TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC o0o BÁO CÁO THÍ NGHIỆM THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ BÀI THÍ NGHIỆM SẤY ĐỐI LƯU[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC -o0o - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM THÍ NGHIỆM Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ BÀI THÍ NGHIỆM: SẤY ĐỐI LƯU GVHD: TS Lý Tấn Nhiệm SVTH: Nhóm Họ tên: Nguyễn Văn Khải Võ Tuấn Kiệt Lê Bảo Minh Phạm Thu Huyền Hoàng Thảo Nguyên Hà Thị Trúc Nhi Nguyễn Phan Tường Nhi Võ Nguyễn Kim Phụng Huỳnh Diễm Quy Lưu Thị Mỹ Tâm Võ Duy Tân MSSV 20128123 20128074 20128133 20128120 20128138 20128139 20128072 20128087 20128145 20128008 20128035 TP HCM, tháng năm 2023 I MỤC ĐÍCH Khảo sát trình sấy đối lưu thực nghiệm, để: - Xây dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy - Xác định thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng, thời gian sấy đẳngtốc giảm tốc - Đánh giá sai số trình sấy II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Định nghĩa Sấy đối lưu trình tách ẩm khỏi vật liệu cách cấp nhiệt cho ẩm bay Trong đó, hai trình truyền nhiệt truyền ẩm thực phương pháp đối lưu 2.2 Đặc trưng trình sấy Quá trình sấy diễn phức tạp, đặc trưng cho tính khơng thuận nghịch khơng ổn định Nó diễn đồng thời q trình: truyền nhiệt cho vật liệu, dẫn ẩm lịng vật liệu, chuyển pha tách ẩm vào môi trường xung quanh 2.3 Xác định tốc độ sấy theo cân nhiệt q trình sấy Lượng nhiệt dịng tác nhân sấy cung cấp khoảng thời gian dτ: dQ = 𝖺.F.(t – θ)dt (1) Nhiệt tiêu hao để: Đun nóng vật liệu: (G0C0 + GaCa)dθ Bay ẩm nhiệt hơi: [r + Ch(t – th)]dGa (3)Trong đó: 𝖺: hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy vào vật liệu sấy, W/m2độ F: bề mặt vật liệu, m2 (2) t, θ, th: nhiệt độ tác nhân sấy, vật liệu ẩm bão hòa, độ G0, C0: khối lượng nhiệt dung riêng vật liệu sấy, kg; J/kgđộ Ga, Ca: khối lượng nhiệt dung riêng ẩm, kg; J/kgđộ r: ẩn nhiệt hóa ẩm, J/k Ch: nhiệt dung riêng ẩm, J/kgđộ Lượng ẩm bốc thời gian dτ: dGa = d(G0U) = G0dU (4) U: hàm ẩm (hay độ ẩm) vật liệu, tính theo vật liệu khô, kg ẩm/kg vật liệu khô Từ (1), (2), (3) (4), thiết lập cân nhiệt: 𝖺.F.(t – θ)dt= (G0C0 + GaCa)d θ + G0[r + Ch(t – th)]dU (5) Từ (5), rút ra: (6) Đây biểu thức tính tốc độ sấy theo cân nhiệt 2.4 Phương trình động học trình sấy Theo phương trình truyền ẩm từ vật liệu vào tác nhân sấy: dGa = kpF(pm - p)dτ Với: kp: hệ số truyền ẩm pha khí, kg/m2.h.∆p = (1at hay 1mmHg, …) pm, p: áp suất ẩm bề mặt vật liệu pha khí, mmHg (at) Thay Ga = G0U vào (7) biến đổi, ta có: (7) (8) Khi ẩm khơng bị q nhiệt (tức t = th) biểu thức (5) biến đổi thành: (9) q: cường độ dòng nhiệt hay mật độ dòng nhiệt, Đặt: Với: ; ; C0 + CaU = C p0: khối lượng riêng vật liệu khơ, kg/m3 V0: thể tích vật khơ, m3 C: nhiệt dung riêng vật liệu ẩm, J/kgđộ R0: bán kính qui đổi vật liệu, m Khi đó, bỏ qua nhiệt làm nhiệt ẩm, ta có: (10) Với : Chuẩn số Rebinde đặc trưng cho động học trình sấy Biểu thức (10) phương trình động học sấy, cho biết biến đổi ẩm củavật liệu theo thời gian Ta nhận biểu thức (10) giải hệ phương trình vi phn mơ tả truyền nhiệt – truyền ẩm vật liệu Nhưng nói chung hệ phương trình kơng giải phương pháp giải tích 2.5 Lượng nhiệt cấp cho vật liệu giai đọan sấy giảm tốc (q2) Mặt khác, ta thấy giai đoạn sấy giảm tốc, đường cong tốc độ sấy có dạng đườngthẳng, nên tốc độ sấy giai đoạn biểu diễn: (11) K: hệ số tỷ lệ, gọi hệ số sấy Nó phụ thuộc vào tốc độ sấy tính chất vật liệu ẩm, 1/s K hệ số góc đường cong tốc độ sấy giai đoạn sấy giảm tốc, nên: (12) : hệ số sấy tương đối, phụ thuộc vào tính chất vật liệu ẩm Uth: độ ẩm tới hạn U*: độ ẩm cân N: tốc độ sấy đẳng tốc, kg ẩm/(kg vật liệu khơ.s) Tích phân phương trình (11), ta nhận được: (13) Hay logarit hóa (8), ta có: (14) Như vậy, biết hệ số sấy K, xác định thời gian cần thiết để thực giai đoạn sấygiảm tốc Hệ số sấy tương đối xác định thực nghiệm tính gần sau: (15) Với U0: độ ẩm ban đầu vật liệu Từ đó, ta có: (16) Thay (12) (15) vào phương trình (11), ta được: (17) Thay (17) vào (10), ta được: (18) 2.6 Lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu giai đọan sấy đẳng tốc (q1) Trong giai đọan sấy đẳng tốc, toàn lượng nhiệt cung cấp từ dòng tác nhân lượng nhiệt bốc ẩm nhiệt độ vật liệu không đổi nên: (19) 2.7 Cường độ trao đổi nhiệt (q(x)) (20) Như vậy, theo biểu thức (20), biết chuẩn số Rb tính cường độ trao đổi nhiệt theo độ ẩm vật liệu 2.8 Đường cong sấy đường cong tốc độ sấy 2.8.1 Đường cong sấy Là đường cong biểu diễn thay đổi độ ẩm vật liệu (U) theo thời gian sấy (τ): U = f(τ) (21) Dạng đường cong sấy: Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liên kết ẩm vật liệu, hình dáng; kích thước; cấu trúc vật liệu, phương pháp chế độ sấy Đường cong sấy hàm trình sấy Vì vậy, chế độ phương pháp sấy khác nhaunhưng dạng đường cong sấy tương tự 2.8.2 Đường cong tốc độ sấy Là đường cong biểu diễn mối quan hệ tốc độ sấy độ ẩm (hàm ẩm) vật liệu sấy: (22) Từ biểu thức (22) (23), rõ ràng đường cong tốc độ sấy đạo hàm đường cong sấy 2.9 Các giai đoạn trình sấy 2.9.1 Giai đọan đun nóng vật liệu (AB): Giai đọan xảy nhanh với khỏang thời gian ngắn khơng đáng kể Tồn nhiệt dịng tác nhân cấp dùng để đun nóng vật liệu từ nhiệt độ đầu (θ0) lên nhiệt độ bầu ướt (tư) (hình 1) Trong giai đọan này, lượng ẩm tách không đáng kể, độ ẩm vật liệu giảm không nhiều tốc độ sấy tăng nhanh lên đến giá trị cực đại (N) Thường giai đoạn bỏ qua tính toán 2.9.2 Giai đọan sấy đẳng tốc (BC) Trong giai đoạn này, tốc độ khuếch tán ẩm từ lòng vật liệu bề mặt lớn tốc độ bốc ẩm từ bề mặt vật liệu, nên bề mặt vật liệu ln bão hịa ẩm Tồn lượng nhiệt cung cấp để bốc ẩm bề mặt (ẩm tự do) bề mặt bốc bề mặt vật liệu không đổi nên thông số sấy sau không đổi: nhiệt độ bề mặt vật liệu tốc độ sấy; độ ẩm vật liệu giảm nhanh Thời gian sấy giai đọan (thời gian sấy đẳng tốc - τ1) xác định từ: (23) nên tích phân (23) lên ta có: (24) với Uth: độ ẩm tới hạn, độ ẩm cuối giai đọan sấy đẳng tốc 2.9.3 Giai đoạn sấy giảm tốc (CD) Do bốc hết ẩm bề mặt ẩm liên kết, nên bề mặt bốc bị co hẹp lại dần sâu vào lòng vật liệu Tốc độ khuếch tán ẩm vật liệu chậm làm giảm dần tốc độ chung Nhiệt độ vật liệu tăng dần từ nhiệt độ bầu ướt (tư) đến nhiệt độ dòng tác nhân (t) – nhiệt độ bầu khô.Lúc này, vật liệu xuất vùng: ẩm, bốc khô 40 5,8 36,87 61,86 9,45 13,26 45 5,4 37,20 62,21 9,31 13,26 50 5,0 37,85 62,28 9,31 13,26 55 5,0 38,88 62,27 9,18 12,92 60 5,0 41,02 62,33 9,16 12,72 Các thông số, cơng thức tính tốn cho chế độ sấy Độ ẩm vật liệu: U% = G G0 100 ; G0 G: khối lượng vật liệu; G0: khối lượng vật liệu khô; G-G0: khối lượng ẩm vật liệu; U Tốc độ sấy: N = Thế sấy: tk (%/h) tu Tính tốn giá trị thực nghiệm: - Giá trị Uth tìm đồ thị đường cong tốc độ sấy, hồnh độ giao điểm đường đẳng tốc vàđường giảm tốc - Giá trị U* : độ ẩm cân bằng, tra “Hướng dẫn tính tốn ĐAMH QTTB Phạm Văn Bôn”ở 50 0C : U* = 0,0388% 60 0C: U* = 0,0348% - Độ ẩm vật liệu cuối trình sấy: U2 = U* + 2-3%, chọn U2 = U* + 3% - Hệ số sấy tương đối: Ut h U* - Hệ tỷ lệ hay hệ số sấy, hệ số góc đường cong tốc độ sấy giai đoạn sấy giảm tốc nên: K N tốc độ sấy đẳng tốc N Ut h * (1/s) N U0 Uth (h) N - Thời gian sấy đẳng tốc: - Thời gian sấy giảm tốc: U U U * Uth U * N ln U2 U* (h) th Cách tra Pm P: sử dụng đồ thị i-d khơng khí ẩm áp suất 760 mmHg Tính tốn giá trị theo lý thuyết: - Cường độ ẩm: J a (P m m b(tb) 760P (kg/m2.h) h(tb) B Trong đó: Jm – cường độ ẩm (kg/m2.h) B – áp suất phòng sấy; B=760 mmHg am – hệ số trao đổi ẩm tính theo chênh lệch áp suất (kg/m2.h.mmHg) am= 0,0229 + 0,0174.Vk Vk – Tốc độ khí phòng sấy ( Vk = 0,85 (m/s)) U0 1.8 - Độ ẩm tới hạn: Uth U* - Tốc độ sấy: N = 100.Jm.f (%/h) -f= F G : diện tích bề mặt riêng vật liệu, m2/kg −U * U th - K Ut h N U N * U0 Uth N U U th * U* U - th N ln U2 U*