Tập tài liệu truyền khối này được soạn ra nhằm giúp cho việc ôn thi cuối kì. Trong phần bài soạn này có một số nội dung mang tính chuyên sâu và có thể sẽ không có ra thi. Ngoài ra, có thể còn một số nội dung có thể ra thi mà chưa được đề cập trong tài liệu này. Vì thế tập tài liệu này chỉ mang tính chất tham khảo cho kì thi cuối kì, các bạn nên đọc thêm sách để nắm rõ hơn về các quá trình cũng như thiết bị. Trong bộ tại liệu ôn này gồm ba phần trong bốn nội dung ôn thi cuối kì đó là, Chưng Cất, Trích Ly, Sấy. Còn nội dung Hấp Thụ không được đề cập tới do trong nó đã được đề cập tới trong nội dung ôn thi giữa kì được biên soạn của cùng nhóm tác giả. Nên mong các bạn tham khảo thêm phần Hấp Thụ ở trong sách. Ngoài ra ở phần Chưng Cất và Sấy , phần bài tập cũng được đưa ra hướng giải cũng như những điều cần lưu ý. Tuy nhiên trong quá trình chuẩn bị cũng không thể nào tránh khỏi thiếu sót, mong các bạn đóng góp cho chúng mình để hoàn thiện bộ tài liệu hơn. Chúc các bạn có một kỳ thi cuối kì như ý. Xin cảm ơn
LDDT – TYB Mass transfer Mass Transfer LDDT – TYB Page | LDDT – TYB Mass transfer Lời nói đầu Tập tài liệu truyền khối soạn nhằm giúp cho việc ơn thi cuối kì Trong phần soạn có số nội dung mang tính chun sâu khơng có thi Ngồi ra, cịn số nội dung thi mà chưa đề cập tài liệu Vì tập tài liệu mang tính chất tham khảo cho kì thi cuối kì, bạn nên đọc thêm sách để nắm rõ trình thiết bị Trong liệu ôn gồm ba phần bốn nội dung ơn thi cuối kì là, Chưng Cất, Trích Ly, Sấy Cịn nội dung Hấp Thụ khơng đề cập tới đề cập tới nội dung ơn thi kì biên soạn nhóm tác giả Nên mong bạn tham khảo thêm phần Hấp Thụ sách Ngoài phần Chưng Cất Sấy , phần tập đưa hướng giải điều cần lưu ý Tuy nhiên trình chuẩn bị khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong bạn đóng góp cho để hồn thiện tài liệu Chúc bạn có kỳ thi cuối kì ý Xin cảm ơn! Nhóm tác giả Page | Mass transfer LDDT – TYB Tài liệu tham khảo [1] Vũ Bá Minh, “Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thưc phẩm, tập 3: Truyền khối”, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2018 [2] Trịnh Văn Dũng, “ Tóm tắt giảng trình thiết bị truyền khối”, TpHCM, 2003 [3] Trịnh Văn Dũng, “Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm: Bài tập truyền khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2012 [4] Warren L McCabe, “ Unit operatión of Chemical Engineering, fifth edition”, 1993 Page | LDDT – TYB Mass transfer Chưng cất Chưng gì? Cho ví dụ? Chưng dùng nào? Chưng trình tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt cách đun sôi hỗn hợp, tách tạo thành ngưng tụ - Cơ sở trình chưng dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp- Ở nhiệt độ cấu tử có áp suất lớn dễ bay hơn; hay áp suất cấu tử có nhiệt độ sơi thấp dễ bay # Quá trình chưng khác q trình đặc điểm: Q trình chưng gồm hai cấu tử - dung môi chất tan – bay Cịn q trình đặc có dung mơi bay - Phân loại - Theo áp suất: (Áp suất thường, áp suất thấp, áp suất cao) Áp suất thường: Hay sử dùng đơn giản – chưng rượu, axit, dầu mỏ Áp suất thấp: Dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao tinh dầu vitamin; có nhiệt độ sơi q cao cặn mazut dầu mỏ… Áp suất cao tiến hành hỗn hợp khơng hóa lỏng nhiệt độ thường: Sản xuất O2 N2 từ khơng khí Theo tính phức tạp Chưng đơn giản ( chưng bậc, chưng lôi theo nước, chưng phân tử…) Chưng phức tạp ( chưng nhiều bậc) Chưng luyện ? Tại phải có dịng hồn lưu trình chưng luyên ? Chưng luyện trình phân tách hỗn hợp lỏng xảy nhiều bậc lặp lại trình bay ngưng tụ riêng phần hỗn hợp phân tách bề mặt tiếp xúc pha (Thực lặp lại chưng đơn giản nhiều lần có cải tiến) Dịng hồn lưu dịng sản phẩm đỉnh khơng lấy ngồi mà hoàn lưu ngược lại tháp tránh trường hợp mâm nồi bị khô cân vật chất Sơ đồ chưng luyện cách khắc phục ưu nhược điểm ? Chưng đơn giản Sơ đồ nguyên lý chưng đơn giản 1- Đun sôi tháp 2- Ngưng tụ 3- Thùng chứa Page | Figure 1: Chưng đơn giản LDDT – TYB Mass transfer Hỗn hơp lỏng cho vào nồi đun 1, đun bốc hơi, bay lên ngưng tụ thiết bị ngưng tụ, sản phẩm đỉnh có nồng độ cấu tử dễ bay cao Nồng độ cấu tử dễ bay chất lỏng lại giảm dần nên thành phần bay lên giảm dần Chưng đến đạt nồng độ yêu cầu dừng lại, nên thường tiến hành gián đoạn, tiên hành liên tục ( nồng độ sản phẩm đỉnh xD không đổi) Ứng dụng: Chưng đơn giản dùng để tách cấu tử có nhiệt độ sôi xa nhau, độ sản phẩm không cần cao lắm, dùng chủ yếu để tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử Dùng cho trường hợp yêu cầu suất nhỏ - Ưu điểm: Chưng đởn giản dễ thực hiện, đơn giản, công nghệ linh động, vốn đầu tư thấp Nhược điểm: Nồng độ chất tách thấp, Hiệu suất không cao, suất không lớn, sản phẩm không đều, tốn lượng, tốn nhiều thời gian cơng suất, khó giới hóa, tự động hóa Để tăng nồng độ sản phẩm đỉnh người ta tiến hành chưng đơn giản có hồi lưu nhờ thiết bị ngưng tụ hồi lưu gắn đầu thiết bị 1234- Đun sôi tháp Ngưng tụ Thùng chứa Ngưng tụ hồi lưu Figure 2: Chưng đơn giản có thiết bị hồi lưu Page | Mass transfer LDDT – TYB Chưng nhiều lần Cải tiến: Có thiết bị ngưng tụ thiết bị - - Chưng đơn giản không cho phép thu sản phẩm có độ tinh khiết cao Để thu sản phẩm có độ tinh khiết cao ta cho hỗn hợp đầu vào nồi chưng thứ nhất, bay lên ngưng tụ (hơi có nồng độ cao hơn) cho vào nồi chưng thứ hai tiếp tục tiến hành chưng nhiều nồi Ưu Điểm Ta thu sản phẩm ngưng tụ có độ tinh khiết cao Nhược điểm: Tốn thiết bị, tốn hơi, tốn nước, sinh nhiều sản phẩm trung gian ( nồi cho sản phâm chung gian), dễ bị mât cân vật chất, bị khô mâm Cải tiến: Lược bỏ thiết bị ngưng tụ, dùng nồi trước đun cho nồi sau Để tiết kiệm lượng nước tiết kiệm lượng ta cho nồi trước sục thẳng vào dung dịch nồi sau Trong ta dùng nồi trước để đun nóng dung địch nồi sau dùng dung dịch nồi sau để ngưng tụ nồi trước => Ta dùng đốt nồi Ngoài để giảm lượng sản phâm trung gian ta cho sản phẩm đáy nồi sau trở nồi trước ta thu hai sản phẩm: sản phẩm đỉnh có nồng độ cấu tử bay cao sản phẩm đáy có nồng độ cấu tử khó bay - Ưu điểm: Giảm sản phẩm trung gian trình, tiết kiệm lượng đốt phải dùng, tiết kiệm lượng nước dùng để ngưng tụ - Nhược điểm: Nồi cuối dễ dàng bị khơ do, có dịng vào nhiên lại có hai dịng dòng lỏng dòng Ngoài việc sử dụng nhiều nồi làm tốn thiết bị diện tích Cải tiến: Thêm dịng hồi lưu tránh khô mâm - - Để tránh tương khô nồi cuối, lượng lỏng ngưng tụ nồi cuối lấy làm sản phẩm phần, phần cịn lại cho quay trở lại gọi lưu Ưu điểm: Tiết kiệm lương hơi, lượng nước, tránh tượng khô mâm Page | Mass transfer LDDT – TYB - Nhược điểm: Tốn diện tích tốn thiết bị Cải tiến: Tiết kiệm diện tích nguyên vật liệu, tạo thành tháp - Để tiết kiệm nguyên vật liệu người ta thường thiết kế nồi chồng lên từ ta thu tháp gọi tháp chưng luyện - Ưu điệm: Tiết kiệm lượng hơi, lượng nước, tránh tương khô mâm, tiết kiệm diện tích, làm việc liên tục có khả giới hóa tự động hóa, suất, hiệu suất cao, sản phẩm đều… Nhược điểm: Thiết bị đắt tiền, khó chế tạo - Page | Mass transfer LDDT – TYB Sơ đồ thiết bị tháp chưng luyện: Tháp chưng luyện gồm hai phần: Từ vị trí nhập liệu lên đỉnh xảy trình nhằm làm tăng nồng độ cảu cấu tử dể bay hơi gọi đoạn cất - Đoạn từ vị trí nhập liệu xuống đáy làm tăng nồng độ cấu tử khó bay gọi đoạn chưng - Vị trí cho nguyên liệu vào tháp gọi vị trí nhập liệu Ngồi cụ thể hơn, ngồi việc sử dụng tháp đĩa, người ta cịn sử dụng tháp đệm trình chưng cất - Các thiết bị phụ trợ: - Nồi đun đáy tháp: để tạo dòng lên tháp, cấp lượng cho dòng bay - Thiết bị ngưng tụ hồi lưu: Để tạo dòng hồi lưu tránh tượng khô cạn thu sản phẩm đỉnh - Bơm: Tạo động lựu cho nhập liệu vào tháp - Thiết bị đun nóng dung dịch đầu, thiết bị làm lạnh sản phẩm - Thùng bể chứa # Thùng cao vị hệ thống có ống chảy tràng nhằm trì mực nước thùng, nhằm cho mục địch cho bơm hoạt động với lưu lượng ổn định # Thiết bị ngưng tụ hồi lưu dùng thiết bị tụ bazomet nhiên sử dụng sản phẩm đỉnh nước ví dụ hệ ( H2O – CH3COOH) # Nến lắp lưu lượng kế trước thiết bị trao đổi nhiệt lỏng sơi xuất bọt => Phao đo lưu lượng kế bị làm cho dao động từ kết khơng xác # Ở nồi dùn, thực đun trược tiếp cách sục thẳng nước vào nhiên áp dụng sản phẩm nước # Trong hệ thống tháo sản phẩm đáy, ln có van dự phịng để tranh trường hợp van bị kẹt Page | LDDT – TYB Mass transfer # Dòng hồi lưu tháp phải nằm mâm cùng, dịng khí quay ngược lại tháp phải cho vào mâm cuối Lớp đệm Bộ phân phân phối lại chất lỏng Lươi đỏ đệm Vỏ thiết bị Bộ phân đun sôi tháp Thiết bị ngưng tụ hoàn lưu Bộ phân phân phối lại chất lỏng Figure 4: Thap dia Figure 4: Chưng cất tháp đệm Sơ đồ toàn hệ thống thiết bị chưng cất liên tục Page | Mass transfer LDDT – TYB Mô tả: Thiết bị trao đổi nhiệt số dùng để tận dụng nhiệt sản phẩm đáy nhằm gia nhiệt cho dùng nhập liệu - Dòng lỏng vào thiết bị trao đổi nhiệt đặc biệt thiết bị ngưng tụ, dòng lỏng từ lên để đẩy hết khí ngồi, dòng cho từ xuống - Dòng sản phẩm chia làm hai dòng: + phần qua thiết bị trao đổi nhiệt số để dun nóng nguyên liệu + phần qua thiết bị đun sôi để đun sôi tạo quay trở tháp, dòng đun dùng thiết bị trao đổi nhiệt cho bên ngồi từ xuống Dịng lịng vào tháp hóa hóa TBTDN ln, nồi đun xem đĩa lý thuyết Ngoài với sản phẩm nước ta dùng nước sục trực tiếp vào để đun sôi - Dòng sản phẩm đỉnh chia làm hai dòng: + Một dòng tháo làm sản phẩm đỉnh + Một dòng cho hồi lưu quay ngược trở lại tháp để tránh tượng tháp bị khô mâm + Thiết bị ngưng tụ đỉnh thường dùng thiết bị trao đổi nhiệt có bề mặt trao đổi nhiệt ( q trình ngưng tụ khơng có xảy tiếp xúc hai pha) Tuy nhiên, thay thiết bị ngưng tụ thiết bị ngưng tụ bazomet sản phẩm đỉnh nước ( Ví dụ chưng cất acetic acid nước) Nêu đặc điểm hệ lỏng tan lẫn hoàn toàn, tan phần, không tan lẫn? Chúng ứng dụng chưng luyện để làm ? Xét hệ gồm hai cấu tử, bậc tự hệ trường hợp 2,vậy thơng số nồng đơ, nhiệt độ áp suất thay đổi => từ ta xây dựng loại đồ thị T-xy (P const); P-xy (T const) ; P-t (y-x const); y-x (P=const) - Hệ tan lẫn hoàn toàn: Hệ lý tưởng: Tuân theo định luật raoult henry Áp suất hỗn hợp nằm áp suất bão hòa hai cấu tử Nhiệt độ sôi hỗn hợp nằm nhiệt độ sôi hai cấu tử tinh khiết Độ bay tương đối hai cấu tử tăng giảm áp suất giảm nhiệt độ, tức trình chứng cất dễ xẩy giảm áp suất Hệ không lý tưởng: - Dung dịch thực đặc trưng bằng: - Nhiệt hòa tan - Sự thay đổi thể tích sau trộn - Trong pha phân tử tương tác khác thay đổi áp suất =>Hệ có sai lệch so với hệ lý tưởng gọi hệ thực Hệ sai lệch dương Hỗn hợp có áp suất tổng lớn so với áp suất tính theo raoult Nếu hệ có điểm cực đại, có thành phần pha lỏng thành phần pha gọi hỗn hợp đẳng phí, điểm cực đại gọi điểm đẳng phí - Điểm đẳng phí điểm có nhiệt độ sơi thấp hệ sai lệch dương cực đại Ví dụ: EtOH – H2O Hệ sai lệch âm - - Hỗn hợp có áp suất tổng nhỏ so với áp suất tính theo raoult Page | 10 LDDT – TYB Mass transfer - - Pha liên tục chiếm toàn tháp từ lên từ xuống Pha phân tán nhờ phận phun tạo thành hạt nhỏ xuyên qua, phân tán vào pha liên tục Pha phân tán sau vượt qua khỏi phận phân phối pha liên tục kết tụ lại tách khỏi pha liên tục Ưu điểm: đơn giản nhất, làm việc với chất lỏng bẩn, dễ dàng làm vệ sinh, có suất cao Nhược điểm: hiệu suất nên không sử dụng thực tế Tháp đệm Cấu tạo khơng khác với tháp đệm dùng cho q trình tiếp xúc pha khí – lỏng Tháp có tác dụng hạn chế khuấy trộn theo phương trụcc, thay đổi hướng hạt pha phân tán nên tăng phần tốc độ truyền khối Figure 26: Thap dệm; 1- đệm; 2- phận phân phối; 3vùng lắng; 4- van thủy lực; 5- bề mặt phân pha - Ưu điểm: + Khá đơn giản + Có thể làm việc với mơi trường ăn mịn, dùng đệm cầu có trọng lượng riêng nhỏ làm việc với mơi trường bẩn chí với bùn + Tận dụng hiệu ứng tạo giọt nên tháp đệm có cường độ truyền khối lớn Nhược điểm: Có suất thấp tháp phun phần thể tích tháp bị vật chêm chiếm, hiệu suất phân tán tháp chêm không cao Tháp đĩa lỗ: Page | 29 Mass transfer LDDT – TYB - Tháp gồm có nhiều mâm có đục lỗ, đường kính lỗ từ 2-9 mm Trong tháp hai pha nặng pha nhẹ bố trí pha liên tục pha phân tán Những giọt pha phân tán qua mâm giọt nhỏ, sau tập hợp lại thành lớp mâm pha phân tán pha nặng tập trung mâm pha phân tán pha nhẹ Do ống chảy chuyền mâm mâm cho phù hợp - Ưu điểm: tháp mâm hoạt động hiệu quả, suất hiệu suất trích Do khuấy trộn theo phương trục pha liên tục bị giới hạn hai mâm, không lan rộng tháp giọt phân tán kết tụ lại phân tán lại qua mâm, tránh sai biệt nồng độ giọt Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp Tháp đĩa roto Ưu điểm: tăng hiệu suất truyền khối, dùng với chất lỏng bẩn Tháp xung: Là loại tháp mâm xuyên lỗ mà khơng có ống chảy chuyền Nhược điểm: chi phí vận hành lớn, khó vận hành với hệ tạo nhũ tương nhẹ, tải trọng động lớn, khó phân bố oha có hiệu suất lớn Tháp rung: địi hỏi lượng nhỏ Page | 30 LDDT – TYB Mass transfer Sấy Sấy ? Khác với đặc chỗ nào? Được sử dụng làm gì? Cho ví dụ? Sấy q trình tách ẩm khỏi vật liệu cách vấp nhiệt cho vật liệu để làm cho ẩm bay Điểm giống sấy cô đặt làm bốc nước Tuy nhiên trình sấy thực nhiều nhiệt khác Cịn q trình đặc diễn nhiệt độ sơi dung dịch - Quá trình xấy dùng để làm khô vật liệu thường vật liêu khô Nhằm làm giản khối lượng ( giảm công chuyên chở), tăng độ bền, tăng khả bảo quản, chất lượng cảm quản Ví dụ: sẫy gỗ, gạch ngói- để làm giảm trọng lượng tăng độ bền Sấy lúa ngô, để tăng khả bảo quản - Ẩm gì? Ta hay gặp loại nào? Cho ví dụ khác? - Ẩm dung môi nằm vật liệu - Hay gặp nước - Có thể gặp số dung môi khác Ethanol Hiểu vật liệu sấy? Chúng có dạng nào? Cho ví dụ? Nêu dạng liên kết ẩm vật liêu? - Vật liệu sấy nói chung trạng thái bất kỳ, phổ biến vật liệu rời, đăc trưng khối lượng riêng đặc - khối lượng riêng khối vật liệu or trạng thái khô Vật liệu sấy cịn đặt trưng hàm ẩm, lượng ẩm chưa kg vật liệu khô 1kg vật liệu ước Các dạng vật liệu sấy - Vật liệu mao quản xốp: ẩm liệ kết chủ yếu lực mao quản, tách ẩm vật liệu trở nên giịn trạng thái khơ dễ biến thành dạng bột, chúng chịu nén Ví dụ: silicagel, CaSO4.2H2O, gốm, polymer( vinylclorit ) - Vật liệu keo: Vật liệu có ẩm liên kết dạng hấp phụ thẩm thấu, sấy khô chúng bị co đáng kể giữ tính đàn hồi Ví dụ: zelatin - Vật liệu keo xốp mao quản: ẩm liên kết dạng khác nhau, vừa mang tính chất trung gian hai loại vật liệu mao quản xốp keo Chúng có cacd tính chất trung gian: thành mao quản đàn hồi, hút ẩm trương nở, sấy khơ bị co lại Ví dụ: đất sét, than bùn, vài polimer nhue polybutylmetacriclate Liên kết ẩm vật liệu sấy - Liên kết vật lý: gồm liên kết hấp phụ, liên kết mao dẫn, liên kết thẩm thấu Liên kết hấp phụ lực hấp phụ, lực tỉnh điện, lực quán tính tạo nên lớp đơn phân tử bề mặt vật liệu ẩm, tạo nên lớp đa phân tử, có liên kết yếu Quá trình sấy thường tách phần ẩm gây liên kết - Liên kết hóa học: liên kết ẩm vật liệu bền dạng OH-, hay liên kết phân tử dạng tinh thể hydrat -> sấy sấy, cần tách phương pháp hóa học nung chảy - Liên kết mao dẫn: Do liên kết hấp phụ đa phân tử tạo nên lớp ẩm bao quanh thành mao quản làm áp suất mặt cong lõm bên nhỏ bề mặt đương kính nhỏ 200nm Khi đường kính lớn ẩm liên kết tự -> sấy ẩm liên kết thành mao quản nhỏ Đối với thành mao quản lớn tách ẩm học Page | 31 Mass transfer LDDT – TYB Tác nhân sấy gì? Trong thực tế dùng loại nào? Nêu thông số đặc trung cho tác nhân sấy hay dùng? - Môi trường để cấp nhiệt cho vật liệu sấy để tách ẩm gọi tác nhân sấy, dùng nhiều loại tác nhân khác nhau, phổ biến khơng khí nóng khói lị Các thơng số đặc trưng cho khơng khí ẩm Khơng khí ẩm hỗn hợp nước khơng khí Độ ẩm tuyệt đối, hàm ẩm: Là lượng nước chứa 1kg khơng khí khơ Enthalpy: H=t + (2493+1,97t).Y Độ ẩm tương đối: tỉ lệ áp suất riêng phần nước so với áp suất bão hòa nước điều kiện - Điểm sương: Là nhiệt độ mà nước bắt đầu ngưng tụ Điểm sương nhiệt độ giới hạn q trình làm lạnh khơng khí ẩm hàm ẩm không đổi - Nhiệt độ bầu khô: nhiệt độ hỗn hợp khí xác định nhiệt ké thơng thường - Nhiệt độ bầu ước: Là nhiệt đổ ổn định đạt lượng nước bốc vào hỗn hợp khơng khí chưa bão hồ điều kiện đoạn nhiệt Nhiệt độ bầu ước xác định nhiệt kế có bọc vái ướt Nhiệt độ bầu ước trình bay ổn định nước điều kiện đoạn nhiệt, trình bay xảy nhanh Do trình bay đoạn nhiệt nên enthalpy hệ không đổi Các phương pháp sấy khác? Sấy thăng hoa: - Vật liệu cho vào thiết bị dạng rắn, thường thực nhiệt độ thấp để chuyển ẩm thành dạng rắn, sau cho thăng hoa tồn lượng ẩm Ta cần phải tạo chênh lệch nhiệt độ lớn vật liệu nguồn nhiệt bên Vì trình sấy thăng hoa thực nhiệt độ thấp( làm nóng để sấy vật liệu Nhược điểm: thiết bị phức tạp Sấy có đốt nóng chừng: - Phương thức nhằm giảm nhiệt độ khơng khí sấy, ta chia phịng sấy làm nhiều khu vực có bố trí phận đốt nóng Khi tăng số lượng buồng đốt vô ta thu nhiệt độ sấy thấp tương ứng với trình sấy không sử dụng caloriphe - Ưu điểm: hạ nhiệt độ sấy xuống, tổng lượng nhiệt cần không đổi Nhược điểm: thiết bị phức tạp Page | 33 Mass transfer LDDT – TYB Sấy có tuần hồn khí thải: - Trong q trình sấy này, khơng khí sau sấy xong thải bên phần, phần cịn lại, cho tuần hồn trở lại cho trộn lẫn vào khơng khí bổ sung vào - Khơng tuần hồn 100% khí thải sed làm khơng khí nhận thêm ẩm-> đến lúc đạt bão hịa-> khơng thể nữa.Vẫn có TB tuần hồn 100%: gắn thêm thiết bị lạnh=> ngưng tụ bớt nước khí - Đặc điểm: Lượng nhiệt tiêu hao phương pháp trước - Ưu điểm: Giảm nhiệt độ sấy Sấy tuần hồn khí thải, thời gian xảy điều kiên linh động hơn, nhiệt độ sấy thấp hơn, tốc độ khí cao -> cấp khối, cấp nhiệt tốt hơn), dể làm - Nhược điểm: nhiên lưu lượng khí vào bng sấy lớn nên tăng đầu tư tăng thể tích bng sấy Động lực q trình xấy giảm do, khơng khí vào có độ ẩm cao Sấy khói lị trực tiếp: - Khí lị tạo thành đốt nhiện liệu thổi trực tiếp vào buồn sấy, để sấy vật liêu Áp dụng cho trường hợp, vật liệu khơng cần - Trộn khơng khí với khói lị để làm giảm nhiệt độ khói lị, sau cho hỗn hợp vào lị sấy - Ưu điểm: Nhiệt độ khói lị cao, dùng khói lị trực tiếp đở phải dùng caloriphe - Nhược điểm: bẩn Tốc độ sấy, đường cong sấy gì? Làm để xây dựng chúng? Xây dựng để làm gì? - Tốc độ sấy lượng ẩm tách đơn vị bề mặt bốc đơn vị thời gian - Phương trình tốc độ sấy: Page | 34 LDDT – TYB Mass transfer 𝑑𝑊 𝑆𝑑𝑡 Đường cong sấy: Biểu diễn mối quan hệ độ ẩm vật liệu theo thời gian + Đoạn AB biểu diễn giai đoạn đốt nóng vật liệu, độ ẩm vật liệu thay đổi không đánh kể, tốc độ sấy tăng nhanh đến cực đại nhiệt độ vật liệu tăng đến nhiệt độ bầu ước 𝑁=− +Đoạn BC giai đoạn sấy đẳng tốc, độ ẩm vật liệu giảm nhanh đặn theo đường thẳng Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi nhiệt độ bề mặt vật liệu không đổi nhiệt bầu ước Khi độ ẩm cịn nhiều, lượng ẩm thoát khỏi vật liệu ẩm tự do, ẩm khơng có liên kết với vật liệu Q trình khuếch tan ngồi chậm q trình khuếch tán Trong trình phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ truyền nhiệt đến vật liệu +Đoạn CD giai đoạn sấy giảm tốc đặng, độ ẩm giạm dần đến độ ẩm cân mức độ giảm ẩm chậm hai giai đoạn Quá trình khuếch tan chậm, trình khuếch tán - Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy + Bản chất vật liệu, cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm, + Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề dầy lớp vật liệu, diện tích bề mặt riêng vật liệu lớn tốc độ sấy cao + Độ ẩm, nhiệt độ vận tốc dịng khí + Chênh lệch nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối khơng khí sấy + Cấu tạo thiết bị - Xây dựng đường cong sấy + Treo mẫu vào cân, sau mẫu đưa vào dịng khí phòng sấy + Khối lương mẫu xác định theo thời gian + Trong trình xấy mẫu không nên nhỏ, nên thực mẫu có bề dây + Bức cuối ta xác định khối lượng khô vật liệu + Đảm bảo điều kiện sau nguyên o Mẫu vật mang phải tương tự với thực tế o Phải có tỷ số bề mặt sấy bề mặt không sấy o Điều kiện truyền nhiệt xạ phải giống o Khơng khí phải có nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc Trong thực tế ta cần phải xác định suất sấy cân biết thời gian sấy Tuy nhiên để làm điều ta cân phài xác định diện tích bề mặt bóc hơi, nhiên đại lượng khó để xác định Nên thực tế để xác định trình sấy, người ta tiến hành thực nghiệm, xây dựng dường cong sấy đường cong tốc độ sấy Động học trình sấy đặc trưng địa lượng nào? Làm để xác định nó? - Động học trình sấy đăc trừng thay đổi hàm ẩm nhiệt độ trung bình vật liệu theo thời gian không gian Page | 35 Mass transfer LDDT – TYB Để xác định tốc độ sấy ta tiến hành phương pháp giải tích , nhiên phương pháp địi hỏi ta phải biết hàm ẩm theo thời gian, điều đòi hỏi phải giải đồng thời phương trình vi phân trao đổi nhiệt, trao đổi ẩm kho khăn - Nên thông thường để xác định ta thường dùng phương pháp gần đúng, thông qua việc xác định đường công sấy Ta lấy đạo hàm đường cong sấy theo thời gian ta thu đường cong tốc độ sấy 10 Động lực trình sấy? - Động lựu q trình, khác biệt áp suất nước ẩm bề mặt vật liệu với áp suất hới nước riêng phần khơng khí, chênh lệch nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy với nhiệt độ khơng khí + Khi Pbềmặt >Pkk => Quá trình nhả ẩm + Khi Pbềmặt < Pkk => Quá trình hút ẩm + Khi Pbềmặt = Pkk => Quá trình đạt cân Với u>ubh (ubh điểm vật liệu cân với khơng khí có độ ẩm 100%) với độ ẩm bất kì, trình sấy xảy độ ẩm vật liệu X* ứng với độ âm tương ứng, tiếp tục xấy độ ẩm vật liệu khơng cịn thay đổi - + Độ ẩm tương ứng với điểm khơng khí có độ ẩm khơng khí gọi điểm hút nước + Lượng ẩm tướng ứng với vật liệu có độ ẩm lớn độ ẩm hút nước gọi ẩm không liên kết + Lượng ẩm ứng với vật liệu có độ ẩm nhỏ độ ẩm hút nước gọi ẩm liên kết Quá trình sấy hút ẩm không liên kết phần ẩm liên kết + Lượng ẩm bốc gọi ẩm tự - Quá trình bốc ẩm gồm hai giai đoạn: + Giai đoạn khuếch tán từ bên bề mặt vật liệu: phu thuộc vào nhiệt độ tính chất vật liệu, dang liên kết ẩm + Giai đoạn nước khuếch tán từ bề mặt vật liệu vào môi trường , phụ thuộc vào trạng thái môi trường xung quanh 11 Các loại thiết bị xấy? Các loại thiết bị có vật liệu cố định - - - Buồn sấy: Vật liệu sấy để khay lưới… Buồng sấy làm gỗ, gạch, bê tơng,… chọn theo kích thước, nhiệt độ, tính chất vật liệu sấy, kích thước phụ thuộc vào suất thời gian sáy Quá trình làm việc gián đoạn áp suất khí quyển, việc nạp liệu tháo liệu tiến hành ngồi phịng sấy Cấu tạo: Khay để vật liệu, calorife, quạt, điều chỉnh dịng khí, va chắn để điều Ưu điểm: Đơn giản Nhược điểm: Do hoạt động gián đoạn nên tiêu hao nhiều nhân lực để nạp liêu lấy sản phẩm, suất thấp, thời gian sấy lâu,chất lượng sấy không (do lớp vật liệu dày, nằm yên, không đảo trộn) Mất nhiệt khó kiểm sốt q trình sấy nạp tháo liệu Phạm vi ứng dụng: Dùng lượng vật liệu sấy không lớn mà thời gian sấy lâu Page | 36 LDDT – TYB Mass transfer Hầm sấy: Hầm sấy làm việc áp suất khí dùng tác nhân sấy khơng hay khói lị Vật liệu xếp khay đặt xe goòng di cchuyển dọc theo chiều dài hầm Có thể cho tác nhân sấy tuần hoàn để tăng tốc độ đọ ẩm tác nhân sấy - Cấu tạo: Xe gng, có khung xếp vật liệu; quạt; calorife; cửa bít kín; vịng cua goòng; hầm - Ưu điểm: Hoạt động liên tục, dễ sử dụng phương thức sấy khác nhau, dịng khí vật liệu sấy chuyển động chiều ngược chiều sử dụng quạt dọc tường hầm sấy để thổi thẳng góc với dịng vật liệu - Nhược điểm: Vật liệu bất động, tốc độ dịng khí nhỏ, vật liêu khơng xáo trộn đều, nạp tháo liệu khỏi xe goòng tay nên cường độ suất thấp, chất lượng không đều, tốn nhân công - Phạm vi ứng dụng: Sấy lượng lớn vật liệu đơn lẻ Máy sấy có lớp vật liệu đảo trộn - Sấy tải: - Khi qua tầng băng tải, vật liêu đảo trộn xếp lại nên tăng bề mặt tiếp xúc pha, làm tăng tốc độ sấy Có thể đốt nóng chừng, điều chỉnh dịng khí… thực sấy ngược, cùng, chéo chiều - Cấu tạo: 1-Bộ phận nạp liệu;2-phòng sấy; 3-băng tải; 4-trống quay dẫn động; 5- calorife; 6-quạt; 7- trống bị động Ưu điểm: Hoạt động liên tục, bề mặt tiếp xúc pha lớn đảo trộn, sản phẩm Nhược điểm: Cồng kềnh, vận hành phức tạp, suất riêng tính 1m2 băng tải không lớn Phạm vi ứng dụng: Sấy vật liệu rời (hạt, phân tán lớn), vật liệu sợi (chè ), bán sản phẩm… Không dùng cho vật liệu dạng bụi khó giữ băng tải Page | 37 Mass transfer - - LDDT – TYB Một dạng khác sấy tải dạng lưới uốn khúc, để sấy vật liệu dạng bùn nhão Kết cấu phức tạp, chi phi vận hành lớn mặc suất cao (Cấu tạo: 1-nạp liệu;2-trục ép; 3- băng lưới; 4- xích băng chuyền; 5- búa tạ va đập; - bunke vít tải Sấy thùng quay: Làm việc áp suất khí quyển, tác nhân sấy khơng khí khói lị Là loại thiết bị sấy quan trọng dùng rộng rãi công nghiệp hóa chất, thực phẩm Vật liệu ướt cho vào thùng đầu cao đảo trộn, di chuyển thùng nhở cánh đảo; vật liệu tiếp xúc với khơng khí tốt Vật liệu khơ tháo đầu thấp thùng quay Khí thải dẫn qua cyclon để thu hồi hạt vật liệu rắn bị dịng khí lơi theo Cấu tạo: 1-Buồng đốt, 2-bộ tiếp liệu, 3-bánh đai, trục đỡ; bổ sung khơng khí; – thùng sấy; – bánh răng;6 – buồng tháo sản phẩm; – xyclon; - quạt; – định hướng; 10 - lăn; đệm năng; 11 - động cơ; 12 – hộp giảm tốc; 13 - cửa điều chỉnh khí - Ưu điểm: Sấy vật liệu, cường độ lớn có tiếp xúc tốt vật liệu tác nhân, suất cao, gọn nhẹ - Nhược điểm: Đảo nhiều vật liệu, dễ làm gãy, nát, tạo bụi nên số trường hợp làm giảm chất lượng sản phẩm - Phạm vi ứng dụng: Dùng cho vật liệu gãy vụn, ứng dụng nhiều số loại hóa chấ, phân đạm, ngũ cốc, bột đường, nói chung loại vật liệu rời có khả kết dính Thiết bị sấy có lớp vật liệu lơ lửng - - Máy sấy tầng sôi: Máy sáy có lớp vật liệu lơ lửng sử dụng rộng rãi sấy nhiều loại vật liệu khác hạt, bột, bùn, lỏng… Trong máy sáy sảy nhiều q trình đồng thời sấy nung, sấy tiến hành phân loại theo kích thước, sấy tạo hạt Trong sấy tầng sơi, q trình tiến hành chiều ngược chiều Page | 38 LDDT – TYB Mass transfer - Ưu điểm: Quá trình sấy diễn mạnh tăng đáng kể bề mặt tiếp xúc pha phân tư vật Sấy tầng sôi Ngược chiều: 1- lưới phân phối; 2thân; 3- ống chảy chuyền; 4- van chặn; - ống xoắn - Máy sấy tầng sôi chiều: 1- caloriphe; 2- lưới phân phối; 3vít náp liệu; 4- thân thiết bị; 5- tháo sản phẩm; 6- xyclon; 7- quạt liệu tác nhân sấy, hệ số truyền nhiệt theo thể tích lớn Trong trình sấy thực số q trình khác như, nung, phân loại hạt, tạo hạt Nhược điểm: Tiêu hao nhiều lượng, sấy vật liệu có độ phân tán lớn làm nhiều vật liệu tạo hạt Máy sáy phun: Page | 39 Mass transfer - - - LDDT – TYB Được dùng để sấy dung dịch hay bùn paste, vật liệu cấu phân tán đặc biệt đưa vào dòng tác nhân Sản phẩm thu dạng bột mịn, cường độ sấy tỉ lệ thuận với tằng bề mặt tiếp xúc chất lỏng với tác nhân sấy Nhiệt độ dịng khí cao lên tới 750oC Dịng khí khỏi thiết bị cho hệ thống xyclon đê thu hồi bụi sản phẩm bị lơi theo, Việc tiến hành tuần hồn khí thải khơng hiệu q trình thu hồi bụi bị nhiều nhiệt Cấu tạo: –quạt; 2- caloriphe; 3- thân; 4- đĩa phân tán;5- xyclon; 6- lọc; 7- vít tải tháo sản phẩm Ưu điểm: sấy nhanh, sản phẩm thu dạng bột mịn, nhiệt độ vật liệu khơng tăng cao nên sử dụng để sấy vật liệu không chịu nhiệt độ cao Chi phí điều hành tương đối thấp, đặc biệt tháp sấy có suất lớn Nhược điểm: Kích thước lớn mà vận tốc tác nhân sấy lại nhỏ nên cường độ sấy tính kg ẩm m3 phòng sấy nhỏ, tiêu tốn nhiều lượng, thiết bị phức tạp cấu phun bụi hệ thống thu hồi bụi sản phẩm Phạm vi sử dụng: sấy loại vật liệu không chịu nhiệt độ cao Sấy dung dịch bùn paste Máy sấy thổi khí: Vật liệu sấy khơ q trình vận chuyển dịng tác nhân khí Thường sử dụng ống thẳng dứng dài khoảng 20m, dịng khí từ lên theo chế độ gần đẩy lý tưởng - Page | 40 LDDT – TYB Mass transfer - Cấu tạo: 1- quạt; caloriphe;3- phễu nạp liệu; 4- buồng sấy; 5- xyclon Ưu điểm: Đơn giản, thời gian sấy ngắn Nhược điểm: Tiêu hao lượng lớn Phạm vi ứng dụng: Vật liệu phân tán, đối vơi vật liệu dạng lớn hay có ẩm liên kết thường kết hợp sấy thổi khí phương pháp khác Phù hợp với vật liệu không bền nhiệt Thiết bị ống tiếp xúc: - Đây máy sấy mà trao đổi nhiệt tác nhân vật liệu thực dẫn nhiệt, nhiệt truyền cho vật liệu bề mặt nóng Thường sử dụng nước, chất tải nhiệt hữu có nhiệt độ sơi lớn… 12 Q trình sấy lý thuyết, trình sấy lý tưởng ? Sấy lý thuyết: - Là trình đoạn nhiệt, H1=H2 - Khơng có tổn thất nhiệt Sấy thực: - Là q trình khơng đoạn nhiệt - Có tồn thất nhiệt - Sấy thực H1>H2 H2> H1 Tính tốn q trình sấy 13 Xác định trạng thái khơng khí Các tập tính tốn sấy tương đối đơn giản, phần tính nhiệt phần tính cân vật chất Phần phiền phức tìm thơng số trạng thái khơng khí ẩm Sử dụng đồ thị ramzim Cách tương đối đơn giản thường khó xác dùng điều kiện áp suất hoạt động 745mmHg - Điểm sương: Từ điểm đồ thị dựng thẳng đứng xuống cắt đường độ ẩm 1, điểm sương - Nhiệt độ bầu ước: Men theo đường enthalpy, cặt đường độ ẩm 1, điểm nhiệt độ bầu ước Sử dụng giải tích, - - Hàm ẩm: 𝑌= 𝑌= 18 × 19 18 𝜑𝑃𝑏ℎ × 29 𝑃 − 𝜑𝑃𝑏ℎ 𝜑 𝑃𝑒 −13,837+ 5148,434 𝑇+273 −𝜑 + P áp suất làm việc - Enthalpy: 𝐻 = 𝑡 + (2493 + 1,97𝑡)𝑌 Page | 41 LDDT – TYB Mass transfer + Từ phương trình biết hai thơng số khơng khí ẩm ta xác định hai thơng số cịn lại Cụ thể thơng thường có t, Y tìm H có H,Y tìm t Đơi khí có H,t tìm Y Điểm sương: - 5148,434 𝑃𝑏ℎ = 𝑒 13,837− 𝑇+273 , 𝑃: 𝑎𝑡 , 𝑇: 𝑑𝑜 𝐶 18 𝑌= × 5148,434 19 𝑃𝑒 −13,837+ 𝑇+273 − + P áp suất làm việc, đơn vị at T độ C + Khi biết Y, vào phương trình trên=> Shift-solve=> tìm nhiệt độ điểm sương Nhiệt độ bầu ước: - 𝐻 = 𝑡ứ𝑐 + (2493 + 1,97𝑡ứ𝑐 ) 18 × 19 5148,434 −13,837+ 𝑇ứ𝑐 +273 𝑃𝑒 ; 𝑌ứ𝑐 = −1 18 × 19 𝑃𝑒 −13,837+ 5148,434 𝑇ứ𝑐 +273 −1 + P áp suất làm việc đơn vị at, T độ C + Đề thường cho ta biết t xác định nhiệt độ bầu ước khơng khí - Khi cho nhiệt độ bầu ước nhiệt độ khô + Có nhiệt độ bầu ước nhiệt vào phường trình, tìm enthalpy=> Sau từ enthalpy nhiệt độ bầu khơ tìm Y hỗn hợp khơng khí khơ 𝐻 = 𝑡 + (2493 + 1,97𝑡) 18 × 19 𝑃𝑒 −13,837+ 5148,434 𝑇+273 −1 14 Tính tốn nhiệt cho q trình Sấy lý thuyết: - Khơng có tổn thất nhiệt, q trình sấy đoạn nhiệt - Xác định trạng thái khơng khí cách - Bảo tồn vật chất tìm lượng khơng khí khơ cần sử dụng phương trình bảo tồn Thơng qua lượng ẩm 𝑊 𝐺𝑜 = 𝑌2 − 𝑌1 + W lượng nước tách - - Nhiệt độ cấp vào hệ lệch enthalpy hỗn khơng khí ban đầu trước cho vào caloriphe hỗn hợp khơng khí sau sấy nhân cho khối lượng khơng khí khơ sử dụng 𝐻 = 𝐺𝑜 (𝐻2 − 𝐻𝑜 ) = 𝐺𝑜 (𝐻1 − 𝐻𝑜 ) Enthalpy khơng khí sau caloriphe trước vào buồng sấy với khơng khí thu sau sấy Tính động lựu q trình: + Xác định thành phần Y điểm ước, nhiệt độ điểm xương, thông qua enthalpy H1 H2 (sử dụng công thức trên) Page | 42 LDDT – TYB Mass transfer 𝑌𝑡𝑏 = - (𝑌1 − 𝑌𝑢𝑐 ) − (𝑌2 − 𝑌𝑢𝑐 ) (𝑡1 − 𝑡𝑢𝑐 ) − (𝑡2 − 𝑡𝑢𝑐 ) ; 𝑡𝑡𝑏 = 𝑡 −𝑡 𝑌1 − 𝑌𝑢𝑐 ln (𝑡1 − 𝑡𝑢𝑐 ) ln (𝑌 − 𝑌 ) 𝑢𝑐 𝑢𝑐 Sấy thực: Cân vật chất để tìm lương khơng khí cần sử dụng sấy lý tưởng Có thất nhiệt nên q trình tính phức tạp Biết toàn số liệu nhiệt dòng vào 𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑝ℎ𝑒 = 𝐺𝑜 (𝐻2 − 𝐻𝑜 ) + 𝑚𝑣𝑎𝑡𝑙𝑖𝑒𝑢,𝑠𝑎𝑢 𝐶𝑠𝑎𝑢 𝑡𝑠𝑎𝑢 − 𝑚𝑣𝑎𝑡𝑙𝑖𝑒𝑢,𝑑𝑎𝑢 𝐶𝑑𝑎𝑢 𝑡𝑑𝑎𝑢 + 𝑚𝑥𝑒𝑣𝑎𝑛𝑐ℎ𝑢𝑦𝑒𝑛 𝑐𝑥𝑒 (𝑡𝑠𝑎𝑢 − 𝑡𝑑𝑎𝑢 ) + 𝑄𝑚𝑎𝑡𝑚 Ta cần biết nhiệt độ, nhiệt dung của vật liệu lúc đầu, sau Nhiệt độ xe nhiệt độ vật liệu Tuy nhiên số trường hợp đề không cho nhiệt dung vật liêu ban đầu 𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑝ℎ𝑒 = 𝐺𝑜 (𝐻2 − 𝐻𝑜 ) + 𝑚𝑣𝑎𝑡𝑙𝑖𝑒𝑢,𝑠𝑎𝑢 𝐶𝑠𝑎𝑢 (𝑡𝑠𝑎𝑢 − 𝑡𝑑𝑎𝑢 ) − 𝑊𝐶𝑝,𝐻2 𝑂 𝑡đầ𝑢 + 𝑚𝑥𝑒𝑣𝑎𝑛𝑐ℎ𝑢𝑦𝑒𝑛 𝑐𝑥𝑒 (𝑡𝑠𝑎𝑢 − 𝑡𝑑𝑎𝑢 ) + 𝑄𝑚𝑎𝑡 + Ta coi nước nhiệt độ ban đầu tỏa nhiệt ra, sau hóa tăng nhiệt độ Lượng nước hóa tăng nhiệt độ nằm sẵng H2 nên ta cân trừ lượng nước ban đầu bốc - Sau ta tính nhiệt cấp caloriphe Ta xác định lượng nhiệt cấp vào cho khí enthalpy H1 𝐻1 = 𝐻𝑜 + - 𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑝ℎ𝑒 𝐺𝑜 ; từ xác định nhiệt độ dịng khí vào buồng sấy thông qua công thức liên hệ H1 Y1 Động lực q trình, xác định tính sấy lý thuyết, nhiên H1 xác H2 cho điểm ước khác nhau, nên xác định lại (𝑌1 − 𝑌𝑢𝑐,1 ) − (𝑌2 − 𝑌𝑢𝑐,2 ) (𝑡1 − 𝑡𝑢𝑐,1 ) − (𝑡2 − 𝑡𝑢𝑐,2 ) 𝑌𝑡𝑏 = ; 𝑡𝑡𝑏 = 𝑡 −𝑡 𝑌1 − 𝑌𝑢𝑐,1 ln (𝑡1 − 𝑡𝑢𝑐,1 ) ln ( ) 𝑌2 − 𝑌𝑢𝑐,2 𝑢𝑐,2 15 Thời gian sấy - Đọc sách , dể Page | 43