So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm và hệ số truyền nhiệt lý thuyết, nguyên nhân gây ra sự sai khác nếu có:Xác định hệ số dẫn nhiệt λ cho ống bằng đồng đỏ nguyên chấtnhưng thực tế ngu
TRÍCH YẾU
Mục đích thí nghiệm
Làm quen với thiết bị truyền nhiệt dạng ống lồng ống, các dạng dụng cụ đo nhiệt độ và hàm 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.
Tiến hành thí nghiệm
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.
Kết quả
Với mỗi thí nghiệm, ta đo lưu lương và nhiệt độ của dóng nóng và dòng lạnh, từ đó tính được nhiệt lượng trao đổi, tốn thất nhiệt Xác định được các chuẩn số Re, Nu, Pr,tính hệ số truyền nhiệt dài theo thực nghiệm và lý thuyết, dựng đồ thị K1,K1* theo Re.
LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM
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 của lưu chất (J/kg.độ) tv1, tv2: Nhiệt độ đầu vào của dòng nóng, lạnh ( 0 C) tR1, tR2: Nhiệt độ đầu ra của dòng nóng, lạnh ( 0 C)
Phương trình biểu diễn quá trình truyền nhiệt
Q = KL.∆tlog.L Với: L: chiều dài ống (m)
KL: hệ số truyền nhiệt dài (W/mK)
∆tlog: chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, K
I.2 Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết
+∑ d r b b dng, dt: đường kính ngoài và đường kính trong của ống truyền nhiệt (m)
: hệ số dẫn nhiệt của kim loại làm ống, W/mk db: đường kính lớp bẩn, m rb: nhiệt trở của lớp cáu.
Hệ thống cấp nhiệt α 1 , α 2 giữa các vách ngăn và các dòng lưu chất
Các hệ số A, n, m, ε i , ε R là các hệ số thực nghiệm, túy thuộc vào các yếu tố sau:
Chế độ chảy của các dòng lưu chất.
Sự tương quan giữa dòng chảy và các bệ mặt truyền nhiệt.
Đặc điểm bề mặt truyền nhiệt (độ nhám, hình dạng…)
DỤNG CỤ,THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
Thiết bị thí nghiệm
Hệ thống thiết bị thí nghiệm như sau:
+ Loại ống lồng ống đơn giản, lưu chất chảy dọc mặt của ống trong, hai dòng chảy có phương song song nhau, 4 đoạn ống, chiều dài 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 dóng nóng lạnh.
+ Hệ thống cảm biến nhiệt độ ghi nhận nhiệt độ tại các dòng nóng lạnh ở đầu vào và ra.
Kiểu ống Đường kính (mm)
Chiều dài (mm) Ống trong Ống ngoài Ống chất liệu inox
Phương pháp thí nghiệm
- Làm quen với hệ thống thiết bị, tìm hiểu các van và tác dụng của nó.
- Làm quen với thiết bị đo nhiệt độ, các vị trí đo nhiệt độ đầu vào – ra 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 :
1 Nắm vững các thao tác vận hành thiết bị.
2 Nắm vững nguyên lí hoạt động của thiết bị.
3 Ghi nhận các thông số ban đầu: kích thước, tính chất vật lí của dòng nóng, dòng lạnh, 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.
+ Tính toán hệ số truyền nhiệt bề mặt cho 2 phía.
+ Tính hệ số truyền nhiệt lí thuyết và hệ số truyền nhiệt thực tế. c Vẽ sơ đồ nguyên lí hệ thống thiết bị theo hướng dẫn của cán bộ phòng thí nghiệm : d Trình tự thí nghiệm :
- Điều chỉnh dòng nóng sau đó mở van 5, 8;
- Đóng van 6, 7 và bật bơm nóng có mở lỏng van 3 tránh bơm cháy;
- Dùng van VN để diều chỉnh lưu lượng dòng nóng, chú ý trong trường hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ van N1 cho đến khi đạt giá trị yêu cầu của thí nghiệm;
- Bật bơm lạnh và điều chỉnh dòng lạnh bằng van 1, 2.
* Trường hợp ngược chiều (Tương tự xuôi chiều, thay đổi vị trí van dòng nóng)
- Điều chỉnh dòng nóng sau đó mở van 6, 7;
- Đóng van 5, 8 và bật bơm nóng có mở lỏng van 3 tránh bơm cháy;
- Dùng van VN để diều chỉnh lưu lượng dòng nóng, chú ý trong trường hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ van N1 cho đến khi đạt giá trị yêu cầu của thí nghiệm;
- Bật bơm lạnh và điều chỉnh dòng lạnh bằng van 1, 2.
* Ghi kết quả thí nghiệm
- Khi điều chỉnh lưu lượng của hai dòng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1 phút thì ghi nhiệt độ của 2 dòng:
+ Nhiệt độ dòng nóng vào là T2, nóng ra là T3
+ Nhiệt độ dòng lạnh vào là T5, lạnh ra là T4
- Hoàn tất các thông số bài thí nghiệm;
- Tắt công tắc điện trở;
- Đóng tất cả các van lại;
- Tiến hành xả nước thùng lạnh, nóng;
- Tiến hành làm vệ sinh thiết bị và kết thúc thí nghiệm.
KẾT QUẢ TÍNH
Thí nhiệm xuôi chiều
Thí nghiệm ngược chiều
BÁO CÁO
Đồ thị
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 ĐỒ THỊ MỐI QUAN HỆ CỦA Q VÀ KTN h Ngược chiều:
BIỂU ĐỒ MỐI QUAN HỆ CỦA Q VÀ KTN
Bàn luận
a Nguyên nhân về tổn thất nhiệt:
Nhiệt lượng truyền cho ống làm ống nóng lên.
Tại những vị trí dòng nóng chảy không có dòng lạnh bao quanhcó tổn thất do quá trình truyền nhiệt từ dòng nóng qua ống đến môitrường xung quanh do không có bọc lớp cách nhiệt.
Trên đường ống do lâu ngày có đóng cặn bẩn cũng góp phầnlàm tổn hao nhiệt lượng.
Tổn thất nhiệt qua các van do van bị rò rỉ sau một thời gian sử dụng.
Sai số khi đọc nhiệt độ trong quá trình thí nghiệm làm kết quả tính toán không chính xác.
Sự mất mát nhiệt dọc chiều dài ống Đường đi càng dài lượngnhiệt tổn thất càng nhiều. i Ảnh hưởng của chiều chuyển động các dòng đến quá trình truyền nhiệt:
Sự mất mát nhiệt dọc chiều dài ống Đường đi càng dài lượngnhiệt tổn thất càng nhiều. Đường ống làm bằng đồng không bọc lớp cách nhiệt nên sự tổn hao nhiệt ra môi trường xung quanh cũng nhiều hơn so với những vật liệu khác j So sánh hệ số truyền nhiệt thực nghiệm và hệ số truyền nhiệt lý thuyết, nguyên nhân gây ra sự sai khác nếu có:
Xác định hệ số dẫn nhiệt λ cho ống bằng đồng đỏ nguyên chấtnhưng thực tế nguyên liệu làm ống dẫn không nguyên chất.
Các giá trị α xác định được luôn mắc phải sai số do tính toán nhiệt độ vách, nhiệt độ lưu chất để xác định các chuẩn số Nu, Pr
Nhiệt lượng tổn thất vẫn chưa bù nổi sai số trong quá trình làm thí nghiệm. Ở đây quá trình truyền nhiệt là phức tạp nhưng khi tính toán chỉ kể đến những ảnh hưởng chính chẳng hạn bỏ qua sự đối lưu tự nhiên trong dòng chảy màng ở ống B dẫn đến sai số cao
TRẢ LỜI CÂU HỎI
1.Mục đích của thí nghiệm?
- Làm quen với thiết bị truyền nhiệt dạng ống lồng ống, các dạng dụng cụ đo nhiệt độ và hàm 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.
2 Các thông số cần đo?
- Lưu lượng dòng lưu chất ở dòng nóng và dòng lạnh G, Re, Pr, C.
- Nhiệt độ nối đun T nđ
- Nhiệt độ lưu chất vào và ra ở dòng nóng và dòng lạnh.
3 Nêu trình tự thí nghiệm a Trường hợp xuôi chiều
- Điều chỉnh dòng nóng sau đó mở van 5, 8;
- Đóng van 6, 7 và bật bơm nóng có mở lỏng van 3 tránh bơm cháy;
- Dùng van V N để diều chỉnh lưu lượng dòng nóng, chú ý trong trường hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ van N 1 cho đến khi đạt giá trị yêu cầu của thí nghiệm;
- Bật bơm lạnh và điều chỉnh dòng lạnh bằng van 1, 2. b Trường hợp ngược chiều (Tương tự xuôi chiều, thay đổi vị trí van dòng nóng)
- Điều chỉnh dòng nóng sau đó mở van 6, 7;
- Đóng van 5, 8 và bật bơm nóng có mở lỏng van 3 tránh bơm cháy;
- Dùng van V N để diều chỉnh lưu lượng dòng nóng, chú ý trong trường hợp lưu lượng không đạt đến giá trị thí nghiệm thì đóng từ van N 1 cho đến khi đạt giá trị yêu cầu của thí nghiệm;
- Bật bơm lạnh và điều chỉnh dòng lạnh bằng van 1, 2. c Ghi kết quả thí nghiệm
- Khi điều chỉnh lưu lượng của hai dòng nóng và lạnh xong đợi khoảng 1 phút thì ghi nhiệt độ của 2 dòng:
+ Nhiệt độ dòng nóng vào là T 2 , nóng ra là T 3
+ Nhiệt độ dòng lạnh vào là T 5 , lạnh ra là T 4 d Sau thí nghiệm
- Hoàn tất các thông số bài thí nghiệm;
- Tắt công tắc điện trở;
- Đóng tất cả các van lại;
- Tiến hành xả nước thùng lạnh, nóng;
- Tiến hành làm vệ sinh thiết bị và kết thúc thí nghiệm.
4 Thiết bị ống lồng ống có phải là thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ ống không?
- Thiết bị ống lồng ống còn có tên gọi là thiết bị truyền nhiệt kiểu ống kép là thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ ống.
5 Chỉ rõ đường đi của dòng nóng trong hệ thống thiết bị truyền nhiệt? a Trường hợp xuôi chiều
- Máy bơm → Van 4 → Van 5 → Van 8 → Bồn chứa. b Trường hợp ngược chiều
- Máy bơm → Van 4 → Van 6 → Van 7 → Bồn chứa.
6 Chỉ rõ đường đi của dòng lạnh trong hệ thống thiết bị thí nghiệm?
- Bễ nước → Bơm, nước theo đó qua van 2 đến thiết bị đo lưu lượng đến cảm ứng nhiệt đầu vào đến các ống → thiết bị cảm ứng nhiệt đầu ra và qua van 1 về thùng chứa nước.
7 Ưu – nhược điểm của thí nghiệm ống lồng ống là gì?
- Ưu điểm: đơn giản trong chế tạo, hệ số truyền nhiệt lớn.
- Nhược điểm: cồng kềnh, giá thành cao vì tốn nhiều vật liệu chế tạo, khó làm sạch bên trong các ống dẫn lưu chất, năng suất thấp.
8 Hãy cho biết phương thức truyền nhiệt cơ bản? Trong bài thí nghiệm này có các phương thức truyền nhiệt nào?
- Có 3 phương thức truyền nhiệt cơ bản:
- Trong bài thí nghiệm này dùng hai phương thức truyền nhiệt là dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt.
9 Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng? Giải thích các thông số và cho biết các đơn vị của nó
G N , G L : là lưu lượng dòng nóng và dòng lạnh (kg/s)
C P : nhiệt dung riêng của lưu chất theo giá trị trung bình T (J/Kg O C)
T v1 , T R1 là nhiệt độ của dòng nóng vào và ra ( O C)
T v2 , T R2 là nhiệt độ của dòng lạnh vào và ra ( O C)
10 Ý nghĩa vật lý của hệ số truyền nhiệt dài K? Công thức tình và giải thích các thông số đơn vị đo của chúng? a Ý nghĩa vật lý
- Là lượng nhiệt truyền đi trong 1 giây từ lưu chất nóng đến lưu chất lạnh qua 1 đơn vị bề mặt đường phân cách là 1m 2 khi hiệu số giữa hai nhiệt độ là 1 O C. b Công thức theo lý thuyết
- Trong đó: d ng , d t : đường kính ngoài và đường kính trong của ống truyền nhiệt (m)
: hệ số dẫn nhiệt của ống lồng ống (W/k) d b : đường kính lớp bẩn (m) r b : hệ số điện trở của lớp cặn bẩn (m 2 O C/W) α 1 α 2 : hệ số cấp nhiệt giữa vách ngăn của các dòng lưu chất được tính bằng chuẩn số Nu
11 Viết phương trình truyền nhiệt Giải thích các thông số và cho biết đơn vị đo của chúng
K: hệ số truyền nhiệt dài theo thực nghiệm (W/m 2 O C)
∆ Tn hiệu số nhiệt độ trung bình ( O C)
12 Chế độ chảy có ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt hay không? Vì sao?
- Từ Re ta tính được Nu, và α sau đó suy ra K và tính được Q.
→ Chế độ chảy được biểu diễn bằng chuẩn số Renold có ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt.
13 Phân biệt quá trình truyền nhiệt cố định truyền nhiệt không cố định
- Cố định là trường hợp hiệu số nhiệt độ giữa 2 lưu thể biến đổi theo vị trí nhưng không biến đổi thời gian.
- Không cố định là trường hợp hiệu số nhiệt độ giữa 2 lưu thể biến đổi theo vị trí và thời gian.
14 Các yếu tố nào ảnh hưởng đến hệ số cấp nhiệt α? α= Nu λ l
- Từ phương trình trên, ta nhận thấy các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số cấp nhiệt α bao gồm:
+ Chuẩn số Nu mà Nu phụ thuộc Renold → chế độ chảy tần hoặc rối có ảnh hưởng đến α.
+ λ hệ số dẫn nhiệt của lưu chất trong ống.
+ l kích thước hình học đặc trưng của thiết bị, cụ thể ở đây là lồng ống.
15 So sánh hiệu quả quá trình truyền nhiệt xuôi và ngược chiều? a Xuôi chiều
- Năng lượng truyền nhiệt cao.
- Tốc độ truyền nhiệt nhanh. b Ngược chiều
- Truyền nhiệt không ổn định.
- Năng lượng truyền nhiệt không cao.
- Tốc độ truyền nhiệt chậm.
TÀI LIỆU KHAM KHẢO
1 Phạm Văn Bồn - Nguyễn đình Thọ, Quá trình và thiết bị truyền nhiệt" ĐHBK Tp.HCM 1992.
2 TS Trần Xoa - TS Nguyễn Trọng Khuông - Ks Hồ Lê Viên, "Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hoa chất" tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1992
3 TS Trần Xoa - TS Nguyễn Trọng Khuông - Ks Hồ Lê Viên, "Sổ tay Quá trình vàThiết bị Công nghệ Hoá chất" tập 2 Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội,1992
THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG CHÙM
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Giúp sinh viên làm quen với thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm, vận hành chính xác thiết bị, đo đạc các thông số của quá trình và thiết bị.
Khảo sát quá trình truyền nhiệt, tính toán hệ số truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa hai dòng lưu chất qua một bề mặt ngăn cách.
Tính toán hiệu suất toàn phần dựa trên cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng khác nhau.
Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong hai trường hợp: ngược chiều và xuôi chiều.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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)
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) D: Đường kính ống (m)
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
Hệ số truyền nhiệt dài lý thuyết
2+lnd ng d tr + 1 α 2 d ng +Σ r b d b d ng , d tr :đường kínhngoài và đường kínhtrong của ống truyềnnhiệt , m
: hệ số dẫn nhiệt của kim loại làm ống (W/mK) d b : đường kính lớn bẩn (m) r b : nhiệt trở của lớp cáu (m)
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…)
DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
Thiết bị 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)
Phương pháp thí nghiệm
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. k Nội dung thí nghiệm:
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 l Vẽ sơ đồ nguyên lí hệ thống thiết bị theo HDPTN: (autocad) m Trình tự thí nghiệm :
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 80℃
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.
Dùng van VN 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 N1 cho đến khi đạt giá trị TN
Dùng van VL 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 L1 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
Nhiệt độ dòng nóng vào T2, nóng ra là T3
Nhiệt độ dóng lạnh vào là T5, lạnh ra là T4
Trường hợp ngược chiều: ( Tương tự xuôi chiều, thay đổi vị trí van dòng nóng)
Hoàn thành bài thí nghiệm:
Tắc công tắc điện trở
Tiến hành xả nước thùng lạnh
Tiến hành làm vệ sinh thiết bị và kết thúc thí ngiệm
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Số liệu thí nghiệm
T ph) ph) Nồi đun Nóng vào Nóng ra Lạnh ra Lạnh vào 1
Tính tổn thất năng lượng
Tính hệ số truyền nhiệt thực nghiệm
STT Q N (W) Q L (W) ΔQt max ΔQt min ΔQt log K TN (W/m 2 K)
STT Q N (W) Q L (W) ΔQt max ΔQt min ΔQt log K TN (W/m 2 K)
Đồ thị lưu lượng
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Đồ thị thể hiện quan hệ giữa hệ số lưu lượng Q và hệ số truyền nhiệt KTN
K TN ( W /m 2 K ) q Trường hợp ngược chiều:
0 100 200 300 400 500 600 Đồ thị thể hiện quan hệ giữa hệ số lưu lượng Q và hệ số truyền nhiệt KTN
Bàn luận
Ta sẽ đi đánh giá sự ảnh hưởng các yếu tố qua hệ số truyền nhiệt Hệ số truyền nhiệt đặc trưng cho lượng nhiệt truyền từ lưu thể nóng tới lưu thể nguội qua 1m2 bề mặt tường phẳng trong một đơn vị thời gian khi hiệu số chênh lệch nhiệt độ giữa hai lưu thể là một độ Hệ số truyền nhiệt càng lớn thì lượng nhiệt mà lưu thể lạnh nhận được từ lưu thể nóng càng tăng Nghĩa là quá trình truyền nhiệt càng đạt hiệu quả (hiệu suất cao vì ¿ QN QL Trong cùng một lưu lượng nóng bằng nhau (QN=const), khi tăng lưu lượng dòng lạnh(QL= 3, 6, 9, 12 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt sẽ tăng dần
Nhận thấy nếu lưu lượng dòng lạnh bằng nhau (QL=const) và qua các mức tăng lưu lượng dòng nóng (VN= 3, 6, 9, 12 l/ph) thì hệ số truyền nhiệt cũng sẽ tăng lên Đối với hệ số truyền nhiệt tính từ thực nghiệm ta nhận thấy KTN khi xuôi chiều thì lớn hơn chút xíu so với trường hợp ngược chiều
Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là vì trong quá trình tính toán KTN chỉ có tính đến QN và tlog mà 2 yếu tố này lại phụ thuộc vào nhiệt độ do các đầu dò báo về.
Câu hỏi chuẩn bị
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 của quá trình sấy
Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp, đặc trưng cho tính không thuận nghịch và không ổn định Nó diễn ra đồng thời 4 quá trình:
- Truyền nhiệt cho vật liệu.
- Dẫn ẩm trong lòng vật liệu.
- Tách ẩm vào môi trường xung quanh.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
- Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm,….
- Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề mặt lớp vật liệu Diện tích bề mặt riêng của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh.
- Độ ẩm dầu, độ ẩm cuối và độ ẩm tới 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.
Tác nhân sấy
- Tác nhân sấy là những chất dung 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 dung làm tác nhân sấy. + Khói lò: có thể dung than, củi, trấu, dầu, khí… để tạo khói lò.
- 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,….
Động lực của quá trình sấy
Là chênh lệch giữa áp suất hơi của nước (ẩm) trên bề mặt vật liệu (Pm) và áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm (Ph):
- Nếu Pm > 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 ¿ =f(u):
- Nếu φ>φ ¿ : vật hút ẩm => Làm ẩm vật liệu.
- Nếu φ Quá trình sấy.
- Nếu φ=φ ¿ : có cân bằng động giữa hút và nhả ẩm.
Các cách biểu diễn động lực quá trình sấy:
Các dạng liên kết ẩm
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 tình trạng thái tự do.
- Quá trình sấy chỉ tách được một phần ẩm này.
- 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.
- 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.
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: ¿ (3)
Trong đó: α - 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)
(6) Đây là biểu thức tính tốc độ sấy dU dτ theo cân bằng nhiệt.
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
(p m −p) (8)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.
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.
1.8+U ¿ (16) Thay (12) và (15) vào phương trình (11), ta được:
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
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.
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). r 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)
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 θ1 = 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:
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.
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
Dụng cụ – thiết bị
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 4 tờ giấy lọc.
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
Quan sát hệ thống
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.
Chuẩn bị thí nghiệm
a 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) s Làm ẩm giấy lọc:
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 t Kiểm tra hệ thống:
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.
Khởi động hệ thống
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 u Khởi động calorife:
Mở công tắc của caloriphe (on).
Nhiệt kế bầu khô và bầu ướt
Quạt sấy Điều chỉnh nhiệt độ
Ampe kế v 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.
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 a 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 w 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 x Đo 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 dọc 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. y 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 z 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.
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 = (kg)
Một sấp giấy lọc gồm 4 tấm giấy lọc Kích thước của một tấm giấy lọc: 30 x 20 x 0,01(cm)
Chế độ sấy 45°C Chế độ sấy 55°C Chế độ sấy 65°C τ
VI TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Bảng 2: Kết quả tính toán từ các thông số đã xử lý
Vẽ đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy trong từng trường hợp:
0 0 0 0 0 0 0 0 Đường cong tốc độ sấy 45°C
Vẽ đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy trong từng trường hợp:
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Đường cong tốc độ sấy 55°C
Vẽ đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy trong từng trường hợp:
0 0 0 0 0 0 0 Đường cong tốc độ sấy 65°C
Câu 1: Nhận xét và giải thích dạng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy so với dạng lý thuyết
* Nhận xét về đường cong tốc độ sấy:
- Đường cong tốc độ sấy có dạng giống lý thuyết khi ta vi phân đường cong sấy và dựng đồ thị và cũng chia làm 3 giai đoạn giống với lý thuyết như sau:
Giai đoạn 1 Đun nóng vật liệu: Theo lý thuyết thì giai đoạn này diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn và độ ẩm vật liệu thay đổi không đáng kể.Qua đồ thị ta lại thấy đoạn này khá thẳng và diễn ra trong thời gian khá ngắn ,kết quả trên là do sai số
Giai đoạn 2 – sấy đăng tốc: Trong giai đoạn này độ âm của vật liệu giảm nhanh gần như theo đường thẳng và tốc độ sấy không đổi, độ âm vật liệu giảm đến độ ẩm tới han
Giai đoạn 3 – sấy giảm tốc: Độ ẩm vật liệu giảm chậm trong giai đoạn này và tốc độ sấy giảm dần từ về 0.
Câu 2: Nhận xét và giải thích kết quả tính toán, nêu lên mối quan hệ của các thông số sấy
* Nhận xét về kết quả tính toán:
- Trong quá trình sấy ở thí nghiệm 1 và 2 ta nhân thấy nhiệt độ tăng thì tốc độ sấy cũng tăng theo và thời gian sấy tăng (Do độ ẩm ban đầu của vật liệu ở cả 3 thí nghiệm không giống nhau)
- Giai đoạn đẳng tốc giảm dần từ thí nghiệm 1 tới thí nghiệm 3 Do nhiệt độ thấp hơn nên quá trình sấy sẽ lâu hơn.
Câu 3: Nhận xét và giải thích kết quả đánh giá sai số.
* Nhận xét kết quả đánh giá sai số:
Kết quả thực nghiệm nhỏ hơn so với kết quả lý thuyết Do trong quá trình thí nghệm xảy ra nhiều sai số không mong muốn
- 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 nhân tạo nên sự khác biệt giữa quá trình sấy lý thuyết và sấy thực nghiệm là do quá trình sấy lý thuyết xem nhiệt lượng bổ sung trong quá trình sấy bằng với nhiệt lượng tổn thất trong quá trình sấy Trong quá trình sấy thực nghiệm thì nhiệt lượng bổ sung khác nhiệt lượng tổn thất Ngoài ra so với thực nghiệm ta đã bỏ qua giai đoạn đun nóng do nó quá nhỏ nên lượng nhiệt so với lý thuyết có sai lệch.
Khi nhiệt độ tăng thời gian sấy của lý thuyết tăng còn thời gian sấy của thực nghiệm lại giảm.
Câu 4: Nêu các nguyên nhân và biện pháp khắc phục sai số
*Một số nguyên nhân dẫn đến sai số
- Việc canh thời gian và đo khối lượng vật liệu mỗi 3 phút không chuẩn sẽ gây ra sai số cho thí nghiệm Từ đó ảnh hưởng nhiều đến việc xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy
- Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến giá trị cân.
- Sai số do thiết bị.
- Do các thao tác tiến hành thí nghiệm của người làm thí nghiệm không chuẩn giữa các thi nghiệm với nhau.
- Ảnh hưởng của không khí:
+ Nhiệt độ của không khí: Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ gió , việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nước trong nguyên liệu giảm xuống càng nhiều Nhiệt độ sấy thích hợp được xác định phụ thuộc vào độ dày, diện tích bề mặt vật sấy Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì nguyên liệu có thể có những biến đổi khác nhau
+ Độ ẩm không khí: Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậm lại
+ Tốc độ chuyển động của không khí: Tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy Vì tốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân bằng quá tính sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sảy chậm lại Vì vậy, cần phải có một tốc độ gió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của quá trình làm khô
- Ảnh hưởng của hướng gió:
Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá tính làm khô, khi hướng gió song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh
- Ảnh hưởng của nguyên liệu:
+Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Nguyên liệu càng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích thước quá bé và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gẫy vỡ.
+Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù hợp, cần phải xét đến thành phần hóa học của nguyên liệu.
VIII TRÀ LỜI CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1)Định nghĩa quá trình sấy đối lưu?
- 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.
2)Thế nào là truyền nhiệt và truyền ẩm bằng phương pháp đối lưu?
3)Kể tên các phương pháp sấy đã học? Dựa vào yếu tố nào mà phân biệt các phương pháp sấy?
4)Các quá trình sảy ra khi sấy vật liệu?
Quá trình sấy xảy ra rất phức tạp, đặc trưng cho tính không thuận nghịch và không ổn định.Nó diễn ra đồng thời 4 quá trình:
1 Truyền nhiệt cho vật liệu
2 Dẫn ẩm trong lòng vật liệu
5)Quá trình sấy có mấy giai đoạn? Đặc trưng nhiệt độ của từng 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 căn bằng của vật liệu trong điều kiện của quá trình sấy.
6)Nêu mục đích của bài thí nghiệm? Và ý nghĩa khảo sát của các vấn đề trong mục đích?
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
7)Vẽ và nêu ý nghĩa của đường cong sấy? Từ đường cong sấy có mấy phương pháp xây dựng? Đường cong sấy là đường cong biểu diễn quan hệ độ ẩm vật liệu sấy theo thời gian : u f(τ))
_ Từ phương trình đường cong sấy ta đạo hàm → đường cong tốc độ sấy dU dτ =g(U)
