đồ án hóa công sấy thùng quay mangandioxt năng suất 2 tấn

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

MỤC LỤC

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP NỘI

GVHD : Nguyễn Xuân Huy
1

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

SVTH :Trần Ngọc Bắc 1


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Họ và tên HS - SV : Trần Ngọc Bắc
Lớp : ĐH Hóa Dầu 2

Khoá: 9

Khoa : Công nghệ Hoá
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Xuân Huy
NỘI DUNG

Thiết kế hệ thống sấy thùng quay làm việc xuôi chiều dùng để sấy
manganđioxit MnO2 năng suất 2 tấn/ giờ.
Các số liệu ban đầu:
- Độ ẩm đầu của vật liệu: 13%
- Độ ẩm cuối của vật liệu: 2%
- Nhiệt độ khói vào : 2500C .
- Nhiệt độ khói ra : 550C
STT

Tên bản vẽ

Khổ giấy

Số lượng

1

Vẽ dây chuyền sản xuất

A4

01

2

Vẽ máy sấy thùng quay

A0

01

PHẦN THUYẾT MINH
Ngày giao đề :

Ngày hoàn thành :
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Nguyễn Xuân Huy

LỜI MỞ ĐẦU

GVHD : Nguyễn Xuân Huy
2

SVTH :Trần Ngọc Bắc 2


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

S

ấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản
xuất. Trong công nghiệp như chế biến nông- hải sản, chế biến gỗ, sản
xuất vật liệu xây dựng….Kỹ thuật sấy đóng vai trò quan trọng trong
dây chuyền sản xuất. Sản phẩm rau quả sấy có độ ẩm thích hợp, thuận
tiện cho việc bảo quản, vận chuyển, chế biến, đồng thời nâng cao chất lượng sản
phẩm.
Đồ án về nội dung sấy là một trong những bài tập lớn nằm trong chương
trình của bộ môn quá trình và thiết bị khoa công nghệ Hoá của trường ĐH Công

Nghiệp Hà Nội, nó giúp cho sinh viên có kĩ năng hơn trong quá trình tra cứu số
liệu, tính toán, đồng thời nắm vững hơn về công nghệ sấy nói riêng và các quá
trình trong công nghệ Hoá Học nói chung.
Được thầy giáo Nguyễn Xuân Huy giao nhiêm vụ: “tính toán để thiết kế hệ
thống sấy thùng quay để sấy manganđioxit với năng suất 2 tấn/ giờ”. Dựa trên
những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy em đã hoàn
thành đồ án của mình.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Huy cùng các thầy cô trong khoa Công
Nghệ Hoá đã chỉ bảo, giúp đỡ tận tình em trong thời gian em hoàn thành đồ án
này. Do hạn chế về tài liệu tham khảo và các kiến thức nên bản đồ án này chắc
chắn không tránh khỏi sai sót, em mong nhận được sự đóng góp, sữa chữa của
các thầy cô.

Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện: Trần Ngọc Bắc
Lớp : ĐH Hóa Dầu 2_k9

GVHD : Nguyễn Xuân Huy
3

SVTH :Trần Ngọc Bắc 3


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Giới thiệu chung về kỹ thuật sấy

1.1.1. Khái niệm về sấy
Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ
dàng. Sấy làm giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết do đó vi khuẩn,
nấm mốc và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được, giảm
hoạt động các enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm.
Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm
bằng phương pháp bay hơi nước. Như vậy, quá trình sấy khô một vật thể diễn
biến như sau:
Vật thể được gia nhiệt để đưa nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với
phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật thể.. Vật thể được cấp nhiệt để làm
bay hơi ẩm.
Tóm lại, trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi
chất cụ thể là quá tŕnh truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền
ẩm từ trong vật sấy ra ngoài bề mặt sấy, quá trình truyền ẩm từ bề mặt vật sấy ra
ngoài môi trường. Các quá trình truyền nhiệt, truyền chất trên xảy ra đồng thời
trên vật sấy, chúng có quan hệ qua lại lẫn nhau.
1.1.2. Phương pháp sấy
Có nhiều cách phân loại :
a. Dựa vào tác nhân sấy:
- Sấy bằng khói lò
- Sấy bằng không khí nóng
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
4

SVTH :Trần Ngọc Bắc 4


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

- 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.
b. Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy.
- 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 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.
c. Dựa vào phương pháp làm việc
- Máy sấy liên tục.
- Máy sấy gián đoạn.
d. Dựa vào áp suất làm việc
- Sấy chân không.
- Sấy áp suất thường.
e. Dựa vào cấu tạo thiết bị
- Thiết bị sấy buồng.
- Thiết bị sấy hầm.
- Thiết bị sấy tháp.
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
5

SVTH :Trần Ngọc Bắc 5

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

- Thiết bị sấy phun.
- Thiết bị sấy thùng quay.
1.1.3. Một số nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí
Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ
gió…, việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nước
trong nguyên liệu giảm xuống càng nhiều. Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở giới hạn
cho phép vì nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản
phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề
ngoài cản trở tới sự chuyển động của nước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài.
Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm
khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hủy hoại nguyên liệu. Nhiệt độ sấy thích
hợp được xác định phụ thuộc vào độ dày bán thành phẩm, kết cấu tổ chức của
thịt quả và đối với các nhân tố khác. Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì
nguyên liệu có những biến đổi khác nhau ví dụ: nhiệt độ sản phẩm trong quá
Ο

tŕnh sấy cao hơn 600

C

Ο

thì protein bị biến tính, nếu trên 900

C

thì fructaza bắt

đầu caramen hóa các phản ứng tạo ra melanoidin tạo polyme cao phân tử chứa N
và không chứa N, có màu và mùi thơm xảy ra mạnh mẽ. Nếu nhiệt độ cao hơn
nữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng và mất giá trị cảm
quan của sản phẩm.
Quá trình làm khô tiến triển, sự cân bằng của khuếch tán nội và khuếch
tán ngoại bị phá vỡ, tốc độ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc độ khuếch tán nội thì
chậm lại dẫn đến hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng đến quá trình làm khô.
b.Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí

GVHD : Nguyễn Xuân Huy
6

SVTH :Trần Ngọc Bắc 6


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy,
tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy. Vì tốc độ
chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân
bằng quá tŕnh sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại. Vì vậy,
cần phải có một tốc độ gió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của quá trình làm
khô.
Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá tŕnh làm khô, khi hướng gió

song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh. Nếu hướng gió
thổi tới nguyên liệu với góc 45oC thì tốc độ làm khô tương đối chậm, còn thổi
thẳng vuông góc với nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất chậm.
c. Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí
Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định
đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậm
lại. Các nhà bác học Liên Xô và các nước khác đã chứng minh rằng: độ ẩm
tương đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình sấy sẽ chậm lại rõ rệt, còn độ
ẩm tương đối của không khí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô sẽ dừng
lại và bắt đầu xảy ra hiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm trở lại.
Để cân bằng ẩm, khuếch tán nội phù hợp với khuếch tán ngoại và tránh
hiện tượng tạo màng cứng, người ta áp dụng phương pháp làm khô gián đoạn
tức là vừa sấy vừa ủ.
Làm khô trong điều tự nhiên khó đạt được độ ẩm tương đối của không
khí 50% đến 60% do nước ta khí hậu nhiệt đới thường có độ ẩm cao. Do đó, một
trong những phương pháp để làm giảm độ ẩm của không khí có thể tiến hành
làm lạnh để cho hơi nước ngưng tụ lại. Khi hạ thấp nhiệt độ của không khí dưới
điểm sương hơi nước sẽ ngưng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí
cũng được hạ thấp. Như vậy để làm khô không khí người ta áp dụng phương
pháp làm lạnh.
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
7

SVTH :Trần Ngọc Bắc 7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

d. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu
Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy. Nguyên liệu
càng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích
thước quá bé và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gẫy vỡ.
Trong những điều kiện giống nhau về chế độ sấy (nhiệt độ, áp suất khí
quyển) thì tốc độ sấy tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt S và tỷ lệ nghịch với chiều
dày nguyên liệu δ.
e. Ảnh hưởng của quá trình ủ ẩm
Quá trình ủ ẩm nhằm mục đích là làm cho tốc độ khuếch tán nội và
khuếch tán ngoại phù hợp nhau để làm tăng nhanh quá trình làm khô. Trong khi
làm khô quá tŕnh ủ ẩm người ta gọi là làm khô gián đoạn.
f. Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu
Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù
hợp, cần phải xét đến thành phần hóa học của nguyên liệu như: nước, lipit, chất
khoáng, protein, Vitamin, kết cấu tổ chức thịt quả chắc hay lỏng lẻo...
1.1.4. Vai trò của sấy trong kỹ thuật và đời sống
Sấy là qúa trình tách nước (ẩm) ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt.
Ngày xưa người ta đã biết sử dụng phương pháp sấy tự nhiên rất đơn giản là
phơi nắng. Tuy nhiên, phơi nắng bị hạn chế lớn là cần diện tích sân phơi rộng và
phụ thuộc vào thời tiết, đặc biệt bất lợi trong mùa mưa. Vì vậy, trong các ngành
công nghiệp người ta thường phải tiến hành quá trình sấy nhân tạo.
- Kết quả của qúa trình sấy là hàm lượng chất khô trong vật liệu
tăng lên. Điều đó có ý nghĩa quan trọng trên nhiều phương diện khác nhau.
Ví dụ:
+ Đối với các nông sản và thực phẩm thì tăng cường tính bền vững
trong bảo quản.
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
8

SVTH :Trần Ngọc Bắc 8

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

+ Đối với các nhiên liệu ( củi, than) được nâng cao nhiệt lượng
cháy, đối với các gốm sứ thì làm tăng độ bền cơ học…
+ Và ngoài ra tất cả các vật liệu sau khi sấy đều được giảm giá
thành vận chuyển.
- Do các ý nghĩa đã nêu trên mà đối tượng của quá trình sấy thật đa
dạng, bao gồm nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm trong các giai đoạn
khác nhau của qúa trình sản xuất và chế biến, thuộc nhiều lĩnh vực kinh tế khác
nhau. Nói cách khác, kỹ thuật sấy được ứng dụng rộng rãi trong các nghành
công nghiệp và nông nghiệp.
- Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến
đổi trạng thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi. Hầu hết các vật liệu trong
quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và người ta thường gọi là ẩm. Như
vậy trong thực tế có thể xem sấy là qúa trình tách ẩm bằng phương pháp nhiệt.
- Việc cung cấp năng lượng cho vật liệu trong qúa trình sấy được tiến
hành theo các phương pháp truyền nhiệt đã biết.
Ví dụ :
+ Cấp nhiệt bằng đối lưu gọi là sấy đối lưu.
+ Cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt gọi là sấy tiếp xúc.
+ Cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ.
+ Ngoài ra, còn có các phương pháp sấy đặc biệt như sấy bằng
dòng điện cao tần, sấy thăng hoa, sấy chân không…
- Tóm lại, để bảo quản các loại sản phẩm trong thời gian dài, trong
qui trình công nghệ sản xuất của nhiều sản phẩm đều có công đoạn sấy khô.
- Để chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao, công nghệ sấy

cũng được cải tiến và phát triển như trong nghành hải sản, rau quả và nhiều loại
thực phẩm khác. Các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như lúa, ngô, đậu…sau
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
9

SVTH :Trần Ngọc Bắc 9


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

khi thu hoạch cần sấy khô kịp thời, nếu không sản phẩm sẽ bị giảm chất lượng
thậm chí bị hỏng dẫn đến tình trạng mất mùa sau thu hoạch.
Do nhu cầu sấy ngày càng đa dạng, có nhiều phương pháp và thiết bị
sấy để sấy các loại sản phẩm khác nhau.Ngoài ra đôi khi cùng một loại sản
phẩm nhưng nếu yêu cầu về qui mô sấy khác nhau thì cũng đòi hỏi thiết bị sấy
phù hợp. Đối với từng loại sản phẩm đã được biết trước, nhằm đạt được các yêu
cầu của sản phẩm sấy với chi phí nhiên liệu và đầu tư thiết bị ban đầu thấp
nhất.
1.2. Giới thiệu về máy sấy thùng quay
Hệ thống sấy thùng quay là hệ
thống sấy làm việc liên tục chuyên
dùng để sấy vật liệu hạt, cục nhỏ như:
cát, than đá, các loại quặng, đường,
muối, và các loại hóa chất như :
NaHCO , BaCl …ngũ cốc, mì chính.
Hệ thống dùng nhiên liệu đốt có thể là
dầu hoặc than cấp nhiệt cho buồng đốt.
Cấu tạo của máy sấy thùng quay

chính:

gồm 3 phần

-

Buồng đốt.

-

Thùng quay để trao đổi nhiệt liên tục với vật liệu sấy.

-

Hệ thống thông gió thu hồi bụi cuối lò.
Cấu tạo chính của máy sấy thùng quay là thùng sấy. Thùng sấy là một ống
hình trụ tròn bằng vật liệu thép, trong đó có lắp các cánh xáo trộn để phân vùng
hoặc không. Tùy theo đường kính của ống thép mà chiều dày của thành ống có
thể từ 10 - 14 mm. Ống thép này được đặt nghiêng 1 - 6 trên 2 ổ trục quay, để
tránh tình trạng ống bị trôi khi quay ở 2 ổ trục có bệ đỡ bằng con lăn chống trôi.
Đầu cao của ống có buồng đốt cấp nhiệt và bên trên có ống dẫn vật liệu vào.
Đầu thấp của ống có buồng cuối lò, bên dưới có ống dẫn vật liệu ra khỏi thùng

GVHD : Nguyễn Xuân Huy
10

SVTH :Trần Ngọc Bắc 10


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

sấy sang gầu tải đưa lên silo chứa. Bên trong buồng cuối lò có gắn quạt hút, ống
khói và xyclon lắng bụi tạo thành hệ thống thông gió bên trong máy sấy.
Bên trong thùng sấy người ta lắp các cánh để xáo trộn vật liệu làm quá
trình trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy tốt hơn. Các đệm ngăn trong
thùng vừa có tác dụng phân phối đều vật liệu theo tiết diện thùng vừa làm tăng
bề mặt tiếp xúc. Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật liệu sấy
và độ ẩm của nó. Các loại đệm ngăn được dùng phổ biến trong máy sấy thùng
quay gồm :
- Đệm ngăn loại mái chèo nâng và loại phối hợp dùng khi sấy những vật
liệu cục to, ẩm, có xu hướng đóng vón lại, loại này có hệ số chứa đầy vật liệu
không quá 10 - 20 %.
- Đệm ngăn hình quạt có những khoảng không thông với nhau.
- Đệm ngăn phân phối hình chữ thập và kiểu vạt áo được xếp trên toàn
bộ tiết diện của thùng, được dùng để sấy vật liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng
quay vật liệu được đảo trộn nhiều lần, bề mặt tiếp xúc pha lớn.
- Đệm ngăn kiểu phân khu để sấy các hạt đã đập nhỏ, bụi. loại này cho
phép hệ số chứa đầy từ 15 - 25 %.
Nếu nhiệt độ sấy lớn hơn 200C thì dùng khói lò nhưng không dùng cho
nhiệt độ lớn hơn 800C.
 Ưu điểm của hệ thống sấy thùng quay:

Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu

-

sấy và tác nhân sấy. Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100 kg ẩm bay hơi/
mh.

Thiết bị gọn, có thể cơ khí hóa và tự động hóa toàn bộ khâu sấy.

-

 Nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay:

GVHD : Nguyễn Xuân Huy
11

SVTH :Trần Ngọc Bắc 11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
-

Khoa Công Nghệ Hóa

Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn. Do đó trong
nhiều trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm.

-

Không sấy được các vật liệu dễ vỡ.

1.3. Giới thiệu về vật liệu sấy manganđioxit
1.3.1. Tính chất
a. Tính chất vật lí
Quặng MnO2 là chất bột màu đen có thành phần không hợp thức, khi đun
nóng sẽ bị phân hủy thành các oxit thấp hơn.
Ở điều kiện thường nó là oxit bền nhất trong các oxit của Mangan, không tan

trong nước, tương đối trơ.
Khối lượng riêng: 5030 Kg/m3
b. Tính chất hóa học
Khi đun nóng nó tan trong axit và kiềm như một oxit lưỡng tính. Khi tan
trong dung dịch axit nó không tạo nên muối kẽm bền của Mn +4 theo phản ứng
trao đổi mà tác dụng như một chất oxi hóa.
Khi tan trong dung dich KOH đặc tạo nên dung dịch xanh lam chứa các
ion Mn(III) và Mn(V) vì trong điệu kiện này ion Mn(IV) không tồn tại được.
Khi nấu chảy với kiềm hoặc oxit bazơ mạnh tạo muối Manganat.
Ở nhiệt độ cao, MnO2 có thể bị khử bởi H2, CO2 hoặc C tạo thành kim
loại.
Khi nấu chảy với kiềm nếu có mặt các chất oxi hóa như: KNO 3, KClO3,
O2... thì MnO2 bị oxi hóa thành Mn theo phương trình:
MnO2 + KNO3 + K2CO3=K2MnO4 +KNO2 + CO2

GVHD : Nguyễn Xuân Huy
12

SVTH :Trần Ngọc Bắc 12


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

1.3.3. Ứng dụng của MnO2


MnO2 tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật pirolusit là
hợp chất của Mangan có nhiều ứng dụng trong thực tế.



Ở dạng bột MnO2 lã xúc tác cho phản ứng phân hủy KClO 2 và
H2O2, phản ứng oxi hóa NH3 thành NO và Axetic thành Axeton.



MnO2 được đưa vào nguyên liệu nấu thủy tinh để làm mất màu
lục của thủy tinh, cho thủy tinh có màu hồng hoặc đen( với
lượng lớn).



Trong công nghiệp gốm MnO2 tạo màu nâu đỏ, đen cho men.



Ngoài ra trong công nghiệp MnO 2 được sử dụng làm một điện
cực của pin
Ví dụ:
Manganđioxit được xem là ứng viên có nhiều ưu điểm làm
nguyên liệu chế tạo điện cực cho pin sạc bởi vì chúng có nhiều
trong thiên nhiên và tương hợp với môi trường. Tận dụng nhiều
ưu điểm của Manganđioxit nhiều phương pháp có hiệu quả đã
được phát triển để cải tiến điện cực của MnO 2/C nằm mục đích
sử dụng cho pin sơ cấp.
Điện cực hỗn hợp MnO2/Cacbon được chế tạo bằng cách cho
trược tiếp bột cacbon và trong dung dich Manganaxetat để cùng
kết tủa với MnO2.nH2O trên bề mặt nền cacbon. Hình thái học

bề mặt và cấu trúc tinh thể được xác định bằng phương pháp
hiển vi điện tử quét( SEM) và kĩ thuật nhiễu xạ tia X(XRD).
Quét trong vòng tuần hoàn(CV) đẻ đánh giá tính chất điện hóa
của điện cực được chế tạo. Kết quả đã chứng minh bột cacbon

GVHD : Nguyễn Xuân Huy
13

SVTH :Trần Ngọc Bắc 13


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

có hiệu quả làm tăng điện dung và cải thiên tính chất điện hóa
của điên cực Mangandioxit.

1.4. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy thùng quay
4.1.1. Sơ đồ công nghệ

1.Thùng quay

2.Vành đai đỡ

3.Con Lăn đỡ

4.Bánh răng

5.Phễu hứng sản phẩm

6.Quạt hút

7.Thiết bị lọc bụi

8.Lò đốt

9.Con lăn chặn

10.Mô tơ quạt chuyển động

11.Bê tông

12.Băng tải

13.Phểu tiếp liệu

14.Van diều chỉnh

4.1.2. Nguyên lí hoạt động của máy sấy thùng quay
Máy sấy thùng quay gồm một thùng hình trụ đặt nghiêng với mặt phẳng
nằm ngang

1÷ 6

o

. Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ.

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

14

SVTH :Trần Ngọc Bắc 14


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

Bánh đai được đặt trên bốn con lăn đỡ , khoảng cách giữa 2 con lăn
cùng một bệ đỡ có thể thay đổi để điều chỉnh góc nghiêng của thùng, nghĩa là
điều chỉnh thời gian lưu vật liệu trong thùng. Thùng quay được là nhờ có bánh
răng. Bánh răng ăn khớp với bánh răng dẫn động nhận truyền động của động cơ
qua bộ giảm tốc.
Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng qua phễu chứa và
được chuyển động dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn. Các đệm ngăn vừa có tác
dụng phân bố đều 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, thùng quay

3÷8

vòng/phút. Vật

liệu khô ở cuối máy sấy được tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm rồi nhờ băng tải

xích vận chuyển vào kho.
Khói lò hay không khí thải được quạt hút vào hệ thống tách bụi,… để
tách những hạt bụi bị cuốn theo khí thải. Các hạt bụi thô được tách ra, hồi lưu
trở lại băng tải xích. Khí sạch thải ra ngoài.
Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không được lớn hơn
3m/s bởi nếu tốc độ lờn hơn 3m/s thí vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.
Các đệm ngăn trong thùng vừa có tác dụng phân phối đều vật liệu theo
tiết diện thùng, vừa đảo trộn vật liệu làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu sấy
và tác nhân sấy. Cấu tạo của các đệm ngăn( cánh đảo trộn) phụ thuộc vào kích
thước vật liệu và độ ẩm của nó. Các loại đêm ngăn được dùng phổ biền trong
máy sấy thùng quay gồm:

GVHD : Nguyễn Xuân Huy
15

SVTH :Trần Ngọc Bắc 15


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

a

b

d

b

c

e

Sơ đồ cấu tạo cánh trong thiết bị sấy thùng quay:
a) Cánh nâng
b) Cánh nâng chia khoang
c) Cánh phân bố đều( cánh phân phối chữ thập)
d) Cánh hỗn hợp
e) Cánh phân vùng

Đối với vật liệu dạng cục to nhưng xốp, nhẹ trong thùng sấy có thể bố trí
cánh nâng( hình a).
Ngược lại với dạng vật liệu cục to, nặng thì nên bố trí cành nâng có chia
khoang( hình b).
Khi sấy vật liệu dạng hạt hoặc cục nhỏ, nhẹ người ta dùng cánh phân phối
chữ thập( hình c).
Đối với vật liệu có kích thước quá bé có thể tạo thành bụi thì nên dùng
cánh loại chia khoang kín( hình e)

CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NHIÊN LIỆU
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
16

SVTH :Trần Ngọc Bắc 16


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

2.1. Thông số ban đầu
2.1.1. Kiểu thiết bị sấy
Thùng quay, phương thức sấy xuôi chiều.
2.1.2. Điều kiện môi trường.
- Trạng thái của không khí ngoài trời nơi đặt thiết bị sấy
+ Nhiệt độ môi trường: 250C
+ Độ ẩm tương đối của không khí: 80%
- Hàm ẩm của không khí :

xo = 0,622.

ϕo . pbh
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


4026, 62 
12 −


235, 5 + to 


= exp

4026, 62 

12 −

235,5 + 25 


= 0.032 bar

→xo = = 0,016 ( kg ẩm/kg kkk ).
-

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 ).0,016
= 65,68 ( kJ/kg kkk )

Vậy, trạng thái không khí trước khi vào lò đốt
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
17

SVTH :Trần Ngọc Bắc 17

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Nhiệt độ

: to = 25ºC.

Độ ẩm

: φo= 80 %.

Khoa Công Nghệ Hóa

Hàm nhiệt : xo = 0,016 ( kg/kg kkk ).
Hàm ẩm

: Io = 65,68 ( kJ/kg kkk ).

2.1.3. Vật liệu sấy là cát với các thông số
- Độ ẩm của vật liệu trước khi sấy: 13%
-

Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy là: 2%

-

Lượng vật liệu đưa vào máy sấy : 2 tấn/h hay 2000 kg/h.

2.1.4. Tác nhân sấy
Khói lò :
-

nhiệt độ khói lò vào thùng sấy : t = 250 0C

-

nhiệt độ khói lò ra khỏi thùng : t2 = 55 0C

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

C

% Khối lượng 76,05

H

O

N

S

W

A

4,06

3,63

1,6

3,79

3

7,87

Trong đó:
W : thành phần ẩm.
A : thành phần tro.
x : hàm lượng chất bốc x = 2,79
Chuyển các thành phần sang trạng thái làm việc:
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
SVTH :Trần Ngọc Bắc 18
18


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

+ Độ tro của nhiên liệu ở chế độ làm việc được xác định :

A=A.

100 − W
100

= 7,87 .

100 − 3
100

= 7,634%

+ Các thành phần khác:

C=C.

N=N.

O=O.

H=H.

S=S .

100 − W − A lv
100
100 − W − A lv
100
100 − W − A lv
100
100 − W − A lv
100
100 − W − A lv
100

= 76,05.

= 1,6.

100 − 3 − 7,634
100

100 − 3 − 7,634
100

= 4,06.

= 3,79.

= 1,430%

100 − 3 − 7.634
100

= 3,63.

100 − 3 − 7,634
100
100 − 3 − 7,634
100

= 67,963%

= 3,244%

= 3,628%

= 3,387%

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

Clv

Hlv

Olv

Nlv

Slv

% khối lượng

67,963 3,628 3,244 1,430 3,387 3

W

Alv

x

7,634 2,79

2.2.2. 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
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
SVTH :Trần Ngọc Bắc 19
19


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

x: Hàm lượng chất bốc, x = 2,79%
→ Ct = 837 + 3,7.25 + 625.0,0279 = 946,938 ( J/kgoC )
→ Ct = 946,938 .10-3 ( kJ/kg.ºC ).
2.2.3. 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. 67,963 + 1256.3,628 - 109.( 3,244-3,387)
→ Qc = 27611,812 (kJ/kg).
Nhiệt trị thấp của than :
Qth = Qc – 25,1.( 9Hlv + W )

(2.24-Kỹ thuật sấy-20)

= 27611,812 – 25.( 9.3,628 + 3 )
= 26720,512 ( kJ/kg )
2.2.4. Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg than
Để cung cấp cho các phản ứng cháy, thành phần của oxi trong không khí
là 21%.
Các phản ứng cháy:
C + O2 → CO2
2H2 +O2 → 2H2O
S + O2 → SO2
Lượng không khí khô lí 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 = 0,115.67,963 + 0,346.3,628 + 0,043.( 3,387 – 3,244 )
= 9,077 (kg không khí/kg than )
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
20

SVTH :Trần Ngọc Bắc 20


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

2.2.5. Entanpi của nước trong hỗn hợp khói
In = (2493 + 1,97.t).103

(J/kg)
Ο

Trong đó: t là nhiệt độ hỗn hợp khói vào lò (t = 250

C

)

In = (2493 + 1,97.250).103 = 2985,5.103 (J/kg)
= 2985,5

(kJ/kg)

2.2.6. 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.
Để tính hệ số không khí thừa không khí ở buồng đốt và trộn người ta sử
dụng phương pháp cân bằng nhiệt lò đốt than.
2.2.6.1. 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 = 946,938 .10-3 ( kJ/kgoC )

GVHD : Nguyễn Xuân Huy
SVTH :Trần Ngọc Bắc 21
21


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

tn : Nhiệt độ của than ( nhiệt độ môi trường ); tn = 25oC
→Q1 = 25. 946,938 .10-3 = 23,673 ( 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 = 9,077 kg/kg than.
Io : Hàm nhiệt của không khí vào buồng đốt ; Io = 65,68 (kJ/kg kkk ).
α : Hệ số thừa không khí.
Q2 = 9,077.65,68.

α

= 596,177

α

(kJ)

c.Nhiệt lượng do đốt 1 kg than :
Q3 = Qc.η
Trong đó :

η : hiệu suất buồng đốt η = 0,9
Qc : Nhiệt trị cao của than; Qc = 27611,812 kJ/kg
→Q3 = 27611,812 .0,9 = 24850,631 (kJ)
→ Tổng nhiệt lượng vào buồng đốt là :
Qv = Q1 + Q2 + Q3
= 23,673 + 596,177α +24850,631
= 24874,304 + 596,177α (kJ)
2.2.6.2. Nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn
Qr = Q4 + Q5 + Q6
Trong đó :
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
22

SVTH :Trần Ngọc Bắc 22


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

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 = 7,634.10-2 ( 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 = 150 0C
→ Q4 = 7,634.10-2.0,75.150 = 8,588 ( kJ )
b. Nhiệt lượng do khói mang
Q5 = Gk.Ck.Tk
Trong đó :
Gkhí : Khối lượng của chất khí trong lò.
Ckhí : Nhiệt dung riêng của khói lò.
Tk : Nhiệt độ của khói , Tk = 250°C
Ta có :
GSO2 .CSO2 + GCO2 .CCO2 + GN 2 .CN 2 + GO2 .CO2 + GH 2O .CH 2O

Ckhí =

GK

kJ/kgoC

( CT VII.42 – 112 – STT2 )

GVHD : Nguyễn Xuân Huy
23

SVTH :Trần Ngọc Bắc 23


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

GSO2 .CSO2 + GCO2 CCO2 + GN 2 C N 2 + G02 CO2 + GH 2O C H 2O

→ Q5 = (

).Tk (kJ)

Thành phần khối lượng các khí khi đốt 1 kg nhiên liệu
( Theo T112 – STT2 )
2

GCO = 0,0367.Clv = 0,0367.67,963 = 2,494 (kg/kg than)
2

GSO = 0,02.Slv
GN

2

= 0,02.3,387 = 0,068 (kg/kg than)

= 0,769.α.Lo + 0,01.Nlv
α

= 0,769. 9,077 + 0,01.1,430
= 6,980.
GO

2

α

+ 0,0143 (kg/kg than)

= 0,231.( α -1 ).Lo
α

= 0,231.( - 1).9,077
α

= 2,088.( - 1)
G

H 2O

(kg/kg than)

= ( 9.Hlv + W ).10-2 + α.Lo.xo

= (9.3,628 + 3).10-2 +
= 0,357 + 0,145.

α

α

.9,077.0,016

(kg/kg than)

Nhiệt dung riêng các khí ở nhiệt độ 250°C :
( Theo 313 - TTQTTBT2 )

2

CCO = ( 0,222 + 43.10-6.t1 ).4,18
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
24

SVTH :Trần Ngọc Bắc 24


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

= (0,222 + 43.10-6 .250).4,18
= 0,973 (kJ/kg°C)
CO

2

= ( 0,216 + 166.10-7.t1 ).4,18
= (0,216 + 166. 10-7 .250).4,18
= 0,920 (kJ/kg°C)

CN

2

= ( 0,246 +189.10-7.t1 ). 4,18
= ( 0,246 +189.10-7 .250).4,18
= 1,048 (kJ/kg°C)

2

CSO = 0,19 kcal/kgoC = 0,796 kJ/kgoC
( Hình I.157 – 197 – STT1 )
CH

2

O

= ( 0,436 + 119.10-6.t1 ).4,18
=( 0,436 + 119.10-6 .250).4.18
= 1,947 (kJ/kg°C)

Thay các giá trị trên vào ta được :
Q5 = 317,5 + 2379,5.

α

(kJ)

Nhiệt lượng mất mát :
Q6 = Qmm = 5%.Qvào
→ Q6 = 0,05.( 24874,304 + 596,177.α )
= 1243,715+ 29,809α ( kJ )
→ Tổng nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn
GVHD : Nguyễn Xuân Huy
25

SVTH :Trần Ngọc Bắc 25