đồ án sấy thùng quay xuôi chiều 2,5 tấn

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP NỘI

Khoa Công Nghệ Hóa
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Họ và tên HS - SV : Đỗ Thị Ngần
Lớp : ĐHCNH 3

Khoá: 6

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
MnO2năng suất 2,5 tấn/ giờ.
Các số liệu ban đầu:
- Độ ẩm đầu của vật liệu: 14%
- Độ ẩm cuối của vật liệu: 2%
- Nhiệt độ khói vào : 2700C .
- Nhiệt độ khói ra : 800C
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

1

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

LỜI MỞ ĐẦU

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 2,5 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: Đỗ Thị Ngần
Lớp
: ĐHCNH3 _K6

2

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆUCHUNG
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
- 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.
3

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

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.
- 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
4

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

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 tŕnh sấy
Ο

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
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
5

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

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.
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
6

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

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.
+ 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…

7

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

- 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 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 gồm
3 phần chính:
-

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 sấy sang gầu tải đưa lên silo chứa. Bên trong buồng

8

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

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:

-

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
9

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

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
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 MnO2 được sử dụng làm một điện cực của
pin
10

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

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 MnO2/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 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

11

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

1.Thùngquay

2.Vànhđiđỡ

3.ConLănđỡ

4.Bánhrăng

5.Phễuhứngsảnphẩm

6.Quạthút

7.Thiếtbịlọcbụi

8.Lòđốt

9.Conlănchặn

10.Môtơ quạtchuyểnđộng 11.Bêtông

12.Băngtải

13.Phểutiếpliệu

12.Băngtải

14.Vandiềuchỉnh

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.

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.
12

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

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:

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)

13

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

PHẦN II : TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH ĐỐT THAN

I. Các thông số ban đầu
1.Kiểu thiết bị: thiết bị sấy thùng quay,phương thức sấy xuôi chiều.
2.Tác nhân sấy: Khói lò.
- Nhiệt độ khói vào thùng sấy : 270oC
- Nhiệt độ khói ra thùng sấy

: 80oC

3.Vật liệu sấy là cát,có các thông số :
- Độ ẩm của VL trước khi sấy : W1 = 14%
- Độ ẩm của VL sau khi sấy

: W2 = 2%

- Lượng VL vào máy sấy

: 2500 kg/h

4.Điều kiện môi trường
Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiệt bị sấy :
Nhiệt độ : to =25oC
ϕo = 85%
Hàm ẩm của không khí :

xo = 0,621.

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.

14

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

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 


→xo =

= exp

0, 621.0,85.0.032
760
− 0.032.0,85
750

4026, 62 

12 −

235,5 + 25 


= 0.032 bar

= 0,017 ( 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 ).0,017
= 68,22 ( kJ/kg kkk )
Vậy, trạng thái không khí trước khi vào lò đốt
Nhiệt độ : to = 25ºC.
Độ ẩm

: φo= 85%.

Hàm ẩm : xo = 0,017 ( kg/kg kkk ).
Hàm nhiệt

: Io = 68,22 ( kJ/kg kkk ).

II. 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

H

O

N

S

W

A

x

%Khối lượng

82

4,56

3,44

1,8

4,25

4

7,6

3

15

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

Trong đó:
W: thành phần ẩm.
A : thành phần tro.
x : hàm lượng chất bốc
Chuyển các thành phần trạng thái sang trạng thái làm việc

Alv = A.

= 7,6.

Clv = C. = 82

100 − 4
100

100 − 7,6 − 4
100

= 7,29 %

= 72,49%

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

Clv

Hlv

Olv

Nlv

Slv

W

Alv

%Khối lượng

72,49

4,03

3,04

1,59

3,76

4

7,29

2.2.2 Nhiệt dung riêng của than đá
Công thức tính nhiệt dung riêng :
Ct = 837 + 3,7. to + 625.x ( J/ Kg.độ )
CT I.48_T153_STT1
Trong đó :
to : Nhiệt độ của than trước khi vào lò đốt (to = 250 )
x : Hàm lượng chất bốc (x = 3% )
Ct = 837 + 3,7.25 + 625.0,03 = 948,25 ( J/kgoC )
Ct = 948,25.10-3 ( kJ/kg.ºC ).

16

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

2.2.3.Nhiệt trị của than
Nhiệt trị cao của than :
Qc = 339.Clv + 1256.Hlv – 109.(Olv – Slv) ( kJ/kg )
CT VII.37 _T110_STT2
→ Qc = 339.72,49 + 1256.4,03 + 109.( 3,04 – 3,76)
→ Qc = 29557,31 (kJ/kg).

Nhiệt trị thấp của than :
Qth = Qc - 25.( 9H + W ) = 29557,31 - 25( 9.4,03 + 4 )
= 28550,56 ( 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 = 0,115.72,49 + 0,346.4,03 + 0,043.( 3,76 – 3,04 )
= 9,76 (kg không khí/kg than)
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 = 270

C

)

In = (2493 + 1,97.270).103 = 3024,9.103 (J/kg)
= 3024,9

(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
17

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

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 = 948,25.10-3 ( kJ/kgoC )
tn : Nhiệt độ của than ( nhiệt độ môi trường ); tn = 25oC
→

Q1 = 25.948,25.10-3 = 23,71 ( kJ )

b. Nhiệt lượng do không khí mang vào :
Q2 = Lo.Io.α
Trong đó :
Lo : Lượng không khí lý thuyết cho quá trình cháy
Lo = 9,76 kg/kg than
Io : Hàm nhiệt của không khí vào buồng đốt ( kJ/kg kkk )
Io = 68,22 ( kJ/kg kkk )
α : không khí Hệ số thừa
18

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

Q2 = 9,76.68,22.α = 665,827α ( kJ )
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 = 29557,31 kJ/kg
Q3 = 29557,31 .0,9= 26601,58 (kJ)
Tổng nhiệt lượng vào buồng đốt là :
Q v = Q1 + Q 2 + Q3
= 23,71 + 665,287α+ 26601,58
Qv = 26625,29 + 665,287α (kJ)
5.2. Nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn
Qr = Q4 + Q5 + Q6 (kJ)
Trong đó :
Q4 : Nhiêt do xỉ mang ra.
Q5 : Nhiệt do không khí mang ra khỏi buồng đốt.
Q6 : Nhiệt mất mát ra môi trường.
a. Nhiệt do xỉ mang ra :
Q4 = Gxỉ.Cxỉ.Txỉ
Trong đó :
Gxỉ : Khối lượng xỉ tạo thành khi đốt 1 kg than
Gxỉ = Alv = 7,07.10-2 ( kg/kg than )
Cxỉ : Nhiệt dung riêng của xỉ; Cxỉ = 0,75 kJ/kgoC ( Bảng I.144 – 162 _ STT1 )
Txỉ : Nhiệt độ của xỉ, chọn Txỉ = 1500C
Q4 = 7,29.10-2.0,75.150=8,20125 (kJ)
19

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

b. Nhiệt lượng do khói mang ra :
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 = 2700C
Ta có :
GSO2 .CSO2 + GCO2 .CCO2 + GN 2 .C N2 + GO2 .CO2 + GH 2O.CH 2O
GK

Ckhí =

( J/kgoC )

CT VII _T112_STT2
GSO2 .C SO2 + 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
GCO
GSO

2

2

= 0,0367.Clv = 0,0367.72,49 = 2,66 (kg/kg than)
= 0,02Slv = 0,02.3,76 = 0,075 ( kg/kg than )

2

GN = 0,769.α.Lo + 0,01.Nlv
= 0,769.9,76.α + 0,01.1,59 = 7,5α + 1,59.10-2 (kg/kg than)
GO2 = 0,23.( α -1 ).Lo = 0,23.9,76.( α -1)
= 2,2448.(α-1) (kg/kg than)
G

H 2O

= ( 9.Hlv + W ).10-2 + α.Lo.xo
= (9.4,03 + 4 ).10-2 + α.9,76.0,017
= 0,4027 + 0,166α (kg/kg than )

Nhiệt dung riêng các khí ở nhiệt độ 2700 C
20

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

2

CCO = ( 0,222 + 43.10-6.t1 ).4,18
= (0,222 + 43.10-6.270 ).4,18
= 0,9765 kJ/kgºC
CO

2

= ( 0,216 + 166.10-6.t1 ).4,18

= ( 0,216 + 166.10-6.270 ).4,18
= 1,0902J/kg°C,
2

CN = ( 0,246 +18,9.10-6.t1 ). 4,18
= (0,246 + 18,9.10-6.270 ). 4,18
= 1,0496 kJ/kg°C.
2

CSO = 0,16 kcal/kgoC = 0,67 kJ/kgoC ( Hình I.157 – T197_ STT1 )
CH

2

O

= ( 0,436 + 119.10-6.270 ).4,18
= 1,9568 kJ/kgºC

Thay các giá trị trên vào ta được :

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

Q5 = (

).Tk ( kJ )

Q5 =2893,9α + 271,39 ( kJ )
c. Nhiệt lượng mất mát :
Q6 = Qmm = 5%Qvào
Q6 = 0,05.( 26625,29 + 665,872α )
= 1331,26+ 33,29α ( kJ )
→ Tổng nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn :
Q r = Q4 + Q5 + Q6
Qr = 1610,85+ 2927,19α ( kJ )
21

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

Cân bằng nhiệt lượng lò đốt
Qv = Qr
26625,29 + 665,827α = 1610,85+ 2927,19α
α = 11,06
Giá trị α tính theo lý thuyết :

α =

Qc .ηbd + Ct .to − (9.H lv + W ).ia1 − [1 − (9.H lv + W + Alv )].Ck .t1
Lo .[x o .(ia1 − iao ) + Ck .(t1 − to )

( T57 – TTVTKHTS )
Trong đó :
Qc : Nhiệt trị cao của than; Qc = 29557,31 ( kJ/kg ).
ηbd

: Hiệu suất buồng đốt ở đây chúng ta chọn

ηbd

= 0,9.

Ct : Nhiệt dung riêng của than; Ct = 948,25.10-3.
to : Nhiệt độ không khí; to = 25ºC.
t1 : Nhiệt độ của khói ra khỏi buồng trộn; t1 = 270°C.
Ck: Nhiệt dung riêng của khói; Ck = 1,004 kJ/kgºC.
Lo : Lượng không khí lý thuyết để đốt 1kg than; Lo = 9,49 kg/kg.
xo : Hàm ẩm của không khí; xo = 0,017 kg/kg kkk.
iao : Entapin của nước trong không khí.
iao = 2493 + 1,97.25
= 2542,25 kJ/kg.
ia1 : Entapin của nước trong khói; ia1 = 2493+1,97.270=3024,9 kJ/kg

22

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

α=

-

α = 10,78
Giữa lý thuyết và thực tế, ta thấy hệ số α xấp xỉ nhau nên :
Chọn α = 11,06
2.2.7. Trạng thái của khói trước khi vào thùng sấy
2.2.7.1. Nhiệt độ của khói : t1 = 270ºC
2.2.7.2. Hàm ẩm của khói

x =

Ga
Lk

(kg/kg kkk )

- Khối lượng khói khô sau buồng hòa trộn :
Lk = α.Lo+1 – ( Alv + 9Hlv + W )
= 11,06. 9,76 + 1-( 7,29 + 9. 4,03 + 4 ).10-2

= 108,47 kg/kg than
- Lượng hơi nước chứa trong khói :
Ga = ( 9.Hlv + W ) + α.Lo.xo , kg
= ( 9.3,92 + 7 ).10-2 + 11,06 .9,76.0,017
= 2,2378 ( kg/kg than ).

Vậy hàm ẩm của khói :

23

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

x =

Ga
Lk

=

x = 0,0206 (kg/kg kkk )
3. Hàm nhiệt của khói
I1 = t1 + ( 2493 + 1,97.t1 ).x1
= 270+ ( 2493 + 1,97.270 ).0,0206

= 332,3 ( kJ/kg kkk )
4. Độ ẩm
ϕ1 =

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

Trong đó :

Pbh = exp



4026,42 
4026,42 
12 −
 = exp12 −

235,5 + t1 
235,5 + 115 



= 56,53 ( bar )

P =

760
750

( bar )

760
750
φ1 =
(0, 621 + 0, 0206).56,53
0, 0206.

ϕ
1

= 5,755.10-4 = 5,755.10-2 %

Vậy, trạng thái của khói lò trước khi vào thùng sấy
Nhiệt độ : t1 = 270 ºC.
Độ ẩm

: φ1 = 5,755.10-2 %
24

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Công Nghệ Hóa

Hàm ầm : x1 = 0,0206 ( kg/kg kkk ).

Hàm nhiệt : I1 = 332,3 ( kJ/kg kkk )

CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
3.1. Cân bằng vật liệu
3.1.1. Lượng ẩm bay hơi
W = G1. , ( kg/h)
Trong đó :
G1 : lượng manganđioxit vào thùng sấy; G1 = 2500 ( kg/h )
W1: Độ ẩm đầu của vật liệu; W1 = 14%
W2: Độ ẩm cuối của vật liệu; W2 = 2%
14 − 2
100 − 2

→ W = 2500.
= 306,12 ( kg/h )
3.1.2. Lượng manganđioxit ra khỏi thùng sấy
G2 = G1 - W =2500 – 306,12 = 2193,88 ( kg/h )
3.2. Các thông số cơ bản của thùng sấy
3.2.1. Thể tích của thùng sấy
Vt = , ( m3) (CT VII.50 – STT2-121)
Trong đó :
W : Lượng ẩm bay hơi; W = 306,12 ( kg/h )
3

.

A : Cường độ bay hơi ẩm của MnO2 chọn A = 30 kg ẩm/m h;
( Bảng VII.3 – 122 – STT2 )
25

GVHD : Nguyễn Xuân Huy

SVTH : Đỗ Thị Ngần