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

Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 3 Phần 1: ................................................................................................................... 4 TỔNG QUAN ....................................................................................................... 4 1.1. Quặng apatit và quá trình sản xuất phân lân nung chảy....................... 4 1.1.1. Quặng apatit ...................................................................................4 1.1.2. Quy trình, công nghệ sản xuất phân lân nung chảy ........................5 1.2. Lựa chọn phƣơng pháp sấy ................................................................ 10 1.2.1. Các phƣơng pháp sấy ...................................................................10 1.2.2. Lựa chọn phƣơng pháp, thiết bị sấy .............................................11 1.2.3. Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt..................................................11 Phần 2: ................................................................................................................. 13 TÍNH CÔNG NGHỆ ........................................................................................... 13 2.1. Số liệu đầu vào. .................................................................................. 13 2.2. Tính cân bằng vật chất........................................................................ 13 2.3. Cân bằng năng lƣợng.......................................................................... 14 2.3.1. Công thức xác định các thông số của tác nhân sấy. .....................14 2.3.2. Xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết ........................................................................15 2.3.3. Cân bằng năng lƣợng cho thiết bị sấy lý thuyết. ..........................21 2.3.4. Cân bằng năng lƣợng cho thiết bị sấy thực. .................................22 2.3.5. Thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực. ......................24 2.3.6. Lƣu lƣợng thể tích của tác nhân sấy trong quá trình sấy thực .....25 2.3.7. Lƣợng nhiên liệu tiêu hao ............................................................25 2.3.8. Hiệu suất thiết bị sấy ....................................................................25 2.4. Tính kích thƣớc thùng quay ............................................................... 25 GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 1 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy 2.5. Tính thời gian sấy. .............................................................................. 26 Phần 3: ................................................................................................................. 28 TÍNH CƠ KHÍ ..................................................................................................... 28 3.1. Tính bề dày thùng. .............................................................................. 28 3.2. Tính cánh đảo trộn. ............................................................................. 30 3.3. Tính bộ truyền động. .......................................................................... 30 3.4. Tính vành đai, kiểm tra bền thùng...................................................... 36 3.5. Tính con lăn đỡ, con lăn chặn. ........................................................... 40 3.6. Tính chọn lớp bảo ôn .......................................................................... 42 3.7. Tính chọn các thiết bị phụ trợ............................................................. 44 Phần 4: ................................................................................................................. 45 CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, SỬA CHỮA........................................... 45 4.1. Chế tạo. ............................................................................................... 45 4.1.1. Chuẩn bị nguyên vật liệu..............................................................45 4.1.2. Thân thùng....................................................................................46 4.1.3. Vành đai, bánh răng vòng, các con lăn ........................................48 4.1.4. Cánh đảo trộn ...............................................................................48 4.2. Lắp đặt. ............................................................................................... 50 4.2.1. Vận chuyển ...................................................................................50 4.2.2. Lắp đặt ..........................................................................................50 IV.3. Vận hành. ......................................................................................... 52 IV.4. Sự cố và khắc phục........................................................................... 53 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 61 GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 2 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy MỞ ĐẦU Thiết bị sấy đƣợc sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp. Hệ thống sấy là một trong các thiết bị quan trọng giúp sản phẩm đạt đƣợc các chỉ tiêu chất lƣợng, kỹ thuật mong muốn để sử dụng hoặc chuyển tới các giai đoạn khác. Để có đƣợc hệ thống sấy phù hợp, việc thiết kế là công việc đầu tiên và có vai trò quyết định đối với quá trình chế tạo thiết bị. Ở nƣớc ta hiện nay, ngoài các thiết bị sấy chung, sản xuất hàng loạt, một số quá trình đòi hỏi thiết bị sấy riêng đáp ứng yêu cầu cụ thể của sản xuất, trong đó có hệ thống sấy trong dây chuyền sản xuất phân lân nung chảy. Phân lân nung chảy sau khi ra khỏi lò cao đƣợc tôi nƣớc ở áp suất cao để tạo thành các hạt nhỏ và đƣợc đƣa đến bãi ráo, trải qua quá tình ráo nƣớc tự nhiên đến khi đạt đƣợc độ ẩm nhất định. Sau đó đƣợc đƣa vào thiết bị sấy điều chỉnh độ ẩm theo tiêu chuẩn trƣớc khi đƣa đi nghiền mịn hoặc đóng đóng gói thành sản phẩm. Tập đồ án này trình bày rõ quy trình sản xuất phân lân nung chảy cùng vai trò của hệ thống thiết bị sấy trong dây chuyền đó; lựa chọn phƣơng pháp, loại thiết bị và tính toán thiết kế thiết bị sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm, tính chọn các phụ kiện liên quan. Trong quá trình thực hiện, do hạn chế về thời gian và tƣ liệu tham khảo, tập đồ án này khó lòng tránh khỏi những sai sót, rất mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô. GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 3 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy Phần 1: TỔNG QUAN 1.1. Quặng apatit và quá trình sản xuất phân lân nung chảy 1.1.1. Quặng apatit a) Định nghĩa [9] [11] [5] Apatit là một nhóm ba loại khoáng vật phốt phát chứa nhóm fluorine, chlorine hay hydroxyl. Những ion này có thể thay thế tự do trong mạng tinh thể và hầu hết các mẫu vật đều chứa cả ba dạng ion, mặc dù một trong số chúng có thể rất ít so với các ion khác. Thay vì gọi riêng fluorapatite, chlorapatite và hydroxylapatite, ngƣời ta thƣờng gọi chung vì thực tế rất khó phân biệt bằng các phƣơng pháp thông thƣờng. Apatit có thành phần đƣợc biểu thị bởi công thức chung Ca5R(PO4)3 với R có thể là F, Cl, OH. Apatit thuộc hệ lục giác, hình dạng tinh thể thƣờng là dạng hình trụ lục phƣơng dài hoặc ngắng, có thể có màu xanh, vàng, lục, đỏ nhạt, tía... tùy thuộc vào loại tạp chất trong đó. Tỉ trọng apatit là 3,1 – 3,2; nhiệt độ bóng chảy 1400oC – 1570oC và hầu nhƣ không tan trong nƣớc. Apatit trong tự nhiên có giá trị công nghiệp, thƣờng là để sản xuất phân bón: phân lân super, phân lân nung chảy, DAP, MAP... b) Phân loại Ở mỗi quốc gia, việc phân loại quặng apatit có thể đôi chút khác nhau trong một số trƣờng hợp cụ thể. Phân loại sau đây áp dụng cho mỏ apatit Lào Cai của Việt Nam theo tài liệu [4].  Phân loại theo thạch học: căn cứ vào các đặc điểm thạch học, ngƣời ta chia mỏ apatit thành 8 tầng cốc san, ký hiệu từ dƣới lên trên: KS1-KS8. Trong đó quặng apatit nằm ở các tầng KS4, KS5, KS6 và KS7. Trong từng tầng lại chia ra thành các đới phong hóa hóa học và chƣa phong hóa hóa học. GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 4 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy  Tầng KS4: Còn gọi là tàng dƣới quặng, đây là tầng nham thạch apatit cacbonat – thạch anh – muscovit có chứa cacbon. Nham thạch của tầng này gồm hai loại phiến thạch chính là dolomit – apatit – thạch anh và apatit – thạch anh – dolomit chứa khoảng 35 – 40% apatit. Chiều dày tầng này khoảng 35-40m.  Tầng KS5: Còn gọi là tầng quặng. Đây là tầng apatit cacbonat, là tầng chứa quặng chủ yếu trong khu vực bể photphorit. Quặng apatit hầu nhƣ thuộc phần phong hóa của tầng này, hàm lƣợng P2O5 từ 28-40%, gọi là quặng loại I. Chiều dày tầng này từ 3-4m tới 10-12m. Ngoài ra KS5 còn chứa các phiến thạch apatit – dolomit, dolomit – apatit – thạch anh – muscovit.  Tầng KS6, KS7: Còn gọi là tầng trên quặng, chiều dày khoảng 35-40m. Nham thạch của tầng này khác với loại apatit cacbonat ở chỗ nó có hàm lƣợng thạch anh, muscovit và cacbonat cao hơn, hàm lƣợng apatit giảm. So với tầng dƣới quặng, tầng này ít nuscovit và hợp chất cacbon hơn, hàm lƣợng apatit cao hơn.  Phân loại theo thành phần vật chất: dựa vào sự hình thành và thành phần vật chất, quặng apatit đƣợc chia làm 4 loại:  Quặng loại I: là quặng apatit hầu nhƣ đơn khoáng, hàm lƣợng P2O5 chiếm khoảng 28-40%.  Quặng loại II: là quặng apatit – dolomit, hàm lƣợng P2O5 chiếm khoảng 18-25%.  Quặng loại III: là quặng apatit – thạch anh, hàm lƣợng P2O5 chiếm khoảng 12-20%, trung bình 15%.  Quặng loại IV: là quặng apatit – thạch anh – dolomit, hàm lƣợng P2O5 chiếm khoảng 8-10%. 1.1.2. Quy trình, công nghệ sản xuất phân lân nung chảy a) Định nghĩa [1] GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 5 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy Phân lân nung chảy có thành phần chủ yếu là P, Ca, Si và một số nguyên tố vi lƣợng nhƣ Fe, Co, Mn,... thành phần của phân lân nung chảy có thể viết dạng: 4(Ca, Mg)O.P2O5 5(Ca, Mg)O.P2O5.SiO2 Phân lân nung chảy có pH từ 6-8 tùy thuộc quá trình phối trộn, tạo ra sản phẩm phù hợp với các loại đất khác nhau. b) Tính chất, ứng dụng [1][6]  P2O5 trong phân lân nung chảy ở dạng hòa tan trong axit xitric 2%, đƣợc thực vật hấp thụ dễ dàng.  Phân lân nung chảy là sản phẩm phân lân kiềm tính, không bị hút ẩm, không kết khối, chứa 25-30% P2O5, trong đó P2O5 hiệu quả chiếm 90-98% P2O5 tổng.  Phƣơng pháp sản xuất đơn giản, tránh đƣợc tiêu hao axit, có thể dùng cả nguyên liệu chất lƣợng không cao (hàm lƣợng P2O5 thấp).  Cung cấp dinh dƣỡng lân (P2O5) cho cây trồng, là chất chủ yếu tạo nên các tế bào thực vật, thúc đẩy nảy mầm, phát triển rễ, tăng số lƣợng, chất lƣợng hạt, củ quả...  Bổ sung các chất dinh dƣỡng khác nhƣ CaO, MgO, SiO2,... + CaO: khử chua cho đất, cải tạo và tăng nhanh độ phì nhiêu của đất, giúp cây trồng tổng hợp protein và chuyển hóa dinh dƣỡng. + MgO: khử chua, là chất thiết yếu tạo nên diệp lục tố, giúp cây tăng khả năng quan hợp, tổng hợp dinh dƣỡng... + SiO2: tăng độ cứng vững của thân và lá, giúp cây trồng chịu rét, chịu hạn, chống sâu bệnh tốt hơn. + Chất vi lƣợng: Mn, Cu, B, Fe... thúc đẩy cây phát triển toàn diện.  Là loại phân không tan trong nƣớc, tan từ từ trong môi trƣờng đất và dịch rễ cây nên hạn chế rửa trôi, hiệu lực phân kéo dài. c) Quy trình công nghệ [1]  Nguyên lý sản xuất phân lân nung chảy. Cơ sở của phƣơng pháp là dùng nhiệt nung nóng biến lân từ dạng vô định hình cây không thể hấp thụ thành dạng vô định hình cây có thể hấp thụ đƣợc. GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 6 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy  Nguyên liệu: + Apatit: có thể sử dụng apatit loại chất lƣợng kém nhƣ loại II, vì loại II có chứa Mg cần thiết cho phối liệu. Apatit có hàm lƣợng P2O5 ≤ 30% là đạt yêu cầu. + Đá secpentin: là nguồn khoáng thiên nhiên chứa MgO, SiO2 cùng một số nguyên tố vi lƣợng nhƣ Mn, Cu,...  Nguyên lý + Phối liệu đƣợc đƣa vào lò nung chảy sẽ biến đổi cấu trúc quặng, chuyển hóa photphat thành trạng thái hòa tan trong axit xitric với sự tạo thành trạng thái thủy tinh vô định hình. + Tốc độ làm lạnh càng nhanh thì độ tan P2O5 trong axit citric càng cao. + Để hạ thấp độ nhớt của phối liệu, phải nung ở chế độ quá nhiệt. Liệu chảy ra lò với tốc độ đều đặn và làm nguội đột ngột. + Lƣợng ẩm theo nguyên liệu, nhiên liệu sẽ bốc hơi ở nhiệt độ 150oC. + Ở nhiệt độ trên 500oC, nƣớc kết tinh trong secpentin thoát ra. + Ở nhiệt độ lớn hơn 650oC, nƣớc kết tinh bay hết theo khói lò, secpentin bắt đầu phân hủy: 3MgO.SiO2  2MgO.SiO2 + MgSO2 + 2H2O Ở các nhiệt độ lớn hơn 650oC sẽ tạo thành 3Mg2SiO4: 2(3MgO.2SiO2)  3Mg2SiO4 + 2MgSiO3 + Khi gia nhiệt đến nhiệt độ xác định có các phản ứng phân hủy cacbonat: MgCO3, CaCO3 và các phản ứng hoàn nguyên Fe, Ni. + Ở 1150oC, oxit sắt bị khử thành gang chảy lỏng. GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 7 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy + Vì tỷ trọng Fe và Ni lớn hơn nhiều tỉ trọng phối liệu nên Fe và Ni lắng xuống đáy tạo thành xỉ feroniken. + Ở 1200oC phối liệu bắt đầu nóng chảy, quá trình nóng chảy xảy ra phản ứng khử (chủ yếu khử F, hoàn nguyên Ni, P). Hoặc dạng tổng quát: Trong đó một phần CaF2 phản ứng với SiO2 và hơi nƣớc: Nếu trong lò có nhiều hơi nƣớc, HF đƣợc tạo thành và thoát ra. Flo tách ra càng nhiều càng làm tăng hiệu suất chuyển hóa P2O5. + Kích thƣớc hạt sau khi tôi có ảnh hƣởng tới hiệu suất η. Hạt càng nhỏ, khả năng tái kết tinh càng kém, hiệu suất càng cao. + Than tồn tại trong sản phẩm thì photpho trong quặng có thể thăng hoa một phần theo phản ứng:  Quy trình sản xuất [1]  Sơ đồ nguyên lý quy trình sản xuất: GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 8 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy Kẹp hàm đập Nguyễn liệu Sàng khô Rửa Lọc bụi Lò cao Tôi nƣớc 3-5 at Rửa bụi Bãi rửa Ca(OH)2 Xử lý Khí thải Sấy Thải Nghiền Lọc bụi Sàng Sản phẩm Hình 1.1: Quy trình sản xuất phân lân nung chảy.  Thuyết minh sơ đồ + Quặng apatit, đá secpentin đƣợc đƣa về bãi chứa và nhờ oto, máy xúc chuyển về phễu của máy đập nhằm gia công nguyên liệu về kích thƣớc cần thiết, rồi qua sàng khô, sàng ƣớt để loại bỏ các hạt có kích cỡ không đạt tiêu chuẩn. Lƣợng mịn đƣợc tập trung vào bão chứa. Than đƣợc chọn lọc, đảm bảo chất lƣợng và kích cỡ chuyển về sàn lò. + Quặng, than đá, đá secpentin đƣợc cân theo phối liệu, chuyển vào thùng tời đƣa lên lò cao. Ở trong lò cao diễn ra các quá trình sấy, hóa mềm chảy lỏng và quá nhiệt chuyển hóa quặng chứa lân thành dạng vô định hình bằng cách làm lạnh đột ngột bằng nƣớc, rồi đƣợc trục vớt GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 9 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy từ bể tôi bán thành phẩm đƣa vào phễu chứa, nhờ băng tải đƣa về bãi ráo. + Bán thành phẩm ở bãi ráo tự nhiên tiếp tục đƣợc đƣa vào phễu rồi theo hệ thống băng tải chuyển vào máy sấy thùng quay. Ở đây, bán thành phẩm đƣợc sấy với nhiệt độ 600-700oC, sau đó đƣợc đổ ra băng tải chuyển đi gia công chế biến theo yêu cầu: + Để sản xất phân lân nghiền: bán thành phẩm đƣợc chuyển vào máy nghiền đến độ mịn 50-70% tùy vào yêu cầu sản xuất. + Để sản xuất phân lân hạt: bán thành phẩm đƣợc chuyển sang sàng, thu sản phẩm hạt. + Sản phẩm đƣợc đóng bao nhãn, xếp kho, xuất cho khách hay chuyển sang tổ sản xuất khác. 1.2. Lựa chọn phương pháp sấy 1.2.1. Các phương pháp sấy [12] Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nƣớc ra khỏi vật liệu. Trong công nghiệp, ngƣời ta tiến hành quá trình sấy nhân tạp dƣới tác dụng nhiệt của thiết bị sấy. Tùy theo phƣơng pháp truyền nhiệt, trong kỹ thuật sất chia ra:  Sấy đối lưu: Là phƣơng pháp sấy mà việc cấp nhiệt cho vật ẩm đƣợc thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lƣu. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là chi phí đầu tƣ thấp, năng suất có thể rất cao. Tuy nhiên nhƣợc điểm là tốc độ truyền nhiệt tƣơng đối chậm, phải nung nóng không khí trong thiết bị trƣớc khi có tác dụng nhiệt lên vật liệu sấy. Phƣơng pháp này rất thông dụng.  Sấy tiếp xúc: Là phƣơng pháp sấy không cho vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với bề mặt có nhiệt độ cao. Ƣu điểm của phƣơng pháp là hiệu quả nhiệt cao, giảm tổn thất năng lƣợng không cần thiết đun nóng không khí trƣớc khi sấy. Nhƣợc điểm phƣơng pháp này là chi phí đầu tƣ thiết bị cao, chi phí vận hành cao mà năng suất thấp. Phƣơng pháp này ít khi đƣợc sử dụng.  Sấy bức xạ: Là phƣơng pháp sấy dùng năng lƣợn nguồn cấp nhiệt truyền tới vật liệu sấy bằng bức xạ, thƣờng dùng tia hồng ngoại. Ƣu điểm phƣơng pháp này là trao đổi nhiệt cƣờng độ cao, giảm đáng kể thời gian sấy, thiết bị đơn GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 10 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy giản, dễ thiết kế, chế tạo và sử dụng. Tuy nhiên thiết bị sấy này đòi hỏi các thiết bị bảo vệ, điều chỉnh chế độ sấy, quan tâm kiểm tra thƣờng xuyên tránh hỏa hoạn. Phƣơng pháp này ít đƣợc sử dụng.  Sấy bằng dòng điện cao tần: Là phƣơng pháp dùng năng lƣợng điện trƣờng tần số cao để đốt nóng toàn bộ chiều dày lớp vật liệu. Phƣơng pháp này có ƣu điểm truyền nhiệt nhanh, chỉ làm nóng những vùng ẩm nên ít tổn hao năng lƣợng cho các phần khác. Chi phí đầu tƣ lớn, cấu tạo phức tạp và quy mô nhỏ là những hạn chế lớn của phƣơng pháp này. 1.2.2. Lựa chọn phương pháp, thiết bị sấy Dựa vào đặc tính phân lân bán thành phẩm và yêu cầu trong quy trình sản xuất phân lân nung chảy, ta thấy phƣơng pháp sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm không yêu cầu giữ các đặc tính cảm quan nhƣ sấy thực phẩm, hoa quả; không sợ vật liệu sấy bị ô nhiễm bởi tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy; đồng thời quá trình sấy yêu cầu năng suất cao, hiệu quả tốt nhƣng giá thành đầu tƣ thấp, vận hành sửa chữa đơn giản. Do đó, ta chọn phƣơng pháp sấy đối lƣu. Phƣơng pháp sấy đối lƣu có các loại thiết bị sấy: sấy buồng, sấy hầm, sấy khí động, sấy tầng sôi, sấy tháp, sấy thùng quay, sấy phun,... Dựa vào năng suất làm việc, nhiệt độ làm việc và yêu cầu chi phí đầu tƣ, vận hành, ta chọn thiết bị sấy thùng quay với các ƣu điểm:  Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí, tự động hóa hoàn toàn.  Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệu, năng suất cao.  Thiết kế, chế tạo, vận hành với chi phí thấp. 1.2.3. Chọn tác nhân sấy, chất tải nhiệt Tác nhân sấy có các loại: không khí ẩm, khói lò, hơi quá nhiệt. Do yêu cầu sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm cần nhiệt cao từ 600-700oC và không sợ bị ô nhiễm sản phẩm sấy, không sợ cháy nổ nên ta chọn tác nhân sấy là khói lò. Tác nhân sấy đƣợc chọn là khói lò nên chất tải nhiệt cũng chính là khói lò. Do không phải trang bị lò hơi nên sử dụng khói lò làm chất tải nhiệt, tác nhân sấy giúp GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 11 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy giảm đáng kể vốn đầu tƣ thiết bị ban đầu cũng nhƣ giảm thất thoát nhiệt năng trong quá trình vận hành. Có hai phƣơng thức sấy là sấy xuôi chiều và sấy ngƣợc chiều dựa trên chiều chuyển động tƣơng đối giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy. Do phƣơng thức sấy ngƣợc chiều khó điều chỉnh, khó thu hồi xử lý bụi hơn so với phƣơng pháp sấy xuôi chiều nên ta chọn phƣơng thức sấy xuôi chiều. GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 12 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy Phần 2: TÍNH CÔNG NGHỆ 2.1. Số liệu đầu vào. Thiết kế hệ thống thiết bị sấy trong quy trình sản xuất phân lân nung chảy trong dây chuyển sản xuất phân lân nung chảy.  Thiết bị: sấy thùng quay.  Phƣơng thức: sấy xuôi chiều.  Tác nhân sấy: khói lò.  Vật liệu sấy: phân lân nung chảy bán thành phẩm.  Năng suất: 35 tấn/giờ.  Độ ẩm ban đầu: 7%.  Độ ẩm cuối: 1%. 2.2. Tính cân bằng vật chất Ta ký hiệu các đại lƣợng nhƣ sau: G1, G2 - khối lƣợng vật liệu vào, ra thiết bị sấy, kg/h. ω1, ω2 - độ ẩm tƣơng đối vật liệu vào, ra thiết bị. W - lƣợng ẩm bay hơi trong 1h, kg/h. Gk - khối lƣợng vật liệu khô tuyệt đối, kg/h. Lƣợng ẩm bốc hơi trong 1 giờ (theo ): Lƣợng vật liệu khô tuyệt đối: Lƣợng vật liệu vào: GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 13 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy 2.3. Cân bằng năng lượng 2.3.1. Công thức xác định các thông số của tác nhân sấy.  Áp suất hơi bão hòa (theo ):  Độ chứa ẩm (theo ): Pa = 0,981 bar: áp suất khí quyển.  Enthalpy (theo ): Trong đó: ik, ia: enthalpy của 1kg không khí khô và 1kg hơi nƣớc, kJ/kg. Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, kJ/kg. Cpk=1,004. Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nƣớc, kJ/kg. Cpa=1,842. r: ẩn nhiệt hóa hơi của nƣớc, kJ/kg. r=2500.  Thể tích riêng (theo GVHD: Vũ Hồng Thái ): SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 14 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy Trong đó Pa, Pb có đơn vị là N/m2. 2.3.2. Xác định các thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết a. Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A) Không khí ngoài trời có:  Nhiệt độ: to = 25oC.  Độ ẩm: υ = 80%. Áp suất hơi bão hòa: Độ chứa ẩm: Enthalpy: Thể tích riêng: b. Thông số trạng thái của khói lò sau buồng đốt (B’), sau buồng hòa trộn (B)  Tính toán quá trình cháy Thành phần nhiên liệu than sử dụng: Than Tuyên Quang. Bảng 2.1: Thành phần nhiên liệu than Tuyên Quang[15]. Nguyên tố GVHD: Vũ Hồng Thái Hàm lượng (% khối lượng) C 57 H 4,6 O 2,6 N 0,2 S 1,6 Tr (tro) 19 SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 15 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy A (nƣớc) 15 Nhiệt trị cao của nhiên liệu (theo Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (theo ): ): Lƣợng không khí khô lý thuyết cho quá trình cháy (theo ): Trong thực tế, tùy thuộc vào việc tổ chức quá trình cháy và độ hoàn thiện của buồng đốt mà không khí khô thực tế L để cháy hết 1kg nhiên liệu lớn hơn lƣợng không khí khô lý thuyết Lo. Do đó, theo ta có: hệ số không khí thừa của buồng đốt. Ở đây ta chọn αbd = 1,3 (αbd = 1,2..1,3) (theo Tr.57[18]) Lƣợng không khí khô thực tế cho quá trình cháy: L = αbd.Lo = 1,3 . 8,170 = 10,621 (kg không khí/kg nhiên liệu) Do nhiệt độ khói lò sau buồng đốt rất lớn, lớn hơn nhiều so với yêu cầu nên tác nhân sấy là khói lò cần đƣợc qua quá trình hòa trộn với không khí ngoài trời để đạt đƣợc nhiệt độ thích hợp trƣớc khi vào thùng sấy. Gọi α là hệ số không khí thừa của buồng hòa trộn, là tỉ số giữa lƣợng không khí khô đƣa vào buồng hòa trộn, chia cho lƣợng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy (theo GVHD: Vũ Hồng Thái ): SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 16 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy Trong đó:  Chọn hiệu suất buồng đốt: ηbd = 0,6  Chọn nhiệt độ của khói lò sau hòa trộn: t1 = 650oC  Nhiệt dung riêng nhiên liệu (than): Cnl = 0,12 kJ/kg.K  Nhiệt độ nhiên liệu vào: tnl = 25oC  Enthalpy của hơi nƣớc: i = 2500+1,842t (kJ/kg) + Không khí ngoài trời: iao = 2500 + 1,842 . 25 = 2546,05 (kJ/kg) + Hơi nƣớc chứa trong khói sau buồng hòa trộn: ia = 2500 + 1,842 . 650 = 3697,30 (kJ/kg)  Các thông số khói lò o Lƣợng hơi nƣớc  Sau buồng đốt (theo  Sau buồng hòa trộn (theo GVHD: Vũ Hồng Thái ): ) SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 17 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy o Khối lƣợng khói khô  Sau buồng đốt (theo )  Sau buồng hòa trộn (theo ): o Độ chứa ẩm khói lò  Sau buồng đốt (theo ):  Sau buồng hòa trộn (theo ) o Enthalpy khói lò  Sau buồng đốt (theo  Sau buồng hòa trộn (theo GVHD: Vũ Hồng Thái ): ): SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 18 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy o Nhiệt độ khói lò  Sau buồng đốt (theo ):  Sau buồng hòa trộn: o Áp suất h/ơi bão hòa  Sau buồng đốt:  Sau buồng hòa trộn: o Độ ẩm tƣơng đối  Sau buồng đốt:  Sau buồng hòa trộn: o Thể tích riêng  Sau buồng đốt: GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 19 Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy  Sau buồng hòa trộn: c. Thông số trạng thái của tác nhân sấy sau thùng sấy (C) Trong thiết bị sấy dùng khói lò làm chất vừa cung cấp nhiệt lƣợng, vừa thải ẩm ra môi trƣờng, quá trình sấy lý thuyết là quá trình không có tổn thất do vật liệu sấy, do thiết bị truyền tải mang đi, không có tổn thất do tỏa ra môi trƣờng qua các kết cấu bao che,... mà chỉ có thất thoát do tác nhân sấy mang đi. Do đó, bao nhiêu nhiệt lƣợng khói lò cùng cấp cho vật liệu sấy hoàn toàn dùng để tách ẩm khỏi vật liệu. Khi ẩm tách khỏi vật liệu, lại bay vào trong khói lò, do đó ẩm đã mang toàn bộ nhiệt lƣợng mà khói đã mất trả lại dƣới dạng ẩn nhiệt hóa hơi r và nhiệt vật lý của hơi nƣớc Cpa.t. Quá trình sấy lý thuyết bằng khói lò đƣợc xem là quá trình đẳng enthalpy [18]. Thông số tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết:  Enthalpy: I2 = I1 = 817,04 (kJ/kg khói khô)  Chọn nhiệt độ đầu ra của tác nhân sấy là: 71oC.  Áp suất hơi bão hòa:  Độ chứa ẩm:  Độ ẩm tƣơng đối:  Thể tích riêng: GVHD: Vũ Hồng Thái SVTH: Đậu Ngọc Hoàng 20