Báo cáo Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy tầng sôi công nghiệp phục vụ sấy quặng, khoáng sản

Bé C«ng th−¬ng Tæng C«ng ty M¸y ®éng lùc vµ m¸y n«ng nghiÖp ViÖn C«ng nghÖ B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KH-CN M∙ sè: 243.07.RD/H§-KHCN Tªn ®Ò tµi: nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o hÖ thèng sÊy tÇng s«i c«ng nghiÖp phôc vô sÊy quÆng, kho¸ng s¶n C¬ quan chñ qu¶n: Bé C«ng th−¬ng C¬ quan chñ tr×: ViÖn C«ng nghÖ Chñ nhiÖm ®Ò tµi: KS. Ph¹m v¨n lµnh 6797 12/4/2008 Hµ Néi, 3-2008 Bé C«ng th−¬ng Tæng C«ng ty M¸y ®éng lùc vµ m¸y n«ng nghiÖp ViÖn C«ng nghÖ B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KH-CN M∙ sè: 243.07.RD/H§-KHCN Tªn ®Ò tµi: nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o hÖ thèng sÊy tÇng s«i c«ng nghiÖp phô vôc sÊy quÆng, kho¸ng s¶n Hµ Néi, 3 – 2008 C¬ quan chñ tr× ViÖn C«ng nghÖ Chñ nhiÖm ®Ò tµi KS. Ph¹m v¨n lµnh Nh÷ng ng−êi tham gia ®Ò tµi: 1. Ph¹m V¨n Lµnh. ViÖn C«ng NghÖ 2. NguyÔn V¨n Ch−¬ng ViÖn C«ng NghÖ 3. Hoµng VÜnh Giang ViÖn C«ng NghÖ 4. NguyÔn V¨n ViÖt ViÖn C«ng NghÖ 5. NguyÔn Xu©n Th¾ng ViÖn C«ng NghÖ C¬ quan phèi hîp: 1. Tr−êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi 2. Tæng C«ng ty Kho¸ng s¶n & Th−¬ng m¹i Hµ TÜnh MỤC LỤC Trang Phần I. Tổng quan hệ thống thiết bị sấy 1 1.1. Quá trình sấy 1 1.1.1. Định nghĩa 1 1.1.2. Phân biệt quá trình sấy với một số quá trình làm khô khác 1 1.1.3. Các phương pháp sấy 2 1.1.4. Các loại thiết bị sấy 3 1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 4 1.3. Tình hình nghiên cứu ở trong nước 10 Phần II. Khái quát về nhiên liệu lỏng 12 2.1. Dầu mỏ và tinh luyện dầu mỏ 12 2.1.1. Dầu mỏ (dầu thô) và thành phần của dầu mỏ 12 2.1.2. Các công nghệ tinh luyện dầu mỏ 12 2.1.3. Các sản phẩm từ tinh luyện dầu mỏ 14 2.2. Mazut và các đặc tính của mazut 14 2.2.1. Thành phần của mazut 14 2.2.2. Độ nhớt của mazut 15 2.2.3. Nhiệt độ bắt lửa của mazut 16 2.2.4. Nhiệt độ đông cứng của mazut 16 Phần III. Tính toán sự cháy của dầu DO 17 3.1. Số liệu ban đầu 17 3.2. Tính toán sự cháy của nhiên liệu 17 3.2.1. Chuyển đổi thành phần nhiên liệu 17 3.2.2. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu 17 3.2.3. Chọn hệ số tiêu hao không khí 17 3.2.4. Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu 17 3.2.5. Bảng cân bằng khối lượng 18 3.2.6. Tính khối lượng riêng của sản phẩm cháy 20 3.2.7. Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu 20 3.2.8. Các kết quả tính toán 22 Phần IV. Cơ sở lý thuyết của lò sấy tầng sôi 23 4.1. Nguyên lý hình thành tầng sôi và đặc điểm lưu động của các hạt rắn khi hình thành tầng sôi 23 4.1.1. Nguyên lý hình thành tầng sôi 23 4.1.2. Tốc độ tới hạn, tốc độ bay bụi, tốc độ làm việc 28 4.1.3. Độ nhớt của lớp liệu trong tầng sôi 29 4.1.4. Thời gian lưu liệu sấy trong tầng sôi 29 4.2. Động học quá trình sấy 30 4.2.1. Đặc điểm diễn biến của quá trình sấy 30 4.3. Cấu tạo của thiết bị sấy tầng sôi 32 Phần V. Tính toán nhiệt cho lò sấy tầng sôi 34 5.1. Nguyên lý hệ thống sấy bằng khói 34 5.2. Tính toán các thông số đặc trưng của khói 35 5.3. Tính toán các thông số đặc trưng của tác nhân sấy 38 5.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 42 5.5. Tính và chọn cấu trúc của lò sấy tầng sôi 44 5.6. Tính sơ bộ các thông số động học của lò sấy tầng sôi 49 5.7. Tính toán các tổn thất nhiệt của lò sấy tầng sôi 51 5.8. Tính toán quá trình sấy thực tế 53 5.9. Tính lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế 54 5.10. Kiểm tra lại số sôi ứng với lưu lượng TNS thực tế 55 Phần VI. Các thiết bị phụ trợ của lò 58 6.1. Tính lượng tiêu hao không khí và chọn quạt gió 58 6.2. Tính lượng tiêu hao nhiên liệu và chọn mỏ đốt 60 6.3. Buồng đốt dầu DO 62 6.4. Hệ thống thu bụi xyclon 63 6.5. Ống khói 64 Phần VII. Kết luận 68 Tài liệu tham khảo 69 1 PHẦN I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẤY Thiết bị sấy được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp. Hệ thống thiết bị sấy là khâu khá quan trọng trong dây truyền công nghệ sản xuất sản phẩm. Để đưa các thiết bị sấy ứng dụng vào thực tế, việc thiết kế hệ thống sấy là việc đầu tiên và vô cùng quan trọng. Ở nước ta, ngoài những thiết bị sấy được nhập khẩu nằm trong hệ thống thiết bị sản xuất chung hay các thiết bị sấy chuyên dùng được chế tạo hàng lọat, nhiều quá trình sản xuất sản phẩm cũng yêu cầu xây dựng các hệ thống sấy riêng đáp ứng cho từng trường hợp cụ thể, ví dụ: sấy khoáng sản, sấy cát, sấy rau quả, thủy hải sản, nông lâm sản, chế biến gỗ,…Trường hợp này đòi hỏi phải thiết kế hệ thống sấy riêng biệt phù hợp các yêu cầu đó. Khi chúng ta chế tạo trong nước các thiết bị sấy chuyên dùng thì việc thiết kế là rất cần thiết. 1.1. Quá trình sấy 1.1.1. Định nghĩa Quá trình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi. Đối tượng của quá trình sấy là các vật ẩm là những vật thể có chứa một lượng chất lỏng nhất định. Chất lỏng chứa trong vật ẩm thường là nước. Một số ít vật ẩm chứa chất lỏng khác là dung môi hữu cơ. Qua định nghĩa trên ta thấy quá trình sấy yêu cầu các tác động cơ bản đến vật ẩm là: - Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho ẩm trong vật hóa hơi. - Lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường. Ở đây quá trình hóa hơi của ẩm lỏng trong vật là bay hơi nên có thể xẩy ra ở bất kỳ nhiệt độ nào. 1.1.2. phân biệt quá trình sấy với một số quá trình làm khô khác. Có một số quá trình có thể làm giảm ẩm trong vật thể nhưng không phải là quá trình sấy, đó là: - Vắt ly tâm là quá trình làm giảm ẩm của vật liệu bằng phương pháp cơ học. Phương pháp này chỉ có thể làm cho ẩm tự do thoát ra khỏi vật. - Cô đặc là phương pháp giảm ẩm của vật thể (dung dịch) bằng cách đun sôi. Người ta có thể dùng phương pháp sấy phun để sấy dung dịch đường thành bột đường…Trong sấy phun người ta phun dung dịch thành hạt vô cùng nhỏ. Các hạt nhỏ tiếp xúc với không khí nóng và ẩm bay hơi vào không khí. Chất rắn trong dung dịch còn lại là thu được dưới dạng bột. 2 1.1.3. Các phương pháp sấy. Như đã trình bày ở trên, để sấy khô một vật ẩm cần hai tác động cơ bản: một là gia nhiệt cho vật làm cho ẩm trong vật hóa hơi (cụ thể là bay hơi ở bất kỳ nhiệt độ nào), hai là làm cho ẩm thoát ra khỏi vật và thải vào môi trường. Để cấp nhiệt cho vật có thể dùng các phương pháp sau: dẫn nhiệt (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 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: dung môi chất sấy, dùng máy hút chân không, khi sấy ở nhiệt độ cao hơn 1000C hơi ẩm thoát ra có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển sẽ tự thoát vào môi trường. Khi dùng môi chất sấy làm nhiệm vụ thải ẩm, do môi chất sấy tiếp xúc với vật ẩm, ẩm sẽ thoát ra do 3 lực tác động: do chênh lệch nồng độ ẩm trên bề mặt vật và môi chất sấy, do chênh lệch nhiệt độ giữa ẩm thoát ra và môi chất sấy sinh ra lực khuyếch tán nhiệt, do chênh lệch phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm và trong môi chất sấy. Khi dùng bơm chân không làm nhiệm vụ thải ẩm, hơi ẩm được bơm chân không hút đi và thải vào môi trường. Có thể sử dụng thiết bị ngưng tụ hơi (hay ngưng kết) làm cho ẩm ngưng thành lỏng (hoặc rắn và thải vào môi trường bằng cách xả (ứng dụng vào trong sấy thăng hoa)). Thường dùng kết hợp máy hút chân không với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm để thải ẩm. Cách phân loại phương pháp sấy đúng đắn và khoa học nhất là căn cú vào các điểm cơ bản đã phân tích ở trên. 1. Phân loại phương pháp sấy theo cách cấp nhiệt 1. Phương pháp sấy đối lưu 2. Phương pháp sấy bức xạ 3. Phương pháp sấy tiếp xúc 4. Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần 2. Phân loại theo chế độ thải ẩm 1. Phương pháp sấy dưới áp suất khí quyển 2. Phương pháp sấy chân không 3. Phân loại phương pháp sấy theo cách xử lý không khí Khi dùng không khí làm môi chất sấy cần xử lý không khí trước khi đưa vào buồng sấy. Có hai hướng xử lý không khí và gia nhiệt và khử ẩm (hoặc tăng ẩm) có 3 nghĩa là xử lý nhiệt ẩm. Căn cứ vào cách xử lý không khí ta có các phương pháp sấy sau: 1. Phương pháp sấy dùng nhiệt 2. Phương pháp sấy dùng xử lý ẩm (hút ẩm) 3. Phương pháp kết hợp gia nhiệt và hút ẩm 1.1.4. Các loại thiết bị sấy 1. 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 tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy phun… 2. Thiết bị sấy bức xạ Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy bức xạ. Thiết bị sấy này dùng thích hợp với một số loại sản phẩm. 3. Thiết bị sấy tiếp xúc Thiết bị này sử dụng phương pháp sấy tiếp xúc, gồm 2 kiểu: - Thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng kiểu tang quay hay lò quay - Thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng 4. Thiết bị sấy dùng điện trường cao tần Thiết bị sấy này dùng phương pháp sấy bằng điện trường cao tần 5. Thiết bị sấy thăng hoa Thiết bị này sử dụng phương pháp hóa hơi ẩm là thăng hoa. Việc thải ẩm dùng máy hút chân không kết hợp bình ngưng kết ẩm 6. Thiết bị sấy chân không thông thường Thiết bị này sử dụng các thải ẩm bằng máy hút chân không. Do 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. 4 1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Ở các nước công nghiệp phát triển, hệ thống thiết bị sấy được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp, rất đa dạng, phong phú với nhiều thiết bị sấy với các mục đích sử dụng khác nhau. Thiết bị dùng để sấy có thể là sấy liên tục hoặc sấy theo chu kỳ. Các thiết bị sấy dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như công nghiệp chế biến gỗ, chế biến lâm sản, lương thực thực phẩm, hải thủy sản, lượng thực, y tế, công nghiệp khai thác mỏ, chế biến khoáng sản,… Các thiết bị dùng để sấy thông dụng như: 1. Thiết bị sấy tầng sôi. 2. Thiết bị sấy phun 3. Thiết bị sấy thùng quay 4. Thiết bị sấy kiểu ống khí động dùng để sấy cát công nghiệp 5. Thiết bị sấy thăng hoa. 6. Lò sấy điện Dưới đây giới thiệu một số thiết bị sấy thông thường được sử dụng ở nước ngoài: 5 Một số thiết bị sấy thông thường được sử dụng rộng rãi ở nước ngoài 1. Thiết bị sấy tầng sôi: 1. buồng sấy; 2. buồng dẫn môi chất sấy; 3. ống đưa môi chất sấy vào; 4. quạt gió; 5. cửa thải; 6. đường dẫn khí đốt; 7. động cơ điện chạy quạt 6 2. Thiết bị sấy phun 1. vòi phun đĩa ly tâm; 7. đáy trên; 2. hộp phân phối khí; 8. bộ phận gạt vật liệu; 3. cửa quan sát; 9. đáy dưới; 4. vách buồng sấy; 10. phễu chứa sản phẩm; 5. cửa buồng sấy 11. bộ phận dẫn động cánh gạt; 6. cửa thoát khí; 7 3. Thiết bị sấy thùng quay 1. buồng lửa; 2. bộ phận cấp vật liệu; 3. phễu chứa vật liệu; 4. gầu tải; 5. thùng sấy; 6. xyclon; 7, 10. ống khói; 8. động cơ điện; 9. băng tải; 8 4. Thiết bị sấy kiểu ống khí động để sấy cát công nghệ 1. ống sấy khí động; 7. buồng đốt 2. xyclon đơn; 8. quạt gió thổi vật liệu; 3. xyclon kép; 9. động cơ điện; 4. ống hồi sản phẩm sấy; 10. quạt gió hút khí thải; 5. phễu chứa vật liệu sấy; 11. phễu chứa sản phẩm sấy; 6. máy cấp vật liệu sấy; 12. băng tải vận chuyển vật liệu. 9 5. Thiết bị sấy thăng hoa. 1. bình thăng hoa; 2. van; 3. xyclôn; 4. bình chứa nước nóng; 5. bình ngưng; 6. bình phân ly; 7. giàn ngưng của máy lạnh; 8. bình chứa amoniac; 9. máy nén; 10. bơm chân không; 11, 12, 13. động cơ điện; 14. bơm ly tâm; 15. phin lọc; 16. tấm gia nhiệt; 17. chân không đế; 18. van điều chỉnh; 19. khay sấy; 20. ống góp. 10 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở TRONG NƯỚC Thiết bị sấy được sử dụng hầu hết ở tất cả các ngành công nghiệp. Hệ thống thiết bị sấy là khâu quan trọng trong dây truyền công nghệ sản xuất sản phẩm. Ở nước ta công nghệ sấy được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp: chế biến lâm sản, nông sản, lượng thực thực phẩm, thủy sản, công nghiệp khai thác mỏ, chế biến khoáng sản,…các thiết bị dùng để sấy tại các đơn vị thường nhập khẩu đồng bộ hoặc chế tạo theo yêu cầu cụ thể cho từng loại sản phẩm. Trong lĩnh vực chế biến khoáng sản quặng ti tan zircon cỡ hạt 50µm-3mm ở Tổng Công ty khoáng sản và Thương mại Hà Tĩnh đã dùng hệ thống sấy lò quay do Viện Luyện kim màu thiết kế chế tạo, lắp đặt. Ưu điểm của hệ thống sấy lò quay là: đã thực hiện được công nghệ sấy quay titan, zircol đạt yêu cầu kỹ thuật trong quá trình chế biến khoáng sản, Tuy nhiên nhược điểm của nó là: - Nhiên liệu dùng để sấy là than đá nên thực hiện quá trình sấy gây ô nhiễm môi trường do nhiệt thải và khí thải của than đá như H2S, SO2, CO, CO2,…năng suất trong quá trình sấy thấp, muốn tăng sản lượng sấy thì cần phải đầu tư nhiều hệ thống sấy, kinh phí đầu tư lớn và hiệu quả kinh tế không cao, mức độ gây ô nhiễm môi trường lớn. - Hiệu suất nhiệt dùng để sấy thấp, chỉ 15-17% lượng nhiệt sinh ra trong quá trình đốt than đá dùng cho sấy còn lại là tổn thất qua ống khói và môi trường bên ngoài. - Tỷ lệ thất thoát quặng trong quá trình sấy cao - Kết cấu của hệ thống sấy cồng kềnh chiếm nhiều diện tích mặt bằng nhà xưởng. - Cơ khí hóa tự động hóa trong quá trình sấy thấp. Để khắc phục các nhược điểm trên Tổng Công ty Khoáng sản và Thương mại Hà Tĩnh đã tính toán và nhập thêm dây chuyền hệ thống lò sấy tầng sôi công suất 10tấn/giờ của hãng FFE MINERALS AUTRALIA PTY LTD Nguồn nhiệt cung cấp cho lò sấy là đầu đốt nhiên liệu dầu diezel của NORTH AMERICAN MANUFACTORING COMPANY. Thiết bị sấy tầng sôi này có các đặc tính: - Công suất sấy 10tấn/giờ - Công suất điện ~ 4KW/tấn sản phẩm - Nhiên liệu dùng để sấy dầu diezel - Tiêu hao nhiên liệu 7,5-9 lít/tấn sản phẩm - Vật liệu sấy: khoáng cát sỏi cỡ hạt khoảng 50µm đến 3mm. - Hệ thống điều khiển PLC 11 Giá thành nhập khẩu thiết bị này khoảng 2 tỷ VND tại thời điểm năm 2000 Do nhu cầu mở rộng phát triển công nghiệp khai thác, chế biến khoáng sản của Tổng Công ty Khoáng sản & Thương mại Hà Tĩnh. Tổng giám đốc đã đặt vấn đề với Viện Công nghệ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh đồng bộ lò sấy tầng sôi sấy quặng khoáng sản, phục vụ cho nhu cầu phát triển của Tổng Công ty. Mục đích chế tạo ra thiết bị sấy tầng sôi, công suất khác nhau như 7tấn, 10tấn đến 12tấn/giờ thay thế hàng nhập khẩu. Trên cơ sở đã có mẫu lò sấy tầng sôi 10tấn/giờ nhập khẩu từ AUTRALIA, việc chế tạo được thiết bị trong nước, đạt yêu cầu kỹ thuật thay thế nhập khẩu với giá thành thấp hơn giá nhập khẩu dự kiến bằng 50-60%. Làm được như vậy sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao, chủ động được trong việc sử dụng, vận hành thiết bị không phụ thuộc vào điều kiện nước ngoài.. Với quan điểm trên Viện Công nghệ đã triển khai đề tài Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống sấy tầng sôi công nghiệp phục vụ sấy quặng khoáng sản và việc thực hiện đề tài này không dừng lại ở việc nghiên cứu mà đã tạo ra được hợp đồng kinh tế cung cấp thiết bị sấy tầng sôi công suất 10tấn/giờ lắp đặt tại Tổng Công ty Khoáng sản và Thương mại Hà Tĩnh. Hiện tại thiết bị đang được sử dụng ổn định phục vụ sản xuất cho công nghệ sấy quặng khoáng sản. 12 PHẦN II: KHÁI QUÁT VỀ NHIÊN LIỆU LỎNG 2.1. Dầu mỏ và tinh luyện dầu mỏ Nhiên liệu lỏng có thể là nhiên liệu lỏng thiên nhiên hoặc nhiên liệu lỏng nhân tạo. Nhiên liệu lỏng thiên nhiên là dầu thô (dầu mỏ chưa được chế biến). Nhiên liệu lỏng nhân tạo là các sản phẩm thu được khi tinh luyện dầu thô. Ví dụ: xăng, dầu hoả, dầu diezel (dầu DO), dầu madút (dầu FO). Trong các lò công nghiệp: dầu DO, dầu FO. được coi là nhiên liệu đốt 2.1.1 Dầu mỏ (dầu thô) và thành phần của dầu mỏ Dầu mỏ là hỗn hợp của các nhóm hydrocacbon. Trong dầu mỏ có các hợp chất sunphua, nitrua và oxy. Trong dầu mỏ, hydrocacbon thuộc ba nhóm chính: * Nhóm metan (nhóm parafin): công thức tổng quát CnH2n + 2 * Nhóm naptalin (nhóm băng phiến): công thức tổng quát là CnH2n * Nhóm benzen (nhóm thơm): công thức tổng quát là CnH2n – 6 Thành phần nguyên tố của dầu mỏ được trình bày ở bảng 2.1 Bảng 2.1: Thành phần nguyên tố của dầu mỏ Nguyên tố C H S O2 và N2 Thành phần [%] 84 ÷ 85 12 ÷ 14 0,03 ÷ 4,3 0,5 ÷ 1,7 Hàm lượng tro trong dầu mỏ rất thấp và không đáng kể (0,1% ÷ 0,3%). Hàm lượng tro thấp vì các chất khoáng không hoà tan trong dầu mỏ. Khối lượng riêng của dầu mỏ dao động trong khoảng rộng: từ 0,75kg/l đến 1kg/l. Nhiệt trị của dầu mỏ dao động từ 41000 kJ/kg đến 44000 kJ/kg. Khối lượng của dầu mỏ càng nhỏ thì dầu mỏ đó có nhiệt trị càng lớn. 2.1.2. Các công nghệ tinh luyện dầu mỏ Trong công nghiệp, dầu thô không được sử dụng làm nhiên liệu vì hai lý do sau : * Nhiệt độ bắt lửa của dầu thô thấp. * Nếu đốt dầu thô sẽ không kinh tế vì khi tinh luyện dầu thô, người ta sẽ thu được những sản phẩm có giá trị quí hơn dầu thô. Các phương pháp tinh luyện dầu mỏ: a. Chưng cất phân đoạn trực tiếp: Chưng cất phân đoạn trực tiếp để làm thoát ra từ dầu thô các hợp chất. Các hợp chất này không thay đổi cấu trúc và tính chất so với khi còn ở trong dầu thô. b. Cracking dầu mỏ: Ta nung nóng dầu mỏ tới khoảng 4500C ÷ 6500C, ở nhiệt độ này, các cacbuahydro sẽ bị phân huỷ nhiệt và tạo ra các cacbuahydro có cấu trúc đơn giản hơn. Kết quả của Cracking dầu mỏ ta thu được các hợp chất mới. 13 Hình 2.1. Sơ đồ tinh luyện dầu mỏ theo công nghệ chưng cất phân đoạn trực tiếp đối với dầu mỏ chứa nhiều chất sáng (nhóm mêtan) Nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các sản phẩm thu được khi chưng cất phân đoạn được trình bày trong bảng 2.2. Bảng 2.2: Giới hạn sôi và khối lượng riêng của một số chất Khi chưng cất phân đoạn với áp suất P = 1 [bar]. Sản phẩm chưng cất dầu thô Giới hạn sôi [oC] Khối lượng riêng [kg/dm3] Xăng dùng cho máy bay 40 ÷ 150 0,71 ÷ 0,74 Xăng dùng cho ôtô, xe máy 50 ÷ 200 0,73 ÷ 0,76 Nhóm ligroin 100 ÷ 240 0,77 ÷ 0,79 Dầu thô Thiết bị chưng cất phân đaọn kiểu chùm ống; P = 1 bar Xăng Ligroin Dầu hỏa Diezel Mazut (Phần còn lại) Chưng cất phân đoạn trực tiếp với PCK ( P< P0 ) Dầu bôi trơn Mỡ bôi trơn Nhựa đường 14 Nhóm dầu hỏa 200 ÷ 320 0,80 ÷ 0,83 Dầu diezel (Dầu DO) 230 ÷ 360 0,84 ÷ 0,88 * Thực hiện quá trình hydro hoá để thay đổi cấu trúc của dầu madút. Theo công nghệ này thì gần như là toàn bộ khối lượng của dầu madút được chuyển hoá thành các sản phẩm nhẹ. * Quá trình nhiệt phân dầu mỏ: Đó là quá trình phân huỷ toả nhiệt xảy ra ở khoảng nhiệt độ 6700C - 7500C trong điều kiện áp suất khí quyển và tạo ra các hợp chất hoá học mới (chủ yếu là nhóm benzen). Các sản phẩm của quá trình nhiệt phân là : * Gas chiếm 50% khối lượng dầu đem nhiệt phân. Gas này có nhiệt trị 44000 - 48000 ]/[ 3tcmkJ . * Nhựa hắc ín và các sản phẩm rắn (thường gọi là cốc dầu mỏ), mồ hóng. Chế biến gas ta thu được xăng nhân tạo có hàm lượng octan cao và nhiều chất hoá học quý. Chưng cất nhựa hắc ín ta thu được benzen, totylxilen (CH3C6H4), dimêtinbenzen (CH3 (C6H4)2) v.v. Chất còn lại, sau khi chưng cất nhựa hắc ín là nhựa dầu mỏ (nhựa đường dạng cứng). 2.1.3. Các sản phẩm từ tinh luyện dầu mỏ 2.1.3.1. Xăng (benzin) Xăng là sản phẩm quý nhất khi tinh luyện dầu mỏ. Xăng là nhóm hydrocacbon có nhiệt độ sôi thấp nhất, nhiệt độ sôi của xăng máy bay nằm trong khoảng 400C - 1500C, nhiệt độ sôi của xăng ôtô, môtô nằm trong khoảng 500C - 2000C (áp suất 1 bar). Khối lượng riêng của xăng dao động từ 0,71 đến 0,76 [kg/dm3]. 2.1.3.2. Ligroin và dầu hỏa Ligroin và dầu hoả, được sử dụng làm nhiên liệu đốt cho các loại máy kéo. Nhiệt trị của ligroin và dầu hoả thấp hơn nhiệt trị của dầu mỏ. Nhiệt trị của dầu hoả khoảng 43000 kJ/kg. 2.2. Mazut và các đặc tính của mazut Mazut là tên gọi chung cho chất còn lại sau khi chưng cất phân đoạn trực tiếp hoặc cracking dầu mỏ. Mazut được sử dụng làm nhiên liệu đốt. 2.2.1. Thành phần của mazut. Thành phần nguyên tố chủ yếu của mazut là cacbon và hydro. Cacbon và hydro trong dầu mazut tồn tại dưới dạng hợp chất của cacbuahydro. Ngoài cacbon và hydro còn có 15 oxy, nitơ, lưu huỳnh, tro, nước (ẩm). Thành phần nguyên tố của mazut được giới thiệu trong bảng 2.3. Bảng 2.3: Thành phần nguyên tố của mazut Thành phần [%] Nguyên tố Cc Hc Oc + Nc Ak Wd [%] 86,3 ÷ 87,7 10,7 ÷ 12,5 0,6 ÷ 1,0 0,11 ÷0,25 0 ÷ 10 Nhiệt trị của madút thấp hơn nhiệt trị của dầu hoả. 4200040600mazuttQ ÷= [kJ/kg] Mazut được sử dụng làm nhiên liệu đốt cho các lò công nghiệp. Chất lượng của dầu mazut được đánh giá thông qua các thông số đặc trưng: khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ bắt lửa, nhiệt độ đông cứng. 2.2.2. Độ nhớt của mazut. Độ nhớt hay còn gọi là ma sát trong. Độ nhớt là đặc tính của chất lỏng có tính đối lập với tính linh động, có nghĩa là đặc tính cản lại sự chuyển động của các phần tử chất lỏng khi có lực tác động. Thiết bị để đo độ nhớt được gọi là nhớt kế hoặc là máy đo độ nhớt. Độ nhớt của dầu mazut lớn hơn nhiều lần độ nhớt của nước. Độ nhớt đo bằng độ 0BY của mazut là tỷ số thời gian chảy của 200 cm3 mazut ở nhiệt độ đo và của 200 cm3 nước ở nhiệt độ 200C. Giá trị của tỷ số này khi nhiệt độ của mazut bằng 500C được dùng làm nhãn hiệu (mác) cho mazut. Ví dụ mazut có mác là M100, ta hiểu là tỷ số chảy của 200cm3 dầu mazut ở 500C và của 200 cm3 nước ở 200C bằng 100 lần khi chảy trong cùng một đường ống. Mặc dù đơn vị đo độ nhớt 0BY như trình bày ở trên không phải là độ nhớt thực của mazut, nhưng trong công nghiệp lại được sử dụng khá phổ biến vì xác định nhanh, dễ dàng mà vẫn phản ánh được tính nhớt của mazut. Độ nhớt thực của mazut: - Độ nhớt động học γ [m2/s] hay [St] (Stokes) - Độ nhớt động lực học µ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 2m sN. hay [Poise] - µ = γ.ρ - ρ: là khối lượng riêng của mazut [kg/dm3] 16 2.2.3. Nhiệt độ bắt lửa của mazut. Nhiệt độ bắt lửa là nhiệt độ, mà ở nhiệt độ này hơi của mazut hoà trộn với không khí có thể bắt lửa và cháy ở gần ngọn lửa khác. Nhiệt độ bắt lửa của mazut vào khoảng 185 - 243 [0C]. Nhiệt độ bắt lửa càng cao thì khả năng nung nóng mazut càng an toàn. Nhiệt độ bắt lửa thấp hơn nhiệt độ bốc cháy. Nhiệt độ bốc cháy là nhiệt độ mà ở đó, chất lỏng tự bốc cháy. 2.2.4. Nhịêt độ đông cứng của mazut . Nhịêt độ đông cứng của mazut là một thông số rất quan trọng để đánh giá chất lượng của dầu mazut. Nhiệt độ đông cứng của mazut là nhiệt độ mà ở đó mazut mất đi tính linh động và trở sang trạng thái rắn. Nhiệt độ đông cứng của mazut càng cao thì càng khó khăn trong việc vận chuyển và bảo quản mazut. Về mùa đông trời lạnh, mazut trở lên đông cứng ngay trong thùng chứa và trong đường ống dẫn. Để khắc phục điều này, mazut có độ nhớt cao thường được nung nóng tới nhiệt độ 900C - 1200C. Mazut mác M10 có nhiệt độ đông cứng khoảng 50C, mazut mác M80 có nhiệt độ đông cứng bằng 250C. Những mazut có mác càng lớn thì nhiệt độ đông cứng của chúng càng cao (25 - 340C) và không có lợi khi sử dụng. 17 PhÇn III: TÝNH To¸n Sù CH¸Y CñA DÇU DO 3.1. Sè liÖu ban ®Çu 1. Nhiªn liÖu: DÇu Diezel (dÇu DO ) 2. Thµnh phÇn cña dÇu DO: (Theo sè liÖu trung b×nh [1]) Thµnh phÇn cña dÇu DO [%] ChÊt Cd Hd Od Nd Sd Ad Wd Thµnh phÇn khèi l−îng [%] 86,5 10,5 0,2 0,4 0,3 0,3 1,8 3. NhiÖt ®é nung tr−íc nhiªn liÖu: DÇu DO kh«ng cÇn nung nãng, vËy tFO = 27 [ OC] 4. NhiÖt ®é nung tr−íc kh«ng khÝ: Kh«ng khÝ kh«ng nung tr−íc nªn nhiÖt ®é: tKK = 27 [0C] 5. Lo¹i lß: Lß sÊy tÇng s«i ®Ó sÊy c¸t kho¸ng sái cã cì h¹t 50 µm ÷ 3 mm 3.2. TÝnh to¸n sù ch¸y cña nhiÖn liÖu 3.2.1. ChuyÓn ®æi thµnh phÇn nhiªn liÖu Thµnh phÇn nhiªn liÖu ®· ®−îc biÓu thÞ ë thµnh phÇn dïng, nªn kh«ng cÇn chuyÓn ®æi thµnh phÇn nhiªn liÖu. 3.2.2. TÝnh nhiÖt trÞ thÊp cña nhiªn liÖu: Qt [kJ/kg] Qt = 339.C d + 1030.Hd - 108,8.(Od - Sd) - 25,1.Wd [3] Qt = 339. 86,5 + 1030. 10,5 - 108,8.( 0,2 - 0,3 ) - 25,1.1,8 Qt = 40104,2 [kJ/kg] = 9580.6 [kcalo/ kg] 3.2.3. Chän hÖ sè tiªu hao kh«ng khÝ HÖ sè tiªu hao kh«ng khÝ ®−îc chän tïy theo lo¹i nhiªn liÖu vµ thiÕt bÞ ®èt. Lß ®−îc thiÕt kÕ lµ lß sÊy tÇng s«i; vµ nhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy thÊp (120 ÷ 1300C), vËy cã thÓ chän hÖ sè tiªu hao kh«ng khÝ lín, v× sau qu¸ tr×nh ch¸y vÉn ph¶i pha lo·ng b»ng kh«ng khÝ lÊy tõ qu¹t giã. Ta chän hÖ sè tiªu hao kh«ng khÝ b»ng 1, 25 [3]. 3.2.4. B¶ng tÝnh to¸n sù ch¸y cña nhiªn liÖu TÝnh to¸n sù ch¸y cña nhiªn liÖu ®−îc thùc hiÖn theo ph−¬ng ph¸p lËp b¶ng. Trong b¶ng nµy, ta tÝnh cho 100 kg dÇu DO. Toµn bé kÕt qña tÝnh to¸n ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 3.2. Khi tÝnh to¸n ta dùa vµo sù c©n b»ng cña c¸c ph¶n øng sau : 1 C + 1 O2 = 1 CO2 1 H2 + 1/2 O2 = 1 H2O 1 S + 1 O2 = 1 SO2 Qt = 40104,2 [kJ/kg] 18 3.2.5. B¶ng c©n b»ng khèi l−îng Tõ nh÷ng kÕt qña ®· tÝnh to¸n trong b¶ng 3.2 ta lËp b¶ng c©n b»ng khèi l−îng. B¶ng 3.2: B¶ng c©n b»ng khèi l−îng ChÊt tham gia sù ch¸y S¶n phÈm ch¸y t¹o thµnh ChÊt TÝnh to¸n Gi¸ trÞ [kg] ChÊt TÝnh to¸n Gi¸ trÞ [kg] C02 7,208.44 317,152 H20 5,260.18 94,680 N2 46,26.28 1295,280 02 2,454.32 78,528 N hi ªn li Öu DÇu DO 100 S02 0,009.64 0,576 02 12,29.32 393,28 ∑ SPC 1786,216 K h« ng k hÝ N2 46,25.28 1295,00 A d 0,300 ∑A = 1788,28 [kg] ∑B = 1786,516 [kg] §¸nh gi¸ sai sè: δ% = A BA Σ Σ−Σ . 100% = 28,1788 516,178628,1788 − .100% = 0,0986 [%] NhËn xÐt: Víi sai sè δ% = 0,0986 [%] chøng tá c¸c sè liÖu tÝnh to¸n trong b¶ng 3.2 ®¹t ®é chÝnh x¸c tin cËy 19 B¶ng 3.2: B¶ng tÝnh to¸n sù ch¸y cña dÇu DO TÝnh cho 100 kg dÇu DO C¸c chÊt tham gia qu¸ tr×nh ch¸y S¶n phÈm ch¸y ®−îc t¹o thµnh Nhiªn liÖu Kh«ng khÝ CO2 H2O SO2 O2 N2 Tæng céng Tæng céng Nguyª n tè [%] Khèi l−îng [kg] Ph©n tö l−îng Sè [kmol ] O2 [kmol ] N2 [kmol ] [kmol] [m3tc] [kmol ] [kmol ] [kmol ] [kmol ] [kmol ] [kmol ] [m3tc] Cd 86,5 86,5 12 7,208 7,208 7,208 Hd 10,5 10,5 2 5,250 2,625 5,250 Sd 0,3 0,3 32 0,009 0,009 0,009 Od 0,2 0,2 32 0,006 -0,006 Nd 0,4 0,4 28 0,014 - Wd 1,8 1,8 18 0,010 - 0,010 Ad 0,3 0,3 - - 9 , 8 3 6 . 3 , 7 6 2 = 3 7 , 0 0 9 , 8 3 6 + 3 7 , 0 0 = 4 6 , 8 4 4 6 , 8 4 . 2 2 , 4 = 1 0 4 9 , 2 2 3 7 , 0 0 + 0 , 0 1 4 = 3 7 , 0 1 4 7 , 2 0 8 + 5 , 2 6 0 + 0 , 0 0 9 + 3 7 , 0 1 4 4 9 , 4 9 1 . 2 2 , 4 = 1 1 0 8 , 5 9 n = 1 100 100 9,836 37,00 46,84 1049,22 7,208 5,260 0,009 - 37,014 49,49 1 1108,59 n =1,25 12,29 46,25 58,54 1311,29 7,208 5,260 0,009 2,454 46,26 61,19 1 1370,67 Thµnh phÇn [%] 21% 79% 100% 11,78 8,609 0,001 4,01 75,60 100% 20 3.2.6. TÝnh khèi l−îng riªng cña s¶n phÈm ch¸y: ρ0 [kg/ 3tcm ] ρ0 = 304,170,13.100 216,1786 100 ==Σ nV SPC [kg/ 3tcm ] Trong ®ã: Vn = 13,70 [ 3 tcm /kg] (xem b¶ng 3.2 ) 3.2.7. TÝnh nhiÖt ®é ch¸y cña nhiªn liÖu 1. NhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt: tlt [0C] NhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt lµ nhiÖt ®é cña s¶n phÈm ch¸y cã ®−îc khi gi¶ thiÕt r»ng nhiÖt l−îng sinh ra trong khi ch¸y nhiªn liÖu ®−îc tËp trung toµn bé cho s¶n phÈm ch¸y (kh«ng cã tæn thÊt nhiÖt). ( ) 112 12 1 ttt ii ii t lt +−⋅− −= Σ [0C] [1] Trong ®ã: tlt: NhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt cña nhiªn liÖu. [ 0C] i1, i2: Entanpy cña s¶n phÈm ch¸y t−¬ng øng víi nhiÖt ®é t1, t2. [kJ/ 3tcm ] i∑: Entanpy cña s¶n phÈm ch¸y t−¬ng øng víi nhiÖt ®é tlt. [kJ/ 3tcm ] Víi: n nkkDODOt V LitCQ i ... ++=Σ [1] CDOl: NhiÖt dung riªng cña dÇu DO; CDO = 2,176 [kJ/k ] [1] tDO : NhiÖt ®é cña dÇu DO; tDO = 27 [ 0C] ikk: Entanpy cña kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é tkk víi tkk = 27 [ 0C] cã ikk = 34,83 [kJ/ 3 tcm ] ( B¶ng 15 [3] ) Vn = 13,70 [ 3 tcm /kg] ; Ln = 13,11 [ 3 tcm /kg] ( B¶ng 2.2 ) 93,2964 70,13 11,13.83,3427.176,22,40104 =++=Σi [kJ/ 3tcm ] Gi¶ thiÕt: t1 < tlt < t2 nªn i1 < i∑ < i2 Chän: t1 = 1800 [ 0C] ; t2 = 1900 [ 0C] §Ó tÝnh nhiÖt hµm cña s¶n phÈm ch¸y øng víi t1 = 1800 [ 0C] vµ t2 = 1900 [ 0C] ta ph¶i tÝnh nhiÖt hµm cña c¸c khÝ thµnh phÇn øng víi hai nhiÖt ®é nµy. Theo b¶ng 16 [1] ta cã nhiÖt hµm cña c¸c khÝ thµnh phÇn øng víi t1 vµ t2 lµ: 21 B¶ng 3.4. NhiÖt hµm cña c¸c khÝ thµnh phÇn NhiÖt hµm i [kJ/ 3tcm ] KhÝ t1 = 1800 [ 0C] t1 = 1900 [ 0C] CO2 4360,7 4634,8 N2 2646,7 2808,2 O2 2800,5 2971,3 H2O 3429,9 3657,8 SO2 3510,6 3778,1 • TÝnh i1 vµ i2: Víi c¸c gi¸ trÞ nhiÖt hµm võa t×m ®−îc ta cã: i1 = i1800 = 0,01.(%CO2 .iCO2 + %H2O.iH2O + %N2.iN2 + %O2.iO2 + %SO2.iSO2) [1] i1= 0,01.(11,78 . 4360,7 + 8,609. 3429,9 + 75,6. 2646,7 + 4,01. 2800,5 + 0,001. 3510,6) = 2922,5 [kJ/ 3tcm ] i2 = i1900 = 0,01.(%CO2.iCO2 + %H2O.iH2O + %N2.iN2 + %O2.iO2 + %SO2.iSO2) [1] i2= 0,01.(11,78 . 4634,8 + 8,609. 3657,8 + 75,6. 2808,2 + 4,01. 2971,3 + 0,001. 3778,1) = 3103,06 [kJ/ 3tcm ] Nh− vËy: i1 < i∑ < i2 tháa m·n gi¶ thiÕt ®· cho. • TÝnh tlt: ( ) 112 12 1 ttt ii iitlt +−×− −= Σ [0C] ( ) Ctlt 018231800180019005,292206,3103 5,292293,2964 =+−×− −= [0C] 2. NhiÖt ®é ch¸y thùc tÕ cña dÇu DO: tlt [0C] Trong thùc tÕ, nhiÖt l−îng sinh ra do ®èt ch¸y dÇu DO ngoµi viÖc lµm t¨ng nhiÖt ®é s¶n phÈm ch¸y cßn thÊt tho¸t ra m«i tr−êng xung quanh. V× vËy nhiÖt ®é ch¸y thùc tÕ thÊp h¬n nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt võa tÝnh ®−îc. ttt= η.ttt Trong ®ã: η: HÖ sè nhiÖt ®é, η phô thuéc vµo lo¹i lß. ë ®©y buång ®èt ®Ó t¹o ra khãi lß, sau ®ã khãi lß sÏ hoµ trén víi kh«ng khÝ lµ lß sÊy tÇng s«i, c¸ch nhiÖt kh«ng hoµn toµn tèt, nªn ta chän η = 0,65 ( b¶ng 14 [3] ) i1 = 2922,5 [kJ/ 3tcm ] i1 = 3103.06 [kJ/ 3tcm ] 22 ttt : NhiÖt ®é ch¸y thùc tÕ cña nhiªn liÖu [ 0C] ttt = 0,65 .1823 = 1185 [ 0C] 3.2.8. C¸c kÕt qña tÝnh to¸n B¶ng 3.5. C¸c kÕt qña tÝnh to¸n ( HÖ sè kh«ng khÝ d− α = 1,25 ) NhiÖt ®é [oC] S¶n phÈm ch¸y [%] Lo [ 3tcm /kg] Ln [ 3tcm /kg] V0 [ 3tcm /kg] Vn [ 3tcm /kg] ρ0 [kg/ 3tcm ] tlt ttt CO2 H2O SO2 O2 N2 9,836 12,29 11,08 13,70 1,304 1823 1185 11,78 8,609 0,001 4,01 75,60 Khèi l−îng kh«ng khÝ cÇn ®Ó ®èt ch¸y 1 kg dÇu DO b»ng : GKH¤NG KHI = Ln . ρKK = 12,29 . 1,293 = 15,891 kg kh«ng khÝ / 1 kg dÇu FO ttt = 1185 [0C] 23 PhÇn iv: c¬ së lý thuyÕt cña lß sÊy tÇng s«i 4.1. Nguyªn lý h×nh thµnh tÇng s«i vµ ®Æc ®iÓm l−u ®éng cña c¸c h¹t r¾n khi h×nh thµnh tÇng s«i 4.1.1. Nguyªn lý h×nh thµnh tÇng s«i Nguyªn lý cña sÊy tÇng s«i lµ thæi mét luång khÝ (kh«ng khÝ) cã tèc ®é nhÊt ®Þnh tõ d−íi lªn qua líp liÖu cã ®é h¹t thÝch hîp, lµm cho líp liÖu r¾n “l−u ®éng ho¸”, khi ®ã, toµn bé líp liÖu ë tr¹ng th¸i gièng nh− n−íc ®ang s«i, bÒ mÆt tiÕp xóc nhiÖt t¨ng lªn vµ thóc ®Èy qu¸ tr×nh tho¸t h¬i Èm x¶y ra nhanh h¬n, m¹nh h¬n. Khi thæi khÝ qua líp liÖu h¹t, tuú theo gi¸ trÞ cña tèc ®é th«ng giã mµ líp liÖu cã thÓ thuéc mét trong c¸c tr¹ng th¸i sau ®©y: N»m im, s«i, l¬ löng. ë chÕ ®é tÇng s«i, c¸c vËt liÖu d¹ng h¹t ®−îc ®Èy lªn bëi dßng khÝ. MËt ®é h¹t trong tÇng s«i cã gi¸ trÞ nhá. Lùc ma s¸t gi÷a c¸c h¹t yÕu h¬n nhiÒu so víi líp chÆt. Nh÷ng yÕu tè ®ã ®· t¹o thuËn lîi cho sù x¸o trén h¹t trong tÇng s«i (h×nh 4.1). BÒ mÆt ho¹t tÝnh cña liÖu h¹t trong líp s«i lín h¬n nhiÒu so víi líp chÆt vµ ®−îc x¸c ®Þnh bëi bÒ mÆt ho¹t tÝnh cña tÊt c¶ c¸c h¹t trong líp s«i. BÒ mÆt ho¹t tÝnh ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: H×nh 4.1: Sù chuyÓn ®éng cña vËt liÖu h¹t trong tÇng s«i Lç giã Mò giã H D Kh«ng khÝ nãng Ghi lß LiÖu h¹t 24 2 2 2 ht 3 . . . 6S = , / . 0,523 . . . =H S f d Hf m m s d S d π τ τ [2] Sht - BÒ mÆt ho¹t tÝnh cña vËt liÖu, m 2/m2.s; S - TiÕt diÖn c¾t ngang cña lß, m2; d - §−êng kÝnh cña h¹t liÖu, m; f - §é rçng cña líp liÖu; H - ChiÒu cao líp liÖu, m; τ - Thêi gian l−u liÖu trong líp s«i, s; §Ó h×nh thµnh tÇng s«i, dßng khÝ ph¶i ®¹t ®−îc tèc ®é cÇn thiÕt, tèc ®é nµy liªn quan tíi kÝch th−íc h¹t liÖu, khèi l−îng cña h¹t liÖu... §èi víi tÇng s«i, tèc ®é tÝnh to¸n lµ tèc ®é thæi giã qua toµn bé mÆt c¾t ngang cña lß sÊy (gi¶ thiÕt lµ lß rçng - kh«ng chøa liÖu). §Ó ®Æc tr−ng cho tr¹ng th¸i s«i, ng−êi ta th−êng dïng th«ng sè kü thuËt “sè s«i” ms. m i n = ssm ωω [2] ms - “Sè s«i” sω - Tèc ®é tÝnh to¸n cña giã trong líp s«i (coi nh− lß hoµn toµn rçng), m/s ( tèc ®é thæi); minω - Tèc ®é tÝnh to¸n tèi thiÓu cÇn ®Ó b¾t ®Çu h×nh thµnh tÇng s«i. Theo R.B.Rosenbaum th× minω cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm (khi lß sÊy cã tiÕt diÖn trßn ): minRe 1400 5,22 = + Ar Ar [2] 3 2 . v k k gdAr ρ ργ ρ −= [2] Ar - Tiªu chuÈn Archimed: §Æc tr−ng tû sè ma s¸t vµ lùc ®Èy Archimed. min min .Re dω γ= NÕu tiÕp tôc t¨ng tèc ®é thæi giã tíi mét tèc ®é nµo ®ã (ta gäi lµ maxω ) th× líp s«i sÏ bÞ ph¸ huû vµ chuyÓn sang tr¹ng th¸i l¬ löng. Tèc ®é maxω lµ tèc ®é ®Æc tr−ng thø hai cña líp s«i. Re 18 0,6max Ar Ar = + 25 Qu¸ tr×nh h×nh thµnh tÇng s«i ®−îc b¾t ®Çu khi sè s«i ms=2, øng víi tr¹ng th¸i nµy, thÓ tÝch cña líp liÖu h¹t ®· t¨ng lªn 15% so víi líp chÆt. TÇng s«i tån t¹i khi: min s maxω ω ω< < H×nh 4.2 biÓu thÞ tr¹ng th¸i cña tÇng s«i khi tèc ®é giã thay ®æi (sè s«i ms thay ®æi). §èi víi tÇng s«i, th−êng th× c«ng nghÖ kh«ng ®ßi hái tr¹ng th¸i liÖu ë tr¹ng th¸i c vµ tr¹ng th¸i d biÓu thÞ trªn h×nh 4.2. Ngoµi sè s«i ms th× trë lùc thuû lùc cña tÇng s«i, tèc ®é thùc cña dßng khÝ, chiÒu cao cña líp liÖu còng lµ nh÷ng th«ng sè quan träng ®èi víi tÇng s«i. H×nh 4.3a m« t¶ quan hÖ trë lùc thuû lùc vµ tèc ®é thæi sω . Khi ta t¨ng tèc ®é thæi sω ®¹t tíi tèc ®é minω trong kho¶ng biÕn thiªn tèc ®é ®ã th× trë lùc t¨ng lªn vµ ®¹t tíi ®iÓm B. TiÕp tôc t¨ng tèc ®é th× trë lùc gi¶m ®i (tíi ®iÓm C); lóc nµy líp liÖu ë tr¹ng th¸i qu¸ ®é tõ tÇng chÆt chuyÓn sang tÇng s«i. §o¹n CD gÇn nh− n»m ngang, tr¹ng th¸i nµy lµ tr¹ng th¸i cña tÇng s«i. NÕu lß sÊy cã tiÕt diÖn trßn th× trë lùc cña tÇng s«i ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: v k tù do G P H( ).(1 f).g, S ∆ = = ρ −ρ − 2N / m⎡ ⎤⎣ ⎦ [2] G- Träng lùc cña liÖu trong tÇng s«i ®· trõ ®i lùc n©ng Archimed, [N] ; Stù do- DiÖn tÝch tù do cña ghi lß, [m 2], (diÖn tÝch mÆt tho¸ng giã ®i qua ); vρ - Khèi l−îng riªng cña liÖu, [kg/m3]; kρ - Khèi l−îng riªng cña khÝ ( cña t¸c nh©n sÊy ), [kg/m3]; f- §é rçng cña líp liÖu. H×nh 4.3b biÓu thÞ quan hÖ tèc ®é thùc tÕ cña dßng khÝ trong lß sÊy cã chøa liÖu h¹t vµ tèc ®é thæi sω (coi nh− lß rçng). Tèc ®é thùc tÕ tû lÖ thuËn víi tèc ®é thæi khi líp liÖu lµ tÇng chÆt. Khi líp liÖu ë tÇng s«i th× tèc ®é thùc kh«ng thay ®æi khi ta t¨ng tèc ®é thæi sω . H×nh 4.3c biÓu thÞ quan hÖ gi÷a chiÒu cao líp liÖu vµ tèc ®é thæi sω . Khi ë tÇng chÆt th× chiÒu cao líp liÖu kh«ng thay ®æi. Khi tèc ®é v−ît qu¸ tèc ®é minω th× chiÒu cao líp liÖu b¾t ®Çu t¨ng nh−ng t¨ng kh«ng tuyÕn tÝnh víi sω . Thêi gian l−u liÖu trong lß sÊy tÇng s«i τ còng lµ mét ®¹i l−îng ®Æc biÖt quan träng vµ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc; 26 v 0 H.S.(1 f) , G .k − ρτ = [ ]h [2] H - ChiÒu cao líp s«i, [m]; S -TiÕt diÖn c¾t ngang lß, [m2]; G0- N¨ng suÊt lß, [kg liÖu/h]; vρ - Khèi l−îng riªng cña liÖu, [kg/m3]; f - §é rçng cña líp liÖu; k - HÖ sè hiÖu chØnh sù thay ®æi thÓ tÝch cña vËt liÖu trong suèt qu¸ tr×nh sÊy hoÆc nung. 27 H×nh 4. 2 : §Æc tÝnh thay ®æi tr¹ng th¸i cña tÇng s«i khi sè s«i ms thay ®æi a. Thêi kú b¾t ®Çu h×nh thµnh tÇng s«i, sè s«i mS =1÷2; b. ThÓ tÝch liÖu t¨ng lªn 15 % khi sè s«i mS = 5÷6 th× ph©n biÖt ®−îc b»ng m¾t sù chuyÓn ®éng cña liÖu s¸t t−êng; c. Khi tiÕp tôc t¨ng tèc ®é thæi th× trong lßng líp liÖu t¹o ra c¸c bong bãng rçng. d. C¸c bong bãng rçng lín dÇn vµ cho¸n toµn bé tiÕt diÖn lß. C¸c h¹t liÖu chuyÓn sang tr¹ng th¸i l¬ löng; 28 4.1.2. Tèc ®é tíi h¹n, tèc ®é bay bôi, tèc ®é lµm viÖc VÒ lý thuyÕt còng nh− thùc tÕ, vÊn ®Ò quan träng nhÊt cña qu¸ tr×nh sÊy tÇng s«i lµ x¸c ®Þnh tèc ®é khÝ lµm cho c¸c h¹t liÖu chuyÓn tõ tr¹ng th¸i n»m im (tÇng chÆt) sang tr¹ng th¸i tÇng s«i vµ tr¹ng th¸i bay bôi, tõ ®ã x¸c ®Þnh tèc ®é khÝ lµm viÖc hîp lý, ®¶m b¶o liÖu s«i ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh vµ lß sÊy ®¹t n¨ng suÊt cao. ϖth ùc < P ϖs ϖs ϖs ϖmax ϖmin ϖmin < ϖs < ϖmax A B C D Líp s«i b a H×nh 4.3 a. Quan hÖ trë thuû lùc vµ tèc ®é thæi; b. Quan hÖ tèc ®é thùc vµ tèc ®é thæi thùc sf( );ω = ω c. Quan hÖ chiÒu cao líp s«i H vµ tèc ®é thæi sω . H Líp chÆt Líp s«i c ϖmin < ϖs < ϖmax Líp chÆt Líp s«i Líp chÆt ϖmin < ϖs < ϖmax 29 Cã nhiÒu nh©n tè ¶nh h−ëng tíi tÝnh chÊt khÝ ®éng häc trong tÇng s«i: Nh− qu¸ tr×nh truyÒn chÊt, truyÒn nhiÖt, sù ph©n bè cña c¸c h¹t, tÝnh chÊt c¬ lý cña c¸c h¹t liÖu, cÊu t¹o c¸c mò giã, tû lÖ mÆt c¾t cña c¸c mò giã so víi diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña ®¸y lß... Tèc ®é lµm viÖc kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt lý cña hÖ thèng mµ cßn phô thuéc vµo ®Æc tÝnh cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nh− c−êng ®é lµm viÖc cña lß sÊy, nhiÖt ®é, m«i tr−êng khÝ, tÝnh chÊt cña liÖu… Th−êng tèc ®é lµm viÖc lín h¬n nhiÒu lÇn so víi tèc ®é b¾t ®Çu s«i. Khi sÊy liÖu h¹t th× tèc ®é giã lµm viÖc kho¶ng 0,44 ®Õn 0,65 m/s, tèc ®é ë mò giã ra tõ 12 m/s ®Õn 18,5 m/s. [4] 4.1.3. §é nhít cña líp liÖu trong tÇng s«i §é nhít cña líp liÖu trong tÇng s«i phô thuéc vµo tèc ®é khÝ, ®é h¹t liÖu, träng l−îng riªng cña liÖu, sù ph©n bè cña c¸c lo¹i h¹t trong tÇng s«i. Tèc ®é khÝ cã ¶nh h−ëng kh«ng Ýt tíi ®é nhít cña tÇng s«i. Khi tèc ®é khÝ t¨ng, lóc ®Çu ®é nhít gi¶m nhanh chãng nh−ng sau ®ã gi¶m Ýt vµ ®Õn mét tèc ®é nµo ®ã th× ®é nhít kh«ng thay ®æi n÷a. §é h¹t cña liÖu cã ¶nh h−ëng kh¸ râ rÖt ®Õn ®é nhít cña tÇng s«i, ®é h¹t cµng lín ®é nhít cµng lín, sù ph©n bè cña c¸c ®é h¹t trong líp s«i cã ¶nh h−ëng kh«ng Ýt ®Õn ®é nhít. Trong tÇng s«i ®é nhít cßn phô thuéc vµo tû sè gi÷a chiÒu cao cña líp liÖu vµ ®−êng kÝnh cña lß sÊy. TØ sè nµy cµng cao ®é nhít cµng lín do ®ã cµng dÔ sinh hiÖn t−îng pitt«ng. §é nhít cña liÖu cµng nhá cµng tèt, ®é nhít bÐ c¸c bät khÝ khã lín lªn vµ kh«ng t¹o ra hiÖn t−îng pitt«ng. HiÖn t−îng pitt«ng tøc lµ c¸c bät khÝ bÐ kÕt hîp víi nhau t¹o thµnh nh÷ng bät khÝ lín vµ n©ng c¶ líp liÖu lªn, líp liÖu di chuyÓn nh− pitt«ng m¸y. HiÖn t−îng nµy sinh ra khi chiÒu cao líp liÖu qu¸ lín so víi ®−êng kÝnh cña lß sÊy, ®Æc biÖt trong tr−êng hîp lß sÊy cã kÝch th−íc bÐ. 4.1.4. Thêi gian l−u liÖu sÊy trong tÇng s«i Sù vËn ®éng cña khÝ trong lß sÊy tÇng s«i rÊt phøc t¹p, sù x¸o trén cña khÝ trong tÇng s«i lín gÊp hµng ngh×n lÇn so víi tÇng chÆt. Thêi gian l−u liÖu trong lß sÊy tÇng s«i tÝnh theo c«ng thøc: (1 ) = − M m τ ϕ [4] Trong ®ã : τ : Thêi gian l−u liÖu trong lß sÊy tÇng s«i [h] M: Khèi l−îng liÖu n»m trong lß sÊy tÇng s«i [kg] m : Tèc ®é n¹p liÖu vµo lß [kg/h] ϕ : TØ lÖ bay bôi cña liÖu theo khÝ lß [%] Thêi gian cÇn thiÕt ®Ó liÖu l−u l¹i trong lß sÊy thay ®æi rÊt lín. Trong ®iÒu kiÖn líp liÖu ®−îc x¸o trén m¹nh, c¸c h¹t liÖu dao ®éng nhanh, cã h¹t vµo lß kh«ng bao l©u ®· ra khái lß, nh−ng cã h¹t l¹i tuÇn hoµn quanh quÈn trong lß mét thêi gian dµi. Thêi gian 30 cÇn thiÕt ®Ó c¸c h¹t liÖu ®i tõ vÞ trÝ n¹p liÖu ®Õn vÞ trÝ th¸o liÖu ®èi víi c¸c h¹t bÐ sÏ ng¾n h¬n so víi c¸c h¹t lín. Thêi gian trung b×nh ph¶i gi÷ liÖu l¹i trong lß sÊy ®−îc tÝnh lµm sao ®Ó ®¶m b¶o chÊt l−îng sÊy kho¸ng c¸t sái cã cì h¹t 0,05 µm ®Õn 3 mm 4.2. ®éng häc qu¸ tr×nh sÊy [5] §éng häc qu¸ tr×nh sÊy kh¶o s¸t sù thay ®æi gi¸ trÞ c¸c ®¹i l−îng ®Æc tr−ng cña vËt sÊy trong qu¸ tr×nh sÊy. C¸c ®¹i l−îng nµy th−êng lÊy gi¸ trÞ trung b×nh. C¸c ®¹i l−îng dÆc tr−ng lµ ®é chøa Èm u [kg Èm/kg vËt kh«], ®é Èm toµn phÇn ω [%], nhiÖt ®é vËt sÊy tV, tèc ®é sÊy τ∂ ∂u (hoÆc τ ω ∂ ∂ ). Trong qu¸ tr×nh sÊy, gi¸ trÞ c¸c ®¹i l−îng nµy thay ®æi theo thêi gian sÊy. Sù thay ®æi ®é Èm vµ nhiÖt ®é t¹i mçi phÇn cña vËt liÖu phô thuéc vµo c−êng ®é vµ quan hÖ cña qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt, trao ®æi chÊt trong lßng vËt Èm vµ trªn bÒ mÆt vËt Èm d−íi t¸c dông cña m«i tr−êng xung quanh vËt sÊy. Trao ®æi nhiÖt vµ trao ®æi chÊt bªn trong vËt x¶y ra rÊt phøc t¹p d−íi ¶nh h−ëng cña liªn kÕt Èm trong vËt liÖu. ChÝnh v× lý do phøc t¹p nµy, nªn viÖc nghiªn cøu ®éng häc qu¸ tr×nh sÊy th−êng ®−îc nghiªn cøu b»ng thùc nghiÖm 4.2.1. §Æc ®iÓm diÔn biÕn cña qu¸ tr×nh sÊy. NÕu chÕ ®é sÊy x¶y ra ë chÐ ®é sÊy b×nh th−êng, tøc lµ nhiÖt ®é vµ tèc ®é chuyÓn ®éng cña kh«ng khÝ kh«ng lín vµ ®é Èm cña vËt Èm t−¬ng ®èi cao, th× qu¸ tr×nh sÊy x¶y ra theo 3 giai ®o¹n : Giai ®o¹n ®Çu lµm nãng vËt, giai ®o¹n hai cã tèc ®é sÊy kh«ng ®æi, giai ®o¹n cuèi cã tèc ®é sÊy gi¶m dÇn. 1. Giai ®o¹n lµm nãng vËt. Giai ®o¹n lµm nãng vËt b¾t ®Çu tõ khi n¹p liÖu vµo buång sÊy tiÕp xóc víi kh«ng khÝ nãng cho tíi khi nhiÖt ®é cña vËt ®¹t nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít (t−). Trong qu¸ tr×nh nµy toµn bé vËt sÊy ®−îc gia nhiÖt. Èm láng trong vËt còng ®−îc gia nhiÖt cho ®Õn khi ®¹t nhiÖt ®é s«i øng víi ph©n ¸p suÊt h¬i n−íc trong m«i tr−êng kh«ng khÝ cña buång sÊy (t−). Do ®−îc lµm nãng, nªn ®é Èm cña vËt cã gi¶m chót Ýt do bay h¬i Èm, cßn nhiÖt ®é cña vËt Èm th× t¨ng dÇn tõ nhiÖt ®é ban ®Çu ®Õn nhiÖt ®é b»ng nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít. Tuy vËy, nh−ng sù t¨ng nhiÖt ®é x¶y ra kh«ng ®ång ®Òu gi÷a phÇn bªn ngoµi vµ phÇn bªn trong cña vËt. Vïng bªn trong ®¹t ®−îc nhiÖt ®é t− chËm h¬n. §èi víi nh÷ng vËt dÔ sÊy vµ cã kÝch th−íc nhá th× thêi gian x¶y ra giai ®o¹n lµm nãng vËt th−êng ng¾n. 2. Giai ®o¹n tèc ®é sÊy kh«ng ®æi. KÕt thóc giai ®o¹n gia nhiÖt, nhiÖt ®é vËt b»ng nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít. TiÕp tôc cung cÊp nhiÖt, Èm trong vËt sÏ ho¸ h¬i vµ nhiÖt ®é cña vËt gi÷ kh«ng ®æi. ë giai ®o¹n nµy, nhiÖt l−îng cung cÊp cho vËt chØ ®Ó ho¸ h¬i n−íc. Èm sÏ ho¸ h¬i ë líp vËt liÖu s¸t bÒ mÆt vËt, Èm láng ë bªn trong vËt sÏ truyÒn ra líp bªn ngoµi ®Ó ho¸ h¬i. Do nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng kh«ng ®æi, nhiÖt ®é vËt còng kh«ng ®æi, nªn ®é chªnh nhiÖt ®é gi÷a m«i 31 tr−êng vµ vËt còng kh«ng ®æi. Do vËy tèc ®é bay h¬i Èm cña vËt còng kh«ng ®æi, nãi mét c¸ch kh¸c lµ tèc ®é gi¶m cña ®é chøa Èm trong vËt còng kh«ng ®æi ( )constu =∂ ∂ τ , cã nghÜa lµ tèc ®é sÊy kh«ng ®æi. Trong giai ®o¹n sÊy cã tèc ®é sÊy kh«ng ®æi, th× ®é ®é chøa Èm sÏ gi¶m tuyÕn tÝnh theo thêi gian. Èm ®−îc tho¸t ra ë giai ®o¹n nµy lµ Èm tù do. Khi ®é chøa Èm cña vËt gi¶m tíi trÞ sè tíi h¹n uk = ucb max th× coi lµ kÕt thóc giai sÊy víi tèc ®é sÊy kh«ng ®æi; ®ång thêi còng lµ kÕt thóc giai ®o¹n tho¸t Èm tù do vµ chuyÓn sang giai ®o¹n sÊy víi tèc ®é sÊy gi¶m dÇn. 3. Giai ®o¹n sÊy víi tèc ®é sÊy gi¶m dÇn. KÕt thóc giai ®o¹n sÊy víi tèc ®é sÊy kh«ng ®æi, th× Èm tù do ®· bay h¬i hÕt, trong vËt coi nh− chØ cßn Èm liªn kÕt. N¨ng l−îng cÇn ®Ó bay h¬i Èm liªn kÕt lín h¬n so víi n¨ng l−îng cÇn ®Ó bay h¬i Èm tù do vµ ®é lín h¬n nµy cµng t¨ng lªn khi ®é chøa Èm cña vËt cµng nhá (Èm liªn kÕt cµng vÒ sau cµng chÆt). Do vËy tèc ®é bay h¬i Èm trong giai ®o¹n nµy nhá h¬n so víi giai ®o¹n tèc ®é sÊy kh«ng ®æi, cã nghÜa lµ tèc ®é sÊy ë giai ®o¹n nµy nhá h¬n vµ cµng vÒ sau cµng nhá. Qu¸ tr×nh sÊy cø tiÕp diÔn tiÕp, th× ®é chøa Èm cña vËt cµng gi¶m, tèc ®é sÊy còng gi¶m cho ®Õn khi ®é chøa Èm cña vËt gi¶m tíi ®é chøa Èm c©n b»ng øng víi ®iÒu kiÖn cña m«i tr−êng kh«ng khÝ Èm trong buång sÊy (ucb vµ ωcb) th× qu¸ tr×nh tho¸t Èm cña vËt Èm ngõng l¹i, cã nghÜa lµ tèc ®é sÊy b»ng kh«ng ( )0=∂ ∂ τ u . Trong giai ®o¹n sÊy víi tèc ®é sÊy gi¶m dÇn , th× nhiÖt ®é cña vËt sÊy t¨ng lªn vµ lín h¬n nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít. NhiÖt ®é ë c¸c líp bªn ngoµi bÒ mÆt t¨ng nhanh h¬n vµ cµng ë s©u bªn trong th× nhiÖt ®é t¨ng cµng chËm h¬n. §iÒu ®ã dÉn ®Õn sù h×nh thµnh gradien nhiÖt ®é trong vËt sÊy. Khi ®é Èm cña vËt ®· ®¹t ®Õn ®é Èm c©n b»ng thi gi÷a vËt sÊy vµ m«i tr−êng cã sù c©n b»ng nhiÖt vµ Èm: kh«ng cã sù trao ®æi nhiÖt, kh«ng cã sù trao ®æi chÊt gi÷a vËt vµ m«i tr−êng (nhiÖt ®é vËt b»ng nhiÖt ®é m«i tr−êng; ®é Èm cña vËt b»ng ®é Èm c©n b»ng). ë cuèi qu¸ tr×nh sÊy,tèc ®é sÊy nhá nªn thêi gian sÊy kÐo dµi. VÒ lý thuyÕt, ®Ó ®é Èm gi¶m ®Õn ®é Èm c©n b»ng th× thêi gian sÊy ph¶i b»ng v« cïng, tøc lµ ®−êng cong u = f(τ) sÏ tiÖm cËn víi ®−êng th¼ng ucb = const. Trong thùc tÕ, ng−êi ta sÊy ®Õn ®é Èm cuèi ucuèi lín h¬n ®é Èm c©n b»ng. §é Èm c©n b»ng phô thuéc vµo ®é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ Èm vµ phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ Èm. §iÒu nµy l−u ý cho c¸c c¸n bé kü thuËt thiÕt kÕ c«ng nghÖ sÊy khi chän nhiÖt ®é vµ chän ®é Èm cña t¸c nh©n sÊy khi tiÕp xóc víi vËt liÖu sÊy ë giai ®o¹n cuèi qu¸ tr×nh sÊy. 32 Trong 3 giai ®o¹n sÊy ®−îc tr×nh bµy ë trªn, giai ®o¹n sÊy thø nhÊt th−êng x¶y ra rÊt nhanh so víi hai giai ®o¹n tiÕp theo. 4.3. CÊu t¹o cña thiÕt bÞ sÊy tÇng s«i S¬ ®å nguyªn lý cña thiÕt bÞ sÊy tÇng s«i ®−îc biÓu thÞ trªn h×nh 4.4. Qu¹t giã (1) ®−a kh«ng khÝ vµo buång hçn hîp (2), ë ®©y kh«ng khÝ hçn hîp víi khãi ®Ó t¹o ra t¸c nh©n sÊy cã c¸c th«ng sè nhÊt ®Þnh theo yªu cÇu cña chÕ ®é sÊy. T¸c nh©n sÊy ®−îc thæi vµo buång sÊy (4) tõ d−íi ghi (3) víi tèc ®é thÝch hîp ®Ó t¹o ®−îc tÇng s«i. VËt liÖu sÊy d¹ng h¹t ®−îc n¹p vµo phÔu (5) råi ®Èy vµo buuång sÊy (4). T¸c nh©n sÊy ë thÓ khÝ nãng thæi tõ d−íi lªn víi tèc ®é thÝch hîp lµm cho vËt liÖu h¹t ë tr¹ng th¸i x¸o trén cïng víi khÝ nãng t¹o thµnh tÇng s«i. Trong tÇng s«i, khÝ nãng gia nhiÖt vµ sÊy kh« vËt liÖu. VËt liÖu kh« ®−îc r¬i vµo phÔu (6) ®Ó lÊy ra ngoµi. Mét l−îng h¹t nhá mÞn bay theo khÝ lß vµ ®−îc t¸ch ra nhê thiÕt bÞ thu bôi kiÓu Xyclon (7). Khi lß sÊy tÇng s«i lµm viÖc liªn tôc, nhê hÖ thèng ghi xÝch chuyÓn ®éng, vËt liÖu Èm ®−îc ®−a vµo ë mét ®Çu (5) vµ vËt liÖu kh« ®−îc lÊy ra ë kia (6). ThiÕt bÞ sÊy tÇng s«i cã −u ®iÓm lµ : • C−êng ®é sÊy cao: hµng tr¨m kg Èm ®ù¬c tho¸t ra khái vËt Èm t−¬ng øng víi 1 m3 thÓ tÝch cña buång sÊy trong 1 giê. • NhiÖt ®é cña c¸c h¹t vËt liÖu trong líp s«i ®ång ®Òu. • DÔ ®iÒu chØnh nhiÖt ®é cña vËt liÖu ra khái buång sÊy • Cã thÓ ®iÒu chØnh thêi gian sÊy KhuyÕt ®iÓm : • Tiªu hao ®iÖn n¨ng ®Ó thæi khÝ kh¸ lín v× trë lùc cña tÇng s«i lín (300 ÷ 500 mmH2O). • C¸c h¹t liÖu ph¶i cã kÝch th−íc nhá vµ t−¬ng ®èi ®ång ®Òu. 33 H×nh 4. 4: S¬ ®å nguyªn lý cña thiÕt bÞ sÊy tÇng s«i 34 PhÇn v: tÝnh to¸n nhiÖt cho lß sÊy tÇng s«i C¸c th«ng sè cÊu tróc cña lß vµ sè s«i 5.1. Nguyªn lý hÖ thèng sÊy b»ng khãi Sö dông kh«ng khÝ nãng ®Ó sÊy, cÇn thiÕt ph¶i cã bé phËn gia nhiÖt kh«ng khÝ (bé phËn gia nhiÖt cã thÓ dïng ®iÖn n¨ng, dïng h¬i n−íc, hoÆc dïng khãi th¶i ®Ó cung cÊp n¨ng l−îng). C¸c tr−êng hîp nµy chi phÝ vèn ®Çu t− vµ n¨ng l−îng cao. Trong nhiÒu tr−êng hîp cho phÐp, ta cã thÓ sö dông trùc tiÕp khãi (hoÆc hçn hîp khãi vµ kh«ng khÝ) ®Ó sÊy. S¬ ®å nguyªn lý hÖ thèng sÊy sö dông t¸c nh©n sÊy lµ khãi ®−îc tr×nh bµy ë h×nh 5.1 Trong buång ®èt,ng−êi ta ®èt ch¸y nhiªn liÖu (dÇu DO) víi hÖ sè kh«ng khÝ d− thÝch hîp (ë bµi to¸n nµy, ®· chän α = 1,25). Khãi tho¸t ra khái buång ®èt ®−îc ®−a vµo buång hoµ trén, ë ®©y ng−êi ta thæi thªm kh«ng khÝ tõ qu¹t giã vµo ®Ó hoµ trén víi khãi vµ t¹o thµnh t¸c nh©n sÊy cã nhiÖt ®é thÝch hîp (theo sè liÖu ban ®Çu, t¸c nh©n sÊy cã nhiÖt ®é b»ng 1200C ÷ 1300C). Sau ®ã t¸c nh©n sÊy ®−îc ®−a vµo lß sÊy tÇng s«i ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh sÊy; sau khi sÊy, khãi th¶i tho¸t ra ngoµi vµ qua hÖ thèng thu bôi kiÓu xyclon. Sö dông khãi lµm t¸c nh©n sÊy cã −u khuyÕt ®iÓm sau : Nhiªn liÖu Kh«ng khÝ Buång ®åt Buång hoµ trén Buång sÊy Kh«ng khÝ Khãi T¸c nh©n sÊy KhÝ th¶i LiÖu h¹t cÊp vµo lß LiÖu h¹t kh« ra lß H×nh 5.1 : S¬ ®å nguyªn lý hÖ thèng sÊy b»ng khãi 35 a) ¦u ®iÓm [5]: - Cã thÓ ®iÒu chØnh nhiÖt ®é t¸c nh©n chÊt sÊy trong mét kho¶ng rÊt réng. Cã thÓ sÊy ë nhiÖt ®é rÊt cao 9000C ÷ 10000C hoÆc ë nhiÖt ®é thÊp 700C ÷ 900C hoÆc thËm chÝ 400C ÷ 500C. - CÊu tróc hÖ thèng sÊy ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt. - §Çu t− vèn Ýt v× kh«ng cÇn dïng calorifer. - Gi¶m tiªu hao ®iÖn n¨ng do tæng trë lùc cña hÖ thèng nhá. - HiÖu qu¶ sö dông nhiÖt cao b) Nh−îc ®iÓm [5]: - G©y bôi bÈn cho s¶n phÈm vµ thiÕt bÞ sÊy. - Cã thÓ g©y ho¶ ho¹n hoÆc xÈy ra c¸c ph¶n øng ho¸ häc kh«ng cÇn thiÕt, ¶nh h−ëng xÊu ®Õn chÊt l−îng s¶n phÈm. Ph−¬ng ph¸p sÊy b»ng khãi th−êng ®−îc sö dông ®Ó sÊy gç vµ c¸c s¶n phÈm b»ng gç (bót ch×, que diªm, vá bao diªm) ; sÊy c¸c vËt liÖu x©y dùng, sÊy c¸c kho¸ng c¸t sái, sÊy ®å gèm sø vµ mét sè h¹t n«ng l©m s¶n . 5.2. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cña khãi (trong buång ®èt dÇu DO) Môc tiªu cña viÖc tÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y trong hÖ thèng sÊy dïng khãi lµm chÊt t¶i nhiÖt lµ x¸c ®Þnh ®−îc l−îng s¶n phÈm ch¸y cã nhiÖt ®é x¸c ®Þnh ( gi¸ trÞ nµy ®−îc x¸c ®Þnh tr−íc theo c«ng nghÖ sÊy ) khi ®èt ch¸y hÕt 1 kg nhiªn liÖu; ®ång thíi x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè kh¸c cña khãi: ®é chøa h¬i, entanpi, khèi l−îng riªng. TÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ nµy ®ù¬c sö dông ®Ó tÝnh l−u l−îng, nhiÖt ®é , ®é chøa Èm vµ entanpi cña t¸c nh©n sÊy. §ång thêi còng x¸c ®Þnh tiªu hao nhiªn liÖu; nhiÖt to¶ ra trong buång ®èt vµ c¸c th«ng sè kh¸c cña qu¸ tr×nh ch¸y nh»m phôc vô cho viÖc x¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña buång ®èt. Toµn bé tÝnh to¸n sù ch¸y cña nhiªn liÖu (cô thÓ lµ dÇu Diezel: dÇu DO) ®· ®−îc tÝnh vµ tr×nh bµy trong PhÇn III. C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®−îc tr×nh bÇy trong b¶ng 5.1 (lÊy tõ b¶ng 3.2 cña PhÇn III) B¶ng 5.1. C¸c kÕt qña tÝnh to¸n sù ch¸y cña dÇu DO ( Xem phÇn tÝnh to¸n cña PhÇn III; hÖ sè kh«ng khÝ d− α = 1,25 ) NhiÖt ®é [oC] S¶n phÈm ch¸y [%] Lo [ 3 tcm /kg] Ln [ 3 tcm /kg] V0 [ 3 tcm /kg] Vn [ 3 tcm /kg] ρ0 [kg/ 3 tcm ] tlt ttt CO2 H2O SO2 O2 N2 9,836 12,29 11,08 13,70 1,304 1823 1276 11,78 8,609 0,001 4,01 75,60 36 NhiÖt ®é [oC] S¶n phÈm ch¸y [%] Lo kg/kg DO Ln [kg/§O] V0 kg/kgDO Vn kg/kgDO ρ0 [kg/ 3 tcm ] tlt ttt CO2 H2O SO2 O2 N2 12,72 15,89 14,45 17,86 1,304 1823 1185 11,78 8,609 0,001 4,01 75,60 Khèi l−îng kh«ng khÝ cÇn ®Ó ®èt ch¸y 1 kg dÇu DO b»ng : c X¸c ®Þnh l−îng tiªu hao kh«ng khÝ lý thuyÕt (khi α = 1) cho qu¸ tr×nh ch¸y x¶y ra ë buång ®èt: L0 = ? [kg kh«ng khÝ/1 kg dÇu DO] Theo sè liÖu ®· tÝnh to¸n vµ ghi ë b¶ng 5.1 ta cã : G0 KH¤NG KHI = L0 . ρKK = 9,836 . 1,293 = 12,72 [kg kh«ng khÝ /1 kg dÇu FO] L0 = 12,72 [kgKK/1 kg ®Çu DO] d X¸c ®Þnh l−îng tiªu hao kh«ng khÝ thùc tÕ (khi α = 1,25 ) cho qu¸ tr×nh ch¸y x¶y ra ë buång ®èt : Ln= ? [kg kh«ng khÝ/1 kg dÇu DO] Theo sè liÖu ®· tÝnh to¸n vµ ghi ë b¶ng 5.1 ta cã : Gn KH¤NG KHI = Ln . ρKK = 12,29 . 1,293 = 15,89 [kg kh«ng khÝ /1 kg dÇu FO] Ln = 15,89 [kgKK/1 kg ®Çu DO] e X¸c ®Þnh l−îng khãi lý thuyÕt (khi α = 1) cho qu¸ tr×nh ch¸y x¶y ra ë buång ®èt : V0 = ? [kg khãi/1 kg dÇu DO] Theo sè liÖu ®· tÝnh to¸n vµ ghi ë b¶ng 5.1 ta cã : V0 = 14,45 [kg khãi/1 kg ®Çu DO] f X¸c ®Þnh l−îng khãi thùc tÕ (khi α = 1,25) cho qu¸ tr×nh ch¸y x¶y ra ë buång ®èt : Vn = ? [kg khãi/1 kg dÇu DO] Theo sè liÖu ®· tÝnh to¸n vµ ghi ë b¶ng 5.1 ta cã : Vn = 17,86 [kg khãi/1 kg ®Çu DO] g Khèi l−îng riªng cña khãi tÝnh ë ®iÒu kiªn tiªu chuÈn ρ0K Theo sè liÖu ®· tÝnh to¸n vµ ghi ë b¶ng 5.1 ta cã : L0 = 12,72 [kg KK / 1 kg dÇu DO ] Ln = 15,89 [kg KK / 1 kg dÇu DO ] V0 = 14,45 [kg khãi / 1 kg dÇu DO V0 = 17,86 [kg khãi / 1 kg dÇu DO 37 ρ0K = 1,304 ]/[ 3 tcmkg h TÝnh entanpi cña khãi trong buång ®èt øng víi nhiÖt ®é thùc tÕ cña khãi b»ng 11850C iKhoi = i 1185 = 0,01.(%CO2 .iCO2 + %H2O.iH2O + %N2.iN2 + %O2.iO2 + %SO2.iSO2) [1] Entanpi cña c¸c khÝ thµnh phÇn trong khãi ( );;;; 22222 SONOOHCO iiiii tra theo nhiªt ®é ( tkhãi = 1185 0C ) [3]. ikhãi = 0,01.(11,78 . 2746 + 8,609. 2118 + 75,6. 1699 + 4,01. 1802 + 0,001. 2733) ikhãi = 1864 [kJ/ 3 tcm ] ; Theo b¶ng 5.1 th× khèi l−îng riªng cña khãi ρoK = 1,304 [kg / 3 tcm ]. Trong 1 m3 khèi khãi th× l−îng h¬i n−íc chiÕm 8,609 [% thÓ tÝch) vµ cã khèi l−îng Gh [kg h¬i n−íc /1 m3 khãi] ===→= 273. 18 8314 08609,0.10 . .... 5 TR VpGTRGVp h h hhhh 0,068 [ kg h¬i n−íc/ 1 m3 khãi] Khèi l−îng cña khãi kh« cã trong 1 m3 khãi thùc Gkhãi kh« [kg khãi kh«/ 1m3 khãi] Gkhois kh« = GΣ - Gh = 1,304 - 0,068 =1,236 [ kg khãi kh«/ 1 m3 khãi ]; VËy entanpi cña khãi sÏ b»ng : Ikhãi = 1864 [kJ/ 3 tcm khãi thùc] = 1864 / 1,236 = 1508 [kJ/ 1 kg khãi kh«] i TÝnh ®é chøa h¬i n−íc cña khãi dkhoi = ? [ kg h¬i n−íc/ 1 kg khãi kh«] ][055,0 236,1 068,0 khokhoikg hoikg G G d khokhoi hoinuoc khoi === Sau khi ®· x¸c ®Þnh ®−îc c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña khãi (®é chøa h¬i dkhãi ; entanpi Ikhãi, v.v.) vµ cã thÓ xem khãi nh− kh«ng khÝ Èm, khi ®ã ta cã thÓ sö dông ®å thÞ I - d cña kh«ng khÝ Èm ®Ó tÝnh to¸n. ρ0K = 1,304 ]/[ 3tcmkg Ikhãi = 1508 [kJ/ 1 kg khãi kh«] dkhãi = 0,055 [ kg h¬i n−íc / 1 kg khãi kh« ] 38 5.3. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cña t¸c nh©n sÊy (T¸c nh©n sÊy lµ hçn hîp cña khãi vµ kh«ng khÝ cña qu¹t giã ®−îc hoµ trén trong buång hoµ trén ; xem h×nh 5.1) T¸c nh©n sÊy ë ®©y lµ hçn hîp cña 2 m«i chÊt: * M«i chÊt thø nhÊt lµ khãi sinh ra trong buång ®èt vµ biÓu thÞ b»ng ®iÓm B trªn h×nh 5.2 cña ®å thÞ I - d. HoÆc biÓu thÞ b»ng dßng ch¶y B trªn h×nh 5.3. Khãi cã c¸c th«ng sè ®· ®−îc tÝnh to¸n ë phÇn trªn: Entanpi cña khãi : Ikhãi = 1508 [kJ/1 kg khãi kh«] §é chøa h¬i cña khãi : dkhãi = 0,055 [ kg h¬i n−íc/1 kg khãi kh«] NhiÖt ®é cña khãi : tkhãi = 1185 0C * M«i chÊt thø hai lµ kh«ng khÝ lÊy tõ qu¹t giã ly t©m råi thæi vµo buång hoµ trén vµ biÓu thÞ b»ng ®iÓm A trªn h×nh 5.2 cña ®å thÞ I - d. HoÆc biÓu thÞ b»ng dßng ch¶y A trªn h×nh 5.3. Kh«ng khÝ ngoµi trêi (t¹i Hµ TÜnh) cã c¸c th«ng sè ®Æc tr−ng [6]: NhiÖt ®é cña kh«ng khÝ : tKK = 27 0C §é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ ϕ = 70% §é chøa h¬i cña kh«ng khÝ: dKK = 0,016 [ kg h¬i n−íc/1 kg kh«ng khÝ] ( ]/[016,0 0359,0. 100 701 0359,0. 100 70 622,0 . 100 . 100622,0 · 0 · khokgKKhoikg PP P d m h m h KK = − = − = ϕ ϕ ) ]/[83,67016,0).27.93,12500(27)..93,12500( kgKKkJdttI KKKKKKKK =++=++= Entanpi cña kh«ng khÝ: IKK = 67,83 [kJ/ 1 kg kh«ng khÝ kh«] 39 H×nh 5.2: Qu¸ tr×nh hçn hîp gi÷a khãi vµ kh«ng khÝ trªn ®å thÞ I - d * M«i chÊt thø 3 lµ hçn hîp cña khãi vµ kh«ng khÝ, ta gäi lµ t¸c nh©n sÊy. T¸c nh©n sÊy ®−îc biÓu thÞ b»ng ®iÓm C trªn h×nh 5.2 cña ®å thÞ I - d. HoÆc biÓu thÞ b»ng dßng ch¶y C trªn h×nh 5.3. Tr¹ng th¸i cña m«i chÊt thø 3 (t¸c nh©n sÊy) ®ù¬c x¸c ®Þnh theo c«ng nghÖ sÊy; ë ®©y t¸c nh©n sÊy ph¶i cã nhiÖt ®é tTNS= 120 0C ÷ 1300C (sÏ tÝnh to¸n víi tTNS = 130 0C). C¸c th«ng sè nhiÖt vËt lý cña hçn hîp khãi vµ kh«ng khÝ (c¸c th«ng sè cña t¸c nh©n sÊy) hoµn toµn tÝnh ®−îc b»ng ®å thÞ I- d hoÆc b»ng lý thuyÕt hçn hîp gi÷a c¸c dßng ch¶y nhËp dßng (xem h×nh 5.3) 40 5.3.1. TÝnh tû lÖ hoµ trén α gi÷a khèi l−îng cña dßng kh«ng khÝ vµ khèi l−îng cña dßngkhãi ®Ó t¹o ra t¸c nh©n sÊý (TNS) Hai dßng ch¶y nhËp l¹i thµnh mét dßng, theo ®Þnh luËt b¶o toµn n¨ng l−îng ta cã: Ký hiÖu: NL(n¨ng l−îng); K (khãi) ; KK(kh«ng khÝ) NLTNS = NLK + NLKK GTNS.CTNS.TTNS = GK.CK.TK + GKK.CKK.TKK (GK+GKK ).CTNS.TTNS = GK.CK.TK + GKK.CKK.TKK Gi¶i ra cã GKK ( )KKKKTNSTNS TNSTNSKKK KK TCTC TCTCGG .. )...( − −= VËy ta cã hÖ sè pha trén ( )KKKKTNSTNS TNSTNSKK K KK TCTC TCTC G G .. )...( − −==α TKK=27+ 273= 300 K ; TK= 1185+273=1458 K ; TTNS=130+273=403 K CKK ≈ 1 kJ/kg ; 22222 .%.%.%.%.% 22222 SOCNCOCOHCCOCC SONOOHCOK ++++= (tra theo tK= 1185 0C vµ [7]) C (t¸c nh©n sÊy) tTNS = 130 0C C¸c th«ng sè cßn l¹i ph¶i tÝnh b»ng ®å thÞ I-d hoÆc tÝnh theo lý thuyÕt hçn hîp c¸c dßng ch¶y A ( Kh«ng khÝ tõ qu¹t giã ) tKK= 27 0C ; dKK= 0,016 kg h¬i/ kg KK kh« IKK = 67,83 kJ/ kg KK kh« ϕKK = 70% B (Khãi tõ buång ®èt) tK = 1185 0C; dK = 0,055 kg h¬i/1 kg khãi kh« IK = 1508 kJ/kg khãi kh« H×nh 5.3: Hçn hîp gi÷a khãi (B) vµ kh«ng khÝ (A) t¹o ra t¸c nh©n sÊy (C) B A C 41 Tõ c¸c gi¸ trÞ trong b¶ng 3.2 ta tÝnh ®−îc thµnh phÇn khèi l−îng cña c¸c khÝ thµnh phÇn cã trong khãi theo c«ng thøc: iiX X X i XchatcuakmoltriGiaXchatcuakmolSoGG G X i i i .;%100.% == ∑ %76,17%100. 28.26,4632.454,264.009,018.260,544.208,7 44.208,7% 2 =++++=CO %30,5%100. 28.26,4632.454,264.009,018.260,544.208,7 18.260,5% 2 =++++=OH %03,0%100. 28.26,4632.454,264.009,018.260,544.208,7 64.009,0% 2 =++++=SO %396,4%100. 28.26,4632.454,264.009,018.260,544.208,7 32.454,2% 2 =++++=O %514,72%100. 28.26,4632.454,264.009,018.260,544.208,7 28.26,46% 2 =++++=N 22222 .%.%.%.%.% 22222 SOCNCOCOHCCOCC SONOOHCOK ++++= KkgkJC C K K ./192,1 0003.0.795,072514,0.1359,104396,0.0509,10530,0.2106,21776,0.153,1 = ++++= CTNS cã gi¸ trÞ gÇn ®óng b»ng nhiÖt dung riªng cña kh«ng khÝ v× trong t¸c nh©n sÊy th× khèi l−îng cña kh«ng khÝ lín gÊp nhiÒu lÇn so víi khèi l−îng cña khãi. 13 )300.1403.1( )403.11458.192,1( )..( )..( ≈− −=− −== KKKKTNSTNS TNSTNSKK K KK TCTC TCTC G Gα 5.3.2. TÝnh ®é chøa h¬i cña t¸c nh©n sÊy dTNS 1 [kg h¬i n−íc/1 kg TNS kh«] KKK KK KK K K khokhikhongkhokhoi hoi KKtrong hoi Ktrong khokhoi hoi KKtrong hoii Ktrong TNS dd d d d d GG GG G GG d +++ +++=+ +=+= 1 1. 1 1 1 . 1 α α α = GKK / GK = 13 lÇn 42 dTNS = 0,0186 [kh h¬i n−íc/1 kg TNS kh«] 5.3.3. TÝnh entanpi cña t¸c nh©n sÊy vµo lß sÊy ITNS 1 [kJ/1 kg TNS kh«] ITNS = IK. [ 1/ (1+α)] + IKK. [ α / (1+α )] ITNS = 1508.[1/ (1+13)] + 67,83.[13/(1+13 )] = 170,69 ≈ 171 [ kJ/1 kg TNS kh«] V.3.4 . TÝnh ®é Èm t−¬ng ®èi cña t¸c nh©n sÊy ϕ TNS1 [%] %1%100. )0186,0621,0.(7011,2 0186,0.1 )621,0.( . )( 0 =+=+= TNShoaBaoTNSh TNS TNS dP dPϕ [9] C¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cña t¸c nh©n sÊy (TNS) vµo buång sÊy ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 5.2. B¶ng 5.2: C¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cña t¸c nh©n sÊy (TNS ) vµo buång sÊy NhiÖt ®é tTNS 1 §é chøa h¬i dTNS 1 Entanpi I TNS 1 §é Èm ϕTNS1 Tû lÖ GKK / GK §¹i l−îng [0C] [kg.h/1kg. TNS kh«] [kJ/1kg. TNS kh«] [%] α [lÇn] Gi¸ trÞ 130 0,0186 171 1% 13 lÇn 5.4. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh sÊy lý thuyÕt : 5.4.1. Chän th«ng sè cña t¸c nh©n sÊy sau qu¸ tr×nh sÊy lý thuyÕt Tr¹ng th¸i t¸c nh©n sÊy sau qu¸ tr×nh sÊy lý thuyÕt : 1. Entanpi cña TNS ra khái buång sÊy: I TNS 2 Qu¸ tr×nh sÊy lý thuyÕt th× gi¸ trÞ entanpi kh«ng thay ®æi ITNS = const vËy ITNS 1 = I TNS 2 = 171 [kJ/kg TNS kh«] ITNS 1 = 171 [kJ / 1 kg TNS kh«] ϕTNS1 = 1 [%] )055,01.(13)055,01( )055,01(.016.0.13)016,01.(055,0 )1.()1( )1.(.)1.( +++ +++=+++ +++= KK KKKKKK TNS dd ddddd α α 43 2. NhiÖt ®é cña TNS ra khái buång sÊy t TNS 2 NhiÖt ®é cña TNS ra khái buång sÊy tTNS 2 ®−îc chän sao cho tæn thÊt nhiÖt do t¸c nh©n sÊy mang ra khái buång sÊy lµ bÐ nhÊt vµ ph¶i b¶o ®¶m yªu cÇu kü thuËt lµ kh«ng x¶y ra hiÖn t−îng ®äng s−¬ng ë phÇn sau cña buång sÊy. Do ®Æc ®iÓm cña lß sÊy tÇng s«i lµ: Trong buång sÊy tÇng s«i cã sù x¸o trén c−ìng bøc, nªn nhiÖt ®é cña vËt liÖu sÊy kh¸ ®ång ®Òu. NhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy gi¶m dÇn khi ®i tõ d−íi lªn trªn. Cã thÓ chän s¬ bé nhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy ra khái buång sÊy tTNS 2 = 40 0C, khi ®ã theo ®å thÞ I- d ta cã ϕTNS 2 = (90 ± 5) % [8] 3. §é chøa h¬i cña TNS ra khái buång sÊy dTNS 2 : 2 21 12 . . TNShoip TNSTNSd KKxuatDanTNSTNS tCr tt Cdd KK + −+= [9] KKd KKxuatDanC - NhiÖt dung riªng dÉn xuÊt cña kh«ng khÝ [kJ/kg.K] ]./[03488,1016,0.93,1004,1. KkgkJdCCC KKhoippKK d KKxuatDan KK =+=+= 0547,0 40.93,12500 40130..03488,10186,02 =+ −+=TNSd [kgh¬i/ 1kgTNS kh«] 4. §é Èm t−¬ng ®èi cña TNS ra khái buång sÊy ϕ TNS 2 : [9] %7,96%100. )0547,0621,0.(0837,0 0547,0.1 )621,0.( . 22( 20 =+=+= TNShoaBaoTNSh TNS TNS dP dPϕ [9] C¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cña t¸c nh©n sÊy (TNS) ra khái buång sÊy ®ù¬c tr×nh bµy trong b¶ng 5.3 B¶ng 5.3: C¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cña t¸c nh©n sÊy (TNS) ra khái buång sÊy NhiÖt ®é tTNS 2 §é chøa h¬i dTNS 2 Entanpi I TNS 2 §é Èm ϕTNS 2 §¹i l−îng [0C] [kg.h/1kg. TNS kh«] [kJ/1kg. TNS kh«] [%] Gi¸ trÞ 40 0,0547 171 96.7 % 5.4.2. TÝnh l−îng Èm cÇn bèc h¬i trong 1 giê: n TÝnh khèi l−îng liÖu n¹p vµo lß trong 1 giê : G1 [kg/h] • Theo sè liÖu thiÕt kÕ: N¨ng suÊt sÊy G2 = 10.000 kg thµnh phÈm/h • §é Èm cña liÖu tr−íc khi sÊy: ω1 = 3 % ®Õn 6 % ( sÏ tÝnh víi ω1 = 4,5 %) • §é Èm cña liÖu sau khi sÊy: ω2 = 0,3 % ®Õn 0,55 % (sÏ tÝnh víi ω2 = 0,5 %) 44 Nguyªn liÖu cã ®é Èm ban ®Çu ω1 = 4,5 % vµ s¶n phÈm lÊy ra cã ®é Èm b»ng ω2 = 0,5 %; vËy khèi l−îng nguyªn liÖu ®−a vµo lß trong 1 giê b»ng G1: ]/[10419 5,4100 5,0100.10000 100 100. 1 2 21 hkgGG =− −=− −= ω ω o TÝnh khèi l−îng Èm (n−íc) cÇn bèc h¬i trong 1 giê: W [kg/h] W = G1 - G2 = 10419 - 10000 = 419 [kg/h] 5.4.3. TÝnh l−îng t¸c nh©n sÊy kh« cÇn thiÕt ®Ó lµm bèc h¬i 419 [kg Èm / h] n TÝnh l−îng t¸c nh©n sÊy kh« cÇn thiÕt ®Ó lµm bèc h¬i mét kg Èm lTNS kh«: 7,27 0186,00547,0 11 12 =−=−= TNSTNSkhoTNS dd l ; [kgTNS kh«/ 1kg Èm] o TÝnh l−îng t¸c nh©n sÊy kh« cÇn thiÕt ®Ó lµm bèc h¬i mét 419 kg Èm LTN S kh«: LTNS kh«= W. lTNS kh« = 419 . 27,7 = 11606 kg TNS kh«/1h p TÝnh l−îng t¸c nh©n sÊy (TNS Èm) cÇn thiÕt ®Ó lµm bèc h¬i 419kg Èm/1h : LTNS 1 = LTNS kh« . ( 1+ dTNS 1) = 11606 . ( 1 + 0,0186 ) = 11822 kg TNS1/h q ThÓ tÝch t¸c nh©n sÊy cÇn thiÕt thæi vµo lß sÊy VTNS 1 [m3/h] ]/[12800 10 )273130(.68,268.11822.. 3 51 hm P TRGV TNS TNSTNSTNS TNS =+== ( ]./[68,286 29 8314 .% 83148314 KkgJ i R iTNS TNS =≈== ∑µµ ) 5.5. TÝnh vµ chän cÊu tróc cña lß sÊy tÇng s«i CÊu tróc cña lß sÊy tÇng s«i ®−îc thiÕt kÕ theo kiÓu lß Luxi vµ ®−îc tr×nh bÇy trªn h×nh 5.4, h×nh 5.5; h×nh 5.6. W = 419 [kg Èm / h] VTNS 1 = 12800 [m3/h] = 3,556 [m3/s] 45 H×nh 5.4: Lß sÊy tÇng s«i 10 tÊn/h 46 H×nh 5.5: PhÇn th©n lß sÊy tÇng s«i 1: Hép giã; 2: TÊm chia; 3: Buång lµm viÖc 4: PhÔu tiÕp liÖu; 5: PhÔu ra liÖu 47 H×nh 5.6: Buång lµm viÖc cña lß sÊy tÇng s«i 1: BÝch d−íi; 8: TÊm treo thiÕt bÞ xyclon; 2: Vá phÇn c«n; 9: L¾p trªn ®Ønh; 3: Vá; 10: PhÇn vá b¸n trô; 4: PhÔu tiÕp liÖu; 11: N¾p quan s¸t trªn; 5: TÊm g¸ ®éng c¬; 12: TÊm ®ì xyclon; 6: TÊm nghiªm; 13: N¾p quan s¸t d−íi; 7: TÊm ®øng; 14: PhÔu ra liÖu; Trªn c¬ së n¨ng suÊt lß ®· ®−îc chän ®Ó thiÕt kÕ G2 = 10.000kg/h; liÖu lµ c¸c h¹t kho¸ng c¸t cã ®é h¹t d = 0,05 µm ÷ 3 mm, ta tÝnh to¸n vµ chän lùa c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña lß. n TÝnh ®−êng kÝnh cña nåi lß d2 (d2 trªn h×nh 5.6) (Chi tiÕt 1 cña b¶n vÏ 5.4 hoÆc chi tiÕt 3 cña b¶n vÏ 5.5) Chøc n¨ng cña nåi lß: ë ®©y chøa kho¸ng c¸t sái cã ®é h¹t 0,05 µm ÷ 3 mm. C¸c h¹t liÖu ®−îc cÊp vµo nåi lß qua cöa cÊp liÖu (chi tiÕt 4 cña h×nh 5.5); s¶n phÈm sau khi sÊy 48 ®−îc lÊy ra qua cöa ra liÖu (chi tiÕt 5 h×nh 5.5). T¸c nh©n sÊy ®−îc thæi tõ hép giã (chi tiÕt 1 h×nh 5.5) qua c¸c mò giã ®Æt ë ®¸y lß. T¹o cho c¸c h¹t liÖu ë tr¹ng th¸i s«i. Theo sè liÖu thùc tÕ cña c¸c lß thiªu líp s«i vµ c¸c lß sÊy líp s«i [4] th× c−êng ®é sÊy c¸c h¹t liÖu kho¸ng c¸t sái tÝnh cho 1m2 diÖn tÝch c¾t ngang cña nåi lß ®¹t vµo kho¶ng g = 3300 ÷ 3700 [kg/m2.h ]; ta chän g = 3500 [kg/m2.h] Theo yªu cÇu thiÕt kÕ, lß thiªu líp s«i cã n¨ng suÊt G2 = 10.000 [kg/h], vËy ta cã : + DiÖn tÝch c¾t ngang cña nåi lß : ][857,2 3500 000.10 22 m g G F lonoi === + §−êng kÝnh cña nåi lß : ][1900857,2.4 .4 2 mm F dd lonoilonoi ==== ππ (xem h×nh 5.6) o TÝnh chän chiÒu cao cña nåi lß H nåi lß (H1 trªn h×nh 5.6) ChiÒu cao cña nåi lß ph¶i ®ñ lín ®Ó c¸c h¹t liÖu kh«ng bay ra khái líp s«i, nh−ng nÕu lín qu¸ th× l−îng t¸c nh©n sÊy ®· tÝnh to¸n kh«ng ®ñ ®Ó t¹o s«i. NÕu chiÒu cao cña nåi lß qu¸ thÊp th× thêi gian l−u liÖu sÏ ng¾n vµ c¸c h¹t liÖu sÏ v−ît ra khái líp s«i vµ ra ngoµi qua cöa ra liÖu khi ch−a ®−îc sÊy kh« theo yªu cÇu. Theo kinh nghiªm vËn hµnh lß sÊy tÇng s«i cã n¨ng suÊt kho¶ng 10t/h, ta chän chiÒu cao cña nåi lß Hnåi lß = 840 ®Õn 850 mm ( xem h×nh 5.6) p TÝnh chiÒu cao cña phÇn th©n lß H th©n lß (H2 trªn h×nh V.6) §Ó c¸c h¹t liÖu kh«ng bay ra khái lß, ë trªn cña nåi lß cã th©n lß (phÇn h×nh trô phÝa trªn cña nåi lß, xem h×nh 5.6). ChiÒu cao th©n lß th−êng b»ng 1,2 ®Õn 1,5 lÇn so víi chiÒu cao cña nåi lß. [4] Ta chän chiÒu cao cña th©n lß H th©n lß = H2 = 1150 mm (gÊp kho¶ng 1,36 lÇn so víi chiÒu cao cña nåi lß). TÊt c¶ c¸c kÝch kh¸c cña lß ®· ®ù¬c thiÕt kÕ vµ ghi râ trªn c¸c h×nh 5.4; h×nh 5.5; h×nh 5.6. dnåi lß= ®2 = 1900 [mm] H nåi lß= H1 = 840 [mm] 49 5.6. TÝnh s¬ bé c¸c th«ng sè ®éng häc cña lß sÊy tÇng s«i. 5.6.1. TÝnh thêi gian l−u liÖu trong lß: Thêi gian l−u liÖu trong lß ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : ][ )1(.2 h G G lieu lotrong luulieu ϕτ −= [4] lieu lotrongG = Snåi lß . ChiÒu cao líp liÖu . §é rçng cña líp liÖu . ρliÖu lieu lotrongG = ][8,38521650.5,0.644,1.4 9,1... 4 . 22 kgfH lieusoilop lonoi ==Φ πρπ 2G - N¨ng suÊt cña lß [kg/h] = 10.000 [kg/h ] ϕ - Tû lÖ bôi bay theo t¸c nh©n sÊy ra khái lß. Theo kinh nghiÖm vËn hµnh lß ϕ = 15% [4] ][45,0 )15,01(.10000 8,3852 hluulieu =−=τ 5.6.2. TÝnh bÒ mÆt ho¹t tÝnh Shoat tinh cña liÖu trong líp s«i : τ π τ . .6.. .523,0 .. 2 3 d fH S d d fSHS tinhhoat == [2] S - TiÕt diÖn c¾t ngang cña lß [m2] ; ][834,2 4 9,1. 4 . 2 22 m d S lonoi === ππ ® - §−êng kÝnh cña h¹t liÖu; d = 0,05 µm ÷ 3 mm ; tÝnh víi d = 0,001 [m] f - §é rçng cña líp liÖu ; f= 0,5 [4] H - ChiÒu cao cña líp liÖu s«i [m]; Hlíp s«i = 1,644 m (xem H4 cña H×nh 5.6) τ - Thêi gian l−u liÖu trong líp s«i [s] τ π τ . .6.. .523,0 .. 2 3 d fH S d d fSHS tinhhoat == = ] . [3 3600.45,0.001.0 5,0.644,1.6 2 2 sm m= [2] Shoat tÝnh = 3 [m2/m2.s] τluu liÖu = 0,45 [h] 50 5.6.3. Tèc ®é tÝnh to¸n cña giã trong líp s«i ωS [m/s] §èi víi c¸c lß sÊy tÇng s«i (líp s«i), tèc ®é thæi t¸c nh©n sÊy tÝnh to¸n lµ tèc ®é thæi t¸c nh©n sÊy qua toµn bé mÆt c¾t ngang cña lß (gi¶ thiÕt lµ lß rçng - kh«ng chøa liÖu); ωS ®−îc gäi lµ tèc ®é thæi t¸c nh©n sÊy. ][ s m F V lonoi saynhatac S =ω Vtac nhan say = VTNS 1 = 12800 [m 3/h] = 3,556 [m3/s] (®· tÝnh ë phÇn trªn) ][255,1 834,2 556,3 s m S V lonoi saynhatac S ===ω 5.6.3. TÝnh sè s«i mS: ]/[876,0 ) 273 1301( 293,1 ) 273 1( 30 mkgtTNS TNS TNS = + = + = ρρ ]2[ .22,51400 Re min rA Ar += 26064 876,0 876,01650. )10.625,26( 001,0.81,9.. 26 3 2 3 =−=−= − TNS TNSlieu TNS lieudgAr ρ ρρ γ 62,11 2606422,51400 26064 .22,51400 Remin =+=+= rA Ar ]/[309,0 001,0 10.625,26.62,11.Re.Re 6 min min min min smd d lieu TNS TNS lieu ===→= −γωγ ω Sè s«i 06,4 309,0 255,1 min === ω ωS Sm lÇn ωS = 1,255 [m/s] (tèc ®é thæi khi coi lß lµ rçng) Ar = 26064 ωmin = 0,309 [m/s] mS = 4,06 lÇn 51 Qu¸ tr×nh h×nh thµnh líp s«i ®−îc b¾t ®Çu khi sè s«i mS = 2, øng víi tr¹ng th¸i nµy, thÓ tÝch cña líp liÖu h¹t ®· t¨ng lªn 15 % so víi líp chÆt. [2] ë ®©y, sè s«i mS = 4,06 > 2, nh− vËy liÖu ®· ë tr¹ng th¸i s«i. Chóng ta ph¶i kiÓm tra ωmax, khi tèc ®é ®¹t ωmax th× líp s«i sÏ bÞ ph¸ huû vµ chuyÓn sang tr¹ng th¸i líp l¬ löng. 9,226 26064.6,018 26064 .6,018 Remax =+=+= Ar Ar ]/[04,6 001,0 10.625,26.9,226.Re 6max· max· smdlieu === −νω Theo [2] th× líp s«i tån t¹i khi : KÕt luËn: Víi kÝch th−íc cña líp s«i Hs«i = 1644 mm (H4 trªn h×nh 5.6) vµ l−u l−îng cña t¸c nh©n sÊy thæi vµo lß sÊy b»ng 12800m3/h (3,556 m3/s); khèi l−îng riªng cña kho¸ng c¸t sái ρliÖu = 1650 kg/m3; ®−êng kÝnh cña nåi lß d2 = 1,9 m (xem d2 trªn H×nh 5.6); c¸c h¹t liÖu cã ®−êng kÝnh tõ 50µm ®Õn 3 mm th× liÖu tån t¹i ë tr¹ng th¸i tÇng s«i. 5.7. TÝnh to¸n c¸c tæn thÊt nhiÖt cña lß sÊy tÇng s«i. c Tæn thÊt do vËt liÖu sÊy mang ra khæi lß sÊy tÇng s«i qvËt liÖu §Ó tÝnh tæn thÊt nhiÖt do vËt liÖu sÊy mang ®i, ta ph¶i x¸c ®Þnh nhiÖt ®é cña vËt liÖu sÊy ra khái lß sÊy tliÖu 2 vµ nhiÖt dung riªng cña vËt liÖu sÊy CvËt liÖu 2. Trong hÖ thèng cña lß sÊy tÇng s«i, t¸c nh©n sÊy vµ vËt liÖu sÊy ®−îc x¸o trén c−ìng bøc. NhiÖt ®é cao nhÊt cña t¸c nh©n sÊy tTNS 1 = 130 0C. Toµn bé khèi vËt liÖu h¹t gÇn nh− cã cïng nhiÖt ®é vµ xÊp xØ víi nhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy. NÕu xÐt riªng tõng h¹t vËt liÖu theo thêi gian l−u liÖu ë trong lß th× cã 3 giai ®o¹n : • Giai ®o¹n lµm nãng vËt: H¹t vËt liÖu vµo lß sÊy, tiÕp xóc víi t¸c nh©n sÊy vµ t¨ng nhiÖt ®é tíi nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít. • Giai ®o¹n tèc ®é sÊy kh«ng ®æi: Trong giai ®o¹n nµy, nhiÖt ®é cña h¹t vËt liÖu kh«ng thay ®æi vµ b»ng nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít. • Giai ®o¹n sÊy tèc ®é gi¶m dÇn: Khi Èm tù do ®· bay h¬i hÕt, trong vËt Èm chØ cßn Èm liªn kÕt, nhiÖt ®é cña h¹t vËt liÖu l¹i t¨ng lªn tiÖm cËn tíi nhiÖt ®é c©n b»ng gi÷a t¸c nh©n sÊy vµ vËt liÖu sÊy. ωmax = 6,04 [m/s] ωmin < ωS < ωmax 0,309 < 1,255 < 6,04 52 NhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy gi¶m dÇn ®i tõ d−íi lªn trªn; tTNS 1 = 1300C vµ tTNS 2= 400C ; nhiÖt ®é cña h¹t liÖu lu«n lu«n nhá h¬n nhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy, vËy ta nhËn gÇn ®óng nhiÖt ®é cña vËt liÖu ra khái lß tliÖu 2 = 37 0C NhiÖt dung riªng cña kho¸ng c¸t sái CliÖu= 2,09 kJ/kg.K . ( ) ( ) ]/[2090002737.09,2.10000.. 212 hkJttCGQ lieulieulieulieuvat =−=−= ]/[8,498 419 209000 amkgkJ W Q q lieuvatlieuvat === d Tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng bªn ngoµi qm«i tr−êng Tæn thÊt nhiÖt tõ m«i tr−êng trong lß ra m«i tr−êng bªn ngoµi lß qua t−êng lß khi chÕ ®é nhiÖt lµ æn ®Þnh ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : ( ) ]7[][)..( .. 1ln. ..2 1 .. 1 . 1 wFtt dd d d Ftt Q lovoKKlovoKK ngoaiKKi i itrongTNS lovoKKTNS truongmoi −= ++ −= ∑ + α παλππα ë ®©y, ®Ó ®¬n gi¶n trong tÝnh to¸n, nh−ng vÉn b¶o ®¶m ®é chÝnh x¸c trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ, ta tÝnh : ]7[][)..( wFttQ lovoKKlovo KKloVo luudoitruongmoi −= →α tvá lß- NhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy kh«ng cao ( )40;130 00 CtCt loraTNS lovao TNS == vËy khi ta c¸ch nhiÖt cho thiÕt bÞ, nhiÖt ®é cña vá lß sÏ kh«ng cao. Theo sè liÖu thùc tÕ cña c¸c lß ®· vËn hµnh, ta nhËn gi¸ trÞ binhtrunglovot = 400C tKK - NhiÖt ®é cña kh«ng khÝ bao xung quanh lß, ta nhËn gi¸ trÞ nµy vµo mïa ®«ng, cã nghÜa lµ ta tÝnh cho tr−êng hîp tæn thÊt cao nhÊt trong n¨m. tKK = 270C. KKlovo luudoi →α - HÖ sè trao ®æi nhiÖt ®èi l−u gi÷a vá lß tÇng s«i vµ kh«ng khÝ bao quanh ]2[]./[.043,07 2 Kmwt lovo KKlovo luudoi +=→α ]2[]./[72,840.043,07 2 KmwKKlovo luudoi =+=→α Fvá lß- DiÖn tÝch xung quanh cña lß sÊy tÇng s«i [m 2]. Tõ c¸c gÝa trÞ kÝch th−íc cña lß sÊy tÇng s«i ®−îc tr×nh bÇy trªn h×nh 5.6, chóng ta tÝnh ®−îc gi¸ trÞ Fvo lß 521 21 ... 2 . HdHddF lovo ππ ++= (c¸c gi¸ trÞ d1; d2; H1; H5 xem h×nh 5.6) ][47,1346,1.9,1.842,0. 2 9,17,1. 2mF lovo =++= ππ ][5497][152747,13).2740.(72,8 h kJwQ truongmoi ==−= 53 Tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng bªn ngoµi qm«i tr−êng ][12,13 419 5497 amkg kJ W Q q truongmoitruongmoi === 3 Tæng tæn thÊt nhiÖt ∆ [kJ/kg Èm ] [9] vaolieuam tC .=∆ - qlieu mang di - qm«i tr−êng ]./[39912,139,49827.186,4 amkgkJ−=−−=∆ 5.8. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh sÊy thùc tÕ: n X©y dùng ®å thÞ sÊy thùc tÕ : ( xem h×nh 5.7 ) H×nh 5.7: X©y dùng qu¸ tr×nh sÊy thùc tÕ trªn ®å thÞ I-d §å thÞ I-d cña qu¸ tr×nh sÊy thùc tÕ ®−îc biÓu thÞ trªn ®å thÞ 5.7. Trong qu¸ tr×nh sÊy lý thuyÕt, tr¹ng th¸i C0 cña t¸c nh©n sÊy ®−îc x¸c ®Þnh nhê cÆp th«ng sè (I2 , t2), Trong ®ã I2 = I1 = ITNS 1 = 171 [kJ / 1 kg TNS kh«] (®· tÝnh ë phÇn trªn) NhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy ra khái thiÕt bÞ sÊy t2 = 40 0C (®· chän ë phÇn trªn) t1 t2 ϕ% C0 C ∆ B I d 54 Khi sÊy thùc tÕ, tr¹ng th¸i t¸c nh©n sÊy ra khái thiÕt bÞ sÊy ®−îc biÓu thÞ b»ng ®iÓm C trªn h×nh 5.7. Chóng ta ®· biÕt : t2 = tTNS 2 = 40 0C vµ tæng tæn thÊt nhiÖt ∆ = - 399 [kJ/kg. Èm]. VËy tr¹ng th¸i C cña qu¸ tr×nh sÊy lý thuyÕt hoµn toµn x¸c ®Þnh ®−îc. Tõ ®iÓm C trªn ®å thÞ I-d chóng ta t×m ®−îc entanpi I TNS 2sÊy thùc; ®é chøa h¬i d2sÊy thùc vµ ®é Èm t−¬ng ®ãi ϕ2 sÊy thùc cña t¸c nh©n sÊy sau qu¸ tr×nh sÊy thùc C¸c th«ng sè nµy còng cã thÓ x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch [9] nh− sau: o X¸c ®Þnh ®é chøa h¬i cña TNS ra khái lß sÊy khi sÊy thùc tÕ : ∆− −+= nuochoi TNSTNSd KKxuatDanTNSthucsayTNS i ttCdd KK 2 21 12 . [9] dTNS1 - §é chøa h¬i cña t¸c nh©n sÊy khi vµo lß sÊy tÇng s«i [kg h¬i/1kgTNS kh«] ∆ - Tæng tæn thÊt nhiÖt ; ∆ = - 399 [kJ/kg Èm] t1 ; t2 - NhiÖt ®é vµo vµ ra cña t¸c nh©n sÊy; t1= 130 0C ; t2 = 40 0C ∆− −+= nuochoi TNSTNSd KKxuatDanTNSthucsayTNS i ttCdd KK 2 21 12 . [9] 0499,0 )399()40.93,12500( 40130.03488,10186,02 =−−+ −+=thucsayTNSd ; [kg h¬i/ 1kg TNS kh«] p X¸c ®Þnh ®é Èm t−¬ng ®èi cña TNS ra khái lß sÊy khi sÊy thùc tÕ : %86,88%100. )0499,0621,0.(0837,0 0499,0.1 )621,0.( . 22( 20 2 =+=+= thucsayTNShoaBaoTNSh thucsay TNS TNS dP dPϕ [9] q X¸c ®Þnh entanpi cña TNS ra khái lß sÊy khi sÊy thùc tÕ : ]7[)..93,12500( 2222 thucsay TNS thucsay TNS dttI ++= 6,1680499,0).40.93,12500(402 =++=thucsayTNSI [kJ/ kg KK kh«] 5.9. TÝnh l−îng t¸c nh©n sÊy trong qu¸ tr×nh sÊy thùc tÕ : n Khèi l−îng t¸c nh©n sÊy kh« cÇn thiÕt ®Ó lµm bèc h¬i 1 kg Èm khi sÊy thùc tÕ: 95,310186,00499,0 11 12 =−=−= TNSthucsayTNS kho TNS dd l [kg TNS kh«/ 1kg Èm] o TÝnh l−îng t¸c nh©n sÊy kh« cÇn thiÕt ®Ó lµm bèc h¬i 419 kg Èm khoTNSL : 1338795,31.419. === khoTNSkhoTNS lWL [kg TNS kh«/ h] 55 p TÝnh l−îng t¸c nh©n sÊy Èm ( TNS Èm ) cÇn thiÕt ®Ó lµm bèc h¬i 419 kg Èm/1h: LTNS 1 = kho TNSL . ( 1+ dTNS 1) = 13387 . ( 1 + 0,0186 ) = 13635 kg TNS1/h q ThÓ tÝch t¸c nh©n sÊy cÇn thiÕt thæi vµo lß sÊy VTNS 1 [m3/h] 551 10 )273130(.68,268.13635 10 )273130(..13635.. +=+== TNS TNS TNSTNSTNS TNS R P TRGV VTNS 1 = 14764 [m3/h] (tÝnh ë 1300C) ( ]./[68,286 29 8314 .% 83148314 KkgJ i R iTNS TNS =≈== ∑µµ ) 5.10. KiÓm tra l¹i sè s«i (ms) øng víi l−u l−îng TNS thùc tÕ: n Tèc ®é tÝnh to¸n cña t¸c nh©n sÊy trong líp s«i ωS [m/s] §èi víi c¸c lß sÊy tÇng s«i (líp s«i), tèc ®é thæi t¸c nh©n sÊy tÝnh to¸n lµ tèc ®é thæi t¸c nh©n sÊy qua toµn bé mÆt c¾t ngang cña lß (gi¶ thiÕt lµ lß rçng - kh«ng chøa liÖu); ωS ®−îc gäi lµ tèc ®é thæi t¸c nh©n sÊy. ][ s m F V lonoi tethuc saynhantac S =ω ]/[1,4]/[14764 33 smhmV tethuc saynhantac == [m3/s] (®· tÝnh ë phÇn trªn) ][45,1 834,2 1,4 s m S V lonoi saynhatac S ===ω o TÝnh sè s«i mS vµ kiÓm tra xem líp liÖu h¹t cã ë tr¹ng th¸i s«i hay kh«ng: ]2[ .22,51400 Re min rA Ar += 26064 876,0 876,01650. )10.625,26( 001,0.81,9.. 26 3 2 3 =−=−= − TNS TNSlieu TNS lieudgAr ρ ρρ γ VTNS 1 = 14764 [m 3/h] = 4,1 [m3/s] (tÝnh ë 1300C) ωS = 1,45 [m/s] Ar = 26064 56 62,11 2606422,51400 26064 .22,51400 Remin =+=+= rA Ar ]/[309,0 001,0 10.625,26.62,11.Re.Re 6 min min min min smd d lieu TNS TNS lieu ===→= −γωγ ω Sè s«i 69,4 309,0 45,1 min === ω ωS Sm lÇn Qu¸ tr×nh h×nh thµnh líp s«i ®−îc b¾t ®Çu khi sè s«i mS = 2, øng víi tr¹ng th¸i nµy, thÓ tÝch cña líp liÖu h¹t ®· t¨ng lªn 15 % so víi líp chÆt. [2] ë ®©y, sã s«i mS = 4,69 > 2 nh− vËy vËt liÖu h¹t ®· ë tr¹ng th¸i s«i. Chóng ta ph¶i kiÓm tra ωmax, khi tèc ®é ®¹t ωmax th× líp s«i sÏ bÞ ph¸ huû vµ chuyÓn sang tr¹ng th¸i líp l¬ löng. 9,226 26064.6,018 26064 .6,018 Remax =+=+= Ar Ar ]/[04,6 001,0 10.625,26.9,226.Re 6max· max· smdlieu === −νω Theo [2] th× líp s«i tån t¹i khi : KÕt luËn: Víi kÝch th−íc cña líp s«i Hs«i = 1644 mm (H4 trªn h×nh 5.6) vµ l−u l−îng cña t¸c nh©n sÊy thæi vµo lß sÊy b»ng 14764 m3/h (4,1 m3/s); khèi l−îng riªng cña kho¸ng c¸t sái ρliÖu = 1650 kg/m3; ®−êng kÝnh cña nåi lß d2 = 1,9 m (xem d2 trªn H×nh ωmin = 0,309 [m/s] mS = 4,69 lÇn ωmax = 6,04 [m/s] Theo lý thuyÕt [2] líp s«i tån t¹i khi ωmin < ωS < ωmax Vµ sè s«i ms ms > 2 Thùc tÕ tÝnh to¸n cã ®−îc : 0,309 < 1,45 < 6,04 Gi¸ trÞ sè s«i ms ms = 4,69 > 2 57 5.6); c¸c h¹t liÖu cã ®−êng kÝnh tõ 50 µm ®Õn 3 mm th× sè s«i tÝnh to¸n ®−îc ms = 4,69 > 2, vËy líp liÖu h¹t tån t¹i ë tr¹ng th¸i tÇng s«i. 58 PhÇn vi: c¸c thiÕt bÞ phô trî cña lß 6.1. TÝnh l−îng tiªu hao kh«ng khÝ vµ chän qu¹t giã n Khèi l−îng cña kh«ng khÝ cÇn hoµ trén víi khãi Gkh«ng khÝ [kg/h] Theo tÝnh to¸n ë môc 5.3.1 ta ®· cã : lan G G khoi khikhong 13==α hoÆc )1( . 13 1 1 + =→=−= α αα TNSkhikhong khikhongTNS khikhong GG GG G ]/[12661 )113( 13635.13 hkgG khikhong =+= o ThÓ tÝch cña kh«ng khÝ cÇn hoµ trén víi khãi CkhikhongV 027 [kg/h] ][1080010760 293,1 273 271 .12661273 1 . 273 1 . 3 0 27 027 0 0 h m t GV tVG khikhong khikhong khikhong C khikhong khikhong khikhong C khikhongkhikhong ≈= + = + = → + = ρ ρ ¸p suÊt giã cÇn thiÕt cña qu¹t : quatH 0 = 900 ÷ 1100 [mmH2O] p C«ng suÊt cña qu¹t ®Èy: (Qu¹t ®Èy m« t¶ trªn h×nh 6.1) ][39 75,0.102 1000.3 .102 . 0 kW HV N quat quat quat gioquat ≈== η [5] Gkh«ng khÝ= 12661 [kg/h] = 3,52 [kg/s] ][3][10800 33 270 s m h mV Ckhikhong == C¸c th«ng sè cña qu¹t ®Èy Vqu¹t = 10800 [ m 3/h ] Nqu¹t giã = 39 [ kW ] n = 2900 [ vßng/phót] Hquat = 900 ÷ 1100 [mmH2O] 59 1640 50 0 565 31 03 640 10 05 1 24 1 1 2 H×nh 6.1: Qu¹t ®Èy (2) + Bé tiªu ©m (1) q C«ng suÊt cña qu¹t hót : (Qu¹t hót ®−îc m« t¶ trªn h×nh 6.2) Qu¹t ®Èy cã chøc n¨ng cung cÊp giã ®Ó hoµ trén víi s¶n phÈm ch¸y vµ t¹o ra t¸c nh©n sÊy cã nhiÖt ®é 1300C; qu¹t ®Èy cßn cã chøc n¨ng t¹o tr¹ng th¸i s«i cho vËt liÖu h¹t ë trong buång sÊy tÇng s«i. §Ó t¹o ra ¸p suÊt ©m t¹i ®Çu vµo cña hÖ thèng thu bôi kiÓu xyclon víi môc ®Ých dÉn liÖu ®· sÊy xong vµo b¨ng t¶i ra liÖu, ta l¾p ®Æt mét qu¹t hót ly t©m . Yªu cÇu kü thuËt cña qu¹t hót : - L−u l−îng giã cña qu¹t hót ph¶i ≥ l−u l−îng cña qu¹t ®Èy Vquat hót ≥ 10800 [m3/h] = 3 [m3/s] - Cét ¸p H = 300 ÷ 350 [mmH2O] - C«ng suÊt cña qu¹t hót : ][14 75,0.102 350.3 .102 . 0 kW HV N quat quat quat hutquat ≈== η C¸c th«ng sè cña qu¹t hót Vqu¹t = 10800 [ m 3/h ] Nqu¹t giã = 14 [ kW ] Hquat = 300 ÷ 350 [mmH2O] 60 16 00 530 40 0 414 510 Ø450/Ø530 320 970 74 0 Ø 54 0 H×nh 6.2: Qu¹t hót 6.2. tÝnh L−îng tiªu hao nhiªn liÖu vµ chän má ®èt 6.2.1. TÝnh l−îng tiªu hao nhiªn liÖu Gnhiªn liÖu [kg dÇu DO/1h] n TÝnh khèi l−îng khãi cÇn thiÕt khi ®èt dÇu DO trong 1 giê ]/[ 30 hmV tckhoi Theo tÝnh to¸n ë môc 5.3.1 ta ®· cã : lan G G khoi khikhong 13==α hoÆc )1( 13 11 +=→= −= αα TNS khoi khoi khoiTNS GG G GG ]/[974 )113( 13635 hkgGkhoi =+= o TÝnh l−îng tiªu hao dÇu DO trong 1 giê h DOdauG1 [kg/h] Theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n sù ch¸y cña nhiªn liÖu ®−îc tr×nh bÇy ë b¶ng 3.5 vµ b¶ng 5.1 ta cã : • Vn - Khèi l−îng khãi ®−îc sinh ra khi ®èt ch¸y 1 kg dÇu DO; Vn = 13,7 [m 3 tc khãi/ 1 kg dÇu DO] = 17,86 [kg khãi/ 1 kg dÇu DO] (xem b¶ng 3.5 vµ b¶ng 5.1) • L−îng tiªu hao dÇu DO trong 1 giê : Gkhãi = 974 [kg/h] = 0,271 [kg/s] 61 + Theo tÝnh to¸n lý thuyÕt : 53,5486,17 97411 === n h khoithuyetlyh DOdau V GG [kg dÇu DO/ 1h] + NÕu coi t¹i buång ®èt, hiÖu suÊt nhiÖt ηnhiet= 0,85 th× tiªu hao dÇu sÏ lín h¬n. 6585,0 53,5411 ≈== nhiet thuyetlyh DOdautethuch DOdau G G η [kg dÇu DO/ 1h] p TÝnh l−îng tiªu hao dÇu DO øng víi 1 tÊn s¶n phÈm phamsanDOdauG tan1 [kg dÇu/tÊn] Mét giê tiªu hao hÕt 64,15 kg dÇu DO, n¨ng suÊt cña lß b»ng 10t/h, vËy tiªu hao dÇu DO cho mét tÊn s¶n phÈm : 5,6 10 651tan1 === locuasuatNang G G h DOdauphamsan DOdau [kg dÇu DO/ 1tÊn s¶n phÈm] 6.2.2. TÝnh vµ chän má ®èt dÇu DO L−îng tiªu hao dÇu DO cho 1 tÊn s¶n phÈm b»ng 6,5kg dÇu/1 tÊn s¶n phÈm. Trong 1 giê lß cã n¨ng suÊt G2 = 10 tÊn s¶n phÈm/1 h, vËy l−îng tiªu hao dÇu trong mét giê b»ng 65 kg dÇu/h. • Chän sè má ®èt: V× l−îng dÇu tiªu hao trong 1 giê kh«ng lín, nªn ta chØ dïng 1 má ®èt. • Chän kiÓu má ®èt: DÇu DO cã ®é nhít nhá, nªn kh«ng cÇn thiÕt bÞ nung nãng dÇu. DÇu DO dÔ biÕn bôi, ®Ó ®¬n gi¶n cho hÖ thèng ®èt, ta sö dông má ®èt kiÓu lång èng • L−îng tiªu hao kh«ng khÝ ®Ó ®èt 1 kg dÇu (víi hÖ sè tiªu hao kh«ng khÝ n=1,25) Ln = 12,29 [ kgdauKKmtc 1/ 3 ] =15,89 [kg KK/1 kg dau] (xem b¶ng 3.5 vµ b¶ng 5.1 ) • ¸p suÊt cña kh«ng khÝ t¹i má phun h = 500 [mm H2O] • ¸p suÊt cña m«i tr−êng trong buång ®èt Pbuång ®èt = 99,2 [ kN/m2] • ¸p suÊt d− cña dÇu DO tr−íc má phun PDO= 1,5 ÷ 2 [bar] (trong kho¶ng nµy, ta cã thÓ ®iÒu chØnh ¸p suÊt dÇu vµ ¸p suÊt giã nh»m thay ®æi c«ng suÊt ®èt, thay ®æi chiÒu dµi cña ngän löa). B¶n vÏ cña má ®èt ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 6.3 651 =h DOdauG [kg dÇu DO/ 1h] 5,6tan1 =phamsanDOdauG [kg dÇu DO/ 1 tÊn s¶n phÈm] 62 H×nh 6.3: CÊu tróc cña má ®èt dÊu DO 6.3. Buång ®èt dÇu DO (Buång ®èt ®−îc tr×nh bÇy trªn h×nh 6.4) CÊu t¹o buång ®èt cã d¹ng h×nh trô. Buång ®èt gåm 2 èng lång vµo nhau, èng ngoµi cã φ 587 (chi tiÕt 1), èng trong cã φ460 (chi tiÕt 2); gi÷a 2 èng lµ vËt liÖu c¸ch nhiÖt b»ng b«ng gèm. Mét ®Çu hµn víi mÆt bÝch, ë ®ã cã l¾p má ®èt; ®Çu kia hµn víi hép giã cña th©n lß. èng trong φ460 (chi tiÕt 2) cïng víi giã cÊp tõ qu¹t giã cã ¸p lùc cao lµm nhiÖm vô kÐo dµi ngän löa tíi t©m buång giã cña th©n lß. NhiÖt ®é trong buång ®èt cã thÓ lªn tíi 900 ÷ 10000C 63 8 38 0 14 00 Ø460 Ø687 13 46 13 32 Ø587 35 0 422 35 0 H×nh 6.4. Buång ®èt lß sÊy tÇng s«i 6.4. HÖ thèng thu bôi xyclon HÖ thèng thu bôi xyclon cã chøc n¨ng thu bôi kh« vµ bôi rÊt nhá. Tèc ®é t¸c nh©n sÊy ra khái lß sÊy tÇng s«i tÝnh t¹i cöa vµo xyclon cã gi¸ trÞ kho¶ng 15÷20m/s vµ t¹i cöa ra khái xyclon b»ng 5÷8m/s. Xyclon ®−îc chÕ t¹o theo tiªu chuÈn. Xyclon cã ®−êng kÝnh trong cµng nhá th× hiÖu suÊt thu bôi cµng lín, v× vËy khi l−u l−îng khÝ cã gi¸ trÞ lín, ng−êi ta sö dông xyclon kÐp: gåm nhiÒu xyclon nhá ghÐp l¹i. Khi xyclon lµm viÖc, ¸p suÊt khÝ ë phÝa d−íi cña èng n»m bªn trong th−êng cã gi¸ trÞ ©m. VËt liÖu chÕ t¹o xyclon ph¶i chÞu nhiÖt, chÞu mµi mßn. 64 B-B A-A 03x45 22 R4 5 73 12 R6 55 AA B B R13 1 Ø1 70 85 61 Ø273 Ø178 H×nh 6.5: Xyclon 6.4. èng khãi (M« t¶ trªn h×nh 6.6) èng khãi lµ mét thiÕt bÞ kh«ng thÓ thiÕu ®èi víi c¸c lß ®èt nhiªn liÖu. Chøc n¨ng cña èng khãi t¹o ra søc hót h×nh häc ®Ó hót khãi tõ buång lß th¶i ra ngoµi trêi. Trong c«ng nghiÖp, èng khãi cã thÓ x©y b»ng g¹ch, b»ng bª t«ng chÞu nhiÖt hoÆc b»ng kim lo¹i. ë lß sÊy tÇng s«i nµy, nhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy ®i qua èng khãi kh«ng cao, v× vËy èng khãi lµm b»ng kim lo¹i. 65 60 00 10 60 Ø450 Ø900 50 0 70 0 H×nh 6.6: èng khãi lß sÊy tÇng s«i 66 KÕt luËn C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n cña lß sÊy tÇng s«i : B¶ng TæNG KÕT C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n cña lß sÊy tÇng s«i : T.T. §¹i l−îng tÝnh to¸n Ký hiÖu Gi¸ tri §¬n vÞ ®o 1 N¨ng suÊt cña lß • LiÖu n¹p vµo lß • S¶n phÈm sÊy kh« G1 G2 10419 10000 kg liÖu Èm /h kg liÖu kh« /h 2 NhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy • Vµo lß sÊy • Ra khái lß sÊy tTNS tTNS 1 tTNS 2 130 40 0C 3 §é chøa h¬i cña t¸c nh©n sÊy • Vµo lß sÊy • Ra khái lß sÊy dTNS 1 dTNS 2 0,0186 0,0499 kg h¬i/kgTNS kh« 4 §é Èm t−¬ng ®èi cña t¸c nh©n sÊy • Vµo lß sÊy • Ra khái lß sÊy ϕTNS 1 ϕTNS 2 1 88,86 % 5 Entanpi cña t¸c nh©n sÊy • Vµo lß sÊy • Ra khái lß sÊy ITNS 1 ITNS 2 171 168,6 kJ/ kg TNS kh« 6 Khèi l−îng t¸c nh©n sÊy (TNS Èm ) • Vµo lß sÊy • Ra khái lß sÊy GTNS 1 GTNS 2 13635 14055 kg TNS Èm / h 7 Tû lÖ hçn hîp kh«ng khÝ vµ khãi α 13 lÇn kg KK/kg khãi 8 L−îng kh«ng khÝ cÇn ®èt ch¸y 1 kg dÇu DO Ln 15,89 kg KK/ kg DO 9 C¸c gi¸ trÞ tèc ®é cña TNS • Tèc ®é giíi h¹n min cho tÇng s«i • Tèc ®é cña TNS : ( coi lß lµ rçng ) • Tèc ®é giíi h¹n max cho tÇng s«i • Sè s«i m S = ωS / ωmin ωmin ωs ωma x m S 0,309 1,45 6,04 4,69>2 m/ s Sè s«i mS >2 lµ tho¶ m·n ®iÒu kiÖn s«i 67 10 C¸c th«ng sè cña qu¹t ®Èy • L−u l−îng cña qu¹t • ¸p suÊt cña qu¹t • C«ng suÊt cña qu¹t Vquat Hquat Nqu¹t 10800 900÷1100 39 m3 / h mmH2O kW 11 C¸c th«ng sè cña qu¹t hót • L−u l−îng cña qu¹t • ¸p suÊt cña qu¹t • C«ng suÊt cña qu¹t Vquat Hquat Nqu¹t 10800 300÷350 14 m3 / h mmH2O kW 12 Tiªu hao dÇu DO • Tiªu hao dÇu DO trong 1 h • Tiªu hao dÇu DO/1 tÊn s¶n phÈm GDO / h GDO / tÊn 65 6,5 kg dÇu DO/ h kg dÇu DO/ tÊn SP 13 Má ®èt lång èng thÊp ¸p • N¨ng suÊt cña má ®èt • L−îng tiªu hao kh«ng khÝ GDO Ln 65 15,89 kg dÇu DO/h kg KK/kg DO 14 KÝch th−íc c¬ b¶n cña lß • §−êng kÝnh trªn cña nåi lß • §−êng kÝnh d−íi cña nåi lß • ChiÒu cao buång s«i • ThÓ tÝch buång s«i d2 d1 H4 Vb s«i 1900 1730 1644 4,66 Xem h×nh V.6 mm mm mm m3 68 PHẦN VII. KẾT LUẬN Các nội dung cơ bản trong hợp đồng nghiên cứu và phát triển khoa học công nghệ số 243.07.RD/HĐ-KHCN, ký ngày 02 tháng 4 năm 2007 giữa Bộ Công thương với Viện Công nghệ đã thực hiện đầy đủ với những kết quả như sau: - Thiết kế tổng thể và chi tiết toàn bộ hệ thống sấy tầng sôi công nghiệp phục vụ sấy quặng, khoáng sản công suất 10tấn/giờ - Chế tạo 01 bộ lọc bụi xyclon của hệ thống sấy tầng sôi công suất 10tấn/giờ - Lắp đặt chạy khảo nghiệm hệ thống sấy tầng sôi tại Tổng Công ty Khoáng sản & Thương mại Hà Tĩnh Kết quả khảo nghiệm theo bản thông báo kết quả sử dụng sản phẩm số 50/KHKT ngày 20 tháng 12 năm 2007 của Tổng Công ty Khoáng sản & Thương mại Hà Tĩnh. 69 Tµi liÖu tham kh¶o [1] Hoµng Kim C¬ - §ç Ng©n Thanh - D−¬ng §øc Hång TÝnh to¸n kü thuËt nhiÖt luyÖn kim Nhµ xuÊt b¶n gi¸o dôc-2000 [2] Ph¹m V¨n TrÝ - D−¬ng §øc Hång - NguyÔn C«ng CÈn Lß c«ng nghiÖp Nhµ xuÊt b¶n KHKT - Hµ néi 2003 [3] NguyÔn C«ng CÈn ThiÕt kÕ lß nung kim lo¹i §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi 1978 [4] TrÞnh ViÕt Hoµ C«ng nghÖ luyÖn kÏm vµ lß thiªu líp s«i LuËn ¸n Tèt nghiÖp §HBK Hµ néi 5/2007 [5] Hoµng V¨n Ch−íc Kü thuËt sÊy Nhµ xuÊt b¶n KHKT- Hµ néi 1999 [6] NguyÔn §øc Lîi H−íng dÉn thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ Nhµ xuÊt b¶n KHKT - Hµ néi 2003 [7] Ph¹m Lª DÇn - §Æng Quèc Phó Bµi tËp c¬ së kü thuËt nhiÖt Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o dôc - 2005 [8] TrÇn V¨n Phó Gi¸o tr×nh kü thuËt nhiÖt Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o dôc - 2007 [9] TrÇn V¨n Phó TÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ hÖ thãng sÊy Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o dôc - 2001 [10] Ph¹m V¨n Lµnh §Ò tµi KHCN “Nghiªn cøu, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®Çu ®èt c«ng suÊt lín sö dông gia nhiÖt cho c«ng nghÖ sÊy” ViÖn C«ng nghÖ - 2006