Thiết kế máy sấy thùng quay sấy cát năng suất 2000 kgh

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 r
a
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.


4 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
4.1

Thông số ban đầu

4.1.1 Kiểu thiết bị sấy

Thùng quay, phương thức sấy xuôi chiều.
4.1.2 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 :
ϕo . pbh
xo = 0,622.p − pbh .ϕo ( kg ẩm/kg kkk )

( CT 7.3 – 273 – QTTBT4 )
Trong đó :
P : Áp suất khí quyển , mmHg; P = 760 mmHg.
P bh: Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm đã bão hòa hơi
nước, mmHg.

4026, 62 
12 −

235,5 + to 

Pbh = exp
= 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

4.1.3. Thông số tác nhân sấy
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)

• 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.
• 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.α
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 ).
α : Hệ số thừa không khí.
α = 1204
α (kJ)
Q2 = 16,66.72,27

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 :
α ( kJ )
Qv = 42719,96 + 1204


• 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 )
GCO2 C CO2 + G N 2 C N 2 + G0 2 C O2 + G H 2O C H 2O

→ Q5 = (

).Tk (kJ)

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

GCO
2

= 0,01 CO2+CxHy
= 0,01.2+ (.91,3+.3.4) = 2.7 kg/kgnl
GN
2

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

GO
2

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

(kg/kgnl)

H 2O
G
= CxHy + α.Lo.xo

= (.91,3+.3.4) +α .16,66.0.0177

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

Nhiệt lượng mất mát :
Q6 = Qmm = 5%.Qvào


α)
→ Q6 = 0,05.( 42719,96 + 1204
α ( kJ )
= 2136+ 60,2

→ Tổng nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn
Qr

=

Q

4

+

Q

5

+Q
6

α + 2136+ 60,2
α ( kJ )
= 8626,8 + 16193,5
α (kJ)
= 10762,8 + 16235,7.

Cân bằng nhiệt lượng lò đốt
Q v = Qr
α = 10762,8 + 16235,7.
α
→ 42719,96 + 1204

→α = 2.1
QV=45248,36 J

• 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 = α.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 = α.x0.Lo + CxHy ,
= 2,1.0.0177.16.66 + (.91,3 + .3.4)
= 2.72 ( kg/kg nl )
→

x

1

Ga
=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

(

Độ ẩm
ϕ1 =

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

Trong đó :

4026,42 
4026,42 

12 −

12 −

235,5 + t1 
235,5 + 800 


Pbh = exp
= exp

= 3332.96( bar )
ϕo . pbh
x = 0,622.p − pbh .ϕo ( kg ẩm/kg kkk )

( CT 7.3 – 273 – QTTBT4 )
ϕ1 =

→

0.0827
(0,622 + 0,0827).3332.96

→ 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 )

kJ/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


4026,42 
4026,42 

 = exp12 −
pbh = exp12 −

 = 6.17(bar )
235
,
5
+
t
235
,
5
+
160


2 

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

ϕ2 =

x 2 .P
0,325.1
=
= 0,0556
pbh (0,622 + x 2 ) 6,17.( 0,622 + 0,325)

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 )
4.2 Cân bằng vật chất và năng lượng

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

Gk = G1 (1 − ω1 ) = G2 (1 − ω 2 )

= >Gk = 2000(1 − 0,1) = 1800( kg / h )

Năng suất sản phẩm sấy
G2=G1-W=2000-163.3=1836.7 (kg/h)


Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:

L0 d 1 + G1ω1 = L0 d 2 + G 2 ω 2

Lượng không khí khô cần thiết

L0 =

W
163,3
=
= 673,96(kg / h)
d 2 − d 0 0,325 − 0.0827
(7.13-131-TTTKHTS)

Lượng không khí khô cần thiết để bốc hơi một kg ẩm:
L
1
1
l0 = 0 =
=
= 4,12
W d 2 − d 0 0,325 − 0,0827
(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)
( 7.15-131-TTTKHTS)
Nhiệt lượng tiêu hao riêng

q0 =

Q0 674788,97
=
= 4132,2
W

163,3
(kJ/kh ẩm) (7.16-131-TTTKHTS)

Cân bằng năng lượng cho sấy thực:[3, p. 135]
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 [4]
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 I1


Ta có:

Với :
Δ= kJ/kg ẩm
I1=1072,5 kJ/kg kk khô
x0=0,018
ck=1 kJ/kg.độ
t=160˚C







→

ch=1,97 kJ/kg.độ
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

v2 =

288.T2
288(90 + 273)
=
= 1,54(m 3 / kgkkk )
5
5
B − ϕ 2 . pb2 0,981.10 − 0,049.6.17.10

 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 = , ( m3 ) (CT VII.50 – STT2-121)
Trong đó :
W : Lượng ẩm bay hơi; W = 163.3 ( kg/h )
A
3

:

Cường

độ

bay

hơi

ẩm

của

.

h;
Chọn A = 80 ( kg/m3.h ) ( Bảng VII.3 – 122 – STT2 )

cát

A

= 80 ÷ 88

kg

ẩm/m


163.3
→ Vt = 80 = 2.04 ( m3 )
5

TÍNH TOÁN KẾT CẤU THIẾT BỊ CHÍNH

5.1 Chiều dài thùng
4.Vt
2
Lt =π .Dt = ( 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
ChọnDt = 5

4.25.2,04
π
→ Lt =
= 4.02 ( m ) ; chọn Lt = 4.2 m
3

5.2 Đường kính thùng
Lt 6
=
Dt =5 5 = = =0.84 ( m ); chọn Dt=0.9m

Vậy, thể tích thực tế của thùng :
Vt

=

=

3

)

5.3 Thời gian sấy

τ=
Ta có:

120 βρ (W1 − W2 )
A.[ 200 − (W1 + W2 ) ( ph ) (VII.53 – 123 – STT2 )

Trong đó:
ρ : Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng; ρ = 1200kg/m3
(Bảng 1.1 – 8 – STT1).
W1,W2 : Độ ẩm đầu và cuối của vật liệu; W1 = 10%, W2 = 2%

2.11

(

m


β

:

Hệ

số

chứa

đầy;

chọn

β

=

0,15

A : Cường độ bay hơi ẩm; A = 80( kg ẩm/m3.h ).
120.0,15.1200.(10 − 2 )
τ=
= 11 .5
[
(
)
]
80
.
200
−
10

+
2
)
→
(phút)
5.4 Số vòng quay của thùng

n=

m.k .Lt
τ .Dt .tgα ( vg/ph ) ( VII.52 – 122 – STT2 )

Trong đó :
α : Góc nghiêng của thùng quay, độ.Thường góc nghiêng của thùng dài

-

2,5÷3o, còn thùng ngắn đến 6o, chọn α = 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
- τ : Thời gian lưu lại của vật liệu trong thùng quay
→n=

1.0,7.4,2
11 .5.0.9.tg 5 =3,48 ( vg/ph ) => chọn n=3 (vg/ph)

Thời gian lưu vật liệu trong thùng:
τ

==14 (ph) >

lưu

τ
sấy

( thỏa mãn)

tốc độ tác nhân sấy
0.0188 V
Dt =
.
ω
1
−
β
Ta có:

Trong đó: +β : Hệ số chứa,β =0,2
ω
+ : Vận tốc của khí ra khỏi thùng sấy

3
+V: lưu lượng của khí ẩm ra khỏi thùng sấy m( / h )
V 2 = L.v 2 = 673,96.1,54 = 1038,2(m 3 / h)
⇒

ω=

⇒

0,01882.V
0,01882.1038,2
=
= 0.71( m / s).
2
0.82.(1 − 0,2)
Dt .(1 − β )
6.

6.1.

TÍNH TOÁN KẾTCẤU THIẾT BỊ CHÍNH

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

Thông số

Ứng suất tiêu chuẩn
Giới hạn an toàn

Kí hiệu
[σ]*
η

3
Hệ số bền mối hàn
φh
4
Ứng suất cho phép
[σ]
5
Khối lượng riêng
ρs
 Khối lượng khối vật liệu trong thùng:

Đơn vị
N/mm2
Đơn vị
Đơn vị
N/mm2
kg/m3

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

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

1

Hệ số bổ sung do ăn
mòn hóa học

Ca

0

2

Hệ số bổ sung do bào
mòn cơ học

Cb

1

3

Hệ số bổ sung do sai
lệch khi chế tạo

Cc

0,5

4

Hệ số quy tròn kích
thước

Co

0,5

Đối với vật liệu bền trong môi trường có
độăn mòn hóa học không lớn hơn 0,05
mm/năm.
Do nguyên liệu là các hạt rắn chuyển
động, va đập trong thiết bị =>Giá trị Cb
chọn theo thực nghiệm.
Phụ thuộc vào chiều dày của tấm thép.
Với thùng bằng thép không gỉCT3 dày 5
mm thì C3 = 0,5 mm (Bảng XIII.9-p364[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])




6.2.

(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.
Tính trở lực qua thùng sấy.
Theo 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:

6.3.

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

(CT 10.22 –p213-[4])

 Chiều cao chứađầy vật liệu trong thùng:
 Diện tích vật liệu tác dụng lên thùng:

 Khối lượng khối vật liệu trong thùng:

Xác định kích thước cánh đảo.

6.4.

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



6.5.

Chọn c = 340 mm
Số cánh trên một mặt cắt: 12 cánh
Với chiều dài thùng sấy LT = 4,2 m ta lắp 10 đoạn 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 – 10.0,34 = 0,8 m
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
2
3
Độ nhớt
μ0
N.s/m
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.
Bảng 8: Chọn các bề dày thùng và vật liệu: