đồ án sấy thùng quay diammonium phosphat

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy cô giáo bộ môn
Máy & Thiết bị Công nghiệp Hóa chất trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng
dẫn, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt những năm theo học tại chuyên ngành.
Các thầy cô đã giúp em có được nền tảng vững chắc không chỉ về kiến thức mà còn cả
về những suy nghĩ, phong cách học tập và làm việc chuyên nghiệp vốn không được
dạy trong trường học, tất cả những điều đó đã làm em tự tin hơn để thực hiện tốt
không chỉ đồ án này mà còn cả các công việc trong tương lai.
Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Đặng Bình Thành là người đã
hướng dẫn nhóm đồ án chúng em làm đồ án trong suốt thời gian qua. Cảm ơn thầy vì
thầy đã tạo cơ hội và giúp đỡ chúng em trong quá trình làm đồ án.
Cuối cùng, em xin hứa sẽ luôn cố gắng, không ngừng nghiên cứu, học tập và
trau dồi kiến thức sau khi kết thúc quá trình học tập tại trường Đại học Bách khoa Hà
Nội. Là một công dân, một kỹ sư luôn hoàn thiện bản thân, cống hiến hết sức mình
cho xã hội là mục tiêu phấn đấu của em.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, Ngày 20 tháng 6 năm 2017
Nhóm sinh viên thực thiện

1


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2

LỜI MỞ ĐẦU
Thiết bị sấy đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp và đời sống. Trong
lĩnh vực kĩ thuật hóa học, việc sấy các loại nguyên liệu như Ammonium nitrate (AN)
là một trong những công đoạn cuối của quá trình để đảm bảo độ ẩm cho sản phẩm.
Với mục đích trước hết là để tìm hiểu về cơ chế và quá trình sấy, sau là tính

toán thiết kế một máy sấy thùng quay điển hình cho việc sấy vật liệu AN. Thầy TS.
Nguy ễn Đặng Bình Thành đã tin tưởng và giao cho em đề tài “Thiết kế máy sấy thùng
quay cho Ammonium nitrate ”.
Việt Nam là đất nước nông nghiệp nên nhu cầu sử dụng phân bón là rất lớn.
Ammonium nitrate (AN) có công thức hóa học là NH4NO3, cung cấp thành phần dinh
dưỡng quan trọng nhất cho cây trồng là Nitơ. AN còn có thể được sử dụng làm chất ô
xy hóa trong thuốc nổ. AN cũng được sử dụng Amôni nitrat được sử dụng trong các
túi lạnh nhanh (instant cold pack).
Thiết kế máy sấy thùng quay không phải là một đề tài mới, tuy nhiên để triển
khai được cần phải nắm vững các kiến thức chuyên ngành cũng như quá trình tìm hiểu
thực tế. Trong thời kì phát triển của công nghệ ngoài việc tính toán số liệu nhóm đồ án
còn sử dụng những phần mềm tính toán,thiết kế và mô phỏng để làm chính xác kết
quả.

2


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2
MỤC LỤC

3


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2

Chương 1: Tổng quan kĩ thuật sấy

1.1.Tổng quan về quá trình sấy
Quá trình sấy là quá trình chất lỏng hoặc hơi của nó mà chủ yếu là nước và hơi
nước nhận được năng lượng để dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt nhờ tác nhân
mang thải vào môi trường. Như vậy, vật liệu ẩm (VLA) trong kĩ thuật sấy (KTS) phải
là các vật có khả năng chứa nước hoặc hơi nước trong quá trình hình thành hoặc gia
công bản thân các vật liệu như các loại nông sản (lúa, ngô, đậu v.v…), giấy, vải sợi,
gỗ, các loại huyền phù hoặc các lớp sơn trên bề mặt các chi tiết kim loại v.v…
1.1.1.Vật liệu ẩm
Ẩm có mặt trong vật liệu được đánh giá về hai mặt : lượng ẩm và liên kết của
ẩm với vật liệu khô (VLK). Đánh giá về lượng ẩm người ta dùng các khái niệm về độ
ẩm. Đánh giá về liên kết của ẩm với VLK là các đặc trưng cơ-lý-nhiệt của VLA không
những phụ thuộc vào bản chất vật lí của VLK mà còn phụ thuộc vào cả độ ẩm và các
dạng năng lượng liên kết. Cũng chính vì năng lượng liên kết ẩm khác nhau mà các vật
liệu có cùng độ ẩm nhưng thời gian sấy có thể sẽ rất khác nhau.
Để đánh giá về độ ẩm người ta dùng thông số độ ẩm tương đối (

tuyệt đối (

ωk

ω

), độ ẩm

), độ chứa ẩm (u), nồng độ ẩm (c).

Phân loại VLA tùy thuộc vào cấu trúc hang xốp và tính chất của các thành ống
mao dẫn người ta chia VLA ra làm ba nhóm chính:
1.Vật keo: là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt. Nước hoặc ẩm ở dạng liên kết

hấp thụ và thẩm thấu. Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều,
nhưng vẫn giữ được tính dẻo. Ví dụ: gelatin, các sản phẩm từ bột nhào, tinh bột...
2.Vật xốp, mao dẫn: nước hoặc ẩm ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao quản
hay còn gọi là lực mao dẫn. Vật liệu này thường dòn hầu như không co lại và dễ dàng
làm nhỏ (vỡ vụn) sau khi làm khô. Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn v.v...

4


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2

3.Vật keo xốp mao dẫn: các vật keo xốp mao dẫn như trên gọi là vật liệu vừa
có tính keo vừa có tính mao dẫn. Đại bộ phận các VLA thuộc loại này: gỗ, vải, giấy,
các nông sản v.v…
Liên kết ẩm với VLK dưới hai dạng lớn: liên kết hóa lý và liên kết cơ lý. Trong
đó ẩm liên kết hóa lý không thể khử được bằng các quá trình sấy mà chỉ có ẩm ở dạng
liên kết cơ lý là có thể tách khỏi vật liệu nhờ quá trình sấy. Vì vậy ở đây chúng ta
không đề cập đến năng lượng liên kết hóa lý mà chỉ thảo luận các dạng liên kết cơ lý:
Liên kết hấp phụ (adsorption connection)
Liên kết hấp phụ được xem là liên kết của một lớp cỡ phân tử trên các bề mặt
các hang xốp của vật liệu.
Liên kêt mao dẫn (connection capillary)
Liên kết mao dẫn là liên kết chủ yếu trong VLA. Lực liên kết mao dẫn xuất
phát từ sức căng bề mặt của dịch thể dính ướt. Do đó, nếu xem quá trình khử ẩm là quá
trình đẳng tích đẳng nhiệt thì năng lượng liên kết mao dẫn bẳng năng lượng cần thiết
để phá vỡ liên kết đó và bằng công kỹ thuật nhưng ngược dấu.
Liên kết thẩm thấu (Connection osmotic).
Liên kết thẩm thấu điển hình là liên kết của nước trong các dung dịch.

Trong 3 loại liên kết cơ lý: liên kết hấp phụ, liên kết mao dẫn và liên kết thẩm
thấu thì năng lượng liên kết mao dẫn là lớn nhất và bé nhất là năng lượng liên kết thẩm
thấu. Do đó, để tách ẩm trong các VLA có liên kết mao dẫn trong các quá trình sấy cần
một năng lượng lớn nhất.
1.1.2.Không khí ẩm
Về mặt nhiệt động không khí bao quanh chúng ta và thường làm tác nhân sấy
là hỗn hợp giữa không khí khô vầ hơi nước. Trong đó, không khí khô lại là hỗn hợp
của oxy, nitơ và một số khí khác CO 2, SO2…. Các khí CO2, SO2 … có thành phần
không đáng kể và có thể bỏ qua. Vì vậy, chúng ta xem không khí khô chỉ là hỗn hợp
của oxy và nitơ. Do nhiệt độ và áp suất không lớn nên trong KTS người ta xem oxy,
nitơ và hơi nước là những khí lý tưởng. Do đó hỗn hợp của chúng như không khí khô
và không khí ẩm là những hỗn hớp khí lý tưởng. Như vậy khi tính toán không khí ẩm
5


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2

chúng ta sẽ sử dụng phương trình trạng thái cũng như các quy luật khác của khí lý
tưởng và hỗn hợp khí lý tưởng.
Các thông số cơ bản của không khí ẩm
1.Độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm
Độ ẩm tuyệt đối của không khí là khối lượng hơi nước chứa trong một m 3
không khí ẩm. Vì thể tích của không khí ẩm cũng là thể tích mà hơi nước chiếm chỗ
nên độ ẩm tuyệt đối của khô khí ẩm cũng là mật độ hay khối lượng riên của hơi nước
trong không khí ẩm. Do đó, chúng ta kí hiệu độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm là ρ a
kg/m3, độ ẩm tuyệt đối của khối không khí ẩm bão hòa ρmax hay ρb.
2.Độ ẩm tương đối của không khí ẩm
Độ ẩm tương đối của không khí ẩm là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối ρ a và độ ẩm

tuyệt đối cực đại ρmax. Ta kí hiệu là φ:
ρ=

ρa
ρ
hay ρ = a
ρ max
ρb

3.Lượng chứa ẩm
Lượng chứa ẩm d của không khí được đinh nghĩa là khối lượng tính bằng kg
hoặc gam của hơi nước chứa trong một kg không khí khô.
d=

Ga
kg am / kg kk
Gk

Áp dụng định luật Dalton trong đó áp suất của hỗn hợp không khí khô và hơi
nước p bằng kí hiệu áp suất khí trời B ta được:
d=0.621

pa
kg am / kg kk
B − pa

4.Entanpy của không khí ẩm
Trong kĩ thuật sấy entanpy I của không khí ẩm là entanpy của nó với một kg
không khí khô. Do đó entanpy của koong khí ẩm bằng:
6

GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2
I = ik + d .ia

I = 1, 004.t + d (2500 + 1,842.t ) kJ / kgkk

Hay
d=

I − 1, 004.t
2500 + 1,842.t

Nhiệt độ t, độ ẩm tương đối φ, lượng chứa ẩm d và entanpy I là bốn thông số
trạng thái cơ bản của không khí ẩm. Đương nhiên trong bốn thông số này chỉ có hai
thông số là độc lập. Chúng ta có thể sử dụng các quan hệ giải tích hoặc sử dụng đồ thì
I-d để xác định trạng thái cũng như các quá trình kĩ thuật liên quan đến không khí ẩm
như đốt nóng, làm lạnh, quá trình sấy hoặc các quá trình xử lí nhiệt ẩm trong điều hòa
không khí.
Thế sấy và nhiệt độ bầu ướt
Nếu ta cho nước bay hơi trong khối không khí chưa bão hòa hơi nước trong
điều kiện đoạn nhiệt thì trong suốt quá trình bay hơi nhiệt độ khối không khí giảm dần
và đến khi khối không khí bão hòa hơi nước thì hệ đạt trạng thái cân bằng khi đó nhiệt
độ của khối không khí không giảm nữa và bằng nhiệt độ của nước bay hơi, nhiệt độ
này gọi là nhiệt độ bầu ướt, kí hiệu là tư.
Nhiệt độ đọc được ở nhiệt kế bầu khô thường gọi là nhiệt độ bầu khô. Hiệu số
giữa nhiệt độ bầu ướt và nhiệt độ bầu khô đặc trưng cho khả năng hút ẩm của không
khí được gọi là thế sấy ε. Như vậy thế sấy bằng:

ε = t − tu

Đồ thị I-d biểu diễn trạng thái không khí ẩm

7


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2

Trên đồ thị I-d ta có thể tìm thấy 4 thông số trạng thái của không khí ẩm: độ ẩm
tương đối φ, nhiệt độ không khí t, lượng ẩm d và entanpy I. Trong đó đương nhiên chỉ
có hai thông số độc lập nhau còn hai thông số còn lại có thể tìm trên đồ thị.
1.1.3.Truyền nhiệt truyền chất và động học quá trình sấy
Quá trình sấy là quá trình vật liệu nhận năng lượng mà chủ yếu là nhiệt năng từ
một nguồn nhiệt nào đó để ẩm từ trong lòng vật dịch chuyển ra bề mặt đi vào TNS hay
môi trường. Như vậy quá trình sấy là quá trình truyền nhiệt và truyền chất xảy ra đồng
thời. Trong lòng vật quá trình đó là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn hợp.
Như vậy, có thể thấy bài toán truyền nhiệt truyền chất (TNTC) trong quá trình sấy
gồm bài toán TNTC bên trong và bài toán TNTC bên ngoài VLS.
Động học quá trình sấy
1.Đường cong sấy
Trong KTS người ta gọi quan hệ giữa độ ẩm trung bình tích phân và thời gian
sấy biểu diễn bởi quan hệ là đường cong sấy
Đường cong sấy có thể chia làm 3 phần tương ứng với 3 giai đoạn sấy. Khi quá
trình sấy bắt đầu VLS nhận được nhiệt lượng và ẩm trong lòng vật bắt đầu phá vỡ các
liên kết để dịch chuyển ra bề mặt và một phần nhỏ bắt đầu thoát khỏi bề mặt VLS để
8

GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2

đi vào môi trường. Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật tăng rất nhanh để nhiệt độ bề
mặt vật đạt đến nhiệt độ nhiệt kế ướt nhưng độ ẩm trung bình tích phân giảm không
đáng kể. Trên hình vẽ giai đoạn này được biểu diễn bởi đường cong AB. Người ta gọi
giai đoạn này là giai đoạn đốt nóng.
Sau giai đoạn đốt nóng nhiệt độ của vật hầu như không đổi nhưng độ ẩm trung
bình tích phân giảm rất nhanh và quan hệ ω tb=f(τ) gần như tuyến tính. Do đó tốc độ
thoát ẩm hay còn gọi là tốc độ sấy d(ωtb)/dτ=df(τ)/dτ=const. Vì vậy, người ta gọi giai
đoạn này biểu diễn bởi đoạn BC. Trong giai đoạn này bao nhiêu nhiệt lượng mà VLS
nhận được để phá vỡ các liên kết ẩm mà chủ yếu là ẩm tự do cùng liên kết thẩm thấu
và cung cấp năng lượng cho ẩm đã được phá vỡ di chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt
và từ bề mặt vào môi trường. Do đó, nhiệt độ của VLS hầu như không đổi.
Sau giai đoạn BC tốc độ sấy giảm dần và nhiệt độ VLS bắt đầu tiếp tục tăng khi
kết thúc quá trình sấy tiệm cận với đường thẳng biểu diễn giá trị của độ ẩm cân bằng
ωtb=ωcb. Giai đoạn này là giai đoạn tốc độ sấy giảm dần. Trên hình giai đoạn này được
biểu diễn bởi đường cong CD. Trong giai đoạn này các liên kết bền vững hơn , khó
tách khỏi vật liệu như liên kết hấp phụ, liên kết mao dẫn cần một năng lượng lớn hơn
và ở một nhiệt độ cao hơn mới từ từ tách ra khỏi VLS. Vì vậy giai đoạn này nhiệt độ
vật tiếp tục tăng. Phần lớn các VLS thời gian của giai đoạn này lớn hơn rất nhiều tổng
thời gian của đoạn đốt nóng và giai đoạn tốc độ sấy không đổi cộng lại.

2.Đường cong tốc độ sấy
9


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2

Đường cong tốc độ sấy là đường cong biểu diễn quan hệ d(ω tb)/dτ=df(τ)/dτ.
Nếu đường cong sấy ωtb=f(τ) được xác đinh bằng thực nghiêm nghĩa là hàm ω tb=f(τ)
cho dưới dạng đường cong thực nghiệm hoặc dưới dạng bảng thực nghiệm các giái trị
rời rạc.
1.1.4.Phương pháp xác định thời gian sấy
Thời gian sấy là một thông số công nghệ quan trọng. Thông thường thời gian
sấy được xác định theo 3 phương pháp lớn:
1.Phương pháp giải tích. Như đã giới thiệu, nếu bài toàn truyền nhiệt truyền
chất trong VLS với các điều kiện biên khác nhau ứng với các loại thiết bị sấy khác
nhau giải được bằng giải tích, nghĩa là tìm được phân bố độ ẩm theo không gian và
thời gian ω(x,y,z,τ) thì ta tìm được quan hệ giữa độ ẩm trung bình với thời gian ω=f(τ).
Nếu độ ẩm trung bình cuối quá trình sấy ω 2 được cho bởi yêu cầu công nghệ thì từ
quan hệ chúng ta có thể tìm được thời gian sấy τ. Tuy nhiên do tính chất phức tạp của
bài toán phương pháp giải tích chưa có những ứng dụng cụ thể.
2.Phương pháp nửa lý thuyết nửa thực nghiệm. Phương pháp này dựa trên
những kết quả nghiên cứu giải tích đã được đơn giản nhờ những giả thiết trên cơ sở
phân tích động học quá trình sấy và sau đó kết hợp với số liệu thí nghiệm đơn giản để
tìm ra một biểu thức tường mình cho phép xác định thời gian sấy trong những trường
hợp cự thể nào đó.
3.Phương pháp thực nghiệm. Phương pháp này dựa trên số liệu thí nghiệm
trong phòng thí nghiệm cho một VLS cụ thể với một TBS và chế độ sấy cụ thể. Với
những VLS thường gặp, thời gian sấy thường được xác định bằng kinh nghiệm sản
xuất.
1.1.5. Tổng quan về nhiên liệu đốt và tác nhân sấy
1.1.5.1. Nhiên liệu đốt
Dầu mazut, còn được gọi là dầu nhiên lệu hay dầu FO, là phân đoạn nặng thu
được khi chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khi quyển và trong chân

không. Các dầu FO có điểm sôi cao. Trong kĩ thuật đôi khi người ta còn chia dầu FO
thành dầu FO nặng và FO nhẹ.
10


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2

Vì thế các đặc trưng hóa học của dầu mazult co những thay đổi đáng kể nhưng
không phải tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới việc sử dụng chúng làm nhiên liệu
và các kỹ thuật sử dụng để đạt hiệu quả cao.
Công dụng:
Dầu FO được sử dụng làm nhiên liệu đốt lò trong công nghiệp nồi hơi, lò nung,
lò đốt dạng bay hơi, dạng ống khói hoặc cho các loại động cơ đốt trong của tàu biển…

11


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2

Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu đốt lò (FO) theo TCVN 6239:2002.

Tên chỉ tiêu

Đơn vị

Nhiệt

trị(phút)

Cal/g

Hàm lượng
lưu
huỳnh
(tối đa)
Độ
nhớt
động học ở
50°C
Điểmchớp
cháy cốc kín
(phút)

Phương pháp thử

ASTM
D240/ASTM
D4809
mg/kg TCVN
6701:2000
ASTM D2622
2
TCVN
mm
3753:1995/ASTM
D97
℃

TCVN
6608:2000/ASTM
D3828/ASTM
D93

Cặn cacbon %
(tối đa)
Điểm đông ℃
đặc (tối đa)
Hàm lượng %
tro (tối đa)
Hàm lượng %
nước (tối đa)
Tạp
chất %
dạng hạt (tối
đa)
Khối lượng kg/m3
riêng

TCVN
6324:2000/ASTM
D189/ASTM
D4530
TCVN
3753:1995/ASTM
D97
TCVN
2690:1995/ASTM
D482

TCVN
2692:1995/ASTM
D95
ASTM D473

FO
N01

FO N02 FO NO2B FO NO3
(2.0S)
(3.5S)

9800
2.0

2.0

3.5

3.5

87

180

380

6

16

22

12

24

66

0.15

0.35

1.0
0.15

TCVN 6594:2000 965
(ASTM D1298)

991

Bảo quản dầu FO:
• Dầu FO được tồn trữ ở thể lỏng trong các thiết bị chuyên dụng, các thùng
chứa phải được đậy kín.
12


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2

• Tránh xa nguồn nhiệt và tầm với của trẻ em. Bảo quản nơi thoáng khí,
tránh hiện tượng tích tụ Hydro sulfua trong nhiên liệu. Sử dụng phương
tiện bảo hộ lao động khi tiếp xúc.
• Tránh làm rơi vãi, tràn đổ, rò rỉ trong quá trình vận chuyển, sử dụng vì
nhiên liệu sẽ gây tác hại lâu dài với môi trường.
• Cấm lửa, cấm hút thuốc lá, không được sử dụng các thiết bị điện xách tay,
thiết bị viễn thông không đảm bảo an toàn trong khu vực tổn chứa, bơm rót
dầu.
Dầu FO-R:
FO-R là sản phẩm chính trong quá trình sản xuất nhiên liệu từ cao su phế thải
bằng công nghệ của Nhật bản. Đây là công nghệ tiên tiến hàng đầu đang sử dụng tại
Nhật để tái chế cao su phế thải như vỏ xe, plastic…
Hiện nay, ở Việt Nam có xu hướng sử dụng dầu mazut FO-R thay cho dầu FO
thông thường bởi loại dầu FO-R có nhiều ưu thế hơn so với dầu FO thông thường:
- Theo giá trên thị trường hiện nay thì giá dầu DO và FO đều cao hơn rất nhiều
so với giá dầu FO – R. Vì vậy, Sử dụng FO – R sẽ tiết kiệm được chi phí sản xuất.
- Dầu FO-R hoàn toàn dễ đốt vì độ nhớt thấp và điểm chớp cháy cốc kín thấp.
Bên cạnh đó, hàm lượng nước và tạp chất cũng rất thấp nên lại càng dễ đốt hơn. Bạn
có thể tham khảo bảng số liệu trên.
- Độ ăn mòn thiết bị của FO cao hơn của FO – R do hàm lượng lưu huỳnh
trong FO (2.0 hoặc 3.5% KL) cao hơn so với FO – R (chỉ 0.6% KL)
- Dùng FO – R để làm nhiên liệu đốt cho các ngành như lò hơi, sản xuất kính,
đốt rác thải, asphalt, nung gốm sứ, nấu nhôm hoặc đồng... Việc sử dụng không cần
phải thay đổi thiết bị, chỉ cần cân chỉnh lại một số thông số trên đầu đốt.
- Dầu FO và FO-R đều có cấu tạo là Hydrocacbon, nên việc trộn chung không
có vấn đề gì mặt hóa học. Dầu FO có tỷ trọng cao hơn nên vẫn nằm dưới, còn dầu
FO-R có tỷ trọng thấp hơn nên nằm trên. Dầu FO được đốt hết thì kỹ thuật đốt lò sẽ
giảm dần nhiệt độ xông dầu để bắt đầu chuyển sang đốt dầu FO-R. Khi chỉ còn dầu
FO-R thì có thể tắt.

13


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2
1.1.5.2. Tác nhân sấy khói lò

Ưu điểm: sấy bằng khói lò: - có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong một
khoảng rất rộng; có thể sấy ở nhiệt độ rất cao 900-1000 o C và ở nhiệt độ thấp 70-90 o
C hoặc thậm chí 40-50 .
- cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt.
- đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife.
- giảm tiêu hao điện năng, do giảm trở lực hệ thống.
- nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệt của thiết bị
Nhược điểm:
- gây bụi bẩn cho sản phẩm và thiết bị.
- có thể gây hoả hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hoá học không cần thiết ảnh
hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm.
Trong công nghiệp thực phẩm khói lò thường ít được sử dụng. Trong một số
trường hợp người ta có thể dùng để sấy một số hạt nông sản. Ngoài ra người ta còn có
thể sử dụng khí tự nhiên làm chất đốt, vì khói tạo thành tương đối sạch, tuy nhiên do
thành phần khói vẫn có hàm lượng ẩm và khí oxit nitơ cao (dễ gây ung thư), nên cần
phải tiếp tục được làm sạch trước khi sử dụng để sấy thực phẩm.
1.1.6. Phương pháp sấy
1.1.6.1. Phương pháp sấy nóng
Trong phương pháp sấy nóng TNS và VLS được đốt nóng. Do đó, HTS thường
được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt:
1.HTS đối lưu. Trong HTS này, VLS nhận nhiệt băng đối lưu từ một dịch thể

nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò. Đây là loại HTS phổ biến hơn
cả. Trong HTS đối lưu người ta lại phân ra các loại: HTS buồng, HTS hầm, HTS
thùng quay, HTS tháp, HTS khí động…
2.Hệ thống sấy tiếp xúc. Trong HTS tiếp xúc VLS nhận nhiệt từ một bề mặt
nóng. Như vậy, trong ccacs HTS tiếp xúc người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ

14


GVHD: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành

ĐôĐồ án 2

tăng phần áp suất hơi nước trên bề mặt VLS. Trong này người ta thường gặp HTS lô,
HTS tang…
3.HTS bức xạ. Trong HTS bức xạ, VLS nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm
dịch chuyển từ trong lòng VlS ra bề mặt và từ bế khuếch tán vào môi trường. Trong
HTS bức xạ người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất hơi nước giữa VLS và môi trường
chỉ bằng cách đốt nóng vật.
4.Các HTS khác: Ngoài ba HTS đối lưu tiếp xúc, trong các HTS nóng còn có
HTS dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường để đốt nóng vật.
1.1.6.2.Phương pháp sấy lạnh
1.HTS lạnh ở nhiệt độ t<0. HTS lạnh loại này hoàn toàn giống như trong các
HTS nóng. Điều khác nhau ở đây chỉ là cách làm giảm phần áp suất hơi nước bằng
cách giảm nhiệt độ của VLS.
2.HTS thăng hoa. HTS lạnh mà trong đó ẩm trong VLS ở dạng rắn trực tiếp
biến thành hơi đi vào TNS thường gọi là sấy thăng hoa. Trong HTS thăng hoa, người
ta tạo ra môi trường trong đó nước trong VLS ở dưới điểm 3 thể, nghĩa là nhiệt độ của
vật liệu T<273K và áp suất p< 610Pa. Khi đó, nếu VLS nhận nhiệt lượng thì nước
trong VLS ở dạng rắn sẽ chuyển trực tiếp thành hơi nước và đi và TNS.

3.HTS chân không. Nếu nhiệt độ VLS nhỏ hơn 273K nhưng áp suất TNS bao
quanh vật p>610 Pa thì khi VLS nhận được nhiệt lượng, các phần tử nước ở thể rắn
không chuyển trực tiếp thành hơi để đi vào TNS mà trước khi biến thành hơi đi vào
môi trường nước ở thể rắn phải chuyển quâ thể lỏng.
Do tính phức tạp nên các HTS chân không,HTS thăng hoa và HTS lạnh chỉ
dùng sấy VLS quý hiếm không chịu được nhiệt độ cao.Vì vậy các HTS này không phổ
biến.
1.1.6.3. Phương pháp chọn hệ thống sấy

15


Nhiệt độ tối đa của sản phẩm <30oC

Yes

No
Oxi hóa không khí trong quá trình

Yes

sấy
No
Ẩm ô nhiễm hoặc rắn
No

Yes

Cho phép sấy kiểu tầng sôi
No

Yes

Hơi dễ cháy
No

Yes

Yêu cầu khuấy trộn

Yes

Yes
Yêu cầu

Khuấy trộn nhẹ

Yes

No

khuấy trộn

Khuấy trộn bình thường

No

Yes

No

Sấy tầng sôi

Sấy kiểu đĩa

Sấy trong bể

Sấy chân

Sấy chân

Sấy chân

Tumbler

(Tần sôi có

Hình b

khuấy trộn

không kiểu

không có

không có

Hình g

đĩa

khuấy trộn

khuấy trộn

Hình d

Khoảng 75

Khoảng 10

min-1

min-1

thể tạo hạt)
Hình a

Hình c

16


17


18


19

1.2.Tổng quan vật liệu sấy.
1.2.1 Tổng quan về Diammonium phosphate (DAP)
Amoni nitrat là một hợp chất hoá học, là nitrat của amoniăc với công thức
hoá học NH4NO3, là một chất bột màu trắng tại nhiệt độ phòng và áp suất tiêu
chuẩn. Chất này thường được dùng trong nông nghiệp làm phân bón và cũng được
sử dụng làm chất ôxi hoá trong thuốc nổ.
Phân amôn nitrat có chứa 33 – 35% Nitơ nguyên chất. Ở các nước trên thế
giới loại phân này chiếm 11% tổng số phân đạm được sản xuất hàng năm. Phân này
ở dưới dạng tinh thể muối kết tinh có màu vàng xám. Amôn nitrat dễ chảy nước, dễ
tan trong nước, dễ vón cục, khó bảo quản và khó sử dụng. Là loại phân sinh lý
chua.Tuy vậy, đây là loại phân bón quý vì có chứa cả NH4+ và cả NO3-, phân này
có thể bón cho nhiều loại cây trồng trên nhiều loại đất khác nhau. Amôn nitrat bón
thích hợp cho nhiều loại cây trồng cạn như thuốc lá, bông, mía, ngô… Phân
nàyđược dùng để pha thành dung dịch dinh dưỡng để tưới cây trong nhà kính và
tưới bón thúc cho nhiều loại rau, cây ăn quả.
Là một chất ôxi hoá mạnh, amôni nitrat tạo thành một hỗn hợp nổ khi kết
hợp với nhiên liệu như hyđrô, thường là dầu Diesel hoặc đôi khi là kerosen. Do
amoni nitrat và dầu nhiên liệu (ANFO) thường có sẵn, hỗn hợp ANFO trong nhiều
trường hợp được sử dụng trong các bom tức thì, ví dụ như IRA lâm thời và vụ đánh
bom Thànhphố Oklahoma. Amôni nitrat được sử dụng trong các thuốc nổ quân sự
như bom daisy cutter và là một thành phần của amatol. Các hỗn hợp sử dụng trong
quân sự thường pha ≈ 20%bột nhôm nữa để tăng sức nổ. Một ví dụ của trường hợp
này là Ammonal : có chứaamôni nitrat , trinitrotoluene và nhôm
Amôni nitrat được sử dụng trong các túi lạnh nhanh (instant cold pack).
Trong ứngdụng này amoni nitrat được trộn với nước trong một phản ứng thu nhiệt,
với nhiệt lượng 26,2 KJ/mol . Các sản phẩm của các phản ứng amoni nitrat được
ứng dụng trong các túi khí. Chất azit natri NaN3 là hoá chất được sử dụng trong các
túi khí và nó phân huỷ tạo ra Na và N2 .Amoni nitrat được ứng dụng trong việc xử
lý các quặng titanium. Amnoi nitratđược sử dụng trong việc điều chế chất

N2O.NH4NO3 (aq) → N2O + 2H2O. Amoni nitrat có thể được sử dụng để điều chế
20


amoniăc khan, một hoá chất thường được sử dụng trong việc sản xuất
methamphetamine
1.2.2. Tính chất lý hóa.

- Tên gọi

: Muối amôni nitrat.

- CTHH

: NH4NO3

- KLPT

: 80.04336 g/mol

- Màu sắc

: Rắn trắng, có dạng hạt rắn hoặc kết tinh khối màu trắng, không

có tạp chất cơ học.
- Tỷ trọng

:1.73 g/cm³,

-Độ hoà tan trong nước:119g/100ml (10oC), 190g/100ml (20oC), 286g/100ml

(40oC ), 421g/100ml (60oC), 630g/100ml (80oC), 1024g/100ml (100 oC).
- Điểm nóng chảy: 1690C
- Điểm sôi ≈ 120 0 C
- Hàm lượng Nitơ: 34,5 %

Chương 2: Tính toán thiết kế máy sấy thùng quay

2.1. Thông số đầu bài
Năng suất sản phẩm khô yêu cầu

Cap=

46000 kg/h

Vật liệu sấy (VLS)
Đường kính hạt
Khối lượng riêng
Độ ẩm vào (độ ẩm tương đối)
Độ ẩm ra (độ ẩm tương đối)
Nhiệt độ vào
Nhiệt độ ra
Nhiệt dung riêng

amôni nitrat. (AN)
dP=
ρS=
A1=
A2=
Tpin=
Tpout=

cs=

2 mm
1619 kg/m3
2,5%
1,5%
85 oC
130 oC
1424 J/kg.K
21


Tác nhân sấy (TNS)
Khói lò
Nhiệt độ bầu khô
Tg=
độ ẩm không khí
φ=
Nhiệt độ khói lò trước thùng
TAin =
sấy
Nhiệt độ khói lò ra
TAout=
Nhiên liệu đốt
Thành phần dầu
FO-R
Nhiệt trị
q=
Nhiệt dung riêng
cs=

Thành
C
H
O
N
S
phần
FO-R
86
10
0,1
0,2
0,6
Bảng 2.1: Thành phần dầu FO_R

28 oC
80,00%
200 oC
140 oC
42840 kJ/kg
2,683 J/kg.K
A

W

0,3

0

2.2. Cân bằng vật chất

Dòng ẩm ra khỏi thiết bị (trong VLS) [1,p61]
Wout = Cap . A2 %

Trong đó:

+) Cap: lượng sản phẩm sau khi ra khỏi máy sấy (kg/h)
+)A2: độ ẩm tương đối của sản phẩm sau quá trình sấy (%)
⇒ Wout = Cap . A2 % = 46000.1, 5% = 690(kg/ h)

Dòng vật liệu sấy ra (vật liệu khô) [1,p61]
Sol = Cap − Wout

`
Trong đó:

+) Cap: lượng sản phẩm sau khi ra khỏi máy sấy (kg/h)
+)Wout: lượng ẩm còn lại trong VLS sau quá trình sấy (kg/h)
⇒ Sol = Cap − Wout = 46000 − 690 = 45310(kg/ h)

Dòng ẩm trong VLS trước khi đi vào máy sấy [1, p61]
Win =

Trong đó:

Sol
A1
100 − A1

+) Sol: lượng vật liệu khô tuyệt đối đi ra khỏi máy sấy (kg/h)
22

+) A1: độ ẩm tương đối của VLS trước khi vào máy sấy (%)
⇒ Win =

Sol
45310
A1 =
3 = 1401,3(kg/ h)
100 − A1
100 − 3

Dòng ẩm bốc hơi [1, p61]
Evap = Win − Wout

Trong đó:

+) Win: lượng ẩm trong VLS trước khi vào máy sấy (kg/h)
+) Wout: lượng ẩm trong VLS sau khi đi ra khỏi máy sấy (kg/h)
⇒ Evap = Win − Wout = 1401, 3 − 690 = 711, 34(kg/ h)

23


Dòng vật liệu đi vào máy sấy

Dòng vật liệu đi ra khỏi máy sấy

VLS

Vật liệu khô
Sol

Theo sản phẩm sấy

Dòng ẩm trong VLS
Win

45310 kg/h

Vật liệu khô
Sol

Dòng ẩm trong
VLS
Wout

Hơi ẩm
Evap

711,34
kg/h

1401,3 kg/h
45310 kg/h
690 kg/h
Bảng 2.2: Cân bằng vật chất trong quá trình sấy

2.3. Cân bằng nhiệt
Lượng nhiệt trao đổi trong thùng sấy là Qtot1 [1, p62]

Chưa kể tới lượng nhiệt thất thoát biến thiên enthapy của quá trình bao gồm:
+) Tăng nhiệt độ của nước trong vật ẩm : Q1
+) Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước và tăng nhiệt độ của hơi nước :Q 2
+) Tăng nhiệt độ của vật rắn: Q3
⇒ Qtot1 = Q1 + Q2 + Q3

Nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của nước trong vật ẩm [1, p62]:
Q1 = Wout .4, 2.(TPout − TPin )

Trong đó:

+) Wout: lượng ẩm bay hơi của VLS (kg/h)
+) TPout: nhiệt độ ra của VLS (oC)
+) TPin: nhiệt độ vào của VLS (oC)

⇒ Q1 = Wout .4, 2.(TPout − TPin ) = 690.4, 2.(130 − 120) = 28980( kJ / h)

Nhiệt lượng cần thiết để hóa hơi lượng ẩm vả tăng nhiệt độ của hơi nước [1,
p62]
Q2 = Evap .(2500 + 1, 9 * TAout − 4, 2 * TPin )

24


Trong đó:

+) Evap: lượng ẩm hóa hơi tróng máy sấy (kg/h)
+) TAout: nhiệt độ ra của ẩm bay hơi (bằng nhiệt độ ra của khói

lò sau quá trình sấy)

+) TPin: nhiệt độ đầu vảo của VLS
+) 2500 là nhiệt hóa hơi của nước (kJ/kg)
+) 1,9 là nhiệt dung riêng của hơi nước (kJ/kg.K)

⇒ Q2 = Evap .( 2500 + 1,9 * TAout − 4, 2 * TPin ) = 711,34.(2500 + 1,9.140 − 4, 2 *120) = 1609052(kJ/ h)

Nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt của chất rắn trong VLS [1, p62]
Q3 = S ol .cs .(TPout − TPin )

Trong đó:

+) Sol: lượng vật liệu khô tuyệt đối trong VLS (kg/h)
+) cs: nhiệt dung riêng của VLS (kJ/kg.K)

⇒ Q3 = Sol .cs .(TPout − TPin ) = 45310.2, 683.(130 − 120) = 645214(kJ / h)
L = L0α bd = 13, 4775.1, 2 = 16,173( kgkk / kgnl )

Lượng nhiệt thực tế cung cấp cho quá trình sấy là[1, p63]:
Qt ot 2 = 1, 25

TAin − Tg
TAin − TAout

Qtot1 = 1, 25

200 − 28
= 8181631(kJ/ h)
200 − 140

Nhiệt lượng

tăng nhiệt độ
của
nước
trong vật ẩm:
Q1

Nhiệt lượng hóa
hơi lượng ẩm vả
tăng nhiệt độ của
hơi nước:
Q2

Nhiệt
lượng
tăng nhiệt độ
của chất rắn
trong VLS:
Q3

Lượng
nhiệt
trao đổi trong
thùng sấy là
Qtot1

Lượng
nhiệt
thực tế cung cấp
cho quá trình
sấy:

Qtot2

28980(kJ / h)

1609052(kJ/ h)

645214( kJ / h)

2283246(kJ/ h)

8181631(kJ/ h)

Bảng 2.3: Cân bằng nhiệt lượng trong quá trình sấy

2.4. Các thông số khác
Lượng dầu FO-R cần dùng:
25