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

2 tuần

3.4 tính toán công nghệ thiết bị chính

2 tuần

3.5 tính toán kết cấu thiết bị chính

3 tuần

3.6 tính và chọn thiết bị phụ

3 tuần

3.7 kết luận
Thông số vật liệu

Kỹ thuật sấy TS Trần Văn Phú


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

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.



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

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


2.1. Thông số ban đầu
2.1.1. Kiểu thiết bị sấy
Thùng quay, phương thức sấy xuôi chiều.
2.1.2. Điều kiện môi trường.
- Đặt thiết bị tại tp.HCM. Trạng thái của không khí ngoài trời nơi đây là:
+ Nhiệt độ môi trường: 27.20C
+ Độ ẩm tương đối của không khí: 77%
(STT2-97)
-

Hàm ẩm của không khí :
o . pbh
xo = 0,622. p  pbh .o ( kg ẩm/kg kkk )

( CT 7.3 – 273 – QTTBT4 )
Trong đó :
P : Áp suất khí quyển , mmHg; P = 760 mmHg.
Pbh: Áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm đã bão hòa hơi
nước, mmHg.
�
4026, 62 �
12 
�
�
Pbh = exp � 235,5  to = exp )= 0.036 bar


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


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

kJ/kg.độ

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

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


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

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

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

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

(kg/kgnl)

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


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


x1.P
(0, 621  x1 ).Pbh

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

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

: φ1 = 3.52 .10-5 %

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




Áp suất hơi bảo hòa


Theo phương trình cân bằng vật chất ta có:

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

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


Nhiệt lượng tiêu hao riêng

( 7.15-131-TTTKHTS)

(kJ/kh ẩm) (7.16-131-TTTKHTS)

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

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



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

Với :






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

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


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

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


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

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

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

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

Ứng suất tiêu chuẩn
Giới hạn an toàn

Kí hiệu
[σ]*
η

Đơn vị
N/mm2
Đơn vị

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

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


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


4

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

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

(CT 10.22 –p213-[4])

4.3.

Tính chiều cao lớp vật liệu trong thùng.



Tỉ lệ chứađầy vật liệu trong thùng:

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

Diện tích vật liệu tác dụng lên thùng:



Khối lượng khối vật liệu trong thùng:

4.4.

Xác định kích thước cánh đảo.

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

Hệ số cấp nhiệt α1:



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

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

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

STT

Đại lượng

1

Bề dày lớp
cách nhiệt

2

Bề dày lớp
bảo vệ



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




Chuẩn số Nusselt: (CT V.78-p25-[8])



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



Tính hệ số truyền nhiệt của thùng K.

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




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


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

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

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


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

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

Tỉ số truyền của hộp giảm tốc:



Bộ truyền trục vít:

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

Trục III
3
0,87