Tính toán và thiết kế hệ thống máy sấy thùng quay của Công ty Supe phốt phát và hoá chất Lâm Thao

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp khác, ngành công
nghệ hóa chất đóng vai trò ngày càng quan trọng trên thế giới. ứng dụng
của ngành công nghệ hóa chất trong công nghiệp và trong đời sống là rất
rộng lớn. Đối với một nớc công nghiệp nh nớc ta thì kỹ thuật sấy rất cần
thiết cho việc sản xuất. Chất lợng sản phẩm sau khi sấy đóng vai trò quan
trọng trong việc hoàn thiện và nâng cao chất lợng sản phẩm. Chính vì thế,
việc tính toán thiết kế hệ thống sấy phù hợp với yêu cầu sản xuất trong thực
tiễn là rất cần thiết.
Trong hiện tại, có rất nhiều phơng pháp sấy hiện đại và có hiệu quả cao.
Tuy nhiên, với việc sấy apatít thì sấy thùng quay là hợp lý hơn cả. Hệ thống
sấy thùng quay rất phổ biến trong công nghệ hóa chất do có nhiều u điểm
và khá gọn nhẹ, dễ tự động hóa. Hiện tại, nói chung trong công nghệ hóa
chất luôn đòi hỏi phải hoàn thiện, cải tiến các thiết bị hóa chất đặc biệt là
các thiết bị cần thiết nh kỹ thuật sấy. Vì vậy, sự tìm hiểu nghiên cứu về kỹ
thuật và thiết bị sấy là rất cần thiết. Đó cũng là mục đích cơ bản của đồ án
này.

Lê Việt Đức

1

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Phần I : Tổng quan
Chơng I . Đại cơng về quá trình sấy.

Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, vật liệu, sản phẩm
bằng cách làm bay hơi nớc trong các vật thể cần sấy. Nh vậy, muốn sấy khô
một vật thể ta phải tiến hành các biện pháp kỹ thuật sau :
- Gia nhiệt cho vật thể để đa nhiệt độ của nó lên đến nhiệt độ bão hòa
ứng với áp suất hơi nớc trên bề mặt vật.
- Cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm trong vật thể.
- Vận chuyển ẩm đã thoát ra khỏi vật thể.
Có nhiều cách gia nhiệt cho vật thể và cũng có nhiều cách vận chuyển ẩm
từ bề mặt vật thể ra môi trờng. Tơng ứng với chúng, ta có các phơng pháp
sấy khác nhau. Qua đó ta cần xét các quá trình xảy ra cụ thể trong khi một
quá trình sấy cụ thể là thực hiện : quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho
vật sấy, quá trình truyền ẩm từ vật liệu sấy đến môi trờng, quá trình truyền
ẩm từ trong vật sấy đến bề mặt vật thể. Các quá trình truyền nhiệt, truyền
chất trên xảy ra đồng thời và có ảnh hởng lẫn nhau. Để khống chế và điều
khiển quá trình sấy theo hớng có lợi nhất cho ngời sử dụng thì cần nghiên
cứu các quá trình truyền chất và truyền nhiệt nói trên.

I. lý thuyết về sấy.
I.1. Các dạng ẩm trong vật liệu sấy:
Khi nghiên cứu về quá trình sấy một vấn đề quan trọng là phải xác định đợc
các dạng tồn tại; hình thức giữa ẩm và vật khô. Vật ẩm thờng tập hợp của ba
pha : rắn, lỏng, hơi. Các vật rắn đem sấy thờng là các vật xốp mao dẫn hoặc
là keo xốp mao dẫn.
Trong các mao dẫn có chứa ẩm lỏng cùng với hỗn hợp hơi khí có thể rất
lớn nhng tỷ lệ khối lợng của nó so với phần rắn và phầm ẩm lỏng là nhỏ, có
thể bỏ qua. Do vậy, trong kỹ thuật sấy thờng coi vật ẩm chỉ gồm phần rắn
khô và phần ẩm lỏng.
Diễn biến quá trình sấy các vật ẩm sẽ bị chi phối bởi các dạng liên kết ẩm
trong vật. Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm trong đó các phân
loại của Robinde đợc sử dụng rộng rãi vì nó nêu đợc bản chất hình thành

các dạng liên kết ẩm khác nhau. Theo cách này các dạng liên kết ẩm đợc
chia làm 3 nhóm chính là : liên kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý.
I.1.1. Liên kết hóa học :

Lê Việt Đức

2

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Liên kết hóa học gữa ẩm và vật khô rất bền vững, trong đó các phân tử nớc
đã trở thành một bộ phận trong thành phầm hóa học của phân tử vật ẩm.
Loại này chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học và thờng phải nung vật
đến nhiệt độ cao. Sau khi tách ẩm thì tính chất lý hóa của vật thay đổi.
I.1.2. Liên kết hóa lý :
Gồm 2 loại là :
- Liên kết hấp phụ : ẩm đợc giữ lại trên bề mặt và trong mao quản của
vật liệu nhờ lực hấp phụ Van dec van và lực mao quản.
- Liên kết thẩm thấu : Là liên kết giữa nớc với vật rắn khi có sự chênh
lệch nồng độ giữa các chất hòa tan trong và ngoài vật, tức là có sự
chênh lệch áp suất hơi nớc.
I.1.3. Liên kết cơ lý : Đây là dạng liên kết giữa nớc và vật liệu đợc tạo thành
do sức căng bề mặt của nớc trong các mao quản hay bề mặt ngoài của vật.
Liên kết cơ lý bao gồm :
- Liên kết cấu trúc : Là liên kết giữa nớc và vật liệu hình thành trong
quá trình hình thành vật. Ví dụ : nớc trong các tế bào động vật, do vật
đông đặc khi nó chứa sẵn nớc. Để tách nớc trong trờng hợp liên kết cấu
trúc ta có thể làm nớc bay hơi, nén ép vật hay phá vỡ cấu trúc của vật.

Sau khi tách nớc vật bị biến dạng có thể làm thay đổi tính chất của vật.
- Liên kết mao dẫn : Nhiều vật ẩm có cấu trúc mao quản nh : gỗ, vải
trong vật thể này có vô số mao quản.
Các vật thể này khi để trong nớc, nớc sẽ theo mao quản xâm nhập vào
vật thể. Khi vật thể này để trong không khí ẩm thì hơi nớc sẽ ngng tụ
trên bề mặt mao quản là theo các mao quản xâm nhập vào vật thể. Trong
trờng hợp này muốn tách ẩm ta cần đẩy ẩm ra bằng áp suất lớn hơn áp
suất mao dẫn. Vật sau khi tách ẩm nói chung vẫn giữ đợc kích thớc, hình
dạng và tính chất.
- Liên kết dính ớt : Là liên kết do nớc bám vào bề mặt vật. ẩm liên kết
dính ớt dễ tách khỏi vật bằng cách bay hơi hay bằng cách cơ học nh
lau, thấm, thổi
I.2. Phân loại vật liệu ẩm :
Theo L cốp, vật ẩm đợc chia thành ba loại : vật xốp mao dẫn, vật keo, vật
keo xốp mao dẫn. Sự phân loại này chỉ có ý nghĩa tơng đối vì các vật sấy rất
đa dạng, nhiều loại. Tuy nhiên sự phân loại này có ý nghĩa rất lớn khi khảo
sát quá trình sấy và chỉnh lý các kết quả nghiên cứu để áp dụng cho những
vật liệu và nhóm vật liệu khác nhau.
Lê Việt Đức

3

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
I.2.1. Vật xốp mao dẫn : Là những vật mà trong đó ẩm liên kết với vật chủ
yếu bằng liên kết mao dẫn. Chúng có khả năng hút mọi chất lỏng dính ớt
không phụ thuộc vào thành phần chất lỏng. Ví dụ : vật liệu xây dựng, cát,
than củi

Trong vật, lực mao dẫn lớn hơn rất nhiều so với trọng lợng ẩm chứa trong
vật và nó quyết định hoàn toàn sự lan truyền ẩm trong vật. Trong trờng hợp
trọng lợng ẩm cân bằng với lực mao dẫn thì vật đợc gọi là vật xốp. Đặc
điểm của vật xốp mao dẫn là sau khi sấy xong thì nó trở nên giòn và rất dễ
bị vỡ vụn.
I.2.2. Vật keo :
Vật keo là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt. Trong vật keo, ẩm liên kết ở
dạng hấp phụ và thẩm thấu. Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co
ngót rất nhiều và vẫn giữ đợc tính dẻo.
I.2.3. Vật keo mao dẫn :
Những vật thể mà trong đó tồn tại ẩm liên kết có trong cả vật keo và vật xốp
mao dẫn thì gọi là vật keo xốp mao dẫn. Về cấu trúc các vật này thuộc loại
vật xốp mao dẫn nhng về bản chất lại là vật keo, có nghĩa là thành mao
quản của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản trơng lên còn khi sấy
thì co lại.
I.3. Các giai đoạn của quá trình sấy.
I.3.1. Giai đoạn nâng nhiệt độ vật liệu :
Giai đoạn này rất ngắn có thể coi nh không tồn tại, nó tơng ứng với việc
nâng cao nhiệt độ của vật liệu lên đến nhiệt độ sấy. Nhiệt độ đó không đạt
đợc ngay lập tức vì rằng lúc đầu vật liệu có nhiệt độ khá thấp so với nhiệt
độ của tác nhân sấy và bản thân nó thờng là một chất có độ dẫn nhiệt kém.
ở giai đoạn này tốc độ sấy tăng nhanh.
I.3.2. Giai đoạn sấy đẳng tốc :
Tơng ứng với việc bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu. Trong giai đoạn này tốc
độ di chuyển ẩm từ trong ra bề mặt vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi từ bề mặt
vào môi trờng. Nhiệt độ của vật liệu sấy không đổi và đúng bằng nhiệt độ
bầu ớt của không khí. Trong giai đoạn này tốc độ sấy không thay đổi khi
vận tốc tác nhân sấy là không đổi.
I.3.3. Giai đoạn sấy giảm tốc :
Khi trên bề mặt vật liệu không còn ẩm tự do nữa thì áp suất hơi riêng phần

giảm xuống rõ rệt và do vậy tốc độ sấy cũng giảm nhanh chóng. Trong giai

Lê Việt Đức

4

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
đoạn này tốc độ di chuyển ẩm từ bên trong ra bề mặt vật liệu nhỏ hơn tốc
độ bay hơi ẩm từ bề mặt vào môi trờng.
Đôi khi ta còn phải chia giai đoạn này thành 2 giai đoạn khác nhau : Giai
đoạn trên bề mặt không còn ẩm tự do nữa song các lớp sâu bên trong vẫn
còn và giai đoạn không còn ẩm tự do trên vật liệu. Trong giai đoạn này
nhiệt độ vật liệu sấy tăng dần và cuối cùng bằng nhiệt độ tác nhân sấy. Sở dĩ
nh vậy là do tốc độ bay hơi giảm xuống kéo theo hiệu ứng làm lạnh giảm.
Nếu ta tiếp tục sấy cho đến khi không còn khả năng thoát ẩm trong vật liệu,
có nghĩa là vật đạt đợc độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu sẽ đạt đợc
nhiệt độ của môi trờng xung quanh và do đó có thể vợt quá nhiệt độ cho
phép của vật liệu.
I.4. Các phơng pháp tách ẩm :
Để tách ẩm trong thực tế có rất nhiều phơng pháp : Hong gió tự nhiên, phơi
nắng, sấy tiếp xúc, sấy đối lu
- Hong gió tự nhiên : Là phơng pháp làm khô đơn giản nhất. Phơng
pháp này thờng chỉ dùng cho các hạt nông sản mới thu hoạch có độ
ẩm cao, hay hạt bị ma và có khối lợng không lớn. Do độ ẩm cao nên
áp suất hơi trên bề mặt lớn hơn so với trong không khí và do đó có
tốc độ bay hơi đáng kể. Trời càng khô ráo, tốc độ bay hơi càng lớn và
ngợc lại. Vì vậy, trong trờng hợp độ ẩm không khí quá lớn, đặc biệt

là khi có sơng mù hoặc ma thì việc hong khô không thực hiện đợc.
Tốc độ bay hơi tỷ lệ thuận với bề mặt tiếp xúc của hạt với không khí
và tốc độ không khí. Vì vậy trong khi phơi phải trải hạt thành lớp
càng mỏng càng tốt và ở nơi thoáng gió.
- Phơi nắng : Là phơng pháp sấy tự nhiên lợi dụng nhiệt độ bức xạ của
mặt trời. Đó là phơng pháp đơn giản, rẻ tiền nên đợc áp dụng rộng rãi
trong thực tế. Nguyên lý của quá trình bốc hơi nớc từ vật liệu vào
không khí là do vật hấp thụ ánh nắng mặt trời làm tăng nhiệt độ của
hạt và áp suất hơi trên bề mặt hạt. Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào bề
mặt chiếu sáng và bay hơi của hạt, hệ số hấp thụ bức xạ của hạt
Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào tốc độ khô và tốc độ chuyển động
của không khí. Phơi nắng có nhợc điểm là bị động, phụ thuộc vào
thời tiết, lao động nặng nhọc, sân phơi chiếm diện tích lớn.
- Sấy tiếp xúc : Là phơng pháp sấy dựa trên nguyên tắc tăng nhiệt độ
của hạt bằng phơng pháp truyền nhiệt độ trực tiếp từ thành thiết bị
Lê Việt Đức

5

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
đến hạt. Do đó làm tăng áp suất hơi trên bề mặt hạt dẫn đến làm nớc
trong hạt bốc hơi vào không khí. Tốc độ bay hơi nớc của hạt phụ
thuộc vào tốc độ truyền nhiệt độ từ thành thiết bị đến hạt. Thông thờng, do hệ số truyền nhiệt quá bé nên phải tăng nhiệt độ đốt nóng
thiết bị dẫn tới vừa tốn kém nhiên liệu vừa mau hỏng thiết bị, mặt
khác sẽ gây ra quá nhiệt ở một số bộ phận hạt. Ưu điểm của phơng
pháp này là đơn giản, tốc độ sấy nhanh, có thể đạt đợc độ ẩm của hạt
khá thấp. Tuy nhiên, phơng pháp này chỉ thích hợp để sấy nhanh một

lợng hạt không lớn, không cần chế độ nhiệt độ nghiêm ngặt.
- Sấy đối lu : Là phơng pháp sấy dùng không khí nóng hoặc hỗn hợp
không khí với khói lò để đốt nóng và làm bay hơi ẩm trong hạt đồng
thời chuyển ẩm ra ngoài.
I.5. Phân loại thiết bị sấy :
I.5.1. Sấy tĩnh :
Sấy tĩnh có đặc điểm là lớp hạt nằm yên, quá trình sấy có thể chia ra làm 2
loại : sấy nhiệt độ thấp và sấy nhiệt độ cao.
- Sấy nhiệt độ thấp : Dùng tác nhân là khí trời không gia nhiệt hoặc gia
nhiệt ít tức là có độ chêch lệch nhiệt độ t 60C.
- Sấy nhiệt độ cao : Tác nhân sấy đợc gia nhiệt, nhiệt độ không khí sấy
từ 400C trở lên.
Sấy ở nhiệt độ thấp thờng có bề dày hạt từ 1 ữ 4m.
Lớp hạt trong khi sấy sẽ phân chia thành từng vùng : vùng đã sấy, vùng
đang sấy và vùng cha sấy. Khi vùng đã sấy lên đến lớp mặt trên thì quá
trình sấy hoàn thành.
Sấy tĩnh ở nhiệt độ cao làm lớp tiếp xúc đầu tiên với không khí nóng sẽ khô
trớc và chịu nhiệt lâu nên dễ h hỏng, do đó tùy vật liệu mà chọn nhiệt độ
sấy cho phù hợp. Chiều dài lớp hạt từ 20 ữ 40 cm đôi khi có thể lên tới 60 ữ
100cm nhng phải có lu lợng gió và nhiệt độ phù hợp. Ưu điểm của máy sấy
tĩnh là chi phí đầu t thấp, cấu tạo đơn giản. Nhợc điểm là độ ẩm của hạt
không đều và tốn nhân công cho việc nạp và tháo liệu.
Để khắc phục nhợc điểm của máy sấy tĩnh ngời ta đa ra loại máy sấy tĩnh
có đảo trộn. Loại máy này làm việc theo nguyên lý sấy tĩnh nhng có đảo hạt
nên độ khô của hạt đồng đều hơn.
I.5.2. Sấy động :

Lê Việt Đức

6

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Đặc trng cơ bản của sấy động là vật liệu sấy chuyển động trong quá trình
sấy. Phơng pháp này hiện nay đang rất phổ biến do có u điểm và tốc độ sấy
nhanh, năng suất lớn, chất lợng hạt đồng đều, khả năng tự động hóa cao.
Tuy nhiên vốn đầu t là khá lớn.

Lê Việt Đức

7

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chơng II . giới thiệu về công ty supe phốt phát và
hóa chất lâm thao
Vào mùa hè cách đây hơn 40 năm (5/1959) Nhà máy supe phốt phát và hóa
chất Lâm Thao đã chính thức đợc khởi công xây dựng (Nay là Công ty supe
phốt phát và hóa chất Lâm Thao). Đây là một trong những đứa con đầu lòng
của ngành hóa chất Việt Nam. Sau hơn 3 năm lao động khẩn trơng của hơn
500 bộ đội chuyển ngành từ các chiến trờng Điện Biên, Khu 5, cùng hàng
ngàn thanh niên xung phong, học sinh, sinh viên tham gia mở công trờng,
san lấp đồi, xây nền móng nhà xởng, lắp đặt thiết bị dới sự hớng dẫn của
chuyên gia nớc bạn. Hơn 80 công trình lớn nhỏ đã mọc lên trên khoảng đất
rộng hơn 7,3 ha.
Món quà tặng quý giá của Đảng cộng sản, Chính phủ và nhân dân Liên Xô

đã đi vào sản xuất ngày 24/6/1962. Dù còn bỡ ngỡ trong lĩnh vực khoa học
kỹ thuật, cán bộ công nhân (phần lớn là bộ đội chuyển ngành) đã ra sức
nâng cao nghiệp vụ chuyên môn thực hiện nghiêm ngặt chế độ công nghệ,
giữ nghiêm kỷ luật lao động, quản lý tốt và vận hành ổn định một cơ sở sản
xuất lớn với các dây chuyền sản xuất chủ yếu trang bị cơ khí hóa và một
phần tự động hóa nên chỉ 1 năm sau đã đa nhà máy đạt công suất 4 vạn tấn
axit sunfuric/năm và 10 vạn tấn supe lân/năm. Nguồn phân lân của nhà máy
đã tạo điều kiện nâng cao năng suất lúa của đồng ruộng Việt Nam.
Năm 1964, do có nhiều sáng kiến cải tiến đợc áp dụng vào sản xuất
sản lợng supe lân đợc nâng lên 135.000 tấn/năm. Coi khoa học kỹ thuật là
động lực chính để nâng cao năng suất lao động. Cán bộ công nhân của nhà
máy đã không ngừng học hỏi, trau dồi kiến thức khoa học áp dụng vào sản
xuất. Phong trào cải tiến sáng kiến đã trở thành truyền thống cao đẹp mà
các thế hệ cán bộ công nhân từ lớp này đến lớp khác tiếp tục duy trì.
Qua 3 lần cải tạo và mở rộng, đến nay Công ty đã có khả năng sản xuất
570.000 tấn supe lân/năm và vơn tới 600.000 supe lân/năm với trên 6 vạn
tấn phân hỗn hợp NPK/năm các loại khác nhau cung cấp cho đồng ruộng
góp phần đa đất nớc từ chỗ thiếu lơng thực trở thành một nớc sản xuất gạo
đứng hàng thứ 2 trên thế giới nâng tổng sản lợng lơng thực của nớc ta đạt
31 triệu tấn lơng thực quy thóc. Bằng nguồn vốn tự bổ sung khai khác các
tiềm năng của công ty, sử dụng nguyên liệu trong nớc Công ty đã tự nghiên
cứu, thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị đa vào sản xuất ở quy mô công
nghiệp. Chín mặt hàng mới và 20 mặt hàng hóa chất các loại đã cung cấp
trong nớc và xuất khẩu. Các mặt hàng này đã đợc Hội chợ triển lãm kinh tế
kỹ thuật Việt Nam cấp 4 huy chơng vàng, 10 huy chơng bạc. Tổng cục đo lLê Việt Đức

8

Lớp QTTB K-45

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
ờng tiêu chuẩn cấp cho 2 sản phẩm chính (phân supe phốt phát, axit
sunfuric) dấu chất lợng cấp 1.
Đặc biệt gần đây Công ty là một trong hai đơn vị đầu tiên của ngành hóa
chất đợc Bộ khoa học và công nghệ môi trờng tặng giải bạc chất lợng Việt
Nam năm 1996; Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn trao giải Bông lúa
vàng tại Hội chợ triển lãm nông lâm nghiệp quốc tế năm 1996 tại Cần Thơ.
Trong chiến tranh chống Mỹ công ty đã có nhiều ngời con lên đờng nhập
ngũ bảo vệ tổ quốc tham gia chiến đấu ở các chiến trờng. Trong số họ có
những ngời đã hy sinh tuổi thanh xuân của mình cho sự nghiệp giải phóng
dân tộc. Những ngời trở về tiếp tục sản xuất và không ngừng phát huy
truyền thống vẻ vang tiếp bớc cha anh đi trớc.
Hơn 40 năm hoạt động Công ty đã phấn đấu tiếp tục để nâng cao
năng lực sản xuất, phát triển các mặt nhằm duy trì và nâng cao chất lợng
sản phẩm bằng cách đầu t và đổi mới công nghệ, thiết bị; giảm chi phí sản
xuất; giảm giá thành sản phẩm thích ứng với thị hiếu khách hàng. Đặc biệt,
trong cơ chế thị trờng Công ty đã vợt qua những thử thách gay go tìm ra
những biện pháp huy động vốn, sắp xếp lại tổ chức, khai thác tiềm năng,
làm tốt công tác tiếp thị, mở rộng thị trờng tiêu thụ sản phẩm và từ đó
không ngừng đẩy mạnh sản xuất.
Sau khi đi vào sản xuất công ty đã hoạt động khá ổn định, khắc phục đợc
một số sự cố ban đầu khi mới chạy xởng nh : nhập nguyên liệu lu huỳnh có
chất lợng tốt hơn, cải tạo kho chứa lu huỳnh kín, giữ lu huỳnh có độ ẩm
thấp, chống bụi supe và bụi xỉ của Xí nghiệp supe II. Lắp quạt trung áp
BMN 15 thay cho quạt B 12 có lu lợng và áp suất lớn hơn chống đợc hiện
tợng bít tắc ống cán nồi hơi, giảm trở lực của lò đốt
Thành tích tốt đẹp đã đạt đợc của công ty nói chung và các xí nghiệp,
phân xởng thành viên nói riêng là sự chỉ đạo đúng đắn của Đảng bộ, ban
lãnh đạo công ty và khối đoàn kết đồng tâm đồng lòng của toàn thể cán bộ

công nhân trong công ty. Với những nhiệm vụ còn nặng nề để hòa nhập
cùng đất nớc đi lên trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Công ty
supe phốt phát và hóa chất lâm thao quyết tâm phấn đấu đạt đợc những mục
tiêu đã xác định luôn luôn xứng đáng với danh hiệu:Đơn vị anh hùng lao
động, mà nhà nớc trao tặng.

Lê Việt Đức

9

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

chơng III. đặc tính của supe phốt phát đơn.
I.
Công thức hóa học của các thành phần
trong supe phốt phát đơn.
Sụpe phốt phát đơn là 1 hỗn hợp gồm: Các muối của axít octopotparic
một lợng của axít octo potporic tự do và apatít cha phân hủy. Công thức
hóa học của các thành phần trong supe phốt phát nh sau:
Ca(H2PO4)2H2O: mô nô can xi phốt phát.
H3PO4: axít phốt phoríc tự do.
FePO4.2H2O: Phốt phát sắt III.
AlPO4.2H2O: Phốt phát nhôm.
CaHPO4: Đi canxi phốt phát.
Ca5(PO4)3F: Apatít cha phân hủy.
CaSO4: Sun phát canxi
II. Tính chất hóa học cơ bản của supe phốt phát:

Supe phốt phát là 1 loại bột tơi xốp có màu xám sẫm hoặc xám nhạt, trọng
lợng riêng đổ đống từ 1,1 ữ 1,5T/m2. Hàm lợng của các hợp chất phốt phát
chứa trong supe phốt phát đợc tính ra phần trăm anhyđrit phốt phoric tức là
phần trăm P2O5.
Phần P2O5 trong supe phốt phát ở dạng hòa tan trong nớc (P2O5 hòa
tan trong nớc) gồm có mô nô phốt phát canxi và axít phốt phoric tự do.
Các phốt phát sắt, phốt phát nhôm đi canxi phốt phát không hòa tan
trong nớc mà hòa tan 1 phần hoặc hoàn toàn trong dung dịch xitrat amon,
cây cối cũng có thể hấp thụ đợc nhng chậm gọi là P2O5 hòa trong xi trat.

Lê Việt Đức

10

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chất lợng của supe phốt phát đợc đánh giá theo hàm lợng P2O5 hữu
hiệu (dạng P2O5 mà cây cối có thể hấp thu đợc) là tổng các dạng P2O5 hòa
tan trong nớc và P2O5 hòa tan trong xi trat, ngoài ra trong supe phốt phát
chứa 1 phần P2O5 không hòa tan trong xi trat nằm trong lợng apatít cha đợc
phân hủy.
Tổng các dạng P2O5 hữu hiệu và P2O5 không hòa tan trong xi trat hợp
thành P2O5 chung.
Tỷ lệ phần trăm của P2O5 hữu hiệu đối với P2O5 chung hiển thị mức
độ phân hủy apatit bởi axit sun phuric gọi là hệ số phân hủy (K)
III. ứng dụng của supe phốt phát đơn:
Supe phốt phát đơn đợc sử dụng chính để làm phân bón có chứa phốt
phát Phốt pho chứa trong supe phốt phát ở thể dinh dỡng làm tăng lợng bột

ở các loại cây có củ, có hạt, tăng lợng đờng ở các loại cây có quả, làm cho
cây cứng cáp, chống đợc sâu bệnh. Nói chung là làm cho cây trồng phát
triển khỏe mạnh, cho năng suất thu hoạch cao đối với các cây công nghiệp
và nông nghiệp. Ngoài ra supe phốt phát đơn còn dùng để sản suất các loại
phân bón hỗn hợp PK hoặc NPK, dùng sản xuất chất khoáng bổ sung thức
ăn cho gia súc.
IV. Tiêu chuẩn nhà nớc về pupe phốt phát đơn.
Supe phốt phát đơn sản xuất tại công ty supe phốt phát Lâm Thao
bằng apatít Lào Cai theo tiêu chuẩn nhà nớc số TCVN 14440-87 phải đạt
các tiêu chuẩn kỹ thuật sau:
Hàm lợng P2O5 hữu hiệu không nhỏ hơn 16,5%.
Hàm lợng P2O5 tự do không lớn hơn 4%.
Hàm lợng ẩm không lớn hơn 13%.
Supe phốt phát phải tơi xốp màu xám sáng, không bị vón cục, không nhão
bết.

chơng IV: Dây truyền công nghệ.
I. Nguyên liệu:

Lê Việt Đức

11

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Nguyên liệu để điều chế phốt phát là bột apatít và axít sun furíc,
nguyên liệu để trung hòa cũng là bột apatít.
Apatít là 1 loại quặng gồm các muối của axít phốt phoríc chủ yếu là

Floapatít và các tạp chất khác. Quặng có màu nâu sẫm hoăc màu nâu vàng,
không hòa tan trong nớc nhng hòa tan trong các axít vô cơ, trọng lợng từ
1,5 ữ 2,2 T/m3.
Nhiệt độ nóng chảy 15500c- 14700c.
Công thức hóa học của các thành phần chính trong apatít:
Ca5(PO4)3F: Flo apatít.
NaF(SiO3) Nê Eghesin.
(Na2K)AlSiO4. nSiO2: Nê fêlin.
CaTiSiO5: Sfen.
(Ca, Mg)CO3: Đô lomit
m Fe2O4 nFeTiO3 TiO2: Titan manhêtít.
Apatít Lào Cai đa vào sản xuất ở công ty là loại apatít nguyên khai
cha làm giàu, không đồng nhất về kích thớc lẫn phẩm chất, thờng chiếm từ
81 ữ 90% Flo apatít và phân bổ không đều. Các tạp chất nhiều và không ổn
định độ ẩm cũng cao thấp thờng. Quặng apatít Lào Cai có đặc điểm xốp khi
sấy hơi nớc dễ thoát, độ cứng nhỏ dễ nghiền, bột apatít nghiền mịn có tính
trôi lớn.
II. Cơ sở hóa lý của quá trình sản xuất supe phốt
phát :
Quá trình hóa học trong sản xuất supe phốt phát đợc đặc trng bằng
phơng trình tổng:
2Ca5(PO4)3F + 7H2SO4 + 5H2O = 3Ca(H2PO4)2H2O + 7CaSO4 + 2HF
Thực chất phản ứng này tiến hành theo 2 giai đoạn. Đầu tiên khi trộn quặng
apatít với axít sunfuríc thì phản ứng xảy ra trên bề mặt hạt quặng và tạo
thành H3PO4 tự do:
1
2

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 2,5H2O = 3H3PO4 + 5 H2SO4. H2O + HF.
Phản ứng này xảy ra khi trộn quặng với axít sunfuric và kết thúc sau

20 phút trong phòng hóa thành. Khi sấy 5CaSO4.0,5H2O tách ra và chuyển
thành CaSO4 khan tùy thuộc vào nhiệt độ và thành phần pha lỏng.
Trong thời gian ủ ở phòng hóa thành giai đoạn I hầu nh kết thúc và
giai đoạn 2 bắt đầu, đây là giai đoạn phản ứng chậm giữa axít phốtphoric
mới sinh ra với apatít còn d lại sau phản ứng I.
Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2 H2O + HF.
Lê Việt Đức

12

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Ca(H2PO4)2 tạo thành ban đầu còn nằm trong dung dịch rồi dần trở thành
quá bão hòa và bắt đầu kết tinh. Trong giai đoạn thứ nhất, tùy vào mức độ
phân hủy quặng apatít (khoảng 70%) và tùy theo sự kết tinh của CaSO 4 mà
khối phản ứng dần bị đặc lại. Nh vậy việc đặc quánh lại xảy ra trớc lúc tiêu
hao hết H2SO4 , nghĩa là trong giai đoạn I khối supe đã đóng rắn mà giai
đoạn 2 cha bắt đầu . Nếu còn H2SO4 sẽ có phản ứng:
Ca(H2PO4)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H3PO4.
Do vậy hai giai đoạn phản ứng là nối tiếp nhau. Giai đoạn 2 của quá
trình đợc bắt đầu trong thời kỳ ủ supe trong phòng hóa thành và kết thúc
sau 6 đến 30 ngày tùy thuộc vào nguyên liệu.
Thời kỳ ủ là thời kỳ tái phân hủy apatít, vì nhiệt độ trong phòng hóa thành
cao, dung dịch H3PO4 bị bão hòa bởi Ca(H2PO4)2 H2O và quá trình phân giải
xem nh bị ngừng lại. Trong đó mức phân giải của apatít mới chỉ đạt 85%.
Tiếp tục phân giải tới 94 ữ 96% thì cần làm lạnh supe đến 40 ữ 500c. Khi sấy
Ca(H2PO4)2 sẽ kết tinh thành pha rắn. Độ trung hòa lỏng Z sẽ giảm.
Z=

P2 O5 [Ca ( H 2 PO4 ) 2 ]
P2 O5 5 H 3PO4 + P2 O5[ Ca ( H 2 PO4 ) 2 ]

Khi đó hoạt độ của dung dịch sẽ tăng lên, kết quả là phản ứng phân
giải sẽ tiếp tục xảy ra mặc dù hạ thấp nhiệt phản ứng
Khi mức phân giải của supe trong kho đạt 94 ữ 96% thì lợng H2PO4 tự do
còn khoảng 5,5 ữ 8%.P2O5. Sự tồn tại của H3PO4 làm cho sản phẩm có tính
hút ẩm và dễ bị thủy phân.
Ca(H2PO4)2 + H2O = CaHPO4 + H3PO4.
Lợng H3PO4 sinh ra lại càng tăng tính hút ẩm, làm sản phẩm càng trở
nên ẩm ớt, vón cục khó khăn cho quá trình vận chuyển, bảo quản. Do đó trớc khi xuất kho cần phải trung hòa P2O5 tự do xuống còn 1 ữ 3%. Các chất
trung hòa có thể dùng là: đá vôi, bột xơng cá
III. Dây chuyền sản xuất:
Quặng apatít khai thác từ Lào Cai có kích thớc quặng từ 20 ữ 200mm và có
độ ẩm 8 ữ 14% đợc gầu múc đa qua sàng xuống bunke chứa quặng (9) rồi
rơi vào thùng sấy thùng quay (12).
Than từ kho đợc cầu trục múc lên bunhe xuống băng tải cao su (8) và
đa vào lò đốt than (1). Than cháy đợc nhờ quạt thổi không khí (2) thổi khí
từ dới lên. Khói lò đi từ lò đốt vào sấy thùng quay và sấy apatít kho đến 1,5
ữ 2,5% . Ra khỏi thùng quay, quặng đi vào máy búa (4), ra khỏi máy búa
thì kích thớc quặng 20mm rơi xuống băng tải (5) và đi lên bunhe chứa.
Lê Việt Đức

13

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Khí và bụi ra khỏi thung sấy đợc quạt hút (6), hút qua xyclon(13) để
lắng bụi, khí sau xyclon mang theo bột có độ mịn cao tiếp tục đợc sục qua
thiết bị lọc bụi ớt (14) qua tháp tách giọt (15) và đợc phóng không lên trời
theo ống khí thải, còn bụi lắng đợc thải ra ao lắng để thu hồi lại cho sản
xuất.
Từ bunhe quặng đa qua cung cấp đĩa , qua ống dẫn và máy nghiền bi (7) rồi
đi qua bộ phận phân li cơ học (17) nhờ quạt hút (21). Những hạt quặng có
kích thớc nhỏ hơn 0,16mm vào xyclon (18) có đờng kín 1,6 (m), còn những
hạt > 0,16 mm thì quay lại máy nghiền nhờ ống hồi lu ở cuối. Khí và bụi
mịn đi qua cụm xyclon tô hợp (20), tại đây bột tiếp tục đợc lắng lại hầu hết.
Lợng quặng lắng ở xyclon đơn và xyclon tổ hợp nhờ vít gạt bột đa xuống
băng tải (19) và đa sang bộ phận điều chế. Khí sau khi qua quạt đợc hồi lu
lại 1/3 lợng khí bổ xung cho máy nghiền. Còn 2/3 lợng khí đi qua thiết bị
lọc ớt, qua tháp tách giọt và phóng không ra ngoài.
Băng tải (19) đa quặng có độ ẩm 1,5 ữ 2,5% và d < 0,16mm lên
bunhe và đi vào thùng trộn (). Axít 76% từ thùng chứa đợc đa lên thùng cao
vị(23) nhờ bơm còn nớc đợc đa lên thùng cao vị (24). Axít 76% và nớc đợc
pha loãng hạ nồng độ axít xuống còn 68% và đi vào thùng trộn (25). Trong
thùng trộn xảy ra phản ứng.
Ca5F(PO4)3 + 5 H2SO4 +

5
1
H2O = 5 CaSO4. H2O = 5 CaSO4.
2
2

1
H2O + HF + 3 H3PO4 (1).
2

Apatít và axít đợc trộn đều với nhau nhờ 4 cách khuấy thời gian lu là
3 ữ 5 phút và đợc đa vào phòng hóa thành (27) . Tại đây phản ứng (1) diễn
ra trong vòng 20 phút cho tới khi hết axít H2SO4 thì xảy ra phản ứng :
Ca5F(PO4)3 + 7 H3PO4 + 5 H2O = Ca(H2PO4)2 + H2O + HF(2).
Trong phòng hóa thành (27) khối supe nhanh chóng đợc kết tinh và
đa ra ngoài nhờ hệ thống cắt quay ngợc chiều với phòng hóa thành. Supe tơi rơi xuống băng tải (45) qua hệ thống đánh tung (46) và vào kho ủ (47).
Tại đây supe đợc ủ trong 21 ngày đêm và đảo trộn định kỳ 3 lần nhờ cầu
trục và đợc trung hòa bằng bột apatít để giảm P2O5 tự do trong supe xuống
còn < 4%. Khí sinh ra trong phòng hóa thành sẽ phản ứng với SO 2 có trong
quặng tạo ra SiF4.
4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O.
Lê Việt Đức

14

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
SiF4 đợc đi qua 2 tháp hấp thụ (29) nhờ quạt hút (34) rồi qua tháp hấp
thụ rỗng (30) để hấp thụ triệt để lợng khí Flo còn lại trớc khi phóng không
lên trời.
Phản ứng hấp phụ:
3SiF4 + 2H2O = 2H2SiF6 + SiO2.
Axít H2SiF6 từ tháp có nồng độ 8 ữ 12% đợc bơm sang thùng chứa
(35) và bơm lên cao vị (32). Nớc muối từ thùng (41) đợc bơm lên thùng cao
vị (37) và muối + axít đi vào thùng phản ứng (36). Tại đó có phản ứng:
Na2SiF6 + 2NaCl = Na2SiF6 + 2HCl.
Na2SiF6 sinh ra ở dạng huyền phù, sau đó dung dịch đợc đa xuống

máy li tâm đứng (38). ở đây Na2SiF6 đợc tách ra và đi xuống băng tải (39)
vào bunhe và đa vào ống sấy qua vít xoắn , ống sấy đợc cung cấp khí nóng
nhờ lò đốt (43), sử dụng dầu FO, nhiệt độ lò là 1300c, trớc khi vào ống sấy
thì nó đợc trộn với 1 luồng không khí để giảm nhiệt độ xuống còn 200 ữ
250c. Các hạt Na2SiF6 sau khi sấy đi vào xyclon chùm, lắng xuống đáy và
đem đóng bao. Còn khí sấy ra khỏi xyclon có nhiệt độ từ 110 ữ 1200c thì
đem xử lý và phóng không.
Nh vậy kết thúc toàn bộ dây chuyền thì thu đợc sản phẩm chính là supe lân
và sản phẩm phụ là thuốc trừ sâu Na2SiF6.
IV. Chọn thiết bị để tính toán và thiết kế:
Ta thấy đợc trong quá trình sản xuất supe phốt phát thì độ ẩm của
quặng Apatít là khá quan trọng. Do vậy ta chọn thiết bị để tính toán và thiết
kế là hệ thống máy sấy thùng quay.

Phần II:
Tính toán thiết kế thiết bị chính
có trong dây truyền
Lê Việt Đức

15

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chơng I: Tính toán thiết bị chính
I.Tính cân bằng vật liệu máy sấy.
I.1. Phơng trình cân bằng vật liệu.
G1+ G2= W (kg/s)
[V-187]

Trong đó:
G1: Khối lợng vật liệu đi vào máy (kg/s)
G2: Khối lợng vật liệu ra khỏi máy (kg/s)
W: Lợng ẩm tách ra khỏi vật liệu (kg/s)
Theo lợng vật liệu khô tuyệt đối:
GK= G1.

100 W1
100 W2
= G2.
.
100
100

G1= G2.

100 W2
(kg/s)
W1

G2= G1.

100 W2
(kg/s)
W1

(kg/s)

[V-187]

Trong đó:
W1, W2: Độ ẩm ban đầu, ban cuối của vật liệu (%)
Ta có: G1= 10000 (kg/h) = 2,78(kg/s)
W1= 14% khối lợng chung
W2= 1,5% khối lợng chung.
G2= G1.

100 W1
(100 14)
= 2,78 .
= 2,43 (kg/s) =8748(kg/h)
100 W2
(100 1,5)

W= G1- G2= 10000 - 8748 = 1252 (kg/h)
II. Các kích thớc cơ bản của thùng quay:
Theo A =

W
(kg ẩm /m3h).
V

V=

[II 207]

W
(m3)
A

V: Thể tích thùng (m3)
A: Cờng độ bốc hơi ẩm. A phụ thuộc rất nhiều yếu tố (độ ẩm, nhiệt
độ vật liệu sấy, thiết bị sấy...). Đối với máy sấy thùng quay, sấy apatít ta
chọn A = 50 (hg ẩm/m3h)
V =A=

W
1252
=
= 25,04(m3)
V
50

Quan hệ giữa chiều dài là đờng kính thùng:

Lê Việt Đức

16

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
L
L
= 3,5...7. chọn
= 4 ta có:
D
D

4

V= ( .D2). L = .D3= 25,04
D 2 (m)
L = 8 (m)
Vậy thùng sấy có chiều dài L = 8(m) và đờng kính D = 2(m).
III. Tính thời gian sấy:
Vt =

G1 .T
x .

=

x .Vt .
G1

: thời gian sấy

[VI 1]

(phút)

Vt: thể tích thùng (m3)

x: khối lợng riêng xốp của vật liệu(kg/m3)
Đối với apatít ta tra đợc x = 1850(kg/m3)
: Hệ số điền đầy, chọn =20%
=

1580.25,04.0,2
= 55,59
10000 / 60

(phút).

IV. Tính số vòng quay thùng.
n=

m.K .L
(vòng/ phút).
.D.tg

n: Số vòng quay (vòng/phút)
L: Chiều dài thùng (m)
D: Đờng kính thùng (m)
: Góc nghiêng thùng , chọn =1o
: Thời gian sấy(phút)
m, K: Hệ số phụ thuộc cấu tạo cánh và chiều chuyển động của
khói. Với sấy xuôi chiều và chọn cánh dạng vạt áo thì ta tra đợc:
m= 0,7; K= 0,75 (III-122)
n=

0,7.0,75.8
= 2,16 (vòng/phút).
55,59. .tg10

V. Tính công suất cần thiết:
N= 0,0013. D3.L. x .a.n (kw)

Lê Việt Đức

(VI-122)
17

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
a: Hệ số phụ thuộc dạng cánh. Với loại cánh vạt áo thì a= 0,038.
n: Số vòng quay của thùng
(vòng/phút)
N= 0,0013.(2)3.8.1850.0,038.2,16 = 12,63(kw).

Chơng II: quá trình sấy lý thuyết.
Io, do, Go, to

Lò đốt

Vật liệu vào

Trộn

Nhiên liệu

K2 thờng

Vật liệu ra

I. Tính toán quá trình cháy:

Thành phần nhiên liệu là than có thành phần :
C= 0,367; H= 0,027; S= 0,032; N= 0,007
O = 0,111; Tr = 0,206; A= 0,25.
Nhiệt trị cao của nhiên liệu :
QC = 33858.C + 125400.H 10868(O - C)
[I-53]
= 33858.0,367 + 125400.0,027 10868(0,111 0,032)
= 14953 (kJ/kg nl).
Lợng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu :
lo = 11,6.C + 34,8.H +4,3(S - O)
[I-55]
= 11,6.0,367 + 34,8.0,027 4,3(0,032 0,111)
= 4,857 (kg kk/kg nl).
II. Xác định các thông số cơ bản của tác nhân sấy :
Theo thống kê khí hậu Việt Nam ta có :
Điểm A : Không khí trớc khi vào buồng đốt
tO = 250C
GO = 85%
Từ đó tra trên đồ thị I d ta tìm đợc : dO = 0,017 kg ẩm/ kg kk.
IO = 68,383 kJ/kg kk.
Điểm K : Tác nhân sấy sau khi ra khỏi buồng đốt.
Khối lợng nớc chứa trong khói lò sau buồng đốt :
GA = (9.H + A) + bđ.lO.dO

Lê Việt Đức

(kg)

[I 58]

18

Lớp QTTB K-45


Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi
αb® =

l
: HÖ sè kh«ng khÝ thõa cña buång ®èt.
l0

l : Lîng kh«ng khÝ kh« thùc tÕ ®Ó ®èt ch¸y 1 kg nhiªn liÖu.
l0 : Lîng kh«ng khÝ kh« lý thuyÕt ®Ó ®èt ch¸y 1 kg nhiªn liÖu.
Trong c¸c lß ®èt ch¸y cña hÖ thèng ta cã : αb® = 1,2 ÷ 1,3. Chän αb® =
1,2.
GA’ = (9.0,027 + 0,25) + 1,2.4,857.0,017
= 0,592 (kg).
Khèi lîng khãi kh« sau buång ®èt lK’ :
lK’ = αb®.l0 + {1 – [Tr - (9.H + A)}

[I – 59]

= 1,2.4,857 + {1 – [(0,206 – (9.0,027 + 0,25)}
= 6,129 (kg kk/ nl).
Lîng chøa Èm d’ cña khãi sau buång ®èt :
d’ =

G
(9.H + A) + α bd .l 0 .d 0

= A' [kg Èm /kg kk].
α bd .l 0 + [1 − Tr (9.H + A)]
lK '

d’ =

0,592
= 0,096 (kg Èm/kg kk).
6,129

[I – 59]

Entanpi cña khãi sau buång ®èt :
Q C .η bd + C nl .t nl + α bd .l 0 .I 0
lK '

I’ =

[kJ/kg K].

[I – 59]

η : HiÖu suÊt buång ®èt. Chän ηb® = 0,8.
Cnl : NhiÖt dung riªng nhiªn liÖu. §èi víi than ta cã Cnl = 0,12 kJ/kg.K.
tnl : NhiÖt ®é nhiªn liÖu. Tnl = 250C.
Q C .η bd + C nl .t nl + α bd .l 0 .I 0
lK '

I’ =

= 2017,3 (kJ/kg K).
NhiÖt ®é cña khãi sau buång ®èt :
t’ =

I '− d '.2500
1,004 + 1,842.d '

(0C).

[I – 60]

2017,3 − 0,096.2500
≈ 1505 (0C).
1,004 + 1,842.0,096
H»ng sè khÝ cña khãi kh« RK’ :
=

Lª ViÖt §øc

19

Líp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
RK =

GCO 2 .RCO 2 + G SO 2 .RSO 2 + GO 2 .RO 2 + G N 2 .R N 2
bd .l0 + [1 (Te + g.H + A)]

GCO2 = 3,67.C = 3,67.0,367 = 1,347 kg/kg nl.
GSO2 = 2.S = 2.0,032 = 0,064 kg/kg nl.
GO2 = 0,23.(bđ - 1).l0 = 0,23.(1,2 1).4,857 = 0,022 kg/kg nl.
GN2 = 0,77. bđ.l0 = 0,77.1,2.4,857 = 4,49 kg/kg nl.
RK =

1,347.188,955 + 0,064.129,906 + 0,022.259,813 + 4,49.296,929
1,2.4,857 + [1 0,206 (9.0,027 + 0,25)]

= 262 J/kg K.
Xem khói là chất khí lý tởng, ta có khối lợng phân tử khói :
à=

8314
= 31,73.
RK '

Hệ số khí của khói R.

Cũng nh không khí ẩm ta xem khói là hỗn hợp khí lý tởng giữa khói khô
và hơi nớc. Theo định nghĩa lợng chứa ẩm, ta có khối lợng của khói tơng
ứng với d bằng :
G = 1 + d = 1 + 0,096 = 1,096 (kg).
Do đó thành phần khối lợng của khói khô và của hơi nớc tơng ứng là :
gK
=

1
0,096
= 0,912; gH =

= 0,088.
1,096
1,096

Vậy ta có : R = 0,912.260,925 + 0,088.461,889 = 278,61 279 J/kg K.
Khi đó khối lợng phân tử :
à=

8314
= 29,799 29,8.
279

Nh vậy, khói lò sau buồng đốt đợc tính nh khí lý tởng với R = 279 J/kg K
và khối lợng phân tử à = 29,8.
Do t = 15050C là rất lớn nên ta có thể coi khói lò sau buồng đốt nh là
không khí khô.
Điểm B : Tác nhân sấy rất lớn sau khi ra khỏi buồng hòa trộn.
Entanpi của hơi nớc ở nhiệt độ t :
i = 2500 + 1,842.t
[kJ/kg]
[I 60]
Với t : Nhiệt độ tác nhân sấy trớc khi vào buồng sấy : t = 3500C.
ia = 2500 + 1,842.350 = 3144,7 [kJ/kg].
Entanpi của không khí ngoài trời t = 250C.
Lê Việt Đức

20

Lớp QTTB K-45

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
ia0 = 2500 + 1,842.25 = 2546,05 [kJ/kg].
Hệ số không khí thừa cho cả buồng đốt và buồng hòa trộn :
=

aC .hbd + C nl .t nl (9.H + A).ia [1 (9.H + A + e)].C pk .t
l 0 .[d 0 .(i a i a 0 ) + Gk (t t 0 )]

Gpk : Nhiệt dung riêng khói khô. Gpk = 1,004 kJ/kg K.
14953.0,8 + 0,12.25 (9.0,027 + 0,25).3144,7 [1 (9.0,027 + 0,25 + 0,206)].1,004.350
4,857.[0,017(3144,7 2546,05) + 1,004.(350 25)
= 6,28

=

Lợng khói khô sau buồng hòa trộn :
lK = (.l0 +1) [Tr + (9.H + A)]

[I - 59]

= (6,28.4,857 + 1) [0,206 + (9.0,027 + 0,25)]
= 30,8
[kg kk/kg nl].
Lợng chứa ẩm dH của khói lò sau buồng hòa trộn :
d1 =
=

(9.H + A) + .l 0 .d 0
.l 0 + [1 Tr (9.H + A)

[I - 59]

(9.0,027 + 0,25) + 6,28.4,857.0,017
6,28.4,857 + [1 0,206 (9.0,027 + 0,25)]

= 0,033
[kg ẩm/kg kk].
Entanpi I1 của khói lò sau buồng trộn .
I1 =
=

Q C . bd + C nl .t nl + .l 0 .d 0
lK

[I - 60]

14953.0,8 + 0,12.25 + 6,28.4,857.68,383
30,8

= 456,2 (kJ/kg KKK).
áp suất bão hòa tơng ứng với t = 3500C.
Pb1 = exp {12 -

4026,42
}
235,5 + t

= exp {12 -

[bar]

4026,42
}
235,5 + 350

= 168 (bar).
Độ ẩm tơng đối của khói lò sau buồng hòa trộn :
1 =

d 1 .B
(0,621 + d1 ).Pb1

[I - 34]

B : áp suất khí trời.

Lê Việt Đức

21

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
745
)
G1 =
= 2,98.10-2%.
750

(0,621 + 0,033).168
0,033.(

Điểm C : Tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết
Do quá trình sấy là lý thuyết nên ta có:
I2 = I1 = 456,2 (kJ/kg KK)
Lợng ẩm d20 của khói sau quá trình sấy lý thuyết:
d2 =

I 2 1,004.t 2
2500 + 1,842.t 2

(kg ẩm/kg KK)

[I - 29]

t2 : Nhiệt độ vật liệu ra t2 = 1200C.
d2 =

456,2 1,004.120
2500 + 1,842.120

= 0,123

(kg ẩm/kg KK)

Phần áp suất bão hòa Pb2 của khói sau quá trình sấy lý thuyết :
Pbh2 = exp {12 = exp {12 -

4026,42

}
235,5 + t 2

[bar]

4026,42
}
235,5 + 120

= 1,96 (bar).
Độ ẩm tơng đối của khói lò sau quá trình sấy lý thuyết:
2 =

d 2 .B
0,123(745 / 750)
=
=8,37%.
(0,621 + d 2 ) . p bh 2
(0,621 + 0,123).1,96

Lợng ẩm mà vật liệu sấy đã thải vào khói sau quá trình sấy lý thuyết.
GBC = d2- d1= 0,123- 0,033 = 0,09 kg ẩm/kgKK
Vậy ta có các thông số của quá trình sấy lý thuyết:
+ Điểm A: t0= 250c
d0= 0,017 kg ẩm/kgKKK
G0= 85%
I0= 68,383 kJ/kgKKK
0
+ Điểm B: t1= 350 c
d1= 0,033 kg ẩm/kgKK

G1= 2,98.10-2%
I1= 456,2kJ/kgKK
+ Điểm C: t2= 1200c
d2= 0,123 kg ẩm/kgKK
2 = 8,37%

I2= I1= 456,2 kJ/kgKKK

Nhiệt độ vật liệu trớc khi vào máy sấy: tvl1= 250C
Nhiệt độ vật liệu ra khỏi máy sấy:
Từ d2= 0,09 kg ẩm ta tra đợc tvl2= 520C
III.
Cân bằng nhiệt của quá trình sấy:
1. Lợng tác nhân sấy lý thuyết tiêu tốn:

Lê Việt Đức

22

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
l0=

1
(kg kk/kg KK)
d 2 d1

[I-218]

l0 : lợng khói cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm
l0=

1
= 11,11 (kg kk/kg ẩm)
0,123 0,033

Lợng khói cần thiết đi qua máy sấy:
l0= W.l0= 1252.11,11= 13909,72 (kg kk/h)
2. Lu lợng thể tích trung bình.
Sử dụng phơng pháp nội suy [I-phụ lục 5]
ta có :
Thể tích khói ẩm chứa 1 kg khói khô sau quá trình sấy lý thuyết ở nhiệt
độ t= 3500c . vB = 1,8m3/kg kk
Thể tích khói ẩm chứa 1kg khói khô sau quá trình sấy lý thuyết ở nhiệt
độ t = 1200c: vc = 1,235 m3/kg kk
Lợng của tác nhân sấy trớc quá trình sấy:
VB = l0.vB = 13909,72.1,8 = 25037,496 (m3/h)
Lu lợng của tác nhân sấy sau quá trình sấy:
Vc = l0.vc= 13909,72. 1,235 = 17178,5 (m3/h)
Lu lợng thể tích trung bình:
Vtb0 =

25037,496 + 17178,5
V B + Vc
21108 (m3/h)
=
2
2

Hay Vtb0=
IV.

21108
=5,86 (m3/s).
3600

Tính toán nhiệt thùng sấy:
1. Lợng nhiệt tiêu tốn lý thuyết (q0)
q0 =

I2 I0
(kJ/kg ẩm)
d 20 d 0

[I-159]

Thay số ta có:
q0 =

456,2 68,383
= 3658,65(kJ/kg ẩm)
0,123 0,017

2. Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi: (qv):
Nhiệt dung riêng apatít ra khỏi thùng sấy:
Cv2 = Cvk(1-w2) + Cn.w2 (kJ/kg K)
[I-219]
Cvk: nhiệt dung riêng vật liệu khô, tra [II-164] ta đợc Cvk= 0,92 (kgJ/kg)

Cn: Nhiệt dung riêng của nớc: Cn= 4,18 (kJ/kg)
Lê Việt Đức

23

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Cv2= 0,92 (1- 0,015) + 4,18.0.015 = 0,9689 (kJ/kg)
Khi đó tổn thất nhiệt độ vật liệu sấy mang đi:
Qv= G2.Cv2 = (t2- t0) = 8748.0,92(120-25) = 764575,2 kJ/h

[I-219]

764575,2
Qv
=
= 610,68 (kJ/kg ẩm)
1252
W

qv =

3. Tổn thất ra môi trờng:
a. Giả thiết tốc độ tác nhân sấy:
Cũng nh trong hầm sấy, đối với máy sấy thùng quay ta phải giả thiết tốc
độ tác nhân sấy trong thùng. Sau khi tính xong lợng tác nhân sấy thực thì
phải kiểm tra lại giả thiết này. Cơ sở để giả thiết tốc độ tác nhân sấy là tốc
độ lý thuyết (w0). w0 chính là tỷ số giữa lu lợng thể tích trung bình và tiết

diện tự do của thùng sấy.
Tiết diện tự do. Với = 20% ta có:
Ftd = (1- ). Ftd (m2)

[I-219]

2
2
Vậy Ftd= (1- 0,2). . D = (1- 0,2). (2) = 0,8 = 2,51(m2)

4

4

Tốc độ lý thuyết:
w0 =

Vtb
26952
=
= 2,98 (m/s).
Ftd
2,51.3600

Vì tốc độ tác nhân sấy thực phải lớn hơn w0 nên ta chọn w =3,5(m/s),
b.Các dữ liệu cần thiết:
Chấp nhận nhiệt độ lu thể nóng.
tf1=

350 + 120

ti + t 2
=
= 235 (0C)
2
2

Nhiệt độ lu thể lạnh:
Lấy tf2 = tmt = 250C.
Tính lớp bảo ôn
Chọn vật liệu bảo ôn là amiăng có a = 0,11 (w/độ .m).
Bài toán trở thành bài toán truyền nhiệt nh sau:
Ta chọn vật liệu làm thân thùng sấy là thép 12MX có chiều dày S = 0,005Dt
S = 0,005.Dt = 0,005.2 = 0,01 (m) = 10(mm).
Thép 12MX có = 50,2 (N/m.độ)

= 7,82.103(kg/m3)

Lê Việt Đức

24

Lớp QTTB K-45


Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Thùng sấy có:

3
Dn
= 2 + 2.10.10 = 1,01< 2 nên ta chấp nhận trao đổi nhiệt

Dt
2

đối lu giữa tác nhân sấy và môi trờng qua vách phẳng.

+ Phía trong thùng sấy trao đổi nhiệt đối lu cỡng bức với tốc độ tác nhân
sấy giả thiết: w = 3,5 (m/s). Khi đó hệ số trao đổi nhiệt đối lu cỡng bức giữa
tác nhân sấy và bề mặt trong thùng là :
1 = 6,15 + 4,17.w (w/m2 kk)
[I-219]
Thay số ta có:
1 = 6,15 + 4,17.3,5 = 20,745 (w/m2K)
Do đó: q1 = 1 (tf1-tw1)
[w/m2]
+ từ a b: Dẫn nhiệt qua thân tháp có chiều dày:
1 = 10 mm, 1 = 50,2 (N/m. độ): 1 = 78,2.103 (kg/m3);
q1 = 1 (tw1- tw1)
(w/m2)

+ từ b c: truyền nhiệt qua lớp amiăng nên:
qa=

a
(tw1 tw2) (w/m2)


+ từ c d: truyền nhiệt qua lớp CT3 có:
CT3 = 46,5 (N/m độ)
Chọn: CT3 = 7,8.103 (kg/m3)

q2 =

CT3

= 2mm

CT 3
(tw2 tw1) (w/m2)
CT 3

Lê Việt Đức

25

Lớp QTTB K-45