Hlv + W ) + α.Lo.xo , kg
= ( 9.3,92 + 7 ).10-2 + 3,3.9,49.0,017
= 0,96 ( kg/kg than ).
Ga

0,96

→ x = L = 31,81
k
→ x = 0,03 (kg/kg kkk )
6.3. Hàm nhiệt của khói
I1 = t1 + ( 2493 + 1,97.t1 ).x1
= 750 + ( 2493 + 1,97.750 ).0,03
= 869,12 ( kJ/kg kkk )
6.4. Độ ẩm
13


ϕ1 =

x1.P
(0, 621 + x1 ).Pbh

Trong đó :


Pbh = exp 12 −


4026, 42 
4026, 42 

 = exp 12 −

235,5 + t1 
235,5 + 750 


= 2736,23 ( bar )
P =

760
( bar )
750
760
750
→ϕ =
1
(0, 621 + 0, 03).2736, 23
0, 03.

→ φ1 = 0,002%

Vậy, trạng thái của khói lò trước khi vào thùng sấy
Nhiệt độ : t1 = 750ºC.
Độ ẩm

: φ1 = 0,002%.

Hàm ầm : x1 = 0,03 ( kg/kg kkk ).
Hàm nhiệt : I1 = 869,12 ( kJ/kg kkk ).

PHẦN III : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Cân bằng vật liệu
1. Lượng ẩm bay hơi
W = G1. , ( kg/h) .
Trong đó :

14


G1 : lượng cát vào thùng sấy; G1 = 12500 ( kg/h ).
W1: Độ ẩm đầu của vật liệu; W1 = 6%.
W2: Độ ẩm cuối của vật liệu; W2 = 1%.
→ W = 12500.

6 −1
100 − 1

= 631,31 ( kg/h )
2. Lượng cát ra khỏi thùng sấy
G2 = G1 - W = 12500 – 631,31 = 11868,69 ( kg/h )

Các thông số cơ bản của thùng sấy
1. Thể tích của thùng sấy
Vt = , ( m3 )
Trong đó :
W : Lượng ẩm bay hơi; W = 631,31 ( kg/h ).
A : Cường độ bay hơi ẩm; A = 85 ( kg/m3.h ) ( Bảng VII.3 – 122 – STT2 ).
→ Vt =

631,31
= 7,43 ( m3 ).
85

2. Chiều dài đường kính và bề dày thùng
a. Chiều dài thùng :
4.Vt

Lt = π .D ( m )
t
Trong đó :
Vt : Thể tích thùng; Vt = 7,43 ( m3 ).
15


Dt : Đường kính trong của thùng, ( m ).
Lt

Chọn D = 5
t
→ Lt =

3

4.25.7, 43
= 6,19 ( m ).
π

Chọn Lt = 6 ( m ).
b. Đường kính thùng :
Dt =

Lt 6
= = 1,2 ( m ).
5 5

Vậy, thể tích thực tế của thùng :
Vt =

π .Lt .Dt 2 π .6.1, 22
=
= 6,78 ( m ).
4
4

c. Chiều dày thân thùng :
δ = ( 0,07 ÷ 0,01 ).Dt ( m ) ( 10.15 – 83 – THKMHCT1 ).
chọn δ = 0,01.Dt = 0,01.1,2 = 0,012 ( m ).
3. Thời gian lưu vật liệu trong thùng
Ta có: τ =

120βρ (W1 − W2 )
( ph ) (VII.53 – 123 – STT2 ).
A[200 − (W1 + W2 )

Trong đó:
ρ : Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng; ρ = 1200 kg/m3
(Bảng 1.1_T8_S.Tay T1).
W1,W2 : Độ ẩm đầu và cuối của vật liệu; W1 = 6%, W2 = 1%.
β : Hệ số chứa đầy; chọn β = 0,2.

16


A : Cường độ bay hơi ẩm; A = 85( kg ẩm/m3.h ).
→τ=

120.0, 2.1200.(6 − 1)
= 8,78 (phút)
85 [ 200 − (6 + 1) ]

4. Số vòng quay của thùng

n=

m.k .Lt
( vg/ph ) ( VII.52 – 122 – STT2 ).
τ .Dt .tgα

Trong đó :
α : Góc nghiêng của thùng quay, độ. Thường góc nghiêng của thùng dài

2,5÷3o, còn thùng ngắn đến 6o, chọn α = 5o.
m, k : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh và chiều chuyển động của khí trong
thùng; theo ( Bảng VIIA – 122 – STT2 ) ta có k = 0,6 và m = 1.
τ : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay

→n=

1.0, 6.6
= 3,91 ( vg/ph ).
8, 78.1, 2.tg 5

5. Công suất cần thiết để quay thùng
N = 0,13.10-2.Dt3.Lt.a.n.ρ ( kW ) (VII.54 – 123 – STT2 ).
Trong đó:
n : Số vòng quay của thùng; n = 3,91( vg/ph ).
ρ : Khối lượng riêng xốp trung bình của cát; ρ = 1200 ( kg/m3 ).
Dt,Lt : Đường kính và chiều dài của thùng: Dt = 1,2 và Lt = 6 ( m ).
a : Hệ số; chọn a = 0,038 ( Bảng VII.3 – 123 – STT2 ).
→ N = 0,13.10-2.1,23.6.0,038.3,91.1200 = 2,4 ( kW ).

Công suất động cơ điện
Nđc = 1,25.N = 1,25.2,4 = 3 ( kW ).
17


6. Các thông số cơ bản của thùng sấy
6.1. Cấu tạo thân thùng
Thân thùng cấu tạo từ ba lớp :
- Lớp bảo vệ : làm từ vật liệu là thép CT3, có chiều dày δ1 = 0,002 ( m ).
- Lớp cách nhiệt : làm từ vật liệu là bê tông xốp, có chiều dày δ2 = 0,02 ( m ).

- Lớp thân thùng : làm từ vật liệu là thép CT3, có chiều dày δ3 = 0,012 ( m ).
6.2. Đường kính thùng
6.2.1. Đường kính trong : Dt = 1,2 ( m ).
6.2.2. Đường kính ngoài : Dn = Dt + 2.( δ1 + δ2 + δ3 )
= 1,2 + 2.( 0,012 + 0,02 + 0,002 )
= 1.268 ( m ).
6.3. Chiều dài thùng : Lt = 6 ( m ).
6.4. Loại cánh : Loại chia khoang có cánh nâng.
6.5. Tốc độ quay : 3,91 ( vg/ph ).
Quá trình sấy lý thuyết
1. Trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy
1.1. Nhiệt độ : t2 = 110oC.
1.2. Hàm nhiệt :
I2 = I1 = 869,12 ( kJ/kg kkk ).
1.3. Hàm ẩm :
x2 =

I 2 − t2
869,12 − 110
=
2493 + 1,97.t2 2493 + 1,97.110

= 0,28 ( kg/kg kkk ).
1.4. Độ ẩm :
18


ϕ2 =

x2 .P

(0, 621 + x2 ).Pbh

Trong đó :

4026, 42 
4026, 42 

Pbh = exp 12 −
 = exp 12 −

235,5 + t2 
235,5 + 110 



= 1,41 ( bar ).
760
750
→ ϕ2 =
= 22%
(0, 621 + 0, 28).1, 41
0, 28.

Vậy trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy là :
t2 = 110oC.
φ2 = 22%.
x2 = 0,28 ( kg/kg kkk ).
I2 = 869,12 ( kJ/kg kkk ).
2. Cân bằng nhiệt lượng của quá trình sấy
qo = lo.( I2 – Io ) = lo.( I1 – Io ) ( 7.38 – 290 – QTTBT4 ).

Trong đó :
qo : Nhiệt lượng tiêu hao riêng.
lo : Lượng khói cần để bốc hơi 1 kg ẩm.
1

1

lo = x − x = 0, 28 − 0, 017
2
o
= 3,8 ( kg/kg ẩm ).
Tổng lượng khói cần thiết :

19


L = lo.W = 3,8.631,13
= 2399,73 ( kg kkk/h ).
Nhiệt lượng cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm :
qo = lo.( I2 – Io ) = 3,8.( 869,12 – 68,72 )
= 3041,52 ( kJ/kg ẩm ).
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy :
Q = qo.W = 3041,52.631,13
= 1,92.106 ( kJ/h ).
Quá trình sấy thực tế
1. Nhiệt tổn thất ra môi trường
qmt =

3, 6.F .K .∆ttb
( kJ/kg ẩm ) ( 7.41 – 142 – TTVTKHTS ).

W

Trong đó :
K : Hệ số truyền nhiệt ( W/m2.oC ).
F : Tổng diện tích bao quanh thùng sấy ( m2 ).
W : Lượng ẩm bay hơi ( kg/h ).
∆ttb : Hiệu số nhiệt độ trung bình ( oC ).
1.1. Xác định hệ số truyền nhiệt K
K=

1
1
δ 1 ( W/m2.oC ).
+∑ +
α1
λ α2

Trong đó :
α1 : Hệ số cấp nhiệt đối lưu giữa khói và thành thùng ( W/m2.oC ).
α2 : Hệ số cấp nhiệt đối lưu giữa thành thùng và môi trường ( W/m2.oC ).
δ : Chiều dày của các lớp thành thùng ( m ).
20


λ : Hệ số dẫn nhiệt của các lớp ( W/m.oC ).
1.1.1. Xác định α1
α1 = k.( α1’ + α1’’ ) ( W/m2.oC ).
Trong đó :
k : Hệ số độ nhám; k = ( 1,2 – 1,3 ), chọn k = 1,2.
α1’ : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị do đối lưu cưỡng bức.

α1’’ : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị do đối lưu tự nhiên.
a. Xác định α1’ :
Lưu lượng thể tích của khói trong thùng :
Vi = vi.Lo ( m3/h ).
Trong đó :
vi : Thể tích không khí ẩm ( m3/kg kkk ).
Lo : Lượng khói tiêu tốn chung cho thùng sấy; Lo = 2399,73 ( kg kkk/h ).
Theo phụ lục 5 – 349 – TTVTKHTS ta có
- Lưu lượng thể tích của khói vào thùng :
t1 = 750o C
→ v1 = 2,96 ( m3/kg kkk ).

ϕ1 = 0.002%

→ V1 = 2,96.2399,73 = 8879,2 ( m3/h ).
- Lưu lượng thể tích của khí ra khỏi thùng :
o
t2 = 110 C
→ v2 = 1,326 ( m3/kh kkk ).

ϕ 2 = 22%

→ V2 = 1,326.2399,73 = 3182,04 ( m3/h ).
- Lưu lượng thể tích trung bình của khói :

21


Vtb =

V1 + V2 8879, 2 + 3182, 04
=
= 6030, 62 ( m3/h ).
2
2

Tiết diện tự do của thùng :
Ftd = ( 1 – β ).Fts ( m2 ).
Trong đó :
β : Hệ số chứa đầy; β = 0,2.
Fts = Tiết diện thùng ( m2 )

Fts =

π 2 π
.Dt = .1, 22 = 1,13 ( m2 ).
4
4

→ Ftd = ( 1 – 0,2 ).1,13 = 0,9 ( m2 ).
Tốc độ trung bình của khói đi trong thùng :
wtb =

Vtb 6030, 62
=
= 1.86 ( m/s ).
Ftd 0,9.3600

Chuẩn số Re :
Re =

w tb .Dt
υ

Trong đó :
wtb : Vận tốc trung bình của khói đi trong thùng; wtb = 1,86 ( m/s ).
Dt : Đường kính trong của thùng; Dt = 1,2 ( m ).
ν

: Độ nhớt động của khói phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của khói ( m2/s ).

- Nhiệt độ trung bình của khói :
ttb =

t1 + t2 750 + 110
=
= 4300 C
2
2

Theo bảng I,255 – 318 – STT1 : λ = 5,38.10-2 ( W/m.oC ), ν = 60,95.10-6 ( m2/s ).

22


→ Re =

1,86.1.2
= 36620,18 > 104
60,95.10−6

Vậy, chế độ chuyển động của khói là chảy xoáy.
Chuẩn số Nu :
Nu = 0,018.Re0,8.ε ( 4.32 – 198 – TTQTVTBT1 ).
Trong đó :
ε : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số Lt/Dt.
Theo bảng V.2 – 15 – STT2 ta có :
Lt/Dt = 5 → ε = 1,23.
→ Nu = 0,018.1,23.( 36620,18 )0,8 = 99,22
Ta có :
α1' =

Nu.λ 99,12.5,38.10−2
=
= 4, 44 ( W/m2.oC ).
Dt
1, 2

b. Xác định α1’’
Chuẩn số Gr :
g.Dt 3 .∆t
Gr =
υ 2 .T

Trong đó :
g : Gia tốc trọng trường; g = 9,81 ( m/s2 ).
Dt : Đường kính trong của thùng sấy; Dt = 1,2 ( m ).
∆t : Hiệu số nhiệt độ của khói và thành bên trong thùng.
Giả thiết nhiệt độ trung bình thành bên trong thùng là 370oC
→ ∆t = 430 – 370 = 60oC

T : Nhiệt độ tuyệt đối của khói; T = 430 + 273 = 703oK.

23


ν : Độ nhớt động học của khói ( m2/s ).
Nhiệt độ trung bình của lớp ngăn cách :
tn =

430 + 370
= 400o C
2

Với nhiệt độ này ta có : λ = 5,23.10-2 ( W/m.oC ), ν = 53,09.10-6 ( m2/s ).
→ Gr =

9,81.1, 23.60
= 5,13.108
−6 2
(53, 09.10 ) .703

Chuẩn số Nu :
Nu = 0,47.( Gr )0,25 = 0,47.( 5,13.108 )0,25 = 70,74
Nu.λ 70, 74.5, 23.10−2
→α =
=
= 3, 08 ( W/m2.oC ).
Dt
1, 2
''

1

Vậy :
α1 = 1,2.( 4,44 + 3,08 ) = 9,03 ( W/m2.oC ).
1.1.2. Xác định α2
α2 = α2’ + α2’’ ( W/m2.oC ).
Trong đó :
α2’ : Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị ra môi trường do đối lưu tự nhiên (W/m2.oC)
α2’’ : Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị ra môi trường do bức xạ ( W/m2.oC ).
a. Xác định α2’
Chuẩn số Gr :
Gr =

g.Dn3 .∆t
υ 2 .T

Trong đó :
g : Gia tốc trọng trường; g = 9,81 ( m/s2 ).
Dn : Đường kính ngoài cùng của thùng ( m ); Dn = 1,268 ( m ).
24


Thành thùng sấy gồm 3 lớp :
- Lớp trong cùng làm bằng thép CT3 có : δ1 = 0,012 ( m ), λ1 = 49 ( W/m.oC )
( I.126 – 128 – STT1 ).
- Lớp cách nhiệt làm bằng bê tông xốp có : δ2 = 0,02 ( m ), λ2 = 0,93 ( W/m.oC ).
- Lớp bảo vệ làm bằng thép CT3 có : δ3 = 0,002 ( m ), λ3 = 49 ( W/m.oC ).
∆t : Hiệu số nhiệt độ giữa thành ngoài thiết bị và môi trường ( oC ).
Nhiệt độ thành ngoài thiết bị chọn 55oC.
Nhiệt độ môi trường là 25oC.

→ ∆t = 55 – 25 = 30oC.
ν : Độ nhớt động học của khí ( m2/s ).
Nhiệt độ lớp biên giữa không khí và thành ngoài thiết bị :
tb =

55 + 25
= 40o C
2

Với nhiệt độ này ta có : λ = 2,76.10-2 ( W/m.oC ), ν = 16,96.10-6 ( m2/s ).
T : nhiệt độ tuyệt đối của không khí; T = 25 + 273 = 298oK.
→ Gr =

9,81.1, 2683.30
= 7.109
−6 2
298.(16,96.10 )

Chuẩn số Nu :
Nu = 0,47.Gr0,25 = 0,47.( 7.109 )0,25 = 135,95.
Ta có :
λ2' =

Nu.λ 135,95.2, 76.10−2
=
= 2,82 ( W/m2.oC ).
Dn
1,33

b. Xác định α2’’

25