Thiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kgh

Đồ án môn học
3.1 giới thiệu
3.2 tổng quan
3.3 chọn và thuyết minh quy trình công nghệ

2 tuần

3.4 tính toán công nghệ thiết bị chính

2 tuần

3.5 tính toán kết cấu thiết bị chính

3 tuần

3.6 tính và chọn thiết bị phụ

3 tuần

3.7 kết luận
Thông số vật liệu

Kỹ thuật sấy TS Trần Văn Phú


1.GIỚI THIỆU
1.1 Nội dung đồ án
Thiết kế máy sấy thùng quay dùng để sất cát với năng suất 2000 kg/h
1.2 Thông số tính toán
Vật liệu sấy: cát
Thông số:

-

Nhiệt độ vào : 27 OC
Độ ẩm đầu vào
Độ ẩm đầu ra
Năng suất đầu ra: 2000 kg/h

Tác nhân sấy: khói lò
Thông số:
-

Nhiệt độ vào: 800 OC
Nhiệt độ ra : 160 OC


2.TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về sấy
Quá trình sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt. Nhiệt được
cung cấp cho vật liệu ẩm bằng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng điện trường
có tần số cao. Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ bền và
bảo quản được tốt.
Trong quá trình sấy, nước được cho bay hơi ở nhiệt độ bất kì do sự khuếch tán bởi sự
chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Sấy
là một quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian.
Tùy theo quá trình cấp nhiệt cho ẩm mà người ta phân ra các phương pháp sấy khác
nhau: 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: Sấy
trong trường siêu âm, sấy thăng hoa, …
Đối tượng của quá trình sấy đa dạng: bao gồm nguyên liệu bán thành phần và thành
phẩm trong các giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất và chế biến, thuộc nhiều lĩnh vực

kinh tế khác nhau. Nói một cách khác, kỹ thuật sấy được ứng dụng rộng rãi trong các ngành
công nghiệp và đời sống.
2.2 Tổng quan về nguyên liệu sấy.
Cát là vật liệu dạng hạt nguồn gốc tự nhiên bao gồm các hạt đá và khoáng vật nhỏ và
mịn. Khi được dùng như là một thuật ngữ trong lĩnh vực địa chất học, kích thước cát hạt cát
theo đường kính trung bình nằm trong khoảng từ 0,0625 mm tới 2 mm (thang Wentworth sử
dụng tại Hoa Kỳ) hay từ 0,05 mm tới 1 mm (thang Kachinskii sử dụng tại Nga và Việt
Nam hiện nay). Một hạt vật liệu tự nhiên nếu có kích thước nằm trong các khoảng này được
gọi là hạt cát.
Cát thủy tinh là những loại cát chứa trên 95% SiO2, tạp chất nhuộm màu không lớn, Cát
thạch anh được gọi chung là những loại cát chứa trên 98% SiO2 và đến 1,5 % Al2O3. Trong
các loại vật liệu dùng để nấu thủy tinh, cát thạch anh chiếm tới 86%, cát cuội 12%, thạch anh
2%
Trong đồ án này, cát được chọn là cát thạch anh. Cát thạch anh sau khi khai thác, được
đưa qua quá trình tuyển rửa, sau đó li tâm tách nước đến độ ẩm 10%. Sau đó cần sấy cát tới
độ ẩm 2% để tạo sự đồng đều với các nguyên liệu còn lại trong quy trình sản xuất thủy tinh
đạt yêu cầu trong khâu cấp phối liệu thủy tinh
2.3 Hệ thống sấy thùng quay
Hệ thống sấy thùng quay là một trong các hệ thống sấy đối lưu chuyên dùng để sấy các vật
liệu sấy dạng hạt hoặc mảnh nhỏ như hạt ngũ cốc, mì chính, v.v…
 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.

Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay gồm 3 phần chính :
-

Buồng đốt
Thùng sấy
Hệ thống thông gió thu hồi bụi cuối lò

Cấu tạo chính của hệ thống sấy thùng quay là thùng sấy. Thùng sấy là một hình trụ tròn
trong đó có đặt các cánh xáo trộn để phân cùng hoặc không. Thùng sấy được đặt nghiêng
với mặt phẳng nằm ngang theo tỷ lệ (1/15 - 1/50) trên hai ổ lăn với một cơ cấu chuyển động
nhờ bánh răng.
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 đề các vật liệu đều theo tiết diện thùng vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc. Cấu tạo của các
loại đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước vật liệu sấy và độ ẩm của nó.

..

3.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
3.1 quy trình công nghệ

Cát

Khí ra

Băng
chuyền

Quạt
hút

Không khí

Quạt
đẩy

Không khí

Than

Lò đốt

Xỉ lò

Lọc bụi

Buồng hòa

trộn

Thùng sấy

Băng
chuyền

xyclon

Bụi thải

Cát khô

3.2. vận hành
Vật liệu sấy là cát được đưa vào thùng sấy bằng hệ thống băng chuyền. Cát khi vào thùng
sấy chuyển động cùng chiều với tác nhân sấy. Không khí được quạt thổi vào lò đốt than.
Khói lò sinh ra được sử dụng làm tác nhân sấy. Dòng tác nhân sấy được gia tốc bằng quạt
đẩy đặt ở trước thiết bị, và quạt hút đặt cuối thiết bị.Thùng sấy có dạng hình trụ đặt nằm
nghiêng một góc 1-60 so với mặt phẳng ngang, được đặt trên một hệ thống các con lăn đỡ và
chặn. Chuyển động quay của thùng được thực hiện nhờ bộ truyền động từ động cơ sang hộp
giảm tốc đến bánh răng gắn trên thùng. Bên trong thùng có gắn các cánh nâng, dùng để
nâng và đảo trộn vật liệu sấy, mục đích là tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu sấy và tác
nhân sấy, do đó tăng bề mặt truyền nhiệt, tăng cường trao đổi nhiệt để quá trình sấy diễn ra
triệt để. Trong thùng sấy, cát được nâng lên đến độ cao nhất định, sau đó rơi xuống. Trong
quá trình đó, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy, thực hiện các quá trình truyền nhiệt và
truyền khối làm bay hơi ẩm. Nhờ độ nghiêng của thùng mà vật liệu sẽ được vận chuyển đi


dọc theo chiều dài thùng.. Khi đi hết chiều dài thùng sấy, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần
thiết. Sản phẩm cát sau khi sấy được đưa vào buồng tháo liệu, sau khi qua cửa tháo liệu sẽ

được băng tải đưa ra ngoài. Dòng tác nhân sấy sau khi qua buồng sấy được đưa vào cyclon
lọc bụi. Không khí sau khi lọc bụi sẽ được thải vào môi trường. Phần bụi lắng sẽ được thu
hồi qua cửa thu bụi của cyclon.


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.
- Đặt thiết bị tại tp.HCM. Trạng thái của không khí ngoài trời nơi đây là:
+ Nhiệt độ môi trường: 27.20C
+ Độ ẩm tương đối của không khí: 77%
(STT2-97)
-

Hàm ẩm của không khí :
o . pbh
xo = 0,622. p  pbh .o ( 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.
�
4026, 62 �
12 
�
�
Pbh = exp � 235,5  to = exp )= 0.036 bar

(CT 2.11- 14- KTS. TVP)
→xo = =0,0177 ( 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 =.27,2 + ( 2493 + 1,97.27,2 ).0,0177
= 72,27( kJ/kg kkk )

Vậy, trạng thái không khí trước khi vào lò đốt
Nhiệt độ : to = 27.2ºC.
Độ ẩm

: φo= 77%.

Hàm ẩm : xo = 0,0177 ( kg/kg kkk ).


Hàm nhiệt

: Io = 72,27 ( kJ/kg kkk ).

Tác nhân sấy
Khói lò:
-

Nhiệt độ khói vào : 800 ( 168- CNTTXD)
Nhiệt độ khói ra: 160

Các thông số của nguyên liệu:
Nhiên liệu: khí thiên nhiên có các thành phần sau:
tính chất
thành phần (%)

giá trị
CH4
95.39
C2H6
1.9
CO2
0.78
N2
1.93
16.72

Khối lượng mol
(kg/kmol)
nhiệt trị thấp (kJ/kg)
47395
Nguồn: CLEAVER BROOKS, boiler manufacturer, US
thành phần khối
lượng(%)

CH4
C2H6
CO2
N2

91,3
3,4
2
3.3

2.2.4. Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg khí
Lo =1.38.(0.0179CO+ 0.248H2 + 0.44H2S+CxHy-O2) (kg/kg)
( Công thức VII.38 – 111 – STT2 )
Lo = 1.38.(91,3.+3,4.)=16,66 (kg/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 khí thiên nhiên
Qv = Q1 + Q2 + Q3 ( kJ )
Trong đó :
Q1 : Nhiệt lượng ktn mang vào ( tính cho 1kg ktn ).
Q2 : Nhiệt lượng do không khí mang vào.
Q3 : Nhiệt do đốt 1 kg ktn
a. Nhiệt lượng do ktn mang vào :
Q1 = Cn.tn
Trong đó :
Cn : Nhiệt dung của ktn. Vì ktn là hỗn hợp khí gồm CH4, C2H6, CO2, N2 nên:

Cn= CCH4.x+CC2H6.y+CCO2.z+CN2.t
(152-STT1)
Trong đó : x,y,z,t là tỉ lệ của CH4, C2H6, CO2, N2 trong ktn
CCH4=2,483 kJ/kg.độ
CC2H6=1,617

kJ/kg.độ

CN2=1,163 kJ/kg.độ
CCO2=0.881 kJ/kg.độ
CH2O = 1,97 kJ/kg.độ
CO2= 954 kJ/kg.độ
(193-STT1)
Cn=2,483.0,913 +1,617.0,034+1,163.0,02+0,881.0,033=2.37 kJ/kg.độ

tn : Nhiệt độ của ktn tn = 27.2
→Q1 = 27,2.2.37= 64,46 ( kJ )


b. Nhiệt lượng do không khí mang vào :
Q2 = Lo.Io.
Trong đó :
Lo : Lượng không khí lý thuyết cho quá trình cháy; Lo = 16,66 kg/kg ktn
Io : Hàm nhiệt của không khí vào buồng đốt ; Io = 72,27 (kJ/kg kkk ).
 : Hệ số thừa không khí.
Q2 = 16,66.72,27 = 1204 (kJ)
c.Nhiệt lượng do đốt 1 kg ktn
Q3 = Q.η
Trong đó :
η : hiệu suất buồng đốt η = 0,9

Q : Nhiệt trị của ktn; Qc = 47395 kJ/kg
→Q3 = 47395.0,9 = 42655,5 (kJ)
→ Tổng nhiệt lượng vào buồng đốt là :
Qv = 42719,96 + 1204 ( kJ )
2.2.6.2. Nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn
Qr = Q 4 + Q 5 + Q 6
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 :
vì nhiên liệu được đốt cháy là ktn nên quá trình cháy không tạo xỉ
Q4=0
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 = 800°C
Ta có :
Ckhí =

kJ/kgoC

( CT VII.42 – 112 – STT2 )
→ Q5 = ().Tk (kJ)
Thành phần khối lượng các khí khi đốt 1 kg nhiên liệu
( Theo T112 – STT2 )

GCO = 0,01 CO2+CxHy
= 0,01.2+ (.91,3+.3.4) = 2.7 kg/kgnl
GN

= 0,79..Lo + 0.01.N2
= 0,79.16,66 + 0,01.3.3
= 13,16. + 0,033 (kg/kgnl)

GO = 0,21.(  -1 ).Lo
= 0,21.(- 1).16,66
= 3,5- 3,5

(kg/kgnl)

G H 2O = CxHy + α.Lo.xo
= (.91,3+.3.4) + .16,66.0.0177
= 2,1 + 0,295. (kg/kgnl)
Q5 =[ (2,7.0,881 + (13,16. + 0,033).1,163 + (3,5- 3,5). 0, 954
+ (2,1 + 0,295 ) . 1,97].800
=(10,27 +19,28) .800
= 8626,8 + 16193,5


Nhiệt lượng mất mát :
Q6 = Qmm = 5%.Qvào
→ Q6 = 0,05.( 42719,96 + 1204)
= 2136+ 60,2 ( kJ )
→ Tổng nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn
Qr = Q+ Q +Q
= 8626,8 + 16193,5+ 2136+ 60,2 ( kJ )

= 10762,8 + 16235,7. (kJ)
Cân bằng nhiệt lượng lò đốt
Q v = Qr
→ 42719,96 + 1204 = 10762,8 + 16235,7.
→ = 2.1
QV=45248,36 J
2.2.7. Trạng thái của khói trước khi vào thùng sấy
Nhiệt độ của khói
t1 = 800ºC
Hàm ẩm của khói
Khối lượng khói khô sau buồng hòa trộn :
Gk = .Lo + 1 - CxHy (VII.40- STT2-111)
= 2,1.16.66 - (.91,3 + .3.4)
= 32.886 kg/kgnl
Lượng hơi nước chứa trong khói :
Ga = .x0.Lo + CxHy ,
= 2,1.0.0177.16.66 + (.91,3 + .3.4)
= 2.72 ( kg/kg nl )


Ga
→ x = Lk =

= 0,0827 (kg/kg kkk )
Hàm nhiệt của khói
I1 = t1 + ( 2493 + 1,97.t1 ).x1
= 800 + ( 2493 + 1,97.800 ).0,0827
= 1072.5 ( kJ/kg kkk )
Độ ẩm
1 

x1.P
(0, 621  x1 ).Pbh

Trong đó :
Pbh = exp = exp
= 3332.96( bar )
o . pbh
x = 0,622. p  pbh .o ( kg ẩm/kg kkk )

( CT 7.3 – 273 – QTTBT4 )
→
→ φ1 = 3.52 .10-5 %
Vậy, trạng thái của khói lò trước khi vào thùng sấy :
Nhiệt độ : t1 = 800ºC
Độ ẩm

: φ1 = 3.52 .10-5 %

Hàm ầm : x1 = 0,0827 ( kg/kg kkk )
Hàm nhiệt : I1 = 1072.5 ( kJ/kg kkk )
Trạng thái khói sau khi ra khỏi thùng sấy
I1=I2=1072,5 kJ/kg kkk
Chọn nhiệt độ đầu ra của thiết bị sấy là t2=160 OC




Áp suất hơi bảo hòa



Độ chứa ẩm

Ethalpy:

I2 = t2 + ( 2493 + 1,97.t2 ).x2

1072,5=160 + ( 2493 + 1,97.160). x2
x2=0.325


Độ ẩm tương đối

Vậy, trạng thái của khói lò sau khi ra thùng sấy :
Nhiệt độ : t2 = 160ºC
Độ ẩm

: φ2 = 0,556%

Hàm ầm : x2 = 0,325( kg/kg kkk )
Hàm nhiệt : I2 = 1072.5 ( kJ/kg kkk )

CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Lượng ẩm bay hơi
W=G1.=2000.=163.3 (kg/h)
(CT 2.1- 23- TKHTS, Hoàng Văn Chước)
Lượng vật liệu khô tuyệt đối
Năng suất sản phẩm sấy
G2=G1-W=2000-163.3=1836.7 (kg/h)

Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:

Lượng không khí khô cần thiết
(7.13-131-TTTKHTS)

Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm:
(kgkkk/kg ẩm)
(7.14-131-TTTKHTS)
Lượng nhiệt cần cho thiết bị sấy lý thuyết
Q0 = L0.(I1-I0) = L0.(I2-I0)
=673.96.(1073.5-72,27)= 674788.97 (kJ)


Nhiệt lượng tiêu hao riêng

( 7.15-131-TTTKHTS)

(kJ/kh ẩm) (7.16-131-TTTKHTS)

Cân bằng năng lượng cho sấy thực:[CITATION Trầ \p 135 \l 1033 ]
Nguyên tắc cân bằng nhiệt là nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy phải bằng nhiệt lượng đưa ra
khỏi thiết bị sấy.
Trong thiết bị sấy thùng quay, không có sử dụng nhiệt bổ sung và không có thiết bị
chuyền tải nên Qbs=0 và QCT=0
Nhiệt lượng đưa vào thiết bị bao gồm:
 Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong calorife: L(I1-I0)
 Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang vào: [(G1-W)CV1+WCa]tV1
 Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị bao gồm:
 Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang lại: L(I2-I0)
 Nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che: Qbc

 Nhiệt vật lý do vật liệu sấy mang ra: G2CV2t
Cân bằng nhiệt lượng vào ra thiết bị sấy:
 Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực:

Trong đó:
 QV là tổn thất nhiệt do vật liệu sấy :
 CV là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy: (CT 7.40/141-[3])

Với :Cvk = 2,09 (kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của vật liệu khô.
(225- KTS TVP)
Ca = 4,18 (kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của ẩm.
 kJ/kg.K
 tV1 là nhiệt độ ban đầu của vật liệu sấy, ta lấy bằng nhiệt độ môi trường :tV1 = t0 = 27,2˚C
 tV2 là nhiệt độ cuối của vật liệu sấy khi ra khỏi thiết bị sấy (lấy 90OC):
tV2= 90˚C
 kJ/kg ẩm
 Nhiệt do vật liệu ẩm mang vào:
kJ/h
113,7 kJ/kg ẩm
 Tổn thất nhiệt do kết cấu bao che:


Tổn thất nhiệt do kết cấu bao che Qbc (hay còn gọi là tổn thất nhiệt do môi trường)
Trong đó :Qhi tương ứng là nhiệt lượng có ích để bay hơi ẩm [ CITATION Trầ1 \l 1033 ]
Với :
r=2493kJ/kg là ẩn nhiệt hóa hơi của nước trong vật liệu sấy ở nhiệt độ vào.
 .[(2493+1,97.90)-1,97.27,2] = 427309,7 kJ/h
 0,05 . 427309,7 = 21365,5 kJ/h
 kJ/kg ẩm
Đặt Δ= – là nhiệt lượng cần bổ sung cho quá trình sấy thực. Đây cũng chính là điểm khác

biệt giữa quá trình sấy lý thuyết (Δ=0) và quá trình sấy thực (Δ≠0)
ΔkJ/kg ẩm



Vì Δ<0 => I2<I1 => Trạng thái của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực nằm dưới đường I 1
Ta có:

Với :






Δ= kJ/kg ẩm
I1=1072,5 kJ/kg kk khô
x0=0,018
ck=1 kJ/kg.độ
ch=1,97 kJ/kg.độ
t=160˚C
ro=2493 kJ/kg
I2=779,3 kJ/kg kk khô


x2=0.266
Áp dụng các công thức đã tính ở phần sấy lý thuyết ta tính được thông số trạng thái của tác
nhân sấy sau quá trình sấy thực:
Áp suất hơi bão hòa

Độ ẩm tưởng đối:


Thể tích riêng
 Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy thực Q=918532,161 kJ/h
 Lượng nhiên liệu cần đốt: B=

Thể tích thùng sấy


Vt = \f(W,A , ( m3 ) (CT VII.50 – STT2-121)
Trong đó :
W : Lượng ẩm bay hơi; W = 163.3 ( kg/h )
A : Cường độ bay hơi ẩm của cát A = kg ẩm/mh;
Chọn A = 80 ( kg/m3.h ) ( Bảng VII.3 – 122 – STT2 )
→ Vt = = 2.04 ( m3 )

3.2.2. Chiều dài ,đường kính và bề dày thùng
3.2.2.1. Chiều dài thùng
Lt = = ( m ) (CT VII.51 –STT2- 121)
Trong đó :
Vt : Thể tích thùng; Vt = 2.04 ( m3 )
Dt : Đường kính trong của thùng, ( m )
Lt
Ta có Dt = 3,5÷ 7

Lt
Chọn Dt = 5

→ Lt = = 4.02 ( m ) ; chọn Lt = 4.2 m

3.2.2.2. Đường kính thùng
Lt 6

Dt = 5 5 = = =0.84 ( m ); chọn Dt=0.9m

Vậy, thể tích thực tế của thùng :
Vt = = 2.11 ( m)
3.2.3. Thời gian sấy
Ta có: ( ph ) (VII.53 – 123 – STT2 )
Trong đó:
 : Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng;  = 1200kg/m3
(Bảng 1.1 – 8 – STT1).


W1,W2 : Độ ẩm đầu và cuối của vật liệu; W1 = 10%, W2 = 2%
 : Hệ số chứa đầy; chọn  = 0,15
A : Cường độ bay hơi ẩm; A = 80( kg ẩm/m3.h ).
→ (phút)
3.2.4. Số vòng quay của thùng
( vg/ph ) ( VII.52 – 122 – STT2 )
Trong đó :
-

 : Góc nghiêng của thùng quay, độ.Thường góc nghiêng của thùng dài

2,53o, còn thùng ngắn đến 6o, chọn  = 5o. (122- STT2)
- m, k : Hệ số phụ thuộc vào cấu tạo cánh ( chọn cánh loại chia khoang có cánh nâng)
và chiều chuyển động của khí trong

thùng; theo ( Bảng VIIA – 122 – STT2 ) ta có k = 0,7

và m = 1
-  : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay
=3,48 ( vg/ph ) => chọn n=3 (vg/ph)
Thời gian lưu vật liệu trong thùng:
==14 (ph) > sấy ( thỏa mãn)

lưu

tốc độ tác nhân sấy

Ta có:
Trong đó: + : Hệ số chứa, =0,2
+ : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy
+V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy ()


CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KẾTCẤU THIẾT BỊ CHÍNH
4.1. Tính bề dày thùng.
Chọn vật liệu làm thùng là thépCT3
Bảng 4: Các tính chất của vật liệu chế tạo thùng
STT
1
2
3
4
5


Thông số

Ứng suất tiêu chuẩn
Giới hạn an toàn

Kí hiệu
[σ]*
η

Đơn vị
N/mm2
Đơn vị

Hệ số bền mối hàn
φh
Đơn vị
Ứng suất cho phép
[σ]
N/mm2
Khối lượng riêng
ρs
kg/m3
Khối lượng khối vật liệu trong thùng:

Nguồn
Hình 1.1-p15-[12]
p17-[12]-(Bọc cách
nhiệt)
p18-[12]
[σ] = η[σ]*
Bảng XII.7-p313-[8]

Giá trị
140
0,95
0,95
133
7850

Đối với thùng sấy S = (0,005÷0,007)D mm tức là S = (4,5÷6,3) mm. Ước lượng bề dày
thùng là 6 mm => S = 6 mm, Dng = 0,901 mm

Ứng suất của vật liệu:[σ] = η[σ]* = 0,901 . 140 = 133N/mm2(CT1.9-p17-[12])

Momen uốn của thùng:
Trong đó:

L – Chiều dài có tải của thùng: L = 4,2 m.

P – Tải trọng thùng
)
ư
Bề dày tối thiểu của thân:
S’<S => thỏa điều kiện bền, chọn S=6mm

Hệ số bổ sung kích thước: C = C = Ca + Cb + Cc + Co(CT 1.10-p20-[12])

STT
1
2
3

Bảng 5: Các hệ số bổ sung kích thước cho bề dày thùng
Hệ số bổ sung kích
Kí
Giá trị
Ghi chú
thước
hiệu
Đối với vật liệu bền trong môi trường có
Hệ số bổ sung do ăn
Ca
0
độăn mòn hóa học không lớn hơn 0,05
mòn hóa học
mm/năm.
Do nguyên liệu là các hạt rắn chuyển
Hệ số bổ sung do bào
Cb
1
động, va đập trong thiết bị =>Giá trị Cb
mòn cơ học
chọn theo thực nghiệm.
Hệ số bổ sung do sai
Cc
0,5
Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép.
lệch khi chế tạo
Với thùng bằng thép không gỉCT3 dày 5


4

Hệ số quy tròn kích
thước

Co

0,5

mm thì C3 = 0,5 mm (Bảng XIII.9p364-[8])
Đối với thùng sấy S = (0,005÷0,007)D
mm tức là S = (5÷7) mm. Chọn C0 = 0,5
cho thỏa.

C= Ca + Cb + Cc + Co = 0 + 1 + 0,5 + 0,5 = 2 mm

Bề dày thực của thân thùng: S = S + C = 6 + 2 = 8 mm

Kiểm tra cácđiều kiện:(CT 5.41-p106-[12])

(CT 5.9-p96-[12])

Với:

Ku = 0,135 (Nội suy bảng trang 106-[12]).

Et – Hệ số bền mối hàn tại nhiệt độ làm việc: Et = 1,99.105 N/mm2 (Bảng PL5-p277[14]
 Thỏa điều kiện.
4.2. Tính trở lực qua thùng sấy.(Trang 350-[4])
Trong hệ thống sấy thùng quay, tác nhân sấy không nhữngđi qua lớp hạt nằm trên cánh và
trên mặt thùng sấy mà cònđi qua dòng hạt rơi từđỉnh thùngvà các cánh từ trên xuống. Do đó,

trở lực của tác nhân sấy trong thùng sấy có những đặc thù riêng và được tính theo công thức
kinh nghiệm.
Bảng 6: Các thông số của tác nhân sấy trong thùng sấy.(318 STT2)
STT
Thông số
Kí hiệu
Đơn vị
Giá trị
1
Vận tốc
Vk
m/s
1.54
0
2
Nhiệt độ trung bình
tk
C
445
3
Hệ số dẫn nhiệt
λk
W/m.K
5,49.10-2
4
Độ nhớt
μk
N.s/m2
34,625.10-6
5

Khối lượng riêng
ρk
kg/m3
0,49
2
6
Độ nhớt động
νk
m /s
66,2.10-6


Chuẩn số Reynolds:

(CT V.36 –p13-[8])



Khối lượng riêng dẫn xuất của khối hạt chuyển động trong thùng sấy:

(CT 10.23-p213-[4] )

Trở lực của dòng tác nhân đi qua lớp vật liệu trong thùng sấy:
(CT 10.19 –p213-[4])
Trong đó:
a – Hệ số thủyđộng.

(CT 10.20 –p213-[4])

C - Hệ sốđặc trưng cho độ chặt của lớp hạt: (CT 10.21 –p213-[4])
Với:

(CT 10.22 –p213-[4])

4.3.

Tính chiều cao lớp vật liệu trong thùng.



Tỉ lệ chứađầy vật liệu trong thùng:

Trong đó: F1 - Tiết diện ngang của thùng:
Fcđ - Tiết diện chứa đầy:
Do:
 α = 60,5

Chiều cao chứađầy vật liệu trong thùng:


Diện tích vật liệu tác dụng lên thùng:



Khối lượng khối vật liệu trong thùng:

4.4.

Xác định kích thước cánh đảo.

Sử dụng cánh nâng làm bằng thép không gỉ 0X18H10T có các thông số đặc trưng:

Hệ số chứađầy: β = 20% (Bảng 6.1- p167-[5])

Góc gấp của cánh nâng: Δφ = 1400

= 0,576
;

Với:

H - Chiều cao rơi trung bình của hạt vật liệu.

DT - Đường kính thùng.
Fc - Bề mặt chứa vật liệu của cánh => Fc = 0,122 . DT2 = 0,122. 12 = 0,122 m2


Theo các kí hiệu kích thước trên hình của cánh đảo trộn, ta có:
Fc = a .c + b . c = (a+b).c

Chọn các thông số cho cánh: a = 100 mm
b = 130 mm
d = 5 mm



Chọn c = 340 mm
Số cánh trên một mặt cắt: 12 cánh

Với chiều dài thùng sấy LT = 4,2 m ta lắp 12đoạn cánh dọc theo chiều dài thùng. ở đầu nhập
liệu của thùng lắp cánh xoắn để dẫn vật liệu vào thùng với chiều dài:
L0 = LT – n.c = 4,2 – 12 . 0,34 = 0,12 m
4.5. Tính toán cách nhiệt cho thùng sấy:
Để giúp máy sấy không bị mất mát nhiệt lớn và đểđảm bảo nhiệt độ bên ngoài máy sấy
không quá cao, có thể cho phép công nhân làm việc bên cạnhđược nên ta bọc lớp cách nhiệt
cho máy sấy.

Tính hệ số cấp nhiệt từ dòng tác nhân sấy đến thành trong của thùng (α1).
Ta sử dụng lại Bảng 3 để tính toán.
Re=19614.2 > 104 Dòng tác nhân chảy rối trong thùng sấy. Quá trình truyền nhiệt trong
thùng xem như quá trình truyền nhiệt trong ống có dòng chảy xoáy rối, có thể bỏ qua sự
truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên. Vậy quá trình truyền nhiệt giữa tác nhân sấy và thành thiết
bị là truyền nhiệt do đối lưu cưỡng bức,
Chuẩn số Nusselt: (CT V.42-p16-[8])
(Nội suy bảng V.2-p15-[8])
Với Re = 19614,2 và L/D = 4,67
 Nu = 0,018 . 1,3 . 19614,2,8 = 57,8


Hệ số cấp nhiệt α1:



Tính hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài của thùng đến môi trường xung quanh (α2).

Do thùng sấy đặt trong phân xưởng sản xuất, quá trình truyền nhiệt từ thành ngoài của thùng
đến môi trường xung quanh là quá trình truyền nhiệt do đối lưu tự nhiên (bỏ qua quá trình
truyền nhiệt do bức xạ nhiệt). Hệ số cấp nhiệt α2 được xácđịnh một cách gầnđúng là hệ số
cấp nhiệt do đối lưu tự nhiên củaống nằm ngang (vì thùng sấy đặt nằm ngang với góc

nghiêng nhỏ α = 40). Theo [8], trong những trường hợp này, các hằng số vật lý khi tính
chuẩn số Nu, Gr lấy theo nhiệt độ trung bình của lưu chấtở xa ống (tức là theo nhiệt độ
trung bình của không khí trong môi trường xung quanh).
Bảng 7: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy.
STT
Thông số
Kí hiệu
Đơn vị
Giá trị
0
1
Nhiệt độ trung bình
t0
C
27
2
Hệ số dẫn nhiệt
λ0
W/m.K
0,02694
3
Độ nhớt
μ0
N.s/m2
1,85.10-5
4
Khối lượng riêng
ρ0

kg/m3
1,1177
2
5
Độ nhớt động
ν0
m /s
1,5710.10-5
Để nhiệt độ ngoài thành của thùng (phía tiếp xúc với không khí) không còn quá nóng, an
toàn cho người làm việc, chọn nhiệt độ ngoài thành của thùng tw4 = 400C.
Do hệ số dẫn nhiệt của thép lớn nên có thể xem như nhiệt độ không đổi khi truyền qua bề
dày thân thùng và lớp bảo vệ.

STT

Đại lượng

1

Bề dày lớp
cách nhiệt

2

Bề dày lớp
bảo vệ



Bảng 8: Chọn các bề dày thùng và vật liệu:

Hệ số dẫn
Giá trị chọn
Kí hiệu
Vật liệu
nhiệt λ
(m)
(N/m.K)
Bông
δ2
0,015
0,04
thủy tinh
δ3

0,001

CT3

50

Nguồn
Bảng PV.1p271-[6]
Bảng
XII.7p313-[8]

Đường kính ngoài của thùng sấy:

Dng = DT + 2.(δ1 + δ2 + δ3) = 0.9 + 2.(0,008+ 0,015+ 0,001) = 0,948m

Chuẩn số Grashof:(CT V.39-p13-[8])



Chuẩn số Nusselt: (CT V.78-p25-[8])



Hệ số cấp nhiệt α2: (CT V.135-p41-[8])



Tính hệ số truyền nhiệt của thùng K.

Hệ số truyền nhiệt K đối với tường hìnhống có chiều dày không dày lắm so với đường kính,
khi bỏ qua nhiệt rở của lớp cáu:




Tính bề mặt truyền nhiệt của thùng F:
Đường kính trung bình của máy sấy:



Bề măt truyền nhiệt gồm diện tích xung quanh thùng và diện tích hai mặtđầu của
thùng.

O
C


Tính nhiệt độ trung bình tác nhân sấy
Tính nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh:

Ta xem quá trình truyền nhiệt từ bên trong thùng sấy qua lớp cách nhiệt, đến môi trường bên
ngoài làổnđịnh. Lượng nhiệt được truyền chính là lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung
quanh Qxq. Và lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh khi bốc hơi 1 kg ẩm qxq chính
bằng nhiệt lượng tổn thất qua cơ cấu bao che qbc.

Theo phương trình truyền nhiệt:


So sánh với lượng nhiệt tổn thất qua cơ cấu bao che giả thiết ban đầu:

 Bề dày lớp cách nhiệt chọn thỏa.
4.6. Thiết kế bộ phận truyền động cho thùng.

Xác định công suất động cơ dùng quay thùng:(CT VII.54-p123-[8])

Với:






DT - Đường kính trong của thùng: DT = 0,8 m.
LT - Chiều dài thùng: LT = 4,2 m.
α - Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh: α = 0,063 ( bảng VII.5-123-[8])
n - Tốcđộ quay của thùng: n = 3 vòng/phút.

ρv - Khối lượng riêng thể tích của vật liệu: ρ = 1650 kg/m3.

 Nthùng = 0,0013 . 0,83 . 4,2 . 0,063 . 3 . 1650 = 0,87kW
Để quay được thùng thì công suất làm việc của động cơ phải lớn hơn công suất cần thiết để
quay thùng một lượng nhấtđịnh để có thể thắng lực ma sát giữa thùng với đệm (chỗ cơ cấu
bítởđầu thùng), hay do hiệu suất của các bộtruyền không đạt 100%,… Ngoài ra công suất
động cơ còn dùng để thắng lực ma sát nghỉ ban đầu hay momen mở máy nên sẽ chọn dư
nhiều so với công suất quay thùng. Theo bảng 2P-p323-[11] ta chọn động cơ kiểu A02-418là động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ roto ngắn mạch, có các số liệu kỹ thuật sau:

Công suất động cơ: Nđc = 2,2 kW

Vận tốc quay: nđc = 720 vòng/phút

Hiệu suất: ηđc = 81%
Công suất làm việc của động cơ:
Nlv = Nđc . ηđc = 2,2 . 0,81 = 19,91 kW
 Nlv> N: Thỏa điều kiện để quay thùng.

Phân phối tỉ số truyền động cho hệ thống truyền động.

Tỉ số truyền chung của toàn bộ hệ thống: (Trang 30-[11])


Do tỉ số truyền quá lớn nên phải sử dụng hộp giảm tốc để giảm số vòng quay và truyền công
suất từ động cơ đến trục công tác của thùng.


Chọn tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng ngoài hộp giảm tốc: i 23 = 6

Tỉ số truyền của hộp giảm tốc:



Chọn hộp giảm tốc kiểu trục vít- bánh răng.

Chọn tỉ số truyền cho các bộ truyền trong hộp giảm tốc.
Đối với hộp giảm tốc trục vít- bánh răng thường lấy tỉ số truyền giữa hai bánh răng trụ i br=
(0,03-0,06)ih(Trang 32-[11])
Chọn ibr= i12=0,05ih= 0,05 . 40 = 2

Tỉ số truyềnđộng từđộng cơ sang trục vít:



Chọn hộp giảm tốc trục vít bánh răng 1 cấp
Vận tốc quay:



Công suất:



Công suất cần để quay thùng:

Theo Bảng 2.1-p27-[11], ta chọn hiệu suất các bộ truyền như sau:

Bộ truyền bánh răng trụ hở: ηho = 0,93

Bộ truyền bánh răng trụ kín trong hộp giảm tốc: ηkin = 0,96



Bộ truyền trục vít:

Ta có bảng kết quả tính toán sau:
Bảng 9: Sơ đồ truyền động
Trục
Động cơ
Trục I
Trục II
Thông số
Tỉ số truyền i
20
2
6
Vận tốc quay n (vòng/phút)
720
36
18
Công suất N (kW)
1,07
1
0,96
Bánh răng nhỏ dùng chỉ số “1”, bánh răng lớn dùng chỉ số “2”.

Chọn vật liệu làm bánh răng.

Trục III
3
0,87

Chọn nhóm bánh răng có độ rắn HB ≤350, được cắt gọt chính xác sau nhiệt luyện (do độ rắn
tương đối thấp). Bánh răng có khả năng chạy mòn tốt.
Để tránh dính bề mặt làm việc của răng, lấy độ rắn của bánh răng nhỏ lớn hơn bánh răng lớn
30-50 HB. Bánh răng nhỏ có chu kì làm việc lớn hơn bánh răng lớn nên chọn vật liệu làm
bánh răng nhỏ tốt hơn.
Bảng 10: Các thông số cơ tính của các vật liệu dùng chế tạo các bánh răng.