báo cáo thực hành kỹ thuật thực phẩm 2

Báo cáo thực hành kỹ thuật thực phẩm 2 bao gồm 3 bài: sấy đối lưu, truyền nhiệt ống lồng ống và truyền nhiệt ống chùm. Mỗi bài báo cáo bao gồm cơ sở lý thuyết, dụng cụ phương pháp thí nghiệm và số liệu thực nghiệm kết quả thí nghiệm

TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

TRÍCH YẾU

Làm quen với thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống, các dụng cụ đo nhiệt độ và lưu lượng lưu chất.

Xác định hệ số truyền nhiệt trong quá trình truyền nhiệt giữa 2 dòng lạnh, nóng, qua vách kim loại, ở các chế độ chảy khác nhau

Thiết lập cân bằng nhiệt lượng.

Tiến hành các thí nghiệm với chế độ dòng chảy khác nhau, với mỗi thí nghiệm ta cố định lưu lượng dòng nóng đo nhiệt độ của nó, rồi thay đổi lưu lượng dòng lạnh ứng với mỗi giá trị của lưu lượng ta đo nhiệt độ của chúng. 1.3 Kết quả

Với mỗi thí nghiệm, ta đo lưu lượng và nhiệt độ của dòng nóng và dòng lạnh, từ đó tính được nhiệt lượng trao đổi, tổn thất nhiệt Xác định được các chuẩn số Re, Nu, Pr, tính hệ số truyền nhiệt dài theo thực nghiệm và theo lý thuyết, dựng đồ thị K1, K1 * theo Re.

LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM

Truyền nhiệt trong thiết bị dạng ống lồng ống là sự truyền nhiệt phức tạp giữa hai lưu chất được ngăn cách Phương thức truyền nhiệt là đối lưu nhiệt từ vách ngăn đến lưu chất (ngược lại) và dẫn nhiệt qua thành ống kim loại. 2.1 Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất

G1, G2 : lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh, kg/s

C1, C2 : nhiệt dung riêng trung bình của dòng nóng và dòng lạnh, J/kg.K tv1, tr1 : nhiệt độ vào và ra của dòng nóng, °C tv2, tr2 : nhiệt độ vào và ra của dòng lạnh, °C.

2.2 Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt

KL: hệ số truyền nhiệt dài, W/m.°C

∆tlog: chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, °C

2.3 Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết

Trong đó: dng, dtr : Đường kính ngoài và trong của ống truyền nhiệt, m λ: Hệ số dẫn nhiệt của ống, W/m.K rb : Nhiệt trở của lớp cáu db : Đường kính lớp cáu, m.

2.4 Hệ số cấp nhiệt  1 ,  2 giữa vách ngăn và các dòng lưu chất

Các hệ số A, n, m, εl, εR, là các hệ số thực nghiệm, tùy thuộc vào các yếu tố sau:

Chế độ chảy của các dòng lưu chất.

Sự tương quan giữa dòng chảy và bề mặt truyền nhiệt Đặc điểm bề mặt truyền nhiệt (độ nhám, hình dạng…).

DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Hệ thống thiết bị thí nghiệm như sau:

Loại ống lồng ống đơn giản, lưu chất chảy dọc bề mặt ngoài của ống trong Hai dòng chảy có phương song song với nhau, 4 đoạn ống, mỗi đoạn 1m.

Bơm nước lạnh công suất 0,5 hp.

Bơm nước nóng công suất 1 hp

Hệ thống có 2 thùng chứa nước (thùng chứa nước nóng và thùng chứa nước lạnh).

Dụng cụ xác định lưu lượng ở dòng nóng và dòng lạnh.

Hệ thống cảm biến nhiệt độ ghi nhận nhiệt độ tại dòng nóng và dòng lạnh ở đầu vào và đầu ra

Kiểu ống Đường kính (mm)

Chiều dài Ống trong Ống ngoài Ống chất liệu inox 304 Φ19/21 ϕ40/42 1000*4

3.2 Phương pháp thí nghiệm a) Chuẩn bị

Làm quen với hệ thống và thiết bị, tìm hiểu các van và tác dụng của nó.

Làm quen với thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đó và cách điều chỉnh công tắc đo nhiệt độ.

Làm quen với thiết bị đo lưu lượng và cách điều chỉnh lưu lượng.

Xác định các đại lượng cần đo. Đo lưu lượng dòng nóng, dòng lạnh, nhiệt độ ở các vị trí cần thiết Lập bảng kết quả đo. b) Nội dung thí nghiệm

Nắm vững thao tác vận hành thiết bị.

Nắm vững nguyên lý hoạt động của thiết bị.

Ghi nhận các thông số ban đầu: kích thước, tính chất vật lý của dòng nóng và dòng lạnh, các tham số nhiệt độ.

Vận hành, ghi nhận các thông số thu nhận từ thí nghiệm.

Tính toán: Tổn thất năng lượng của hệ thống, hệ số truyền nhiệt bề mặt cho 2 phía, hệ số truyền nhiệt lý thuyết và thực tế. c) Sơ đồ nguyên lý

V1-8: là kí hiệu các van.

Tlv, Tnv, Tlr, Tnr: Cảm biến nhiệt độ tại dòng nóng và dòng lạnh ở đầu vào và đầu ra. d) Trình tự thí nghiệm

- Kiểm tra nước trong thùng chứa (vệ sinh và đổ đầy nước)

- Mở cầu dao nguồn, bật công tắc nguồn trên hộp điều khiển lên.

- Bật công tắc gia nhiệt lên.

- Sau khi nhiệt độ của nước đạt 70 °C thì công tắc gia nhiệt tự động ngắt, lúc đó bắt đầu làm thí nghiệm.

- Mở van 1, 2, 3, 4, 5, 8 và khóa các van còn lại (xuôi chiều), mở van 1, 2,

3, 4, 6, 7 và khóa các van còn lại (ngược chiều) Bật công tắt khởi động bơm dòng nóng và dòng lạnh Bơm ly tâm hoạt động và bơm nước tuần hoàn.

- Chỉnh van 2 để điều chỉnh lưu lượng dòng nóng và chỉnh van 4 để điều chỉnh lựa lượng dòng lạnh theo yêu cầu Chỉ số lựa lượng được đọc trên lưu lượng kế.

- Chờ khoảng 1 phút, cho nước tuần hoàn ổn định thì đọc kết quả trên đồng hồ hiển thị tương ứng với nhiệt độ nóng vào, nóng ra và nhiệt độ lạnh vào lạnh ra.

- Sau khi đo xong tất cả các thông số cần thiết, tắt công tắc gia nhiệt, tiếp thep tắt bơm.

KẾT QUẢ TÍNH

Bảng 1.1: Kết quả thí nghiệm trường hợp xuôi chiều

Bảng 1.2: Kết quả thí nghiệm trường hợp ngược chiều

Bảng 1.3: Kết quả tổn thất năng lượng trường hợp xuôi chiều

Bảng 1.4: Kết quả tổn thất năng lượng trường hợp xuôi chiều

4.2.2 Tính hệ sộ truyền nhiệt thực nghiệm và lý thuyết

Bảng 1.5: Kết quả hệ số truyền nhiệt trường hợp xuôi chiều

Bảng 1.6: Kết quả hệ số truyền nhiệt trường hợp ngược chiều

Hình 1.1 Mối quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và lưu lượng trường hợp xuôi chiều

Hình 1.2 Mối quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và lưu lượng trường hợp ngược chiều

Trong cùng một lưu lượng nóng bằng nhau (Q = const), khi tăng lưu lượng dòng lạnh ( QL = 2 4, 6, 8 l/ph) thì tổn thất nhiệt tăng dần Tuy nhiên dòng lạnh có nhiệt lượng tỏa ra lớn hơn dòng nóng nên kết quả tổn thất nhiệt là âm Nguyên nhân do nhiệt lượng tỏa ra thấp hơn nhiệt độ thu vào dẫn đến kết quả sai.

CÂU HỎI CHUẨN BỊ

Câu 1: Mục đích của bài thí nghiệm?

- Làm quen với thiết bị truyền nhiệt dạng ống lồng ống, các dụng cụ đo nhiệt độ và lưu lượng lưu chất.

- Xác định hệ số truyền nhiệt trong quá trình truyền nhiệt giữa hai dòng lạnh nóng được ngăn cách bởi vách ngăn kim loại ở các chế độ chảy khác nhau.

- Thiết lập cân bằng nhiệt lượng.

Câu 2: Các thông số cần đo?

- Nhiệt độ dòng nóng, lạnh tại các vị trí cần thiết.

Câu 3: Trình tự thí nghiệm?

Câu 4: Thí nghiệm ống lồng ống có phải là thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ ống không?

Trả lời: Thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống hay còn gọi là thiết bị truyền nhiệt ống kép và thuộc kiểu vỏ ống.

Câu 5: Chỉ rõ đường đi vào của dòng nóng trong thiết bị thí nghiệm?

Trả lời: Dòng nóng di chuyển qua bơm một phần nước nóng trở về bồn chứa, phần còn lại di chuyển qua van 4 đến lưu lượng kế Sau đó, nước rời khỏi lưu lượng kế và đi qua van 5 (xuôi chiều), van 6 (ngược chiều) và vào hệ thống Đi ra khỏi hệ thống theo van 8 (xuôi chiều), van 7 (ngược chiều) và trở về bồn chứa theo đường ống dẫn.

Câu 6: Chỉ rõ đường đi vào của dòng lạnh trong thiết bị thí nghiệm?

Trả lời: Dòng lạnh di chuyển qua bơm một phần nước lạnh trở về bồn chứa, phần còn lại di chuyển qua van 2 đến lưu lượng kế Sau đó, nước rời khỏi lưu lượng kế và đi vào hệ thống theo đường ống dẫn Và rời khỏi hệ thống về bồn chứa theo đường ống dẫn.

Câu 7: Ưu nhược điểm của thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống?

Trả lời: Ưu điểm: Chế tạo đơn giản, hệ số truyền nhiệt lớn, dễ điều chỉnh tốc độ môi chất.

Nhược điểm: Cồng kềnh, giá thành cao, khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống.

Câu 8: Hãy cho biết các phương thức truyền nhiệt cơ bản, trong bài thí nghiệm này có những phương thức truyền nhiệt nào?

- Các phương thức truyền nhiệt cơ bản: dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt.

- Phương thức truyền nhiệt trong bài: dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt.

Câu 9: Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng? Giải thích các thông số và cho biết đơn vị của chúng?

Trả lời: Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Câu 10: Ý nghĩa vật lý của hệ số truyền nhiệt dài KL? Công thức tính? Giải thích các thông số và cho biết đơn vị của chúng?

Câu 11: Viết phương trình truyền nhiệt? Giải thích các thông số và cho biết đơn vị của chúng?

Câu 12: Ảnh hưởng của chế độ dòng chảy đến quá trình truyền nhiệt? Giải thích?

Có 2 chế độ dòng chảy phổ biến là chảy tầng và chảy rối.

Nhiệt lượng truyền đi theo phương vuông góc với bền mặt vách Trước tiên được thực hiện bằng sự dẫn nhiệt qua lớp biến chảy tầng và sau đó tăng cường bởi sự xảo trộn của các phần tử chuyển động rồi bên trong Tốc độ càng tăng thì chiều dày lớp biên càng mỏng.

Nhiệt của lớp chất lỏng chảy tầng lớn hơn chảy rồi rất nhiều do đó cường độ toả nhiệt khi chảy rối lớn hơn chảy rất nhiều, tốc độ càng tăng thì nhiệt trở lớp biên càng giảm Do đó truyền nhiệt càng tốt.

Câu 13: Phân biệt quá trình truyển nhiệt ổn định và không ổn định?

- Truyền nhiệt ổn định, nhiệt độ chất tải nhiệt chỉ thay đổi theo không gian và không thay đổi theo thời gian t= (x,y,z), thường được tiến h hành liên tục

- Truyền nhiệt không ổn định; nhiệt độ chất tải nhiệt thay đổi theo cả thời gian và không gian t=f(τ, x,y,z), thường tiến hành giản đoạn.

Câu 14: Nêu các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số cấp nhiệt ?

- Bản chất của môi trường truyền nhiệt

- Chế độ chảy tầng hay chảy rồi.

- Kích thước hình học, vật liệu, cấu trúc bề mặt, nhiệt độ, áp suất

Câu 15: So sánh hiệu quả quá trình tuyền nhiệt ngược chiều và xuôi chiều?

Quá trình truyền nhiệt ngược chiều đạt hiệu quả tốt hơn (hai dòng đi ngược chiều nên hầu hết các cấu tử được tiếp xúc với nhau và có thời gian truyền nhiệt lâu hơn).

Quá trình xuôi chiều kém hơn do có 2 dòng truyền đi và tiếp xúc với nhau không đều, vận tốc chúng cũng không đều do vậy truyền nhiệt kém.

PHỤ LỤC

Các tính chất vật lý: ρ, λ, μ, C p , Pr được tra từ bảng số liệu theo nhiệt độ trung bình của dòng lưu chất.

6.2 Tính Q 1 , Q 2 : nhiệt lượng tỏa ra của dòng nóng và nhận vào của dòng lạnh:

Suy ra tổn thất nhiệt: ∆ Q =Q 1−Q 1

Trường hợp truyền nhiệt ngược chiều:

Trong đó: dng, dtr : Đường kính ngoài và trong của ống truyền nhiệt, m λ: Hệ số dẫn nhiệt của ống, W/m.K rb : Nhiệt trở của lớp cáu db : Đường kính lớp cáu, m

6.4 Tính Nu Để tính Nu ta cần các thông số: Re, Pr, Prt và các hệ số thực nghiệm:

Trong đó: v: là vận tốc lưu chất, π: chu vi ướt,

F: diện tích mặt cắt ướt.

Kích thước hình học đặc trưng: a) Ống

Dòng nóng: d = đường kính trong

Trong đó: d2: là đường kính trong của ống ngoài, d1: là đượng kính ngoài của ống trong. b) Chuẩn số Pr

Trong đó: ν: Độ nhớt động học của lưu chất, m 2 /s a : Hệ số dẫn nhiệt của lưu chất, m 2 c) Nu được tính theo công thức tùy thuộc vào Re

Re > 2300: Nu=C Pr 0,43 ( Pr Pr t ) 0,25 ε 1 , khi Re > 10 4

Re < 10 4 : Nu=0,021 ℜ 0,8 Pr 0,43 ( Pr Pr t ) 0,5 ε 1

C: phụ thuộc vào Re ε1: phụ thuộc vào L/d

Re < 10 4 : ε1 phụ thuộc vào Re

Sau khi có Nu suy ra  (tính Nu cho từng dòng trong mỗi kiểu)

Sau khi có 1, 2 tra λ suy ra KL theo công thức trên.

Do nhiệt độ thành ống (vách) không biết, ta tính theo trình tự sau:

∆ t 2 =t v2 −t 2 tv1, tv2: nhiệt độ vách trong và vách ngoài của ống trong, t1, t2: nhiệt độ trung bình của dòng nóng và dòng lạnh. t 1 =t v 1 +t r1

Ta thực hiện phép tính lặp:

Ban đầu chọn gần đúng hiệu số giữa nhiệt độ lưu chất và vách như sau:

Từ đó ta tính được nhiệt độ trung bình của lưu chất và vách ngăn, tính

Với: λ: là hệ số dẫn nhiệt của lưu chất l: là kích thước hình học đặc trưng, m

Sau khi có kết quả 1, 2 ta kiểm tra ∆t1, ∆t2 bằng phương trình sau: q=K ∆ t log =α 1 ∆ t 1 =α 2 ∆ t 2

14=1.14 Ph : vật nhả ẩm => Quá trình sấy.

- Nếu Pm < Ph : vật hút ẩm => Làm ẩm vật liệu.

- Nếu Pm = Ph : có cân bằng động giữa hút và nhả ẩm.

Trong thực tế ta xây dựng đường cân bằng pha dưới dạng φ∗¿fτ(u):

- Nếu > φ * : vật hút ẩm  Làm ẩm vật liệu.

- Nếu < φ * : vật nhả ẩm  Quá trình sấy.

- Nếu = φ * : có cân bằng động giữa hút và nhả ẩm.

Các cách biểu diễn động lực quá trình sấy:

2.6 Các dạng liên kết ẩm

Dạng liên kết Khái niệm Ảnh hưởng của sấy đến liên kết

- Là liên kết của ẩm với vật liệu dưới dạng OH- hoặc tinh thể ngậm nước.

- Đây là liên kết bền, không thể tách bằng sấy Muốn tách ẩm này phải dùng phương pháp hóa học hoặc nung chảy

Ví dụ: dùng H2SO4đđ để hút,…

- Do lực hấp phụ, lực điện trường, lực từ trường,… tạo nên lớp đơn phân tử ở bề mặt vật liệu, dần dần tạo thành lớp đa phân tử, có liên kết yếu hơn, cuối cùng chúng gần đến

- Quá trình sấy chỉ tách được một phần ẩm này. tình trạng thái tự do.

- Do lực mao dẫn giữ trong các mao quản nhỏ hoặc các lỗ xốp nhỏ một lớp ẩm.

- Liên kết này là một liên kết yếu và sẽ tách đuoẹc bằng sấy.

- Dạng liên kết này chỉ tồn tại trong dung dịch.

- Do áp suất thẩm thấu làm cho áp suất hơi ở trên bề mặt dung dịch nhỏ hơn áp suất hơi ở trên dung môi nguyên chất.

- Quá trình để tách ẩm từ dung dịch sẽ khó hơn tách ẩm từ dung môi nguyên chất.

Liên kết cơ lý - Ẩm nằm tự do trên bề mặt hoặc trong các lỗ xốp và mao quản lớn.

- Liên kết này là liên kết yếu, có thể tách được bằng sấy, thậm chí là bằng phương pháp cơ học. 2.7 Xác định tốc độ sấy theo cân bằng nhiệt của quá trình sấy

Lượng nhiệt do dòng tác nhân sấy cung cấp trong khoảng thời gian dτ: dQ=αF(t−θ)dτ(1) được tiêu hao để: Đun nóng vật liệu: (G 0 C 0 +G a C a )dθ(2)

Bay hơi ẩm và quá nhiệt hơi: ¿

 - hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy vào vật liệu sấy, W/m 2 độ

F - bề mặt vật liệu, m 2 t, , th - nhiệt độ của tác nhân sấy, vật liệu và hơi ẩm bão hòa, độ

GoCo - khối lượng và nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, kg & J/kg.độ GaCa - khối lượng và nhiệt dung riêng của ẩm, kg & J/kg.độ r - ẩn nhiệt hóa hơi của ẩm, J/kg

Ch – nhiệt dung riêng của hơi ẩm, J/kg.độ

Lượng ẩm bốc hơi trong thời gian dτ: d G a =d(G o U)=G o Du(4)

U: hàm ẩn hay độ ẩm của vật liệu – tính theo vật liệu khô, kg ẩm/kg vật liệu khô.

Từ (1),(2),(3) và (4), thiết lập cân bằng nhiệt: αF(t−θ)dτ=(G o C o +G a C a )dθ+G o ¿ (5)

G o [r+C h ( t −t h )] (6) Đây là biểu thức tính tốc độ sấy dU dτ theo cân bằng nhiệt.

2.8 Phương trình cơ bản của động học quá trình sấy

Theo phương trình truyền ẩm từ vật liệu vào tác nhân sấy: d G a =k p F( p m −p) dτ (7)

Với: kp - hệ số truyền ẩm trong pha khí, kg/m 2 h.p = 1 (1at hay 1mmHg….) cm,p - áp suất của hơi ẩm trên bề mặt vật liệu và trong pha khí, mmHg (hay at)

Thay Ga = GoU vào (7) và biến đổi, ta có: dU dτ =k p F

Khi hơi ẩm không bị quá nhiệt (tức t = th) thì biểu thức (5) được biến đổi thành:

Với q là cường độ dòng nhiệt hay mật độ dòng nhiệt.

o - khối lượng riêng của vật liệu khô, kg/m 3

Vo - thể tích vật khô, m 3

C - nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm,J/kg.độ

Ro - bán kính qui đổi của vật liệu, m

Khi đó, nếu bỏ qua nhiệt làm quá nhiệt hơi ẩm, ta có: q=ρ o R o dU dτ +C ρ o R o dθ dτ=[ 1+ ( C r ) dU dθ ] × ( ρ o R o r dU dτ ) (10 ) ¿(1+R h )ρ o R o rdU dτ

Với R b =1+C r dθ dU: Chuẩn số Rebinde đặc trưng cho động học của quá trình sấy.

Biểu thức (10) là phương trình cơ bản của động học về sấy, nó cho biết sự biến đổi ẩm của vật liệu theo thời gian Ta có thể nhận được biểu thức (10) khi giải hệ phương trình vi phân mô tả truyền nhiệt – truyền ẩm trong vật liệu. Nhưng nói chung hệ phương trình này không giải được bằng phương pháp giải tích.

2.9 Lượng nhiệt cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy giảm tốc (q 2 )

Mặt khác ta thấy rằng trong giai đoạn sấy giảm tốc, đường cong tốc độ sấy có dạng đường thẳng, nên tốc độ sấy trong giai đoạn này được biểu diễn:

K - Hệ số tỷ lệ, gọi là hệ số sấy Nó phụ thuộc vào tốc độ sấy và tính chất của vật liệu ẩm, 1/s

K: chính là hệ số góc của đường cong tốc độ sấy ở giai đoạn giảm tốc, nên:

(U t h −U ¿ ): hệ số sấy tuyệt đối, phụ thuộc vào tính chất vật liệu ẩm.

Uth - độ ẩm tới hạn.

N - tốc độ sấy đẳng tốc, kg ẩm/(kg vật liệu khô s)

Tích phân phương trình (11) ta nhận được:

Hay logarit hóa (13), ta có: lg(U−U ¿ )=lg ( U t h −U ¿ ) − 2.3 1 Nτ (14 )

Như vậy nếu biết được hệ số sấy K, có thể xác định được thời gian cần thiết để thực hiện gia đoạn sấy giảm tốc.

Hệ số sấy tương đối được xác định bằng thực nghiệm và có thể tính gần đúng như sau: ¿1.8

Với Uo - độ ẩm ban đầu của vật liệu.

Thay (12) và (15) vào phương trình (11), ta được:

2.10 Lượng nhiệt cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy đẳng tốc(q 1 )

Trong giai đoạn sấy đẳng tốc, toàn bộ lượng nhiệt cung cấp từ dòng tác nhân bằng lượng nhiệt bốc hơi ẩm và nhiệt độ vật liệu không đổi nên: q 1 =ρ o R o rdU dτ =ρ o R o rN(19) 2.11 Cường độ trao đổi nhiệt q(x)=q 2 q 1 =1.8U−U ¿

Như vậy, theo biểu thức (20), khi biết chuẩn số Rb sẽ tính được cường độ trao đổi nhiệt theo độ ẩm của vật liệu.

2.12 Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

Là đường cong biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm vật liệu (U) theo thời gian sấy ( τ):

Dạng của đường cong sấy:

Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liên kết giữa ẩm và vật liệu, hình dáng, kích thước, cấu trúc vật liệu, phương pháp và chế độ sấy. Đường cong sấy là hàm của quá trình sấy, vì vậy tuy chế độ và phương pháp sấy khác nhau nhưng đường cong sấy vẫn có dạng tương tự nhau (xem hình 1).

2.12.2 Đường cong tốc độ sấy:

Là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm (hàm ẩn) của vật liệu sấy: dU dτ =g(U) (22)

Từ biểu thức (21), (22) rõ ràng đường cong tốc độ sấy là đạo hàm của đường cong sấy (xem hình 2).

1 Đường cong sấy giấy, bìa,…

2 Đường nhiệt độ của vật liệu.

Hình 4: Đường cong tốc độ sấy

1 Vật liệu dạng bản mỏng, xốp.

4 Vật liệu keo xốp: có điểm uốn (thay đổi cơ chế vận chuyển ẩm).

5 Vật liệu có điểm gãy khúc (điểm tới hạn thứ hai).

2.13 Các giai đoạn của quá trình sấy

AB – giai đoạn đun nóng vật liệu:

- Toàn bộ nhiệt cung cấp để đun nóng vật liệu, ẩm bốc hơi không đáng kể.

- Nhiệt độ vật liệu tăng nhanh từ θ)1 = to đến nhiệt độ bầu ướt tư của tác nhân sấy.

- Độ ẩm thay đổi không nhiều.

- Tốc độ sấy tăng nhanh từ 0 đến cực đại.

- Thời gian ngắn không đáng kể.

Thường gia đoạn này được bỏ qua khi tính toán.

BC – giai đoạn sấy đẳng tốc:

- Nhiệt cung cấp để bốc hơi ẩm tự do ở bề mặt vật liệu.

- Nhiệt độ của vật liệu bằng tư không đổi.

- Độ ẩm của vật liệu giảm nhanh.

- Tốc độ sấy không đổi.

- Trong giai đoạn này tốc độ khuếch tán ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt lớn hơn tốc độ bốc hơi từ bề mặt, trên bề mặt luôn bão hòa ẩm.

Thời gian sấy trong giai đoạn này ( thời gian sấy đẳng tốc - τ 1 ) được xác định từ:

Nên tích phân (23) lên ta có: τ 1 =U o −U th

Với Uth: là độ ẩm tới hạn, độ ẩm cuối giai đoạn sấy đẳng tốc.

CD – giai đoạn sấy giảm tốc:

Nhiệt độ của vật liệu tăng dần từ tự lên tạ của tác nhân.

- Độ ẩm giảm chậm đến độ ẩm cân bằng.

- Tốc độ sấy giảm dần từ tốc độ đẳng tốc No xuống 0, tùy theo cấu trúc vật liệu mà có biên dạng khác nhau :

+ Đường số 1 : vật liệu xốp nhưng mỏng (giấy, bìa cactong, vải, )

+ Đường số 2 : vật liệu keo

+ Đường số 3 : vật liệu xốp (cục)

+ Đường số 4 : vật liệu keo xốp

- Tốc độ khuếch tán trong chậm hơn tốc độ bốc hơi ở bề mặt, nên tốc độ chậm dần và có hiện tượng co bề mặt bốc hơi.

Lúc này, trong vật liệu xuất hiện 3 vùng ẩm: ẩm, bốc hơi và khô.

Trong giai đoạn này, nếu đường cong tốc độ sấy có dạng đường thẳng ( hoặc qui đổi sang đường thẳng; N2 = ax + b ) thì ta có thể tích phân để tính thời gian sấy giai đoạn sấy giảm tốc này ( τ 2): τ 2 =U th −U ¿

U 2 −U ¿ (25) Với U * : độ ẩm cân bằng, độ ẩm kết thúc giai đoạn sấy giảm tốc.

2.14 Thời gian sấy vật liệu

Thời gian sấy vật liệu được tính bằng tổng thời gian của 3 giai đoạn sấy: đốt nóng vật liệu τ o , sấy dẳng tốc ( τ 1) và sấy giảm tốc ( τ 2); có thể bỏ qua giai đoạn đốt nóng vật liệu, vì giai đoạn này xảy ra rất nhanh Biểu thức tính thời gian như sau: τ=τ 1 +τ 2 =U o −U th

Với U2 : độ ẩm của vật liệu cuối quá trình sấy, tương ứng với τ 2; U2>U * và thường được lấy: U2 =U * + 2 : 3 (%).

DỤNG CỤ – THIẾT BỊ & VẬT LIỆU SẤY

Hệ thống thiết bị sấy được trang bị:

- Caloriphe: gồm 3 chùm điện trở khô, có công suất 10KW và được ổn định nhiệt độ nhờ bộ điều nhiệt tự ngắt

- Quạt hút: có tốc độ có thể điều chỉnh được, để hút không khí (tác nhân sấy) và thổi qua caloriphe để nâng nhiệt độ dòng tác nhân lên nhiệt độ cần thiết

- Hệ thống cân: xác định lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy

- Hai cửa gió: có van lá, để thay đổi lượng tác nhân

- Hệ thống đo nhiệt độ: gồm hai đầu dò nhiệt độ bầu khô – bầu ướt được đặt trong buồng sấy – bên trái giàn lưới đặt vật liệu sấy và đồng hồ cơ đo nhiệt độ

3.2 Vật liệu sấy: gồm 3 tấm giấy lọc được gấp đôi, mỗi tấm được ghép từ

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Trước khi tiến hành thí nghiệm (15 phút đầu giờ), sinh viên phải quan sát hệ thống – Vẽ sơ đồ thiết bị theo hướng dẫn cán bộ PTN

Tìm xem vị trí: cửa không khí vào, quạt, caloriphe, bộ điều chỉnh nhiệt độ, hệ thống đo nhiệt độ bầu ướt – bầu khô, cân, giàn lưới đặt giấy lọc, đồng hồ đo nhiệt độ và cửa không khí ra

Hệ thống điện: tìm các cầu dao quạt, caloriphe (nhìn đường dây dẫn), các công tắc điện trên hộp điều khiển nhiệt độ.

Sơ đồ thiết bị sấy đối lưu

4.2.1 Xác định khối lượng khô ban đầu của 3 xấp giấy lọc:

Mở cửa buồng sấy ra – đặt cẩn thận lên bàn (vì cửa khá nặng – nguy hiểm)

Cách đặt giấy lọc vào buồng sấy: đặt nhẹ nhàng từng sấp giấy lọc lên trên lưới sấy phía trong buồng sấy (đặt cả ba sấp), khi đó kim của cân sẽ dao động – chờ kim hết dao động dọc giá trị cân (Go)

Lấy khoảng 2/3 chậu nước inox

Sau khi cân xong, lấy giấy lọc ra và nhúng nhẹ nhàng từng sấp giấy (tránh rách giấy) vào chậu nước – chờ khoảng 30 giây cho nước thấm đều giấy, lấy giấy lọc lên – phơi ngoài không khí (trên song sắt cửa sổ) cho đến khi hết nhiễu nước

Chuẩn bị đồng hồ đeo tay để đo thời gian

Lắp lại cửa buồng sấy – vặn chặt các con tán của cửa

Mở hết các van lá của hai cửa khí vào – ra

Châm đầy nước vào bầu nước (phía sau hệ thống) để đo nhiệt độ bầu ướt.

Mở cầu dao tổng, mở công tắc nguồn trên tủ điện (on), mở công tắc quạt (núm màu xanh), điều chỉnh tốc độ quạt theo yêu cầu

Mở công tắc của caloriphe (on).

4.3.3 Cài đặt nhiệt độ cho calorife:

Cài đặt nhiệt độ cần thiết Đồng hồ điện tử trên hộp cài đặt cho biết nhiệt độ của caloriphe.

4.4 Tiến hành các chế độ thí nghiệm

- Tiến hành sấy giấy lọc ở 3 chế độ nhiệt độ của caloriphe: 50°C, 60°C, 70°C

- Đặt giấy lọc vào buồng sấy, ghi nhận giá trị nhận khối lượng của vật liệu sau khi làm ẩm (G1)

- Sau đó cứ 5 phút, ghi nhận giá trị cân và hai giá trị nhiệt độ bầu khô – bầu ướt; tiếp tục sấy đến khi giá trị khối lượng vật liệu không đổi trong vòng 15 phút thì dừng chế độ thí nghiệm này và chuyển sang chế độ thí nghiệm khác

4.4.1 Chờ hệ thống hoạt động ổn định khi:

Nhiệt độ của caloriphe đạt giá trị cài đặt ±(1÷2 o C)

Giấy lọc phơi không còn nhiều nước

4.4.2 Tiến hành sấy vật liệu ở chế độ cần khảo sát:

Mở cửa buồng sấy ra-đặt cửa lên bàn. Đặt nhẹ nhàng từng cấp giấy lọc lên các lưới sấy.

Lắp kín cửa buồng sấy lại

4.4.3 Do số liệu trong một chế đô thí nghiệm:

Các số liệu cầu đo: khối lượng, nhiệt độ bầu khô – bầu ướt và thời gian

Cách đọc giá trị do:

Khối lượng (gam): khi đặt giấy lọc vào buồng sấy, kim của cân sẽ dao, chờ kim hết dao động, dọc số.

Nhiệt độ (OF): dọc số trên nhiệt kế.

Thời gian: đo bằng đồng hồ đeo tay.

4.4.4 Trong một chế độ nhiệt độ, để do số liệu được chính xác thì cần lưu ý:

Khi phơi giấy lọc bên ngoài, phải chờ hết nhiễu nước rồi mới bắt đầu chế độ thí nghiệm để xác định được G1 chính xác.

Lưu ý cách đặt giấy lọc lên lưới sấy: phải theo chiều nếp gấp giấy lọc từ trái sang phải, tức theo chiều tác nhân và đặt một cách phẳng phíu không xếp góc, Không được đặt ngược lại, vì khi đó dòng tác nhân thổi qua sẽ bang giấy lọc (do giấy lọc được gấp đôi) thay đổi bề mặt bốc hơi dẫn đến các thông số sấy sẽ thay đổi và cuối cùng gây sai số thí nghiệm

4.4.5 Chuyển đổi chế độ thí nghiệm:

Mở cửa buồng sấy, lấy giấy lọc ra làm ẩm tiếp (lặp lại như ban đầu) Cài đặt nhiệt độ caloriphe ở giá trị tiếp theo cho chế độ sấy mới

Chờ cho hệ thống hoạt động ổn định.

Lặp lại trình tự như chế độ đầu.

4.5 Một số lưu ý trong quá trình vận hành hệ thống sấy

Luôn theo dõi sự hoạt động của bộ điều nhiệt để xem có chính xác giá trị nhiệt độ cài đặt hay không Trường hợp ở chế độ sấy nhiệt độ cao mà nhiệt độ caloriphe không đạt giá trị cài đặt thì phải khép bớt cửa dòng khí ra.

Các cửa khí vào – ra phải luôn mở không được đóng.

Châm nước liên tục vào bầu nước để đo nhiệt độ bầu ướt.

Không được mở quạt trần ngay bài thí nghiệm vì sẽ làm cân dao động.

Tất các công tắc của các chùm điện trở trên hộp điều khiển

Trả về không cho hộp cài đặt nhiệt độ.

Sau khi tắt caloriphe được 5 phút, mới kéo cầu dao quạt để cho caloriphe nguội.

Mở cửa buồng sấy lấy giấy lọc ra và lắp cửa lại.

Kiểm tra hệ thống một lần nữa và vệ sinh khu vực bài thí nghiệm – phòng thí nghiệm.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Khối lượng khô ban đầu của 3 sấp giấy lọc: Go = 0.00987 (kg)

Một sấp giấy lọc gồm 4 tấm giấy lọc Kích thước của một tấm giấy lọc: 30 x 20 x 0,01 (cm).

Bảng 2.1 Số liệu thực nghiệm

Chế độ sấy 40°C Chế độ sấy 50°C Chế độ sấy 60°C τ

TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Bảng 2.2 Kết quả tính toán các thông số ở chế độ sấy 40°C τ

Hình 2.1 Biểu đồ đường cong sấy ở chế độ 40°C

Hình 2.2 Biểu đồ đường cong tốc độ sấy ở chế độ 40°C

BÀN LUẬN

Đường cong sấy: chia thành 3 đoạn gần giống với lý thuyết: Đoạn 1: Giai đoạn đun nóng vật liệu: theo lý thuyết thì giai đoạn này diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn và độ ẩm của vật liệu thay đổi không đáng kể nên có thể bỏ qua Tuy nhiên, trên đồ thị đường cong sấy dựng được ta lại thấy đoạn này trên đồ thị rất dốc, độ ẩm thay đổi nhiều Kết quả này sai lệch so với lý thuyết do sai số trong quá trình thí nghiệm. Đoạn 2: Giai đoạn sấy đẳng tốc: trong giai đoạn này thì độ ẩm của vật liệu giảm nhanh gần như theo đường thẳng và tốc độ sấy không đổi Độ ẩm của vật liệu giảm đến độ ẩm tới hạn. Đoạn 3: Giai đoạn sấy giảm tốc: độ ẩm của vật liệu giảm chậm trong giai đoạn này và tốc độ sấy giảm dần từ cực đại về 0 Thí nghiệm có sai số do trong quá trình làm thí nghiệm và có thể là do khi phơi giấy ngoài môi trường thì giấy lại hút thêm 1 phần ẩm của môi trường nên ngoài lượng ẩm do ngâm nước mà có thì giấy còn có thêm một lượng ẩm của môi trường, làm tăng lượng ẩm, ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Đường cong tốc độ sấy: Dựa vào kết quả thu được khi tính toán trên đồ thị ta thấy:

Nhiệt độ càng cao thì tốc độ sấy đẳng tốc càng tăng và tổng thời gian sấy vật liệu càng giảm vì nhiệt độ tăng làm tăng nhanh tk của không khí trong khi tư tăng với tốc độ chậm hơn làm tăng thế của quá trình sấy, tăng động lực của quá trình => làm tăng tốc độ và rút ngắn thời gian sấy.

Sai số: Do vật liệu sấy hút ẩm từ môi trường bên ngoài làm ảnh hưởng đến giá trị Go của vật liệu Sai số khi đọc nhiệt độ bầu khô và bầu ướt Và sai số do hệ thống thí nghiệm hoạt động không ổn định.

TRÀ LỜI CÂU HỎI CHUẨN BỊ

Câu 1: Định nghĩa quá trình sấy đối lưu?

Trả lời: Là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi Trong đó quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực hiện bằng phương pháp đối lưu.

Câu 2: Thế nào là truyền nhiệt và truyền ẩm bằng phương pháp đối lưu?

Truyền nhiệt đối lưu Truyền ẩm đối lưu

Sự chuyển động của lưu chất do chênh lệch về mật độ (khối lượng riêng) ở các vùng có nhiệt độ khác nhau.

Sự chuyển động của lưu chất do chênh lệch về độ ẩm.

Câu 3: Kể tên các phương pháp sấy đã học? Dựa vào yếu tố nào mà phân biệt các phương pháp sấy?

Tùy theo phương pháp cấp nhiệt cho quá trình sấy mà phân chia:

- Cấp nhiệt bằng đối lưu nhiệt: sấy đối lưu.

Cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt: sấy tiếp xúc Ví dụ: sấy giấy,

- Cấp nhiệt bằng bức xạ nhiệt: sấy bức xạ.

- Cấp nhiệt bằng dòng điện cao tần: sấy cao tầng.

- Làm lạnh để tách ẩm ở nhiệt độ thấp: sấy thăng hoa.

Câu 4: Các quá trình xảy ra khi sấy vật liệu?

Trả lời: Quá trình sấy xảy ra rất phức tạp, đặc trưng cho tính không thuận nghịch và không ổn định Nó diễn ra đồng thời 3 quá trình:

- Truyền nhiệt cho vật liệu

- Dẫn ẩm trong lòng vật liệu

Câu 5: Quá trình sấy có mấy giai đoạn? Đặc trưng nhiệt độ của từng giai đoạn?

Trả lời: Gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn đốt nóng vật liệu : giai đoạn này độ ẩm của vật liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễn tiến nhanh.

- Giai đoạn đẳng tốc : trong giai đoạn này, sự giảm độ ẩm của vật liệu trong một đơn vị thời gian là không đổi nên được là giai đoạn sấy đẳng tốc.

- Giai đoạn giảm tốc: khi độ ẩm của nhiệt độ tới hạn thì tốc độ sấy bắt đầu giảm dần và đường cong sấy chuyển từ đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần đến độ ẩm cân bằng của vật liệu trong điều kiện của quá trình sấy.

Câu 6: Nêu mục đích của bài thí nghiệm? Và ý nghĩa khảo sát của các vấn đề trong mục đích?

Trả lời: Khảo sát quá trình sấy đối lưu vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng không khí nóng nhằm:

- Xác định đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy.

- Xác định các thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng, thời gian sấy đẳng tốc và giảm tốc.

- Đánh giá sai số của quá trình sấy.

Câu 7: Vẽ và nêu ý nghĩa của đường cong sấy? Từ đường cong sấy có mấy phương pháp xây dựng?

Trả lời: Đường cong sấy là đường cong biểu diễn quan hệ độ ẩm vật liệu sấy theo thời gian : u=fτ(τ)

Từ phương trình đường cong sấy ta đạo hàm → đường cong tốc độ sấy dU dτ =g(U) Câu 8: Vẽ và nêu ý nghĩa của đường cong tốc độ sấy?

Trả lời: Đường cong tốc độ sấy là đường cong biểu diễn quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm của vật liệu : N=fτ(u)

Câu 9: Các yếu tố ảnh hưởng đên quá trình sấy?Bài này khảo sát và cố định những yếu tô nào?

Trả lời: Các yếu tố ảnh hưởng:

- Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm,

- Hình dạng của vật liệu sấy: kích thước mẩu sấy, bề mặt lớp vật liệu. Diện tích bề mặt riêng bề mặt riêng của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh.

- Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối và độ ẩm giới hạn của vật liệu.

- Độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ của không khí.

- Chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của không khí sấy, nhiệt độ cuối cao thì nhiệt độ trung bình của không khí càng cao Do đó, tốc độ sấy cũng tăng Nhưng nhiệt độ cuối không nên quá cao vì không sử dụng triệt để nhiệt.

- Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy.

Bài này khảo sát và cố định yếu tố: sử dụng không khí nóng làm tác nhân sấy.

Câu 10: Tác nhân sấy là gì? Kể tên các loại tác nhân sấy? Bài này dùng tác nhân sấy là gì? Tại sao?

- Tác nhân sấy là những chất dùng để gia nhiệt cho vật liệu sấy, nhằm tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu sấy.

Các loại tác nhân sấy:

+ Không khí nóng: là loại môi chất phổ biến, rẻ tiền thường dùng làm tác nhân sấy

+ Khói lò: có thể dùng than, củi, trấu, dầu, khí để tạo khói lò

+ Hơi quá nhiệt: bao gồm : hơi bão hòa ẩm, hơi bão hoà khô, hơi quá nhiệt

- Trong bài này sử dụng không khí nóng làm tác nhân sấy Vì:

+ Đáp ứng được các yêu cầu của tác nhân sấy: ít tác dụng với vật liệu sấy

Câu 11: Định nghĩa nhiệt độ bầu khô? Cách đo nhiệt độ bầu khô? Nhiệt độ bầu khô có phải là nhiệt độ tác nhân sấy? Tại sao?

- Nhiệt độ bầu khô tk là nhiệt độ của hỗn hợp khí được xác định bằng nhiệt kế thông thường

- Cách xác định: sử dụng nhiệt kế thủy ngân thông thường để đo

- Nhiệt độ bầu khô là nhiệt độ của tác nhân sấy vì bầu thủy ngân của nó tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy.

Câu 12: Định nghĩa nhiệt độ bầu ướt? Cách đo nhiệt độ bầu ướt? Nhiệt độ bầu ướt có phải là nhiệt độ đọng sương? Tại sao?

- Nhiệt độ bầu ướt t ư : là nhiệt độ ổn định đạt được khi một lượng nhỏ nước bốc hơi vào hỗn hợp khí chưa bão hòa hơi nước ở điều kiện đoạn nhiệt.

Nhiệt độ bầu ướt là một thông số đặc trưng khả năng cấp nhiệt của không khí để làm bay hơi nước từ vật liệu ẩm cho đến khi không khí bão hòa hơi nước tư giúp để chọn nhiệt độ sấy thích hợp Nhiệt độ giới hạn của vật liệu phải lớn hơn nhiệt độ tư

Cách đo: được đo bằng nhiệt kế thông thường có bọc vải ướt ở bầu thủy ngân Cho nước vào cốc bọc đầu thủy ngân, nước bốc hơi đoạn nhiệt trong không khí ẩm thu nhiệt làm nhiệt độ trong không khí giảm, chờ cho đến khi nhiệt độ không thay đổi nữa thì nhiệt độ đó chính là nhiệt độ bầu ướt Do đó phải thường xuyên theo dõi để thêm nước vào cốc.

- Nhiệt độ điểm sương t s : làm lạnh hỗn hợp khí trong điều kiện hàm ẩm không đổi, nhiệt độ của không khí giảm đến một trị số nào đó thì hỗn hợp đạt được trạng thái bão hòa (φ = 1) Nhiệt độ tương ứng với trạng thái bão hòa gọi là nhiệt độ điểm sương Vậy nhiệt độ điểm sương là nhiệt độ giới hạn của quá trình làm lạnh không khí ẩm với hàm ẩm không đổi Ý nghĩa của nhiệt độ điểm sương: Biết được ts thì sẽ không chọn nhiệt độ cuối của quá trình sấy gần điểm ts để tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên bề mặt vật liệu.

Do đó nhiệt độ bầu ướt không phải là nhiệt độ điểm sương.

Câu 13: Ý nghĩa của việc đo nhiệt độ bầu khô-bầu ướt?Cách sử dụng giản đồ Trạng thái không khí ẩm?

Trả lời: Trong các thông số của tác nhân sấy thì nhiệt độ bầu ướt và nhiệt độ bầu khô dễ xác định nhất Từ 2 nhiệt độ này , dựa vào giản đồ trạng thái không khí ẩm có thể xác định các thông số còn lại của không khí ẩm ( p,x,t, φ)

- Cách sử dụng giản đồ:

Trạng thái của hỗn hợp không khí ẩm được đặc trưng bằng giao điểm 4 đường trên giản đồ ( đường p ,x,t, φ ).Do đó, muốn xác định trạng thái của hỗn hợp không khí ẩm ta chỉ cần 2 trong 4 thông số rồi từ đó xác định các thông số còn lại.

- Xác định nhiệt độ điểm sương: giả sử hỗn hợp khí được xác định ở vị trí

A trên giản đồ Từ A theo đường x = const hạ xuống đến đường φ =1 cắt đường này tại B Đường đẳng nhiệt t đi qua B Đường đẳng nhiệt t đi qua B là điểm sương của hỗn hợp không khí ẩm tại A.

- Xác định nhiệt độ bầu ướt: Từ điểm A ban đầu theo đường H= const đến đường φ =1, cắt đường này tại C Nhiệt độ tư là nhiệt độ không đổi qua C. Câu 14: Thế sấy là gì? Ý nghĩa thế sấy?

Trả lời: Thế sấy là hiệu nhiệt độ ỉt = tk-tư Ý nghĩa thế sấy: là đại lượng đặc trưng cho khả năng hút ẩm của không khí, không khí ẩm có thể sấy càng lớn càng có khả năng chứa nhiều hơi nước, có nghĩa là khả năng sấy của nó càng lớn.

Câu 15: Động lực của quá trình sấy là gì?

Trả lời: Là chênh lệch giữa áp suất hơi nước ( ẩm) trên bề mặt vật liệu

(Pm) và áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm (Ph).

Câu 16: Nêu và giải thích các đại lượng trong phương trình cơ bản của động lực quá trình sấy?

Trả lời: phương trình cơ bản của động học quá trình sấy: q=(1+R b )(ρ o R o r)dU dτ

Trong đó: q : cường độ dòng điện hay mật độ dòng điện ρ0: khối lượng riêng vật liệu khô, kg/m 3

R0: bán kính quy đổi của vật liệu (m) r : ẩn nhiệt hóa hơi ẩm(J/kg)

Rb: chuẩn số Rebinde đặc trưng cho động học quá trình sấy.

Câu 17 : Nêu chuẩn số đặc trưng cho động học quá trình sấy? Ý nghĩa?

Trả lời: Chuẩn số đặc trưng động học quá trình sấy là: chuẩn số

Ta thấy: C d θ : nhiệt đun nóng vật liệu r.dU: nhiệt bốc hơi ẩm do đó chuẩn số Rb là tỉ số giữa lượng nhiệt tiêu hao để đun nóng vật liệu và làm bốc hơi ẩm trong quá trình sấy.

Câu 18: Các loại liên kết ẩm? Qúa trình sấy thường tách được loại ẩm nào?

Dạng liên kết Khái niệm Ảnh hưởng của sấy đến liên kết

- Là liên kết của ẩm với vật liệu dưới dạng OH- hoặc tinh thể ngậm nước.

- Đây là liên kết bền, không thể tách bằng sấy Muốn tách ẩm này phải dùng phương pháp hóa học hoặc nung chảy

Ví dụ: dùng H2SO4đđ để hút,…

PHỤ LỤC

9.1 Tính toán các thông số ở bảng 2: τ(h)=τ(ph)

9(t℉−32) 9.2 Tính toán các thông số ở bảng 3:

Cách tra Pm và P (dùng giản đồ trạng thái không khí ẩm)

Từ các giá trị tính toán được (U và t) trong bảng 3, ta chấm các điểm tương ứng trên đồ thị.

- Như ta đã biết, đường cong sấy biểu thị 3 giai đoạn chính:

+ Giai đoạn đun nóng vật liệu: có dạng đoạn thẳng nằm ngang (rất ngắn).

+ Giai đoạn sấy đẳng tốc: có dạng đường cong nhưng có thể xem gần đúng là đường thẳng.

+ Giai đoạn sấy giảm tốc: có dạng đường cong tiệm cận đến một giá trị U* nào đó (trong bài thí nghiệm này thì U* =0).

- Từ đó, ta vẽ 3 đoạn tối ưu nhất theo phương pháp bình phương cực tiểu Nhưng để đơn giản:

+ Ở giai đoạn thứ hai: ta có thể dùng các chức năng trong Excel: Add trendline/ Type/ Linear để chọn dạng đường thẳng và Add trendline/ Options/ Display equation on chart để hiện hàm của đường thẳng vừa chọn.

+ Ở giai đoạn thứ ba: ta có thể vẽ tương đối bằng tay.

9.4 Dựng đường cong tốc độ sấy N=fτ(U): Đường cong tốc độ sấy là đạo hàm của đường cong sấy Trên cơ sở đó ta thực hiện các bước sau: Ở giai đoạn thứ hai: sau khi đã có hàm của đường thẳng, ta đạo hàm để tìm giá trị của tốc độ sấy trong giai đoạn sấy đẳng tốc Đó chính là giá trị tuyệt đối của hệ số góc của đoạn thẳng vừa tìm được (vì N = − 4 ) dU dt Ở giai đoạn thứ ba: như ta đã biết, giấy lọc là vật liệu dạng bản mỏng, xốp nên đường cong tốc độ sấy trong giai đoạn sấy giảm tốc là đường thẳng.

Vì đường thẳng này đã đi qua điểm (U* = 0, N = 0) nên ta chỉ cần tìm thêm một điểm nữa, bằng cách:

+ Kẻ một tiếp tuyến với đường cong sấy trong giai đoạn 3 tại một thời điểm + nào đó.

+ Xác định hệ số góc của tiếp tuyến, đó chính là tốc độ sấy N tại thời điểm t ứng với giá trị U.

+ Dựng đường thẳng đi qua 2 điểm (0, 0) và (U, N) = ta có đường cong tốc độ sấy trong giai đoạn giảm tốc. Để chính xác, ta phải vẽ nhiều tiếp tuyến tại nhiều điểm → biểu diễn các điểm này lên đồ thị đường cong tốc độ sấy = dùng phương pháp bình phương cực tiểu để tìm đường thẳng tốt nhất đi qua các điểm đó Nhưng, phương pháp này rất phức tạp.

9.5 Tính toán các giá trị trong bảng 4:

Tìm giá trị Uth trên đồ thị 2: đó chính là hoành độ của giao điểm của đường đẳng tốc và đường giảm tốc.

U0: độ ẩm ban đầu của vật liệu tại thời điểm t=0.

U * : độ ẩm cân bằng của vật liệu (trong bài thí nghiệm này thì U * =0)

Giá trị p: p = 0,0229 + 0,0174vk, kg/m 2 h.mmHg (công thức (5.64), p142, [1]) vk: vận tốc không khí, vk =0,85m/s

Giá trị Jm: Jm = p(Pm - P), kg/m 2 h (công thức (3.6), p84, [1])

Giá trị N : N = 100Jmf ,% /h (công thức (5.63), p142, [1]) fτ= F

G 0 : bề mặt riêng khối lượng của vật liệu, m 2 /kg

F: bề mặt bay hơi của vật liệu, m²

N: tốc độ sấy đẳng tốc, %/h (được lấy trung bình của các giá trị N trong bảng)

Sai số(%)=Thực nghiệm−Lý thuyết

Lý thuyết ×100 9.8 Tính toán các giá trị trong bảng 7:

Giá trị U ’ : tìm được trên đường cong sấy tương ứng với giá trị τ.

TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm là một trong những dạng thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các ngành công nghiệp, ước tính có tới 60% số thiết bị trao đổi nhiệt hiện nay trên thế giới là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có khoảng áp dụng rất rộng, gần như ở mọi công suất, trong mọi điều kiện hoạt động từ chân không đến siêu cao áp, từ nhiệt độ rất thấp đến nhiệt độ rất cao và cho tất cả các dạng lưu thể ở nhiệt độ, áp suất khác nhau ở phía trong và ngoài ống Vật liệu để chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm chỉ phụ thuộc vào điều kiện hoạt động, vì vậy cho phép thiết kế để đáp ứng được các yêu cầu khác như độ rung, khả năng sử dụng cho các lưu thể có những tính chất đóng cặn,chất có độ nhớt cao, có tính xâm thực, tính ăn mòn, tính độc hại và hỗn hợp nhiều thành phần Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có thể được chế tạo từ vật liệu là các loại kim loại, hợp kim cho tới các vật liệu phi kim với bề mặt truyền nhiệt từ 0,1m2 đến 100.000m2 Tuy nhiên, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có một nhược điểm là bề mặt trao đổi nhiệt tính trên một đơn vị thể tính của thiết bị thấp so với các dạng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu mới, vì vậy, cùng một bề mặt trao đổi nhiệt như nhau, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm thường có kích thường lớn hơn nhiều.

2.1 Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho hai dòng lưu chất

G1, G2 : lưu luợng dòng ống và dòng lạnh (kg/s)

C1, C2 : nhiệt dung riêng của lưu chất (J/kg.độ) tV1, tV2 : nhiệt dòng dung vào của dòng nóng,lạnh ( O C) tR1, tR2 : nhiệt độ ra của dòng nóng, lạnh ( O C)

2.2 Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt

F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m 2 ) với F=n.π.D.L (n: Số ống truyền nhiệt)

KF: Hệ số truyền nhiệt (W/mK)

∆tlog: chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit,K

∆ t log =∆ t max −∆ t min ln∆ t max

2.3 Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết

2+lnd ng d tr + 1 α 2 d ng +Σr b d b d ng , d tr :đườ ng k í nh ngo à i v à đườ ng k í nh trong c ủ a ố ng truy ề nnhi ệ t , m

: hệ số dẫn nhiệt của kim loại làm ống (W/mK) r b : nhiệt trở của lớp cáu (m)

2.4 Hệ số cấp nhiệt α 1 , α 2 giữa vách ngăn và các dòng lưu chất

Các hệ số A,n,m, ε r , ε R là các hệ số thực nghiệm, tùy thuốc vào các yếu tố sau:

Chế độ chảy của các dòng lưu chất.

Sự chuyển quan giữa dóng chảy và bề mặt truyền nhiệt. Đặc biệt bề mặt truyền nhiệt (độ nhám, hình dạng…).

3 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Hệ thống thiết bị thí nghiệm như sau:

- Loại ống chùm, dòng nóng đi trong ống, dóng lạnh đi phái ngoài vỏ.

- Bơm nước lạnh công suất 0,5 hp.

- Bơm nước nóng công suất 1 hp.

- Hệ thống có 2 thùng chứa nước; thúng chứa nước nóng thùng chứa nước lạnh.

- Dụng cụ xác định lưu lượng ở dóng nóng lạnh.

- Hệ thống cảm biến nhiệt ghi nận nhiệt độ tại các dòng nóng và lạnh ở đầu vào và ra.

Cấu tạo thiết bị ống chùm:

-Dòng nóng : 19 ống, chiều dài mỗi ống 0,5m, đường kính mỗi ống 1,1 cm.

- Dòng lạnh: chay bên ngoài phía vỏ của thiết bị, đường kính vỏ: 20 cm.

- Chất liệu làm ống: thép không rỉ có ,5(W/mk).

Làm quen với hệ thống thiết bị, tìm hiểu các van và có tác dụng của nó.

Làm quen với thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đó và cách điều chỉnh công tắc đo nhiệt độ.

Làm quen với thiết bị đo lưu lượng và cách điều chình lưu lượng.

Xác định các đại lượng cần đo. Đo lưu lượng dòng nóng, dòng lạnh, nhiệt độ ở các vị trí cần thiết.

1 Nắm vững thao tác vận hành thiết bị.

2 Nắm vững nguyên lí hoạt động của thiết bị.

3 Ghi nhận các thông số ban đẩu: kích thước, tính chất vật lí cùa dòng nóng lạnh và các tham số nhiệt độ.

4 Vận hành, ghi nhận các tham số thu nhận từ thí nghiệm.

- Tổn thất năng lượng cho hệ thống.

- Tình tổng hệ số truyền nhiệt bề mặt cho 2 phía.

- Tính hệ số truyền nhiệt lí thuyết và hệ số truyền nhiệt thực tế.

3.2.3 Vẽ sơ đồ nguyên lí hệ thống thiết bị theo HDPTN

Mở nắp 2 thùng chứa nước nóng (TN) và nước lạnh (TL) kiễm tra mực nước có trong thùng, mực nước chiếm khoảng 2/3 thùng

Cài đặt nhiệt độ ban đầu 70℃.

Bật công tắc điện trở gia nhiệt.

Khi nhiệt độ trong thùng chứa nước nóng (TN) đạt giá trị cài đặt ban đầu tiến hành thí nghiệm. a) Trường hợp xuôi chiều: Điều chỉnh dòng nóng:

Dùng van V4 để điều chỉnh lưu lượng dòng nóng, chú ý trong trường hợp lưu lượng không đạt đến gái trị thí nghiệm thì đóng từ van 3 cho đến khi đạt giá trị TN. Điều chỉnh dòng lạnh:

Dùng van 2 để điều chỉnh lưu lượng dòng lạnh, chú ý trong trướng hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ van 1 cho đến khi đạt giá trị TN.

Ghi kết quả thí nghiệm:

Khi điều chỉnh lưu lượng của hai dòng nóng và lạnh xong đợi 1 phút thì ghi nhiệt độ của 2 dòng. b) Trường hợp ngược chiều: ( Tương tự xuôi chiều, thay đổi vị trí van dòng nóng) c) Hoàn thành bài thí nghiệm:

Tắt công tắc điện trở.

Tắt bơm máy. Đóng dòng van lạnh.

Tiến hành xả nước thùng lạnh.

Tiến hành làm vệ sinh thiết bị và kết thúc thí nghiệm.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm trường hợp xuôi chiều

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm trường hợp xuôi chiều

4.1.2 Kết quả tổn thất năng lượng

Bảng 3.3 Kết quả tổn thất năng lượng trường hợp xuôi chiều

Bảng 3.4 Kết quả tổn thất năng lượng trường hợp ngược chiều

Bảng 3.5 Kết quả hệ số truyền nhiệt trường hợp xuôi chiều

Bảng 3.6 Kết quả hệ số truyền nhiệt trường hợp ngược chiều

Hình 3.1 Mối quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và lưu lượng trường hợp xuôi chiều

Hình 3.2 Mối quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và lưu lượng trường hợp ngược chiều

4.1.4 Bàn luận Đối với trường hợp xuôi chiểu khi cùng một lưu lượng nóng bằng nhau (Q = const), khi tăng lưu lượng dòng lạnh ( QL = 2 4, 6, 8 l/ph) thì tổn thất nhiệt tăng dần (ngược chiều cho kết quả ngược lại) Tuy nhiên trong một vài thí nghiệm thì tổn thất nhiệt cho kết quả âm.