TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐHQG TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN SILICATE  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SILICATE 2 Đề tài: Sấy phun GV hướng dẫn: ThS Lê Minh Sơn Sinh viên thực hiện: Nhóm 9 STT TÊN SINH VIÊN MSSV 1810268 1 Nguyễn Phúc Mỹ Kỳ 1810342 1814851 2 Dương Thanh Ngân 3 Nguyễn Thị Thuý Vy Năm học 2020-2021 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH iii DANH MỤC BẢNG iv Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SẤY PHUN 1 1.1 Khái niệm chung về quá trình sấy 1 1.1.1 Định nghĩa 1 1.1.2 Mục đích quá trình sấy .1 1.1.3 Nguyên tắc chung 1 1.1.4 Các phương thức sấy 1 1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tốc độ sấy .2 1.1.6 Phân biệt quá trình sấy với một số quá trình làm khô khác .2 1.2 Thiết bị sấy phun 3 1.2.1 Khái quát về thiết bị sấy phun 3 1.2.2 Phân loại: 4 Chương 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 6 2.1 Cấu tạo chung 6 2.1.1 Tháp sấy 6 2.1.2 Hệ thống cung cấp khí nóng 8 2.1.3 Hệ thống cung cấp hồ .9 2.1.4 Hệ thống thu hồ và xử lý khí thải 13 2.1.5 Các bộ phận chính của máy sấy phun 13 2.2 Nguyên lý hoạt động 14 Chương 3: ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH SẤY PHUN 16 3.1 Ưu điểm 16 3.2 Nhược điểm 16 Chương 4: ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SẤY PHUN 17 4.1 Ứng dụng 17 4.2 Giới thiệu một số hệ thống sấy phun 17 i 4.2.1 Hệ thống sấy phun được dùng trong nghiên cứu 17 4.2.2 Máy sấy phun sương ly tâm tốc độ cao LPG 18 4.2.3 Máy sấy phun khô kiểu áp lực dòng YPG .19 Chương 5: THÔNG SỐ KĨ THUẬT VÀ CÔNG THỨC TÍNH TOÁN 21 5.1 Lựa chọn các thông số 21 5.2 Tính toán và lựa chọn thiết bị 22 5.3 Máy sấy phun ATM90 – SACMI 24 5.4 Tính cháy nhiên liệu 27 5.5 Tính toán quá trình sấy thực 28 5.6 Tính toán quá trình truyền nhiệt 29 5.6.1 Truyền nhiệt qua nắp tháp 29 5.6.2 Truyền nhiệt qua phần trụ tháp 30 5.6.3 Truyền nhiệt qua phần chóp tháp 31 KẾT LUẬN 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 ii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hệ thống máy sấy phun trong nhà máy gạch ép…………………………………4 Hình 1.2 Phân loại theo chiều tác nhân sấy……………………………………………… 5 Hình 2.1 Mô hình tổng thể máy sấy phun…………………………………………………6 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí dòng khí nóng và dòng nhập liệu trong buồng sấy sử dụng cơ cấu phun sương dạng đĩa quay…………………………………………………………………7 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí dòng khí nóng và dòng nhập liệu trong tháp sử dụng cơ cấu phun sương dạng vòi phun.…………………………………………………………………… 8 Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống sấy phun.……………………………………………………… 9 Hình 2.5 Cơ cấu phun sương dạng đĩa quay và hình dạng của rảnh.…………………….11 Hình 2.6 Cơ cấu phun sương dạng vòi phun.…………………………………………….12 Hình 2.7 Các bộ phận chính của máy sấy phun………………………………………….13 Hình 2.8 Chuyển động hình xoáy ốc của khí nóng.…………………………………… 15 Hình 4.1 Hệ thống sấy phun Mobile Minor dùng trong nghiên cứu ……………………18 Hình 4.2 Máy sấy phun sương li tâm tốc độ cao LPG.………………………………… 19 Hình 4.3 Máy sấy phun khô kiểu áp lực dòng YPG …………………………………… 19 Hình 5.1 Giản đồ tìm loại tháp sấy phun năng suất cao.…………………………………23 Hình 5.2 Các kích thước của máy sấy phun ATM90-SACMI.………………………… 25 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 5.1 Các thông số lựa chọn [3].……………………………………………………21 Bảng 5.2 Thông số máy sấy phun ATM90 – SACMI.………………………………….24 Bảng 5.3 Kích thước máy sấy phun ATM90 – SACMI…………………………… ….26 iv Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SẤY PHUN 1.1 Khái niệm chung về quá trình sấy 1.1.1 Định nghĩa Sấy là quá trình loại trừ hơi ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt, làm cho bốc hơi nước ra môi trường xung quanh Quá trình sấy chỉ được thực hiện trong trường hợp khi áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy lớn hơn áp suất hơi nước môi trường xung quanh Sấy là một quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu sấy thay đổi theo cả không gian và thời gian 1.1.2 Mục đích quá trình sấy Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, làm tăng hàm lượng chất khô, từ đó làm tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn Ví dụ, đối với nông sản và thực phẩm, quá trình sấy có vai trò quan trọng trong bảo quản; đối với các loại nhiên liệu (củi, than),… quá trình sấy nhằm làm tăng năng lượng nhiệt cháy; đối với gốm sứ, quá trình sấy làm tăng độ bền cơ của mộc, Tuy nhiên quá trình sấy cũng đòi hỏi chất lượng cao, tiêu tốn ít năng lượng và chi phí vận hành thấp 1.1.3 Nguyên tắc chung Cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái từ pha lỏng trong vật liệu thành pha hơi Nhiệt được cung cấp cho vật liệu ẩm được tiến hành bằng các phương pháp như dẫn nhiệt – sấy tiếp xúc, cấp nhiệt bằng đối lưu – sấy đối lưu, cấp nhiệt bằng bức xạ - sấy bức xạ Ngoài ra còn có các phương pháp đặc biệt khác như: dòng sấy nhiệt cao tần, sấy trong môi trường sống siêu âm, sấy thăng hoa, 1.1.4 Các phương thức sấy Vì có nhiều mục đích và ý nghĩa nên đối tượng của quá trình sấy rất đa dạng: nguyên liệu, bán thành phẩm, các giai đoạn trong quá trình sản xuất, Tuy nhiên, sấy cũng là một quá trình phức tạp, đôi khi nó còn đóng vai trò quyết định trong quy trình sản xuất Do đó, tùy vào đối tượng và mục đích sản xuất, có các phương thức sấy phổ biến sau đây: 1 − Sấy loại bỏ tác nhân − Sấy có bổ sung nhiệt trong phòng sấy − Sấy có đốt nóng giữa chừng − Sấy có tuần hoàn khí thải 1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tốc độ sấy − Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm… − Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề dày lớp vật liệu… − Diện tích bề mặt riêng của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh − Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy − Nồng độ chất khô của nguyên liệu: + Nồng độ cao: Giảm được thời gian bốc hơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình sấy phun + Nồng độ thấp: Tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình (Trong thực tế nồng độ khoảng: 45-52%) − Nhiệt độ tác nhân sấy: Đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy phun Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu ta tăng nhiệt độ tác nhân sấy Nhiệt độ cuối cao thì nhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấy cũng tăng Tuy nhiên nếu tăng nhiệt độ cao có thể gây phân huỷ một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm vói nhiệt và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho toàn bộ quá trình − Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy − Các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy phun là tốc độ bơm dòng nguyên liệu vào cơ cấu phun sương, lưu lượng không khí nóng vào buồng sấy, cấu tạo và kích thước buồng sấy… 1.1.6 Phân biệt quá trình sấy với một số quá trình làm khô khác Có một số quá trình cũng làm giảm lượng ẩm trong vật thể nhưng không phải quá trình sấy, ví dụ: 2 − Cô đặc: là phương pháp làm giảm ẩm của vật thể (dung dịch) bằng các đun sôi (như cô đặc dung dịch sữa, ) − Vắt: là quá trình làm giảm ẩm bằng phương pháp cơ học Phương pháp này chỉ có thể làm cho ẩm tự do thoát ra khỏi vật 1.2 Thiết bị sấy phun 1.2.1 Khái quát về thiết bị sấy phun Sấy phun là một trong những công nghệ sấy công nghiệp chính do khả năng sấy một bậc nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột khá đơn giản, dễ dàng kiểm soát nhiệt độ và định dạng hạt sản phẩm một cách chính xác Thiết bị sấy phun được kết cấu tương đối phức tạp, trong đó quá trình sấy xảy ra mãnh liệt Nghĩa là quá trình sấy thực hiện đối với từng giọt lỏng phun ra, nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột mịn khá đơn giản, dễ dàng kiểm soát nhiệt độ và định dạng sản phẩm một cách chính xác 3 Hình 1.1 Hệ thống máy sấy phun trong nhà máy gạch ép 1.2.2 Phân loại: Có nhiều cách phân loại khác nhau dựa vào cách bố trí và nguyên lý máy sấy phun − Phân loại theo chiều tác nhân sấy: + Cùng chiều: là phương pháp sấy phun bố trí vòi phun ở trên phun xuống, cùng chiều với Caloriphere + Ngược chiều: là phương pháp phun ở trên phun xuống, ngược chiều với Caloriphere từ dưới lên + Kết hợp là phương pháp vòi phun hướng lên, Caloriphere hướng xuống và sau đó dung dịch được phun ra nhờ trọng lực hướng xuống cùng chiều với Caloriphere 4 Hình 1.2 Phân loại theo chiều tác nhân sấy − Phân loại theo vòi phun: + Vòi phun tạo sương bằng cơ khí + Vòi phun tạo sương loại khí động + Bộ phận tạo bụi sương bằng lực ly tâm − Phân loại theo cấp độ sấy: + Sấy một cấp (sấy phun) + Sấy hai cấp 5