KHẢO NGHIỆM, THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY SẤY PHÂN VI SINH DẠNG VIÊN NĂNG SUẤT 3 TẤNGIỜ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO NGHIỆM, THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY SẤY
PHÂN VI SINH DẠNG VIÊN NĂNG SUẤT 3 TẤN/GIỜ

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ PHƯƠNG CHI
TRẦN THỊ TRANG
Ngành: CƠ KHÍ CHẾ BIẾN BẢO QUẢN NSTP
Niên khóa: 2005-2009

Tháng 7 năm 2009


KHẢO NGHIỆM, THIẾT KẾ MÁY SẤY THÙNG QUAY SẤY PHÂN VI
SINH DẠNG VIÊN NĂNG SUẤT 3 TẤN/GIỜ.

Tác giả

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG CHI
TRẦN THỊ TRANG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành:
Cơ khí chế biến và bảo quản nông sản thực phẩm.

Giáo viên hướng dẫn
TS.BÙI NGỌC HÙNG
TS.LÊ ANH ĐỨC

i


CẢM TẠ
Chúng tôi chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh.
Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí Công Nghệ.
Cùng các thầy cô trong khoa Cơ khí Công nghệ đã trang bị kiến thức cho chúng
tôi trong thời gian chúng tôi học tập tại trường.
Chúng tôi chân thành cảm ơn:
Thầy TS Bùi Ngọc Hùng, thầy TS Lê Anh Đức và các anh ở công ty cổ phần
Thiên Sinh – Komix đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian làm
đề tài.
Chân thành cảm ơn các bạn sinh viên tập thể lớp DH05CC, cùng các bạn bè, người
thân đã động viên giúp đỡ chúng tôi trong quá trình học tập tại trường cũng như trong
suốt quá trình làm đề tài.
Chân thành cảm ơn!

Sinh viên: Trần Thị Trang
Nguyễn Thị Phương Chi

ii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Khảo nghiệm, thiết kế máy sấy thùng quay sấy viên phân vi
sinh năng suất 3 tấn/giờ” được tiến hành tại Bộ môn Máy sau thu hoạch chế biến, khoa
Cơ Khí Công Nghệ, trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh – Thủ Đức – TP Hồ
Chí Minh và Công ty cổ phần Thiên Sinh – Komix, Đường ĐT 744 – An Tây – Bến
Cát – Bình Dương, thời gian từ ngày 20 tháng 3 năm 2009 đến ngày 20 tháng 7 năm

2009. Phương pháp nghiên cứu: Khảo nghiệm hoạt động của máy sấy thùng quay
trong dây chuyền sản xuất viên phân vi sinh ở Công ty cổ phần Thiên Sinh – Komix để
đánh giá và tìm ra hướng cải tiến, dựa vào kết quả khảo nghiệm và áp dụng lý thuyết
tính toán máy sấy thùng quay tính toán thiết kế máy sấy thùng quay năng suất 3
tấn/giờ. Xử lý số liệu theo phương pháp thống kê thực nghiệm.
Kết quả thu được:
- Đã tiến hành khảo nghiệm hệ thống máy sấy thùng quay sấy viên phân vi sinh
ở công ty cổ phần Thiên Sinh – Komix và thu được các kết quả sau:
+ Thùng sấy được bọc cách nhiệt nên tổn hao nhiệt thấp, ẩm độ sản phẩm sau
khi sấy tương đối đều nhưng vẫn còn khá cao.
+ Sử dụng nhiên liệu đốt là dầu FO, chi phí nhiên liệu cao.
+ Tác nhân sấy sau khi sấy xả trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm môi trường.
- Từ đó chúng tôi tìm biện pháp cải tiến để tính toán thiết kế máy sấy thùng
quay sấy viên phân vi sinh năng suất 3 tấn/giờ đạt các yêu cầu:
+ Sử dụng nhiên liệu đốt là than đá giảm được chi phí nhiên liệu đốt.
+ Tính toán thay đổi một số thông số kĩ thuật để nâng cao chất lượng sản phẩm
sấy: nhiệt độ sấy, kết cấu thùng sấy, số vòng quay thùng sấy, thời gian sấy…
+ Dùng xyclon thu hồi bụi trước khi thải tác nhân sấy ra môi trường.

iii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Quy trình sản xuất phân vi sinh dạng viên.

4

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng khói lò.

6

Hình 2.3: Sấy đối lưu.

6

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý máy sấy thùng quay.

11

Hình 2.5: Một dạng cánh đảo và chuyển động đảo trộn vật liệu
trong buồng sấy.

12

Hình 2.6: Kích thước cơ bản của xyclon.

17

Hình 4.1: Dạng cánh đảo trộn nguyên liệu trong thùng sấy.

27

Hình 4.2: Cánh xoắn.

29

Hình 4.3: Cánh nâng đổ vật liệu trong thùng sấy.

30

Hình 4.4: Quá trình sấy trên đồ thị không khí ẩm.

32

Hình 4.5: Ghi lò.

36

Hình 4.6: Lò đốt.

37

Hình 4.7: Hình dáng và kích thước bao của quạt ly tâm No7.

39

Hình 4.8: Xyclon.

42

Hình 4.9: Máng cấp liệu.

57

iv


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang

Bảng 2.1: Ảnh hưởng của σ vào dạng cánh đảo và hệ số chứa đầy β.

14

Bảng 2.2: Quan hệ giữa diện tích ghi lò và thể tích buồng đốt.

15

Bảng 4.1: Nhiệt độ của phân vi sinh sau khi sấy.

23

Bảng 4.2: Ẩm độ phân vi sinh trước khi sấy.

23

Bảng 4.3: Ẩm độ phân vi sinh sau khi sấy.

24

Bảng 4.4: Tốc độ gió.

24

Bảng 4.5: Nhiệt trị thấp của nhiên liệu.

24

Bảng 4.6: So sánh giá mua năng lượng.

25

v


MỤC LỤC
Chương 1. MỞ ĐẦU
Chương 2. TỔNG QUAN
2.1. Sơ lược về phân vi sinh.
2.2. Sơ lược về lý thuyết sấy.
2.2.1. Các khái niệm cơ bản.
2.2.2. Cơ sở lý thuyết sấy.
2.3. Cơ sở tính toán, thiết kế máy sấy thùng quay.
2.3.1. Máy sấy thùng quay.
2.3.2. Nguyên lý hoạt động.
2.3.3. Cơ sở tính toán, thiết kế máy sấy thùng quay.
2.3.4. Tính toán lò đốt.
2.4.1. Quạt.
2.4.2. Xyclon.
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN
3.1. Phương pháp nghiên cứu.
3.1.1. Phương pháp thiết kế.
3.1.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
a) Dụng cụ và phương pháp đo.
b) Phương pháp xử lý số liệu.
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Kết quả khảo nghiệm.
4.2. Đánh giá.
4.3. Kết quả tính toán thiết kế máy sấy thùng quay.
4.3.1. Các dữ liệu thiết kế.

4.3.2. Tính toán thiết kế máy sấy thùng quay.
4.3.2.1. Tính toán kích thước thùng sấy.
4.3.2.2. Số vòng quay của thùng sấy.
4.3.2.3. Thiết kế cánh đảo bên trong thùng.
4.3.2.4. Các thông số khác.
4.3.2.5. Tính toán công suất thùng quay.
4.3.2.6. Tính nhiệt cần thiết cho quá trình sấy.
4.4. Tính toán lò đốt.
4.5. Tính toán chọn quạt.
4.6. Tính toán chọn xyclon.
4.7. Băng tải.
4.8. Truyền động cho thùng.
4.8.1. Truyền động xích.
4.8.2. Tính các bộ truyền bánh răng trong hộp giảm tốc.
vi

1
3
3
5
5
7
11
11
12
12
14
16
17
20

20
20
20
20
21
22
22
26
28
28
28
28
28
29
30
31
31
34
37
40
42
44
44
46


4.8.3 Tính toán bộ truyền bánh răng truyền động cho thùng.
4.9. Tính toán máng cấp liệu.
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
5.1. Kết luận.

5.2. Đề nghị.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

vii

53
57
59
59
59
60


Chương 1
MỞ ĐẦU
Nước ta hiện nay vẫn đang là một nước nông nghiệp, vì vậy trồng trọt và chăn
nuôi luôn đóng góp một thị phần lớn vào ngân sách nhà nước hàng năm. Trong đó
ngành trồng trọt giữ vai trò quan trọng và đã có những bước tiến đáng kể: năng suất và
chất lượng cây trồng tăng, đáp ứng ngày càng cao nhu cầu trong nước và xuất khẩu.
Sự phát triển của ngành trồng trọt không thể tách rời với sự phát triển của ngành sản
xuất phân bón. Đặc biệt trong thời gian gần đây, khi mà có sự cạnh tranh mãnh liệt
giữa những nông sản thì vai trò của phân bón càng quan trọng và phân bón trở nên gần
gũi với nhà nông hơn. Nhờ sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật mà phân bón trở nên
phong phú, đa dạng hơn về chủng loại.
Ngày nay, đa số phân bón được sử dụng ở dạng hỗn hợp rời và viên, trong đó
dạng viên vẫn được ưu ái sử dụng nhiều hơn so với dạng bột. Vì ở dạng viên cây trồng
sử dụng các dưỡng chất hợp lý hơn, hạn chế thất thoát và hạn chế ô nhiễm cho con
người trong quá trình sử dụng. Cả hai loại này nếu ở ẩm độ thích hợp sẽ sử dụng được
trong thời gian dài mà vẫn đảm bảo thành phần dinh dưỡng cho cây trồng. Trong số
các loại phân dạng viên phải kể đến phân vi sinh, là loại phân vừa tốt cho cây trồng

vừa thân thiện với môi trường.
Phân vi sinh sau khi được tạo viên có độ ẩm khá cao, để bảo quản phân trong
thời gian dài, đảm bảo thuận tiện cho việc vận chuyển, giảm chi phí công lao động, cơ
giới hóa quy trình sản xuất, sản phẩm đầu ra không phụ thuộc vào thời tiết,…thì viên
phân vi sinh phải được làm khô. Có nhiều cách làm khô phân vi sinh, có thể phơi hoặc
sấy, tuy nhiên dùng phương pháp sấy có nhiều thuận lợi hơn. Do đặc điểm của phân vi
sinh sau khi vo viên có độ cứng cơ học thấp, ẩm độ cao và do quy mô sản xuất lớn nên
sử dụng máy sấy thùng quay làm việc liên tục có tính tối ưu cao.

1


Được sự chấp nhận của ban chủ nhiệm khoa cùng với sự hướng dẫn của TS Bùi
Ngọc Hùng và TS Lê Anh Đức chúng tôi thực hiện đề tài “Khảo nghiệm, đánh giá,
thiết kế máy sấy thùng quay sấy phân vi sinh năng suất 3 tấn/giờ”.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là khảo nghiệm đánh giá hoạt động của máy sấy
thùng quay năng suất 1 tấn/giờ trong dây chuyền sản xuất phân vi sinh dạng viên ở
công ty cổ phần Komix. Từ kết quả khảo nghiệm này, chúng tôi tiến hành đánh giá và
nghiên cứu, thiết kế máy sấy thùng quay năng suất 3 tấn/giờ. Nghiên cứu tính toán
thiết kế lò đốt sử dụng nhiên liệu đốt là than đá thay thế cho cho lò đốt dầu FO (fuel
oil). Với nhiên liệu than đá làm giảm giá thành sản phẩm sấy, nâng cao tính cạnh tranh
của sản phẩm sấy. Tính toán, lựa chọn thiết bị thu hồi bụi trước khi thải tác nhân sau
khi sấy ra môi trường.
Máy sấy thùng quay có thể sấy những nguyên liệu có ẩm độ cao và có tính kết
dính do thùng và các cánh quay đảo trộn liên tục trong quá trình sấy, máy làm việc liên
tục nên thời gian sấy ngắn nên được sử dụng nhiều trong sấy hóa chất.

2

Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Sơ lược về phân vi sinh.
Phân vi sinh hiểu theo nghĩa chung nhất là chế phẩm chứa các vi sinh vật sống
có hoạt lực cao đã được tuyển chọn, thông qua các hoạt động của nó tạo ra các chất
dinh dưỡng cho đất và cây trồng làm cho cây trồng phát triển tốt hơn.
Phân vi sinh là hỗn hợp các nguyên liệu có nguồn gốc hữu cơ như than bùn, các phụ
phế phẩm trong sản xuất đời sống, trong sản xuất nông nghiệp và công nghiệp thực
phẩm như rác sinh hoạt, bã bùn, phân gia súc, gia cầm, vỏ trấu, vỏ đậu phụng, đậu
nành đã được lên men…và một số thành phần vô cơ khác như bột photphorit, bột
apatit, bột xương, bột vỏ sò…để bổ sung thành phần đạm, kali, … Như vậy phân hữu
cơ vi sinh rất gần gũi vì nguồn nguyên liệu hữu cơ luôn có xung quanh đời sống của
chúng ta.
Có nhiều quy trình chế biến phân hữu cơ vô sinh. Có thể là phối trộn dựa chủ
yếu vào hệ vi sinh vật hoang dại có sẵn trong phân, rác và một phần do tác dụng của
các acid mùn (acid humic, fulvic,…) có sẵn trong than bùn. Cũng có một số cơ sở đã
sử dụng các phế phẩm vi sinh vật để ủ than bùn hoặc các chất phế thải như vỏ bã cà
phê. Có cơ sở lại dùng các chủng vi sinh vật trong việc chuyển hóa các chất hữu cơ
sang dạng mùn, sản xuất thành chế phẩm micromix 3…Tất cả đều có những ưu và
nhược điểm nhưng nhìn chung phân vi sinh đều thân thiện với môi trường, nguồn
nguyên liệu hữu cơ dồi dào luôn luôn có sẵn xung quanh đời sống chúng ta, sử dụng
phân vi sinh sẽ giảm việc sử dụng lượng phân bón hóa học, tiết kiệm chi phí sản xuất,
tăng năng suất cây trồng.
Đã có những thử nghiệm về ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên một số loại
cây trồng như lúa, ngô, cây ăn quả như nhãn, vải,… tại Hà Nội, Vĩnh Phúc, Phú Thọ,
Hải Dương, Đăk Lăk,… nông dân đều cho nhận xét bón phân vi sinh làm cây phát
3


triển tốt, đất tốt hơn và cây trồng giảm hẳn sâu bệnh so với sử dụng các loại phân bón

hóa học.
Các kết quả nghiên cứu ở các nước như Mỹ, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan,…
cũng cho thấy sử dụng phân vi sinh có thể cung cấp cho đất, cây trồng lượng nitơ đáng
kể, phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu ủ phân vi sinh nhưng nhìn chung lượng
nitơ cung cấp cho đất ở khoảng 30-60 kg nitơ/hecta/năm, có thể thay thế 1/3 đến 1/2
lượng phân hóa học.
● Các tính chất cơ lý của phân hữu cơ vi sinh dạng viên [ Theo TL 9]
- Hình dạng tương đương hình cầu.
- Có đường kính tương đương d = (3 ÷ 5)mm.
- Ẩm độ nguyên liệu khi đưa vào sấy W1 = 27%
- Ẩm độ sản phẩm sau sấy W2 = 20%
- Khối lượng thể tích ρv = 650 ÷ 850 (kg/m3).
- Góc tự chảy 300 ÷ 450. Trong một số trường hợp góc tự chảy > 600.
- Hệ số ma sát của vật liệu với thép: k = 0,7.
- Màu sắc có thể là nâu thẩm hoặc màu đen.
- Chất khô chiếm (70 ÷ 80)%.
Hỗn hợp nguyên
liệu (hữu cơ,vô
cơ)

Làm nguội

sàng

Ủ (yếm khí,
hiếu khí)

Nghiền
(đánh tơi)

Sấy

Cân định
lượng vô bao

Vo viên
(tạo hình)

Trộn

Nghiền
(đánh tơi)

Định lượng (bổ sung
các chuẩn vi sinh vật)

Lưu kho hoặc
chuyển giao

Hình 2. 1. Quy trình công nghệ sản xuất phân vi sinh dạng viên.

4


2.2. Sơ lược về lý thuyết sấy.
2.2.1. Các khái niệm cơ bản.
● Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy nhờ tác nhân sấy. Tác nhân sấy có
thể là không khí, khói lò, hơi quá nhiệt, hặc một số dịch thể lỏng như dầu mỏ hoặc dầu
thực vật.
● Vật liệu ẩm.

Những vật liệu đem đi sấy phải có chứa một lượng ẩm nhất định. Trong quá trình
sấy, chất lỏng bay hơi, độ ẩm của nó giảm đi. Trạng thái của vật liệu ẩm thường được
xác định bởi độ ẩm của nó.
Ẩm độ của vật liệu là yếu tố quan trọng quyết định thời gian sấy và bảo quản vật
liệu.
Ẩm độ của vật liệu được định nghĩa:

(2-1)

Ẩm độ cân bằng của vật liệu là mức ẩm độ mà tại đó vật liệu không hút và không
nhả ẩm. Ẩm độ cân bằng của mỗi loại vật liệu sẽ khác nhau và thay đổi tùy thuộc vào
nhiệt độ và ẩm độ tương đối của không khí.
● Tác nhân sấy.
Tác nhân sấy là chất tách ẩm từ vật liệu sấy và mang ẩm ra môi trường. Tác nhân
sấy phổ biến là không khí ẩm và khói lò.
Không khí ẩm là một hỗn hợp của không khí khô và hơi nước.
Khói lò được tạo ra khi đốt các loại nhiên liệu như than đá, củi, dầu nặng, …Khói
lò có thể là nguồn cung cấp nhiệt gián tiếp để đốt nóng tác nhân sấy hoặc dùng làm tác
nhân sấy trực tiếp. Thành phần của khói gồm khói khô và hơi nước. Vì vậy với tư cách
là một tác nhân sấy, ta có thể xem khói lò như một dạng nào đó của không khí ẩm.

5


Hình 2. 2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng khói lò.
● Phương pháp sấy.
Có nhiều phương pháp sấy: sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bức xạ, …
Sấy đối lưu:
Không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc
độ phù hợp, chuyển động bao quanh vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi

theo tác nhân sấy.
Tác nhân sấy có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng
chuyển động của vật liệu sấy. Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ hoặc liên tục.

Vật liệu sấy

Hình 2. 3. Sấy đối lưu
● Chế độ sấy.
Chế độ sấy được hiểu đơn giản là tổ chức quá trình truyền nhiệt, truyền chất giữa
tác nhân sấy với vật liệu sấy và các thông số của nó để đảm bảo năng suất hệ thống sấy
theo yêu cầu, chất lượng sản phẩm tốt, chi phí vận hành, chi phí năng lượng hợp lý.
Chế độ sấy trong hệ thống sấy bao gồm các yếu tố: nhiệt độ tác nhân sấy khi vào
thiết bị sấy và khi ra khỏi thiết bị sấy, tốc độ tác nhân sấy.

6


Chọn chế độ sấy phụ thuộc vào sự làm việc của thiết bị và các tính chất của vật
liệu sấy.
● Thời gian sấy.
Thời gian sấy phụ thuộc vào loại vật liệu sấy, hình dáng kích thước hình học của
vật liệu, ẩm độ đầu và cuối của vật liệu, loại thiết bị sấy, phương pháp cấp nhiệt, chế
độ sấy.
2.2.2. Cơ sở lý thuyết sấy.
● Phương trình cân bằng nhiệt.
Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:
Qthu = Qchi
Với

(2-2)

Qthu = B.Qt
Qchi = Q + Qtt

Trong đó: B – khối lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ.
Qt – nhiệt trị thấp của nhiên liệu.
Q – lượng nhiệt cần thiết dùng cho quá trình sấy.
Qtt – lượng nhiệt tổn thất ra môi trường.
● Lượng ẩm bốc hơi từ sản phẩm sấy:
W −W

W −W

1
2
1
2
∆W = m1 .100 − W = m 2 .100 − W , (kg/h)
1
2

(2-3)

Trong đó: m1 – khối lượng vật liệu đưa vào sấy (kg/h).
m2 – khối lượng sản phẩm sau khi sấy (kg/h).
W1, W2 - ẩm độ vật liệu trước và sau khi sấy (%).
● Tính toán nhiệt trong quá trình sấy.
- Lượng không khí cần thiết dùng làm tác nhân sấy cho 1 kg ẩm bốc hơi:
1000

l = X − X , (kg kkk/kg ẩm bốc hơi).
2
0

(2-4)

Với: X2 – hàm lượng ẩm của không khí sau khi sấy (g/kg kkk).
X0 – hàm lượng ẩm ban đầu của không khí trước khi được đun nóng (g/kg kkk).
- Lượng nhiệt cần thiết dùng cho quá trình sấy:
+ Nhiệt lượng dùng để cung cấp cho 1 kg ẩm bốc hơi:
q = l.(0,24+0,00047.X0).(t1-t0) , (kcal/kg ẩm bốc hơi)
7

(2-5)


Hoặc

q = l.(I3-I0)

Trong đó: t0(0C) – nhiệt độ ban đầu của không khí.
t1(0C) – nhiệt độ của không khí đi vào thiết bị sấy.
+ Lượng không khí cần thiết tiêu tốn trong 1 giờ:
L = ΔW.l

(kg/h).

(2-6)

+ Lượng nhiệt cần thiết tiêu tốn trong 1 giờ:

Q1 = ΔW.q

(kcal/h).

(2-7)

Nhiệt tiêu tốn dùng để đun nóng sản phẩm sấy từ nhiệt độ t0 lên nhiệt độ t1:
Q2 = m1.Csp.(t1b – t0)

(kcal/h).

(2-8)

Trong đó: m1 – khối lượng vật liệu ban đầu đưa vào sấy (kg/h).
t1b – nhiệt độ đun nóng cho phép của nguyên liệu sấy (0C).
Csp – nhiệt dung riêng của vật liệu sấy (kcal/kg.độ), lấy trung bình
của Csp vào và Csp ra hoặc được tính:
Csp =

Cck .(100 − w ) + Cn .w

(kcal/kg.độ)

100

Cck – nhiệt dung riêng của chất khô (kcal/kg.độ). Vì phân vi sinh mà
ta đang sử dụng cho hệ thống có nguồn gốc từ than bùn nên có Cck = 4,2
(kJ/kg.độ) = 1,005 (kcal/kg.độ).
Cn – nhiệt dung riêng của nước (kcal/kg0C). Cn = 1 (kcal/kg.độ)
Nhiệt tổn thất Qtt trong quá trình sấy bao gồm nhiệt tổn thất ra môi trường

xung quanh, đun nóng thiết bị sấy. Theo nhiều tài liệu thì:
Q tt = (8% ÷ 12% )* Q1

(2-9)

● Xác định hệ số năng lượng hữu ích của thiết bị sấy.
η hi =

Trong đó:

q hi
q sd

(2-10)

q hi - nhiệt hữu ích thực tế cho quá trình sấy.

q hi =

X3 − X0
.r
100

(2-11)

r- nhiệt hóa hơi của nước, được xác định theo nhiệt độ trung bình của sản
phẩm sấy.

t tb =

t0 + t2 p

(2-12)

2
8


t0, t2p – nhiệt độ ban đầu và cuối sản phẩm sấy (0C).
qsd - nhiệt lượng tiêu tốn thực tế sử dụng cho quá trình sấy
q sd = C tb * ( t 1 − t 2 ) (kJ/kgkkk)

(2-13)

Ctb – tỷ nhiệt trung bình của không khí.
Ctb = Ckkk + Chn

(2-14)

Ctb = 0,24 + 0,00047*X0 (kcal/kg0C)

(2-15)

Ckkk – tỷ nhiệt của không khí khô.

Chn – tỷ nhiệt của hơi nước
η hi =

Vậy

r * (X 2 − X1 )
C tb * (t 1 − t 0 ) *1000

(2-16)

● Xác định hệ số hữu ích của nhiên liệu cháy (cháy tốt hay xấu).
C tb * (t 1 − t 0 )
B y * Q PH

ηt =

(2-17)

By : tổn thất riêng của nhiên liệu cho 1 kg không khí khô.
By =

B

(2-18)

L

B : lượng nhiên liệu tiêu tốn (kg/h)
L : lượng không khí tiêu tốn cho quá trình sấy (kg kkk/h).
Q PH - nhiệt trị trung bình của nhiên liệu (kcal/kg).

Vậy hệ số hữu ích chung sẽ là.
ηchung = η hi * η t =

Trong đó

L = ΔW *

(X 2 − X1 )* r

(2-19)

B y * Q PH *1000

1000
X 2 − X1

⇒ ηchung =

r * ΔW
B * Q PH

(2-20)

● Tính lượng nhiên liệu cần thiết cho quá trình cháy.
Q=

Q cal
η * Q PH

(2-21)

η - hiệu suất lò đốt, với mùa đông η = 0,85 và mùa hè η = 0,9 .

● Tính toán nhiệt quá trình cháy.

Tính toán nhiệt quá trình cháy cần xác định khối lượng sản phẩm cháy, hàm
lượng ẩm và enthalpy, xác định chất lượng nhiên liệu cháy trong lò và điều kiện cháy

9


của nó. Chất lượng nhiên liệu rắn và lỏng đặc trưng bởi thành phần của chúng trong
nhiên liệu.
C + H + O + N + S + W + A = 100%.

(2-22)

Với C (cacbon), H (hydro), O (oxy), N (nito), S (sunfua), W (nước), A (tro).
Nhiệt trị cao của nhiên liệu theo công thức của Menđêlêep
Qc = 418.10-5[ 81C + 300H – 26(O – S) ]

MJ/kg.

(2-23)

Khối lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu
2,67C + 8H + S − O
(kg/kg nhiên liệu).
23

g0 =

(2-24)

Khối lượng không khí thực tế để đốt cháy 1 kg nhiên liệu

gt = α.g 0

(2-25)

α – hệ số không khí thừa.

(9H − W ) I

⎛ 9H + W + A ⎞
− ⎜1 −
⎟.C Kr .t
100
100
⎠
⎝
⎡ d
⎤
g 0 .⎢ 0 (I hr − I h 0 ) + C Kr .(t − t 0 )⎥
⎣1000
⎦

Q c + C T .t −

α=

hr

(2-26)

Với: CT – nhiệt dung riêng của nhiên liệu (kJ/kg.độ).

Ihr – Enthalpy của hơi ở nhiệt độ của hỗn hợp đưa vào buồng sấy.
Ihr = 2500 + 1,842t (kJ/kg) = 597 + 0,44t (kcal/kg).

(2-27)

CKr – nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí khô. Nếu nhiệt độ của hỗn hợp này không quá
2000C thì nhiệt dung của nó có thể lấy bằng 1,004 (kJ/kg.độ) = 0,24 (kcal/kg.độ).
Ih0 – enthalpy của hơi chứa trong không khí ngoài trời, nhiệt độ t0.
Hàm lượng ẩm của sản phẩm cháy.
9000H + 1000W + 100g 0 d 0

dr = 100(αg + 1) − (A + 9H + W )
0

(g/kgkkk).

(2-28)

Khối lượng khí lò.
gK = αg 0 + 1 −

A 9H + W
−
(kg).
100
100

(2-29)

Nhiệt độ trong lò.

Q t .ηl

tl = (αg + 1).C (0C).
0
pc

(2-30)

10


Với: ηl – hiệu suất của lò, tính tới tổn thất cơ và hóa cháy không hoàn toàn và tổn
thất qua thành lò vào môi trường, ηl = 0,85÷0,95.
Cpc – nhiệt dung trung bình của sản phẩm cháy.
Qt – nhiệt trị thấp của nhiên liệu.
Qt = Qc – 6(9H + W) (kcal/kg).

(2-31)

Hoặc Qt = Qc – 0,223H – 0,025W (MJ/kg).

(2-32)

2.3. Cơ sở tính toán, thiết kế máy sấy thùng quay.
2.3.1. Máy sấy thùng quay.
Máy sấy thùng quay thường dùng để sấy hạt, cục nhỏ.
Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ tròn được
đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc nhỏ α, thùng sấy quay với tốc độ
(1,5 ÷ 8) vòng/phút thông qua cơ cấu truyền động. Thùng sấy được đỡ trên các con
lăn.

Mô hình máy sấy thùng quay.

Hình 2. 4. Sơ đồ nguyên lý máy sấy thùng quay.
1 – lò đốt

2 – ống dẫn khói lò

3 – buồng hòa trộn

4 – máng cấp liệu

5 – thùng sấy

6 – cơ cấu tháo liệu

7 – xyclon lọc bụi

8 – quạt

9 – băng tải

10, 12 – con lăn

11 – cơ cấu truyền động

11


Để tăng cường quá trình đảo trộn và quá trình trao đổi nhiệt và ẩm giữa vật liệu
sấy với tác nhân sấy, người ta bố trí trong thùng sấy các cánh đảo trộn.

Hình 2. 5. Một dạng cánh đảo và chuyển động đảo trộn vật liệu trong buồng sấy.
2.3.2. Nguyên lý hoạt động.
Vật liệu sấy theo máng cấp liệu (4) vào thùng sấy (5) cùng với tác nhân sấy là
hỗn hợp khói lò và không khí. Thùng sấy quay nhờ bộ truyền động (11). Khi thùng sấy
quay tròn, vật liệu sấy vừa bị xáo trộn nhờ các cánh trộn bên trong thùng, vừa chuyển
động từ đầu nạp đến đầu xả của buồng sấy. Trong quá trình này vật liệu sấy và tác
nhân sấy trao đổi nhiệt và ẩm cho nhau. Vật liệu sấy đi hết chiều dài thùng sấy được
sấy khô và được đưa ra băng tải nhờ cơ cấu tháo liệu (6). Tác nhân sấy đi qua xyclon
(7) để thu hồi bụi và vật liệu sấy cuốn theo, thải khí sạch ra môi trường.
2.3.3. Cơ sở tính toán, thiết kế máy sấy thùng quay.
■ Đặc trưng của máy sấy thùng quay.
● Đặc trưng hình học.
L
= 3,5 ÷ 7
D

(2-33)

Trong đó:
L – chiều dài thùng sấy (m).
D – đường kính thùng sấy (m).

12


●Độ điền đầy β: là tỷ số giữa thể tích mà hạt chiếm chỗ so với thể tích của
thùng sấy.
Thường β lấy trên dưới 30%.
● Cường độ bốc hơi ẩm A: là khối lượng ẩm bốc hơi được trong một đơn vị

thời gian sấy của một m3 thể tích thùng sấy.
A=

W
(kg ẩm/m3.h)
V

(2-34)

Trong đó :
W (kg ẩm/h) - là khối lượng ẩm cần bốc hơi trong 1 giờ của vật liêu sấy.
V (m3) - thể tích thùng sấy.
■ Xác định kích thước thùng sấy.
Thể tích thùng sấy.
V=

G 1 .τ
3
γ.β (m )

(2-35)

Trong đó:
V - thể tích thùng sấy
G1 – khối lượng vật liệu đi vào thùng sấy.
G1 = W + G2

(2-36)

W – lượng ẩm bốc ra trong quá trình sấy.

G2 – khối lượng sản phẩm sau sấy.
τ – thời gian sấy.

β – hệ số điền đầy.
γ – khối lượng thể tích của vật liệu sấy.
■ Số vòng quay của thùng sấy.
n=

L
aτDtgα (vòng/phút).

(2-37)

Trong đó:
a – hệ số phụ thuộc vào dạng ô đệm bên trong thùng (của cơ cấu chuyển dời) và
đường kính thùng quay.
Khi D = (1,2 ÷ 2,8) m, đối với ô đệm nâng a = 1,2; đối với ô đệm thẳng
a = 0,6 ÷ 0,4; đối với ô đệm ổ a = 0,65 ÷ 0,33.
α – góc nghiêng của thùng.
13


τ – thời gian sấy.
τ=

Vγβ
(giờ)
G

(2-38)

γ – khối lượng riêng của vật liệu sấy (kg/m3).
G – khối lượng sản phẩm nạp vào thùng quay (kg/giờ).
■ Công suất của máy sấy thùng quay.
Công suất để quay thùng sấy N được xác định theo thực nghiệm
N = 0,0013.Dt3 .L.γ .n.σ (kW)

(2-39)

Trong đó σ - hệ số công suất, phụ thuộc vào dạng cánh và hệ số chứa đầy.
Có thể tra σ theo bảng 2.1.
Bảng 2.1. Ảnh hưởng của σ vào dạng cánh đảo và hệ số chứa đầy β.
Dạng cánh đảo

β

0,1

0,15

0,2

0,25

0,038

0,053

0,063

0,071

0,023

0,026

0,038

0,044

Cánh dạng quạt

0,015

0,018

0,020

0,022

Cánh đảo trộn

0,006

0,008

0,010

0,011

Cánh nâng, đổ
Cánh phân chia

σ

■ Công suất động cơ.
N dc =

N

(2-40)

η

η – hiệu suất truyền động.
η = η 12. η 2. η3
Trong đó:
η1 – hiệu suất của một cặp ổ lăn.
η2 – hiệu suất của bộ truyền bánh răng trụ.
η3 – hiệu suất của bộ truyền đai.
2.3.4. Tính toán lò đốt.
■ Công suất lò đốt.
PL = GQ .(I2 – I1)

(MJ/giờ)

(2-41)

Với: I1, I2 – enthalpy của tác nhân sấy ứng với nhiệt độ môi trường và nhiệt độ sấy
(kJ/kg).

GQ – lưu lượng khói (kg/s).
14


GQ =

VQ

(2-42)

v

VQ – lưu lượng thể tích của quạt (m3/s).
v – thể tích riêng của tác nhân sấy ở nhiệt độ sấy (m3/kg).
■ Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ.
PL

B = Q .η
t
Trong đó:

(kg/h).

(2-43)

Qt – nhiệt trị thấp của nhiên liệu (MJ/kg).
η – hiệu suất nhiệt chung của máy sấy (%).

■ Thể tích buồng đốt.
Vbđ =

Trong đó:

Q t .B
(m3).
q

(2-44)

Qt – nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kcal/kg).
B – lượng nhiên liệu tiêu tốn trong 1 giờ (kg/h).
q – mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt (kcal/m3.h).

Với than đá, q = (250÷300).103 (kcal/m3.h) = (290÷348).103 (W/m3).
■ Diện tích ghi.
F=

B
(m2).
b

(2-45)

b – cường độ cháy của nhiên liệu trên ghi (kg/m2.h)
Diện tích ghi lò thực tế thường lớn hơn diện tích bề mặt ghi tính toán khoảng
(10÷15)% .
■ Chiều cao lò đốt [ Theo TL 12).
Bảng 2.2. Quan hệ giữa diện tích ghi lò và chiều cao buồng đốt.
Diện tích ghi lò (m2)

Chiều cao buồng đốt

0,5

1 ÷ 1,2

0,1

1,2 ÷ 1,4

1,5

1,4 ÷ 1,5

>1,5

Không quá 1,6

■ Chiều dày lớp nhiên liệu trên ghi.
h=

B
ρ nl .F (m).

(2-46)
15


ρnl – khối lượng riêng của nhiên liệu trên ghi (kg/m3).
2.4. Các thiết bị phụ trợ.

2.4.1. Quạt.
Quạt trong hệ thống sấy thường dùng quạt ly tâm hoặc quạt hướng trục. Việc
chọn loại quạt phụ thuộc vào đặc trưng của hệ thống sấy, trở lực mà quạt phải khắc
phục, năng suất mà quạt cần phải tải đi, nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy.
Ta chọn quạt cho hệ thống sấy thùng quay là quạt ly tâm dùng để hút tác nhân
sấy từ lò đốt vào buồng hoà trộn và đẩy tác nhân sấy vào thùng sấy.
Cột áp toàn phần của quạt bằng tổng tất cả các trở lực của hệ thống sấy: trở lực
qua đường ống, trở lực cục bộ, trở lực qua xyclon và áp suất động của khí thoát.
+ Trở lực qua đường ống: bao gồm trở lực qua thùng sấy và trở lực của các
đoạn ống nối từ buồng hòa trộn qua thùng sấy, từ thùng sấy qua xyclon, từ xyclon qua
quạt. Trở lực qua đường ống được tính theo công thức:
ΔPống = f .

ρ .v 2 L
2

.

(2-47)

D

Trong đó:
f – hệ số ma sát, tùy trường hợp tính theo một trong 3 công thức sau:
+ Chế độ chảy tầng, khi Re < 2300: f =

64
Re

+ Chế độ chảy rối trong ống trơn, khi 104 < Re < 5.104: f =

+ Chế độ chảy rối với ống có độ nhám:

(2-48)
0,316
Re0,25

⎛ ε
1
2,51
= −2.log ⎜
+
⎜
f
⎝ 3, 7.D Re. f

(2-49)
⎞
⎟⎟ (2-50)
⎠

Thực tế, xác định f bằng đồ thị Moody.
Chuẩn số Reynolds: Re =

v.ρ .D

(2-51)

μ

Với: ρ – khối lượng riêng không khí (kg/m3).

μ – độ nhớt không khí (Ns/m2).
v – tốc độ trung bình trong ống (m).
D – đường kính ống tròn (m). Nếu ống chữ nhật có kích thước a,b thì thay
D = 4{(a.b)/[2.(a+b)]}.
+ Trở lực cục bộ.
16


ΔPcb = CL.Pđ-L

(2-52)

Trong đó:
CL – hệ số tổn áp.
Pđ-L – áp suất động của dòng khí.
Pđ-L =

ρ .v 2

(2-53)

2.g

2.4.2. Xyclon.
Trong hệ thống sấy thùng quay dùng tác nhân sấy khói lò, ta dùng xyclon để
khử bụi trước khi thải tác nhân sấy ra môi trường.
Theo kinh nghiệm, diện tích tiết diện ống chính giữa xyclon nên lấy bằng (3÷4)
lần tiết diện ống dẫn khí vào. Tốc độ tác nhân sấy trong ống dẫn không nên vượt quá
(20÷25) m/s nhưng phải lớn hơn 15 m/s. Thể tích xyclon tính theo lưu lượng tác nhân
sấy lấy xấp xỉ 0,6m3 cho một m3 tác nhân sấy đưa vào.

Hình 2. 6. Kích thước cơ bản của xyclon.
■ Tính toán xyclon.
- Bán kính ống tâm.
r1 =

Vs

(2-54)

πωr
17