Phúc trình thí nghiệm quá trình và 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 MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ PHÚC TRÌNH THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Bài SẤY ĐỐI LƯU CBHD Trần Lê Hải Sinh viên Lê Kh[.]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ PHÚC TRÌNH THÍ NGHIỆM Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Bài: SẤY ĐỐI LƯU CBHD: Trần Lê Hải Sinh viên: Lê Khắc Hưng MSSV: 1611427 Nhóm, lớp: H1.1, TNH1 Ngày TN: 17/10/2018 Năm học 2018 - 2019 Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Sấy đối lưu MỤC LỤC TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm 1.2 Phương pháp thí nghiệm .2 1.3 Kết thí nghiệm (Bảng 1.1) 1.4 Nhận xét kết thí nghiệm .2 LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM .3 2.1 Định nghĩa 2.2 Đặc trưng trình sấy 2.3 Xác định tốc độ sấy theo cân nhiệt trình sấy 2.4 Phương trình động học trình sấy 2.5 Lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu giai đoạn sấy giảm tốc .5 2.6 Lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu giai đoạn sấy đẳng tốc 2.7 Cường độ trao đổi nhiệt 2.8 Đường cong sấy đường cong tốc độ sấy 2.9 Các giai đoạn trình sấy 2.10 Thời gian sấy vật liệu DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 3.2 Phương pháp thí nghiệm 10 3.3 Đo số liệu chế độ thí nghiệm 11 3.4 Chuyển chế độ thí nghiệm 11 3.5 Một số lưu ý vận hành hệ thống sấy 12 3.6 Kết thúc thí nghiệm 12 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 12 4.1 Kết tính tốn .12 4.2 Đồ thị 14 BÀN LUẬN 18 PHỤ LỤC 23 6.1 Các thông số ban đầu 23 6.2 Các cơng thức tính tốn 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Sấy đối lưu TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm Khảo sát trình sấy đối lưu thực nghiệm để: - Xây đựng 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 đẳng tốc giảm tốc - Đánh giá sai số trình sấy 1.2 Phương pháp thí nghiệm 0 Tiến hành sấy giấy lọc chế độ nhiệt độ calorife: 50 C, 60 C, 70 C: Đặt giấy lọc vào buồng sấy, ghi nhận giá trị nhận khối lượng vật liệu sau làm - ẩm (Go) o - Đối với sấy 50 C: Sau phút, ghi nhận giá trị cân hai giá trị nhiệt độ bầu khô – bầu ướt; tiếp tục sấy đến giá trị khối lượng vật liệu khơng đổi vịng phút dừng chế độ thí nghiệm chuyển sang chế độ thí nghiệm khác o - Đối với sấy 60 C: Sau phút, ghi nhận giá trị cân hai giá trị nhiệt độ bầu khô – bầu ướt; tiếp tục sấy đến giá trị khối lượng vật liệu khơng đổi vịng phút dừng chế độ thí nghiệm chuyển sang chế độ thí nghiệm khác o - Đối với sấy 70 C: Sau phút, ghi nhận giá trị cân hai giá trị nhiệt độ bầu khô – bầu ướt; tiếp tục sấy đến giá trị khối lượng vật liệu khơng đổi vịng phút dừng chế độ thí nghiệm 1.3 Kết thí nghiệm (Bảng 1.1) 1.4 Nhận xét kết thí nghiệm Nhiệt độ bầu khơ chưa xác cài đặt calorife, chệnh lệch tầm đến o o C chí có lúc lên tới C Nhiệt độ bầu ướt tương đối gần không lệch nhiều Khối lượng giấy giảm đần thí nghiệm, giảm nhanh dần ta tăng nhiệt o độ tác nhân sấy từ 50 lên 60 tới 70 C Khối lượng giấy sấy khô gần tuyệt đối gần với khối lượng vật liệu thơ ban đầu Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Sấy đối lưu Bảng 1.1: Số liệu thô o Chế độ 50 C G tư t o o tk o ( C) ( C) (g) 140,0 40 54 130,0 38 125,0 t Chế độ 60 C G tư o o tk o ( C) ( C) (g) 137,5 47 60 48 127,5 47 39 51 117,5 117,5 39 52 12 110,0 39 54 15 100,0 39 18 92,5 21 t Chế độ 70 C G tư o tk o ( C) ( C) (g) 135,0 49 69 59 125,0 52 73 46 59 107,5 49 67 107,5 47 61 97,5 50 72 97,5 46 58 82,5 48 68 54 10 85,0 47 61 10 75,0 49 70 38 52 12 72,5 46 59 12 65,0 48 69 85,0 38 52 14 65,0 48 58 14 55,0 49 69 24 75,0 38 48 16 57,5 46 60 16 45,0 49 70 27 67,5 38 49 18 50,0 46 57 18 40,0 48 67 30 60,0 39 52 20 42,5 47 62 20 35,0 49 72 33 55,0 39 53 22 35,0 46 57 22 30,0 47 67 36 47,5 39 54 24 35,0 47 62 24 30,0 49 72 39 40,0 38 52 26 35,0 46 58 26 30,0 48 70 42 40,0 38 49 28 35,0 47 61 28 30,0 49 72 45 35,0 38 50 48 35,0 38 48 51 35,0 38 52 54 35,0 39 53 (phút) (phút) (phút) LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM 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 lòng vật liệu Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Sấy đối lưu - Chuyển pha - Tách ẩm vào môi trường xung quanh 2.3 Xác định tốc độ sấy theo cân nhiệt trình sấy Lượng nhiệt dòng tác nhân sấy cung cấp khoảng thời gian d : dQ = F(t-)d (1) Nhiệt tiêu hao để: - Đun nóng vật liệu: (GoCo+GaCa)d (2) - Bay ẩm nhiệt hơi: [r + Ch(t-th)]dGa (3) Trong đó:  : hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy vào vật liệu sấy, W/m độ   F: bề mặt vật liệu, m t, , th: nhiệt độ tác nhân sấy, vật liệu ẩm bão hòa, độ  GoCo: khối lượng nhiệt dung riêng vật liệu sấy, kg; J/kg.độ  GaCa: khối lượng nhiệt dung riêng ẩm, kg; J/kg.độ  r: ẩn nhiệt hóa ẩm, J/kg  Ch: nhiệt dung riêng ẩm, J/kg.độ Lượng ẩm bốc thời gian d: dGa = d(GoU) = GodD (4) Với: 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: F(t - )d = (GoCo+GaCa)d + Go[r + Ch(t - th)dU (5) Từ (5) rút ra: Ft   G C dU d  GC o o a r  C  t  t G h o a (6)  h) dU d 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)d Với:  kp: hệ số truyền ẩm pha khí, kg/m h.p = (1at hay 1mmHg )  pm, p: áp suất ẩm bề mặt vật liệu pha khí, mmHg (hay at) (7) Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Sấy đối lưu Thay Ga = GoU vào (7) biến đổi, ta có: dU d kp F  Go  p) (p m (8) Khi ẩm không bị nhiệt (tức t = th) biểu thức (5) biến đổi thành:  Ga   G  Co  C o d G  o dU  rGo d o  d    Với: q cường độ dòng nhiệt hay mật độ dòng nhiệt Ga Đặt: ; F V  Vo  o ; Với:  Fd  Go  U Go dQ (9) o F Co + CaU = Cvà Ro  o: khối lượng riêng vật liệu khô, kg/m   Vo: thể tích vật khơ, m C: nhiệt dung riêng vật liệu ẩm, J/kg.độ  Ro: bán kính qui đổi vật liệu, m Khi đó, bỏ qua nhiệt làm nhiệt ẩm, ta có: d q   r dU  C R R o o o d  C  d   o d            R r    r  dU   o o dU  d  1R b R Với: b  R o r o dU  d     (10)  C d  r dU : Chuẩn số Rebinde đặc trưng cho động học trình sấy Biểu thức (10) phương trình động học sấy, cho biết biến đổi ẩm vật liệu theo thời gian Ta nhận biểu thức (10) giải hệ phương trình vi phân mô tả truyền nhiệt - truyền ẩm vật liệu Nhưng nói chung hệ phương trình khơng giải phương pháp giải tích 2.5 Lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu giai đoạn sấy giảm tốc Mặt khác ta thấy giai đoạn sấy giảm tốc, đường cong tốc độ sấy có dạng đường thẳng, nên tốc độ sấy giai đoạn biểu diễn: dU K UU*  d   K: hệ số tỷ lệ, gọi hệ số sấy, phụ thuộc vào tốc độ sấy, tính chất vật liệu ẩm, 1/s (11) Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Sấy đối lưu  K hệ số góc đường cong tốc độ sấy giai đoạn giảm tốc, nên: N K   N U  U *  (12) th Với: U       * U th : hệ số sấy tuyệt 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: UU* U th  U  exp N * (13) Logarit hóa (13), ta có: * lgU  U  * U  N 2.3 (14) Như biết số sấy K, xác định thời gian cần thiết để thực hệ giai đoạn sấy giảm tốc Hệ số sấy tương đối xác định thực nghiệm tính gần sau:   1.8 U o (15) Với Uo độ ẩm ban đầu vật liệu   Từ đó, ta có: U th   U * U  1.8 U Thay (12) (15) vào phương trình (11), ta được: dU  d      0R R b 1.8N r1  U  Thay (17) vào (10), ta được: q 1.8N    U (17) (16) (18) Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Sấy đối lưu 2.6 Lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu giai đoạn sấy đẳng tốc Trong giai đoạn sấy đẳng tốc, toàn lượng nhiệt cung cấp từ dòng tác nhân lượng nhiệt bốc ẩm nhiệt độ vật liệu không đổi nên: q   Rr dU d 2.7 Cường độ trao đổi nhiệt q(x)  q q    1.8 Rb U  (19) (20) U biết chuẩn số Rb tính cường độ trao đổi nhiệt Như vậy, theo biểu thức (20), 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 (): U = f() (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, chế độ phương pháp sấy khác đường cong sấy có dạng tương tự (xem hình 2.1) 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: dU d  g(U) Từ biểu thức (22), (23) rõ ràng đường cong tốc độ sấy là đạo hàm đường cong sấy (xem hình 2.2) (22) Thí nghiệm Q trình & Thiết bị Sấy đối lưu 4.2 Đồ thị o Hình 4.1: Đồ thị đường cong sấy 50 C o Hình 4.2: Đồ thị đường cong sấy 60 C 14