Phúc trình thí nghiệm quá trình thiết bị bài sấy đối lưu

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kỹ thuật Hóa học BỘ MƠN Q TRÌNH & THIẾT BỊ Phúc trình thí nghiệm Q trình & Thiết bị Bài: SẤY ĐỐI LƯU Năm học 2021 – 2022 I KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THƠ Bảng Số liệu thô Chế độ sấy 50oC Chế độ sấy 60oC Chế độ sấy 70oC τ G tư tk τ G tư tk τ G tư tk (ph) (g) (oC) (oC) (ph) (g) (oC) (oC) (ph) (g) (oC) (oC) 75 37 49 75 43 58 76 45 69 70 37 49 65 43 58 63 45 68 64 37 49 50 43 59 45 45 73 55 37 49 35 43 60 35 45 72 12 46 37 49 12 27 43 63 12 25 45 72 15 40 37 49 15 27 43 63 15 25 45 70 18 35 37 49 18 27 43 63 18 25 45 70 21 30 37 49 24 27 37 49 27 27 37 49 30 27 37 49 II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Các thơng số, cơng thức tính tốn cho chế độ sấy 50oC, 60oC, 70oC Cách tra Pm P - Thời gian sấy: τ , h - Khối lượng vật liệu sau làm ẩm G, kg - Độ ẩm vật: U= Gi−G % G0 Trong đó: Gi khối lượng vật liệu sau làm ẩm đo thời gian thứ i, kg G0 khối lượng vật liệu sấy, kg - Tốc độ sấy: N= −dU −∆ U U i−U i +1 hay N= = % /h dt ∆t τ i+1 −τ i Trong đó: U i , U i+1 độ ẩm vật liệu tương ứng với thời gian τ i , τ i +1 - Thế sấy: ε =T K −T - Giá trị U =0 ; U 2=U +2 ÷ % - Giá trị Uth độ ẩm tới hạn, độ ẩm cuối giai đoạn sấy đẳng tốc - Giá trị χ : χ= - U th −U∗¿ ¿ K= χ N Giá trị K: (N giá trị tuyệt đối hệ số góc đoạn thẳng biểu diễn giai đoạn sấy đẳng tốc) - Giá trị Uth: U t h= U0 +U ¿ 1.8 Với U0 độ ẩm ban đầu vật liệu thời điểm τ =0 - Giá trị α p: α p=0.0229+ 0.0174 v k v i v k =0.85 m/s - Giá trị J m: J m =α p ( P m−P) - Giá trị N N=100 J m f - Bề mặt riêng khối lượng vật liệu f= F , m /kg G0 Với F=0.395 205.2 3=0.48585 G0=0.025 kg - Hệ số sấy tương đối: χ= K= χ N - Hệ số sấy: - Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc: τ1= - U 0−U t h (h) N Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc: τ 2= - 1.8 U0 U t h−U ¿ U t h−U ¿ ln ¿ (h) N U 2−U Cơng thức tính sai số: Sai số %= - Thực nghiệm−Lý thuyết × 100 Lý thuyết Dùng nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt đầu vào dựa vào giản đồ khơng khí ẩm i-d ta xác định Pm : áp suất ẩm bề mặt vật liệu (Được lấy giá trị xấp xỉ giá trị áp suất bão hịa khơng khí ẩm), mmHg P : áp suất ẩm pha khí, mmHg Các chế độ sấy: Chế độ sấy 50oC Bảng số liệu: τ G U U N tư tk Pm P Thế sấy (h) (kg) (%) (%) (%/h) (oC) (oC) (mmHg) (mmHg) ε 0.075 200 0 37 49 47.3 41.55 12 0.05 0.07 180 20 400 37 49 47.3 41.55 12 0.1 0.064 156 24 480 37 49 47.3 41.55 12 0.15 0.055 120 36 720 37 49 47.3 41.55 12 0.2 0.046 84 36 720 37 49 47.3 41.55 12 0.25 0.04 60 24 480 37 49 47.3 41.55 12 0.3 0.035 40 20 400 37 49 47.3 41.55 12 0.35 0.03 20 20 400 37 49 47.3 41.55 12 0.4 0.027 12 240 37 49 47.3 41.55 12 0.45 0.027 0 37 49 47.3 41.55 12 0.5 0.027 0 37 49 47.3 41.55 12 Đồ thị: Dùng kết dựng đường cong sấy: U =f ( τ ) Đường cong sấy chế độ 50oC 250 200 150 100 50 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Vi phân đường cong sấy, dựng đường cong tốc độ sấy tìm giá trị độ ẩm tới hạn Uth, độ ẩm cân U*, tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K, thời gian sấy đẳng tốc τ giảm tốc τ Đường tốc độ sấy chế độ 50oC 800 700 600 500 400 300 200 100 0 50 100 150 200 250 Đường cong sấy đẳng tốc chế độ 50oC 250 200 f(x) = − 565.714285714286 x + 204.857142857143 R² = 0.991602590044516 150 100 50 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Chế độ sấy 60oC Bảng số liệu: 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 G U U N tư tk Pm P Thế sấy (kg) (%) (%) (%/h) (oC) (oC) (mmHg) (mmHg)  0.075 0.065 0.05 0.035 0.027 0.027 0.027 200 160 100 40 8 40 60 60 32 0 800 1200 1200 640 0 43 43 43 43 43 43 43 58 58 59 60 63 63 63 65.13 65.13 65.13 65.13 65.13 65.13 65.13 58.08 58.08 57.61 57.14 55.73 55.73 55.73 15 15 16 17 20 20 20 Đồ thị: Dùng kết dựng đường cong sấy: U =f ( τ ) Đường cong sấy chế độ 60oC 250 200 150 100 50 -0.1 0.1 0.3 Vi phân đường cong sấy, dựng đường cong tốc độ sấy tìm giá trị độ ẩm tới hạn Uth, độ ẩm cân U*, tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K, thời gian sấy đẳng tốc τ giảm tốc τ Đường cong tốc độ sấy chế độ 60oC 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 50 100 150 200 250 Đường cong sấy đẳng tốc chế độ 60oC 250 200 f(x) = − 1080 x + 206 R² = 0.991836734693877 150 100 50 -0.1 0.1 0.3 Chế độ sấy 70oC Bảng số liệu: 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Chế độ sấy 70oC N tư G U U (kg) (%) (%) (%/h) 0.076 0.063 0.045 0.035 0.025 0.025 0.025 204 152 80 40 0 0 52 72 40 40 0 1040 1440 800 800 0 tk Pm P Thế sấy (oC) (oC) (mmHg) (mmHg)  45 45 45 45 45 45 45 69 68 73 72 72 70 70 72.24 72.24 72.24 72.24 72.24 72.24 72.24 61.04 61.51 59.18 59.65 59.65 60.58 60.58 24 23 28 27 27 25 25 Đồ thị: Dùng kết dựng đường cong sấy: U =f ( τ ) Vi phân đường cong sấy, dựng đường cong tốc độ sấy tìm giá trị độ ẩm tới hạn Uth, độ ẩm cân U*, tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K, thời gian sấy đẳng tốc τ giảm tốc τ Đường cong sấy chế độ 70oC 250 200 150 100 50 -0.1 0.1 0.3 Đường cong tốc độ sấy chế độ 70oC 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 50 100 150 200 250 Đường cong sấy đẳng tốc chế độ 70oC 250 200 f(x) = − 1240 x + 207.333333333333 R² = 0.991403026134801 150 100 50 -0.1 0.1 0.3 Đánh giá kết thí nghiệm a Kết tính tốn đồ thị: Chế độ sấy Uth U* U2 N 50oC 40 11 565.71 0.0563 31.82 0.283 0.134 60oC 40 11 1080 0.0563 60.75 0.148 0.070 70oC 80 1240 0.0225 27.90 0.100 0.212 K Sai số thực nghiệm dựng hai đường cong theo Phương pháp “Bình phương Cực tiểu” b Kết tính tốn theo lý thuyết Chế độ 50oC Giai Pm - đoạn P U Uth Jm N 200 119.11 5.75 0.03769 0.21672 421.17 180 119.11 5.75 0.03769 0.21672 421.17 156 119.11 5.75 0.03769 0.21672 421.17 120 119.11 5.75 0.03769 0.21672 421.17 84 119.11 5.75 0.03769 0.21672 421.17 60 119.11 5.75 0.03769 0.21672 421.17 40 119.11 5.75 0.03769 0.21672 421.17 20 119.11 5.75 0.03769 0.21672 421.17 119.11 Giảm 5.75 0.03769 0.21672 421.17 119.11 tốc 5.75 0.03769 0.21672 421.17 119.11 5.75 0.03769 0.21672 421.17 Đẳng tốc Ntb 421.17 K 0.0084 3.536 0.192 0.953 0.1337 0.777 Chế độ 60oC Giai Pm - đoạn P 119.11 Đẳng 7.05 160 119.11 tốc 100 40 U Uth Jm N Ntb 200 0.03769 0.2657 516.39 604.913 7.05 0.03769 0.2657 516.39 119.11 7.52 0.03769 0.2834 550.82 119.11 7.99 0.03769 0.3011 585.24 K 0.0084 5.0786 119.11 119.11 119.11 Giảm tốc 9.4 0.03769 0.3543 688.52 9.4 0.03769 0.3543 688.52 9.4 0.03769 0.3543 688.52 Chế độ 70oC Giai U Uth 204 113.33 152 113.33 80 113.33 40 113.33 113.33 113.33 113.33 Pm - P đoạn Jm N Ntb 11.2 0.03769 0.4221 820.364 10.73 0.03769 0.4044 785.938 13.06 0.03769 0.4922 956.603 12.59 0.03769 0.4745 922.177 Giảm 12.59 0.03769 0.4745 922.177 tốc 11.66 0.03769 0.4395 854.057 11.66 0.03769 0.4395 854.057 Đẳng tốc K 873.624 0.0088 7.7085 0.1038 c Kết đánh giá sai số Cơng thức tính sai số: Chế độ sấy Độ ẩm tới hạn Tốc độ sấy đẳng tốc Thực nghiệm Lý thuyết Sai số ( %) Thực nghiệm Lý thuyết Sai số ( %) 50oC 40.00 119.11 -66.4179104 565.71 421.17 34.32 60oC 40.00 119.11 -66.4179104 1080 604.913 78.54 70oC 80.00 113.33 -29.4117647 1240 873.624 41.94 Chế độ sấy Hệ số sấy tương đối Hệ số sấy Thực nghiệm Lý thuyết Sai số ( %) Thực nghiệm Lý thuyết Sai số ( %) 50oC 0.0313 0.0090 247.222222 17.68 3.139 463.19 60oC 0.0313 0.0090 247.222222 33.75 5.4442 519.92 70oC 0.0125 0.0088 41.6666667 15.50 7.7085 101.08 10 0.502 Chế độ sấy Thời gian sấy đẳng tốc Thời gian sấy giảm tốc Thực nghiệm Lý thuyết Sai số ( %) Thực nghiệm Lý thuyết Sai số ( %) 50oC 0.283 0.192 47.263 0.134 0.952882 -85.948 o 60 C 0.148 0.1337 10.790 0.070 0.7772 -90.975 70oC 0.100 0.1038 -3.644 0.212 0.5017 -57.779 III BÀN LUẬN Nhận xét kết thí nghiệm thô Qua bảng số liệu thô, ta thấy chế độ sấy 500C, nhiệt độ bầu ướt nhiệt độ bầu khô không đổi Khi tăng chế độ sấy lên 600C, 700C nhiệt độ bầu ướt khơng đổi nhiệt độ bầu khơ lại có chênh lệch khoảng đến 30C khoảng thời gian khác không ổn định cài đặt calorife Khối lượng vật liệu sấy giảm dần theo thời gian giảm nhanh ta tăng dần chế độ sấy từ 500C, 600C đến 700C Ở chế độ sấy 500C 600C, khối lượng vật liệu không đổi đạt 0.027 kg không với khối lượng vật liệu ban đầu (0.025 kg) Tuy nhiên, chế độ sấy 600C khối lượng vật liệu không đổi từ phút 12 nhanh gấp đôi so với chế độ sấy 500C ( phút 24 ) Ở chế độ sấy 700C, khối lượng vật liệu không đổi từ phút 12 khối lượng vật liệu thời điểm với khối lượng vật liệu ban đầu (G = G0 = 0.025 kg) Nhận xét giải thích dạng đường cong sấy – đường cong tốc độ sấy so với dạng lý thuyết Dùng phương pháp bình phương cực tiểu dựng đường cong sấy, sau lấy vi phân đường cong sấy để dựng đường cong tốc độ sấy ta thấy:  Đường cong sấy: chia làm đoạn, nhiên thí nghiệm này, vật liệu sấy giấy lọc nên trình đun nóng diễn nhanh, ta ghép chung với giai đoạn đẳng tốc - Đoạn đẳng tốc: Trong giai đoạn này, độ ẩm vật liệu giảm nhanh gần theo đường thẳng tốc độ sấy không đổi, độ ẩm giảm tới độ ẩm tới hạn vật liệu ( giao điểm đường đẳng tốc đường giảm tốc) Nhìn chung, hình dạng đồ thị giai đoạn so với lý thuyết khác biệt không đáng kể - Đoạn giảm tốc: độ ẩm vật liệu giảm chậm giai đoạn tốc độ sấy giảm dần từ cực đại Độ ẩm vật liệu giảm dần tới độ ẩm cân bằng, đường cong sấy lúc tiệm cận với trục hoành ( chế độ 50, 600C) trùng với trục hoành ( chế độ 700C) 11 Nhìn chung, hình dạng đường cong sấy sai lệch so với lý thuyết không đáng kể  Đường cong tốc độ sấy: có hình dạng gần giống với lý thuyết Tuy nhiên giá trị khơng xác Vì ta dựng đường cong tốc độ sấy theo N (%/h) tức theo U/ thực tế U  lấy giá trị cách xa nên giá trị thu với vi phân khoảng cách vô nhỏ dU d Nhận xét giải thích kết đại lượng tính tốn chế độ thí nghiệm, nêu lên mối quan hệ thông số sấy  Độ ẩm cân U* Độ ẩm cân phụ thuộc vào độ ẩm khơng khí nhiệt độ Với độ ẩm, nhiệt độ tăng độ ẩm cân vật liệu giảm tăng động lực trình hiệu trình sấy Trong thí nghiệm này, độ ẩm cân chế độ 50 600C không chế độ 700C Điều phù hợp với lý thuyết Tuy nhiên, khẳng định vật liệu sấy nhiệt độ 700C vật liệu khô tuyệt đối xấp giấy lọc ban đầu vật liệu có độ ẩm cân định ( điều kiện nhiệt độ mơi trường ngồi) Vì Vậy, thực tế ta sấy vật liệu xuống G0 khơng thể tính cách xác khơng có số liệu khối lượng vật liệu khô tuyệt đối vật liệu sấy đạt đến độ ẩm cân U*= const  Độ ẩm tới hạn Uth - Chế độ sấy 50 ० C: Uth = 40% - Chế độ sấy 60 ० C: Uth = 40% - Chế độ sấy 70 ० C: Uth = 80% Trên đồ thị giá trị Uth khó xác định xác nên Uth thí nghiệm khơng giống với lý thuyết  Tốc độ sấy đẳng tốc N - Chế độ sấy 50 ० C: N=565.71 % /h - Chế độ sấy 60 ० C: N=1080 % /h - Chế độ sấy 70 ० C: N=1240 % /h Tốc độ sấy đẳng tốc tăng dần tăng chế độ sấy từ 50 – 700C Điều với lý thuyết nhiệt độ tăng động lực trình sấy ( sấy) tăng  Hệ số sấy tương đối giai đoạn giảm tốc 𝛘 - Chế độ sấy 50 ० C: χ =0.0313 - Chế độ sấy 60 ० C: χ =0.0313 - Chế độ sấy 70 ० C: χ =0.0125 12 Hệ số sấy tương đối phụ thuộc vào tính chất vật liệu ẩm (loại vật liệu, thước vật liệu, độ ẩm ban đầu vật liệu …), không phụ thuộc vào tác nhân sấy Ở thí nghiệm này, χ chế độ sấy 700C thay đổi độ ẩm cân vật liệu 700C Điều nhìn chung phù hợp với lý thuyết  Hệ số sấy giai đoạn giảm tốc K - Chế độ sấy 50 ० C: K=17.68l/h - Chế độ sấy 60 ० C: K=33.75l/h - Chế độ sấy 70 ० C: K=15.5l/h Theo lý thuyết nhiệt độ tăng tốc độ sấy N tăng, K tăng theo χ số Tuy nhiên, thí nghiệm χ 70 ० C có thay đổi nên dẫn tới K thay đổi so với lý thuyết  Thời gian đun nóng vật liệu Theo lý thuyết, thời gian đun nóng vật liệu ngắn độ ẩm vật liệu thay đổi không đáng kể Theo “Đường cong tốc độ sấy”, ta thấy nhiệt độ tăng tốc độ đun nóng vật liệu tới trạng thái bốc nhanh Tuy nhiên, giai đoạn ngắn thường hợp với đường sấy đẳng tốc nên khó xác định  Thời gian sấy đẳng tốc - Chế độ sấy 50 ० C: τ =0.283 h - Chế độ sấy 60 ० C: τ =0.148 h - Chế độ sấy 70 ० C: τ =0.1 h Thời gian sấy đẳng tốc tính theo cơng thức: τ = U 0−U th nên tăng nhiệt độ N tốc độ sấy đẳng tốc tăng dẫn đến τ giảm  Thời gian sấy giảm tốc - Chế độ sấy 50 ० C: τ 2=0.134 h - Chế độ sấy 60 ० C: τ 2=0.07 h - Chế độ sấy 70 ० C: τ 2=0.212 h Theo lý thuyết, nhiệt độ sấy tăng thời gian τ giảm Tuy nhiên, kết cho sai lệch Vì thời gian sấy giảm tốc tính theo cơng thức: U th−U ¿ U th −U ¿ τ 2= ln ¿ , mà U* lại thay đổi chế độ sấy 70 C nên dẫn đến sai lệch so với lý N1 U −U thuyết Kết đánh giá sai số, nêu nguyên nhân biện pháp khắc phục sai số 13 Kết đánh giá sai số  Độ ẩm tới hạn Uth - Chế độ sấy 50 ० C: U th =−66.42 % - Chế độ sấy 60 ० C: U th =−66.42 % - Chế độ sấy 70 ० C: U th =−29.41 % Sai số phép đo Uth lớn Sai số có giá trị âm nên giá trị Uth tính theo thực nghiệm nhỏ so với lý thuyết  Tốc độ sấy đẳng tốc N - Chế độ sấy 50 ० C: N=34.32% - Chế độ sấy 60 ० C: N=78.54 % - Chế độ sấy 70 ० C: N=41.94 %  Hệ số sấy tương đối giai đoạn giảm tốc 𝛘 - Chế độ sấy 50 ० C: χ =247.22% - Chế độ sấy 60 ० C: χ =247.22% - Chế độ sấy 70 ० C: χ =41.67 % Sai số χ lớn ban đầu ta xác định Uth U* sai số  Hệ số sấy giai đoạn giảm tốc K - Chế độ sấy 50 ० C: K=463.19 % - Chế độ sấy 60 ० C: K=519.92% - Chế độ sấy 70 ० C: K=101.08% Sai số K lớn χ N lúc tính tốn sai số lớn nên kéo theo K sai số lớn  Thời gian sấy đẳng tốc - Chế độ sấy 50 ० C: τ =47.263 % - Chế độ sấy 60 ० C: τ =10.79 % - Chế độ sấy 70 ० C: τ =−3.644 %  Thời gian sấy giảm tốc - Chế độ sấy 50 ० C: τ 2=−85.948 % - Chế độ sấy 60 ० C: τ 2=−90.975 % - Chế độ sấy 70 ० C: τ 2=−57.779 % Nguyên nhân gây sai số - Sai số kim cân nhạy dễ dao động dẫn đến đọc số cân không xác - Do đọc nhiệt độ bầu khơ nhiệt độ bầu ướt khơng xác 14 - Do hệ thống thí nghiệm hoạt động khơng ổn định - Do bấm thời gian khơng xác - Do dùng giản đồ để tra Pm P khơng xác ( cách dựng đường thẳng đồ thị, … ) - Do dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy khơng xác Biện pháp khắc phục sai số - Tập trung, quan sát thật kỹ để đọc số liệu xác - Nắm rõ thao tác trình tự thí nghiệm, tiến hành trình tự xác thao tác - Cẩn thận lúc dùng giản đồ để xác định Pm, P - Hạn chế làm tròn số IV TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Văn Đài tác giả,"Cơ sở trình thiết bị cơng nghiệp hóa học” [2] Nguyễn Văn Lụa, “QT &TB CNHH - Tập - Kỹ thuật sấy Vật liệu", ĐH Bách Khoa,Tp HCM [3] Võ Văn Bang-Vũ Bá Minh, “QT&TB CNHH - Tập - Truyền Khối", NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM [4] Các tác giả, "Giáo trình Phương pháp tính", NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM [5] Các tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị tập 1& 2", ĐHBK Hà Nội; [6] Các tác giả, "Quá trình & Thiết bị - Ví dụ tập 10", ĐHQG Tp.HCM 15 ... độ sấy 60 ० C: N=1080 % /h - Chế độ sấy 70 ० C: N=1240 % /h Tốc độ sấy đẳng tốc tăng dần tăng chế độ sấy từ 50 – 700C Điều với lý thuyết nhiệt độ tăng động lực trình sấy ( sấy) tăng  Hệ số sấy. .. [4] Các tác giả, "Giáo trình Phương pháp tính", NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM [5] Các tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị tập 1& 2", ĐHBK Hà Nội; [6] Các tác giả, "Q trình & Thiết bị - Ví dụ tập 10", ĐHQG... nhân sấy Ở thí nghiệm này, χ chế độ sấy 700C thay đổi độ ẩm cân vật liệu 700C Điều nhìn chung phù hợp với lý thuyết  Hệ số sấy giai đoạn giảm tốc K - Chế độ sấy 50 ० C: K=17.68l/h - Chế độ sấy