Giáo trình thiết bị nhiệt

3600 ZZZ 2min += , h (6.24) Vì trong thực tế quá trình sấy không tiến hành đồng đều nên thời gian sấy thực tế phải nhân lên với hệ số Kk . Lò Tuynnen Kk = 1,2 - 1,5 lò sấy phòng Kk=1,5 – 3. Khi sấy vật liệu chịu lửa samot thời hạn sấy có thể xác định theo công thức của A.A.Samilin. hKZ k ..5,3. 2δ= (6.25) Chiều dày “tính toán” xác định theo V.N.Zinim 100 F V=δ (cm) (6.26) V:thể tích của vật thể F:Bề mặt bốc hơi thực tế 6.11.CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY S2 (wñ -wth) 8K∆Wmax 1,15. S. γ0 100M Wth - wcb Wc - wcb 157 Trong công nghiệp gốm người ta dùng các phương pháp sấy khác nhau đối với vật liệu và sản phẩm. Theo phương thức truyền nhiệt người ta phân chia thành các loại sau: 6.11.1 Sấy đối lưu. Hơi ẩm bốc đi do hơi nhiệt truyền cho sản phẩm bằng cách tiếp xúc chất tải nhiệt hay động lực sấy ( khói lò hoặc không khí nóng ) với sản phẩm đó. Nhiệt lượng trao đổi bằng đối lưu càng lớn tốc độ sấy càng nhanh. Do đó theo chiều dày của sản phẩm có chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và trung tâm, kết quả hơi ẩm sẽ truyền từ lớp bên trong ra ngòai bề mặt sản phẩm. Trong giai đoạn đốt nóng, nhiệt độ bề mặt cao hơn bên trong do đó dòng nhiệt dẫn dưới tác dụng của gradient nhiệt độ hướng vào trong lòng sản phẩm làm chênh lệch hơi ẩm theo chiều dày sản phẩm càng lớn và đó là nguyên nhân xuất hiện kẽ nứt. Tuy nhiên phương pháp sấy đối lưu vẫn là phương pháp phổ biến nhất trong công nghiệp do tính đơn giản của nó. 6.11.2 Sấy bức xạ. Trong trường hợp này nhiệt tiêu tốn cho quá trình bốc hơi được truyền từ các mặt đốt nóng bằng bức xạ. Khi đó nhiệt độ bề mặt vật liệu sẽ tăng lên rất nhiều so với nhiệt độ bầu ướt với các thông số của môi trường xung quanh. Kết quả chênh lệc áp suất riêng phần trên bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh tăng lên, làm tốc độ sấy tăng lên nhiều lần. Cũng như trên, vì nhiệt độ bề mặt tăng nhanh nên dòng nhiệt dẫn ẩm hướng vào bên trong sản phẩm. Cho nên độ ẩm phần bên trong ở giai đoạn đầu trở nên lớn hơn độ ẩm trung bình ban đầu và chênh lệch độ ẩm theo chiều dày là lớn nhất làm cường độ bốc hơi từ bề mặt tăng lên. Vì chênh lệch độ ẩm theo chiều dày lớn nên không thể sấy các sản phẩm dày, phức tạp. Phương pháp này dùng hiệu quả nhất đối với sản phẩm mỏng như chén, bát, và tốc độ sấy có thể tăng lên 10-12 lần cường độ bức xạ và sấy phụ thuộc vào công suất của dòng bức xạ. Để sấy sản phẩm bằng phương pháp này ng ười ta dùng các panen kim loại hay gốm được đốt nóng lên 450-8500C bằng điện hay khí, kinh tế hơn 8-16 lần so với phương pháp dùng thanh điện cực. Việc sử dụng bóng điện bức xạ không tốt lắm, do bức xạ không đều và không tạo được trường nhiệt độ đòng đều theo toàn bộ bề mặt vật liệu sấy với phương pháp tương tự khi sấy tấm lót từ độ ẩm 7,5-1%, thời gian sấy khoảng 17-20 phút và tiêu tốn năng lượng điện 2,5 K Wh cho 1Kg hơi ẩm bốc hơi (Khoảng 9000 KJ/Kg hơi ẩm bốc hơi). Khi sấy bát, chén sứ thời gian sấy 7-8 phút, khi nhiệt độ khí trong panen bức xạ 450-8500C và khoảng cách bức xạ 200mm. 6.11.3 Sấy cao tần. Nhiệt độ bốc hơi trong trường hợp này là hiệu ứng nhiệt độ tác dụng của trường điện cao tần. Trong khi đó toàn bộ thể tích vật liệu được đốt nóng như nhau, song bề mặt ngoài của sản phẩm dày toả nhiệt ra môi trường xung quanh và hơi ẩm bốc đi từ bề mặt (có tiêu tốn nhiệt), cho nên nhiệt độ bên trong lớn hơn nhiệt độ bên ngoài. Kết quả dòng nhiệt dẫn ẩm dưới tác dụng của gradient nhiệt độ đi từ lòng ra mặt sản phẩm, tức là cùng chiều với mặt dẫn ẩm ( bởi gradient độ ẩm) kết quả tốc độ sấy tăng lên. Thay đổi tần số, công suất, cường độ bốc hơi có thể điều chỉnh được chênh lệch độ ẩm nằm trong phạm vi cho phép). 158 Theo G.A.Maksinov, khi đốt nóng mạnh vật liệu ẩm trong trường điện cao tần, ở bên trong sản phẩm có áp suất hơi dư khi nhiệt độ vật liệu >600C ) và áp suất này tăng theo nhiệt độ, gradient áp suất dư đó là động lực chính để truyền hơi ẩm. Sấy cao tần dùng rất tốt đối với các sản phẩm dày, to như sấy sản phẩm nặng 100 Kg từ độ ẩm 29-30% xuống 23-24% khi chênh lệch độ ẩm cho phép theo tiết diện<1% có thể thực hiện sau 45 phút. 6.11.4 Sấy điện tiếp xúc. Nhiệt bốc hơi khi sấy tiếp xúc là hiệu ứng nhiệt sinh ra do dòng điện trực tiếp đi qua sản phẩm sấy nhờ độ dẫn điện của chúng. Ưu điểm của phương pháp này cũng như ở sấy cao tần, nghĩa là gradient độ ẩm và gradient nhiệt độ hoàn toàn trùng nhau. Do đó quá trình sấy nhanh và đều đặn. Thay đổi điện áp và cường độ dòng điện có thể điều chỉnh được tốc độ sấy. Điện trở của vật liệu tỷ lệ nghịch và độ ẩm của chúng. Ví dụ điện trở riêng của phối liệu làm nồi nấu thuỷ tinh là 1250-1500 3/ cmmΩ khi chứa hơi ẩm tự do và bằng 2500-3000 3/ cmmΩ khi độ ẩm còn 2- 3%. Phương pháp này thường áp dụng đối với các sản phẩm to lớn và dày, ví dụ như nồi nấu thuỷ tinh, các khối xây lò thuỷ tinh. Thời gian sấy đối với nồi nấu thuỷ tinh dung tích 0,75 tấn là 360-480 giờ, tiêu tốn điện năng để bốc hơi 1Kg hơi ẩm khoảng 3300- 4200 Kj/Kg hơi ẩm. Đối với khối xây lò thuỷ tinh từ Wđ=28% đến Wc=4,8 % kéodài 577 giờ và tiêu tốn gần 7000Kj/Kg hơi ẩm bốc hơi. Đôi khi cũng dùng để sấy các thỏi phối liệu trước khi tạo hình sứ điện. Ngoài bốn phương pháp trên ta còn gặp các phương pháp hỗn hợp đối lưu-bức xạ, đối lưu-cao tần, cao tần-bức xạ. 6.12. YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI LÒ SẤY. Trong công nghiệp người ta phân loại lò sấy theo đặc tính về cấu tạo, trao đổi nhiệt,… • Theo chu trình làm việc người ta chia lò sấy liên tục và gián đoạn. • Theo phương thức truyền nhiệt có lò sấy đối lưu, bức xạ cao tần và điện tiếp xúc. • Theo dạng động lực sấy ta có các lò làm việc bằng không khí nóng, khí lò, hơi nước và dòng điện. • Theo dang vật liệu sấy ta chia lò sấy sản phẩm tạo hình và lò sấy vật liệu tơi dạng hạt. • Theo sơ đồ chuyển động của vật liệu và động lực sấy ngược chiều và cùng chiều. • Theo cơ cấu tạo ra có lò sấy tuynnen, lò sấy đứng, sấy phòng, lò sấy thùng quay… • Theo phương pháp trao và vận chuyển nguyên liệu có lò sấy phun, lò sấy xích chuyền, lò sấy tầng sôi, lò sấy nghiền liên hợp. Yêu cầu chung đối với lò sấy là: - Tốc độ sấy lớn nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng vật liệu sấy. - Tiêu tốn điện năng và nhiệt năng trên 1kg hơi ẩm bốc hơi nhỏ nhất. - Sấy đồng đều theo toàn bộ thể tích lò sấy. - Cường độ thể tích ( lượng hơi ẩm bốc hơi từ 1m 3 thể tích lò sấy ) lớn. - Dễ điều chỉnh thông số động lực sấy. - Cơ khí hoá được việc xếp dỡ và vận chuyển sản phẩm. - Có các thiết bị kiểm tra và thoả mãn tiêu chuẩn vệ sinh. Một trong những yêu cầu cơ bản là sấy đồng đều theo toàn bộ thể tích của lò sấy. Do không đồng đều đặc trưng bằng độ ẩm khác nhau của vật liệu sấy cùng đặt trong một lò sấy (lò sấy phòng) hoặc một toa xe (lò tuynnen) và xác định bằng hệ số không đều 159 kK , hệ số này bằng tỷ lệ giữa hai độ ẩm cực đại Wmax và cực tiểu Wmin của sản phẩm sấy trong cùng một phòng sấy hay cùng một toa xe, khi chúng có cung độ ẩm ban đầu như nhau Wđ. min max W W=kK (6.27) Thông thường kK >1 chỉ khi sấy lý thuyết kK =1. Hệ số không đều kK là một chỉ tiêu quan trọng của lò sấy vì nó là kích thước đo sự hoàn thiện về phương diện chuyển vận và phân bố dòng khí, nó ảnh hưởng đến thời hạn sấy và độ đồng nhất của sản phẩm sấy. Nếu Kk càng lớn thời gian sấy càng dài. Độ đồng đều trong lò sấy phòng thể hiện theo chiều cao và chiều dài của phòng sấy, trị Kk có thể tới 3 hoặc lớn hơn. Trong lò sấy tuynnen độ không đều thường lấy theo chiều cao lớp xếp trên xe và Kk=1,5-2. Nếu tăng tốc độ động lực sấy va tốc độ dòng tuần hoàn có thể hạ trị số Kk. Ngoài ra trong lò sấy có thể có vật liệu kém phẩm chất hay do phế phẩm qua nhiệt. Điều này có quan hệ tới chiều hướng chuỷen động nguyên liệu và động lực sấy (cùng chiều, ngược chiều…) Làm việc cùng chiều khi tốc độ sấy cho phép ở giai đoạn đầu lớn và nhiệt độ vật liệu sấy không được cao. Còn ngược chiều khi tốc độ sấy cho phép cao ở cuối quá trình sấy. 6.13.CẤU TẠO LÒ SẤY. 6.13.1 Lò sấy thùng quay. 1. Bunke nguyên liệu 2. nạp liệu 3. Ống dẫn nguyên liệu 4.Lò sấy 5. Buồng cuối lò 6. Ống dẫn 7. Gầu nâng 8. Buồng đốt 9. Siklon 10. Ống dẫn từ siklon 11. Động cơ chạy lò 12. Bệ đỡ 13. Quạt gió 14. Ống khói Lò sấy thùng quay phổ biến rộng rãi trong côngnghiệp silicat để sấy các vật liệu tơi dưới dạng hạt như cát, đất sét, than… 160 Phần chủ yếu của lò sấy thùng quay là ống trụ thép hàn hoặc tán rivê, khoảng không bên trong là khu vực sấy. Tuỳ theo đường kính của ống thép, chiều dày của thành ống từ 10 đến14 mm. Ống thép này đặt nghiêng 5-60 trên ổ trục quay. Để tránh tụt lò 1 trong 2ổ trụ đó có bệ đỡ. Hai đầu ống có hai buồng nhỏ để nạp tháo liệu và động lực sấy. Giữa ống thép và hai buồng này phải có đệm khí để ngăn không khí lạnh hút vào. Lò sấy thường quay với tốc độ 4-6 vòng /phút, do động cơ điện với hộp giảm tốc khoảng gần giữa lò. Động lực sấy có thể là không khí nóng. Khói lò thường dùng khói lò từ buồng đốt đơn giản. Để tránh bụi bay ra nhiều tốc độ động lực sấy không qua 2-3 m/s. Sơ đồ lò sấy thùng quay trong hình 6.8 Động lực sấy và vật liệu có thể đi cùng chiều và ngược chiều. Ngược chiều dùng cho cát, đá vì những vật liêu này có thể đốt nóng đến nhiệt độ cao ở gian đoạn cuối của quá trình sấy. Nhưng đa số vật liệu được sấy theo sơ đồ cùng chiều. Đặc biệt những vật liệu dẻo, ẩm khi sấy cùng chiều sẽ dễ loại hơi ẩm ban đầu và vật liệu sẽ dễ trở nên tơi. Đất sét khi sấy không được phép mất tính dẻo do quá nhiệt. Thông thường nhiệt độ khói ra khỏi lò sấy 110-1200C và vật liệu đất sét ra khỏi lò 70-800C. Chế độ sấy đối với các vật liệu khác nhau cho trong bảng 6-5. Để tăng cương trao đổi nhiệt, nguyên liệu sấy cần được đập vụn trong lò hoặc nguyên liệu cần phân thành những vật liệu nhỏ trong lò, cũng như tăng mặt tiếp xúc giữa vật liệu và dòng khí. Với mục đích đó trong 1 lò người ta đặt các bộ phận gọi là đệm, các kiểu đệm cho trong hình 6.9, khi sấy vật liẹu hạt thô người ta dùng lò sấy và các cánh sới đặt dọc theo lò. Với vật liệu nhỏ hơn, người ta dùng đệm kiểu ô hở. Vật liệu rất mịn tốt nhất dùng đệm kiểu ô kín, mỗi ô này là 1 kênh nhỏ chạy dọc theo lò khi lò quay, chiều cao rơi của vật liệu tương đối nhỏ. Để tăng độ đồng đều của quá trình sấy, năng suất của lò và kết hợp 1 phần vào giữa nghiền và sấy, người ta mắc xích ở 1 phần đàu lò khi quay, xích đập sơ bộ các cục đất to nhưng laị làm tăng lượng bụi theo dòng khí. Độ dày của vật liệu trong thùng quay dao động trong khoảng 0,15-0,20. Độ dày cao nhất ở lò quay có đệm kiểu ô bên trong. Bảng 6-5 Chế độ sấy trong lò sấy thùng quay. Vật liệu Kích thước Độ ẩm đầu % Độ ẩm cuối % Nhiệt độ khí vào 0C Nhiệt độ khí ra 0C Cườn g độ bốc hơi ẩm Kg/m3 Khối lượng thể tích vật liệu tơi Kg/m3 Kiểu đệm nên dùng Đất sét Cao lin “ “ Cát “ Xỉ lò cao Than đá Đến 40 “ “ “ 22 25 27 19,8 6,0 15 21 25 5 0,5 0,7 1,8 0,3 3,0 0,3 15 600-700 800 800-1000 800-1000 1000 700 500 600 80-100 100 60 60 90 - 90 74 50-60 36 42 28 100 804 18-25 25,8 1800 1800 1500 1500 - - - - Cánh sới Ô đệm Cánh sới “ Ô đệm “ “ Cánh sới Xác định kích thước cơ bản Kích thước cơ bản của lò sấy thùng quay được xác định theo năng suất đã cho, hệ số độ đầy nguyên liệu, tốc độ động lực sấy và cường độ bốc hơi. Theo A.P.Vorosilov, đường kính trong của lò sấy được xác định theo công thức sau: 161 v VLDtq )1( 0188,0 00β−= (m) (6.28) L0 : Lượng động lực sấy khô. β : hệ số Độ đầy nguyên vật liệu trong thùng quay 0,15 ÷ 0,20 V0 : Thể tích khí ẩm tương ứng với 1 kg khí khô v: Tốc độ động lực sấy (khí) (m/s 2-3 m/s) Chiều dài làm việc của thùng quay xác định theo công thức: w k tq q VL vGL 00 cd cd )W100)(W100( )1)(WW( 360000 −− −+= β (m) (6.29) Gk : năng suất lò sấy theo vật liệu khô tuyệt đối (Kg/h) Wd, Wc : độ ẩm đầu và cuối của vật liệu sấy % độ ẩm tương đối qw : Cường độ bốc hơi ( kg/m3.h) (bảng 7-5) Chiều dài thùng quay có thể xác định gần đúng theo lượng hơi ẩm bốc hơi từ vật liệu (Kg/h) , cường độ bốc hơi qw 2.785,0. tqw tq Dq nL = (m) (6-30) Công thức trên được rút ra từ: tq tq w tq L D q nV 4 . 2π== (m3) (6-31) Có thể xác định thể tích thùng quay theo: tbv tqtq t QKV ∆= α (m 3) (7-32) Ktq: hệ số kể đến phần thể tích của thùng quay bị chiếm chỗ bởi đệm Ktq = 1,1÷ 1,2 Q: lượng nhiệt truyền từ khí cho vật liệu cháy (W) ∆ ttb : Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit giữa khí và vật liệu ở đầu và cuối lò sấy, (độ) α v: Hệ số cấp nhiệt thể tích ứng với một đơn vị thể tích tự do của thùng quay không bị chiếm chỗ bởi đệm. Khi α v.v = 2,5 kg/m2 s, giá trị α v cực đại bằng 290 w/m3.độ Nếu sấy đất sét có đệm cánh sơi với tốc độ quay trung bình 3-5 vòng/phút và độ ẩm từ 1,5 - 2,5 thìα v= 70-82 w/m3.độ. Khi sấy cát có hạt 0-3,5 mm thìα v = 90-106 w/m3.độ, với than 0-12 mm, độ ẩm 14- 3,5 % thìα v= 140w/m3.độ. Luợng nhiệt truyền từ khí cho vật liệu cũng như tiêu tốn để bốc hơi ẩm và đốt nóng vật liệu có thể xác định theo phương trình: Q = (2493 +1,97tk – 4,2tvl)0,278n +0,278qvl ( W ) (6-33) tk: Nhiệt độ lúc ra khỏi thùng quay (0C) 162 tvl: Nhiệt độ ban đầu của vật liệu khi vào thùng quay ( 0C) n: Lượng hơi ẩm bốc hơi (kg/h) qvl: tiêu tốn nhiệt để đốt nóng vật liệu (Kj/h) Nếu biết thể tích động lực sấy Vk (m3/h), có thể xác định Dtq từ phương trình )1(.3600 4 βπ −= tq v D KV (m/s) (6-34) Lấy v=2,5 m/s, β = 0,2 Dtq = 0,0133.Vk (m) (6-35) Trong thực tế lò sấy thùng quay được sản xuất hàng loạt theo tiêu chuẩn (bảng 6-6). Khi đó, ta có thể cho gần đúng, rồi sau tính toán nhiệt, ta xác định kích thước của nó theo các công thức trên và điều chỉnh tốc độ khí lúc ra lò. Thời hạn sấy trong thùng quay (thời gian lưu lại của các vật liệu trong thùng quay) xác định từ công thức sau: tb tq G V ρβτ .= ,(h) (6-36) Vtq: thể tích thùng quay (m3) ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −−−== cd W100 100 W100 100 w k w tq q K q NV (m3) Trong đó: −ρ Mật độ vật liệu tới trong thùng quay khi độ ẩm trung bình (Wd +Wc)/2 đối với cát ρ = 1200 ÷ 1300 kg/m3, đất sét ρ = 1500 ÷ 1600 kg/m3 Gtb – Năng suất trung bình của thùng quay ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −−−= cd W100 100 W100 100 2 k tb GG (m3) (6-38) Gk- năng suất lò sấy theo vật liệu khô tuyệt đối xác định theo công thức A.P.Vorosilov (6-39) Thời gian vật liệu lưu lại trong lò sấy có thể xác định theo phương trình: )W(W-200 WW ...120 cd cd − −= wq ρβτ (phút) (6-39) Số vòng quay của lò sấy xác định theo công thức: ατ tgD LA n tq tg q .. .= (vòng/ phút) (6- 40) A - Hệ số, khi sấy ngược chiều đối với cát và đất sét có thể lấy bằng 0,4 ÷ 0,65 α - Góc nghiêng của thùng quay ,(độ) Công suất điện cần thiết xác định theo công thức của Voronlov Nd = 0.0013Dtq3.Ltq.ρ.β (KW) (6- 41) β - Hệ số công suất, trong bảng 6-7 163 Bảng 6-6 Đặc tính kĩ thuật của lò sấy thùng quay Số của lò Chỉ tiêu 1 2 3 4 5 6 Đường kính trong Dtq, m 1,5 1,8 2,2 2,2 2,8 2,8 Chiều dài Ltq, m 8,0 12,0 12,0 14 12 14 Thể tích Vtq, m3 14,2 30,5 45,5 53,2 74 86,2 Tỷ lệ L/D 5,3 6,7 5,5 6,4 4,3 5,0 Số ổ đệm 25 28 28 28 51 51 Chiều dày vỏ thép S, m 10 12 14 14 14 14 Trọng lượng trung bình Gtb 13,6 24 42 45,7 65 70 Công suất điện KW 6,0 10 12,5 15 20 26 Bảng 6-7Giá trị hệ số công suất Hệ số đầy β Kiểu đệm trong thùng quay 0,1 0,25 0,2 0,25 Hệ cánh sơi 0,038 0,053 0,063 0,071 Hệ ô hở 0,013 0,026 0,038 0,044 Hệ cánh chắn 0,0125 0,018 0,020 0,022 Hệ ô kín 0,006 0,008 0,01 0,011 Để xác định thể tích và kích thước thùng quay có thể sử dụng giản đồ của K.A.Nokhratian (hình 6-10). Ví dụ cần lựa chọn lò sấy đất sét với năng suất 10 tấn/h. Từ Wd = 24 đến Wc = 4% 164 Ta tìm đệm ở trục hoành dưới (10 tấn/h) và điểm B ở trục hoành trên ứng với loại hơi ẩm phải loại trừ (24 – 4 = 20%), lấy cường độ bốc hơi theo bảng 6-5 là qw = 50 Kg/m3.h Đường thẳng qua A và đường ngang qua C gặp nhau ở điểm D. Chọn lò dung tích 44,5 m3 , đường kính 2,2 m, dài 12 m. khi đó cường độ bốc hơi thực tế ở điểm C ứng với 45 Kg/m3.h 6.1.3.2 Sấy nghiền liên hợp Quá trình sấy và nghiền đồng thời trong một hệ thống nhất định phổ biến rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp ở nhiều nước Châu Âu. Trong công nghiệp Silicat, nó dùng để sấy nghiền nguyên nhien liệu cho san xuat ximăng, san xuat thạch cao, cao lanh, đất sét và các vật liệu dạng hạt khác. Đây là một ống sấy có đường kính có thể đến 1m, trong đó sấy các vật liệu với kích thước hạt không quá 20mm(hình 6-11). Nguyên tắc làm việc như sau: đầu tiên nguyên liệu được đập sơ bộ trong máy đập 1 sau đó nhờ máy tiếp liệu 2, đưa nguyên liệu từ kích thước vào máy nghiền 3. Đây là loại máy nghiền đặc biệt, ngoài tác dụng nghiền của nó còn có tác dụng quạt các hạt nhỏ bay theo dòng khí . Động lực sấy đồng thời là tác nhân vận chuyển vật liệu sấy là không khí nóng hoặc khói lò từ buồng đốt 5. Vật liệu nhỏ bay theo dòng khí theo ống 4. Tức là vật liệu nằm ở trạng thái cân bằng trong dòng khí. Cuối cùng vật liệu được tích tụ tại cyclon 6 và nhờ vít ruột gà 8 đưa ra ngoài. Lực chuyển động khí ở đây do quạt hút 7 thành lập. Nếu vật liệu đã mịn , đôi khi không cần đến máy nghiền và ta chỉ còn hệ thống ống. Ngược lại khi sấy nghiền đồng thời, động lực sấy cho thẳng vào máy nghiền. Khi đó cường độ sấy tăng lên do bề mặt vật liệu sấy lien tục bị đập vỡ và do vật liệu bị đốt nóng phụ bới công cơ học của búa hay bi nghiền biến thành nhiệt(80% năng lượng biến thành nhiệt năng),cũng có trường hợp ngay ở máy nghiền độ ẩm hạ đến yêu cầu và ống sấy 4 không cấn đến nữa . Trường hợp cần sấy vật liệu có kích thước hạt lớn hơn trong trạng thái cân bằng người ta dung hệ thống nghiền phun .Một trong những kiễu này dung trong công nghiệp gốm ở CHDC Đức cho trong sơ đồ hình 6-12 loại này có thể sấy đất sét ,cao lanh ở dạng lỏng, dẻo hay cục. Ở loại này nguyên liệu qua máy tiếp liệu 1 và máy đập 2. Sau đó theo 165 máy tiếp liệu 3 vào máy nghiền 4 nấu nguyên liệu không cần nghiền (bánh đất sau khi ép dọc khung bản, hoặc hỗn hợp) thì đưa trực tiếp vào máy tiếp liệu 3. Máy nghiền nhanh sẽ tung nó theo đường ống 5 vào phòng sấy 6 để tạo dòng xoáy.Vật liệu thông qua sang rung 8, hạt nhỏ theo gàu nâng (hoặc ống khí) 9 vào vít vận chuyển 10 và két chứa 11. Dòng khí đi qua hệ cycon 12 và quạt hút 13 ra ngoài . Chế độ làm việc của lò sấy nghiền cho trong bảng 6-8. Độ ẩm tuyệt đối của vật liệu (%) Nhiệt độ khí 0C Nguyên liệu Kích thước hạt (mm) Wđ Wc Ban đầu Lúc sau Tốc độ chuyển động (m/s) Than 0-3 45-55 2-40 500 260-340 12-31 Than 3-6 45-55 2-40 500 260-340 12-31 Than 6-10 45-55 2-40 500 100-240 12-31 Than 0-15 40-60 27-43 200-400 150-190 17-20 Than 0-20 47-51 26-34 400 150-280 30-44 Than cám Antra 0-15 8-14 3-5 240-380 320 16-25 Than bùn 0-10 100-140 18-57 400-700 100 19-33 Sulfat manhe 0-8 92-97 11-25 610-720 273-350 40-42 166 Cường độ sấy theo hướng hơi ẩm ở lò sấy nghiền liên hợp rất cao q w =300-350 kg/m3h. Động l ực sấy đi vào ống sấy có nhiệt độ 300-8000C và tốc độ 10-35 m/s . Hạt vật liệu càng nhỏ, hàm lượng hơi ẩm tự do càng cao lò sấy này càng kinh tế hơn. Hợp lý hợp lý hơn cả khi sấy trong ống sấy này có kích thước hạt không quá 10mm, nhiệt độ ban đầu không quá nhỏ hơn 600oC và cuối cùng 100-5000C. Mật độ vật liệu 0,5- 1,5 kg/kg khí. Ở lò sấy phun tốc độ khí đi trong ống 5 khoảng 15-20 m/s, ở phòng sấy 6 hạ xuống còn 4-5m/s. Xác định kích thước của máy sấy nghiền liên hợp Trong lò sấy thùng quay khoảng 60% vật liệu nằm ở trạng thái cân bằng còn ở đây 100%. Vì tốc độ vận chuyển nhanh và bề mặt bốc hơn cao, do đó cường độ bốc hơi lớn hơn và thời gian sấy kéo dài khoảng 1,5-2,5 giây. Vật liệu này được tách ra trong cyclon . Tiết diện ngang của ống sấy được xác định theo tốc độ và động lực sấy . )( 4 . 22 m v VDF k k== π (6-42) Từ đây đường kính trong ống sấy bằng: (6-43) D= k k v V .13.1 (m) (6-43) 167 Vk -Lượng động lực sấy đi vào ống sấy ở nhiệt độ ban đầu m3/s vk-Tốc độ động lực sấy (m/s) Tốc độ động lực sấy bao giờ cũng vượt quá tốc độ giới hạn của hạt lớn nhất đi trong ống để không tạo sức cản thuỷ lực lớn (do các hạt lớn lắng đọng ) và không cần thiết tăng kích thước ống sấy. Ngược lại nếu tốc đọ khí nhỏ hơn tốc độ tới hạn thì vật liệu sẽ tách ra khỏi dòng khí và rơi xuống ,năng suất lò sấy sẽ giãm, đường kính sẽ tắc nếu không có máy nghiền ở dưới .Thường tốc độ khí phải lấy cao hơn 10-20% tốc độ tới hạn của hạt lớn nhất . Tốc độ tới hạn được xác định bởi cân bằng giữa lực trọng trường và áp suất tốc độ của khí. V. FVg kthvl ..2 .. 2 ρξρ = ( N) (6-44) V-thể tích hạt vật liệu m3. vlρ -Mật độ hạt vật liệu kg/m3 ( mật độ biểu kiến ) ξ -hệ số can . Vth-tốc độ giới hạn của hạt m/s F-bề mặt ngang của hạt m2 2 2 thV . kρ -áp suất tốc độ của dòng khí chuyển động .N/m2 Từ phương trình 6-44 ta có: 2 2 thV . kρ = F gV vl . .. ξ ρ (N/m) (6-45) Đối với hạt tròn dường kính D 2 2 thV = ξ ρ ξπ ρπ g d gd vlvl .. 3 2 ...6 4.... 2 3 = (N/m2) (6-46) Từ đây tốc độ tới hạn xác định theo công thức: Vth= k vldg ρ ρ ξ . . .3 .2. 3 2 = k vld ρ ρ ξ . .62,3 m/s (6-47) Hệ số cản ξ sụ phụ thuộc vào dạng hạt vật liệu và đặc tính chuyển động của dòng khí tức chuẩn số Re. Khi R>1000 hệ số cản ξ =0,28-0,32 và công thức để xác định tốc độ tới hạn của các hạt tròn có dạng . Hình 6.13. Biểu đồ xác định tốc độ bay của hạt đất sét có đường kính trên 4mm. Hình 6.14.Biểu đồ xác định tốc độ bay của hạt đất sét có đường kính nhỏ h ơn 4mm Vth=5,7. K d vl . . ρ ρ m/s (6-48) Trong thực tế sấy, không phải có hình dạng tròn, cho nên hệ số cản thường cao hơn 0,32,vì vậy có thể lấy =0,48 khi đó tốc độ dòng khí tăng lên 10% so với tốc độ tới hạn của vật là: 168 Vth=5,7. K d vl . . ρ ρ m/s (6-49) Từ công thức trên ta thấy rõ tốc độ tới han phụ thuộc vào mật độ của dòng khí và mật độ này lại biến đổi theo nhiệt độ ,thành phần và áp xuất khí. Tuy nhiên ảnh hưởng của mật độ khí đến tốc độ tới hạn của các hạt có kích thước khác nhau không giống nhau. Ví dụ hạt than <1mm, tốc độ tới hạn hầu như không phụ thuộc vào nhiệt độ khí. Tốc độ của đất sét phụ thuộc vào đường kính hạt và nhiệt độ khí cho trong bình 6-13,6-14. Đối với các hạt >1mm, nếu tăng nhiệt độ khí khi cùng một lưu khí thì lực nâng các hạt đó giãm đi, nên phải tăng tốc độ của khí lên. Nếu giãm áp suất, tốc độ tới hạn của các hạt sẽ tăng lên và càng tăng khi kích thước hạt càng lớn . Khi chuyển động trong ống sấy,thành phần nhiệt độ và áp xuất khí biển đổi.Thường ở cuối ống, do nhiệt độ và áp xuất khí hạ thấp nên tốc độ khí giãm. Khi ống sấy có đường kính như nhau thì ở phần cuối tốc độ khó có thể nhỏ hơn tốc độ tới hạn. Cho nên ống sấy cần phải làm móp phía trên hoặc cũng phải làm hình trụ nhưng cũng tính theo tốc độ ở cuối ống đó. Trong quá trính sấy mật độ vật liệu sấy thay đổi do độ ẩm biển đổi mật độ vật liệu ẩm có thể biểu thị bằng : acd W+= ρρ kg/m3 dρ - mật độ vật liệu ẩm (ứng với độ ẩm ban đầu Wd)-kg/m3 cρ - mật độ vật liệu khô(ứng với độ khô ban đầu Wk). Wa-Lượng hơi ẩm Wc= 100 W.dρ kg/m3 (6-51) w- độ ẩm tương đối của vật liệu ,% Nếu vật liệu khi sấy không thay đổi thì . 100 W.d cd ρρρ += kg/m3 (6-52) Từ đây ta có: W100 100 −+= cd ρρ kg/m 3 (6-53) Nếu không sấy đến khô tuyệt đối, mà chỉ từ wd đến wc thì: 169 c d W100 W100 − −+= cd ρρ kg/m3 (6-54) Chiều dài của ống xác định theo cường độ bốc hơi thể tích qw kg/m3.h và lượng hơi ẩm cần loại trừ khỏi vật liệu (kg/h). Thời gian sấy trong ống sấy phụ thuộc vào chiều dài của ống và tốc độ chuyển động của hạt. Khi chuyển động đều: Tốc độ chuyển động của hạt xác định theo hiệu số v=vk-vth .khi đó thời gian sấy sẽ bằng: thk VV L −=τ (6-55) Thông thường chuyển động của các hạt v bằng thực nghiệm, vì bằng tính toán lý thuyết rất khó tìm sự biến đổi vk và v trong qua trính sấy cũng như trong giai đoạn đầu ống đến lúc chuyển động ổn định trong ống công thức 6-55 chỉ cho ta giá trị gần đúng, và giá trị này thường nhỏ hơn thực tế. Nồng độ vật chất C trong dòng có ảnh hưởng nhiều đến thời gian sấy và xác định bằng tỷ lệ lượng vật chất Gvl kg/h với lượng động lực sấy Gk kg/h. C= k vl G G kg/kg (6-56) Khi chuyển động vật chất hình khí nén,nồng độ vật chất có thể 5-15 kg/kg. Nồng độ này phụ thuột vào mức độ sấy của vật liệu, độ ẩm, nhiệt độ động lực sấy, và xác định theo năng suất của lò sấy và tiêu tốn động lực sấy. Nếu tăng nồng độ sấy và tăng thời gian sấy. Trong trường hợp sấy nghiền liên hợp, dưới ống sấy là máy nghiền, động lực sấy trực tiếp đưa vào máy nghiền đó làm tăng năng suất của máy nghiền. Năng suất của lò sấy nghiền liên hợp phụ thuộc chủ yếu vào năng suất. Thiết bị sấy nghiền lien hợp có công suất không lớn 0,6-1,2 T/h, tiêu tốn điện năng 4-10 Kw.h/T sản phẩm đã sấy . 6.13.3 LÒ SẤY PHUN Trong công nghiệp silicát, đặc biệt trong công nghiệp gốm sứ đôi khi cần nguyên liệu ở dạng hồ trong nước thành dạng bột.Ví dụ cao lanh, đất sét sau khi lọc ở dạng hồ, ta cần phải loại trừ nước để có bột, sau đó chuẩn bị đem bán khô hoặc đóng bao chuyển đi xa. Sơ đồ cấu tạo của lò sấy phun hồ cho trong 6-15. Hồ được đưa vào buồng sấy hoặc tháp sấy 1 theo ống 10 qua bộ phận phun hồ thành bụi 4.Các hạt bụi này,do tác dụng của không khí hay khí nóng cho qua ống 11, được sấy khô. Nhờ bề mặt bốc hơi lớn nên cường độ bốc hơi cao.và cho các hạt vật liệu này sau khi khô có dạng hình cầu . Vật liệu đã khô rơi xuống đáy tháp sấy, nhờ cánh gạt 12 và vít vận chuyển 5 đưa ra khỏi lò sấy .khí thải đi qua khung lọc 7 do quạt hút 2 . Để đập các khung lọc cho bụi rơi xuống, trên tháp có bộ phận cơ khí 9,cánh gạt 12 và vít vận chuyển 5 quay được cho bộ phận cơ khí 18. Có 3 phương pháp tạo bụi: 1/ Phương pháp cơ khí, ở đây hồ được phun qua vòi phun (kiểu ống móp) với áp suất lớn khoảng 5-7 atm. 2/ phương pháp khí nén đi song song với giòng hồ và chất lỏng hay hồ đó bị toé thành bụi dưới áp suất cao (đến 200 atm) 3/ phân bụi bằng đĩa quay ly tâm . 170 Phương pháp đĩa quay ly tâm là hơn cả. Đĩa thường quay với tốc độ 7000-20000 vòng /phút đôi khi đến 25000v/p tốc độ vòng ngoài đến 180 m/s. Nhờ vậy hồ phân thành hạt 0.2-1 mm. Động lực sấy có thể là khói lò từ buồng đốt hoặc khí đốt. Nhiệt độ thấp ứng với không khí nóng từ thiết bị đốt nóng không khí (Calorifer). Càng tăng nhiệt độ thì năng suất và hệ số tác dụng hữu ích của lò càng cao. Tốc độ lực sấy 0,2-0,4 p/sec, sỡ dĩ nhỏ như vậy là giảm bớt lượng bụi bay ra ngoài . Ngoài kiểu cùng chiều trên còn nhiều sơ đồ khác cho trong hình 6-16. Tính toán lò sấy phun hồ: Lò sấy hồ với phương thức tạo bụi bằng đĩa quay có thể xác định bằng phương pháp sau: 171 Thể tích của phòng sấy Vs xác định gần đúng theo cường độ bốc hơi gw kg/m3h và lượng hơi ẩm loại trừ W kg/h. Vs = g W m3 Giá trị gw phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu của khí vào phòng sấy tk và xác định gần đúng theo công thức của A.A Voznesenski. Đường kính của phòng sấy D có thể xác định theo biểu đồ P.D.Lebedev trong hình. Ở trục hoành ứng với D/2 và nó phụ thuộc vào năng suất lò sấy 1/h và tốc độ ngoài của đĩa quay. Đĩa quay với tốc độ n=4000-20000v/p. Tốc độ vành ngoài nên thiết kế U=130- 200m/s và đường kính đĩa quay khoảng 100-500mm. Đĩa quay không nên quá rộng hơn giới hạn đó, vì khi đường kính lớn hơn việc phân bố dòng theo năng suất và tốc độ vành ngoài của đĩa ly tâm. Huyền phù sẽ không đều và sức chịu đựng của trục sẽ không đạt. Hình 6-17 . Biểu đồ xác định bán kính vòng sấy lò sấy được xác định theo công thức sau: H= 2 4 D VS ∏ m 172 Tỷ lệ chiều cao H và đường kính D của lò sấy trong khoảng 2,5-6m chiều cao 2,5-9m. Đường kính cực đại 10m và chiều cao lớn nhất 25m. Bề mặt của lọc tay áo B tính theo lượng không khí m3/h qua 1m2 mặt lọc và đường nằm trong khoảng 60-200m3/m2h Công suất điện đòi hỏi xác định theo công thức: N = 6 1 10.6.3 .191 UG Kw Trong đó :G1-Năng suất phun hồ, kg/h U-Tốc độ vành ngoài của đĩa, m/s Chính xác hơn dùng phương pháp của M.V.LuKov. Thể tích phòng sấy xác định theo: Vs = tbv t Q ..∆α m 3 Trong đó : Q - Nhiệt truyền từ không khí cho hồ để bốc đi lượng hơi ẩm W kg/h và đốt nóng sản phẩm khô G2 kg/h. vα - Hệ số cấp nhiệt thể tích . tbt∆ -Chênh lệch nhiệt độ trung bình . Đại lượng Q xác định theo công thức: Q = 4,187 w (595 + 0,47t2 - 1θ ) + 4.187C2G2 ( 12 θθ − ) , kJ/h Trong đó : t2 - nhiệt độ khí ở cuối quá trình sấy 0C 21 ,θθ - Nhiệt độ hồ vào và sản phẩm ra 0C Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi thì: ∆ t1= m m tt tt tt − − − 2 1 21 ln 0C t1- Nhiệt độ khí vào lò sấy 0C 173 tm- Nhiệt độ trung bình của bầu âm 0C t2- Nhiệt độ khí ở cuối giai đoạn tốc độ sấy không đổi 0C Hàm ẩm của khí ở cuối giai đoạn tốc độ sấy không đổi xác định bằng: D2 = 1 21 h1 ) W-W W ( 1 1000 dW +− g/kg khí khô W1,W2 - Độ ẩm hồ vào lò và của sản phẩm ra lò Wh - Độ ẩm hứt của sản phẩm % 1 - Lượng khí khô tiêu tốn cho 1 kg hơi ẩm bốc hơi d1 – Hàm ẩm ban đầu của khí . Nhiệt độ cuối cùng của sản phẩm: mm ttt +− −−= cbh 2h 22 WW WW )(θ Ở đây Wcb - Độ ẩm cân bằng của sản phấm % Chênh lệch nhiệt độ trung bình ở giai đoạn tốc độ sấy hạ thấp. 22 2 222 2 ln )( θ θ − − −−−=∆ t tt tttt m m 0C Tỷ lệ thời gian sấy ở giai đoạn 2 so với thời gian tốc độ sấy tổng cộng bằng : = cbh cb h ww wwtt wwtt −−− −−+ 1ln))(( ))(( 1 1 121 12 Do đó nhiệt độ trung bình sẽ bằng : ψψ 21 )1( ttttb ∆+−∆=∆ 0C Đường kính của hạt bụi hồ xác định bằng công thức: d = 98,5 m R n ς σ 1 Trong đó : n - Số vòng quay của đĩa ly tâm , v/p R - Đường kính đĩa ly tâm , m σ - Sức căng bề mặt chất lỏng ς - Khối lượng riêng của hồ hay huyền phù, kg/m3 Hệ số cấp nhiệt thể tích xác định bằng: kb vvdF − = − 1)1(110.58,1 3α Trong đó vα -Độ dẫn nhiệt của khí ở nhiệt độ trung bình của lò sấy, w/m.độ F- Tiết diện ngang của lò sấy , m2 d -Đường kính của hạt bụi hồ , m vb - Tốc độ bay của hạt ở nhiệt độ trung bình của lò sấy , m/s vk - Tốc độ trung bình của khí trong lò sấy, m/s 174 Các công thức trên dùng trong điều kiện thông số biến đổi như sau: G = 10 - 90 kg/h vk = 0,19 - 0,35 m/s d = (46 - 168).10-6m vb = 0,06 – 0,25 F = 4 – 29 m2 w1 =44.3 – 87 % Vs = 9,45 – 217 m t1 = 177 – 600 0C Để xác định F có thể dùng biểu đồ hình 6-17 . Để xác định đường kính D.Tốc độ khí ứng với tiết diện ngang của lò sấy không vượt quá 0,3 – 0,5 m/s.Tốc độ bay của các hạt có thể xác định (khi Re < 0,2 ) theo phương trình Stok hoặc gần đúng theo công thức: Vb = 276 kl dl lk- Khối lượng riêng của khí (Động lực sấy ), kg/m3 l - Chiều cao H và các thông số xác định như trên .Tiêu tốn nhiệt cho 1 kg hơi ẩm bốc hơi tiêu tốn điện năng khoảng 3600 -6200 kJ/kg tiêu tốn điện năng khoảng 10 – 20 Kwh/t sản phẩm. Để chuẩn bị phối liệu cho các đĩa sành ( trắng ) tạo hình bằng phương pháp ép khô, người ta sấy phối liệu trong lò sấy phun hồ với các thông số sau Độ ẩm của hồ % 42 – 55 Độ ẩm bột % 0,3 – 5 Nhiệt độ sấy 0C 100 Tốc độ động lực sấy -0,2 Chân không trong phòng sấy 50 – 60 N/m2 Hồ được phun bởi đĩa φ 125 mm quay với tốc độ 6000 v/p được 80 % bột có d= 75-100 k. Lò sấy có đường kính D = 2,5 m, chiều cao làm việc 3m, năng suất sẽ đạt 30 kg/h.Tính theo bột khô. 6.13.4 LÒ SẤY PHÒNG Đây là lò sấy làm việc giai đoạn, toàn bộ chu trình sấy bao gồm cả ra vào lò được lặp đi lặp lại tuần hoàn . Hình 6-18 Động lực sấy có thể là khí lò, có thể là không khí nóng. Có nhiều kiểu lò sấy phòng (hình 6-18) nhưng phổ biến nhất trong công nghiệp gốm là kiểu thứ 2, nên trong phần này chỉ nói đến phần thứ 2. Kích thước của phòng dài:8-12 m (hình 6 – 18 ) rộng 1,2-1,45 m cao (từ nền ) 2-3 m chứa được 3000-3500 viên gạch .Thông thường người ta ghép nhiều lò sấy thành một khối số phòng trong khối có thể từ 20-48 phòng. Tường lò xây bằng gạch chỉ nhưng có gờ để đặt giá sấy. Khoảng cách của gờ này xác định theo kích thước sản phẩm sấy . Sản phẩm ra vào lò nhờ xe đẩy đặc biệt, nên tiến hành cũng khá nhanh chóng. Phương pháp sấy nhanh ở lò này là do lượng động lực sấy vào lò ổn định có nhiệt độ ẩm tương đối cao ngay từ đầu quá trình sấy. Nếu tăng lượng động lực sấy tiến hành đồng đều do tăng tốc độ khí ở tiết diện sông của lớp xếp đến 2,5 – 3,5 m/sec. Ở đầu quá trình sấy nhiệt độ trong phòng 40-500C, cuối giai đoạn sấy nhiệt độ đạt đến 55-600C, nhiệt độ khí ở kênh giữa 120-180oC. Với chế độ sấy như vậy các van ở kênh khí được mở hoàn toàn, thời hạn sấy kéo dài 40-60 giờ. Để chế độ sấy êm dịu hơn, giảm tiêu tốn động lực sấy, đảm bảo chất lượng sản phẩm người ta dùng khí hồi lưu. Nhằm mục đích đó có thể điều khiển các van để lấy một phần khí thải pha vào động lực sấy. 175 Xác định số lò phòng Số lò phòng xác định theo năng suất nhà máy và thời gian sấy. Nếu ký hiệu năng suất sấy hàng ngày n viên (chiếc)/ ngày, thời gian sấy Z giờ thì dung tích của tổng các lò sấy phòng bằng: 24 .znN = viên Dung tích của một lò sầy phòng là Np viên, số lò sấy phòng xác định theo công thức: pN NK = phòng Cứ 9-10 phòng thì phải dự trữ 2-3 phòng để sữa chữa, quết dọn sản phẩm. Do đó số lò sấy phòng tổng cộng của nhà máy phải có là: 10 3 p pt K KK += phòng Thông thường nhiều phòng hợp lại một khối, có một hệ đường ray và xe goòng phục vụ chung. Nếu chiều rộng phòng ~ 1,45m, cao 2,3m, mỗi ngăn đặt 12 viên, theo chiều cao có 12 ngăn x 12 = 120 viên, cứ 1m chiều dài phòng ta đặt được 3 lượt, tức 3 x 176 120 = 360 viên. Lò thường dài 8-13m, do xác định được dung tích 1 lò phòng Np viên, nếu số phòng quá 20-25 phòng, ta có thể chia thành 2 hoặc 3 khối, mỗi khối xe goòng đẩy phục vụ riêng. 6.13.5 LÒ SẤY TUYNNEN Lò sấy tuynnen là lò sấy biến trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, vật liệu chiu lữa và một số sản phẩm phổ sành sứ khác. Những sản phẩm này cho phép tốc độ sấy trong giai đoạn đầu nhỏ và nghiêm khắc, còn trong giai đoạn cuối có thể lớn được. Đây là loại lò sấy làm việc liên tục và hiện đại hơn nhiều so với lò sấy phòng. Động lực sấy thường là khói lò hay không khí nóng, việc lựa chọn động lực sấy tuỳ theo điều kiện cụ thể của nhà máy. Cấu tạo của lò sấy tuynnen gồm đường hầm dài 24-36 m, rộng từ 1,1-1,6 m và cao từ đường ray đến trần lò 1,65-1,75 m. Ở đường hầm có đường ray, trên có goòng cùng sản phẩm sấy chuyển động. Đôi khi người ta dùng goòng treo trên đường ray, ở trần lò hai bên có cửa đưa động lực sấy vào và thải khí ra cửa này cách lò khoảng 1-2 goòng. Động lực sấy thường ngược với hướng chuyển động của xe goòng nhưng cũng có thể làm việc hoặc cùng chiều khi dùng sản phẩm thạch cao vì nhiệt độ thạch cao không được 60 -70oC. Nếu xếp sản phẩm mộc trên xe goòng thì lớp dưới chịu tải trọng của lớp trên và sấy khó đều vì vậy goòng sấy phải tạo thanh ngắn bằng gỗ, thép hoặc tấm sứ trên đó xếp sản phẩm. 177 Nhiều lò sấy tuynnen hợp lại thành một khối và có hệ thống thông khí, đường ray, bộ tời đẩy chung. Với cấu trúc của lò sấy như vậy rất khó điều chỉnh thông số động lực sấy ở giai đoạn có sản phẩm và đốt nóng chúng. Vì vậy ở các lò hiện đại người ta sử dụng khí hồi lưu. Vào các zôn này, tức là sấy một phần khí thải pha thêm vào động lực sấy để điều chỉnh các thông số động lực sấy, với biện pháp này sẽ tăng lượng động lực sấy chuyển động trong lò tức là tăng tốc độ của nó, chế độ sấy dịu hơn và chất lượng lò sấy tăng lên. Do đó nguyên tắc hồi lưu khí được sử dụng ngày càng nhiều ở các lò sấy công nghiệp gốm sứ, vật liệu chịu lửa. Trong hình 6-21 ta có lò sấy tuynnen với khí hồi lưu, ở đây động lực sấy theo chính 1 vào lò và cả kênh 2. Khí thải sẽ theo kênh 4 qua cửa 3 vào kênh thoát chính 75. Khí thải sẽ do quạt hút thải không khí qua ống nhưng một phần quay lại pha vào động lực sấy ở kênh 2 Khi đẩy goòng vào lò, sản phẩm lúc đầu có nhiệt độ thấp do đó hơi nước từ động lực sấy ngưng tụ trên bề mặt sản phẩm. Điều đó dể dẫn tới phế phẩm. Do đó tốt nhất là đặt thiết bị đốt nóng ngay từ đầu. Lò 6 đi đốt nóng sơ bộ sản phẩm trước khi đi vào dòng khí. Mặt dù tốc độ khí lớn- ứng với tiết diện sống 2-5m/s, ứng với toàn tiết diện ngang của đường hầm 1-2m/s nhưng vẫn không tránh khỏi sự phân lớp khí. Tốc độ và nhiệt độ của động lực sấy ở phần trên cao hơn phần dưới. Ngưyên nhân chính là do có khe hở lớn ở giữa lớp vật liệu và trần lò, khí có nhiệt độ cao hơn sẽ bay hướng lên trên. Đặc biệt khi dùng goòng treo khe hở giữa trần lò và vật liệu càng lớn, sự phân lớp đó sẽ dẫn tới tình trạng sấy không đều, vì vậy ở một số lò, khí hồi lưu nhờ quạt mạnh thổi qua khe hở ở trần lò xuống.Với cách làm như vậy ta có được một màng khí hướng động lực sấy đi chúc xuống phía dưới. Ví dụ lò sấy gạch chịu lửa cho trong hình 6-22, ở đây động lực sấy thổi qua khe với tốc độ 6,5-7 m/s. Ở các đoạn goòng số 10-11; 16-17 và 22-23. Để tăng độ ẩm động lực sấy có thể pha thêm hơi nước vào khí thải Hình6-22 Lò sấy tuynnen với màn khí Màn khí có thể tác dụng chia chiều dài lò sấy thành từng đoạn, mỗi đoạn có thể điều chỉnh thông số sấy Nhìn chung, để tăng tốc độ sấy rút ngắn thời gian sấy cần phải: • Sử dụng động lực sấy có nhiệt độ cao, nhiệt độ vào lò gần 100-120oC và ra lò không nhỏ hơn 35-45oC. • Động lực sấy có độ ẩm tương đối cao ở giai đoạn có sản phẩm (giai đoạn tốc độ sấy không đổi). Để thực hiện điều đó phải dùng khí hồi lưu. • Đảm bảo tốc độ sấy theo tiết diện sấy của lò trong khoảng 2-5 m/s. Ngoài những kiểu trên, còn có kiểu của Artemkin. Ở lò sấy này khí đi từ dưới lên lại quặt xuống (xem hình 6-23) nhờ cấu tạo đặc biệt của trần và đáy lò. Để hướng khí đi tốt hơn ở đầu xe goòng có tầm che kín gần sát trần. Kiểu này có ưu điểm là có thể sấy đủ các loại sản phẩm đặc biệt tốt đối với 178 Hình 6-23 lò sấy Tunen kiểu Artemkin sản phẩm có lổ thông. Độ không đêu của lò sấy thực tế bằng 1. Nhưng nhược điểm chính của kiểu náy là 4 goòng sấy ngoài luồng khí. Hai goòng vào lò để nằm ở trạng thái ngưng đọng hơi nước trong giai đoạn đốt nóng và dẫn tới phế phẩm. Vì vậy lò sấy này chỉ dùng để sấy gốm xây dựng có lổ thông. Trong công nghiệp ta còn gặp khá nhiều loại lò sấy tuynnen có kiểu đi xuyên hông, có kiểu khí đi qua các cửa ở đáy lò qua goòng và sản phẩm và thải ra ngoài do nhiều cửa ở trần lò. Xác định kích thước và số lò sấy Để xác định kích thước lò sấy tuynnen theo năng suất ta cần phải biết thời gian sấy đối với sản phẩm, lựa chọn kiểu goòng sấy, phương pháp xếp sản phẩm trên goòng sấy và dung tich của 1 goòng sấy. Theo kích thước của goòng sấy và lớp sản phẩm trên goòng sấy đó ta có thể xác định tiết diện ngang của lò sấy tuynnen. Khi sấy sản phẩm bằng các goòng sấy có nhiều tầng thì chiều rộng của lò sấy tuynnen được xác định theo công thức: B = b+2(50+100) , mm Và chiều cao của lò sấy từ đường ray đến trần lò xác định theo công thức: H = h+100 , mm Với: b_ chiều rộng của xe goòng h_ chiều cao từ đường ray đến đỉnh trên của lớp xếp Khi sấy sản phẩm gốm xây dựng, goòng sấy thường có kích thước sau: chiều rộng b = 1250 mm, chiều dài = 1500 mm, chiều cao = 1550 mm, số tầng xếp theo chiều cao. Khi xây là 6, khi sấy ngoài là 11. Chiều cao từ đường ray đến đỉnh của lớp xếp: đến với gạch là 1680 mm, ngoài là 1560 mm, trên mỗi goòng đặt 260 – 300 viên gạch và 120 132 viên ngói. Chiều rộng của tuynnen lấy trong khoảng 0,9-1,6 m, chiều cao là 1,6 -2 m. Khi sấy vật liệu chịu lửa goòng sấy nhiều tầng thường có kích thước sau B = 850 mm, l = 1200 mm, h = 1450 mm. Số tầng 6, chiều cao từ đường ray đến đỉnh của lớp xếp h = 1565 mm. Trên mỗi goòng được xếp 192-198 viên gạch tiêu chuẩn. Năng suất lò sấy xác định theo công thức: τ nN P g .= viên/h hoặc τ nG P g .= tấn/h Ng dung tích của một goòng sấy tính bằng viên sản phẩm. 179 Gg dung tích của một goòng sấy n số goòng sấy trong một lò sấy tuynnen. τ thời hạn sấy, h Năng suất của lò sấy trong ngày xác định theo công thức: P’ = 24.P viên/ngày (T/ngày) Hệ số phế phẩm khi sấy: xf−100 100 fx lượng phế phẩm trung bình. Vì sau khi sấy sản phẩm được nung trong lò nung do đó năng suất theo sản phẩm sản xuất ra sẽ bằng: nt PP η'.= viên/ngày (T/ngày) nη tỷ lệ phế phẩm khi nung Dung tích của lò sấy xác định theo lượng sản phẩm đồng thời có mặt trong lò sấy tuynnen. τ.. pnNN g == viên/ngày hoặc τ.. pnNN g == T Lấy chiều dài của mỗi tuynnen từ 20 -36m (có trường hợp đến 50 m) và hết chiều dài của 1 goòng sấy, có thể tim số goòng đặt trong tuynnen. 1 36 1 20 +=m goòng Khi đó số lò sấy tuynnen bằng: nG P m nT g . .τ== TỪ 8-10 tuynnen, lấy dự trữ thêm 1 tuynnen để sữa chữa hay quét dọn sau đó ta xác định số khối (block) lò sấy tuynnen. Số lò sấy trong một khối có thể đến 30 tuynnen. Ở mỗi khối có chung một cổng khí vào và cổng thoát khí ra, ngoài ra chúng có thể có chung một bộ tời chung hay hệ cỏ khí để đẩy goòng vao lò sấy. Nếu sản phẩm trên xe goòng nung, lò sấy này đặt trên một hệ đường ray chung với lò nung, thì chiều dài lò sấy xác định theo lượng goòng trong lò sấy m: Nếu biết chiều dài của một goòng, dung tích của nó Gg thời hạn sấy thì ghi chiều dài lò sấy khi đó bằng: gG lTPlmL ... == (6-87) Chiều dài lò sấy tuynnen lấy theo chiều dài tinh toán khoảng 0,5-0,6 m. Khoang nảy để bù trừ cho sự phân tán của goòng trong lò ( goòng không tiếp xúc nhau) cho nên chiều dài của lò sấy tuynnen xác định bằng: Lt = m.l + 0,5.m (6-88) Kích thước và dung tích của xe goòng cho trong bảng 6-9 180 Để sấy các loại sẩn phẩm gốm xây dựng, gạch chịu lửa, sành sứ trong lò sấy tuynnen có thể tham khảo ở bảng 6-10 Thông số của lò sấy tuynnen bảng 6-10 Độ ẩm sản phẩm % Nhiệt độ động lực sấy 0C Loại sản phẩm Đầu Cuối Đầu Cuối Độ ẩm động lục sấy cuối % Thời gian sấy, h Sa mốt ép dẻo 77-18 5-6 110-140 35-40 75-90 18-20 Sa mốt bán khô 9-10 2-3 150-200 35-40 90 Dinas 6,5-7 1,5-2 150-200 40-50 90 6 Manhedi 2,7-3 0,15 80-120 40-50 90 12-20 Gạch đỏ xây dựng 18-20 5-6 60-120 25-30 85-90 15-40 Gachlátnền(xếp sẵn trong bao) 10-11 1,5-2 100-120 40-50 60 12-14 Gạchmen lát tường 8-9 0,5-0,9 Ống sành 15-17 1-3 110-120 35-55 40-75 18-19 Kích thước xe goòng, mm chiều cao Loại sản phẩm dài l rộng b có sản phẩm không có sản phẩm số ngăn tầng lượng sản phẩm trên goòng Gạch chịu lửa (tiêu chuẩn) 1200 850 1565 1450 6 192-198 Gạch đỏ 1500 1250 1680 1550 6 260-300 Ngói 2200 950 1560 1550 11 120-132 Gạch khối các loại 2100 1100 1700 3_4 120-280 Ống dẫn ( goòng treo) 1600 1300 1500 Gốm vệ sinh(goòng treo) Bô 2700 800 3 18-28 Chậu rửa 2500 500 3 33-39 181 6.13-6.LÒ SẤY XÍCH. Lò sấy xích được sử dụng phổ biến rộng rãi trong các nhà máy gồm xây dựng (nếu công suất không lớn lắm) để sấy các sản phẩm như tấm lát nền, gạch tráng men,ống dẫn…về nguyên tắc làm việc, lò sấy này là một xích khép kín và chuyển động liên tục, trên xích có đặt sản phẩm sấy. Xích dài ngắn khác nhau nên có nhiều sơ đồ chuyển động khác nhau.Vì cấu tạo của lò sấy như vậy cho nên có khả năng cơ khí hóa hoàn toàn việc vận chuyển sản phẩm từ chỗ tạo hình đến chỗ xếp lên xe goòng nung. Sơ đồ lò sấy xích với chiều chuyển động ngang cho trong hình 6-24. Sản phẩm xếp trên các giá treo(hay khung treo)ở xích A. Xích này được chuyển động từ các bàn tua D, nơi tạo hình bát đĩa ấm chén(hay ép viên các tấm lát) đến đầu lò C, nơi lấy sản phẩm ra sửa. Một kiểu khác của lò sấy xích là kiểu chuyển động dọc hay đứng (xem hình 6- 25). Lò này dài 47.7m, rộng 2.7m, cao 4.7m, cuối lò sấy có cửa tháo, chiều cao của nó giảm xuống còn 3.2m, trên nóc đặt quạt gió. Giá treo dài 2.1m, rộng 0.33m, có hai tầng. Tổng số tầng hai ngăn là 372. Trên mỗi ngăn xếp 6 khuôn thạch cao với đĩa tạo hình bên trong. Sản phẩm xếp ở đầu lò, xích chuyển động bên trên và đi zich zăc trong lò tới cuối lò, tổng cộng sản phẩm được đi 22 lần lên xuống. Tốc độ vận chuyển của xích nhỏ là 182 7,41mm/s nên công suất động cơ để truyền động xích tương đối nhỏ - 1.85kw/h. Không khí nóng nhờ quạt có công suất động cơ 4.5kw đưa vào ngược với chiều của xích. Sản phẩm trong khuôn thạch cao khô dần đến cuối lò. Để điều chỉnh thông số động lực sấy người ta điều khiển lượng khí hồi lưu và lượng không khí lạnh thêm vào ở quạt gió. Đặc tính kỹ thuật của lò sấy như sau: - Năng suất chiếc/h 600 - Kích thước khuôn,đường kính,mm 295 - Kích thước khuôn,cao,mm 85 - Kích thước ngăn tầng,dài,mm 2100 - Kích thước ngăn tầng,rộng,mm 330 - Lượng đĩa trên một ngăn sử dụng 8 - Số ngăn trong một giá treo 2 - Khoảng cách giữa các điểm treo giá 500 - Tổng chiều dài của xích,m 93 - Chiều dài hữu ích của xích,m 75 - Thời gian sấy,h 3 - Trọng lượng đĩa khô,kg 0.63 - Độ ẩm tương đối của đĩa trước khi sấy 23 - Độ ẩm sau khi sấy, % 4 - Trọng lượng khuôn thạch cao khô,kg 2.7 - Tốc độ di chuyển của xích,mm/s 7.416 - Nhiệt độ động lực sấy vào,oC 70 - Nhiệt độ động lực sấy ra,oC 30 - Nhiệt tiêu tốn KJ/Kg hơi ẩm bốc hơi 10700 Gần đây việc sử dụng phương thức sấy bức xạ và sấy bức xạ - đối lưu được phổ biến rộng rãi.Với phương thức này thời gian sấy được rút ngắn 10-12 lần so với đối lưu.Công suất goòng nhiệt khi nhiệt độ bề mặt bức xạ từ 600-800 oC gấp 30-70 lần so với đối lưu. Áp dụng vào thực tế, người ta tạo ra các panen, bên trong được đốt nóng bằng khí hoặc dầu. Mặt panen có nhiệt độ 600-8000C sẽ phát ra bức xạ khá mạnh. Người ta bố trí các panen bức xạ đó giữa các băng xích. Hợp lý hơn cả là đặt sản phẩm trên băng thành 1 dải, như vậy nhiệt độ bức xạ đồng đều trên bề mặt sản phẩm. Ví dụ: có lò sấy dài 4.5m, rộng 1.82m, cao 1.2m. Xích chạy một vòng, trên xích có giá xếp được 8 bát, giữa hai đường xích chuyển động là panen tỏa nhiệt. Năng suất 480 chiếc thời gian sấy 8-12 phút đến độ ẩm tuyệt đối 1.5-2.3. Sản phẩm lấy ở cuối lò, khuôn trở lại đầu lò bằng xích đó. Để sấy các tấm lát, người ta dùng lò sấy dài 14.35m, rộng 1.38m. Lò sấy có 5 đoạn liền nhau, mỗi đoạn dài 2.25m trong lò sấy có băng 16 chuyển động(Hình 6-26). Nhờ bộ truyền động 2, trụ consol 1, trụ ép 3, trụ kéo 4, trụ cố định 5 và trụ quay 7. Băng này chyển động trên các trục quay 8(ở ngoài) và 6(ở bên trong), trên các tấm gang 9, tấm chắn 10 và 11. Tốc độ của băng V=0.028m/s. Các tấm lát chuyển đến lò sấy từ máy nén của lò và xếp 6 viên theo chiều rộng của băng (1.1m), khoảng cách giữa các viên 28mm ở vòm lò sấy 12 có các vòi đốt 15, vòi này cách mặt băng 250mm, bề mặt panen ứng với một vòi đốt 0.06m2 . Nhiệt độ bề mặt panen gần 800 oC, khí thải qua ống 13 và 14 ra ngoài. Khi ra khỏi lò sấy, các tấm lát được làm nguội bằng tia không khí từ 140-150oC, xuống 40-50oC trong 3 phút. 183 Thời gian sấy từ độ ẩm tuyệt đối 8-9% đến độ ẩm cuối cùng 0.5-0.6% kéo dài chỉ có 6-7 phút. Năng suất lò sấy khoảng 3200 viên/h với kích thước tấm lát 156x156mm dày 4.5-5.2mm. Tiêu tốn nhiệt để bốc hơi 1 kg hơi ẩm 8400-8800KJ. Cũng lò sấy tương tự để sấy chén sứ trong khuôn thạch cao từ độ ẩm 25-27% xuống 1.5-2%. Nhiệt độ panen bức xạ 840-850oC, khoảng cách từ sản phẩm đến mặt panen 200mm, thời gian sấy với chén dày 1.5-1.6mm là 6-8 phút, với chén dày 2.4- 2.5mm là 11-12 phút. Ngoài việc sử dụng các panen đốt bằng khí và dầu, trong công nghiệp còn dùng điện để sấy, nhờ các bóng điện bức xạ hoặc các mặt bức xạ do đốt nóng bằng điện. Việc kết hợp đối lưu và bức xạ cũng được sử dụng tương đối phổ biến. Xác định kích thước và năng suất của lò sấy xích Dung tích của lò sấy xác định tương tự lò sấy tuynnen N=PxZ , viên(chiếc) (6-89) Hoặc N=n.g viên (chiếc) Trong đó P: năng suất của lò sấy, viên/h Z:thời gian sấy,h n:số giá treo g:lượng sản phẩm trên 1 giá treo Giá treo có 1 hay 2 ngăn, chiều dài của ngăn không qúa 2m,chiều rộng của nó xếp được 1 hay 2 sản phẩm. Khoảng cách giữa các đệm treo giá ở các xích phải lớn hơn chiều cao của giá 50-100mm. Để các giá không chạm nhau, chiều dài làm việc của xích xác định: Lx = lg N . (m) (6-90) L: Khoảng cách giữa 2 đệm treo giá Nếu là băng chuyền, thì chiều dài làm việc của nó bằng: 184 Lb = m N (m) (6-91) m: Lượng sản phẩm xếp được trên 1 m chiều dài băng Chiều dài lò xích có 3-7 tầng xích không quá 8-10 m. Lò sấy băng chỉ có 1 tầng hay 2 tầng nhưng mỗi tầng làm việc độc lập. Để sấy ống dẫn với năng suất 30.000 tấn/năm dung lò sấy có kích thước sau: dài 61.4m, rộng 41.79m, cao 3.04m nếu ống có d =350-500mm, điểm treo ống cách nhau 960mm, nếu d=600mm, điểm treo ống cách nhau 1920mm. Trong lò sấy có 31 băng song song. Taìi liãûu tham khaío: [1] Bäü män silicaït ÂHBK Haì Näüi - Giaïo trçnh Loì silicaït táûp 1,2. [2] Hoaìng Kim Cå - Tênh toaïn kyî thuáût nhiãût loì cäng nghiãûp táûp 1 & 2 - NXB KH&KT Haì Näüi 1996.taìi liãûu tham khaío. [3] Nguyãùn Kim Huán, Baûch Âçnh Thiãn - Thiãút bi nhiãût trong saín xuáút váût liãûu xáy dæûng. NXB KH&KT Haì Näüi 1996. [4] Âinh Quang Huy - Sáúy, nung váût liãûu xáy dæûng NXB Xáy dæûng - Haì Näüi 1995. [5] Hoaìng Vàn Chæåïc - Kyî thuáût sáúy. NXB KH&KT Haì Näüi 1997. [6] Taìi liãûu âaìo taûo cäng nhán vaì kyî sæ åí caïc nhaì maïy saín xuáút váût liãûu trong næåïc [7] Phaûm Vàn Trê, Dæång Âæïc Häöng, Nguyãùn Cäng Cáøn - Loì cäng nghiãûp NXB KH&KT Haì Näüi 1999. [8] Nguyãùn Troüng Khuän, Häö Lã Viãn, Tráön Xoa - Säø tay quaï trçnh cäng nghãû vaì hoïa cháút táûp 1 vaì 2 - NXB KH&KT Haì Näüi