Luận văn tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 3
Phần 1: ................................................................................................................... 4
TỔNG QUAN ....................................................................................................... 4
1.1. Quặng apatit và quá trình sản xuất phân lân nung chảy....................... 4
1.1.1. Quặng apatit ...................................................................................4
1.1.2. Quy trình, cơng nghệ sản xuất phân lân nung chảy ........................5
1.2. Lựa chọn phƣơng pháp sấy ................................................................ 10
1.2.1. Các phƣơng pháp sấy ...................................................................10
1.2.2. Lựa chọn phƣơng pháp, thiết bị sấy .............................................11
1.2.3. Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt..................................................11
Phần 2: ................................................................................................................. 13
TÍNH CƠNG NGHỆ ........................................................................................... 13
2.1. Số liệu đầu vào. .................................................................................. 13
2.2. Tính cân bằng vật chất........................................................................ 13
2.3. Cân bằng năng lƣợng.......................................................................... 14
2.3.1. Công thức xác định các thông số của tác nhân sấy. .....................14
2.3.2. Xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá
trình sấy lý thuyết ........................................................................15
2.3.3. Cân bằng năng lƣợng cho thiết bị sấy lý thuyết. ..........................21
2.3.4. Cân bằng năng lƣợng cho thiết bị sấy thực. .................................22
2.3.5. Thông số của tác nhân sấy sau q trình sấy thực. ......................24
2.3.6. Lƣu lƣợng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực .....25
2.3.7. Lƣợng nhiên liệu tiêu hao ............................................................25
2.3.8. Hiệu suất thiết bị sấy ....................................................................25
2.4. Tính kích thƣớc thùng quay ............................................................... 25
GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

1


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

2.5. Tính thời gian sấy. .............................................................................. 26
Phần 3: ................................................................................................................. 28
TÍNH CƠ KHÍ ..................................................................................................... 28
3.1. Tính bề dày thùng. .............................................................................. 28
3.2. Tính cánh đảo trộn. ............................................................................. 30
3.3. Tính bộ truyền động. .......................................................................... 30
3.4. Tính vành đai, kiểm tra bền thùng...................................................... 36
3.5. Tính con lăn đỡ, con lăn chặn. ........................................................... 40
3.6. Tính chọn lớp bảo ơn .......................................................................... 42
3.7. Tính chọn các thiết bị phụ trợ............................................................. 44
Phần 4: ................................................................................................................. 45
CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, SỬA CHỮA........................................... 45
4.1. Chế tạo. ............................................................................................... 45
4.1.1. Chuẩn bị nguyên vật liệu..............................................................45
4.1.2. Thân thùng....................................................................................46
4.1.3. Vành đai, bánh răng vòng, các con lăn ........................................48
4.1.4. Cánh đảo trộn ...............................................................................48
4.2. Lắp đặt. ............................................................................................... 50
4.2.1. Vận chuyển ...................................................................................50
4.2.2. Lắp đặt ..........................................................................................50
IV.3. Vận hành. ......................................................................................... 52
IV.4. Sự cố và khắc phục........................................................................... 53
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 61

GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

2


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

MỞ ĐẦU
Thiết bị sấy đƣợc sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp. Hệ
thống sấy là một trong các thiết bị quan trọng giúp sản phẩm đạt đƣợc các chỉ tiêu chất
lƣợng, kỹ thuật mong muốn để sử dụng hoặc chuyển tới các giai đoạn khác. Để có
đƣợc hệ thống sấy phù hợp, việc thiết kế là công việc đầu tiên và có vai trị quyết định
đối với q trình chế tạo thiết bị.
Ở nƣớc ta hiện nay, ngoài các thiết bị sấy chung, sản xuất hàng loạt, một số q
trình địi hỏi thiết bị sấy riêng đáp ứng yêu cầu cụ thể của sản xuất, trong đó có hệ
thống sấy trong dây chuyền sản xuất phân lân nung chảy.
Phân lân nung chảy sau khi ra khỏi lị cao đƣợc tơi nƣớc ở áp suất cao để tạo
thành các hạt nhỏ và đƣợc đƣa đến bãi ráo, trải qua quá tình ráo nƣớc tự nhiên đến khi
đạt đƣợc độ ẩm nhất định. Sau đó đƣợc đƣa vào thiết bị sấy điều chỉnh độ ẩm theo tiêu
chuẩn trƣớc khi đƣa đi nghiền mịn hoặc đóng đóng gói thành sản phẩm.
Tập đồ án này trình bày rõ quy trình sản xuất phân lân nung chảy cùng vai trò của
hệ thống thiết bị sấy trong dây chuyền đó; lựa chọn phƣơng pháp, loại thiết bị và tính
tốn thiết kế thiết bị sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm, tính chọn các phụ kiện
liên quan.
Trong quá trình thực hiện, do hạn chế về thời gian và tƣ liệu tham khảo, tập đồ án
này khó lịng tránh khỏi những sai sót, rất mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của q thầy
cơ.

GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

3


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

Phần 1:

TỔNG QUAN
1.1. Quặng apatit và quá trình sản xuất phân lân nung chảy
1.1.1. Quặng apatit

a) Định nghĩa [9] [11] [5]
Apatit là một nhóm ba loại khống vật phốt phát chứa nhóm fluorine, chlorine
hay hydroxyl. Những ion này có thể thay thế tự do trong mạng tinh thể và hầu hết các
mẫu vật đều chứa cả ba dạng ion, mặc dù một trong số chúng có thể rất ít so với các
ion khác. Thay vì gọi riêng fluorapatite, chlorapatite và hydroxylapatite, ngƣời ta
thƣờng gọi chung vì thực tế rất khó phân biệt bằng các phƣơng pháp thơng thƣờng.
Apatit có thành phần đƣợc biểu thị bởi cơng thức chung Ca5R(PO4)3 với R có thể
là F, Cl, OH.
Apatit thuộc hệ lục giác, hình dạng tinh thể thƣờng là dạng hình trụ lục phƣơng
dài hoặc ngắng, có thể có màu xanh, vàng, lục, đỏ nhạt, tía... tùy thuộc vào loại tạp
chất trong đó. Tỉ trọng apatit là 3,1 – 3,2; nhiệt độ bóng chảy 1400oC – 1570oC và hầu
nhƣ khơng tan trong nƣớc.
Apatit trong tự nhiên có giá trị cơng nghiệp, thƣờng là để sản xuất phân bón:
phân lân super, phân lân nung chảy, DAP, MAP...

b) Phân loại
Ở mỗi quốc gia, việc phân loại quặng apatit có thể đôi chút khác nhau trong một
số trƣờng hợp cụ thể. Phân loại sau đây áp dụng cho mỏ apatit Lào Cai của Việt Nam
theo tài liệu [4].
 Phân loại theo thạch học: căn cứ vào các đặc điểm thạch học, ngƣời ta chia mỏ
apatit thành 8 tầng cốc san, ký hiệu từ dƣới lên trên: KS1-KS8. Trong đó
quặng apatit nằm ở các tầng KS4, KS5, KS6 và KS7. Trong từng tầng lại chia
ra thành các đới phong hóa hóa học và chƣa phong hóa hóa học.
GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

4


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy


Tầng KS4: Còn gọi là tàng dƣới quặng, đây là tầng nham thạch apatit
cacbonat – thạch anh – muscovit có chứa cacbon. Nham thạch của tầng
này gồm hai loại phiến thạch chính là dolomit – apatit – thạch anh và
apatit – thạch anh – dolomit chứa khoảng 35 – 40% apatit. Chiều dày tầng
này khoảng 35-40m.



Tầng KS5: Còn gọi là tầng quặng. Đây là tầng apatit cacbonat, là tầng
chứa quặng chủ yếu trong khu vực bể photphorit. Quặng apatit hầu nhƣ
thuộc phần phong hóa của tầng này, hàm lƣợng P2O5 từ 28-40%, gọi là
quặng loại I. Chiều dày tầng này từ 3-4m tới 10-12m. Ngoài ra KS5 còn

chứa các phiến thạch apatit – dolomit, dolomit – apatit – thạch anh –
muscovit.



Tầng KS6, KS7: Còn gọi là tầng trên quặng, chiều dày khoảng 35-40m.
Nham thạch của tầng này khác với loại apatit cacbonat ở chỗ nó có hàm
lƣợng thạch anh, muscovit và cacbonat cao hơn, hàm lƣợng apatit giảm.
So với tầng dƣới quặng, tầng này ít nuscovit và hợp chất cacbon hơn, hàm
lƣợng apatit cao hơn.

 Phân loại theo thành phần vật chất: dựa vào sự hình thành và thành phần vật
chất, quặng apatit đƣợc chia làm 4 loại:


Quặng loại I: là quặng apatit hầu nhƣ đơn khoáng, hàm lƣợng P2O5 chiếm
khoảng 28-40%.



Quặng loại II: là quặng apatit – dolomit, hàm lƣợng P2O5 chiếm khoảng
18-25%.



Quặng loại III: là quặng apatit – thạch anh, hàm lƣợng P2O5 chiếm khoảng
12-20%, trung bình 15%.



Quặng loại IV: là quặng apatit – thạch anh – dolomit, hàm lƣợng P2O5
chiếm khoảng 8-10%.

1.1.2. Quy trình, cơng nghệ sản xuất phân lân nung chảy

a) Định nghĩa [1]

GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

5


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy
Phân lân nung chảy có thành phần chủ yếu là P, Ca, Si và một số nguyên tố vi
lƣợng nhƣ Fe, Co, Mn,... thành phần của phân lân nung chảy có thể viết dạng:
4(Ca, Mg)O.P2O5

5(Ca, Mg)O.P2O5.SiO2

Phân lân nung chảy có pH từ 6-8 tùy thuộc quá trình phối trộn, tạo ra sản phẩm
phù hợp với các loại đất khác nhau.
b) Tính chất, ứng dụng [1][6]
 P2O5 trong phân lân nung chảy ở dạng hòa tan trong axit xitric 2%, đƣợc
thực vật hấp thụ dễ dàng.
 Phân lân nung chảy là sản phẩm phân lân kiềm tính, khơng bị hút ẩm,
khơng kết khối, chứa 25-30% P2O5, trong đó P2O5 hiệu quả chiếm 90-98%
P2O5 tổng.
 Phƣơng pháp sản xuất đơn giản, tránh đƣợc tiêu hao axit, có thể dùng cả

nguyên liệu chất lƣợng không cao (hàm lƣợng P2O5 thấp).
 Cung cấp dinh dƣỡng lân (P2O5) cho cây trồng, là chất chủ yếu tạo nên các
tế bào thực vật, thúc đẩy nảy mầm, phát triển rễ, tăng số lƣợng, chất lƣợng
hạt, củ quả...
 Bổ sung các chất dinh dƣỡng khác nhƣ CaO, MgO, SiO2,...
+ CaO: khử chua cho đất, cải tạo và tăng nhanh độ phì nhiêu của đất,
giúp cây trồng tổng hợp protein và chuyển hóa dinh dƣỡng.
+ MgO: khử chua, là chất thiết yếu tạo nên diệp lục tố, giúp cây tăng
khả năng quan hợp, tổng hợp dinh dƣỡng...
+ SiO2: tăng độ cứng vững của thân và lá, giúp cây trồng chịu rét, chịu
hạn, chống sâu bệnh tốt hơn.
+ Chất vi lƣợng: Mn, Cu, B, Fe... thúc đẩy cây phát triển toàn diện.
 Là loại phân không tan trong nƣớc, tan từ từ trong môi trƣờng đất và dịch rễ
cây nên hạn chế rửa trôi, hiệu lực phân kéo dài.
c) Quy trình cơng nghệ [1]


Ngun lý sản xuất phân lân nung chảy.

Cơ sở của phƣơng pháp là dùng nhiệt nung nóng biến lân từ dạng vơ định hình
cây khơng thể hấp thụ thành dạng vơ định hình cây có thể hấp thụ đƣợc.
GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

6


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy
 Nguyên liệu:

+ Apatit: có thể sử dụng apatit loại chất lƣợng kém nhƣ loại II, vì loại II
có chứa Mg cần thiết cho phối liệu. Apatit có hàm lƣợng P2O5 ≤ 30%
là đạt yêu cầu.
+ Đá secpentin: là nguồn khoáng thiên nhiên chứa MgO, SiO2 cùng một
số nguyên tố vi lƣợng nhƣ Mn, Cu,...
 Nguyên lý
+ Phối liệu đƣợc đƣa vào lò nung chảy sẽ biến đổi cấu trúc quặng,
chuyển hóa photphat thành trạng thái hòa tan trong axit xitric với sự
tạo thành trạng thái thủy tinh vơ định hình.
+ Tốc độ làm lạnh càng nhanh thì độ tan P2O5 trong axit citric càng cao.
+ Để hạ thấp độ nhớt của phối liệu, phải nung ở chế độ quá nhiệt. Liệu
chảy ra lò với tốc độ đều đặn và làm nguội đột ngột.
+ Lƣợng ẩm theo nguyên liệu, nhiên liệu sẽ bốc hơi ở nhiệt độ 150oC.
+ Ở nhiệt độ trên 500oC, nƣớc kết tinh trong secpentin thoát ra.
+ Ở nhiệt độ lớn hơn 650oC, nƣớc kết tinh bay hết theo khói lị,
secpentin bắt đầu phân hủy:
3MgO.SiO2  2MgO.SiO2 + MgSO2 + 2H2O
Ở các nhiệt độ lớn hơn 650oC sẽ tạo thành 3Mg2SiO4:
2(3MgO.2SiO2)  3Mg2SiO4 + 2MgSiO3
+ Khi gia nhiệt đến nhiệt độ xác định có các phản ứng phân hủy
cacbonat: MgCO3, CaCO3 và các phản ứng hoàn nguyên Fe, Ni.

+ Ở 1150oC, oxit sắt bị khử thành gang chảy lỏng.

GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

7

Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy
+ Vì tỷ trọng Fe và Ni lớn hơn nhiều tỉ trọng phối liệu nên Fe và Ni lắng
xuống đáy tạo thành xỉ feroniken.
+ Ở 1200oC phối liệu bắt đầu nóng chảy, q trình nóng chảy xảy ra
phản ứng khử (chủ yếu khử F, hoàn nguyên Ni, P).

Hoặc dạng tổng quát:

Trong đó một phần CaF2 phản ứng với SiO2 và hơi nƣớc:
Nếu trong lị có nhiều hơi nƣớc, HF đƣợc tạo thành và thoát ra. Flo tách
ra càng nhiều càng làm tăng hiệu suất chuyển hóa P2O5.

+ Kích thƣớc hạt sau khi tơi có ảnh hƣởng tới hiệu suất η. Hạt càng nhỏ,
khả năng tái kết tinh càng kém, hiệu suất càng cao.
+ Than tồn tại trong sản phẩm thì photpho trong quặng có thể thăng hoa
một phần theo phản ứng:

 Quy trình sản xuất [1]
 Sơ đồ nguyên lý quy trình sản xuất:

GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

8


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

Kẹp hàm đập

Nguyễn liệu

Sàng khô

Rửa

Lọc bụi

Lị cao
Tơi nƣớc
3-5 at

Rửa bụi
Bãi rửa
Ca(OH)2

Xử lý

Khí thải

Sấy

Thải

Nghiền

Lọc bụi

Sàng

Sản phẩm
Hình 1.1: Quy trình sản xuất phân lân nung chảy.

 Thuyết minh sơ đồ
+ Quặng apatit, đá secpentin đƣợc đƣa về bãi chứa và nhờ oto, máy xúc
chuyển về phễu của máy đập nhằm gia cơng ngun liệu về kích
thƣớc cần thiết, rồi qua sàng khô, sàng ƣớt để loại bỏ các hạt có kích
cỡ khơng đạt tiêu chuẩn. Lƣợng mịn đƣợc tập trung vào bão chứa.
Than đƣợc chọn lọc, đảm bảo chất lƣợng và kích cỡ chuyển về sàn lị.
+ Quặng, than đá, đá secpentin đƣợc cân theo phối liệu, chuyển vào
thùng tời đƣa lên lò cao. Ở trong lò cao diễn ra các q trình sấy, hóa
mềm chảy lỏng và q nhiệt chuyển hóa quặng chứa lân thành dạng
vơ định hình bằng cách làm lạnh đột ngột bằng nƣớc, rồi đƣợc trục vớt
GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

9


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy
từ bể tôi bán thành phẩm đƣa vào phễu chứa, nhờ băng tải đƣa về bãi
ráo.
+ Bán thành phẩm ở bãi ráo tự nhiên tiếp tục đƣợc đƣa vào phễu rồi theo
hệ thống băng tải chuyển vào máy sấy thùng quay. Ở đây, bán thành
phẩm đƣợc sấy với nhiệt độ 600-700oC, sau đó đƣợc đổ ra băng tải
chuyển đi gia công chế biến theo yêu cầu:
+ Để sản xất phân lân nghiền: bán thành phẩm đƣợc chuyển vào máy

nghiền đến độ mịn 50-70% tùy vào yêu cầu sản xuất.
+ Để sản xuất phân lân hạt: bán thành phẩm đƣợc chuyển sang sàng, thu
sản phẩm hạt.
+ Sản phẩm đƣợc đóng bao nhãn, xếp kho, xuất cho khách hay chuyển
sang tổ sản xuất khác.
1.2. Lựa chọn phương pháp sấy
1.2.1. Các phương pháp sấy [12]

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nƣớc ra khỏi vật liệu. Trong
cơng nghiệp, ngƣời ta tiến hành q trình sấy nhân tạp dƣới tác dụng nhiệt của thiết bị
sấy. Tùy theo phƣơng pháp truyền nhiệt, trong kỹ thuật sất chia ra:
 Sấy đối lưu: Là phƣơng pháp sấy mà việc cấp nhiệt cho vật ẩm đƣợc thực
hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lƣu. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là chi phí
đầu tƣ thấp, năng suất có thể rất cao. Tuy nhiên nhƣợc điểm là tốc độ truyền
nhiệt tƣơng đối chậm, phải nung nóng khơng khí trong thiết bị trƣớc khi có
tác dụng nhiệt lên vật liệu sấy. Phƣơng pháp này rất thông dụng.
 Sấy tiếp xúc: Là phƣơng pháp sấy không cho vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp
với bề mặt có nhiệt độ cao. Ƣu điểm của phƣơng pháp là hiệu quả nhiệt cao,
giảm tổn thất năng lƣợng khơng cần thiết đun nóng khơng khí trƣớc khi sấy.
Nhƣợc điểm phƣơng pháp này là chi phí đầu tƣ thiết bị cao, chi phí vận hành
cao mà năng suất thấp. Phƣơng pháp này ít khi đƣợc sử dụng.
 Sấy bức xạ: Là phƣơng pháp sấy dùng năng lƣợn nguồn cấp nhiệt truyền tới
vật liệu sấy bằng bức xạ, thƣờng dùng tia hồng ngoại. Ƣu điểm phƣơng pháp
này là trao đổi nhiệt cƣờng độ cao, giảm đáng kể thời gian sấy, thiết bị đơn
GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

10

Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy
giản, dễ thiết kế, chế tạo và sử dụng. Tuy nhiên thiết bị sấy này đòi hỏi các
thiết bị bảo vệ, điều chỉnh chế độ sấy, quan tâm kiểm tra thƣờng xuyên tránh
hỏa hoạn. Phƣơng pháp này ít đƣợc sử dụng.
 Sấy bằng dịng điện cao tần: Là phƣơng pháp dùng năng lƣợng điện trƣờng
tần số cao để đốt nóng tồn bộ chiều dày lớp vật liệu. Phƣơng pháp này có
ƣu điểm truyền nhiệt nhanh, chỉ làm nóng những vùng ẩm nên ít tổn hao
năng lƣợng cho các phần khác. Chi phí đầu tƣ lớn, cấu tạo phức tạp và quy
mô nhỏ là những hạn chế lớn của phƣơng pháp này.
1.2.2. Lựa chọn phương pháp, thiết bị sấy

Dựa vào đặc tính phân lân bán thành phẩm và yêu cầu trong quy trình sản xuất
phân lân nung chảy, ta thấy phƣơng pháp sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm
khơng u cầu giữ các đặc tính cảm quan nhƣ 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 nhƣng giá thành đầu tƣ thấp, vận hành sửa chữa đơn
giản. Do đó, ta chọn phƣơng pháp sấy đối lƣu.
Phƣơng pháp sấy đối lƣu có các loại thiết bị sấy: sấy buồng, sấy hầm, sấy khí
động, sấy tầng sơi, sấy tháp, sấy thùng quay, sấy phun,... Dựa vào năng suất làm việc,
nhiệt độ làm việc và yêu cầu chi phí đầu tƣ, vận hành, ta chọn thiết bị sấy thùng quay
với các ƣu điểm:
 Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí, tự động hóa hồn tồn.
 Q trình sấy đều đặn và mãnh liệu, năng suất cao.
 Thiết kế, chế tạo, vận hành với chi phí thấp.
1.2.3. Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt

Tác nhân sấy có các loại: khơng khí ẩm, khói lò, hơi quá nhiệt.
Do yêu cầu sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm cần nhiệt cao từ 600-700oC
và không sợ bị ô nhiễm sản phẩm sấy, không sợ cháy nổ nên ta chọn tác nhân sấy là

khói lị.
Tác nhân sấy đƣợc chọn là khói lị nên chất tải nhiệt cũng chính là khói lị. Do
khơng phải trang bị lị hơi nên sử dụng khói lị làm chất tải nhiệt, tác nhân sấy giúp

GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

11


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy
giảm đáng kể vốn đầu tƣ thiết bị ban đầu cũng nhƣ giảm thất thoát nhiệt năng trong
q trình vận hành.
Có hai phƣơng thức sấy là sấy xuôi chiều và sấy ngƣợc chiều dựa trên chiều
chuyển động tƣơng đối giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy. Do phƣơng thức sấy ngƣợc
chiều khó điều chỉnh, khó thu hồi xử lý bụi hơn so với phƣơng pháp sấy xuôi chiều
nên ta chọn phƣơng thức sấy xuôi chiều.

GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

12


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

Phần 2:

TÍNH CƠNG NGHỆ
2.1. Số liệu đầu vào.

Thiết kế hệ thống thiết bị sấy trong quy trình sản xuất phân lân nung chảy trong
dây chuyển sản xuất phân lân nung chảy.
 Thiết bị: sấy thùng quay.
 Phƣơng thức: sấy xi chiều.
 Tác nhân sấy: khói lò.
 Vật liệu sấy: phân lân nung chảy bán thành phẩm.
 Năng suất: 35 tấn/giờ.
 Độ ẩm ban đầu: 7%.
 Độ ẩm cuối: 1%.
2.2. Tính cân bằng vật chất

Ta ký hiệu các đại lƣợng nhƣ sau:
G1, G2 - khối lƣợng vật liệu vào, ra thiết bị sấy, kg/h.
ω1, ω2 - độ ẩm tƣơng đối vật liệu vào, ra thiết bị.
W - lƣợng ẩm bay hơi trong 1h, kg/h.
Gk - khối lƣợng vật liệu khô tuyệt đối, kg/h.
Lƣợng ẩm bốc hơi trong 1 giờ (theo

):

Lƣợng vật liệu khô tuyệt đối:

Lƣợng vật liệu vào:

GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

13


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy
2.3. Cân bằng năng lượng
2.3.1. Công thức xác định các thông số của tác nhân sấy.

 Áp suất hơi bão hòa (theo

):

 Độ chứa ẩm (theo

):

Pa = 0,981 bar: áp suất khí quyển.
 Enthalpy (theo

):

Trong đó:
ik, ia: enthalpy của 1kg khơng khí khơ và 1kg hơi nƣớc, kJ/kg.
Cpk : nhiệt dung riêng của khơng khí khô, kJ/kg. Cpk=1,004.
Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nƣớc, kJ/kg. Cpa=1,842.
r: ẩn nhiệt hóa hơi của nƣớc, kJ/kg. r=2500.

 Thể tích riêng (theo

GVHD: Vũ Hồng Thái

):

SVTH: Đậu Ngọc Hồng

14


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy
Trong đó Pa, Pb có đơn vị là N/m2.
2.3.2. Xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết

a. Thơng số trạng thái của khơng khí ngồi trời (A)
Khơng khí ngồi trời có:
 Nhiệt độ: to = 25oC.
 Độ ẩm:

υ = 80%.

Áp suất hơi bão hòa:

Độ chứa ẩm:

Enthalpy:

Thể tích riêng:

b. Thơng số trạng thái của khói lị sau buồng đốt (B’), sau buồng hịa trộn (B)
 Tính tốn quá trình cháy
Thành phần nhiên liệu than sử dụng: Than Tuyên Quang.

Bảng 2.1: Thành phần nhiên liệu than Tuyên Quang[15].

Nguyên tố

GVHD: Vũ Hồng Thái

Hàm lượng
(% khối lượng)

C

57

H

4,6

O

2,6

N

0,2

S

1,6

Tr (tro)

19
SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

15


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy
A (nƣớc)

15

Nhiệt trị cao của nhiên liệu (theo

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (theo

):

):

Lƣợng không khí khơ lý thuyết cho q trình cháy (theo

):

Trong thực tế, tùy thuộc vào việc tổ chức quá trình cháy và độ hồn thiện
của buồng đốt mà khơng khí khơ thực tế L để cháy hết 1kg nhiên liệu lớn hơn
lƣợng khơng khí khơ lý thuyết Lo. Do đó, theo

ta có:

hệ số khơng khí thừa của buồng đốt.
Ở đây ta chọn αbd = 1,3 (αbd = 1,2..1,3) (theo Tr.57[18])
Lƣợng không khí khơ thực tế cho q trình cháy:
L = αbd.Lo = 1,3 . 8,170 = 10,621 (kg khơng khí/kg nhiên liệu)
Do nhiệt độ khói lị sau buồng đốt rất lớn, lớn hơn nhiều so với yêu cầu nên
tác nhân sấy là khói lị cần đƣợc qua q trình hịa trộn với khơng khí ngồi trời
để đạt đƣợc nhiệt độ thích hợp trƣớc khi vào thùng sấy.
Gọi α là hệ số khơng khí thừa của buồng hịa trộn, là tỉ số giữa lƣợng khơng
khí khơ đƣa vào buồng hịa trộn, chia cho lƣợng khơng khí khơ lý thuyết cần cho
q trình cháy (theo

GVHD: Vũ Hồng Thái

):

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

16


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

Trong đó:
 Chọn hiệu suất buồng đốt:

ηbd = 0,6

 Chọn nhiệt độ của khói lị sau hòa trộn: t1 = 650oC
 Nhiệt dung riêng nhiên liệu (than):

Cnl = 0,12 kJ/kg.K

 Nhiệt độ nhiên liệu vào:

tnl = 25oC

 Enthalpy của hơi nƣớc: i = 2500+1,842t (kJ/kg)
+ Khơng khí ngồi trời:
iao = 2500 + 1,842 . 25 = 2546,05 (kJ/kg)
+ Hơi nƣớc chứa trong khói sau buồng hòa trộn:
ia = 2500 + 1,842 . 650 = 3697,30 (kJ/kg)

 Các thơng số khói lị
o Lƣợng hơi nƣớc
 Sau buồng đốt (theo

 Sau buồng hòa trộn (theo
GVHD: Vũ Hồng Thái

):

)
SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

17


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

o Khối lƣợng khói khơ

 Sau buồng đốt (theo

)

 Sau buồng hòa trộn (theo

):

o Độ chứa ẩm khói lị
 Sau buồng đốt (theo

):

 Sau buồng hịa trộn (theo

)

o Enthalpy khói lị
 Sau buồng đốt (theo

 Sau buồng hòa trộn (theo

GVHD: Vũ Hồng Thái

):

):

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

18


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

o Nhiệt độ khói lị
 Sau buồng đốt (theo

):

 Sau buồng hòa trộn:

o Áp suất h/ơi bão hòa
 Sau buồng đốt:

 Sau buồng hòa trộn:

o Độ ẩm tƣơng đối
 Sau buồng đốt:

 Sau buồng hòa trộn:

o Thể tích riêng
 Sau buồng đốt:
GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

19

Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

 Sau buồng hòa trộn:

c. Thông số trạng thái của tác nhân sấy sau thùng sấy (C)
Trong thiết bị sấy dùng khói lị làm chất vừa cung cấp nhiệt lƣợng, vừa thải
ẩm ra môi trƣờng, q trình sấy lý thuyết là q trình khơng có tổn thất do vật
liệu sấy, do thiết bị truyền tải mang đi, khơng có tổn thất do tỏa ra mơi trƣờng
qua các kết cấu bao che,... mà chỉ có thất thốt do tác nhân sấy mang đi. Do đó,
bao nhiêu nhiệt lƣợng khói lị cùng cấp cho vật liệu sấy hoàn toàn dùng để tách
ẩm khỏi vật liệu. Khi ẩm tách khỏi vật liệu, lại bay vào trong khói lị, do đó ẩm
đã mang tồn bộ nhiệt lƣợng mà khói đã mất trả lại dƣới dạng ẩn nhiệt hóa hơi r
và nhiệt vật lý của hơi nƣớc Cpa.t. Quá trình sấy lý thuyết bằng khói lị đƣợc xem
là q trình đẳng enthalpy [18].
Thơng số tác nhân sấy sau q trình sấy lý thuyết:
 Enthalpy: I2 = I1 = 817,04 (kJ/kg khói khơ)
 Chọn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy là: 71oC.
 Áp suất hơi bão hòa:

 Độ chứa ẩm:

 Độ ẩm tƣơng đối:

 Thể tích riêng:
GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

20

Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

Bảng 2.2: Thông số trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết
Đại lượng

Khơng khí ngồi

Tác nhân sấy sau

Tác nhân sấy sau

Tác nhân sấy ra

trời (A)

buồng đốt (B’)

buồng hòa trộn (B)

khỏi thiết bị (C)

t (oC)

25

1070,43

650

71

φ (%)

80

1,297.10-5

3,803.10-5

0,958

d (kg ẩm/kg kk) 0,0164

0,0679

0,0445

0,2830

I (kJ/kg kk)

66,86

1378,34

817,04

817,04

Pb (bar)

0,0315

7456,32

1724,93

0,321

v (m3/kg kk)

0,898

4,375

2,904

0,283

2.3.3. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy lý thuyết.

Giả sử lƣợng khói vào, ra thiết bị là khơng đổi, ký hiệu Lo’ (kg/h). Theo phƣơng
trình cân bằng vật chất (theo

):

Lƣợng khói khơ cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm:

Phƣơng trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết (theo

):

Nhiệt lƣợng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết:

Nhiệt lƣợng tiêu hao riêng:
GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

21


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

2.3.4. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực

Trong thiết bị sấy thực, ngoài tổn thất nhiệt do quá trình sấy mang đi, trong thiết
bị sấy thùng quay cịn có tổn thất nhiệt ra môi trƣờng Qmt, và tổn thất do vật liệu sấy
mang đi Qv. Trong thiết bị sấy thùng quay không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị
chuyển tải, do đó Qbs=0, Qct=0.
 Nhiệt lƣợng đƣa vào thiết bị sấy:
 Nhiệt lƣợng do tác nhân sấy nhận đƣợc trong buồng đốt, buồng hòa trộn:
 Nhiệt lƣợng do vật liệu sấy mang vào:
 Nhiệt lƣợng đƣa ra khỏi thiết bị sấy:
 Nhiệt lƣợng tổn thất do tác nhân sấy mang đi:
 Nhiệt vật lý của vật liệu sấy mang đi:
 Nhiệt lƣợng tổn thất ra môi trƣờng:
Qmt.

Cân bằng nhiệt lƣợng vào và ra thiết bị, ta có:

Trong đó G1 = G2 + W, ta coi nhƣ Cv2 = Cv1 = Cv.
Vậy nhiệt lƣợng tiêu hao trong quá trình sấy thực:

Đặt Qv = G2.Cv(tv2 – tv1): tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi.
Q = L’(I1 – I0) = L’(I2 – I0) + Qv + Qmt –W.Ca.tv1
Xét cho 1kg cần bốc hơi:
q = l’(I1 – I0) = l’(I2 – I0) + qv + qmt – Ca.tv1
Trong đó:
GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

22


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy

Đặt

.

o Xác định qv:
Theo

:

Trong đó:
Cv: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm ω2, kJ/kg.K

Ck: Nhiệt dung riêng vật liệu khô, kJ/kg.K.
Ck = 0,791 (sử dụng

)

Ca: Nhiệt dung riêng ẩm, kJ/kg.K. Ca = 4,1868.
Cv = 0,791(1 – 0,01) + 4,1868 . 0,01 = 0,825 (kJ/kg.K)
tv1 = t0 = 25oC: nhiệt độ vật liệu sấy vào thiết bị, lấy bằng nhiệt độ môi
trƣờng.
tv2 = t2 – 5 = 71 – 5 = 66 (oC): nhiệt độ ra khỏi thiết bị sấy của vật liệu
sấy (chọn nhỏ hơn đầu ra tác nhân sấy 3 – 5 độ).
Vậy:

o Xác định Ca.tv1:
o Xác định qmt:
Tổn thất nhiệt ra môi trƣờng thƣơng chiếm khoảng 3 – 5% lƣợng nhiệt tiêu
hao hữu ích:
qmt = (0,03 ÷ 0,05)qhi
Trong đó qhi đƣợc xác định:
qhi = ih – Ca.tv1 + qv.
ih = 2500 + Ck.tv1 = 2500+0,791 . 25
GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

23


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy
= 2519,78 (kJ/kg ẩm)

qhi = 2519,78 – 104,67 + 502,68 = 2917,79 (kJ/kg ẩm)
qmt = 0,05.qhi = 0,05 . 2917,79 = 145,89 (kJ/kg ẩm)
Vậy Δ = 104,67 – 502,68 – 145,89 = -543,90 (kJ/kg ẩm)
q = l’(I2 – I0) – Δ = 4,193(817,04 – 66,86) + 543,90 = 3689,41 (kJ/kg ẩm)
Nhiệt lƣợng tiêu hao trong quá trình sấy thực:
Q = q.W = 3689,41 . 2258,06 = 8330909,15 (kJ/h)
2.3.5. Thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực.

 Độ chứa ẩm của tác nhân sấy (theo

):

Trong đó:
i1 = 2500 + 1,842.650 = 3697,30 (kJ/kg).
i2 = 2500 + 1,842.71 = 2630,73 (kJ/kg).

 Enthalpy:
 Độ ẩm tƣơng đối:

Bảng 2.3: Thông số trạng thái tác nhân sấy trong q trình sấy thực
Đại lượng

Khơng khí

Tác nhân sấy sau

Tác nhân sấy sau

Tác nhân sấy ra

ngoài trời (A)

buồng đốt (B’)

buồng hòa trộn (B)

khỏi thiết bị (C)

t (oC)

25

1070,43

650

71

φ (%)

80

1,297.10-5

3,803.10-5

0,8595

d (kg ẩm/kg kk)

0,0164

0,0679

0,0445

0,243

GVHD: Vũ Hồng Thái

SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

24


Tính tốn thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy
I (kJ/kg kk)

66,86

1378,34

817,04

710,56

Pb (bar)

0,0315

7456,32

1724,93

0,321

v (m3/kg kk)

0,898

4,375

2,904

0,283

 Lƣợng khói khơ cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm trong q trình sấy thực:

 Lƣợng khói khơ cần thiết:
 Nhiệt lƣợng tiêu hao để bốc hơi 1kg ẩm:

2.3.6. Lưu lượng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực

 Lƣu lƣợng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái trƣớc khi vào thùng sấy:
 Lƣu lƣợng thể tích của tác nhân sấy ở trạng thái ra khỏi thùng sấy:
 Lƣu lƣợng thể tích trung bình của tác nhân sấy:

2.3.7. Lượng nhiên liệu tiêu hao



Lƣợng nhiên liệu tiêu hao để bốc hơi 1kg ẩm:



Lƣợng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ:

2.3.8. Hiệu suất thiết bị sấy

2.4. Tính kích thước thùng quay

 Thể tích thùng quay (theo
GVHD: Vũ Hồng Thái

):
SVTH: Đậu Ngọc Hoàng

25