MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong sản xuất cũng
như trong sinh hoạt. Trong nông nghiệp, sấy là một công đoạn quan trọng của công
nghệ sau thu hoạch. Trong công nghiệp như công nghiệp chế biến nông – hải sản,
công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng… kỹ thuật sấy cũng
đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất.
Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần
mà là một quá trình công nghệ, nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất
lượng cao, ít tiêu tốn năng lượng và chi phí vận hành thấp.
Để thực hiện quá trình sấy có thể sử dụng nhiều phương thức sấy như sấy nóng
hoặc sấy lạnh, nhiều thiết bị sấy như hầm sấy, tủ sấy, thùng sấy…
Đồ án “ tính toán và thiết kế hệ thống sấy thùng quay làm việc xuôi chiều để
sấy cát với năng suất 12500 kg/h ” là một trong những bài tập lớn nằm trong nội
dung của bộ môn quá trình và thiết bị khoa Công Nghệ Hóa – trường ĐH Công
Nghiệp Hà Nội, nó giúp cho sinh viên nắm vững hơn về công nghệ sấy nói riêng và
các quá trình trong công nghệ hóa học nói chung.
Em xin chân thành cảm ơn bộ môn “ quá trình và thiết bị ” đã giao cho em bản
đồ án và Th.g,Th.s Nguyễn Văn Hoàn đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian làm bài.

1


Do hạn chế về tài liệu tham khảo và kiến thức nên bản đồ án chắc chắn không
tránh khỏi sai sót mong nhận được sự đóng góp, sửa chữa của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn
Sinh viên

Nguyễn Xuân Cảnh


Khái quát về cát
Cát với thành phần chính là SiO2 là nguyên liệu quan trọng trong ngành công
nghiệp silicat như sản xuất thủy tinh, gốm sứ, xi măng… Ngoài ra, cát còn được sử
dụng trong lĩnh vực xây dựng, sản xuất công nghiệp, các quá trình làm sạch kim loại
trước khi mạ…
Cát có đặc điểm là có kích thước hạt rất nhỏ và đồng đều, chính vì đặc điểm này
nên cát là nguồn nguyên liệu lý tưởng vì khi sử dụng cát có thể giảm đến mức thấp
nhất khâu gia công xử lý nguyên liệu.
Cát là vật liệu dễ hút ẩm, tuy nhiên lại giữ ẩm kém nên dễ sấy khô.

3


PHẦN II : TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH ĐỐT THAN

Các thông số ban đầu
1.Kiểu thiết bị sấy thùng quay,phương thức sấy xuôi chiều.
2.Tác nhân sấy: Khói lò.
- Nhiệt độ khói vào thùng sấy : 750oC
- Nhiệt độ khói ra thùng sấy : 110oC
3.Vật liệu sấy là cát,có các thông số :
- Độ ẩm của VL trước khi sấy : W1 = 6%
- Độ ẩm của VL sau khi sấy : W2 = 1%
- Lượng VL vào máy sấy

: 12500 kg/h

4.Điều kiện môi trường
Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiệt bị sấy :


235,5 + 25 


= 0.032 bar

0, 621.0,85.0.032
→xo = 760 − 0.032.0,85 = 0,017 ( kg ẩm/kg kkk ).
750

Hàm nhiệt của không khí :
Io = to + ( 2493 + 1,97.to ).xo ( kJ/kg kkk )
( CT 7.5 – 273 – QTTBT4 )
→ Io = 25 + ( 2493 + 1,97.25 ).0,017
= 68,22 ( kJ/kg kkk )
Vậy, trạng thái không khí trước khi vào lò đốt
Nhiệt độ : to = 25ºC.

5


Độ ẩm

: φo= 85%.

Hàm nhiệt : xo = 0,017 ( kg/kg kkk ).
Hàm ẩm : Io = 68,22 ( kJ/kg kkk ).

Tính toán các thông số của nhiên liệu
1. Thành phần của than
Nhiên liệu là than đá bao gồm thành phần sau:

7

7,6

3

Chuyển các thành phần sang trạng thái làm việc
Alv = A.

= 7.

Clv = C. = 82.

100 − 7
= 7,07 %
100

100 − 7 − 7.07
= 70,46%
100

Tính toán tương tự ta thu được thành phần của than ở chế độ làm việc
Thành phần

Clv

Hlv

% khối lượng


( CT I.48 – 153 – STT1 ).

Trong đó :
to : Nhiệt độ của than trước khi vào lò đốt, to= 25oC
x: Hàm lượng chất bốc, x = 3%
→ Ct = 837 + 3,7.25 + 625.0,03 = 948,25 ( J/kgoC )

6


→ Ct = 948,25.10-3 ( kJ/kg.ºC ).
3. Nhiệt trị của than
Nhiệt trị cao của than :
Qc = 339.Clv + 1256.Hlv – 109.(Olv – Slv) ( kJ/kg )
(VII.37 – 110 – STT2 )
→ Qc = 339.70,64 + 1256.3,92 + 109.( 2,96 – 3,65 )
→ Qc = 28884,67 (kJ/kg).

Nhiệt trị thấp của than :
Qth = Qc - 25.( 9H + W ) = 28884,67 - 25( 9.3,92 + 7 )
= 27827,67 ( kJ/kg )
4. Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy 1 kg than
Lo = 0,115.Clv + 0,346.Hlv +0,043.( Slv – Olv )
( Công thức VII.38 – 111 – STT2 )
Lo = 0,115.70.46 + 0,346.3,92 + 0,043.( 3,65 – 2.96 )
= 9,49 (kg không khí/kg than )
5. 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


8


Q3 = Qc.η
Trong đó :
η : hiệu suất buồng đốt η = 0,9
Qc : Nhiệt trị cao của than; Qc = 28884,67 kJ/kg
→ Q3 = 28884,67.0,9 = 25996,2 ( kJ )
→ Tổng nhiệt lượng vào buồng đốt là :
Qv = 26019,91 + 647,41α ( kJ )
5.2. Nhiệt lượng ra khỏi buồng đốt và buồng trộn
Qr = Q4 + Q5 + Q6
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 :
Q4 = Gxỉ.Cxỉ.Txỉ
Trong đó :
Gxỉ : Khối lượng xỉ tạo thành khi đốt 1 kg than
Gxỉ = Alv = 7,07.10-2 ( kg/kg than ).
Cxỉ : Nhiệt dung riêng của xỉ; Cxỉ = 0,75 kJ/kgoC ( Bảng I.144 – 162 – STT1 ).
Txỉ : Nhiệt độ của xỉ, chọn Txỉ = 350oC
→ Q4 = 7,07.10-2.0,75.350 = 18,56 ( kJ )
b. Nhiệt lượng do khói mang ra :
Q5 = Gk.Ck.Tk

9



2

2

Thành phần khối lượng các khí khi đốt 1 kg nhiên liệu
( Theo T112 – STT2 )
GCO 2 = 0,0367.Clv = 0,0367.70,64 = 2,59 (kg/kg than)
GSO 2 = 0,02Slv = 0,02.3,65 = 0,073 ( kg/kg than )
GN 2

= 0,769.α.Lo + 0,01.Nlv
= 0,769.9,49.α + 0,01.1,55 = 7,3α + 1,55.10-2 (kg/kg than)

GO 2

= 0,23.( α -1 ).Lo = 0,23.9,49.( α -1)
= 2,19.(α-1) (kg/kg than)

G H 2O = ( 9.Hlv + W ).10-2 + α.Lo.xo
= (9.3,92 + 7 ).10-2 + α.9,49.0,017
= 0,42 + 0,16α (kg/kg than )
Nhiệt dung riêng các khí ở nhiệt độ 750°C :

10


( Theo 313 - TTQTTBT2 )
CCO 2 = ( 0,222 + 43.10-6.t1 ).4,18
= (0,222 + 43.10-6.750 ).4,18


( T57 – TTVTKHTS )
Trong đó :
Qc : Nhiệt trị cao của than; Qc = 28884,67 ( kJ/kg ).
ηbd : Hiệu suất buồng đốt ở đây chúng ta chọn ηbd = 90% = 0,9.

Ct : Nhiệt dung riêng của than; Ct = 948,25.10-2.
to : Nhiệt độ không khí; to = 25ºC.
t1 : Nhiệt độ của khói ra khỏi buồng trộn; t1 = 750°C.
Ck: Nhiệt dung riêng của khói; Ck = 1,004 kJ/kgºC.
Lo : Lượng không khí lý thuyết để đốt 1kg than; Lo = 9,49 kg/kg.
xo : Hàm ẩm của không khí; xo = 0,017 kg/kg kkk.
ia1 : Entapin của nước trong khói; ia1 = 3970,5 kJ/kg.
iao : Entapin của nước trong không khí.
iao = 2493 + 1,97.25
= 2542,25 kJ/kg.
→α=

28884, 67.0,9 + 948, 25.10 −3.25 − [(9.3,92 + 7).10−2 ].3970,5
9.49.[0, 017.(3970,5 − 2542, 25) + 1, 004.(750 − 25)]
[1 − (9.3,92 + 7 + 7, 07).10 −2 ].1, 004.750
−
9.49.[0, 017.(3970,5 − 2542, 25) + 1, 004.(750 − 25)]

12


→ α = 3,36
Ta thấy rằng hai kết quả trên xấp xỉ nhau, chọn α = 3,3.
6. Trạng thái của khói trước khi vào thùng sấy


Trong đó :


Pbh = exp 12 −


4026, 42 
4026, 42 

 = exp 12 −

235,5 + t1 
235,5 + 750 


= 2736,23 ( bar )
P =

760
( bar )
750
760
750
→ϕ =
1
(0, 621 + 0, 03).2736, 23
0, 03.

→ φ1 = 0,002%


Các thông số cơ bản của thùng sấy
1. Thể tích của thùng sấy
Vt = , ( m3 )
Trong đó :
W : Lượng ẩm bay hơi; W = 631,31 ( kg/h ).
A : Cường độ bay hơi ẩm; A = 85 ( kg/m3.h ) ( Bảng VII.3 – 122 – STT2 ).
→ Vt =

631,31
= 7,43 ( m3 ).
85

2. Chiều dài đường kính và bề dày thùng
a. Chiều dài thùng :
4.Vt

Lt = π .D ( m )
t
Trong đó :
Vt : Thể tích thùng; Vt = 7,43 ( m3 ).
15


Dt : Đường kính trong của thùng, ( m ).
Lt

Chọn D = 5
t
→ Lt =

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

Trong đó:
ρ : Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng; ρ = 1200 kg/m3
(Bảng 1.1_T8_S.Tay T1).
W1,W2 : Độ ẩm đầu và cuối của vật liệu; W1 = 6%, W2 = 1%.
β : Hệ số chứa đầy; chọn β = 0,2.

16


A : Cường độ bay hơi ẩm; A = 85( kg ẩm/m3.h ).
→τ=

120.0, 2.1200.(6 − 1)
= 8,78 (phút)
85 [ 200 − (6 + 1) ]

4. Số vòng quay của thùng

n=

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

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

- Lớp thân thùng : làm từ vật liệu là thép CT3, có chiều dày δ3 = 0,012 ( m ).
6.2. Đường kính thùng
6.2.1. Đường kính trong : Dt = 1,2 ( m ).
6.2.2. Đường kính ngoài : Dn = Dt + 2.( δ1 + δ2 + δ3 )
= 1,2 + 2.( 0,012 + 0,02 + 0,002 )
= 1.268 ( m ).
6.3. Chiều dài thùng : Lt = 6 ( m ).
6.4. Loại cánh : Loại chia khoang có cánh nâng.
6.5. Tốc độ quay : 3,91 ( vg/ph ).
Quá trình sấy lý thuyết
1. Trạng thái của khói ra khỏi thùng sấy
1.1. Nhiệt độ : t2 = 110oC.
1.2. Hàm nhiệt :
I2 = I1 = 869,12 ( kJ/kg kkk ).
1.3. Hàm ẩm :
x2 =

I 2 − t2
869,12 − 110
=
2493 + 1,97.t2 2493 + 1,97.110

= 0,28 ( kg/kg kkk ).
1.4. Độ ẩm :
18


ϕ2 =

x2 .P

Trong đó :
qo : Nhiệt lượng tiêu hao riêng.
lo : Lượng khói cần để bốc hơi 1 kg ẩm.
1

1

lo = x − x = 0, 28 − 0, 017
2
o
= 3,8 ( kg/kg ẩm ).
Tổng lượng khói cần thiết :

19


L = lo.W = 3,8.631,13
= 2399,73 ( kg kkk/h ).
Nhiệt lượng cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm :
qo = lo.( I2 – Io ) = 3,8.( 869,12 – 68,72 )
= 3041,52 ( kJ/kg ẩm ).
Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy :
Q = qo.W = 3041,52.631,13
= 1,92.106 ( kJ/h ).
Quá trình sấy thực tế
1. Nhiệt tổn thất ra môi trường
qmt =

3, 6.F .K .∆ttb
( kJ/kg ẩm ) ( 7.41 – 142 – TTVTKHTS ).

α1’’ : Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành thiết bị do đối lưu tự nhiên.
a. Xác định α1’ :
Lưu lượng thể tích của khói trong thùng :
Vi = vi.Lo ( m3/h ).
Trong đó :
vi : Thể tích không khí ẩm ( m3/kg kkk ).
Lo : Lượng khói tiêu tốn chung cho thùng sấy; Lo = 2399,73 ( kg kkk/h ).
Theo phụ lục 5 – 349 – TTVTKHTS ta có
- Lưu lượng thể tích của khói vào thùng :
t1 = 750o C
→ v1 = 2,96 ( m3/kg kkk ).

ϕ1 = 0.002%

→ V1 = 2,96.2399,73 = 8879,2 ( m3/h ).
- Lưu lượng thể tích của khí ra khỏi thùng :
o
t2 = 110 C
→ v2 = 1,326 ( m3/kh kkk ).

ϕ 2 = 22%

→ V2 = 1,326.2399,73 = 3182,04 ( m3/h ).
- Lưu lượng thể tích trung bình của khói :

21


Vtb =



w tb .Dt
υ

Trong đó :
wtb : Vận tốc trung bình của khói đi trong thùng; wtb = 1,86 ( m/s ).
Dt : Đường kính trong của thùng; Dt = 1,2 ( m ).
ν

: Độ nhớt động của khói phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của khói ( m2/s ).

- Nhiệt độ trung bình của khói :
ttb =

t1 + t2 750 + 110
=
= 4300 C
2
2

Theo bảng I,255 – 318 – STT1 : λ = 5,38.10-2 ( W/m.oC ), ν = 60,95.10-6 ( m2/s ).

22


→ Re =

1,86.1.2
= 36620,18 > 104
60,95.10−6

T : Nhiệt độ tuyệt đối của khói; T = 430 + 273 = 703oK.

23


ν : Độ nhớt động học của khói ( m2/s ).
Nhiệt độ trung bình của lớp ngăn cách :
tn =

430 + 370
= 400o C
2

Với nhiệt độ này ta có : λ = 5,23.10-2 ( W/m.oC ), ν = 53,09.10-6 ( m2/s ).
→ Gr =

9,81.1, 23.60
= 5,13.108
−6 2
(53, 09.10 ) .703

Chuẩn số Nu :
Nu = 0,47.( Gr )0,25 = 0,47.( 5,13.108 )0,25 = 70,74
Nu.λ 70, 74.5, 23.10−2
→α =
=
= 3, 08 ( W/m2.oC ).
Dt
1, 2
''

→ ∆t = 55 – 25 = 30oC.
ν : Độ nhớt động học của khí ( m2/s ).
Nhiệt độ lớp biên giữa không khí và thành ngoài thiết bị :
tb =

55 + 25
= 40o C
2

Với nhiệt độ này ta có : λ = 2,76.10-2 ( W/m.oC ), ν = 16,96.10-6 ( m2/s ).
T : nhiệt độ tuyệt đối của không khí; T = 25 + 273 = 298oK.
→ Gr =

9,81.1, 2683.30
= 7.109
−6 2
298.(16,96.10 )

Chuẩn số Nu :
Nu = 0,47.Gr0,25 = 0,47.( 7.109 )0,25 = 135,95.
Ta có :
λ2' =

Nu.λ 135,95.2, 76.10−2
=
= 2,82 ( W/m2.oC ).
Dn
1,33

b. Xác định α2’’