Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí

Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí

MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT vi MỤC LỤC viii DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xiv DANH SÁCH CÁC BẢNG xvii ĐẶT VẤN ĐỀ xviii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nguyên liệu đường 1.1.1 Đường RS 1.1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất mía đường 1.1.3 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng đường RS 1.2 Các phương pháp thiết bị sấy đường chủ yếu 1.2.1 Sấy đường máy sấy thùng quay 1.2.2 Sấy đường máy sấy sàng rung 1.2.3 Sấy đường máy sấy tầng sôi 1.3 Kỹ thuật sấy tầng sơi xung khí ứng dụng sấy đường 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 11 1.4 Tính cấp thiết đề tài mục tiêu nghiên cứu 13 1.4.1 Tính cấp thiết đề tài 13 1.4.2 Mục tiêu nghiên cứu 13 1.5 Kết luận chương 13 viii CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 Nguyên lý hoạt động máy sấy tầng sôi xung khí liên tục 15 2.2 Các phương trình tính tốn thiết kế sấy tầng sơi xung khí liên quan 17 2.2.1 Cầu tính 17 2.2.2 Đường kính trung bình 18 2.2.3 Khối lượng riêng khối lượng thể tích 19 2.2.4 Độ rỗng 20 2.2.5 Vận tốc hóa sơi tối thiểu 21 2.2.6 Tổn thất áp suất qua lớp hạt 26 2.3 Tính chất thủy động tầng sơi xung khí 30 2.4 Kết nghiên cứu lý thuyết 33 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 3.1 Tổng quát nội dung thực đề tài nghiên cứu 34 3.2 Phương pháp nghiên cứu 35 3.2.1 Phương pháp chuyên gia 35 3.2.2 Phương pháp kế thừa 35 3.2.3 Phương pháp giải tích tốn học 35 3.2.4 Phương pháp mơ hình vật lý 35 3.2.5 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 36 3.3 Vật liệu phương tiện 36 3.3.1 Vật liệu nghiên cứu 36 3.3.2 Mơ hình thiết bị dụng cụ nghiên cứu 37 3.4 Xác định thông số nghiên cứu 43 3.4.1 Xác định thông số nghiên cứu đầu vào 43 3.4.2 Xác định hàm mục tiêu (thông số đầu ra) 46 3.5 Kết luận chương 49 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 50 4.1 Quy trình thí nghiệm 50 4.2 Kết thực nghiệm 51 ix 4.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy 53 4.2.2 Ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy 57 4.2.3 Ảnh hưởng tần số xung khí 62 4.2.4 Ảnh hưởng đường kính hạt trung bình 67 4.3 Đánh giá kết nghiên cứu thực nghiệm 72 4.4 Xác định chế độ sấy đường RS 74 4.5 Nhận xét, đánh giá 76 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 5.1 Các kết đạt 78 5.2 Các mặt tồn hạn chế 79 5.3 Kiến nghị 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 86 PHỤ LỤC 1: PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG VÀ KHỐI LƯỢNG RIÊNG THỂ TÍCH CỦA ĐƯỜNG RS 86 PHỤ LỤC 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SẤY TẦNG SƠI XUNG KHÍ 88 PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐƠN YẾU TỐ 116 x DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Thứ nguyên a Hệ số khuếch tán nhiệt m2/s Ar Tiêu chuẩn Archimedes Bi Tiêu chuẩn Biot C Nhiệt dung riêng J/(kg.K) Cdx Nhiệt dung riêng dẫn xuất kJ/(kg.K) d Độ chứa kg/kgkk dh Đường kính hạt m Eu Tiêu chuẩn Euler f Tần số xung khí Hz F Diện tích m2 Fe Tiêu chuẩn Fedorov Fo Tiêu chuẩn Fourier G Năng suất sấy kg/h H Chiều cao mm k Hệ số truyền nhiệt W/(m2.K) l Chi phí tác nhân riêng kgkk/kg ẩm L Lưu lượng khơng khí lý thuyết kg/h l0 Kích thước đặc trưng quy ước m M Độ ẩm vật liệu % n Số điện trở N Công suất kW p Áp suất bar I Enthalpy kJ/kg Pr Tiêu chuẩn Prandtl ph Phân áp suất nước bar xi q Mật độ dòng nhiệt W/m2 qs Tiêu hao nhiệt lượng riêng kJ/kg Q Tổng nhiệt lượng kW qM Mật độ dòng ẩm bề mặt vật liệu sấy kg/(m2.h) R Bán kính hạt m r Nhiệt ẩn hóa kJ/kg Re Tiêu chuẩn Reynolds t Nhiệt độ C T Nhiệt độ K U Tốc độ sấy %/h v Vận tốc tác nhân sấy m/s V Thể tích, lưu lượng thể tích m3, m3/s W Lượng nước bay trình sấy kg/h Y1 Hàm mục tiêu độ ẩm sản phẩm % Y2 Hàm mục tiêu tỷ lệ thu hồi phẩm % Y3 Hàm mục tiêu chi phí điện riêng Wh/kg SP Y4 Hàm mục tiêu chi phí nhiệt riêng kJ/kg SP Z Kí hiệu tượng trưng cho biến đầu vào  Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu W/(m2.K) M Hệ số trao đổi ẩm đối lưu m/s  Hệ số sấy tương đối  Độ rỗng khối hạt  Độ ẩm tương đối khơng khí %  Cầu tính (đối với hạt) % ’ Tỉ số diện tích làm cánh  Hệ số dẫn nhiệt W/(m.K)  Độ nhớt động lực học N.s/m2  Nhiệt độ vật liệu sấy C xii * Nhiệt độ không thứ nguyên b Nhiệt độ bề mặt vật liệu trình bay C ρk Khối lượng riêng khơng khí kg/m3 ρb Khối lượng thể tích vật liệu kg/m3 ρh Khối lượng riêng vật liệu kg/m3  Thời gian sấy s  Độ nhớt động học m2/s  Hệ số hình dạng hạt  Nhiệt lượng bổ sung thực tế kJ/kg ẩm P Tổn thất áp suất N/m2 Các ký hiệu chân: a ẩm m mơi trường bh bão hịa t tối ưu bl buồng lắng tt tối thiểu bs buồng sấy v vật liệu e cân xq xung quanh h hạt (đối với vật liệu) r rây h (đối với khơng khí) ppk phân phối khí k khơng khí th tới hạn lt lý thuyết tn tác nhân Các chữ viết tắt: ANOVA Analysis of Variance MAE Mean absolute error SP Sản phẩm RS Refined standard TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam ICUMSA International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis BS British Standard xiii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Đường nâu, đường vàng đường tinh luyện RS Hình 1.2: Đường làm từ mía Hình 1.3: Quy trình cơng nghệ sản xuất mía đường Hình 1.4: Hệ thống máy sấy đường kiểu thùng quay .4 Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy sấy đường sàng rung Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy sấy đường tầng sôi Hình 1.7: Mơ hình sấy tầng sơi xung khí Gawrzynski Z.và cộng sáng chế Hình 1.8: Máy sấy tầng sơi cấp khí cách thay đổi vị trí dịng khí 11 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy đường RS tầng sơi xung khí liên tục .15 Hình 2.2: Phân tích kích thước khối hạt sàng tiêu chuẩn 19 Hình 2.3: Thể tích thủy động hạt 19 Hình 2.4: Tầng chặt, sơi, động 22 Hình 2.5: Tổn áp qua lớp hạt chế độ sơi hạt theo vận tốc khí hóa sơi 26 Hình 2.6: So sánh tổn thất áp suất theo vận tốc khí hóa sơi tầng sơi xung khí tầng sôi thông thường .31 Hình 3.1: Tóm tắt quy trình thực đề tài 34 Hình 3.2: Đường RS trước sau sấy 36 Hình 3.3: Mơ hình máy sấy tầng sơi xung khí phục vụ thí nghiệm 37 Hình 3.4: Các loại cân sử dụng .38 Hình 3.5: Máy phân tích độ ẩm Axis 38 Hình 3.6: Cân tiểu ly điện tử Ohaus 38 Hình 3.7: Bộ rây dùng phân loại nguyên liệu sản phẩm sấy .38 Hình 3.8: Bộ ghi nhiệt độ PNTECH DDC-C46 .39 Hình 3.9: Điện kế đo tiêu thụ điện 40 Hình 3.10: Dụng cụ đo vận tốc khí SDL350 40 Hình 3.11: Dụng cụ đo điện HIOKI………… 40 Hình 3.12: Ảnh hưởng tần số xung khí đến chuyển động hạt tổn thất áp suất 44 xiv Hình 3.13: Tổng hợp thông số ảnh hưởng đề tài 46 Hình 4.1: Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến độ ẩm sản phẩm 54 Hình 4.2: Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến tỷ lệ thu hồi phẩm 55 Hình 4.3: Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến chi phí điện riêng 56 Hình 4.4: Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến chi phí nhiệt riêng .57 Hình 4.5: Ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến độ ẩm sản phẩm .59 Hình 4.6: Ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến tỷ lệ thu hồi phẩm .59 Hình 4.7: Ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến chi phí điện riêng 60 Hình 4.8: Ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy đến chi phí nhiệt riêng 62 Hình 4.9: Ảnh hưởng tần số xung khí đến độ ẩm sản phẩm .63 Hình 4.10: Ảnh hưởng tần số xung khí đến tỷ lệ thu hồi phẩm 64 Hình 4.11: Ảnh hưởng tần số xung khí đến chi phí điện riêng 66 Hình 4.12: Ảnh hưởng tần số xung khí đến chi phí nhiệt riêng .66 Hình 4.13: Ảnh hưởng đường kính hạt đến độ ẩm sản phẩm 68 Hình 4.14: Ảnh hưởng đường kính hạt đến tỷ lệ thu hồi phẩm .68 Hình 4.15: Ảnh hưởng đường kính hạt đến chi phí điện riêng 70 Hình 4.16: Ảnh hưởng đường kính hạt đến chi phí nhiệt riêng 71 Hình 4.17: Hình ảnh đo độ màu đường RS 73 Hình 4.18: Chi phí lượng sản xuất đường Iran 74 Hình 4.19: Đồ thị ảnh hưởng nhiệt độ tác nhân đến hàm mục tiêu 74 Hình 4.20: Đồ thị ảnh hưởng vận tốc tác nhân đến hàm mục tiêu 75 Hình 4.21: Đồ thị ảnh hưởng tần số xung khí đến hàm mục tiêu 75 Hình 4.22: Đồ thị ảnh hưởng đường kính trung bình hạt đến hàm mục tiêu 76 Hình PL2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy đường RS tầng sơi xung khí liên tục 88 Hình PL2.2: Đồ thị trình sấy lý thuyết 90 Hình PL2.3: Ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm khơng khí đến độ ẩm cân 95 Hình PL2.4: Truyền nhiệt qua vách phẳng lớp 101 Hình PL2.5: Đồ thị trình sấy thực tế .102 Hình PL2.6: Kích thước buồng sấy buồng lắng .104 xv Hình PL2.7: Các kích thước đĩa quay đĩa tĩnh tạo xung khí 105 Hình PL2.8: Cấu tạo buồng gia nhiệt điện trở 106 Hình PL2.9: Sơ đồ bố trí điện trở 107 Hình PL2.10: Các kích thước ghi phân phối khí 108 Hình PL2.11: Các kích thước cyclone thu bụi 112 xvi DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Hệ số hình dạng hình học số loại hạt .17 Bảng 2.2: Cầu tính số hạt thơng dụng .18 Bảng 2.3: Các phương trình xác định tổn thất áp suất tầng sơi xung khí .31 Bảng 2.4: Các phương trình xác định vận tốc khí tầng sơi xung khí 32 Bảng 2.5: Các phương trình thiết kế tầng sơi xung khí loại hạt 33 Bảng 2.6: So sánh hiệu sử dụng lượng loại máy sấy 33 Bảng 3.1: Tổng hợp thiết bị, dụng cụ đo phục vụ thí nghiệm 41 Bảng 4.1: Miền nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố .51 Bảng 4.2: Kết thực nghiệm đơn yếu tố 52 Bảng 4.3: Kết phân tích độ màu sản phẩm sấy 72 Bảng PL1.1: Kết xác định khối lượng riêng đường RS 87 Bảng PL1.2: Kết xác định khối lượng riêng thể tích đường RS 87 Bảng PL2.1: Các hệ số mơ hình GAB 95 Bảng PL2.2: Kết tính nhiệt q trình sấy thực 100 Bảng PL2.3: Cân nhiệt lượng cho trình sấy 103 Bảng PL2.4: Thông số kỹ thuật quạt cấp tác nhân 111 Bảng PL2.5: Thông số thiết bị hệ thống sấy 113 Bảng PL3.1: Kết thực nghiệm đơn yếu tố .116 Bảng PL3.2: Kết xử lý số liệu cho biến nhiệt độ sấy 119 Bảng PL3.3: Kết xử lý số liệu cho biến vận tốc tác nhân sấy 120 Bảng PL3.4: Kết xử lý số liệu cho biến tần số xung khí 122 Bảng PL3.5: Kết xử lý số liệu cho biến đường kính trung bình hạt .123 xvii ... máy sấy đường tầng sôi [6] 1.3 Kỹ thuật sấy tầng sơi xung khí ứng dụng sấy đường 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới Luận văn Thạc sĩ Khoa khí động lực – ĐH SPKT Tp.HCM Kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí. .. 1.8: Máy sấy tầng sơi cấp khí cách thay đổi vị trí dịng khí [4] 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước Thực tế phương pháp mơ hình nghiên cứu sấy tầng sơi xung khí ứng dụng sấy đường chưa nghiên cứu công... nhược điểm máy sấy tầng sôi thông thường Từ số kết nghiên cứu tầng sơi xung khí làm sở cho tác giả phân tích lựa chọn ứng dụng phù hợp để thực sấy đường RS phương pháp tầng sơi xung khí Tác giả