Nguyên lý làm việc Thiết bị sấy bơm nhiệt làm việc dựa trên 2 chu trình tuần hoàn khép kín như sau: Chu trình của TNS: TNS được tách ẩm ở dàn bay hơi BH1 và được nâng nhiệt độ ở dàn ng
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
o0o BÁO CÁO THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM III
Sinh viên thực hiện: Lê Mỹ Linh
MSSV: 20211484
Lớp: KTTP 01-K66
Mã lớp học: 738117
Trang 2BÀI 1: SẤY BƠM NHIỆT
- Làm quen và nắm vững quy trình vận thành thiết bị sấy bơm nhiệt thí nghiệm
- Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy (đường cong sấy)
- Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với tốc độ sấy (đường cong tốc độ sấy)
1 Sơ đồ nguyên lý thiết bị
Trang 3Thiết bị sấy bơm nhiệt theo nguyên lý trên gồm các thành phần như sau:
I – Calorife, trong calorife này có các dàn lạnh để tách ẩm và dàn nóng để gia nhiệt cho TNS
II – Buồng sấy
III, IV – Kênh gió vào và ra của buồng sấy
V – Hộp kỹ thuật, nơi chứa máy nén, các van tiêt lưu, dàn nóng và dàn lạnh phụ
Nguyên lý làm việc
Thiết bị sấy bơm nhiệt làm việc dựa trên 2 chu trình tuần hoàn khép kín như sau:
Chu trình của TNS:
TNS được tách ẩm ở dàn bay hơi BH1 và được nâng nhiệt độ ở dàn ngưng tụ NT1 nằm trong calorife I Sau đó quạt QTN đưa vào buồng sấy II qua kênh gió vào III, tại đây TNS lấy ẩm của VLS và đi ra theo kênh gió IV rồi quay lại calorife I Cứ như vây, chu trình được tuần hoàn kín
Chu trình bơm nhiệt
Chu trình bơm nhiệt tuần hoàn liên tục 4 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1 – nén đoạn nhiệt: quá trình nén môi chất lạnh từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất vao, nhiệt độ cao trong máy nén
Giai đoạn 2 – ngưng tụ đẳng nhiệt: trạng thái môi chất lạnh thay đổi từ hơi quá nhiệt
về nước sôi hoặc hơi ẩm thông qua quá trình thải nhiệt ra ngoài nhờ thiết bị ngưng tụ (dàn nóng)
Giai đoạn 3 – Tiết lưu, entanpy không đổi: Môi chất lạnh bị giảm áp suất khi đi qua van tiết lưu, quá trình này không làm thay đổi entanpy của môi chất lạnh
Giai đoạn 4 – Bay hơi đẳng nhiệt: Trạng thái môi chất lạnh thay đổi từ hơi ẩm thành hơi bão hòa khô hoặc hơi quá nhiệt thông qua quá trình thu nhiệt nhờ thiết bị bay hơi (dàn lạnh)
Trang 4III KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
STT
BẢNG SỐ LIỆU THÍ
Thời
gian
(phút)
Nhiệt độ buồng sấy (°C)
Khối lượng VLS (g)
Lượng
ẩm bay hơi ΔW (g)
Khối lượng
ẩm Ga (g)
Độ ẩm VLS W (%)
Vận tốc sấy dW dτ
1 Đồ thị đường cong sấy:
27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Đường cong sấy
Thời gian sấy (phút)
Nhận xét: Độ ẩm giảm khá đều so với thời gian
Trang 52 Đồ thị đường cong tốc độ sấy:
35 34.21 33.34 32.45 31.53 30.65 29.81 0
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
Đồ thị đường cong tốc độ sấy
Độ ẩm (%)
Nhận xét: Tốc độ sấy tăng nhanh ở thời gian đầu (từ độ ẩm 35% đến 34.21%), sau đó tốc độ sấy ổn định (xấp xỉ 0.3 g/phút) và bắt đầu giảm từ độ ẩm 31.53%
Trang 6BÀI 2: SẤY ĐỐI LƯU TUẦN HOÀN KHÍ THẢI
I Lý thuyết:
Sấy là quá trình tách một phần hay phần lớn lượng ẩm có trong vật ẩm Quá trình sấy rất phức tạp và không ổn định, trong đó đồng thời xảy ra nhiều quá trình như quá trình truyền nhiệt từ tác nhân sấy cho vật sấy, dẫn nhiệt trong vật sấy, bay hơi của ẩm, dẫn
ẩm từ trong ra bề mặt của vật sấy, truyền ẩm từ bề mặt vật sấy vào môi trường sấy Các quá trình trên đều tuân theo quá trình truyền ẩm
Trong quá trình sấy, độ ẩm của vật sấy liên tục thay đổi theo hướng giảm dần và được chia làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn đầu: giai đoạn nung nóng vật sấy đến nhiệt độ bay hơi của ẩm
- Giai đoạn thứ nhất (giai đoạn có tốc độ sấy không đổi): chủ yếu làm bay hơi nước tự
do trong vật sấy Hơi bay lên từ bề mặt vật sấy là hơi nước bão hoà, nhiệt hoá hơi đúng bằng nhiệt hoá hơi của nước tự do
- Giai đoạn thứ hai (giai đoạn tốc độ sấy giảm dần): khi ẩm bên trong truyền ra bề mặt của vật sấy nhỏ hơn lượng ẩm có thể bốc hơi trên bề mặt vật liệu Giai đoạn này kéo dài tới khi vật sấy đạt tới độ ẩm cân bằng
Đường cong sấy:
Đường cong biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật sấy theo thời gian sấy gọi là đường cong sấy: w = f(t) Đồ thị hàm f(t) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dạng liên kết giữa nước và vật sấy, hình dáng, kích thước và đặc tính của vật sấy, phương pháp và chế độ sấy, tuy nhiên chúng đều có dạng chung như minh hoạ ở hình 1
Đường cong tốc độ sấy:
Đường cong tốc độ sấy biểu diễn quan hệ giữa tốc độ sấy và hàm ẩm của vật sấy, thu được bằng cách đạo hàm đường cong sấy theo thời gian: dw/dt = f(w) Hình 2 minh hoạ một dạng đường cong tốc độ sấy Trong giai đoạn sấy thứ nhất, tốc độ sấy không đổi nên đồ thị của hàm f(w) là đoạn thẳng AB song song với trục hoành Đoạn biểu diễn giai đoạn thứ hai của quá trình sấy có hình dạng phức tạp, phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu sấy và dạng liên kết giữa ẩm với vật chất khô trong vật sấy
Trang 7w wA
wc
A B
dw/dt
w
B
w
A
A
B
w
Hình 1 Đường cong sấy Hình 2 Đường cong tốc độ sấy
II Mục đích thí nghiệm:
- Làm quen và nắm vững quy trình vận hành thiết bị thí nghiệm sấy đối lưu có tuần hoàn khí thải
- Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy (đường cong sấy)
- Xác định quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm của vật liệu (đường cong tốc độ sấy)
Trang 810
7
4
III Sơ đồ thí nghiệm và nguyên lý làm việc của thiết bị thí nghiệm:
11
1 Cân
2 Vật liệu sấy
3 Buồng sấy
4 Cửa lấy KK
5.Quạt
6 Cửa thải TNS
7 Caloriphe
8 Tủ điều khiẻn
9 Bích nối
10 Giá đỡ
11 Atomat tổng
12 Công tắc điều khiển
Nguyên tắc làm việc:
Không khí ở bên ngoài do quạt 5 hút qua cửa 4 rồi được đun nóng trong caloriphe điện 7 Khống chế nhiệt độ không khí nhờ hệ thống nhiệt kế tiếp xúc Vật liệu ẩm xếp vào trong các khay đặt trong 1 cái khung của buồng sấy Khung được treo trên đĩa cân 1 Quan sát sự thay đổi khối lượng vật liệu sấy trên kim của cân Điều chỉnh lượng không khí thải nhờ cửa có tấm chắn 6
On
12
Trang 9IV Trình tự thí nghiệm:
- Bước 1 Cân vật liệu cần sấy (rau, củ, quả)
- Bước 3 Quan sát và kiểm tra hệ thống thí nghiệm theo sơ đồ
- Bước 4 Mở quạt và đóng cầu giao nguồn nhiệt để tăng nhiệt cho caloriphe
- Bước 5 Đợi đến khi nhiệt độ sấy (tác nhân sấy) ổn định (sấy ở nhiệt độ nhất định nào đấy thì điều chỉnh nhiệt kế tiếp xúc) mới cho vật liệu vào và đọc chỉ số trên cân
- Bước 6 Đọc và ghi lại chỉ số trên cân 5 phút một lần để biết lượng ẩm bốc hơi Tiến hành như vậy cho đến khi chỉ số trên cân không thay đổi sau 3 lần đo thì ngừng thí nghiệm
- Bước 7 Ngắt cầu dao calorife, đợi 10 phút rồi mới tắt quạt Lấy vật liệu sấy ra quan sát và cân vật liệu Ghi các số liệu thu được và báo cáo với người hướng dẫn
- Bước 8 Dọn dẹp sạch sẽ nơi thí nghiệm trước khi ra về
V Tính toán
1 Lượng ẩm ban đầu có trong vật liệu:
g = Gư - Gk = 0.7 – 0.41 = 0.29(g) Trong đó: Gư - Khối lượng vật liệu ướt, g
Gk- Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, g
2 Lượng ẩm bay hơi:
Wi= Gi - Gi-1 (g)
Gi , Gi-1: Là khối lượng vật liệu ứng với thời gian i và i-1
3 Lượng ẩm chứa trong vật liệu:
W’ = g - ∑Wi, (g)
4 Độ ẩm của vật liệu:
Trang 10VI Bảng số liệu thí nghiệm và kết quả tính toán:
STT
lần đo
Thời gian
t(ph)
Nhiệt độ buồng sấy (0C)
Khối lượng vật liệu sấy
G (g)
Lượng ẩm bay hơi
Wi (g)
Lượng ẩm trong vật liệu sấy W’ (g)
Độ ẩm của vật liệu sấy
W (%)
Tốc độsấy
(g/ph)
VII Báo cáo:
1 Đồ thị đường cong sấy:
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Đồ thị đường cong sấy
Thời gian (phút)
Fd dW
Trang 11Nhận xét: Ở đây ta coi như vật liệu sấy ở cuối quá trình sấy đạt độ ẩm 0%, nên đồ thị đường cong sấy có hình như trên Và từ đồ thị ta có
- Giai đoạn đầu: giai đoạn nung nóng vật sấy đến nhiệt độ bay hơi của ẩm là từ phút thứ 0 đến phút thứ 5
- Giai đoạn thứ nhất (giai đoạn có tốc độ sấy không đổi): chủ yếu làm bay hơi nước tự
do trong vật sấy Hơi bay lên từ bề mặt vật sấy là hơi nước bão hoà, nhiệt hoá hơi đúng bằng nhiệt hoá hơi của nước tự do là từ phút thứ 5 đến phút thứ 25
- Giai đoạn thứ hai (giai đoạn tốc độ sấy giảm dần): khi ẩm bên trong truyền ra bề mặt của vật sấy nhỏ hơn lượng ẩm có thể bốc hơi trên bề mặt vật liệu Giai đoạn này kéo dài tới khi vật sấy đạt tới độ ẩm cân bằng là từ phút thứ 25 trở đi
2 Đồ thị đường cong tốc độ sấy:
41.429 35.714 28.571 21.429 14.286 7.143 1.429 0 0 0
0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012
Đồ thị đường cong tốc độ sấy
Độ ẩm W (%)
Nhận xét: Ở đây ta coi như vật liệu sấy ở cuối quá trình sấy đạt độ ẩm cân bằng (=0%), nên đồ thị đường cong sấy có hình như trên Và từ đồ thị ta có
- Giai đoạn đầu: giai đoạn nung nóng vật sấy đến nhiệt độ bay hơi của ẩm thì độ ẩm từ vật liệu sấy giảm từ 41.429% còn 28.571%
- Giai đoạn thứ nhất (giai đoạn có tốc độ sấy không đổi): chủ yếu làm bay hơi nước tự
do trong vật sấy Hơi bay lên từ bề mặt vật sấy là hơi nước bão hoà, nhiệt hoá hơi đúng bằng nhiệt hoá hơi của nước, độ ẩm của vật liệu sấy giảm từ 28.571% còn 7.143%
Trang 12BÀI 3: THÍ NGHIỆM TRÍCH LY
Trích ly là quá trình tách một hoặc một số chất tan trong chất lỏng hoặc chất rắn bằng một chất lỏng khác gọi là dung môi Trong nội dung thí nghiệm này sẽ thực hiện quá trình trích ly rắn – lỏng
II Mục đích thí nghiệm
1 Làm quen với các thiết bị dùng cho quá trình trích ly: soxhlet, thiết bị cô
quay chân không
2 Xác định hàm lượng cấu tử cần trích ly và so sánh hiệu quả khi sử dụng
bằng các dung môi khác nhau.
III Sơ đồ thí nghiệm
Trang 13IV Các bước tiến hành thí nghiệm
1 Kiểm tra hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ, lắp đặt thiết bị.
2 Chuẩn bị các dụng cụ đo: Cân, cốc đong…, dung môi, mẫu cần trích ly
3 Cho mẫu trích ly, dung môi vào Soxhlet.
4 Cho nước làm mát qua ống sinh hàn, bật gia nhiệt (tùy theo dung môi mà
có giá trị gia nhiệt hợp lý).
5 Bắt đầu tính thời gian trích ly
6 Sau khi thực hiện xong quá trình trích ly, đem dịch cô quay chân không
để tách dung môi và cấu tử cần trích ly
7 Ghi các số liệu vào bảng
8 Sau khi lấy tất cả các số liệu xong thì tắt máy, làm vệ sinh sạch sẽ chỗ làm thí nghiệm, báo cáo kết quả thí nghiệm với cán bộ hướng dẫn
Trang 14Nhiệt độ trích ly 320C
Thời gian trích ly: 2 giờ
Lượng cấu tử trích ly thu hồi: 2g
Nhiệt độ trích ly: 320C Thời gian trích ly: 2 giờ Lượng cấu tử trích ly thu hồi: 5g
V. So sánh kết quả thí nghiệm
Ta nhận thấy dùng dung môi là n-hexan có hiệu quả tốt hơn so với việc sử dụng nước N-hexan là dung môi không phân cực nên chúng có thể hòa tan tốt các chất không phân cực do đó lượng cấu tử trích ly thu hồi nhiều hơn so với việc sử dụng dung môi là nước Còn nước là dung môi phân cực nên chúng hòa tan tốt các phân tử phân cực