Đang tải... (xem toàn văn)
tính toán hệ thống chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp hai cấu tử: acetone và nước
Đồ án môn học Quá trình – Thiết bị CBHD: Mai Thanh PHong SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU ĐẦU ĐỀ ĐỒ ÁN Sấy phương pháp thường dùng công nghiệp đời sống Kết trình sấy làm cho hàm lượng chất khô vật liệu tăng lên Điều có ý nghóa quan trọng nhiều phương diện khác Ví dụ: nông sản thực phẩm nhằm tăng cường tính bền vững bảo quản, nhiên liệu ( than, củi) nâng cao lượng nhiệt cháy, gốm sứ làm tăng độ bền học, giảm chi phí vận chuyển… Nguyên tắc trình sấy cung cấp lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha lỏng vật liệu thành Hầu hết vật liệu trình sản xuất chứa pha lỏng nước nên người ta thường gọi ẩm Tùy theo trình cấp nhiệt cho ẩm mà người ta phân phương pháp sấy khác nhau: cấp nhiệt đối lưu gọi sấy đối lưu, cấp nhiệt dẫn nhiệt gọi sấy tiếp xúc, cấp nhiệt xạ gọi sấy xạ… Hệ thống sấy thùng quay hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt, cục nhỏ Hệ thống sấy thùng quay hệ thống sấy đối lưu Trong đồ án này, em xin trình bày qui trình công nghệ thiết bị sấy thùng quay dùng để sấy đường với xuất đầu 1200kg/h 1.2 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU Nước ta nước nhiệt đới nên đường sản xuất chủ yếu từ mía Đường đem sấy tinh thể saccharose, có kích thước trung bình 0,8 mm Saccarose đường kép có công thức phân tử C12H22O11, gồm phân tử - D - glucose vaø - D - fructose liên kết với liên kết 1,2 – glucoside Saccarose Do saccarose không tính khử, không tạo osazone Nó bị caramel hóa nhiệt độ nóng chảy từ 160 180 oC Nhưng nhiệt độ lớn 1050C đường bị caramel hóa phần làm đường bị sẫm màu Trong tự nhiên, saccarose có mía, củ cải đường, nốt,… Sinh Vien MSSV : Bui Thi Mai Trang : 60503026 trang 1 Đồ án môn học Quá trình – Thiết bị CBHD: Mai Thanh PHong SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1.SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: Không khí Đườn g Quạt đẩy Gầu tải Cơ cấu nhập liệu Quạt hút Calorife Thùng sấy Xyclon Nước ngưng Băng tải Hơi nước Bụi đường Đường sau sấy 2.2.HÌNH VẼ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: 2.3.THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Vật liệu: Đường sau ly tâm đưa đến gầu tải để vận chuyển lên cao đưa vật liệu vào cấu nhập liệu vào thùng sấy Tại thùng sấy, đường sâu vào thùng sấy, xáo trộn cánh nâng thùng quay Đồng thời diễn trình trao đổi ẩm với TNS Qúa trình diễn từ đường bắt đầu vào thùng khỏi thùng để đạt độ ẩm theo yêu cầu kó thuật Ở cuối thùng sấy, đường sau tách ẩm tháo liệu ngoài, vận chuyển Sinh Vien MSSV : Bui Thi Mai Trang : 60503026 trang Đồ án môn học Quá trình – Thiết bị CBHD: Mai Thanh PHong SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY hệ thống băng tải Nhiệt độ đầu đường cao ( khoảng40 0C) nên phải làm nguội Có cách để thực trình làm nguội đường: Dùng luồng không khí lạnh, khô thổi cưỡng để làm nguội Làm nguội tự nhiên cách lợi dụng độ dài thích hợp hệ thống băng tải Tác nhân sấy: Không khí điều kiện bình thường (270C, 85%) quạt đẩy đưa vào hệ thống qua ống dẫn khí vào calorife để tiến hành trao đổi nhiệt lên 920C, sau dẫn vào thùng sấy Do có mát nhiệt đường ống dẫn nên TNS vào tới thùng quay nhiệt độ 900C Tại thùng sấy, TNS tiến hành trình truyền nhiệt dẫn ẩm khỏi vật liệu sấy Nhiệt độ TNS giảm dần khỏi thùng sấy 400C Trong không khí khỏi thùng có lẫn bụi đường, hỗn hợp khí-bụi dẫn vào cyclon để lọc thu bụi đường, không khí thải môi trường Calorife gia nhiệt nước bão hòa áp suất atm lấy từ lò Nhiên liệu dùng để đốt lò daàu FO Sinh Vien MSSV : Bui Thi Mai Trang : 60503026 trang Đồ án môn học Quá trình – Thiết bị CBHD: Mai Thanh PHong SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY PHẦN 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯNG CÁC THÔNG SỐ: Năng suất nhập liệu tính theo sản phẩm G2=1200 kg/h Độ ẩm ban đầu vật liệu sấy: u1=2%=0.02 Độ ẩm ban đầu vật liệu sấy: u2=0.4%=0.004 Khối lượng riêng thể tích đường :ρv=990+27u kg/m3 (CT2.84,tr100-[2]) Nhiệt dung riêng đường:Cđ= 996+1.6T (J/kg.K) ( tr 100-[2]) Đường kính tương đương hạt đường: d=0,8 mm Chọn trình sấy xuôi chiều Chọn cường độ sấy A=9 (kg/m3h) (Bảng 6.2,tr 179- [6]) CÔNG THỨC DÙNG XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TÁC NHÂN SẤY: Áp suất bão hòa: 4026.42 Pb exp 12 235.5 t ( C ) (bar) Hàm ẩm: x 0.622 * Pb P * Pb (kg aåm/kg kkk) (CT VII.11-tr95- [11]) xP P ( 0.622 x ) b xP P b (0.622 x ) Trong đó: Pa - áp suất khí quyển: Pa= 1.013 bar.( 760 mmHg) Enthalpy: I C k t x(ro C h t ) (kJ/kg) (CT VII.13-tr95-[11]) Trong đó: Ck = kJ/kg.K - nhiệt dung riêng không khí khô Ch = 1.97 kJ/kg.K - nhiệt dung riêng nước ro = 2493 kJ/kg - ẩn nhiệt hóa nước t – nhiệt độ không khí (0C) x – hàm ẩm (kg ẩm/kgkkk) I t x ( 2493 1.97t ) Sinh Vien MSSV : Bui Thi Mai Trang : 60503026 trang Đồ án môn học Quá trình – Thiết bị CBHD: Mai Thanh PHong SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY Thể tích riêng không khí ẩm: v RT 288T M ( P Pb ) P Pb (m /kgkk) (CT VII.8-tr94-[11]) Trong R - số khí: R =8314 J/kmol.độ M - khối lượng không khí: M = 29 kg/kmol P, Pb - áp suất khí trời phân áp suất bão hòa nước không khí (N/m2) Khối lượng riêng không khí ẩm: To P 0.378 Pb o 1 (kg/m3) TPo P (CT VII.9-tr95-[2]) Trong đó: P, Pb lấy đơn vị N/m2 To – nhiệt độ tiêu chuẩn: To = 273 K o – khối lượng riêng không khí khô điều kiện chuẩn: o = 1,293 kg/m3 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI TÁC NHÂN SẤY TRONG QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT: Thông số trạng thái không khí trời (A): Vậy điểm A, ta có: to = 27oC; 0=85% Áp suất bão hòa: Pb0 = 0,03548 bar Hàm ẩm: x0 = 0,0188 kg aåm/kgkkk Enthalpy: I0 = 75.37 kJ/kg Thể tích riêng không khí ẩm: v0 = 0,879 m3/kgkk Khối lượng riêng : 0 =1,202 kg/m3 Thông số trạng thái tác nhân sấy vào thùng sấy (B): Không khí trời từ trạng thái (A) đưa vào calorife nhờ quạt hút đốt nóng đẳng ẩm đến trạng thái B(x1, t1) (nghóa x1 = x0 = 0,0188 kgẩm/kgkk) để đưa vào thùng sấy Rõ ràng, nhiệt độ t1 điểm B nhiệt độ cao tác nhân sấy, quy định tính chất vật liệu sấy chế độ công nghệ chọn phần Do đường bị ngả màu nhiệt độ 1050C nên ta cần nhiệt độ tác nhân sấy nhiệt độ Chọn: Tại điểm B: t1 = 90 oC; x1 = x0 = 0.0188 kg ẩm/kgkk Khi áp dụng công thức nêu phần III.1., thông số khác tác nhân sấy trạng thái B xác định sau: Áp suất bão hòa: Pb1 = 0.6908 bar Độ ẩm tương đối: 1 = 0.043 = 4.3 % Sinh Vien MSSV : Bui Thi Mai Trang : 60503026 trang Đồ án môn học Quá trình – Thiết bị CBHD: Mai Thanh PHong SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY Enthalpy: I1 = 140.2 kJ/kg Thể tích riêng không khí ẩm: v1 = 2.45 m3/kgkk Khối lượng riêng : 1 = 0.784 kg/m3 Thông số trạng thái tác nhân sấy khỏi thùng sấy (C): Không khí trạng thái B đẩy vào thiết bị sấy để thực trình sấy Nhiệt độ tác nhân sấy khỏi thùng sấy t2 tùy chọn cho tổn thất nhiệt tác nhân sấy mang bé phải tránh tượng đọng sương (nghóa tránh trạng thái C nằm đường bão hòa) Đồng thời, hàm ẩm tác nhân sấy C phải nhỏ độ ẩm cân vật liệu sấy điểm để vật liệu sấy không hút ẩm trở lại Với trình sấy lý thuyết ta có: I2 = I1 = 140.2 kJ/kgkk; = 100 % tđs = 37 0C chọn t2 = 40 oC Khi áp dụng công thức nêu, thông số khác tác nhân sấy trạng thái C xác định sau: Áp suất bão hòa: Pb2 = 0.073 bar Hàm ẩm: x2 = 0.03896 kg ẩm/kgkk Độ ẩm tương đối: 2 = 0.8179 =82% Thể tích riêng không khí ẩm: v2 = 0.94535 m3/kgkk Khối lượng riêng : 1 = 1.1386 kg/m3 Trạng thái tác nhân sấy trình sấy lý thuyết tóm tắt Bảng Bảng1: Trạng thái tác nhân sấy trình sấy lý thuyết: Đại lượng t (oC) x (kg/kgkk) I (kJ/kgkk) Pb (bar) v (m3/kgkk) (kg/m3) Trạng thái không khí ban đầu (A) 27 0.85 0.0188 74.87 0.03548 0.878 1.202 Trạng thái không khí vào thiết bị sấy (B) Trạng thái không khí khỏi thiết bị sấy (C) 90 0.043 0.0188 140.2 0.6908 1.45 0.784 40 0,8179 0,03896 140.2 0,073 0.94535 1,1386 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT: Phương trình cân vật chất: Sinh Vien MSSV : Bui Thi Mai Trang : 60503026 trang Đồ án môn học Quá trình – Thiết bị CBHD: Mai Thanh PHong SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY G1 G W G1u1 G u W Lượng ẩm bốc giờ: W G2 u1 u 1200(0,02 0,004) 19.59 kg/h u1 (1 0,02) Lượng vật liệu khô tuyệt đối: Gk G2 (1 u ) 1200 * (1 0,004) 1195.2 kg/h Năng suất nhập liêu tính theo vật liệu ban đầu: G1 G2 W 1200 19.59 1219.59 kg/h Lượng tác nhân khô cần thiết: L W 19.59 971.73 kg/h x x1 0,03896 0,0188 Lượng tác nhân tiêu hao riêng: L 1 l 49.603 kgkk/kg aåm W x x1 0,03896 0,0188 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY TRONG QUÁ TRÌNH THỰC TẾ: Cân lượng chung cho trình sấy: Vì trình sấy bổ sung nhiệt lượng thiết bị sấy thùng quay thiết bị chuyển tải Qbs = Qvc = Như vậy: Nhiệt lượng đưa vào thiết bị sấy gồm: Nhiệt lượng tác nhân sấy nhận caloriphe: L(I1 – I0) Nhiệt lượng vật liệu sấy mang vào: [(G1 - W)Cv1 + WCa].tv1 Nhiệt lượng đưa khỏi thiết bị sấy gồm: Nhiệt lượng tổn thất tác nhân sấy mang đi: L(I2 – I0) Nhiệt lượng tổn thất qua cấu bao che: Qbc Nhiệt lượng vật liệu sấy mang ra: G2.Cv2.tV2 Trong đó: tv1 - nhiệt độ ban đầu vật liệu sấy, thường lấy nhiệt độ môi trường: tv1 = t0 = 27 oC tv2 - nhiệt độ cuối vật liệu sấy sau khỏi thiết bị sấy: tv2 = t2 – (5oC) = 40 – = 35 oC Cv - nhiệt dung riêng vật liệu sấy với độ ẩm u: Cv = Cvk(1 - u) + Ca.u (kJ/kg.K) Ca - nhiệt dung riêng ẩm (nước): Ca = Cn = 4180 J/kg.K Ck - nhiệt dung riêng vật liệu khô: Cvk = 996 + 1,26T (J/kg độ) C k 996 1,26Tv 996 1,26(273 35) 1384.08 J / kg Cv C k (1 u ) C a u 1384.08 (1 0,004) 4180.0,004 1395.26J / kg.K Sinh Vien MSSV : Bui Thi Mai Trang : 60503026 trang Đồ án môn học Quá trình – Thiết bị CBHD: Mai Thanh PHong SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY Cân nhiệt lượng vào hệ thống sấy: L(I1 – I0) + [(G1 - W)Cv1 + WCa]tv1 = L(I2 – I0) + Qbc + G2.Cv2.tV2 Đặt Qv - tổn thất nhiệt vật liệu sấy mang đi: Qv = G2Cv2(tv2 –tv1) Mặt khác: G2 = G1 – W Nhiệt lượng tiêu hao cho trình sấy thực: Q = L(I1 – I0) = L(I2 – I0) + Qbc + Qv – W.Ca.tv1 Nhiệt lượng tiêu hao riêng (nhiệt lượng cần để bốc 1kg ẩm): q = l(I1 – I0) = l(I2 – I0) + qbc + qv – Ca.tv1 Trong đó: Qbc W Q G C (t t ) qv v v v v W W Tổn thất nhiệt vật liệu sấy: coi Cv1 = Cv2 qbc Qv = G2Cv2(tv2 –tv1) = 1200*1395.26*(35 27) = 13394496 J/h = 13394.5 kJ/h qv Qv 13394.5 683.74 kJ/kg ẩm W 19.59 Nhiệt ẩm vật liệu đưa vào: W.Ca.tv1 = 19.59*4.18*27 = 2210.9 kJ/h Ca.tv1 = 4.18*27 = 112.86kJ/kg ẩm Tổn thất nhiệt qua cấu bao che: Qbc = (0.03 0.05)*Qhi o Chọn Qbc = 0,040 Qhi Với Qhi = W [rv1 + Ch (t2 – tv1)] - nhiệt hữu ích (tức nhiệt cần thiết để làm bay ẩm vật liệu nâng nhiệt độ ẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cuối thùng sấy) Trong đó: rv1 - ẩn nhiệt hóa nước vật liệu sấy nhiệt độ vào : rv1 = 2428.99 kJ/kg (có nội suy) (BảngI.212-tr254[10]) Qhi= 19.59*(2428.99 + 1,97.(40-27)) = 48085.614 kJ/h Qbc = 0,040 Qhi = 0,040 * 48085.614 = 1923.42 kJ/h qbc Qbc 1923.42 98.18 kJ/kg ẩm W 19.59 Đặt nhiệt lượng riêng cần bổ sung cho trình sấy thực (là đại lượng đặc trưng cho sai khác trình sấy thực tế sấy lý thuyeát):Catv1 – qbc – qv Sinh Vien MSSV : Bui Thi Mai Trang : 60503026 trang Đồ án môn học Quá trình – Thiết bị CBHD: Mai Thanh PHong SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY Với trình sấy lý thuyết: = Với trình sấy thực tế: ≠ tính sau: = Ca.tv1 – qbc – qv = 112.86 – 98.18 – 672.57 = –657.89 kJ/kg ẩm Vì < Catv1 < qbc + qv I2 < I1 traïng thái tác nhân sấy sau trình sấy thực nằm đường I1 (đường sấy thực tế nằm đường sấy lý thuyết) Xác định hàm ẩm x2 ứng với trình sấy thực thông qua t2 biết: x 2' I * x C k t 140.2 ( 657.89) 0,0188 * 40 0,03485 kgaåm/kgkk (ro C h t ) 657.89 ( 2493 1,97 * 40) (CT VII.26-tr105-[11]) p dụng công thức tương ứng nêu, thông số khác tác nhân sấy đầu thùng sấy trình sấy thực (C’) xác định sau: ' Enthalpy: I 98.894 kJ/kgkk Aùp suất bão hòa: 0.073bar ' Độ ẩm tương đối: 0,736 73.6% ' Thể tích riêng không khí ẩm: v 0,972 m3/kgkk Khối lượng riêng: 2' 1.11 kg/m Lượng tác nhân khô cần thiết: L' W 19.59 1220.56 kg kkk/h x x1 0,03485 0,0188 ' Lượng tác nhân tiêu hao riêng: L' 1 l' ' 62.3 kg kkk/kg aåm W x x1 0,03485 0,0188 Lượng nhiệt cần cung cấp cho trình sấy thực: Q’= L’ *(I1 – I’2) + Qbc + Qv – W.Ca.tv1 = 1220.56*(140.2 -98.894) + 1923.42 + 13394.5 – 2210.9 = 63523.47 kJ/h Lượng nhiệt cung cấp riêng: q Q ' 63523.47 3242064 (kJ/kg aåm) W 19.59 Hiệu suất sấy: Qhi 48085.614 0.7569 75.69% ' 63523.47 Q Trạng thái tác nhân sấy trình sấy thực tế tóm tắt Bảng2: Trạng thái tác nhân sấy trình sấy thực tế: Đại lượng t (oC) Sinh Vien MSSV Trạng thái không khí ban đầu (A) 27 Trạng thái không khí vào thiết bị sấy (B) 90 Trạng thái không khí khỏi thiết bị sấy (C’) 40 : Bui Thi Mai Trang : 60503026 trang Đồ án môn học Quá trình – Thiết bị CBHD: Mai Thanh PHong SẤY ĐƯỜNG THÙNG QUAY (đơn vị) x (kg/kgkk) I (kJ/kgkk) pb (bar) v (m3/kgkk) (kg/m3) 0,85 0,0188 74.87 0,03548 0,878 1,202 0,43 0,0188 140.2 0,6908 1.45 0,784 0,74 0,03485 98.894 0,073 0,972 1,11 1.3 TÍNH THỜI GIAN SẤY: Tính thời gian sấy d (W1 W2 ) 2.990.0,18.( 0,4) 0,32h 19.2 ph 20 ph A[200 (W 1 W2 )] 9[ 200 (2 0,4)] (CT 6.44 tr178-[6]) PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 1.4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH: Thiết bị sấy đường sử dụng cánh nâng Chọn hệ số chứa đầy =0.18 Chọn tốc độ quay thùng: n=1 vòng/ph Chọn góc nghiêng thùng =50 Thể tích thùng sấy tính theo lý thuyeát: W 19.59 VT 2.1767 m A (Baûng 6.2 tr179-[6]) (Baûng 6.1 tr177-[6]) (CT 6.42- tr178-[6]) Thời gian lưu vật liệu thùng: 1 m.k1 LT n.DT tg Trong đó: k1 - hệ số lưu ý đến đặc tính chuyển động vật liệu Trường hợp sấy xuôi chiều: k1 = 0.2 – 0.7 choïn k1 = 0.6 ( tr 176-[1]) m - hệ số lưu ý đến dạng cánh thùng Đối với cánh nâng: m = 0,5 (tr 176-[1]) Để trình sấy đạt yêu cầu thông số đầu vật liệu o Choïn 20 ph n.DT tg m.k1 => LT Sinh Vien MSSV : Bui Thi Mai Trang : 60503026 trang 10 ... thích hợp hệ thống băng tải Tác nhân sấy: Không khí điều kiện bình thường (270C, 85%) quạt đẩy đưa vào hệ thống qua ống dẫn khí vào calorife để tiến hành trao đổi nhiệt lên 920C, sau dẫn vào... CÔNG NGHỆ: 2.3.THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Vật liệu: Đường sau ly tâm đưa đến gầu tải để vận chuyển lên cao đưa vật liệu vào cấu nhập liệu vào thùng sấy Tại thùng sấy, đường sâu vào thùng... thùng có lẫn bụi đường, hỗn hợp khí-bụi dẫn vào cyclon để lọc thu bụi đường, không khí thải môi trường Calorife gia nhiệt nước bão hòa áp suất atm lấy từ lò Nhiên liệu dùng để đốt lò dầu FO Sinh