báo cáo thí nghiệm quá trình thiết bị bài sấy đối lưu

Đó chính là giá trị tuyệt đối của hệ số góc của đoạn thẳng vừa tìm được vì N đt =−dU dτ - Ở giai đoạn sấy giảm tốc: như ta đã biết, khăn là vật liệu dạng xốp nên đường cong tốc độ sấy t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VÀ KỸ THUẬT KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

-*** -BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

BÀI : SẤY ĐỐI LƯU

GVHD:

Nhóm sinh viên thực hiện:

1 2 3 4 5 6 7

TP.Hồ Chí Minh, Tháng 4 Năm 2024

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn

I KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THÔ

Khối lượng của khăn lúc khô hoàn toàn: G0 = 21,50 (g) = 0,0215 (kg)

Bảng 1 Kết quả đo số liệu thô



(phút)

G

(g)

Tk trước (℃)

Tư trước (℃)

Tk

trước (℃)

Tư

trước (℃)

 (phút)

G (g)

Tk trước (℃)

Tư trước (℃)

Tk

trước (℃)

Tư

trước (℃)

II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

1) Các thông số, công thức tính toán cho 2 chế độ sấy 50℃, 60℃.

-  (min): thời gian sấy

- G (g): Khối lượng vật liệu sấy

- Tư (trước), Tk (trước), Tư (sau), Tk (sau) (oC): Nhiệt độ sấy bầu ướt và khô tại thời điểm trước

và sau sấy

- U(trước), U(sau) (%): Độ ẩm trước và sau khi sấy

Độ ẩm tương đối (tính theo vật liệu khô hoàn toàn):

U (%)= G ẩm

G0 100

Trong đó:

 G: khối lượng vật liệu ẩm (kg)

 G0: khối lượng vật liệu khô hoàn toàn (kg)

 Gẩm: khối lượng ẩm chứa trong vật liệu (kg)

Tốc độ sấy đẳng tốc:

N (%/h)= ∆ U ∆ τ

Thế sấy:

ε=T k −T ư

Trong đó:

 Tk: nhiệt độ bầu khô (°C)

 Tư: nhiệt độ bầu ướt (°C)

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

Dựng đường cong sấy U =f (τ )

- Bỏ qua giai đoạn đốt nóng

- Trong giai đoạn sấy đẳng tốc ta chọn một nhóm các điểm sao cho chúng hơi thẳng hàng

và sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để vẽ

Dựng đường cong tốc độ sấy N=f (U )

Đường cong tốc độ sấy là đạo hàm của đường cong sấy Trên cơ sở đó, ta thực hiện như sau:

- Ở giai đoạn sấy đẳng tốc: 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 đt =−dU dτ )

- Ở giai đoạn sấy giảm tốc: như ta đã biết, khăn là vật liệu dạng xốp nên đường cong tốc

độ sấy trong giai đoạn sấy giảm tốc là đường thẳng Trong đó Uth ta xác định trên đồ thị đường cong tốc độ sấy tại hoành độ giao điểm giữa đường sấy đẳng tốc và đường sấy giảm tốc

2) Các chế độ sấy:

 Ở chế độ sấy 50℃, G0 = 21,5g = 0,0215, G = 0,0546 kg, τ = 0, ta tính toán được các thông số sau:

U (%)= G ẩm

G0 100 = 0,0546−0,02150,0215 X 100=¿ 153,9535

- ∆U = Ui – Ui+1 = 153,9535 – 121,3953 = 32,55814

∆ τ = τ ∆ U

i+1 −τ i= 32,55814(5−0)/60=325,5814

- ε=T k −T ư = 50,12 – 35,1 = 15,02

- Pm và P tra như phần 1 trên giản đồ không khí ẩm

- Tính toán tương tự cho các thí nghiệm còn lại ta được bảng 2 và bảng 3

Bảng 2 Kết quả tính toán từ các thông số thô ở chế độ sấy 50℃

Chế độ sấy 50℃ τ

(phút)

G

(kg)

U (%)

∆U (%)

N (%/h)

Tk

(°C)

Tư

(°C)

Pm

(mmHg)

P (mmHg)

Thế sấy ε

5 0,0476 121,3953 32,55814 325,5814 50,66 35,25 15,41

10 0,0408 89,76744 31,62791 316,2791 50,62 35,15 15,47

15 0,0344 60 29,76744 297,6744 50,72 35,12 15,6

20 0,0296 37,67442 22,32558 223,2558 50,18 35,1 15,08

25 0,0268 24,65116 13,02326 130,2326 50,78 35,1 15,68

30 0,0242 12,55814 12,09302 120,9302 50,71 35 15,71

35 0,0236 9,767442 2,790698 27,90698 50,76 35,04 15,72

40 0,0232 7,906977 1,860465 18,60465 50,87 35,02 15,85

45 0,0234 8,837209 0,930233 9,302326 50,82 35,05 15,77

50 0,023 6,976744 1,860465 18,60465 50,82 35,07 15,75

55 0,0222 3,255814 3,72093 37,2093 50,72 34,91 15,81

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

𝝉 (h)

Hình 1: Đường cong sấy ở chế độ 50℃

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0

50

100

150

200

250

300

350

U (%)

Hình 2: Đường cong tốc độ sấy ở chế độ 50℃

Bảng 3: Kết quả, tính toán từ các thông số thô ở chế độ sấy 60℃

Chế độ sấy 60℃ τ

(phút)

G

(kg)

U (%)

∆U (%)

N (%/h)

Tư

(°C)

Tk

(°C)

Pm

(mmHg)

P (mmHg)

Thế sấy ε

3 0,052 141,8605 26,04651 520,9302 60,35 37,68 22,67

6 0,0472 119,5349 22,32558 446,5116 60,31 37,77 22,54

9 0,0428 99,06977 20,46512 409,3023 60,5 37,82 22,68

12 0,0382 77,67442 21,39535 427,907 60,35 37,83 22,52

15 0,034 58,13953 19,53488 390,6977 60,73 37,83 22,9

18 0,0306 42,32558 15,81395 316,2791 60,2 37,67 22,53

21 0,0284 32,09302 10,23256 204,6512 60,38 37,74 22,64

24 0,0278 29,30233 2,790698 55,81395 60,44 37,68 22,76

27 0,0274 27,44186 1,860465 37,2093 60,2 37,61 22,59

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

𝝉 (h)

Hình 3: Đường cong sấy ở chế độ 60℃

20 40 60 80 100 120 140 160 180 0

100

200

300

400

500

600

U (%)

Hình 4: Đường cong tốc độ sấy ở chế độ 60℃

3) Đánh giá kết quả thí nghiệm

a) Kết quả tính toán trên đồ thị :

 Xét chế độ sấy 50oC:

- Độ ẩm tới hạn Uth được xác định là độ ẩm tại điểm kết thúc giai đoạn sấy đẳng tốc trên đường cong tốc độ sấy Ta được: Uth = 41,3333%

- Giá trị U*: Tra “Hướng dẫn tính toán đồ án môn học quá trình thiết bị – Phạm Văn Bôn”

+ 50oC: 0,0388%

+ 60oC: 0,0348%

- U2 là độ ẩm của vật liệu cuối quá trình sấy, thường được lấy U2 = U* + 2÷3 (%) Chọn U2 = U* + 2 (%) = 0,0388 + 2 = 2,0388 %

- N là tốc độ sấy đẳng tốc Dựa vào đồ thị xác định được N = 145,51 (%/h)

- Hệ số sấy tương đối  = U 1

- Hệ số tỷ lệ (hệ số sấy): K = N = 0,0242×145,51= 3,524 (1/h)

- Thời gian sấy đẳng tốc 1 = U0−U th

N = 115,5556−41,3333145,51 = 0,5101 (h)

- Thời gian sấy giảm tốc 2 = U th −U

¿

N ln

U th −U¿

U2−U¿ =

41,3333−0,0388 %

145,51 ln 41,3333−0,0388 %2.0388 %−0.0388 % = 0,197(h)

- Tính toán tương tự ở chế độ sấy 60oC, ta được bảng sau:

b) Tính toán lý thuyết:

 Xét chế độ sấy 50oC, tại  = 0:

- Độ ẩm tới hạn: Uth = U o

¿ = 115,55561,8 +8 = 72,1975%

Trong đó: U0 độ ẩm ban đầu của vật liệu tại thời điểm  = 0

U* độ ẩm cân bằng vật liệu

- Giá trị αm: αm = 0,0229 + 0.0174 × 0,651 = 0,0342 (Kg/m3.h.mmHg)

Vk: vận tốc không khí Vk = Q F = 1560

Với Q = 15 (m3/ph) là lưu lượng dòng khí;

F là diện tích mặt cắt không khí đi qua

- Cường độ ẩm: Jm = αm.(Pm – P) × 760/B = 0,0342 ×7× 760760 = 0,2394 (kg/m2.h)

- Tốc độ sấy đẳng tốc: N =100 × Jm × f = 100 × 0,2394 × 6,46 = 154.65 (%/h)

với f = G F

o =25,5 × 28,5× 10−4× 4

- Hệ số sấy tương đối:  =U 1

50oC 41,3333 0,0388 2,0388 145,51 0,0242 3,524 0,5101 0,197

60oC 35.88 0,0348 2,0348 280.32 0,0279 7,82 0.3064 0,0886

- Hệ số sấy: K = Ntb ×  = 156,033 × 0,0156 = 2,431;

- Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc: 1 = U o −U th

N = 115,5556−72,1975156,033 = 0,2779 (h);

- Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc

2 = U th −U¿

N ln

U th −U¿

U2−U¿ = 72,1975−8156,033 ln 72,1975−8

10−8 = 1,427 (h)

- Tính tương tự cho các thông số còn lại ta được 2 bảng sau:

U (%) Uth

Giai

115,5556

72,197

5

Đun nóng

7 0,0342 0,2394 154,652

15 3,033 0,0156 2,431 0,2779 1,427

83,1111

Đẳng tốc

8 0,0342 0,2736 176,746

32

Giảm tốc

7 0,0342 0,2394 154,652

 Xét chế độ sấy 60oC

Chế độ 60oC

U Uth

Giai đoạn

Pm

121,7

8

93,98

Đun nóng 8

0,0342 0.2736 176.74

6

200,22 0,01478 2,955 0,1388 1,1922

104,0

198.83 9 85,78

Đẳng tốc

9 0,0342 0.3078

198.83 9

198.83 9

176.74 6

220.93 2

220.93 2

220.93 2

tốc

10 0,0342 0.342

220.93 2

220.93 2

198.83 9

243.02 5

176.74 6

176.74 6

176.74 6

c) Kết quả đánh giá sai số:

Thực nghiệm Lý thuyết Sai số (%) Thực nghiệm Lý thuyết Sai số (%)

50 độ

60 độ

Thực nghiệm Lý thuyết Sai số (%) Thực nghiệm Lý thuyết Sai số (%)

50 độ

60 độ

Chế độ Thời gian sấy đẳng tốc Thời gian sấy giảm tốc

Thực nghiệm Lý thuyết Sai số (%) Thực nghiệm Lý thuyết Sai số (%)

50 độ

60 độ

Công thức tính sai số:

Sai số (%) = |thực tế −lý thuyết|× 100

lý thuyết

Ex: Sai số (%) = |41,3333−72,1975|×100

III BÀN LUẬN

1 Nhận xét kết quả thí nghiệm thô.  

Qua quá trình sấy, khi thời gian càng tăng thì khối lượng của vật liệu bắt đầu giảm dần

đến khi không còn giảm được nữa, độ ẩm của bật liệu cũng giảm dần

2 Nhận xét và giải thích dạng đường cong sấy - đường cong tốc độ sấy so với dạng lý

thuyết

*Đường cong sấy: chia thành 3 giai đoạn như lý thuyết:

- Giai đoạn 1: Gian đoạn đun nóng vật liệu: Theo lý thuyết thì giai đoạn này diễn ra

trong thời gian rất ngắn và độ ẩm của vật liệu thay đổi không đáng kể Tuy nhiên,

trên đồ thị đường cong sấy dựng được ta thấy đoạn này tương đối dốc, độ ẩm thay

đổi nhiều vì vậy, kết quả sai lệch nhiều so với lý thuyết do sai số trong quá trình thí

nghiệm

- Giai đoạn 2: Giai đoạn sấy đẳng tốc: Trong giai đoạn này tương tự như lý thuyết,

độ ẩm của vật liệu giảm nhanh theo đường thẳng xuống đến khi chạm độ ẩm tới

hạn

- Giai đoạn 3: Giai đoạn sấy giảm tốc: Độ ẩm của vật liệu và tốc độ sấy sẽ giảm dần

từ cực đại về 0 Độ ẩm sẽ giảm dần tới U2 và dần tiệm cận đến U* Tuy nhiên trên

đồ thị ta dựng được thì giá trị U* và Uth rất khó xác định và đường thẳng lúc này có

xu hướng song song với trục hoành  dẫn tới U* luôn tiệm cận với trục hoành việc

ta xác định của giá trị U2, U*, Uth khó khăn điều này là do các sai sót trong quá trình

làm thí nghiệm và độ ẩm của môi trường bên ngoài

*Đường cong tốc độ sấy: Đường cong sấy có dạng phù hợp với lý thuyết Nhìn chung tuy đúng về hình dạng nhưng giá trị không được chính xác và sai số rất lớn Dạng đường cong tốc độ sấy vẽ theo phương pháp bình phương cực tiểu tương tự với lý thuyết và gồm 3 giai đoạn ứng với đường cong sấy tuy nhiên có sự sai lệch lớn so với thực nghiệm

3 Nhận xét và giải thích kết quả các đại lượng tính toán trong từng chế độ thí nghiệm, nêu lên mối quan hệ của các thông số sấy

 Nhận xét và giải thích, mối quan hệ của các thông số sấy

+ Ở chế độ 50o C: τ=75 phút

+ Ở chế độ 60o C: τ=45 phút

- Tốc độ sấy tăng dần khi nhiệt độ sấy tăng: Do khi tăng nhiệt độ thì thế sấy tăng tạo động lực sấy lớn hơn nên cường độ sấy tăng, tốc độ sấy và hệ số sấy tăng

- 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 độ

ẩm, khi nhiệt độ càng tăng thì độ ẩm của vật liệu càng giảm đến khi không đổi nữa, tức là 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 khi K càng tăng

- Thời gian sấy đẳng tốc: khi nhiệt độ càng 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↑

- Tốc không đổi, thời gian sấy đẳng tốc ↓, thời gian sấy giảm tốc ↓,K ↑,N↑

- Hệ số tương đối của giai đoạn sấy đẳng tốc: chỉ phụ thuộc vào tính chất của vật liệu

4 Kết quả đánh giá sai số, nêu các nguyên nhân và biện pháp khắc phục sai số

Nguyên nhân:

+ Các thao tác kỹ thuật trong quá trình thí nghiệm còn chưa chuẩn xác Canh thời gian chưa ổn định

+ Ảnh hưởng từ nhiệt độ môi trường, gió từ quạt trong PTN sẽ làm cân dao động từ đó ảnh hưởng đến giá trị cân

+ Sai số do hệ thống thiết bị hoạt động không ổn định

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

+ Sai số khi đọc nhiệt độ bầu khô, bầu ướt

Biện pháp khắc phục sai số:

+ Quan sát thật kỹ và chờ cho 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

IV TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Đỗ Văn Đài và các tác giả,"Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghiệp hóa học” [2] Nguyễn Văn Lụa, “QT &TB trong CNHH - Tập 7 - Kỹ thuật sấy Vật liệu",

ĐH Bách Khoa, Tp HCM

[3] Võ Văn Bang - Vũ Bá Minh, “QT&TB trong CNHH - Tập 3 - Truyền Khối", NXB

ĐH Quốc gia TP.HCM

[4] Các tác giả, "Giáo trình Phương pháp tính", NXB ĐH Quốc gia TP.HCM

[5] Các tác giả, “Sổ tay Quá trình và Thiết bị tập 1& 2", ĐHBK Hà Nội

[6] Các tác giả, "Quá trình & Thiết bị - Ví dụ tập 10", ĐHQG TP.HCM