THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHÂN BÓN HỮU CƠ VI SINH NĂNG SUẤT 2000KGGIỜ

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
♣♣☼☼♣♣

ĐỒ ÁN
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHÂN BÓN HỮU
CƠ VI SINH NĂNG SUẤT 2000KG/GIỜ
GVHD : Th.S Trần Duy Hải
SVTH : Trần Quốc Hoàng
MSSV: 61303543
Lớp: 13060303
Ngành: Công Nghệ Sinh Học

Năm học: 2016 - 2017

1


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bài Đồ án Quá trình và Thiết bị một cách suôn sẻ, thuận lợi ngoài sự cố
gắng không ngừng của bản thân còn có sự hỗ trợ và giúp đỡ tận tình của Trường, Khoa và
đặc biệt là Bộ môn Hóa kỹ thuật.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Khoa học Ứng dụng và bộ
môn Hóa kỹ thuật – Trường Đại học Tôn Đức Thắng đã cùng với tri thức và tâm huyết
của mình để truyền đạt và trang bị vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời
gian học tập tại trường để chúng em có thể dễ dàng tiếp cận với thực tiễn. Và đặc biệt
trong học kỳ này, Khoa đã tổ chức cho chúng em được tiếp cận với môn học mà theo em
là rất hữu ích cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Sinh học cũng như tất cả sinh viên

của chuyên ngành Công nghệ Hóa học. Đó là môn học “ Đồ án Quá trình và Thiết bị”.
Em xin chân thành cảm ơn đến TS.Trần Văn Ngũ đã hướng dẫn chúng em qua từng buổi
học trên lớp trước đó cũng như những buổi điều động phổ biến nội quy, nói chuyện và
thảo luận để chúng em nắm bắt rõ thông tin và hoàn thiện bài thu hoạch theo đúng quy
định và đúng tiến độ. Em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến người Thầy phụ trách hướng
dẫn chính cho nhóm chúng em đó là ThS.Trần Duy Hải là người thầy đã tận tâm hướng
dẫn và cung cấp những kiến thức chuyên môn, những tài liệu quý báu cần thiết và hữu
ích của thầy đến cho chúng em. Cảm ơn về sự nhiệt tình và tận tâm của Thầy. Mặc dù
Thầy rất bận bịu nhiều việc nhưng vẫn trích ra thời gian để gặp, chỉ dẫn và giải đáp thắc
mắc cho chúng em những điều chúng em còn chưa hiểu và chưa biết. Nếu không có
những lời hướng dẫn, dạy bảo của Thầy thì em ngĩ bài thu hoạch này của chúng em rất
khó có thể hoàn thiện được. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Thầy.
Cảm ơn đến tất cả các bạn trong nhóm đã luôn sát cánh cùng nhau suốt 3 tháng trong mọi
tình huống, ai cũng có một ý thức tự giác, một tinh thần trách nhiệm cao để có những giờ
học nhóm vui vẻ, bổ ích và làm việc có hiệu quả.
Bước đầu đi vào thực tế, kiến thức của em còn nhiều hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do
vậy, không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp
quý báu của quý Thầy Cô để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn.
Sau cùng, em xin kính chúc Thầy Cô Khoa Khoa học Ứng dụng – Ts.Trần Văn Ngũ –
Ths.Trần Duy Hải thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp
của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.

2


DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH
 Danh mục bảng

Trang

Bảng 2.1: Thành phần nhiên liệu than sử dụng
Bảng 3.1: Các thông số của dòng tác nhân sấy
Bảng 3.2: Các thông số của không khí bên ngoài thùng sấy
Bảng 3.3: Các bề dày của thùng và vật liệu
Bảng 4.1: Bảng sơ đồ truyền động
Bảng 4.2: Các thông số của bánh răng dẫn động và bánh răng bị dẫn
Bảng 4.3: Các thông số của băng tải
Bảng 4.4: Các thông số dùng trong tính công suất băng tải
Bảng 4.5: Các kích thước cơ bản của xyclone đơn
Bảng 4.6: Các thông số kích thước của hệ thống đường ống dẫn

25
38
39
40
47
50
54
56
63
64

Bảng 4.7: Trở lực ma sát trên các đoạn đường ống

65

 Danh mục hình
Hình 1.1: Sơ đồ quy trình sản xuất phân bón hữu cơ
Hình 1.2: Sơ đồ khối quy trình sản xuất phân bón hữu cơ
Hình 1.3: Các loại cánh trộn

Hình 1.4: Sơ đồ cụm thiết bị máy sấy thùng quay
Hình 3.1: Sơ đồ truyền nhiệt qua bề dày các lớp vật liệu
Hình 3.2: Kích thước cánh nâng trong thùng quay
Hình 3.3: Chiều cao lớp vật liệu trong thùng
Hình 4.1: Góc giữa hai con lăn đỡ
Hình 4.2: Băng tải nhập liệu
Hình 4.3: Sơ đồ kích thước đường ống buồng hòa trộn

9
12
19
22
40
44
45
51
55
60

3


MỤC LỤC

Trang

Chương 1: TỔNG QUAN

8

1.1. Giới thiệu về phân bón hữu cơ

1.2.

1.3.

1.1.1.
Giới thiệu chung.
1.1.2.
Quy trình sản xuất phân hữu cơ.
1.1.3.
Một số vấn đề về môi trường và cách xử lý.
Quá trình sấy
1.2.1. Định nghĩa.
1.2.2. Các phương pháp sấy.
1.2.3. Phân loại phương pháp sấy.
1.2.4. Các loại thiết bị sấy.
1.2.5. Các loại tác nhân sấy.
1.2.6. Các bộ phận cơ bản của thiết bị sấy.
Thiết bị sấy thùng quay.
1.3.1. Lựa chọn phương pháp và thiết bị sấy.
1.3.2. Giới thiệu về máy sấy thùng quay.
1.3.3. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động.

8
8
8
13
13
13

14
14

Chương 2: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT - NĂNG LƯỢNG
2.1.

2.2.

15
16
17
17
17
18
19
23

Tính cân bằng vật chất.

23

2.1.1. Công thức tính toán.

23

2.1.2. Tính toán cân bằng vật chất.

23

Tính cân bằng năng lượng.

23

2.2.1. Công thức xác định các thông số trạng thái của khí.

23

2.2.2. Xác định các thông số trạng thái của khí trong quá trình sấy

24

lý thuyết

2.2.3. Xác định các thông số trạng thái của khí trong quá trình sấy

32

thực
Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY THÙNG QUAY

35

4


3.1. Thiết kế thùng quay.

35

3.1.1. Tính toán thời gian sấy.

35

3.1.2. Tính toán kích thước thùng quay.

35

3.1.3. Tính toán số vòng quay.

35

3.1.4. Vận tốc tác nhân sấy.

36

3.2. Tính toán các lớp vật liệu chế tạo thùng.

37

3.2.1. Bề dày thiết bị sấy thùng quay.

37

3.2.2. Bề dày cách nhiệt của thùng quay.

38

3.3. Tính toán trở lực qua thùng sấy.

42

3.4. Thiết kế cánh đảo trong thùng.

44

Chương 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤ

46

4.1. Thiết kế bộ phận truyền động.

46

4.2. Tính toán vành đai và con lăn.

50

4.2.1. Các thông số về vành đai

50

4.2.2. Tính con lăn đỡ

51

4.2.3. Tính con lăn chặn

52

4.3. Tính toán băng tải nhập liệu.

52

4.3.1. Năng suất băng tải.

53

4.3.2. Tính toán kích thước băng tải.

53

4.3.3. Công suất băng tải.

55

4.3.4. Các chi tiết cơ bản của băng tải.

57

4.4. Tính toán buồng đốt.

58

4.4.1. Diện tích bề mặt.

59

4.4.2. Thể tích buồng đốt.

59

5


4.4.3. Kích thước buồng đốt.
4.5. Tính toán buồng hòa trộn.

59
60

4.5.1. Đường kính ống dẫn khói lò sau buồng đốt.

60

4.5.2. Đường kính ống dẫn khói lò sau hòa trộn.

60

4.5.3. Đường kính ống dẫn khí từ môi trường.

61

4.5.4. Đường kính vòi phun khói lò.

61

4.5.5. Trở lực qua buồng hòa trộn.

61

4.6. Tính và chọn xyclon.

62

4.6.1. Bunke

63

4.6.2. tính toán trở lực qua xyclone

63

4.7. Tính trở lực và chọn quạt.

64

4.7.1. Trở lực ma sát trên đường ống.

64

4.7.2. Trở lực cục bộ.

66

4.7.3. Trở lực hệ thống.

67

4.7.4. Tính toán và chọn quạt.

67

Chương 5: KẾT LUẬN

69

Tài liệu tham khảo

70

Lời mở đầu
Vi sinh vật (VSV) có vai trò rất quan trọng trong đời sống cũng như trong nông nghiệp.
Phân bón vi sinh là chế phẩm, có chứa một hoặc nhiều chủng VSV sống, có ích cho cây
6


trồng đã được tuyển chọn, sử dụng bón vào đất hặc sử lý cho cây để cải thiện hoạt động
của VSV trong đất vùng rễ cây. Nhờ đó, phân bón vi sinh giúp tăng cường cung cấp các
chất dinh dưỡng từ đất cho cây trồng, cung cấp kháng sinh để cây có khả năng chống
chịu các loại sâu bệnh hại, góp phần nâng cao năng suất, phẩm chất nông sản và tăng độ
màu mỡ của đât. Trong những năm gần đây, nhiều nước trên thế giới đã sản xuất các loại
phân vi sinh, tiêu thụ chủ yếu ở thị trường trong nước, một số bán ra thị trường thế giới.
Doanh thu toàn cấu của phân bón vi sinh dự kiến sẽ đạt 10.298,5 triệu USD vào năm
2017. Để sản xuất phân vi sinh vừa đáp ứng cho thị trường trong nước cũng như suất
khẩu vừa có khả năng cạnh tranh cần đòi hỏi chất lượng phân vi sinh cao và giá thành
hợp lý. Trong thời kì cạnh tranh như hiện nay thì vấn đề tim ra giải pháp nhằm nâng cao
chất lượng phân bón vi sinh luôn được quan tâm. Trong đó, việc thiết kế hệ thống sản
xuất phân, lựa chọn thiết bị sấy và tính toán cho quá trình sấy đóng vai trò quyết định
trong sản xuất phân vi sinh. Từ đó, đề tài “ tính toán, thiết kế máy sấy phân vi sinh công
suất 2 tấn/ giờ” được thực hiện nhằm góp phần giải quyết tình trạng trên và đáp ứng nhu
cầu thị trường.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU PHÂN BÓN HỮU CƠ
1.1.1. Giới thiệu chung

7


-

Phân hữu cơ là hợp chất hữu cơ dùng làm trong nông nghiệp, hình thành
từ phân người, phân động vật, lá và cành cây, than bùn, hay các chất hữu cơ khác
thải loại từ nhà bếp. Phân bón giúp tăng thêm độ màu mỡ cho đất bằng cách cung
cấp thêm các chất hữu cơ và bổ dưỡng.
Các nguồn phân bón hữu cơ:
 Động vật: phân gia cầm, gia súc…

-

 Cây cối: cây đậu răng ngựa khô, cây phủ xanh dùng làm phân xanh
 Khoáng chất: bột đá vôi, đá phosphate và natri nitrate khai thác tự nhiên
được sử dụng trong nông nghiệp hữu cơ với số lượng tối thiểu
-

Phân loại phân hữu cơ
 Phân chuồng: hỗn hơp chủ yếu của phân, nước tiểu gia súc và chất độn
 Phân rác: là phân hữu cơ được chế biến từ cỏ dại, thân lá cây xanh, rơm
rạ… ủ với một sô phân men như phân chuồng, lân, vôi… đến khi mục
thành phân ( thành phần dinh dưỡng thấp hơn phân chuồng)
 Phân xanh: phân hữu cơ sử dụng các loại cây lá tươi bón ngay vào đất

không qua quá trình ủ.
 Phân vi sinh: được sản xuất bằng cách dùng các loại vi sinh vật hữu ích cấy
vào môi trường là chất hữu cơ ( như bột than bùn).

-

Sản xuất phân bón được xem là một ngành kinh tế quan trọng trong phát triển nông
nghiệp ở nước ta. Tuy nhiên, những tác động mà sản xuất phân bón hóa học nói
chung và sản xuất phân bón nói riêng đối với môi trường là rất nguy hại. Vì vậy, cần
có những giải pháp tối ưu về mặt môi trường nhưng vẫn đảm bảo sự phát triển bền
vững, hiệu quả cho doanh nghiệp.
1.1.2. Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh
-

Nghiền nguyên liệu
Phối trộn nguyên liệu
Vê viên tạo hạt
Sấy
Sàng
Làm nguội
Đóng bao sản phẩm

8


NGUYÊN LIỆU

Điện

Điện

Bụi

NGHIỀN

PHỐI TRỘN

vv

Bụi

Nước
Phụ gia

Bụi

VÊ VIÊN, TẠO HẠT

Điện
Than dầu

Bụi
SẤY
Bụi

Điện
SÀNG
Điện

SẢN PHẨM

Hạt không đúng kích cỡ
kícdh
Bụi

LÀM NGUỘI

ĐÓNG BAO

Bụi

Hình 1.1: Sơ đồ quy trình sản xuất phân bón hữu cơ
a. Nguyên liệu:
Việc chọn lựa nguyên liệu phù hợp, xác định đúng trọng lượng nguyên liệu phối trộn sẽ
làm giảm tỷ lệ vỡ khi tạo hạt.
b. Nghiền và phối trộn
-

-

Nguyên liệu được vận chuyển đến nạp vào máy nghiền.
Định lượng và phối trộn các thành phần nguyên liệu của quy trình sản xuất phân
hữu cơ dạng viên cũng giống với qui trình sản xuất dạng bột. Tùy theo năng suất
dây chuyền mà ta có thể chọn công đoạn định lượng các thành phần nguyên liệu
kiểu công nghiệp (đơn giản) hay kiểu tự động.
Phun ẩm trong công đoạn phối trộn

9

 Tạo mầm hạt nhằm giảm thời gian vê viên tạo hạt, nâng cao hiệu suất vê viên
tạo hạt.
 Giảm phát tán bụi trong công đoạn này và công đoạn vê viên tạo hạt.
-

-

Sử dụng tuần hoàn nước xử lý khí để sử dụng cho quá trình phối trộn để tận dụng
nhiệt trong nước rửa khí, nâng cao hiệu suất tạo hạt và tận thu các chất dinh dưỡng
trong nước xử lý khí
Sau khi phối trộn, tùy theo nguồn nguyên liệu phân hữu cơ sử dụng là loại gì (than
bùn, bã sắn, bã cà phê, phân gà hay bã bùn mía ...), chúng ta sẽ chọn công đoạn tạo
viên bằng phương pháp vo viên hoặc ép viên.
c. Vê viên, tạo hạt

-

Nguyên tắc của việc tạo hạt là dựa trên 3 lực cơ bản:
+ Lực ly tâm
+ Trọng lực của các hạt
+ Lực ma sát giữa hạt và bề mặt thiết bị vo viên

-

-

Khâu quan trọng nhất trong dây chuyền sản xuất là khâu vê viên, tạo hạt, nó quyết
định đến năng suất, độ đồng đều cỡ hạt của cả dây chuyền.
Lựa chọn vật liệu là thép inox: sẽ tránh được hiện tượng ăn mòn và giữ cho bề mặt
đĩa luôn phẳng, ma sát thấp, thuận lợi cho quá trình lăn trượt của vật liệu.

Khống chế độ ẩm thích hợp, nếu độ ẩm quá cao hoặc quá thấp trong quá trình vê
viên tạo hạt đều gây cản trở cho qua trình tạo hạt.
Độ ẩm tối ưu nhất cho quá trình này là từ 4 – 6% khi đó sẽ cho hiệu quả vê viên cao
nhất. sau đó các hạt phân sẽ được gạt dần xuống băng tải để đưa bán thành phẩm từ
máy vê viên sang máy sấy thùng quay.
d. Sấy
Tại máy sấy thùng quay, bán thành phẩm sẽ được sấy khô từ độ ẩm 4 – 6% xuống
còn 0.5 – 1.5% nhằm tăng độ bền cơ học của hạt và tạo độ ẩm tối ưu cho hạt.
e. Sàng

-

Sau khi sấy xong, phân bón được băng tải chuyển đến sang rung phân loại để phân
loại theo kích cỡ hạt.
Hạt có kích thước tiêu chuẩn 2 – 5mm sẽ được đưa sang thiết bị làm nguội thùng
quay, trở thành sản phẩm.
Hạt quá cỡ sẽ qua máy nghiền búa, băng tải hồi lưu để trở lại quá trình vê viên tạo
hạt.

10


-

Hạt có kích thước nhỏ hơn tiêu chuẩn sẽ rơi thẳng xuống băng tải thu hồi và cũng
tuần hoàn theo đường trên, các hạt này có vai trò là các mầm tạo hạt, nâng cao hiệu
suất vê viên.
f. Đóng bao

-

Sau khi làm nguội, sản phẩm đạt tiêu chuẩn theo băng tải chảy vào silo chứa, phía
dưới silo tiến hành cân đóng bao thành phẩm
Thay đổi phương pháp đóng bao thủ công bằng đóng bao tự động nhằm giảm phát
sinh bụi sản phẩm gây lãng phí và giảm ô nhiễm môi trường.
Sử dụng các loại bao bì hai lớp PP, PE hoặc bao PP tráng PE, sẽ làm giảm khả năng
hút ẩm vào sản phẩm vật liệu.

-

11


12


1.1.3. Một số vấn đề về môi trường và cách xử lý
a. Vấn đề môi trường

 Nghiền và phối trộn
-

Ảnh hưởng đến chất lượng môi trường không khí xung quanh và môi trường lao
động.
Gây ồn và mùi cho khu vực xung quanh và người lao động.
 Vê viên, tạo hạt và sấy
Ô nhiễm bụi, NH3, NOx,… ảnh hưởng đến chất lượng môi trường không khí
Gây tiếng ồn và mùi cho khu vực xung quanh người lao động.
 Sàng, làm nguội
Ô nhiễm bụi ảnh hưởng tới không khí

Gây tiếng ồn và mùi hôi cho khu vực xung quanh.
b. Xử lý những vấn đề

 Khí thải
-

Khí thải từ các quá trình sẽ được quạt hút hút về hệ thống xyclon chùm để tách và
thu hồi các hạt bụi có kích thước lớn.
Bụi lắng xuống đáy xyclon và được tháo ra định kì. Khí thải đã tách bụi có kích
thước lớn tiếp tục được xử lý trong tháp hấp thụ kiểu sủi bọt. sau đó được thải ra
ngoài môi trường.
 Nước thải

Phát sinh từ quá trình xử lý khí thải trong tháp hấp thụ, nước thải có chứa bụi được
chứa trong bể lắng và được sử dụng tuần hoàn, đồng thời cung cấp cho quá trình phối
trộn nguyên liệu và vê viên, tạo hạt.
 Chất thải rắn
Các loại bao bì chứa các nguyên liệu, sản phẩm bị hư hỏng được các đơn vị có chức
năng xử lý theo quy định của pháp luật.
1.2. QUÁ TRÌNH SẤY
1.2.1. Định nghĩa
Quá trình sấy là quá trình tách ẩm ( chủ yếu là nước và hơi nước) khỏi vật liệu sấy để
thải vào môi trường. Ẩm có mặt trong vật liệu được nhận năng lượng theo một phương
thức nào đó tách khỏi vật liệu sấy và đi chuyển từ trong lòng ra bề mặt vật, từ bề mặt vào
môi trường.
13


Đối tượng sấy là các vật ẩm, những vật có chứa một lượng chất lỏng nhất định. Chất
lỏng trong vật ẩm thường là nước, một số ít chứa dung môi hữu cơ. Quá trình sấy yêu cầu

các tác động cơ bản đến vật ẩm là:
- Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho vật ẩm trong vật hóa hơi.
- Lấy hơi ẩm ra khỏi vật liệu và thải vào môi trường.
1.2.2. Các phương pháp sấy
Để cấp nhiệt cho vật có thể dùng các phương pháp sau:
- Dẫn nhiêt: Cho vật ẩm tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn.
- Trao đổi nhiệt đối lưu: Cho vật ẩm tiếp xúc với chất lỏng hay chất khí có nhiệt độ
cao hơn.
- Trao đổi nhiệt bức xạ: Dùng các nguồn bức xạ cấp nhiệt cho vật.
- Dùng điện trường cao tần để nung nóng vật.
Để lấy ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường có thể dùng nhiều biện pháp như: dùng
môi chất sấy, dùng máy hút chân không, khi sấy ở nhiệt độ cao hơn 100 0C hơi ẩm thoát ra
có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển sẽ tự thoát vào môi trường.
1.2.3. Phân loại phương pháp sấy
a. Phân loại phương pháp sấy theo cách cấp nhiệt
 Phương pháp sấy đối lưu
Trong phương pháp này việc cấp nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt
đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức), trong trường hợp này môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp
nhiệt.
 Phương pháp sấy bức xạ
Trong phương pháp này việc gia nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng trao đổi nhiệt bức
xạ. Người ta dùng đèn hồng ngoại hay các bề mặt rắn có nhiệt độ cao hơn để bức xạ nhiệt
tới vật ẩm. Trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật ẩm.
 Phương pháp sấy tiếp xúc
Trong phương pháp sấy này việc cấp nhiệt cho vật liệu sấy thực hiện bằng dẫn nhiệt
do vật sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn.
 Phương pháp sấy dùng dòng điện cao tần
Trong phương pháp này người ta để vật ẩm trong điện trường tần số cao, vật ẩm sẽ
nóng lên, Trong trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật.
b. Phân loại theo chế độ thải ẩm

 Phương pháp sấy dưới áp suất khí quyển

14


Trong phương pháp này áp suất trong buồng sấy bằng áp suất khí quyển, việc thoát
ẩm do môi chất sây đảm nhiệm hoặc sấy ở nhiệt độ cao hơn 100 0C, ẩm tự thoát vào môi
trường.
 Phương pháp sấy chân không
Trong phương pháp này áp suất trong buồng sấy nhỏ hơn áp suất khí quyển vì vậy
không dùng môi chất sấy để thải ẩm. Việc thải ẩm dùng máy hút chân không hoặc kết
hợp với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm. Trường hợp này chỉ dùng máy hút chân
không thì máy hút chân không đảm nhiệm hút toàn bộ hơi ẩm thoát ra từ vật để thải vào
môi trường, nếu dùng kết hợp máy hút chân không với thiết bị ngưng tụ hay ngưng hết
ẩm thì máy hút chân không có tác dụng tạo chân không ban đầu (lúc khởi động máy) và
hút khí không ngưng khi thiết bị làm việc, còn thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm làm
nhiệm vụ thải ẩm.
Khi sấy chân không ở trạng thái dưới điểm ba thể của nước (p = 4.58 mmHg; t =
0.00980C) ẩm trong vật ở thể rắn và ở vùng thăng hoa của chế độ nhiệt nên hóa hơi ẩm là
quá trình thăng hoa. Ảm thoát ra sẽ ngưng thành băng tuyết trong thiết bị ngưng kết ẩm
và thải ra ngoài bằng cách xả băng, trường hợp này gọi là sấy thăng hoa.
1.2.4. Các loại thiết bị sấy
a. Thiết bị sấy đối lưu
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy đối lưu, đây là phương pháp sấy thông dụng
nhất. Thiết bị sấy đối lưu bao gồm: thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí
động, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tầng thấp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy
phun…
b. Thiết bị sấy bức xạ
Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bức xạ thích hợp cho một số loại sản phẩm.
c. Thiết bị sấy tiếp xúc

Thiết bị sấy tiếp xúc là thiết bị sấy trong đó vật liệu sấy nhận nhiệt từ bề mặt nóng
bằng dẫn nhiệt, thiết bị sấy tiếp xúc được chia thành hai loại:
- Thiết bị sấy lò quay: là thiết bị chuyên dùng để sấy các vật liệu sấy ở dạng tấm
phẳng có thể uốn cong được như giấy, vải… Thiết bị sấy là những hình trụ tròn (gọi
là lò sấy) được đốt nóng thông thường bằng hơi nước bão hòa. Ẩm nhận được năng
lượng tách khỏi vật liệu sấy và bay vào môi trường không khí xung quanh. Để tăng
cường quá trình trao đổi nhiệt - ẩm có thể đặt các quạt hút hoặc quạt thổi trên bề mặt
vật liệu sây.

15


-

Thiết bị sấy tang quay: là thiết bị chuyên sấy các loại vật liệu dạng bột nhão, thiết bị
sấy có hình trụ tròn hay dạng trống, được đốt nóng. Bột nhão bám vào tang quay của
hình trụ và nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt để ẩm tách khỏi vật liệu sấy đi vào không khí
xung quanh.
d. Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần

Nhược điểm của thiết bị sấy đối lưu và tiếp xúc là nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy luôn
cao hơn nhiệt độ trong lòng vật. Ẩm bao giờ cũng thoát ra trước tiên trên bề mặt vật liệu,
do đó gradient nhiệt độ và gradient áp suất ngược dấu nhau gây cản trở quá trình khuếch
tán nhiệt vào bên trong vật liệu. Trong trường hợp vật liệu sấy nhân nhiệt từ một nguồn
bức xạ, các tia bức xạ được hấp thụ không những trên bề mặt vật mà cả trong lòng vật
liệu sấy.
Phần lớn vật liệu sấy trong các thiết bị khác có nhiệt độ trong lòng vật phụ thuộc vào
nhiệt độ bề mặt, thiết bị sấy dùng điện cao tần có thể điều chỉnh được nhiệt bên trong
lòng vật.
e. Thiết bị sấy thăng hoa

Thiết bị này, nước ở dưới điểm ba thể nhận được nhiệt lượng (thường là do dẫn nhiệt
và bức xạ) thực hiện quá trình thăng hoa để chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hoi và đi
vào tác nhân sấy. Như vậy, trong các hệ thống sấy thăng hoa, một mặt phải làm lạnh vật
liệu sấy xuống dưới 0oC và sau đó đưa vật liệu sấy với ẩm dưới dạng rắn vào bình thăng
hoa. Ở đây, vật liệu sấy được đốt nóng và đồng thời tạo chân không trong không gian
xung quanh bằng bơm hút chân không.
f. Thiết bị sấy chân không thông thường
Thiết bị này sử dụng cách thải ẩm bằng máy hút chân không, do đó buồng sấy có chân
không nên không thể dùng cấp nhiệt bằng đối lưu, việc cấp nhiệt cho vật ẩm bằng bức xạ
hay dẫn nhiệt.
1.2.5. Tác nhân sấy
a. Nhiệm vụ của tác nhân sấy
Tác nhân sấy có nhiệm vụ sau:
- Gia nhiệt cho vật sấy.
- Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường.
- Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt
Tùy theo phương pháp sấy, tác nhân sấy có thể thực hiện một hoặc hai trong ba nhiệm
vụ nói trên.
Khi sấy đối lưu, tác nhân sấy làm nhiệm vụ gia nhiệt và tải ẩm
Khi sấy bức xạ, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm và bảo vệ vật sấy
16


Khi sấy tiếp xúc, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm.
Khi sấy bằng điện trường tần số cao, tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm
Khi sấy chân không chỉ có thể cấp nhiệt bằng bức xạ hay dẫn nhiệt hoặc kết hợp cả
hai cách cấp nhiệt này. Việc thoát ẩm dùng bơm chân không hay kết hợp bơm chân không
và thiết bị ngưng kết ẩm (sấy thăng hoa), vì vậy phương pháp sấy chân không không cần
tác nhân sấy.
b. Các loại tác nhân sấy

 Không khí ẩm
Không khí ẩm là tác nhân phổ biến nhất, dùng không khí ẩm có nhiều ưu điểm: không
khí ẩm có sẵn trong tự nhiên, không độc và không làm ô nhiễm sản phẩm. Tuy vậy dùng
không khí ẩm làm tác nhân sấy phải trang bị thêm bộ phận gia nhiệt, nhiệt độ không khí
để sấy không thể quá cao, thường nhỏ hơn 500 0C vì nếu nhiệt độ cao thì thiết bị trao đổi
nhiệt phải sử dụng thép hợp kim hay gốm sứ, chi phí cao.
 Khói lò
Sử dụng khói lò làm môi chất sấy có ưu điểm là không cần dùng calorife, phạm vi
nhiệt độ rộng nhưng dùng khói lò có nhược điểm là khói có thể làm ô nhiễm sản phẩm do
bụi và các chất có hại như CO 2, SO2. Vì vậy khói chỉ dùng cho các vật liệu không sợ ô
nhiễm như gỗ, đồ gốm…
 Hơi quá nhiệt
Hơi quá nhiệt làm môi chất sây trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm sấy là chất
dễ cháy nổ và sản phẩm sấy chịu được nhiệt độ cao vì sấy bằng hơi hóa nhiệt nhiệt độ
thường cao hơn 1000C (sấy ở áp suất khí quyển).
1.2.6. Các bộ phận cơ bản của hệ thống sấy
Hệ thống sấy bao gồm các bộ phận cơ bản sau:
- Buồng sấy: Là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu, đây là bộ phận quan
trọng nhất của hệ thống sấy. Tùy theo phương pháp sấy, loại thiết bị sấy mà buồng
sấy có hình dạng khác nhau.
- Bộ phận cung cấp nhiệt: Tùy theo hệ thống khác nhau, bộ phận cung cấp nhiệt cũng
khác nhau. Ví dụ, trong thiết bị sấy bức xạ, bộ phận cấp nhiệt khá đơn giản, có thể là
các đèn hồng ngoại, các dây điện trở hay các tấm bức xạ gia nhiệt bằng chất lỏng
hay khí đốt. Thiết bị sấy đối lưu dùng môi chất sấy là không khí, chất tải nhiệt là hơi
nước thì bộ phận cấp nhiệt là calorife khí – hơi. Nếu chất tải nhiệt là khói thì bộ
phận cấp nhiệt là calorife - khói
1.3. THIẾT BỊ SẤY THÙNG QUAY
1.3.1. Lựa chọn phương pháp, thiết bị sấy
17

-

Dựa vào đặc tính của phân bón và yêu cầu trong quy trình sản xuất phân, ta thấy
phương pháp sấy không yêu cầu giữ các đặc tính cảm quan như sấy thực phẩm, hoa
quả; không sợ vật liệu sấy bị ô nhiễm bởi tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy; đồng
thời quá trình sấy yêu cầu năng suất cao; hiệu quả tốt nhưng giá thành đầu tư thấp,
vận hành sửa chữa đơn giản. Do đó, ta lựa chọn phương pháp sấy đối lưu.
- Phương pháp sấy đối lưu có các loại thiết bị sấy: sấy buồng, sấy hầm, sấy khí động,
sấy tầng sôi, sấy tháp, sấy thùng quay, sấy phun… Dựa vào năng suất làm việc,
nhiệt độ làm việc và yêu cầu chi phí đầu tư, vận hành, ta chọn thiết bị sấy thùng
quay với phương pháp sấy đối lưu.
- Sấy đối lưu: là phương pháp sấy mà việc cấp nhiệt cho vật ẩm được thực hiện bằng
cách trao đổi nhiệt đối lưu.
a. Ưu điểm
-

Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc tốt giữa vật liệu và tác nhân
sấy, cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được cao.
- Cường độ sấy lớn, có thể 100kg ẩm bay hơi/m3h.
- Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.
- Thiết kế, chế tạo, vận hành với chi phí thấp, năng suất có thể rất cao.
b. Nhược điểm
-

Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn, tạo ra bụi. Do đó trong nhiều
trường hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy.
- Tốc độ truyền tương đối chậm, phải nung nóng không khí trong thiết bị trước khi có
tác dụng nhiệt lên vật liệu sấy.
1.3.2. Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay

-

-

Hệ thống sấy thùng quay là một thùng sấy hình trụ với một góc nghiêng xác định từ
1 – 60, có 2 vành đai đỡ, vành đai này tỳ vào con lăn đỡ khi thùng quay. Vật liệu vào
sấy qua phễu nạp liệu. Vật liệu trong thùng không quá 20 – 25% thể tích thùng. Sau
khi sấy xong, thành phẩm qua bộ phận tháo sản phẩm ra ngoài.
Trong thùng có lắp các cánh để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất sấy đạt được cao
hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm còn đầu thùng cắm vào lò đốt hoặc nối
với ống tạo tác nhân sấy. Giữa thùng quay, hộp tháo và lò có cơ cấu bịt kín để không
khí nóng và khói lò không thoát ra ngoài được. Ngoài ra còn có xyclone để thu hồi
sản phẩm bay theo và thải khí sạch ra ngoài môi trường. Khi thùng quay thì vật liệu
sấy chuyển động từ đầu này sang đầu kia và tác nhân sấy cũng vào đầu này, ra đầu
kia.

18


-

Hệ thống sấy thùng quay chuyên dùng sấy vật liệu dạng hạt, cục nhỏ hoặc dạng bột
ví dụ như cát, than đá, các loại quặng, độ ẩm thường lấy đi là độ ẩm bề mặt.
- Khí nóng và vật liệu có thể có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều ở bên trong
thùng. Phía đầu chỗ nạp liệu bên trong thùng sấy có lắp đặt các cánh xoắn 1 đoạn
khoảng 700 – 1000mm, chiều dài của đoạn này phụ thuộc vào đường kính của
thùng.
- Tốc độ của khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không được 3m/s để tránh
vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng. Thùng quay được là nhờ một động cơ điện
thông qua một hộp giảm tốc.

- Nếu nhiệt độ sấy cần lớn hơn 200 0C thì dùng khói lò nhưng không dùng cho nhiệt
độ > 8000C.
1.3.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
a. Đệm ngăn (cánh trộn):
-

Các đệm ngăn trong thùng vừa có tác dụng phân phối đều cho vật liệu 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 ( cánh trộn ) phụ thuộc vào kích thước vật liệu sấy và độ
ẩm của nó.

Hình 1.3 : Các loại cánh trộn
 Cánh nâng: dùng khi sấy những vật liệu cực to nhưng xốp, ẩm, có xu hướng
đóng vón. Loại này có hệ số chất đầy vật liệu không quá 0.1 – 0.2
 Cánh nâng chia khoang: Với vật liệu sấy dạng cục to, nặng.
19


 Cánh phân bố đều (cánh phân phối chữ thập): dùng để sấy các vật liệu dạng
cục nhỏ, xốp, khi thùng quay vật liệu đảo trộn nhiều lần, bề mặt tiếp xúc giữa
vật liệu sấy và tác nhân sấy lớn.

 Cánh phân vùng (phân khu): để sấy các vật liệu đã được đập nhỏ, bụi. Loại
này chỉ cho phép hệ số điền đầy khoảng 0.15 – 0.25.
-

Có nhiều loại cánh khuấy khác nhau: cánh khuấy trộn kép, đơn được làm từ những
vật liệu cứng và chịu được va đập như thép.
b. Tác nhân sấy

-

Tác nhân sấy có các loại: không khí ẩm, khói lò, hơi quá nhiệt. do yêu cầu sấy phân
bón hữu cơ cần nhiệt độ cao từ 6000c – 7000C và không sợ bị ô nhiểm sản phẩm sấy,
không sợ cháy nổ nên ta lựa chọn tác nhân sấy là khói lò, tạo ra từ nhiên liệu đốt là
than, sau khi qua buồng đốt được hòa trộn với không khí bên ngoài để đạt nhiệt độ
thích hợp cho quá trình sấy.
- Tác nhân sấy được chọn là khói lò nên chất tải nhiệt cũng chính là khói lò. Do
không phải trang bị lò hơi nên sử dụng khói lò làm chất tải nhiệt, tác nhân sấy giúp
giảm đáng kể vốn đầu tư thiết bị ban đầu cũng như giảm thất thoát nhiệt năng trong
quá trình vận hành.
- Dòng tác nhân sấy được gia tốc bằng quạt đẩy đặt ở trước thiết bị, và quạt hút đặt ở
cuối thiết bị.
- Trên đường ống dẫn khói lò vào buồng hòa trộn và đường ống dẫn không khí từ môi
trường vào buồng hòa trộn đều có các van, dùng để điều chỉnh lưu lượng các dòng.
Đặt nhiệt kế ở sau buồng hòa trộn để xác định nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi
vào thùng sấy, nếu nhiệt độ quá cao ta sẽ mở van để tháo bớt khói lò ra ngoài, giảm
lượng khói lò vào buồng hòa trộn để giảm bớt nhiệt độ, ngược lại nếu nhiệt độ chưa
đủ, ta khóa bớt van dẫn không khí từ môi trường vào buồng hòa trộn.
c. Phương thức sấy:
- Có hai phương thức sấy là sấy xuôi chiều và sấy ngược chiều dựa trên chiều
chuyển động tương đối giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy. Trong quá trình sản xuất
phân bón hữu cơ này ta sử dụng phương thức sấy xuôi chiều.
d. Nguyên tắc hoạt động

20


Máy sấy thùng quay gồm 1 thùng hình trụ (7) đặt nghiêng với mặt phẳng nằm ngang 1 –
60. Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 vành đai đỡ (5).

- Vành đai được đặt trên bốn con lăn đỡ (13), khoảng cách giữa 2 con lăn cũng 1 bệ
đỡ (12) có thể thay đổi để điều chỉnh các góc nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnh
thời gian lưu vật liệu trong thùng. Thùng quay được là nhờ có bánh răng (6). Bánh
răng (6) ăn khớp với bánh răng dẫn động (14) nhận truyền động của động cơ (15)
qua bộ giảm tốc.
- Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng qua phễu (4) và được chuyển
động dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn. Các đệm ngăn vừa có tác dụng phân bố đều
vật liệu 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 – 3m/s. Vật liệu khô ở cuối máy sấy được tháo qua cơ cấu tháo
sản phẩm (10) rồi nhờ băng tải xích (11) vận chuyển vào kho.
- Khói lò hay không khí thải được quạt (8) 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 (11). Khí sạch thải ra ngoài.
- Trong thùng sấy, vật liệu sấy 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. Vật liệu sấy khi bắt đầu vào thùng sấy có độ
ẩm khoảng 25%, vật liệu sấy sẽ đạt được độ ẩm cần thiết cho quá trình bảo quản là
15%.
- Sản phẩm phân bón sau đi hết chiều dài thùng sấy sẽ được đưa vào buồng tháo liệu,
sau khi qua cửa tháo liệu sẽ được bao gói và vận chuyển vào kho chứa nhờ một
băng tải để bảo quản hay dùng vào mục đích khác.
- Dòng tác nhân sấy sau khi đi qua buồng sấy chứa nhiều bụi, do đó cần phải đưa qua
một hệ thống lọc bụi để tránh thải bụi bẩn vào không khí gây ô nhiễm môi trường. Ở
đây, ta sử dụng hệ thống lọc bụi bằng nhóm xyclone đơn. Khói lò sau khi lọc bụi sẽ
được thải vào môi trường. Phần bụi lắng sẽ được thu hồi qua cửa thu bụi của
xyclone và được xử lý riêng.
- Bụi từ khí thải quá trình sấy, sàng và làm nguội được thu hồi bằng xyclone và tiếp

tục được thu hồi trong tháp hấp thụ kiểu sủi bọt làm nguyên liệu tuần hoàn về công
đoạn vê viên, tạo hạt.

21


22


CHƯƠNG 2: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT – NĂNG LƯỢNG
Vật liệu sấy là phân hữu cơ vi sinh, có các thông số vật lý cơ bản như sau:
 Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy (theo vật liệu ướt):
x1 = 25%
 Độ ẩm cuối của vật liệu sấy (theo vật liệu ướt):
x2 = 15%
 Năng suất sản phẩm: G2 = 2000 kg/h.
2.1.

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

2.1.1. Công thức tính toán
Ta kí hiệu các đại lượng như sau:
G1, G2: khối lượng vật liệu sấy đi vào, ra thiết bị sấy(kg/h).
x1 , x2 : độ ẩm tương đối của vật liệu sấy ở đầu vào , ra của thiết bị sấy (kg/h).
W : lượng ẩm bay hơi trong 1 giờ(kg/h).
Gk : khối lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg/h).
Khối lượng vật liệu sấy đi vào:
G1 = G2 hay G2 = G1 (kg/h)
(CT 9.13/279 – [12])
Gk = G1 ( 1- ) = G2 (1- )

Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu:
W = G1 – G 2
(kg hay kg/s)
(CT 9.14/279 – [12])
2.1.2. Tính toán
Khối lượng vật liệu sấy đi vào:
G1 = G2 = 2000 = 2266 (kg/h)
Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối:
Gk = G2 (1- ) = 2000 (1 - 0.15) = 1700 (kg/h)
Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu:
W = G1 – G2 = 2266 – 2000 = 266 (kg/h)
2.2.

TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

2.2.1. Công thức xác định các thông số
23


Áp suất hơi bão hòa
Pb = exp (12 - ) (bar)
Độ chứa ẩm
d = 0.621 ( ) (kg ẩm/kg KK)

(CT2.31/31 – [1])
(CT 2.18/28 – [1] )

 φ=
Pb = (bar)
Enthalpy:

H = ik + d*ia
= Cpk x t + d( r + Cpa x t )

(CT 2.24/29 – [1] )
(kJ/kg)

 d = (kg ẩm/kg KKK)
t = (0C)
Trong đó:
ik , ia
(kJ/kg) : enthalpy của 1 kg kkk và 1 kg hơi nước
Cpk = 1.004 (kJ/kg.K): nhiệt dung của không khí khô
Cpa = 1.842 (kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của hơi nước
r = 2500 (kJ/kg) : ẩn nhiệt hóa hơi
Pa = 0.981 (bar) : áp suất khí quyển
Thể tích riêng
v = (m3/kg khói khô) ( CT VII.8/94 – [4] )
Trong đó:
Pa, Pb lấy đơn vị N/m3
Khối lượng riêng của không khí ban đầu:
ρ0 = ρtc (1- ) (kg/m3)
2.2.2. Xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết
a. Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A)
Nhiệt độ không khí: t0 = 270C
Độ ẩm không khí: φ = 75%
Áp suất bão hòa:
Pb = exp (12 - ) = exp (12 - )= 0.035 (bar)
Độ chứa ẩm:
d0 =0.621 ( ) = 0.621 ( ) = 0.017 (kg ẩm/ kg KK)
Enthalpy:

H0 = Cpk x t + d( r + Cpa x t )
= 1.004 x 27 +0.017(2500 + 1.842 x 27) = 70.632 (kgJ/kg)
24


Thể tích riêng:
v0 = = 0.905 (m3/kg khói khô)
Khối lượng riêng của không khí ẩm ban đầu:
ρ0 = x ρtc x (1- )
= x 1.293 x (1- )
= 1.142 (kg/m3)
b. Các thông số trạng thái của khói lò sau buồng đốt (B), buồng hòa trộn (B’):

 Tính toán quá trình cháy:
Bảng 2.1: Thành phần nhiên liệu than sử dụng
(Bảng VII – 14/219 – [13])
Nguyên tố
C
H
O
N
S
A
W
Nhiệt trị cao của nhiên liệu:

Hàm lượng (%)
57
4.6
2.6

0.2
1.6
19
15

Qc = (339C) + (1030 H) – (109(O – S)) (CT trang 138 – [11])
= (339 57) + (1030 4.6) – (109 (1.6 – 2.6)
= 23952 (kJ/kg nhiên liệu)
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu:
Qt = Qc – 25(9H + W)

(CT trang 138 – [11])

= 23952 – 25(9 4.6 + 15)
= 22542 (kJ/kg nhiên liệu)
Lượng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy:
L0 = 0.115C + 0.346H + 0.043( S – O )
25