Thí nghiệm quá trình & thiết bị Sấy đối lưu I TRÍCH YẾU 1 Nội dung, mục đích thí nghiệm Khảo sát quá trình sấy vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng không khí được nung nóng nhằm Xác định đường[.]
Thí nghiệm q trình & thiết bị I Sấy đối lưu TRÍCH YẾU : Nội dung, mục đích thí nghiệm : Khảo sát trình sấy vật liệu giấy lọc thiết bị sấy khơng khí nung nóng nhằm : - Xác định đường cong sấy W = f (T) dW f (W ) - Xác định đường cong tốc độ sấy dT - Giá trị độ ẩm tới hạn Wk, tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K, thời gian sấy đẳng tốc T giảm tốc T2 Cách tiến hành : Thiết lập hệ thống sấy với vật liệu sấy giấy lọc, tác nhân sấy không khí nung nóng lưu chuyển Xác định khối lượng vật liệu, nhiệt độ bầu khô nhiệt độ bầu ướt sau khoảng thời gian phút khối lượng vật liệu sấy không đổi theo thời gian Tiến hành thí nghiệm với giá trị khác nhiệt độ khơng khí sấy 50 0C, 600C, 700C Kết : Với số liệu thu từ thí nghiệm, ta xác định đường cong sấy, lấy vi phân đường cong sấy tìm đường tốc độ sấy Từ đường cong tốc độ sấy ta xác định N,W k, Wc, K, 1, 2 Đồng thời ta xác định giá trị N, K, W k qua công thức lý thuyết để so sánh kết thực nghiệm với giá trị lý thuyết Xác định hệ số trao đổi nhiệt q giai đoạn sấy đẳng tốc Bảng 1:Kết thô Chế độ 50 C Chế độ 600C Chế độ 700C τ G(g) Tư (oF) tk (oF) G(g) Tư (oF) tk (oF) G(g) Tư (oF) tk (oF) 135 58 112 135 66 122 135 81 137 128 59 115 125 68 123 120 80 136 117 60 117 115 70 126 106 81 137 12 110 60 118 105 68 124 97 80 137 16 100 59 117 95 67 125 81 81 138 20 90 60 118 83 68 124 65 81 138 24 82 60 118 72 70 128 50 83 141 28 72 60 118 60 72 128 45 84 142 32 64 60 118 50 72 130 40 85 144 36 56 60 118 45 73 131 40 84 142 40 50 61 119 40 70 128 40 84 142 44 45 61 119 40 71 128 48 43 61 119 40 70 126 52 40 62 120 56 40 62 120 60 40 62 120 Trang Thí nghiệm trình & thiết bị Sấy đối lưu II LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM : Khái niệm, phân loại & đặc điểm trình sấy : Sấy trình tách pha lỏng khỏi vật liệu phương pháp nhiệt, kết trình sấy hàm lượng chất khô vật liệu tăng lên Nguyên tắc trình sấy cung cấp lượng nhiệt biến đổi trạng thái pha lỏng vật liệu thành Hầu hết vật liệu trình sản xuất chứa pha lỏng nước người ta thường gọi ẩm Việc cung cấp lượng nhiệt cho vật liệu trình sấy tiến hành theo phương pháp truyền nhiệt biết : - Cấp nhiệt đối lưu gọi sấy đối lưu - Cấp nhiệt dẫn nhiệt gọi sấy tiếp xúc - Cấp nhiệt xạ gọi sấy xạ - Ngồi cịn có phương pháp sấy đặc biệt khác sấy cao tần, sấy thăng hoa Sấy điển hình trình khơng thuận nghịch khơng ổn định, hàm ẩm vật liệu biến đổi theo không gian thời gian mà thân trình tự tiến dần tới trạng thái cân Quá trình sấy xảy đồng thời trình : - Truyền nhiệt cho vật liệu - Chuyển pha từ lỏng sang - Tách ẩm vào môi trường xung quanh - Dẫn ẩm lòng vật liệu Ẩm vật liệu tồn trạng thái : liên kết hóa học, liên kết hóa lý liên kết lý Sấy tách tồn ẩm liên kết hóa lý, phần ẩm liên kết hóa lý khơng tách ẩm liên kết hóa học Phần ẩm vật liệu tách sấy gọi ẩm tự do, phần không tách gọi ẩm liên kết Năng lượng & tốc độ trình sấy : Nhiệt lượng cần thiết để sấy vật liệu xác định theo cân nhiệt lượng nhiệt mà vật liệu nhận lượng nhiệt hữu ích cần cho trình sấy: dQ q F. t k t b d C G C a G a d r C h t k t b dG a (1) Trong : q : Hệ số truyền nhiệt cho vật liệu (kg/m2.h.mmHg) F : Bề truyền nhiệt hay bay vật liệu (m2) tk : Nhiệt độ phòng sấy (0C) tb : Nhiệt độ bay ẩm (0C) C0, Ca : Nhiệt dung riêng chất khô ẩm vật liệu (kj/kg 0C) d : Sự biến đổi nhiệt độ trung bình vật liệu (0C) G0, Ga : Khối lượng chất khô ẩm vật liệu (kg) r : An nhiệt hóa ẩm vật liệu (kJ/kg) Ch : Nhiệt dung riêng ẩm p = const (kJ/kg.0C) th : Nhiệt độ ẩm (0C) dGa : Lượng ẩm bay từ vật liệu thời gian d (kg) Từ (1) ta rút phương trình tốc độ sấy vật liệu : d q F. t k t b C G C a G a dG a d d r C h t k t b (2) Trang Thí nghiệm q trình & thiết bị Sấy đối lưu dW/dt N W (%) Kqư Wc (h) W (%) Wc Đường cong sấy : Đường cong sấy biểu diễn liên quan hàm ẩm W vật liệu thời gian sấy Để tìm phụ thuộc ta đem vật liệu ẩm sấy đối lưu đơn giản không khí nóng điều kiện nhiệt độ khơng khí t k, độ ẩm khơng khí k tốc độ khơng khí vk khơng đổi giả sử hàm ẩm W phân bố vật liệu (lớp vật liệu mỏng) Đường cong tốc độ sấy : dW Theo định nghĩa tốc độ sấy d tốc độ sấy tang góc nghiêng tiếp tuyến vói đường cong sấy W = f() Như phương pháp vi phân đồ thị ta tìm tốc độ sấy dựng đồ thị phụ thuộc tốc độ sấy với độ ẩm Đồ thị phụ thuộc gọi đường cong tốc độ sấy Các giai đoạn sấy : Phân tích đường cong sấy đường cong tốc độ sấy cho ta thấy trình sấy nói chung diễn theo giai đoạn : giai đoạn đốt nóng, giai đoạn đẳng tốc giai đoạn giảm tốc Tuy nhiên đa số vật liệu ẩm trình sấy đối lưu diễn theo giai đoạn chủ yếu : giai đoạn đẳng tốc giai đoạn giảm tốc a Giai đoạn đốt nóng vật liệu : Nếu ban đầu nhiệt độ vật liệu thấp nhiệt độ bay đoạn nhiệt khơng khí giai đoạn đốt nóng, nhiệt độ vật liệu tăng lên Trong giai đoạn hàm ẩm vật liệu thay đổi chậm thời gian diễn tiến nhanh, kết thúc giai đoạn này, nhiệt độ vật liệu đạt đến nhiệt độ bầu ướt khơng khí Nếu vật liệu có độ dày nhỏ trình sấy đối lưu thời gian không đáng kể b Giai đoạn sấy đẳng tốc : Sau giai đoạn đốt nóng, hàm ẩm vật liệu giảm tuyến tính theo thời gian (đoạn thẳng đường cong sấy hay đoạn nằm ngang đường cong tốc độ sấy) Nếu gọi giảm hàm ẩm dW dW vật liệu đơn vị thời gian tốc độ sấy d giai đoạn d = const nên gọi giai đoạn sấy đẳng tốc, giai đoạn sấy đẳng tốc kéo dài thời điểm mà hàm ẩm vật liệu đạt giá trị W k kết thúc, Wk gọi độ ẩm tới hạn vật liệu Trong giai đoạn này, tất vật liệu người ta nhận thấy nhiệt độ vật liệu d 0 d không đổi gradien nhiệt độ , lúc cường độ sấy vật liệu J m cường độ bay nước từ bề mặt nước tự tính theo phương trình Dalton : Trang Thí nghiệm q trình & thiết bị J m m p b p h Sấy đối lưu 760 R v N (kg / m h) B 100 (3) Trong : - m : Hệ số trao đổi ẩm (kg/m2.h.mmHg) - pb : Ap suất ẩm bề mặt vật liệu áp suất nước bão hòa nhiệt độ bầu ướt (mmHg) - Ph : Ap suất riêng phần nước khơng khí (mmHg) - B : Ap suất phòng sấy (mmHg) - 0 : Khối lượng riêng chất khô vật liệu (kg/m 3) - Rv : Tỷ số giữ thể tích bề mặt vật liệu (m3/m2) - N : Tốc độ sấy đẳng tốc (%/hoặc) Hệ số trao đổi ẩm m xác định theo chuẩn số trao đổi chất Nusselt Nu m : Nu m m m L (4) n , 33 ,135 Nu m A.Re Prm Gu L v k Chuẩn số Reynolds g.C w Prm = Chuẩn số Prandtl am w Re Gu = t k- t ö Chuẩn số Gukhơman tk Với Trong : - m, w : Hệ số dẫn ẩm tác nhân sấy vật liệu (kg.mol/m.s.J) - Cw : Am dung vật liệu sấy (mol/J) - L : Chiều dài vật liệu theo phương di chuyển tác nhân sấy (m) - : Độ nhớt động học ẩm (m2/s) - : Độ nhớt động lực học ẩm (kg.s/m2) - tk,tư : Nhiệt độ bầu khô ướt tác nhân (0C) - am : Hệ số dẫn truyền vận ẩm (m 2/s), phụ thuộc vào hàm ẩm nhiệt độ vật liệu xác định thực nghiệm w = m 0.Cw Đối với trình sấy đối lưu hệ số trao đổi ẩm m xác định theo phương 0,8 trình thực nghiệm : m 0,04075 v k (kg / m h mmHg) v vận tốc tác nhân sấy k Tốc độ sấy đẳng tốc tính theo (3) : 100 J m 100 J m F 100 J m % N 100 J m f h R v V G0 Trong : - F : Bề mặt bay vật liệu (m2) - V : Thể tích vật liệu (m3) - 0 : Khối lượng riêng chất khô vật liệu (kg/m 3) - G0 : Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg) F f G :Bề mặt riêng khối lượng vật liệu (m3/kg) - Trang (5) Thí nghiệm q trình & thiết bị Sấy đối lưu Hệ số trao đổi nhiệt q giai đoạn đẳng tốc xác định từ phương trình Dalton Newton : q J r J m t k t ö q m (KJ / m h.0 C) r tk tö (6) Nếu sấy đối lưu nhiệt độ không cao vật liệu phẳng ta có cơng thức thực nghiệm : ,6 v k k W q 3,6 0,4 m C R (7) Trong : - R : Phân nửa chiều dày vật liệu (m) - vk : Vận tốc tác nhân sấy (m/s) - k : Khối lượng riêng tác nhân sấy (kg/m3) Thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc : W1 Wkqu 1 (h) N Trong : - W1 : Độ ẩm ban đầu vật liệu (%) - Wkqu : Độ ẩm tới hạn qui ước (%) - N : Tốc độ sấy giai đoạn đẳng tốc (%/h) (8) c Giai đoạn sấy giảm tốc : Khi độ ẩm vật liệu đạt giá trị tới hạn W k tốc độ sấy bắt đầu giảm dần đường cong sấy chuyển từ đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần đến độ ẩm cân vật liệu điều kiện trình sấy Khi độ ẩm vật liệu đạt đến giá trị cân W c hàm ẩm vật liệu không giảm tốc độ sấy Quá trình sấy kết thúc Tốc độ sấy giai đoạn thay đổi theo qui luật khác tùy thuộc tính chất dạng vật liệu Trong giai đoạn Jm const, m, q biến thiên phụ thuộc vào hàm ẩm nhiệt độ bề mặt vật liệu Để dễ dàng cho việc tính toán, người ta thay dạng đường cong phức tạp tốc độ sấy đường thẳng phải đảm bảo cho việc thay có sai số bé nhất, giá trị độ ẩm tới hạn dịch chuyển điểm tới hạn qui ước K qư với độ ẩm tới hạn qui ước Wkqư Wkqư giao điểm đường đẳng tốc N đường thẳng giảm tốc Tốc độ sấy giai đoạn giảm tốc : dW K(W Wc ) d (9) - Dấu (-) tốc độ sấy giảm dần - K gọi hệ số sấy, phụ thuộc vào chế độ sấy (tốc độ sấy đẳng tốc N) tính chất vật liệu (1/h) K hệ số góc đường thảng giảm tốc tính : N K Wkqö Wc (10) Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc : Wkqö Wc Wkqö Wc Wkqö Wc 2 ln ln (h) N W2 Wc K W2 Wc (11) Trong W2 độ ẩm sau vật liệu sấy (W2 < Wc) Trang Thí nghiệm q trình & thiết bị Sấy đối lưu III THIẾT BỊ & PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM : Dụng cụ : Thì kế ghi thời gian, cân để đánh giá độ ẩm ban đầu Thiết bị : Hệ thống thiết bị sấy trang bị calorife đốt điện trở, khơng khí quạt thổi qua điện trở để đốt nóng lên đến nhiệt độ cần thiết, nhiệt độ khơng khí nóng ổn định nhờ điều nhiệt tự động Lượng ẩm tách từ vật liệu sấy nghi nhận hệ thống cân đặt phía Thay đổi lượng khơng khí hai cửa gió Nhiệt độ bầu khơ ướt khơng khí xem đồng hồ tự ghi (0F) Vật liệu : giấy lọc, ghép từ tờ giấy lọc có kích thước (30 x 20 x 0,01 (cm) Phương pháp thí nghiệm : - Đem cân giấy lọc xác định G0, sau làm ẩm - Chuẩn bị kế - Kiểm tra thiết bị sấy, ý đổ đầy nước vào chỗ đo nhiệt độ bầu ướt Đấu tiên khởi động quạt thổi, đóng cầu dao điện (chú ý đến tình trạng hoạt động bình thường thiết bị) Ấn nút điều nhiệt để đặt nhiệt độ sấy thích hợp - Sau nhiệt độ phịng sấy đạt giá trị mong muốn, mở cửa phòng sấy ra, đặt cẩn thận nhẹ nhàng tờ giấy lọc lên giá đỡ, ghi nhận số cân rối đóng cửa phịng sấy lại - Trong suất q trình sấy ghi nhận đại lượng : số cân, nhiệt độ bầu khô nhiệt độ bầu ướt phòng sấy tương ứng với khoảng thời gian phút - Tiến hành thí nghiệm nhiệt độ khơng khí 50 0C, 600C, 700C Ở nhiệt độ 700C phải mở thêm gia nhiệt thứ hai - Đối với thí nghiệm độ ẩm ban đầu W phải Vì giấy lọc làm ẩm trước để ngồi khơng khí thời gian, sau cân xác định W mưói đem sấy IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM : Kết tính tốn & Tra cứu : a) Nhiệt độ tác nhân sấy 50oC : Bảng 2: Kết tính tốn cho chế độ sấy 500C (h) 0.00 0.07 0.13 0.20 0.27 0.33 0.40 0.47 0.53 0.60 0.67 0.73 0.80 0.87 0.93 1.00 G (kg) 0.135 0.128 0.117 0.110 0.100 0.090 0.082 0.072 0.064 0.056 0.050 0.045 0.043 0.040 0.040 0.040 U (%) 228.43 212.15 186.57 170.29 147.04 123.78 105.18 81.92 63.32 46.60 30.76 19.13 14.48 10.70 7.50 7.50 U (%) 16.28 25.58 16.28 23.26 23.26 18.60 23.26 18.60 16.72 15.84 11.63 4.65 3.78 3.20 0.00 0.00 N (%/h) 308.00 303.00 317.00 326.00 330.00 318.00 304.00 300.00 317.60 209.30 149.00 104.65 69.77 0.00 0.00 tö o ( C) 14.44 15.00 15.56 15.56 15.00 15.56 15.56 15.56 15.56 15.56 16.11 16.11 16.11 16.67 16.67 16.67 Trang tk o ( C) 44.44 46.11 47.22 47.78 47.22 47.78 47.78 47.78 47.78 47.78 48.33 48.33 48.33 48.89 48.89 48.89 P Pm (mmHg) (mmHg ) 12.27 12.76 13.26 13.26 12.76 13.26 13.26 13.26 13.26 13.26 13.78 13.78 13.78 14.31 14.31 14.31 0.430 3.200 3.200 3.200 3.200 3.200 3.200 3.200 3.200 3.200 0.640 0.640 0.640 0.640 0.640 0.640 30.00 31.11 31.67 32.22 32.22 32.22 32.22 32.22 32.22 32.22 32.22 32.22 32.22 32.22 32.22 32.22 Thí nghiệm q trình & thiết bị Sấy đối lưu b) Nhiệt độ tác nhân sấy 60oC : Bảng 3: Kết tính tốn cho chế độ sấy 600C (h) G (kg) U (%) U (%) N (%/h) tö o ( C) tk o ( C) (mmHg) 0.00 0.07 0.13 0.20 0.27 0.33 0.135 0.125 0.115 0.105 0.095 0.083 228.03 204.78 181.52 158.27 135.01 107.10 23.26 23.26 23.26 23.26 27.91 25.58 348.84 348.84 348.84 348.84 363.00 18.89 20.00 21.11 20.00 19.44 20.00 50.00 50.56 52.22 51.11 51.67 51.11 16.58 17.81 19.09 17.81 17.19 17.81 0.40 0.47 0.53 0.60 0.67 0.73 0.80 0.072 0.060 0.050 0.045 0.040 0.040 0.040 81.52 53.61 30.36 18.73 7.10 7.10 7.10 27.91 23.26 11.63 11.63 0.00 0.00 0.00 369.00 350.00 348.84 214.00 174.42 0.00 0.00 21.11 22.22 22.22 22.78 21.11 21.67 21.11 53.33 53.33 54.44 55.00 53.33 53.33 52.22 19.09 20.44 20.44 21.13 19.09 19.76 19.09 Pm P (mmHg ) 2.60 2.51 2.51 2.51 2.51 2.51 3.00 3.80 3.80 3.80 3.00 3.00 3.00 31.11 30.56 31.11 31.11 32.22 31.11 32.22 31.11 32.22 32.22 32.22 31.67 31.11 c) Nhiệt độ tác nhân sấy 70oC : Bảng 4: Kết tính tốn cho chế độ sấy 700C Chế độ sấy 70oC (h) 0.00 0.07 0.13 0.20 0.27 0.33 0.40 0.47 0.53 0.60 0.67 G (kg) 0.135 0.120 0.106 0.097 0.081 0.065 0.050 0.045 0.040 0.040 0.040 U (%) 227.23 192.35 159.79 138.86 101.65 64.44 29.56 17.93 6.30 6.30 6.30 U (%) 34.88 32.56 20.93 37.21 37.21 34.88 11.63 11.63 0.00 0.00 0.00 N (%/h) 523.26 523.26 523.26 546.00 531.00 523.26 273.00 174.42 0.00 0.00 tö o ( C) 27.22 26.67 27.22 26.67 27.22 27.22 28.33 28.89 29.44 28.89 28.89 Đồ thị Trang tk o ( C) 58.33 57.78 58.33 58.33 58.89 58.89 60.56 61.11 62.22 61.11 61.11 Pm P (mmHg) (mmHg ) 27.22 26.41 27.22 26.41 27.22 27.22 28.89 29.75 30.62 29.75 29.75 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 17.0 17.0 18.0 17.0 17.0 31.11 31.11 31.11 31.67 31.67 31.67 32.22 32.22 32.78 32.22 32.22 Thí nghiệm q trình & thiết bị Sấy đối lưu Hình : Đường cong sấy U (%) 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0.00 t(h) 0.20 Chế độ sấy 50oC 0.40 0.60 0.80 Chế độ sấy 60oC 1.00 1.20 Chế độ sấy 70oC Hình 2: Đường cong tốc độ sấy 600 500 N(%h) 400 300 50 200 60 70 100 0.00 25.00 50.00 75.00 100.00 125.00 150.00 175.00 200.00 225.00 250.00 Trang U% Thí nghiệm q trình & thiết bị Chế độ sấy Sấy đối lưu Bảng : Kết tính tốn từ đồ thị U* U2 N(%/ Uth (%) (%) (%) h) 500C 46.60 7.5 7.5 308.00 600C 30.36 7.1 7.1 348.84 700C 29.56 6.3 6.3 523.26 (h) 0.00 0.07 0.13 0.20 0.27 0.33 0.40 0.47 0.53 0.60 0.67 0.73 0.80 0.87 0.93 1.00 K τ1(h) τ2(h) 7.854 0.59 0.45 14.97 0.57 0.41 22.34 0.38 0.23 χ 0.0025 0.0042 0.0042 Đánh giá kết thí nghiệm: Bảng 6: Sai số dựng “Đường cong sấy” Chế độ sấy 50oC Chế độ sấy 60oC Chế độ sấy 70oC U (%) U’ U U (%) U’ U U (%) U’ U (%) (%) (%) (%) (%) (%) 228.43 229.28 0.37 228.03 228.16 0.06 227.23 227.77 0.24 212.15 209.45 1.29 204.78 204.34 0.22 192.35 189.61 1.44 186.57 189.47 1.53 181.52 181.81 0.16 159.79 164.75 3.01 170.29 168.79 0.89 158.27 158.83 0.36 138.86 135.91 2.17 147.04 147.32 0.19 135.01 134.20 0.61 101.65 100.67 0.98 123.78 125.37 1.27 107.10 107.71 0.56 64.44 64.20 0.37 105.18 103.48 1.64 81.52 80.37 1.43 29.56 33.68 12.24 81.92 82.38 0.55 53.61 54.25 1.17 17.93 14.26 25.77 63.32 62.86 0.73 30.36 32.02 5.19 6.30 6.73 6.34 46.60 45.70 1.97 18.73 16.24 15.34 6.30 6.79 7.22 30.76 31.54 2.49 7.10 8.29 14.34 6.30 5.94 6.12 19.13 20.82 8.10 7.10 7.03 1.10 14.48 13.63 6.26 7.10 7.09 0.12 10.70 9.66 10.76 7.50 8.09 7.28 7.50 7.48 0.31 Bảng 7: Sai số dựng “Đường cong tốc độ sấy” Chế độ sấy 50oC U (%) N (%) N’ (%) 228.4 0.04 212.1 308.0 308.0 186.5 303.0 314.0 170.2 317.0 313.9 N (%) 0.04 0.01 3.51 0.98 Chế độ sấy 60oC U (%) N (%) N’ (%) 228.0 0.00 0.00 204.7 348.8 348.8 181.5 348.8 350.9 4 158.2 348.8 351.8 Trang N (%) 1.0 0.0 0.0 0.0 Chế độ sấy 70oC U (%) N (%) N’ (%) 227.2 0.00 0.00 192.3 523.2 523.2 5 159.7 523.2 526.6 138.8 523.2 527.4 6 N (%) 1.0 0.0 0.0 0.0 Thí nghiệm trình & thiết bị 147.0 123.7 105.1 Sấy đối lưu 326.0 330.0 318.0 304.0 300.0 317.6 209.3 149.0 104.6 313.8 3.88 313.7 5.19 313.6 1.39 81.52 313.5 3.04 53.61 313.4 4.29 30.36 313.3 1.35 18.73 208.9 0.17 7.10 118.4 25.8 10.70 69.77 52.75 7.50 0.00 0.00 7.50 0.00 27.3 32.2 00.0 00.0 81.92 63.32 46.60 30.76 19.13 14.48 82.19 0.00 Chế độ sấy 500C 600C 700C Uth (%) 139.79 134.41 132.54 U* (%) 7.459 7.052 6.175 Chế độ sấy ΔUth (%) 65.33 78.28 77.70 ΔU* (%) 0.5 0.7 2.0 500C 600C 700C 135.0 107.1 348.8 363.0 369.0 350.0 348.8 214.0 174.4 352.6 0.0 101.6 546.0 531.0 523.2 273.0 174.4 528.8 0.0 353.7 0.0 64.44 530.1 0.0 354.6 0.0 29.56 531.4 0.0 355.7 0.0 17.93 286.2 0.0 356.5 0.0 6.30 55.93 2.1 206.1 0.0 6.30 0.00 55.93 1.0 59.45 1.9 6.30 0.00 55.93 1.0 7.10 0.00 0.00 0.0 7.10 0.00 0.00 0.0 Bảng : Kết tính tốn lý thuyết U2 N(%/ χ K (%) h) 10 392.2 0.0079 3.0904 10 473.96 0.0079 3.7414 637.4 0.0079 5.0441 Bảng 9: Kết đánh giá sai số ΔU2 ΔN(%/ Δχ ΔK (%) h) 67.72 24.71 25.0 21.47 45.70 32.84 29.0 26.40 45.95 44.65 21.3 17.91 τ1(h) τ2(h) 0.2397 0.1988 0.1486 0.6611 0.5392 0.3897 Δτ1(h) Δτ2(h) 146.14 186.72 155.72 31.9 24.0 41.0 V BÀN LUẬN : Câu : Nhận xét giải thích dạng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy so với dạng lý thuyết * Đường cong sấy: Đường cong sấy chế độ sấy 50 oC, 60oC 70oC có dạng phù hợp so với lý thuyết Tuy nhiên đồ thị không biểu diễn giai đoạn đốt nóng theo lý thuyết, lý Trang 10 Thí nghiệm q trình & thiết bị Sấy đối lưu giai đoạn ngắn, nhỏ phút, nên ta đo vượt qua giai đoạn đốt nóng, khơng thể đọan Đường cong sấy chế độ 500C nằm phía so với 60oC 70oC Đồ thị chế độ sấy có nhiệt độ cao dốc hơn, đạt đến cân nhanh có độ ẩm cân thấp Điều hồn tồn hợp lý, nhiệt độ tác nhân sấy cao nhịet lượng cung cấp cho ẩm bốc cao hơn, trình sấy diễn nhanh hơn, độ ẩm giảm nhanh ( xét với khỏang tời gian sấy) nhanh chóng đạt đến cân Độ ẩm cân phụ thuộc vào nhiệt độ tác nhân sấy Ta thấy nhiệt độ tác nhân sấy cao độ ẩm cân thấp Khi giấy lọc nhiệt độ bình thường khoảng 2830OC có khối lượng xác định G0 sấy khối lượng giảm hẳn so với G ban đầu * Đường cong tốc độ sấy: Đường cong tốc độ sấy có dạng phù hợp so với lý thuyết Nhìn chung hình dạng giá trị khơng xác sai số lớn Ngồi ra, sai số việc xác định U* vẽ đường cong sấy yếu tố dẫn đến sai số việc xác định giá trị đường cong dẫn đến sai số lớn trình xác định tốc độ sấy N Khối lượng cuối q trình sấy (khối lượng khơng đổi) với khối lượng khô ban đầu, nhiên độ ẩm cân U* phải khác Đó sấp giấy lọc mà ta cân ban đầu vật liệu khô tuyệt đối, mà vật liệu chứa lượng ẩm cân định (ở điều kiện nhiệt độ mơi trường ngồi) Do ta phải dựa vào độ ẩm phụ thuộc vào nhiệt độ sổ tay để tìm U* phương pháp nội suy Câu : Nhận xét giải thích kết tính tốn, nêu lên mối quan hệ thông số sấy a Độ ẩm cân U* : U* khác ban đầu vật vật liệu khô tuyệt đối mà vật liệu chứa lượng ẩm định điều kiện môi trường Độ ẩm cân phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm khơng khí Ở điều kiện phụ thuộc vào tác nhân sấy Ta thấy nhiệt độ tác nhân sấy cao độ ẩm cân thấp Khi giấy lọc nhiệt độ bình thường khoảng 28-30OC có khối lượng xác định G0 sấy khối lượng giảm hẳn so với G0 ban đầu Do ta dựa vào thơng số bảng tra ta tính U* : Độ ẩm cân xác định thơng qua giá trị nhiệt độ dịng nhiệt độ bầu ướt Từ ta xác định độ ẩm tương đối khơng khí dựa vào kết độ ẩm cân giấy lọc mà ta xác định độ ẩm cân vật liệu sấy (giấy lọc) Bảng 10: Độ ẩm cân giấy lọc (do thầy cung cấp) φ (%) t0(oC) 40 60 80 10 20 30 40 50 60 70 80 0.023 0.017 0.0125 0.033 0.027 0.0185 0.041 0.0345 0.025 0.049 0.042 0.03 0.058 0.051 0.0365 0.0675 0.06 0.044 0.08 0.0705 0.053 0.099 0.084 0.0685 Theo số liệu tra tài liệu, ta có giá trị độ ẩm khơng khí 70%, từ nội suy giá trị độ ẩm cân bằng(U*) chế độ sấy 50oC, 60oC, 70oC: Chế độ sấy (oC) U* 50 60 70 (%) 7.459 7.050 6.175 Trang 11 Thí nghiệm trình & thiết bị b Sấy đối lưu Độ ẩm tới hạn Uth : Kết thí nghiệm: Uth Uth số, (%) Chế độ sấy 500C 600C 700C Thí nghiệ m 46.60 30.36 29.56 Lý thuyết 139.79 134.41 132.54 c Nhiệt độ sấy tăng Uth nhỏ.Ta thấy biến thiên thí nghiệm phù hợp với lý thuyết, nhiên lại sai khác giá trị độ lớn nhỏ so với lý thuyết Giá trị thí nghiệm bị sai nối đường thẳng, ta nối gần đúng, bỏ qua điểm trước đó, xác Tốc độ sấy đẳng tốc N : Ta độ hợp động thí thất tốc d N (%/h) Chế độ sấy 500C 600C 700C Thí nghiệ m 308.00 348.84 523.26 Lý thuyết 392.2 473.96 637.4 nhận thấy rằng: nhiệt độ sấy tăng tốc sấy đẳng tốc tăng Điều hoàn toàn phù với lý thuyết Đó nhiệt độ tăng lực trình sấy (thế sấy ) tăng.Gía trị nghiệm nhỏ lý thuyết,vì nhiệt lượng bị tổn trình vận chuyển nên lượng giảm, độ nhỏ lý thuyết Hệ số sấy giai đoạn giảm tốc : Hệ số sấy tương đối giai đoạn giảm tốc sử Chế độ sấy 500C 600C 700C Thí nghiệ m 0.0255 0.0429 0.0427 Lý thuyết 0.0079 0.0079 0.0079 Theo lý thuyết, 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 nhiệt độ tác nhân sấy Trong thí nghiệm này, chế độ sấy dụng mẫu giấy lọc, chọn độ ẩm ban đầu giống chênh lêch Uth U* U th U * chế độ sấy không lớn nên xác định theo cơng thức: gần giống nhau, có sai số, chủ yếu sai số cách xác định U th kết Hệ số sấy K sấy ẩm K Chế độ sấy 500C 600C 700C Thí nghiệ m 7.854 14.97 22.34 Lý thuyết Theo lý thuyết hệ số sấy K phụ thuộc vào chế độ (tốc độ sấy đẳng tốc N) tính chất vật liệu () theo công thức K = N 3.0904 3.7414 5.0441 Điều có nghĩa với tính chất vật liệu ẩm không đổi ( không đổi), nhiệt độ tác nhân sấy tăng N tăng lên K tăng Kết thí nghiệm hồn tồn phù hợp với lý thuyết, cịn có sai số q trình thí nghiệm e Thời gian sấy: Chế độ sấy 500C τ1(h) Thí nghiệm 0.59 τ2(h) Lý thuyết 0.2397 Trang 12 Thí nghiệm 0.45 Lý thuyết 0.6611 Thí nghiệm q trình & thiết bị 600C 700C Sấy đối lưu 0.57 0.38 0.1988 0.1486 0.41 0.23 0.5392 0.3897 τ1: - Theo lý thuyết, nhiệt độ sấy tăng thời gian 1 giảm 1 U U th N1 Mà nhiệt độ tác nhân sấy - Đó 1 tính theo cơng thức tăng N tăng mạnh, Uth giảm khơng đáng kể kết thí nghiệm hồn tồn phù hợp với lý thuyết 2 : - Theo lý thuyết, nhiệt độ sấy tăng thời gian 2 giảm 2 U th U * U th U * ln N1 U U * Mà nhiệt độ tác - Đó 2 tính theo cơng thức nhân sấy tăng N tăng mạnh, U th giảm khơng đáng kể kết thí nghiệm hồn tồn phù hợp với lý thuyết Ta nhận thấy thời gian sấy giảm tốc 2 lớn nhiều so với thời gian sấy đẳng tốc 1 Vì giai đọan sấy đẳng tốc, bề mặt ln bão hịa ẩm, bốc ẩm nhanh, giai đọan sấy giảm tốc để tách ẩm liên kết, phụ thuộc dẫn ẩm bề mặt, nên cần thời gian lâu tốn nhiều lượng f Mối quan hệ thông số sấy theo lý thuyết: Khi nhiệt độ tác nhân sấy tăng thì: T sấy U* Uth N K o 1 2 Tăn g Giả m Giảm Tăng Tăng Tăng Giảm Giảm Giảm Câu : Nhận xét giải thích kết đánh giá sai số ΔUth ΔU* ΔU2 ΔN Chế độ Δχ sấy (%) (%) (%) (%/h) 500C 67.72 65.33 0.5 25.0 21.47 60 C 45.70 78.28 0.7 29.0 26.40 70 C 45.95 77.70 2.0 21.3 17.91 Sai số lớn.Nhất giá trị Uth, χ , K τ1 Sai số dựng đường cong sấy : ΔK Δτ1(h) Δτ2(h) 24.71 32.84 44.65 146.14 186.72 155.72 31.9 24.0 41.0 Những sai số trình dựng đường cong sấy đường tốc độ sấy phương pháp bình phương cực tiểu khơng đáng kể so với kết nhận Uth Việc dựa vào đồ thị để xác định Uth khiến cho sai số cao, cách đo, dị tìm đồ thị mắt dễ gặp sai số đồng thời ta làm trịn Thực tế thơng số đo cịn chưa xác nên dựng đường cong khơng hịan tịan xác giá trị, nên U th xác định theo thực nghiệm có nhiều sai số Tốc độ sấy đẳng tốc N : Sai số chế độ sấy đáng kể Trang 13 Thí nghiệm trình & thiết bị Sấy đối lưu Kết tính tốn có sai số q trình tính tốn N lý thuyết, để đơn giản ta sử dụng công thức thức nghiệm p = 0,0229 + 0,0174vk , kg/m2.h.mmHg Công thức không phản ánh hết phụ thuộc hệ số trao đổi ẩm p vào yếu tố ảnh hưởng lên p p Nu m L công thức chuẩn mà phản ánh phụ thuộc vào tốc độ tác nhân sấy Và ta coi p số suốt q trình sấy, điều dẫn đến sai biệt nói p khơng thể phản ánh xác diễn tiến q trình sấy Khi N tính theo thực nghiệm bị ảnh hưởng sai số dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy Q trình dị theo đồ thị tìm N, làm trịn dẫn đến sai số Hệ số sấy tương đối giai đoạn giảm tốc , K Khá lớn Do ảnh hưởng sai số Uth Thời gian sấy đẳng tốc 1, 2 : Sai số lớn bị ảnh hưởng N Uth, sai số Uth , N lớn Giá trị 1, 2 đo thực nghiệm nhỏ so với lý thuyết Đó sai số xác định thông số ta vẽ đường thẳng đẳng tốc ta bỏ số điểm xem đường thẳng để xác định hệ số góc tìm N đồ thị đường cong sấy Câu : Nêu nguyên nhân biện pháp khắc phục sai số Các nguyên nhân gây sai số: Trong q trình làm thí nghiệm - Bộ phận điều chỉnh nhiệt độ caloriphe khơng xác cho Nhiệt độ dao động khoảng lớn, điều chỉnh liên tục, nhiên giữ nhiệt độ theo u cầu thí nghiệm, ảnh hưởng q trình sấy - Đọc nhiệt độ bầu khơ, bầu ướt có sai số, thời điểm đọc có nhiệt độ dao động, khơng xác với thực tế trước - Đọc số liệu cân thiếu xác kinh mảnh, dao động vạch, đồng thời vạch gần, dễ dẫn đến nhầm lẫn - Bấm thời gian khơng hịan tồn xác, đồng thời việc đọc chậm trễ với thời gian thực tế - Do vật liệu ban đầu vật liệu khô tuyệt đối, dẫn đến sai số tính tốn U* - Nhiệt lượng bị thất thoát phần vận chuyển, khơng hịan tồn cung cấp đủ cho vật liệu nên giảm khả bốc ẩm - Hệ thống họat động kh6ong hịan tồn ổn định Thiết bị khơng xác cũ Trong q trình tính tốn: - Do dùng giản đồ để tra Pm P (sai số phải dựng nhiều đường đồ thị nội suy) Đồng thời giản đồ xây dựng áp suất 745mmHg, áp suất thí nghiệm khơng trùng với áp suất - Đường cong sấy đường cong tốc độ sấy có sai số dựng.Đặc biệt sai số trình dựng đường thẳng đẳng tốc dẫn đến sai số U th,N thực nghiệm kéo theo sai số loại giá trị khác sai số có liên quan đến N U th Cách khắc phục sai số: Trong q trình làm thí nghiệm - Vật liệu ban đầu phải vật liệu khô tuyệt đối, cách xác định trước khối lượng khơ tuyệt đối vật liệu, để vật liệu sau làm ẩm phải thật khô cho vào buồng sấy Trang 14 Thí nghiệm q trình & thiết bị Sấy đối lưu - Phải ý thật kỹ để đọc số liệu xác Nhưng tốt phịng thí nghiệm nên có thiết bị đo điện tử để việc đọc số liệu xác hơn, không mở qaụt để tránh làm lệch kim cân Khi đọc kết ban đầu, cần đóng cửa lị sấy khơng khí khơng ổn định, làm dao động kim cân, khơng xác Trong q trình tính toán: - Phải cẩn thận việc tra đồ thị Tốt áp dụng công thức để tính tốn hay dùng số liệu sổ tay thay tra giản đồ, để tránh trường hợp sai dùng giản đồ - Dùng phương pháp “Bình phương cực tiểu” để vẽ đường cong sấy đường cong tốc độ sấy dù phức tạp cho kết xác Nên áp dụng công p p Nu m L thức thay cơng thức dùng phụ thuộc vào vận tốc khơng khí để tính p vận tốc khơng khí khơng ổn định suốt q trình làm thí nghiệm Trang 15 Thí nghiệm q trình & thiết bị VI Sấy đối lưu PHỤ LỤC : Các thông số ban đầu : a Vật liệu : giấy lọc, ghép từ tờ giấy lọc có kích thước 30x20x0,01 (cm) - Diện tích bề mặt bay F = 0,2.0,3.2.3 = 0,36 m2 - Nửa chiều dày giấy lọc : R = 0,5.3.0,0001 = 0,00015 m - Khối lượng giấy lọc khô tuyệt đối : G0 = 42 g - Bề mặt riêng khối lượng vật liệu : f = F/G0 = 0,36/42.10-3 = 8,57 (m3/kg) - Độ ẩm ban đầu giấy lọc : W1 = (145 - 42)/42 100 = 245,24 % b Tác nhân sấy : Khơng khí nóng Vận tốc vk = 0,85 m/s c Đổi nhiệt độ :0C = 5/9.(0F - 32) G G0 W 100 (%) G d Hàm ẩm vật liệu theo thời gian : Trong : G khối lượng vật liệu theo thời gian (g) Xác định đường cong tốc độ sấy : Từ số liệu W (%) tính tốn ứng với nhiệt độ khác J khơng I khí, (h) dựng đường O K cong sấy W = f (), xây dựng đường cong tốc độ sấy cách lấy vi phân đường cong sấy Cách tiến hành : Tại điểm I đường cong sấy có giá trị W = W i đó, dựng tiếp tuyến với đường cong sấy I, giá trị hệ số góc tiếp tuyến tốc độ sấy N Để xác định hệ số góc tiếp tuyến, ta xác định giao điểm tiếp tuyến với trục W (điểm J) với trục (điểm K) , tốc độ OJ N OK Tiếp tục tiến hành với giá trị khác W ta thu giá trị N sấy tương ứng, biểu diễn liên quan hai đại lượng N W lên đồ thị ta có đường cong tốc độ sấy N = f(W) Xác định áp suất riêng phần pb ph : Trang 16 Thí nghiệm trình & thiết bị Sấy đối lưu H=const φ=1 tk tư P = f(d) Pm P a pb : Ap suất ẩm bề mặt vật liệu áp suất nước bão hòa nhiệt độ bầu ướt (mmHg) pb xác định đồ thị Ramzin cách tìm giao điểm đường nhiệt độ tư đường = 100%, từ điểm theo đường thẳng đứng lên cắt đường áp suất riêng phần H2O, giao điểm cho giá trị pb b ph : Ap suất riêng phần nước khơng khí phịng sấy (mmHg) p k xác định đồ thị Ramzin cách tìm giao điểm đường nhiệt độ t đường = 100%, từ điểm theo đường đẳng Enthapi (I = const) lên cắt đường nhiệt độ t k điểm, từ điểm lên theo đường thẳng đứng cắt đường áp suất riêng phần H 2O, giao điểm cho giá trị pb Với tk,tư : Nhiệt độ bầu khô ướt không khí nóng (0C) Tính tốn giá trị bảng U U th o U * 1,8 Giá trị Uth: Uo: độ ẩm ban đầu vật liệu thời điểm = U*: độ ẩm cân vật liệu Ta nội suy giá trị độ ẩm cân chế độ sấy 50oC, 60oC, 70oC: - U th U * Giá trị : Giá trị K: K = N ,1/h - U U th N1 Giá trị 1: ,h * U th U U th U * 2 ln N1 U U * ,h Giá trị 2: - Tính toán giá trị Bảng 7: Giá trị U’: tìm đươc đường cong sấy ứng với giá trị - - 1 U U' 100 Sai số U: U (%) = U' Trang 17 Thí nghiệm trình & thiết bị - Sấy đối lưu Tính tốn giá trị Bảng 8: Giai đoạn: + Sấy đẳng tốc: U > Uth + Sấy giảm tốc: U < Uth Giá trị p: p = 0,0229 + 0,0174vk , kg/m2.h.mmHg (công thức (5.64), p142, [1]) vk: vận tốc khơng khí, vk = 0,85m/s p = 0,0229 + 0,0174 x 0,85 = 0,03769 Giá trị Jm: Jm = p(Pm – P) , kg/m2.h (công thức (3.6), p84, [1]) Giá trị N : N = 100Jmf ,%/h (công thức (5.63), p142, [1]) F f = G o : bề mặt riêng khối lượng vật liệu, m2/kg F: bề mặt bay vật liệu, m2 F = 0,3 x 0,2 x x = 0,36 (m2) 0,36 f = 0,0525 = 6.85714(m2/kg) Vậy N = 100 p(Pm – P)f = 100 x 0,03769 x 6,85714 x P = 25,84456 x P - 1,8 Giá trị : = U o Giá trị K: K = N ,1/h N: tốc độ sấy đẳng tốc, %/h (được lấy trung bình giá trị N bảng) Tính tốn giá trị Bảng 9: Tính sai số: Sai số (%) = Thực nghiệm Lý thuyết 100 Lý thuyết VII TÀI LIỆU THAM KHẢO : [1].Tài liệu “Hướng dẫn làm thí nghiệm Q trình & Thiết bị “ [2].Quá trình & Thiết bị cơng nghệ Hóa Học - Tập VII - Kỹ thuật Sấy vật liệu Nguyễn Văn Lụa - ĐHBKTPHCM [3].Sổ tay Q trình & Thiết bị cơng nghệ Hóa Chất - Tập II - Chương VII - NXBKHKT Hà Nội 1982 [4].Qúa trình thiết bị cơng nghệ hóa học& thực phẩm.-Tập 3-Truyền khối Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh Trang 18