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

Luận văn Tính toán thiết kế hệ thống sấy trong nhà máy sản xuất phân lân nung chảy MỤC LỤC MỞ ĐẦU Thiết bị sấy được 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 được các chỉ tiêu chất lượng, kỹ thuật mong muốn để sử dụng hoặc chuyển tới các giai đoạn khác. Để có được 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 nước 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 được tôi nước ở áp suất cao để tạo thành các hạt nhỏ và được đưa đến bãi ráo, trải qua quá tình ráo nước tự nhiên đến khi đạt được độ ẩm nhất định. Sau đó được đưa vào thiết bị sấy điều chỉnh độ ẩm theo tiêu chuẩn trước khi đưa 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 phương 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 tư liệu tham khảo, tập đồ án này khó lòng tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô. 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, người ta thường gọi chung vì thực tế rất khó phân biệt bằng các phương pháp thông thường. Apatit có thành phần được 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 thường là dạng hình trụ lục phương 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 như không tan trong nước. Apatit trong tự nhiên có giá trị công nghiệp, thường 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 trường 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, người ta chia mỏ apatit thành 8 tầng cốc san, ký hiệu từ dưới 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 chưa phong hóa hóa học. Tầng KS4: Còn gọi là tàng dưới 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 như thuộc phần phong hóa của tầng này, hàm lượng 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 lượng thạch anh, muscovit và cacbonat cao hơn, hàm lượng apatit giảm. So với tầng dưới quặng, tầng này ít nuscovit và hợp chất cacbon hơn, hàm lượng apatit cao hơn. Phân loại theo thành phần vật chất: dựa vào sự hình thành và thành phần vật chất, quặng apatit được chia làm 4 loại: Quặng loại I: là quặng apatit hầu như đơn khoáng, hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 28-40%. Quặng loại II: là quặng apatit – dolomit, hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 18-25%. Quặng loại III: là quặng apatit – thạch anh, hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 12-20%, trung bình 15%. Quặng loại IV: là quặng apatit – thạch anh – dolomit, hàm lượng P2O5 chiếm khoảng 8-10%. 1.1.2. Quy trình, công nghệ sản xuất phân lân nung chảy a) Định nghĩa [1] Phân lân nung chảy có thành phần chủ yếu là P, Ca, Si và một số nguyên tố vi lượng như 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%, được 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. Phương pháp sản xuất đơn giản, tránh được tiêu hao axit, có thể dùng cả nguyên liệu chất lượng không cao (hàm lượng P2O5 thấp). Cung cấp dinh dưỡng 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 lượng, chất lượng hạt, củ quả... Bổ sung các chất dinh dưỡng khác như 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 dưỡng. MgO: khử chua, là chất thiết yếu tạo nên diệp lục tố, giúp cây tăng khả năng quan hợp, tổng hợp dinh dưỡng... SiO2: tăng độ cứng vững của thân và lá, giúp cây trồng chịu rét, chịu hạn, chống sâu bệnh tốt hơn. Chất vi lượng: Mn, Cu, B, Fe... thúc đẩy cây phát triển toàn diện. Là loại phân không tan trong nước, tan từ từ trong môi trường 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 phương 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 được. Nguyên liệu: Apatit: có thể sử dụng apatit loại chất lượng kém như loại II, vì loại II có chứa Mg cần thiết cho phối liệu. Apatit có hàm lượng P2O5 ≤ 30% là đạt yêu cầu. Đá secpentin: là nguồn khoáng thiên nhiên chứa MgO, SiO2 cùng một số nguyên tố vi lượng như Mn, Cu,... Nguyên lý Phối liệu được đưa 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. Lượng ẩm theo nguyên liệu, nhiên liệu sẽ bốc hơi ở nhiệt độ 150oC. Ở nhiệt độ trên 500oC, nước kết tinh trong secpentin thoát ra. Ở nhiệt độ lớn hơn 650oC, nước 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. 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 nước: Nếu trong lò có nhiều hơi nước, HF được tạo thành và thoát ra. Flo tách ra càng nhiều càng làm tăng hiệu suất chuyển hóa P2O5. Kích thước hạt sau khi tôi có ảnh hưởng 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: Nguyễn liệu Kẹp hàm đập Sàng khô Rửa Lò cao Lọc bụi Rửa bụi Xử lý Ca(OH)2 Thải Bãi rửa Sấy Nghiền Sàng Lọc bụi Khí thải Sản phẩm Tôi nước 3-5 at Hình 1.1: Quy trình sản xuất phân lân nung chảy. Thuyết minh sơ đồ Quặng apatit, đá secpentin được đưa về bãi chứa và nhờ oto, máy xúc chuyển về phễu của máy đập nhằm gia công nguyên liệu về kích thước cần thiết, rồi qua sàng khô, sàng ướt để loại bỏ các hạt có kích cỡ không đạt tiêu chuẩn. Lượng mịn được tập trung vào bão chứa. Than được chọn lọc, đảm bảo chất lượng và kích cỡ chuyển về sàn lò. Quặng, than đá, đá secpentin được cân theo phối liệu, chuyển vào thùng tời đưa 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 nước, rồi được trục vớt từ bể tôi bán thành phẩm đưa vào phễu chứa, nhờ băng tải đưa về bãi ráo. Bán thành phẩm ở bãi ráo tự nhiên tiếp tục được đưa vào phễu rồi theo hệ thống băng tải chuyển vào máy sấy thùng quay. Ở đây, bán thành phẩm được sấy với nhiệt độ 600-700oC, sau đó được đổ ra băng tải chuyển đi gia công chế biến theo yêu cầu: Để sản xất phân lân nghiền: bán thành phẩm được chuyển vào máy nghiền đến độ mịn 50-70% tùy vào yêu cầu sản xuất. Để sản xuất phân lân hạt: bán thành phẩm được chuyển sang sàng, thu sản phẩm hạt. Sản phẩm được 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 nước ra khỏi vật liệu. Trong công nghiệp, người ta tiến hành quá trình sấy nhân tạp dưới tác dụng nhiệt của thiết bị sấy. Tùy theo phương pháp truyền nhiệt, trong kỹ thuật sất chia ra: Sấy đối lưu: Là phương pháp sấy mà việc cấp nhiệt cho vật ẩm được thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu. Phương pháp này có ưu điểm là chi phí đầu tư thấp, năng suất có thể rất cao. Tuy nhiên nhược điểm là tốc độ truyền nhiệt tương đối chậm, phải nung nóng không khí trong thiết bị trước khi có tác dụng nhiệt lên vật liệu sấy. Phương pháp này rất thông dụng. Sấy tiếp xúc: Là phương pháp sấy không cho vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với bề mặt có nhiệt độ cao. Ưu điểm của phương pháp là hiệu quả nhiệt cao, giảm tổn thất năng lượng không cần thiết đun nóng không khí trước khi sấy. Nhược điểm phương pháp này là chi phí đầu tư thiết bị cao, chi phí vận hành cao mà năng suất thấp. Phương pháp này ít khi được sử dụng. Sấy bức xạ: Là phương pháp sấy dùng năng lượn nguồn cấp nhiệt truyền tới vật liệu sấy bằng bức xạ, thường dùng tia hồng ngoại. Ưu điểm phương pháp này là trao đổi nhiệt cường độ cao, giảm đáng kể thời gian sấy, thiết bị đơn 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 thường xuyên tránh hỏa hoạn. Phương pháp này ít được sử dụng. Sấy bằng dòng điện cao tần: Là phương pháp dùng năng lượng điện trường tần số cao để đốt nóng toàn bộ chiều dày lớp vật liệu. Phương pháp này có ưu điểm truyền nhiệt nhanh, chỉ làm nóng những vùng ẩm nên ít tổn hao năng lượng cho các phần khác. Chi phí đầu tư lớn, cấu tạo phức tạp và quy mô nhỏ là những hạn chế lớn của phương 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 phương pháp sấy phân lân nung chảy bán thành phẩm không yêu cầu giữ các đặc tính cảm quan như 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 nhưng giá thành đầu tư thấp, vận hành sửa chữa đơn giản. Do đó, ta chọn phương pháp sấy đối lưu. Phương pháp sấy đối lưu 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 tư, vận hành, ta chọn thiết bị sấy thùng quay với các ưu 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 được 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 giảm đáng kể vốn đầu tư thiết bị ban đầu cũng như giảm thất thoát nhiệt năng trong quá trình vận hành. Có hai phương thức sấy là sấy xuôi chiều và sấy ngược chiều dựa trên chiều chuyển động tương đối giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy. Do phương thức sấy ngược chiều khó điều chỉnh, khó thu hồi xử lý bụi hơn so với phương pháp sấy xuôi chiều nên ta chọn phương thức sấy xuôi chiều. 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. Phương 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 lượng như sau: G1, G2 - khối lượng vật liệu vào, ra thiết bị sấy, kg/h. ω1, ω2 - độ ẩm tương đối vật liệu vào, ra thiết bị. W - lượng ẩm bay hơi trong 1h, kg/h. Gk - khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg/h. Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ (theo ): Lượng vật liệu khô tuyệt đối: Lượng vật liệu vào: 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 nước, kJ/kg. Cpk : nhiệt dung riêng của không khí khô, kJ/kg. Cpk=1,004. Cpa : nhiệt dung riêng của hơi nước, kJ/kg. Cpa=1,842. r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước, kJ/kg. r=2500. Thể tích riêng (theo ): 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 Thông số trạng thái của không khí ngoài trời (A) Không khí ngoài trời có: Nhiệt độ: to = 25oC. Độ ẩm: φ = 80%. Áp suất hơi bão hòa: Độ chứa ẩm: Enthalpy: Thể tích riêng: 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 Hàm lượng (% khối lượng) C 57 H 4,6 O 2,6 N 0,2 S 1,6 Tr (tro) 19 A (nước) 15 Nhiệt trị cao của nhiên liệu (theo ): Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (theo ): Lượng 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 lượng 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]) Lượng 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 được qua quá trình hòa trộn với không khí ngoài trời để đạt được nhiệt độ thích hợp trước khi vào thùng sấy. Gọi α là hệ số không khí thừa của buồng hòa trộn, là tỉ số giữa lượng không khí khô đưa vào buồng hòa trộn, chia cho lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy (theo ): 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 nước: i = 2500+1,842t (kJ/kg) Không khí ngoài trời: iao = 2500 + 1,842 . 25 = 2546,05 (kJ/kg) Hơi nước chứa trong khói sau buồng hòa trộn: ia = 2500 + 1,842 . 650 = 3697,30 (kJ/kg) Các thông số khói lò Lượng hơi nước Sau buồng đốt (theo ): Sau buồng hòa trộn (theo ) Khối lượng khói khô Sau buồng đốt (theo ) Sau buồng hòa trộn (theo ): Độ chứa ẩm khói lò Sau buồng đốt (theo ): Sau buồng hòa trộn (theo ) Enthalpy khói lò Sau buồng đốt (theo ): Sau buồng hòa trộn (theo ): Nhiệt độ khói lò Sau buồng đốt (theo ): Sau buồng hòa trộn: Áp suất h/ơi bão hòa Sau buồng đốt: Sau buồng hòa trộn: Độ ẩm tương đối Sau buồng đốt: Sau buồng hòa trộn: Thể tích riêng Sau buồng đốt: Sau buồng hòa trộn: 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 lượng, vừa thải ẩm ra môi trường, 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 trường qua các kết cấu bao che,... mà chỉ có thất thoát do tác nhân sấy mang đi. Do đó, bao nhiêu nhiệt lượng 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 lượng mà khói đã mất trả lại dưới dạng ẩn nhiệt hóa hơi r và nhiệt vật lý của hơi nước Cpa.t. Quá trình sấy lý thuyết bằng khói lò được 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 tương đối: Thể tích riêng: Bảng 2.2: Thông số trạng thái tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết Đại lượng Không khí ngoài trời (A) Tác nhân sấy sau buồng đốt (B’) Tác nhân sấy sau buồng hòa trộn (B) Tác nhân sấy ra khỏi thiết bị (C) t (oC) 25 1070,43 650 71 φ (%) 80 1,297.10-5 3,803.10-5 0,958 d (kg ẩm/kg kk) 0,0164 0,0679 0,0445 0,2830 I (kJ/kg kk) 66,86 1378,34 817,04 817,04 Pb (bar) 0,0315 7456,32 1724,93 0,321 v (m3/kg kk) 0,898 4,375 2,904 0,283 2.3.3. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy lý thuyết. Giả sử lượng khói vào, ra thiết bị là không đổi, ký hiệu Lo’ (kg/h). Theo phương trình cân bằng vật chất (theo ): Lượng khói khô cần thiết để bốc hơi 1kg ẩm: Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị sấy lý thuyết (theo ): Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy lý thuyết: Nhiệt lượng tiêu hao riêng: 2.3.4. Cân bằng năng lượng cho thiết bị sấy thực Trong thiết bị sấy thực, ngoài tổn thất nhiệt do quá trình sấy mang đi, trong thiết bị sấy thùng quay còn có tổn thất nhiệt ra môi trường Qmt, và tổn thất do vật liệu sấy mang đi Qv. Trong thiết bị sấy thùng quay không sử dụng nhiệt bổ sung và thiết bị chuyển tải, do đó Qbs=0, Qct=0. Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy: Nhiệt lượng do tác nhân sấy nhận được trong buồng đốt, buồng hòa trộn: Nhiệt lượng do vật liệu sấy mang vào: Nhiệt lượng đưa ra khỏi thiết bị sấy: Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy mang đi: Nhiệt vật lý của vật liệu sấy mang đi: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường: Qmt. Cân bằng nhiệt lượng vào và ra thiết bị, ta có: Trong đó G1 = G2 + W, ta coi như Cv2 = Cv1 = Cv. Vậy nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sấy thực: Đặt Qv = G2.Cv(tv2 – tv1): tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi. Q = L’(I1 – I0) = L’(I2 – I0) + Qv + Qmt –W.Ca.tv1 Xét cho 1kg cần bốc hơi: q = l’(I1 – I0) = l’(I2 – I0) + qv + qmt – Ca.tv1 Trong đó: Đặt . Xác định qv: Theo : Trong đó: Cv: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy với độ ẩm ω2, kJ/kg.K Ck: Nhiệt dung riêng vật liệu khô, kJ/kg.K. Ck = 0,791 (sử dụng ) Ca: Nhiệt dung riêng ẩm, kJ/kg.K. Ca = 4,1868. Cv = 0,791(1 – 0,01) + 4,1868 . 0,01 = 0,825 (kJ/kg.K) tv1 = t0 = 25oC: nhiệt độ vật liệu sấy vào thiết bị, lấy bằng nhiệt độ môi trường. tv2 = t2 – 5 = 71 – 5 = 66 (oC): nhiệt độ ra khỏi thiết bị sấy của vật liệu sấy (chọn nhỏ hơn đầu ra tác nhân sấy 3 – 5 độ). Vậy: Xác