Báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị công nghệ

Mục đích của thí nghiệm nhằm: Xây dựng 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 tấy và gi

M ỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆ M

Khảo sát quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm với tác nhân sấy là không khí, vật liệu sấy là giấy lọc được làm ẩm Quá trình sấy giấy lọc được tiến hành ở 03 chế độ của

Caloriphe: 50 o C, 60 o C và 70 o C Mục đích của thí nghiệm nhằm:

Xây dựng 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 tấy và giảm tốc Đánh giá sai số của quá trình sấy

CƠ SỞ LÝ THUY Ế T

Định nghĩa

Sấy đối lưu là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi Trong đó, cả hai quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực hiện bằng phương pháp đối lưu.

Đặc trưng củ a quá trình s ấ y

Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp, đặc trưng cho tính không thuận nghịch và không ổn định Nó diễn ra đồng thời 04 quá trình: truyền nhiệt cho vật liệu, dẫn ẩm trong lòng vật liệu, chuyển pha và tách ẩm vào môi trường xung quanh

Xác đị nh t ốc độ s ấ y theo cân b ằ ng nhi ệ t c ủ a quá trình s ấ y

Lượng nhiệt do dòng tác nhân sấy cung cấp trong khoảng thời gian d : dQ = F (t - ) d (1) được tiêu hao để: Đun nóng vật liệu: (GoCo + GaCa)d (2) Bay hơi ẩm và quá nhiệt hơi: [r + Ch (t - th)] dGa (3) Trong đó:

 - 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 d: dGa = d(GoU) = GodU (4)

U: hàm ẩm 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:

F (t - )d = (GoCo + GaCa) d + Go [r + Ch (t - th)] dU (5)

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

Phương trình cơ bả n c ủa độ ng h ọ c quá trình s ấ y

Theo phương trình truyền ẩm từ vật liệu vào tác nhân sấy: dGa = kpF (pm – p) d (7)

Với: kp - hệ số truyền ẩm trong pha khí, kg/m 2 h.p = 1 (1at hay 1mmHg ) pm, 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

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

𝑑𝜏 − 𝐹𝑑𝜏 𝑑𝑄 𝐹 = 𝑞𝐹 (9) 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:

Với: 𝑅 𝑏 = 1 + 𝐶 𝑟 𝑑𝑈 𝑑𝜃 : 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.

Lượ ng nhi ệ t c ấ p cho v ậ t li ệu trong giai đoạ n s ấ y gi ả m t ố c (q2)

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:

Với: 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:

𝑡ℎ −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:

Như vậy nếu biết được hệ số sấy K, có thểxác định được thời gian cần thiết để thực hiện giai đoạn sấy giảm tốc

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

Với: U0 - độ ẩm ban đầu của vật liệu

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

Lượ ng nhi ệ t cung c ấ p cho v ậ t li ệu trong giai đoạ n s ấy đẳ ng t ố c (q1)

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:

Cường độ trao đổ i nhi ệ t (q(x))

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.

Đườ ng cong s ấy và đườ ng cong t ốc độ s ấ y

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

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 chếđộvà phương pháp sấy khác nhau nhưng đường cong sấy vẫn có dạng tương tự nhau

2.8.2 Đường cong tốc độ sấy

Là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm (hàm ẩm) của vật liệu sấy:

Từ biểu thức (22), (23) rõ ràng đường cong tốc độ sấy là là đạo hàm của đường cong sấy (xem hình 2.8.2.2)

Hình 2.8.2.1: Đường cong sấy Hình 2.8.2.2: Đường cong tốc độ sấy

AB – Đun nóng vật liệu AB – Đun nóng vật liệu

BC – Sấy đẳng tốc BC – Sấy đẳng tốc

CD – Sấy giảm tốc CD – Sấy giảm tốc

1 – Đường cong sấy 1 – Vật liệu dạng bản mỏng, xốp: Giấy,

2 –Đường nhiệt độ của vật liệu bìa,…

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)

Các giai đoạ n c ủ a quá trình s ấ y

2.9.1 Giai đoạn đun nóng vật liệu (AB)

Giai đoạn này xảy ra nhanh với khoảng thời gian ngắn không đáng kể Toàn bộ nhiệt do dòng tác nhân cấp dùng đểđun nóng vật liệu từ nhiệt độđầu (𝜃𝑜) Trong giai đoạn này lượng ẩm tách ra không đáng kể, độ ẩm vật liệu giảm không nhiều và tốc độ sấy nhanh lên với tốc độ cực đại (N), thường giai đoạn này bỏ qua trong tính toán

2.9.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc (BC)

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

Toàn bộ lượng nhiệt cung cấp để bốc hơi ẩm bề mặt (ẩm tự do) và bề mặt bốc hơi là bề mặt ngoài của vật liệu không đổi nên các thông số sấy sau đây sẽ không đổi: Nhiệt độ bề mặt vật liệu và tốc độ sấy; và đo ẩm vật liệu gia m nhanh

Thời gian sấy trong giai đoạn này là (thời gian sấy đẳng tốc (𝜏)) được xác định từ: − 𝑑𝑈 𝑑𝜏 = 𝑁1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (23)

Nên tích phân (23) lên ta có:

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

2.9.3 Giai đoạn sấy giảm tốc (CD)

Do đã bốc hơi hết ẩm bề mặt chỉ còn ẩm liên kết, nên bề mặt bốc hơi bị co hẹp lại dần đi sâu vào trong lòng vật liệu

Tốc độ khuếch tán ẩm trong vật liệu chậm làm giảm tốc độ chung

Nhiệt độ của vật liệu tăng dần từ nhiệt độ bầu ướt (tư) đến nhiệt độ dòng tác nhân (t) – nhiệt độ bầu khô

Lúc này; Trong vật liệu xuất hiện 03 vùng: 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 phân tích để tính thời gian sấy giai đoạn sấy giảm tốc này (𝜏2):

Với U: độ ẩm cân bằng, độ ẩm kết thúc giai đoạn sấy giảm tốc.

Th ờ i gian s ấ y v ậ t li ệ u

Thời gian sấy vật liệu được tính bằng tổng thời gian của 03 giai đoạn sấy: đốt nóng vật liệu 𝜏 0 , sấy dẳng tốc (𝜏 1 ) và sấy giảm tốc ( 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:

Với U2: độ ẩm của vật liệu cuối quá trình sấy, tương ứng với 𝜏2; U2 > U ’ và thường được lấy: U2 = U ’ + (2 - 3) (%)

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆ M

Tiến hành sấy giấy lọc ở 03 chế độ 50 o C, 60 o C và 70 o C Đặt giấy lọc vào buồng sấy, ghi nhận giá trị khối lượng của vật liệu sau khi làm ẩm (G1)

Cứ 02 phút ghi nhận giá trị khối lượng hiển thị trên cân và giá trị trên bảng điều khiển tựđộng bao gồm: nhiệt độ, độẩm trước và sau buồng sấy

Tiếp tục sấy đến khi giá trị khối lượng vật liệu không đổi thì dừng chế độ thí nghiệm và chuyển sang chế độ thí nghiệm khác.

TI Ế N TRÌNH THÍ NGHI Ệ M

Sơ đồ h ệ th ố ng thí nghi ệ m

Hệ thống thiết bị sấy được trang bị :

Quạt hút: Vận chuyển không khí, hút không khí từ môi trường và thổi qua

Caloriphe để nâng nhiệt độ dòng tác nhân lên nhiệt độ cần thiết

Caloriphe: Ba điện trở có công suất 3 KW và được ổn định nhiệt độ nhờ bộ điềunhiệt tự ngắt.

Hệ thống đo nhiệt độ: Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, được đặt trong buồng sấy tạivịtrí trước buồng sấy (sau Caloriphe) và sau buồng sấy.

Hệ thống cân: Xác định khối lượng vật liệu sấy theo thời gian.

Hai cửa gió: Có van, để thay đổi lượng tác nhân

Hình 4.1.1 Sơ đồ hệ thống sấy đối lưu

3 Nhiệt kế bầu khô trước buồng sấy (sau Caloriphe)

4 Ẩm kế đo độ ẩm không khí trước buồng sấy

6 Giá để vật liệu sấy

8 Nhiệt kế bầu khô sau buồng sấy

9 Ẩm kế đo độ ẩm không khí sau buồng sấy

Trình t ự thí nghi ệ m

Bước 1: Kiểm tra hệ thống

Lần lượt khởi động quạt, hệ thống gia nhiệt và cân sau đó kiểm tra hệ thống hoạt động.

Bước 2: Tiến hành thí nghiệm

Bật công tắc nguồn và gia nhiệt để hút không khí và thổi qua Caloriphe và gia nhiệt dòng tác nhân.

Cài đặt nhiệt độ gia nhiệt theo thí nghiệm tương ứng với các chế độ ở 50 o C,

Chờ hệ thống hoạt động ổn định, nhiệt độ của Caloriphe đạt giá trị cài đặt mongmuốn (±1÷2 o C)

Xác định khối lượng vật liệu khô ban đầu (G 0 ) của giấy lọc

Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối được xác định trong môi trường có tác nhân sấy để hạn chế sai số (các số liệu được lấy trong cùng điều kiện hoạt động).

Mở cửa buồng sấy, đặt cẩn thận giấy lọc vào giá, khóa chặt van cửa buồng sấy. Đọc giá trị khối lượng vật liệu khô (G o )

Giấy lọc sau khi cân, đem đi làm ẩm nhẹ nhàng (tránh rách giấy).

Cho giấy lọc vào giá đỡ, sau đó khóa kín van cửa buồng sấy.

Cứ sau 02 phút ta ghi nhận lại các số liệu: khối lượng vật liệu, nhiệt độ bầu khô và độ ẩm tại vị trí sau buồng sấy Tiếp tục đến khi giá trị khối lượng vật liệu không đổi thì dừng chế độ thí nghiệm này chuyển sang chế độ khác.

Sau khi hoàn thành chế độ trước, lấy giấy lọc ra và tiếp tục đem đi làm ẩm.

Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com)

Cài đặt lại giá trị gia nhiệt cho chế độ mới và chờ hệ thống hoạt động ổn định. Lặp lại trình tự như chế độ đầu và ghi nhận kết quả.

Khi hoàn thành xong thí nghiệm, tắt công tắc gia nhiệt, hệ thống cân, chờ cho hệ thống được làm nguội tự động quạt tắt và sau đó tắt nguồn hệ thống

K Ế T QU Ả THÍ NGHI Ệ M

S ố li ệ u thô

Khối lượng khô ban đầu của 03 tờ giấy lọc: Go= 27.00g

Bảng 5.1.1 Bảng số liệu thô ở chếđộ sấy 50 o C với G o = 27.00 g

Chếđộ sấy 60 o C τ (phút) G 1 (g) φ o (%) T 1 ( oC ) φ 1 (%) T 2 ( oC ) φ 2 (%)

X ử lí s ố li ệ u

Kết quả xử lý được thực hiện theo mẫu sau (sử dụng số liệu thô trong 2 phút đầu ở chế độ sấy 50 o C)

Tốc độ sấy đăng tốc N, tốc độ ở thời điểm đầu xem như bằng không:

Xác định nhiệt độ bầu ướt (𝑇 ư ) và áp suất hơi bão hòa (𝑃 𝑚 ): Từ nhiệt đồ bầu khô Tk ( o C) và độ ẩm φ (%), tra giản đồ không khí ẩm, ta xác định được nhiệt độ bầu ướt (Tư) và áp suất hơi bão hòa (Pm)

Hình 5.2.1.1 Tính toán giá trị T ư (Wet – Bulb Temperature) và P m (Vapour Pressure) theo T k ( o C) và φ2 (%)

Bảng 5.2.1.1 Xử lý số liệu ở chếđộ sấy 50 o C với G o = 27.00 g

Hình 5.2.1.2 Đường cong sấy ở chếđộ 50 o C

Hình 5.2.1.3 Đường cong tốc độ sấy ở chếđộ sấy 50 o C

U (%) τ ( phút) Đường cong sấy ở chế độ sấy 50 o C

U (%) Đường cong tốc độ sấy ở chế độ sấy 50 o C

Kết quả xử lý được thực hiện theo mẫu sau (sử dụng số liệu thô trong 02 phút đầu ở chế độ sấy 60 o C) Độ ẩm U của giấy:

Tốc độ sấy đăng tốc N, tốc độ ở thời điểm đầu xem như bằng không:

Xác định nhiệt độ bầu ướt (𝑇 ư ) và áp suất hơi bão hòa (𝑃𝑚): Từ nhiệt đồ bầu khô Tk ( o C) và độẩm φ (%), tra giản đồ không khí ẩm, ta xác định được nhiệt độ bầu ướt (Tư) và áp suất hơi bão hòa (Pm)

Hình 5.2.2.1 Tính toán giá trị T ư (Wet – Bulb Temperature) và P m (Vapour Pressure) theo

U (% ) τ ( phút) Đường cong sấy ở chế độ sấy 60 o C

Kết quả xử lí được thực hiện theo mẫu sau (sử dụng số liệu thô trong 02 phút đầu ở chế độ sấy 70 o C)

Tốc độ sấy đẳng tốc N, tốc độ ở thời điểm đầu xem như bằng không:

Xác định nhiệt độ bầu ướt (𝑇 ư ) và áp suất hơi bão hòa (𝑃𝑚): Từ nhiệt đồ bầu khô Tk ( o C) và độ ẩm φ (%), tra giản đồ không khí ẩm, ta xác định được nhiệt độ bầu ướt (Tư) và áp suất hơi bão hòa (Pm)

Hình 5.2.3.1 Tính toán giá trị T ư (Wet – Bulb Temperature) và P m (Vapour Pressure) theo T k ( o C) và φ 2 (%)

U (% ) τ ( phút) Đường cong sấy ở chế độ sấy 70 o C

Tính toán các giá tr ị t ừ đồ th ị và lý thuy ế t

5.3.1 Tính toán các giá trị từđồ thị

Dựa vào đường cong tốc độ sấy ta xác định được các đại lượng sau: Độ ẩm tới hạn U th và tốc độ sấy đẳng tốc (N) tra từ đường cong tốc độ sấy Trong đó, U th là độ ẩm cuối giai đoạn sấy đẳng tốc và N là tốc độ sấy trung bình của các điểm sấy đẳng tốc Độ ẩm cân bằng U 2 tra từ đường cong sấy U 2 là độ ẩm cuối quá trình sấy Đối với chếđộ sấy 50 o C: Độẩm tới hạn: U th = 106.96 % Độ ẩm cuối quá trình sấy: U 2 = 17.22 % Độ ẩm cân bằng: U* = U 2 – 2 = 17.22 – 2 = 15.22 %

Tốc độ sấy đẳng tốc: N = 260.40 %/h

Hệ số sấy tương đối:

Thời gian sấy đẳng tốc:

260.40 = 0.2000 h Thời gian sấy giảm tốc

Tương tự đối với các chếđộ sấy khác, ta thu được kết quảnhư sau:

5.3.2 Tính toán các giá trị theo lý thuyết Đối với chếđộ sấy 50 o C Độẩm tới hạn:

Hệ số sấy tương đối:

Thời gian sấy đẳng tốc:

260.40 = 0.2130 h Thời gian sấy giảm tốc:

Tương tựđối với các chếđộsáy khác, ta thu được kết quảnhư sau:

Đánh giá kế t qu ả thí nghi ệ m

Công thức tính toán sai số:

Chếđộ 50 o C Lý thuyết Thực nghiệm Sai số (%)

BÀN LU Ậ N

Hoài B ả o

Dạng đường cong sấy –Đường cong tốc độ sấy so với dạng lý thuyết Đường cong sấy: gần giống với lý thuyết, đồ thị không biểu diễn giai đoạn đốt nóng như lý thuyết vì quá trình diễn ra quá nhanh Ở cả 3 chế độ khảo sát (50  C,

60C, 70C) thì đường cong tốc độ sấy tương đối như nhau, tuy nhiên còn nhiều điểm chênh lệch, có thể do thao tác và thời gian ghi nhận chưa đồng bộ, do ảnh hưởng của môi trường dẫn đến chênh lệch về số liệu Đường cong tốc độ sấy: Chênh lệch nhiều với dạng lý thuyết, có thể do sai số trong quá trình thực nghiệm nên còn một số vị trí bị lệch, vì vậy cần chọn lọc số liệu trong quá trình thực nghiệm để có được đường cong tốc độ sấy chính xác hơn

Mối quan hệ của các thông số sấy Độ ẩm tới hạn (Uth): phụ thuộc vào độ ẩm không khí và nhiệt độ như độ ẩm cân bằng Độ ẩm tới hạn là độ ẩm cuối cùng của quá trình sấy đẳng tốc Độ ẩm tới hạn còn phụ thuộc vào Uo và U* Độ ẩm cân bằng (U*): phụ thuộc vào độ ẩm không khí và nhiệt độ Với cùng một độ ẩm, khi nhiệt độ càng tăng thì độ ẩm của vật liệu càng giảm đến khi không thay đổi nữa, tức đạt đến độ ẩm cân bằng

Tốc độ sấy – N: khi nhiệt độcàng tăng thì tốc độ sấy đẳng tốc càng tăng

Hệ số tương đối của giai đoạn sấy đẳng tốc: chỉ phụ thuộc vào tính chất của vật liệu ẩm không phụ thuộc vào nhiệt độ của tác nhân sấy

Hệ số sấy trong giai đoạn giảm tốc K: phụ thuộc vào tốc độ sấy đẳng tốc (N) và tính chất vật liệu ẩm Tức là với tính chất vật liệu ẩm không đổi khi nhiệt độ tác nhân sấy càng tăng thì K càng tăng

Thời gian sấy đẳng tốc: khi nhiệt độcàng tăng thì thời gian sấy đẳng tốc càng giảm

Thời gian sấy giảm tốc: nhiệt độ sấy càng cao thì thời gian sấy giảm tốc càng giảm

Khi nhiệt độ tác nhân sấy tăng thì: U* ↓, Uth ↓, hệ số tương đối của giai đoạn sấy đẳng tốc không đổi, thời gian sấy đẳng tốc ↓, thời gian sấy giảm tốc ↓, K ↑, N↑

Nguyên nhân và biện pháp khắc phục sai số

Nguyên nhân dẫn đến sai số:

Do thao tác người làm thí nghiệm thiếu chính xác vì: đọc số cân hiển thị trên cân phân tích, nhiệt độ bầu khô, bầu ướt, thiếu chính xác do số liệu nhảy liên tục

Tra P, Pm bằng giản đồ không khí ẩm thiếu chính xác, sai số trong tính toán Sai số do thiết bị thí nghiệm có thể sai lệch

Vật liệu ban đầu không phải vật liệu khô tuyệt đối còn giữlượng ẩm của phòng thí nghiệm

Khoảng thời gian giữa 2 lần lấy số liệu không đều

Kiểm tra thiết bị thí nghiệm xem ổn định chưa: cân điện tử, quạt, nhiệt kế bầu khô

Sử dụng đồng hồ bấm giờ canh chính xác thời gian Đọc các thông số một cách chính xác nhất: nhiệt độ bầu khô, bầu ướt, khối lượng giấy

Phải để nhiệt độ sấy đạt đến nhiệt độ sấy ổn định mới cho vật liệu sấy vào, Không được chạm vào thiết bị khi sấy.

Phương Anh

Dạng đường cong sấy –Đường cong tốc độ sấy so với dạng lý thuyết Đường cong sấy: chia làm 3 đoạn gần giống với lý thuyết như sau: 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 thịđường 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

Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) 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 (tiếp tuyến của đoạn 2 và đoạn 3) 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 Độ ẩm của vật liệu giảm đến độ ẩm cuối của quá trình sấy và dần tiệm cận đến độẩm cân bằng (U *) Tuy nhiên trên đồ thị ta dựng được thì giá trị U * và Uth rất khó xác định được chính xác và U * luôn tiệm cận với trục hoành Ở một chế độ sấy 50 o C và chế độ sấy 60 o C, U * có giá trị = 0 và < 0; điều này do sai số trong quá trình làm thí nghiệm và có thểlà 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

Mối quan hệ của các thông số sấy

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

Nhiệt độ càng cao thì Uth, U * phải càng giảm do tăng động lực quá trình và hiệu quả của quá trình sấy Tuy nhiên ở đây ta thấy 2 giá trị này thay đổi không phù hợp với lý thuyết nêu trên do độ ẩm ban đầu của mỗi chế độ sấy đều tăng dần nên tuy thời gian sấy có ngắn hơn khi nhiệt độ tăng nhưng do phải tổn thất động lực để làm bốc hơi một lượng ẩm nhiều hơn nên kết quả Uth và U * thu được là không chính xác

Theo lý thuyết thì khi nhiệt độtăng thì tốc độ sấy N tăng, K cũng tăng theo do X là hằng số, tổng thời gian sấy sẽ giảm xuống

Dựa vào bảng đánh giá sai số ta thấy mức độ sai số giữa kết quả thí nghiệm và tính theo lý thuyết là rất lớn Mặc dù khi đánh giá sai số của U * và độẩm cuối của quá trình sấy có mức độ sai số là nhưng không có nghĩa là 02 giá trị này được tính chính xác hoàn toàn Do U * phụ thuộc vào từng loại vật liệu và sẽ được xác định bằng thực nghiệm và cho dưới dạng bảng số nên ở đây ta muốn có kết quả U * theo lý thuyết thì phải chấp nhận giá trị U * theo thí nghiệm tính được để đánh giá, vì vậy

34 không có sai số ở giá trò này là hiển nhiên Độ ẩm cuối của quá trình sấy cũng không xác định được chính xác mà phải lấy theo U * cộng thêm 2 - 3% nên độ ẩm cuối của quá trình sấy tính theo thực nghiệm và lý thuyết đều có cùng một giá trị nên mức độ sai số là 0 Tuy nhiên U * xác định được trong điều kiện thí nghiệm chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố gấy sai số nên U * xác định được, bản thân nó đã có sai số nhưng sai sốlà bao nhiêu thì ta không đủđiều kiện đểđánh giá chính xác.

Sai số trong quá trình thí nghiệm có thể do các nguyên nhân sau:

Sai số khi đọc giá trị của cân do kim cân rất nhạy và rất dễ dao động khi có một tác động nhỏ từ bên ngoài

Vật liệu sấy hút ẩm từ môi trường bên ngoài làm ảnh hưởng đến giá trị G0 của vật liệu

Sai sốkhi đọc nhiệt độ bầu khô và bầu ướt

Sai số do hệ thống thí nghiệm hoạt động không ổn định Để khắc phục sai số và thu kết quả chính xác nhất ta có thể tiến hành như sau:

Quan sát thật kỹ và chờ cho kim cân dao động ít nhất mới đọc giá trị

Không bật quạt, mở cửa tại nơi đặt hệ thống thí nghiệm để không làm ảnh hưởng đến cân

Phải nắm rõ thao tác và trình tự thí nghiệm, tiến hành đúng trình tự và chính xác trong thao tác

Kiểm tra bảo dưỡng hệ thống thường xuyên để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

Minh Kha

Nhận xét và giải thích về dạng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy so với dạng lý thuyết Đường cong sấy Đường cong sấy của chế độ 50 o C, 60 o C, 70 o C có dạng phù hợp so với lý thuyết Tuy nhiên trong đồ thị không biểu diễn được giai đoạn đốt nóng như theo lý thuyết, lý do là vì giai đoạn này rất ngắn, nên ta đo đã vượt qua giải đoạn đốt nóng, không thể hiện được đoạn này Đường cong sấy chia làm 03 đoạn:

Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) Đoạn 1: Giai đoạn đun nóng vật liệu: diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn và độ ẩm của vật liệu thay đổi không đáng kể, đường thẳng gần song song trục hoành Đoạn này rất ngắn Đoan 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 Độẩm của vật liệu giảm đến độ ẩm tới hạn, đường cong gần như đường thẳng Đoạn 3: Giai đoạn sấy giảm tốc: Độ ẩm vật liệu giảm chậm trong giai đoạn này và tốc độ giảm dần cực đại về 0, đường cong tiệm cận với trục hoành, độ ẩm của vật liệu giảm đến U2 và dần tiệm cận đến U* Đường cong tốc độ sấy Đường cong tốc độ sấy cũng có dạng phù hợp so với lý thuyết Nhìn chung tuy đúng về hình dạng nhưng giá trị không được chính xác lắm và sai số rất lớn Dạng đường cong tốc độ sấy vẽ theo phương pháp bình phương cực tiểu gần giống với lý thuyết và gồm 03 giai đoạn ứng với đường cong sấy Nhưng vẽ bằng phương pháp này có sự sai lệch so với thực nghiệm

Nếu vẽ đường cong tốc độ sấy dựa vào số liệu N=g(U)= ∆𝑈 ∆𝜏 (theo những điểm chấm trên đồ thị) thì đường cong không phù hợp với dạng lý thuyết:

Giai đoạn đun nóng không thẳng, do độ ẩm thay đổi nhanh chóng

Giai đoạn sấy đẳng tốc: Các điểm dao động mạnh nên sai số lớn

Nhận xét về kết quả sai số

Sai số trong bài khá lớn, nhất là giá trị Uth, ꭓ, K và T1 Có nhiều sai số hơn 100%

Nguyên nhân gây sai số:

Giấy lọc sử dụng chưa khô tuyệt đối nên không thể xem khối lượng ban đầu của giấy(lúc chưa nhúng nước) là khối lượng khô vật liệu

Khối lượng vật liệu đọc không chính xác do cân dao động mạnh nên khó đọc Tính toán không chính xác, vẽ đồ thị chỉ có tính chất tương đối

Giá trị Pm, P tra bảng chưa chính xác

36 Đồ thị không chính xác, việc xác định đường cong tốc độ sấy từ vi phân đường cong sấy về mặt lý thuyết thì chính xác, nhưng thục tế khi vẽ đường cong sấy ta dùng phương pháp bình phương cực tiểu để vẽ và xác định phương trình đường cong tốc độ sấy chỉ thông qua 02 giá trị (Uth, Ndt) và (Uo, Ndt) sẽ có sai số

Biện pháp khắc phục sai số

Giấy lọc phải được sấy khô và không để bị hút ẩm từ không khí xung quanh để khi cân sẽ có Go chính xác hoặc có thể biết trước khối lượng khô vật liệu

Không được bật quạt, không mở cửa sổ cân điện tử không nhảy số liên tục.

Thanh Ki ề u

Đường cong sấy - đường cong tốc độ sấy so với lý thuyết Đường cong sấy: khá giống với lý thuyết, nhưng đồ thị không biểu diễn giai đoạn đốt nóng như lý thuyết vì quá trình diễn ra quá nhanh Ở cả 03 chếđộ khảo sát (50C,

60C ,70C) thì đường cong tốc độ sấy tương đối như nhau, tuy nhiên còn nhiều điểm chênh lệch, có thể do thao tác và thời gian ghi nhận chưa đồng bộ, do ảnh hưởng của môi trường dẫn đến chênh lệch Đường cong tốc độ sấy: Chênh lệch nhiều với dạng lý thuyết, có thể do sai số trong quá trình thực nghiệm nên còn một số vị trí bị lệch, vì vậy cần chọn lọc số liệu trong quá trình thực nghiệm để có được đường cong tốc độ sấy chính xác hơn

Mối quan hệ của các thông số sấy

Nhiệt độ càng cao thì cần càng ít thời gian sấy và thời gian sấy đẳng tốc càng tăng

Theo lý thuyết, khi tăng nhiệt độ thì tốc độ sấy N tăng nhưng theo thực nghiệm thì chưa chính xác, có thể là do thao tác và thời gian ghi nhận số liệu dẫn đến sai số

Nguyên nhân dẫn đến sai số

Sai số do quá trình đọc cân không chính xác do ảnh hưởng từ môi trường

Do hệ thống hoạt động không ổn định

Do quá trình sấy vật liệu chưa khô hoàn toàn, dẫn đến thông số bị sai lệch

Do nguyên liệu lúc đầu chưa thực sự khô cũng dẫn đến sai số Ảnh hưởng của môi trường bên ngoài

Cách khắc phục sai số

Hiểu rõ thiết bị và thao tác trong quá trình thực nghiệm

Canh chuẩn thời gian để đọc thông số giữa các lần thực nghiệm để sai số ít nhất Thường xuyên kiểm tra thiết bị để thiết bị hoạt động ổn định

Hạn chế tối đa tác động của môi trường như tắt quạt trong quá trình thực nghiệm.

Ti ể u Ny

Mối quan hệ của các thông số sấy: Độ ẩm tới hạn (Uth): phụ thuộc vào độ ẩm không khí và nhiệt độ như độ ẩm cân bằng Độẩm tới hạn là độẩm cuối cùng của quá trình sấy đẳng tốc Độẩm tới hạn còn phụ thuộc vào Uo và U* Độ ẩm cân bằng (U*): phụ thuộc vào độ ẩm không khí và nhiệt độ Với cùng một độ ẩm, khi nhiệt độcàng tăng thì độẩm của vật liệu càng giảm đến khi không thay đổi nữa tức đạt đến độ ẩm cân bằng

Tốc độ sấy N: khi nhiệt độ càng tăng thì tốc độ sấy đẳng tốc càng tăng

Hệ số tương đối của giai đoạn sấy đẳng tốc: chỉ phụ thuộc vào tính chất của vật liệu ẩm không phụ thuộc vào nhiệt độ của tác nhân sấy

Hệ số sấy trong giai đoạn giảm tốc K: phụ thuộc vào tốc độ sấy đẳng tốc (N) và tính chất vật liệu ẩm Tức là với tính chất vật liệu ẩm không đổi khi nhiệt độ tác nhân sấy càng tăng thì K càng tăng

Thời gian sấy đăng tốc: khi nhiệt độcàng tăng thì thời gian sấy đẳng tốc càng giảm

Thời gian sấy giảm tốc: nhiệt độ sấy càng cao thì thời gian sấy giảm tốc càng giảm

Khi nhiệt độ tác nhân sấy tăng thì: U* ↓, Uth ↓, hệ số tương đối của giai đoạn sấy đẳng tốc không đổi, thời gian sấy đẳng tốc ↓, thời gian sấy giảm tốc ↓, K ↑, N↑

Nhận xét về thực nghiệm và lý thuyết:

Tốc độ sấy bị thay đổi do sai số trong thí nghiệm Điều đó làm cho giai đoạn sấy đẳng tốc của đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy không phải là đường thẳng như lý thuyết

Kết quả tốc độ sấy lý thuyết và tốc độ sấy thực nghiệm có sai khác lớn Nguyên dân do nhiệt bổ sung khác nhiệt lượng tổn thất và bỏ qua giai đoạn đun nóng do nó quá nhỏ

Nguyên nhân và biện pháp khắc phục sai số:

Nguyên nhân dẫn đến sai số:

Do thao tác người làm thí nghiệm thiếu chính xác vì: đọc số cân hiển thị trên cân phân tích, nhiệt độ bầu khô, bầu ướt, thiếu chính xác do số liệu nhảy liên tục

Tra P, Pm bằng giản đồ không khí ẩm thiếu chính xác, sai số trong tính toán

Sai số do thiết bị thí nghiệm có thể sai lệch

Vật liệu ban đầu không phải vật liệu khô tuyệt đối còn giữu lượng ẩm của phòng thí nghiệm

Khoảng thời gian giữa 02 lần lấy số liệu không đều

Kiểm tra thiết bị thí nghiệm xem ổn định chưa: cân điện tử, quạt, nhiệt kế bầu khô

Sử dụng đồng hồ bấm giờ canh chính xác thời gian Đọc các thông số một cách chính xác nhất: nhiệt độ bầu khô, bầu ướt, khối lượng giấy.

Trườ ng Vy

Dạng đường cong sấy –Đường cong tốc độ sấy so với dạng lý thuyết

Dùng phương pháp bình phương cực tiểu dựng đường cong sấy, sau đó lấy vi phân phân đường cong sấy để dựng đường cong tốc độ sấy, ta thấy: Đường cong sấy: chia làm 3 đoạn gần giống với lý thuyết như sau: 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 thịđường 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

Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) 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 (tiếp tuyến của đoạn 2 và đoạn 3) 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 Độ ẩm của vật liệu giảm đến độ ẩm cuối của quá trình sấy và dần tiệm cận đến độẩm cân bằng (U *) Tuy nhiên trên đồ thị ta dựng được thì giá trị U * và Uth rất khó xác định được chính xác và U * luôn tiệm cận với trục hoành Ở một chế độ sấy 50 o C và chế độ sấy 60 o C, U * có giá trị 0 và < 0; điều này do sai số trong quá trình làm thí nghiệm và có thểlà 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

Nguyên nhân dẫn đến sai số

Do vật liệu khô ban đầu không phải vật liệu khô tuyệt đối

Chênh lệch về khoảng thời gian ghi nhận số liệu

Thiết bị trong phòng thí nghiệm gặp nhiều lỗi thiếu ổn định như cân, nhiệt kế nhảy giá trị liên tục và khoảng dao động không đồng nhất dẫn đến sai số

Vì phân chia người thực hành các giai đoạn nên thao tác của người tiến hành không đồng đều dẫn đến sai số

Các thông sốđược làm tròn trong quá trình ghi nhận và tính toán dẫn đến sai số khá đáng kể

Nên điều chỉnh các thiết bị, nhiệt kếđể thiết bị cho ra kết quả ít bịdao động và khoảng dao động nhỏ hơn

Cần phải canh chính xác hơn những số liệu trong quá trình ghi nhận

Phối hợp cùng với các thành viên trong nhóm để mang lại hiệu quả tốt hơn Canh thiết bị ghi nhận lúc hoạt động ổn định

Kiểm tra thiết bị trước khi bắt đầu hoạt động

Chuẩn bị vật liệu sấy có độ ẩm thấp (ít bị hút ấm bởi môi trường bên ngoài).

Tiêu đề	Báo Cáo Thí Nghiệm Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ
Tác giả	Võ Hoài Bảo, Trần Phương Anh, Lê Minh Kha, Võ Thị Thanh Kiều, Nguyễn Thị Tiểu Ny, Lê Trần Trường Vy
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Quốc Hải
Trường học	Trường Đại Học Tôn Đức Thắng
Chuyên ngành	Khoa Học Ứng Dụng
Thể loại	báo cáo
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Việt Nam

Định dạng
Số trang	42
Dung lượng	497,66 KB