Báo cáo thí nghiệm truyền chất và cơ sở kỹ thuật sấy tìm hiểu nguyên lý và cấu tạo của một số thiết bị thí nghiệm

- Thiết bị sấy chân không là thiết bị mà quá trình sấy diễn ra được dựatrên sự chênh lệch áp suất trên bề mặt vật liệu sấy với môi trường xungquanh - Khi áp suất của các phân tử nước bên

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TẠO CỦA MỘT SỐ

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM.

1.1 Thiết bị sấy buồng.

1.1.1 Cấu tạo

Hình 1.1 Thiết bị sấy buồng.

- Là thiết bị sấy phổ biến nhất;

- Bao gồm các thiết bị cơ bản sau: Quạt thổi, thanh gia nhiệt, buồng sấy,khay sấy, các sensor cảm biến, tủ điều khiển

1.1.2 Nguyên lý hoạt động.

- Không khí được quạt thổi hút vào, được gia nhiệt bởi các thanh điệntrở đến nhiệt độ sấy phù hợp Sau đó được đưa vào buồng sấy để thựchiện quá trình sấy trong buồng

- Cân sẽ được dùng để đo khối lượng vật liệu trước và sau quá trình sấygiúp nhận biết được vật liệu đã đạt yêu cầu chất lượng hay chưa

- Các sensor sẽ đo nhiệt độ của tác nhân sấy vào và ra rồi gửi tín hiệu về

tủ điều khiển giúp người vận hành có thể dễ dàng điều chỉnh nhiệt độtheo mong muốn

1.1.3 Một số hình ảnh thực tế của thiết bị sấy buồng.

Hình 1.2 Cân vật liệu

Hình 1.3 Quạt thổi.

Hình 1.4 Buồng sấy

.

Hình 1.5 Cảm biến đo nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi buồng

1.2 Thiết bị sấy chân không.

1.2.1 Cấu tạo

Hình 1.6 Hệ thống sấy chân không IC104D

- Thiết bị sấy chân không bao gồm một số bộ phận chính sau: Khoangsấy, bơm chân không, máy nén, giàn ngưng tụ, tủ điều khiển

1.2.2 Nguyên lý hoạt động.

- Thiết bị sấy chân không là thiết bị mà quá trình sấy diễn ra được dựatrên sự chênh lệch áp suất trên bề mặt vật liệu sấy với môi trường xungquanh

- Khi áp suất của các phân tử nước bên trong vật liệu sấy lớn hơn áp suấtmôi trường thì nước trong vật liệu sẽ thoát ra bên ngoài bề mặt và môitrường xung quanh

- Ở thiết bị sấy này người ta làm lạnh vật liệu sấy xuống dưới nhiệt độ và

áp suất của điểm 3 thể và sử dụng bơm chân không tạo ra môi trường

chân không trong thiết bị sấy để tạo ra sự chênh lệch về áp suất Sau đó

sẽ sử dụng thanh gia nhiệt trong khoang sấy để tăng nhiệt độ và bắt đầuquá trình sấy

- Trong thiết bị sấy này sẽ có 2 giàn lạnh với 2 vai trò khác nhau Mộtgiàn sẽ có vai trò làm lạnh vật liệu sấy, một giàn đóng vai trò bẫy ẩm.Khi ẩm trong vật liệu sấy thoát ra môi trường xung quanh cần làm đóngbăng ẩm lại tránh hiện tượng ẩm xâm nhập vào thiết bị bơm chân khônggây ra hiện tượng thủy kích

- Khi muốn phá băng ta dùng hơi cao áp được trích từ máy nén

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống sấy chân không

1.2.3 Một số hình ảnh về thiết bị sấy chân không.

.

Hình 1.8 Khoang sấy.

Hình 1.10 Bơm chân không.

Hình 1.9 Dàn ngưng tụ.

Hình 1.11 Máy nén.

1.3 Hệ thống sấy tầng sôi.

1.3.1 Cấu tạo.

Hình 1.12 Hệ thống sấy tầng sôi.

- Cấu tạo của hệ thống sấy này bao gồm các thiết bị chính: Thiết bị sấy,quạt gió, thiết bị gia nhiệt, tủ điều khiển

1.3.2 Nguyên lý hoạt động.

- Tác nhân sấy sẽ được quạt gió hút vào, đi qua thiết bị gia nhiệt nângđến nhiệt độ phù hợp Sau đó được thổi qua lớp vật liệu (dạng hạt) theochiều từ dưới lên với vận tốc phù hợp với loại vật liệu đến khi lớp vậtliệu tạo thành một lớp “sôi’.

- Thiết bị sấy tầng sôi này hoạt động theo chu kì (từng mẻ), các hạt liêntục được xáo trộn để trao đổi nhiệt với tác nhân sấy Sau khi được tách

ẩm thì các hạt sẽ nhẹ hơn sẽ rơi vào buồng chứa sản phẩm để lấy rangoài

1.3.3 Một số hình ảnh về hệ thống sấy tầng sôi.

Hình 1.13 Hệ thống điều khiển.

Hình 1.14 Túi lọc.

Hình 1.15 Hình ảnh đằng sau thiết bị

ngoại

1.4 Thiết bị sấy thùng quay

Hình 1.19 Thiết bị sấy thùng quay

1.5.1 Cấu tạo thiết bị

 Phễu đầu vào

 Băng tải cấp liệu hoặc vít định lượng tùy theo loại vật liệu

 Cụm đầu thùng đưa vật liệu vào ống sấy thùng quay

 Cụm đuôi thùng ra liệu

 Vít tải ra liệu hoặc băng tải

 Đường ống gió sấy

 Cyclone lắng bụi kèm rotovan

 Quạt sấy công nghiệp, thường là quạt hút hướng trục

 Lò đốt được làm bằng gạch chịu nhiệt độ cao.

 Hệ thống điều khiển trung tâm được điều khiển bằng màn hình PLC giúp quá trình sấy đơn giản, nhanh chóng và hiệu quả

1.5.2 Nguyên lý hoạt động

Về cơ bản, máy sấy thùng quay có bộ phận quan trọng nhất là phần thùngmáy Bên trong bộ phận này được lắp đặt những bộ cánh quạt có độ bền tốt vàđược thiết kế với mục đích đảo đều nguyên liệu, dẫn đường cho nguyên liệu đixuôi theo từ đầu vào đến đầu ra nhờ lợi dụng khả năng quay vòng của thùng.Bên trong thùng cũng được thiết kế cho khả năng tỏa ra hơi nóng, nhiệt độ cao

để làm bốc hơi nước bên trong nguyên liệu trong quá trình sấy, hoạt động nhưmột chiếc máy sấy thông thường

Nhìn về cơ bản, ta có thể tưởng tượng máy sấy thùng quay hoạt độnggiống như khi ta đang sao nguyên liệu trên bếp, chỉ khác đây là một ống thùngkín và chứa được thể tích lớn hơn

Khi nguyên liệu được đưa vào đầu thùng, bộ phận thùng sẽ tự quay quanhmột trục tưởng tượng cố định Việc quay đều kết hợp với những cánh quạt bêntrong sẽ làm nhiệm vụ đảo đều nguyên liệu lên với nhau và bóc tách các nguyênliệu còn bị dính liền

Hơi nóng phả ra sẽ làm nguyên liệu được làm khô nhanh chóng và đạtđược mức độ chất lượng cần thiết

Nhờ vào thiết kế của thùng và các cánh quạt, nguyên liệu vừa được sấykhô, vừa được đưa di chuyển dần dần về phía đầu ra của thùng và cuối cùngthoát ra ngoài tạo thành sản phẩm khi đã đạt được mức độ ưng ý Bộ van cánhsao sẽ hỗ trợ bước cuối cùng này trong quá trình sấy nguyên liệu

Hiện tại thì máy sấy thùng quay được đưa vào ứng dụng khá phổ biến Cókhá nhiều ngành công nghiệp đang sử dụng loại thiết bị này để sản xuất hiệu

quả, tăng năng suất mà vẫn đảm bảo chất lượng Các loại nguyên liệu thườngđược áp dụng cho máy sấy thùng quay được kế đến như: sấy đá, cát đối vớingành khai thác, xây dựng; sấy các loại bột, cám; sấy dăm bào, mùn cưa để sảnxuất các loại phân bón…

Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lí thiết bị sấy thùng quay

1.5 Thiết bị sấy lạnh

1.5.1 Cấu tạo thiết bị

Hình 1.21 Thiết bị sấy lạnh

- Thiết bị bao gồm:

 Hệ thống bơm nhiệt để làm khô nóng tác nhân sấy trước khi đivào buồng sấy

 Các cửa chớp để thoát khí thải và điều chỉnh độ hồi lưu

 Quạt để hút không khí từ bên ngoài và đẩy không khí đi trong hệthống

 Cân được đặt vào hệ thống khay sấy để kiểm soát độ khô của vậtliệu

Hình 1.22 Hệ thống bơm nhiệt Hình 1.23 Cân vật liệu

Hình 1.21 Màn hình điều khiển Hình 1.21 Buồng sấy

1.5.2 Nguyên lí hoạt động

- Ban đầu tác nhân sấy sẽ đi vào hệ thống và đi qua dàn bay hơi của thiết

bị bơm nhiệt để khử ẩm, do bị làm lạnh nên một phần hơi nước trongkhông khí sẽ bị ngưng tụ và làm khô tác nhân sấy

- Tiếp tục ta cho thổi qua thiết bị ngưng tụ để làm nóng tác nhân sấy, đạt

đến một độ khô và nhiệt độ yêu cầu thì ta cho thổi qua vật liệu sấy trongbuồng để thu được sản phẩm

- Tác nhân sấy sau khi đi qua sản phẩm sẽ mang hơi nước có trong sản

phẩm ra bên ngoài môi trường, ta có thể hồi lưu để tận dụng nguồnnhiệt thải trong tác nhân sấy bằng cách điều chỉnh cửa chớp thải khôngkhí ra ngoài

- Ưu điểm của phương pháp sấy này là nhiệt độ sấy sẽ không quá cao,

giữ được được mùi vị và màu sắc của vật liệu sấy mà vẫn đảm bảo chấtlượng sản phẩm Nguyên nhân là do ta làm khô không khí trước khi sấy,vậy nên không cần nhiệt độ quá cao

- Nhược điểm là chúng ta sử dụng hệ thống bơm nhiệt khiến cho giá

thành thiết bị tăng cao, thiết bị chế tạo phức tạp hơn, vì vậy chỉ phù hợp

để sấy những sản phẩm có giá trị kinh tế cao

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ

ẩm tuyệt đối

b Phương pháp đo độ ẩm bằng sấy khô

 Cân sấy ẩm là loại cân chuyên dùng để sấy vật liệu sau đó

tự tính toán phần trăm độ ẩm của mẫu sau khi sấy Ta chỉ cần đọc kết quả hiển thị trên màn hình sau khi sấy mà không cần phải tính toán như những cách xác định độ ẩm thủ công.

 Cách sử dụng: chỉnh bàn cân sao cho bọt thủy về tâm để cân chính xác nhất Cho mẫu lên cân đến khi đạt khối lượng cần phân tích độ ẩm Chọn chế độ đo, thời gian và nhiệt độ sấy cần thiết đối với mẫu Thông thường sấy thực phẩm từ 100

Khối lượng riêng của một chất trong vật được xác định bằng khối lượng của một thể tích vô cùng nhỏ nằm tại vị trí đó và chia cho thể tích vô cùng nhỏ này Đơn vị của khối lượng riêng là kilogam trên mét khối (kg/m 3 ) (theo hệ đo lường chuẩn của quốc tế) Ngoài ra còn

có đơn vị là gam trên centinmet khối (g/cm 3 ) Người ta tính khối lượng riêng của một vật nhằm xác định các chất cấu tạo nên vật đó, bằng cách đối chiếu kết quả của các chất đã được tính trước đó với bảng khối lượng riêng.

b Phương pháp xác định

Đối với một số loại vật liệu rắn, có thể cắt vật liệu thành những khối có kích thước xác định từ đó có thể tính được thể tích của khối vật Sau khi có được thể tích ta xác định được thể tích riêng của vật bằng công thức

ρ=M

V

Trong đó:

+ V là thể tích của khối vật, kg

+ M là khối lượng của khối vật đó, m 3

+ ρ là khối lượng riêng của vật liệu, kg/m 3

Đối với một số loại vật liệu, thường là thực phẩm khi xác định được thành phần các chất có trong thước phẩm đó, ta có thể áp dụng công thức sau:

b Phương pháp xác định

Có thể xác định nhiệt dung riêng c của chất rắn theo phương pháp nhiệt lượng

kế Sơ đồ bộ thí nghiệm được thể hiện dưới hình 1.

Lúc này nhiệt lượng kế có que khuấy và nước sẽ nhận nhiệt lượng đó

để tăng nhiệt độ từ t1 đến t2

Q =(m0 c0+m1 c1+m2c2+m3c3+m4c4+m5c5+m6c6) (t 2 – t 1)

Trong đó m 0 , c 0 là khối lượng và nhiệt dung riêng của nước, m 1 và c 1

là khối lượng và nhiệt dung riêng của cốc, m 2 và c 2 là khối lượng và nhiệt dung riêng của que khuấy, m 3 và c 3 là khối lượng và nhiệt dung riêng của điện cực, m 4 và c 4 là khối lượng và nhiệt dung riêng của điện trở, m 5 và c 5 là khối lượng và nhiệt dung riêng của nhiệt kế và

m 6 và c 6 là khối lượng và nhiệt dung riêng của vật cần đo

Mà theo định luật Jun-Lenxo ta có nhiệt lượng:

Q =R I2

[J ]

Từ đó, chúng ta sẽ có tính được nhiệt dung riêng của vật liệu c 6

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt dung

2.4 HỆ SỐ DẪN NHIỆT

a Cơ sở lý thuyết

Trong lý thuyết truyền nhiệt, vật có hình dạng đơn giản như vách phẳngđược gọi là vật có hình dạng kinh điển Trường nhiệt độ trong vách này là

trường một chiều và ở chế độ ổn định được biểu diễn dưới dạng phương trìnhsau:

∂2t

∂2x=0Điều kiện biên cho biết nhiệt độ tw1, tw2 ở 2 vách từ đó mật độ dòng nhiệtqua vách được tính bằng công thức:

Hình 2 thể hiện mô hình dẫn nhiệt 1 chiều qua vách phẳng

Hình 2.2 Dẫn nhiệt 1 chiều qua vách phẳng

b Phương pháp xác định

Thiết bị thí nghiệm đo hệ số dẫn nhiệt được thể hiện dưới hình 3:

Hình 2.3 Thiết bị TLS-100 Thermtest đo hệ số dẫn nhiệt của vật liệu

TLS-100 là máy đo cầm tay được sử dụng để đo độ dẫn nhiệt và điện trởsuất nhiệt của nhiều loại mẫu, bao gồm đất, đá, bê tông và polyme Các thửnghiệm được thực hiện chỉ bằng một nút nhấn và kết quả được hiển thị ngay lậptức TLS-100 có các cảm biến được tự động nhận dạng và tự động tải các thông

số kiểm tra tương ứng

TLS-100 tuân theo tiêu chuẩn ASTM D5334-22a và IEEE 442-2017 Kimcảm biến bao gồm một dây đốt nóng mỏng và cảm biến nhiệt độ được bọc trongống thép dài 150, 100 hoặc 50 mm Cảm biến được đưa hoàn toàn vào mẫu cầnkiểm tra Nhiệt được truyền đến mẫu bằng cách sử dụng nguồn dòng không đổi(q) và độ tăng nhiệt độ được ghi lại trong một khoảng thời gian xác định Độdốc (a) từ biểu đồ tăng nhiệt độ theo logarit thời gian được sử dụng để tính độdẫn nhiệt (k) Độ dẫn nhiệt của mẫu càng cao thì độ dốc càng thấp Đối với cácmẫu có độ dẫn nhiệt thấp thì độ dốc sẽ cao hơn

Hình 2.4 Đồ thị xác định hệ số dẫn nhiệt theo độ tăng nhiệt độ và logarit thời

gian.

2.5 Đo thủy phần của chất lỏng

a Nguyên lý hoạt động đo thủy phần bằng khúc xạ kế điện tử

Nguyên lý hoạt động của khúc xạ kế ( loại cơ và loại điện tử) dựa

theo định luật Snell hay định luật khúc xạ ánh sáng Chỉ số khúc xạ (n)

của một chất so với không khí được tính bằng tỷ lệ giữa sin của góc tới vàsin của góc khúc xạ của chùm tia sáng truyền từ không khí vào chất đó. Khi đi từ môi trường không khí vào một môi trường khác chất lỏng (môitrường khác), tia sáng sẽ bị lệch đi một góc gọi là góc khúc xạ Khi kiểmtra chất lỏng bằng khúc xạ kế, dựa trên độ lệch của tia sáng, ta có thể tínhđược nồng độ của chất hoà tan và từ đó tính ra phần trăm nước có trongthực phẩm

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khúc xạ kế điện tử

b Phương pháp xác định

Thiết bị:  

Khúc xạ kế đo độ ẩm mật ong điện tử Atago Pal-22S 

 Hình 2.6: Thiết bị đo thủy phần mật ong PAL – 22SPhạm vi đo: 12 – 30%

Nhiệt độ: 0 – 40oC

Tiến hành đo: 

- Vệ sinh thiết bị bằng nước sạch trước khi thực hiện đo: dùng ống hútlấy 1 lượng nhỏ nước nhỏ vào đầu đọc của thiết bị 

- Bấm Start, lúc này màn hình hiện thị “HHH” 

- Ấn nút zero để đưa thiết bị về “000” 

- Sau khi màn hình nháy “000” 2 lần, ta đã có thể dùng thiết bị, dùngkhăn mềm để lau nước trên đầu đọc 

- Đổ lượng nhỏ mật ong (trước khi đưa vào thiết bị) vào 1 cốc nhỏ 

- Dùng ống hút lấy 1 lượng nhỏ mật ong từ trong cốc, nhỏ vào đầu đọccủa máy đo (lắc nhẹ cốc trước khi lấy tránh trường hợp lắng cặn, lấymẫu từ giữa cốc mật ong) 

- Ấn nút start để tiến hành đo ẩm, sau thời gian ngắn màn hình sẽ hiểnthị độ ẩm của mật ong được đo, ghi lại số liệu 

3.1 Tìm hiểu thiết bị sấy phun

Hình 2.1: Máy sấy phun

3.1.1 Cấu tạo máy sấy phun

 Bơm cấp liệu nhu động

 Máy phun sương

 Bể nuôi dưỡng

 Buồng sấy

 Cyclone

 Thiết bị khử chặn tự động để tránh vòi phun bị chặn

 Bảng điều khiển điện

Hình 2.2 Cyclone và bình thu sản phẩm

Hình 2.3 Bơm nhu động

3.1.2 Nguyên lý hoạt động máy sấy phun

1 Quy trình xử lý

- Trước khi sấy, nguyên liệu cần sấy ở dạng chất lòng Quy trình xủa lýtrước khi sấy khô nhằm mục đích điều hòa nguyên liệu theo cách giúp cho việcsấy khô có thể và sẽ được tối ưu hóa năng xuất của nó Các bước quy trình điểnhình trong phần này của dòng như sau:

- Sự hòa tan/ công thức – nếu nguyên liệu thô không có sẵn trực tiếp ởdạng lỏng

- Cô đặc / bay hơi: Tăng tổng chất rắn sẽ dẫn đến năng suất sản phẩm tốthơn cho máy sấy phun

- Gia nhiệt: Gia nhiệt có thể giúp cân bằng sự gia tăng độ nhớt do cô đặc

- Bơm: chất dạng bùn được bơm ở áp xuất cao để sấy

3 Tiếp xúc giữa vật liệu được làm khô và không khí

- Quá trình làm khô diễn ra nhờ không khí khô tiếp xúc với các giọt đượcphun ra Khả năng hút ẩm của không khí và do đó làm khô các hạt được tănglên bằng cách làm nóng không khí trước khi nó đi vào buồng sấy phun Nó có

độ ẩm tương đối thấp tại đầu vào và một độ ẩm tương đối cao, nhiệt độ thấp ởtại đầu ra

- Khí có thể được thổi đồng thời tới sản phẩm từ đỉnh của tháp hoặc ngượcdòng từ phí dưới Trong nhiều ứng dụng quy trình, dòng ngược được ưu tiênnhưng với dòng đồng sấy phun có mối quan tâm chính : Không khí ở nhiệt độcao nơi tiếp xúc các hạt với độ ẩm cao nhất nó giúp bảo về các hạt khỏi quánhiệt

4 Sấy khô

- Quá trình sấy khô thực sự diễn ra dọc theo buồng sấy phun theo sự tiếntriển của các hạt rắn bên trong Độ ẩm được loại bỏ từng bưới nhờ vào khốilượng và sự truyền nhiệt giữa hạt và khí

- Sự hình thành bọt khí: trong giiai đoạn tốc độ rơi, nhiệt độ của hạt đượcgia tăng Nếu nó đạt được nhiệt độ cao hơn điểm sôi của chất lỏng, nó có thểbốc hơi trong hạt và nở ta tạo bong bóng

5 Tách chất rắn

- Khi các hạt được làm khô, cần phải thu thập chúng Việc phân tách nhưvậy thường được thực hiện trong các xyclon có thể được trang bị các bộ lọc đểtăng hiệu quả của chúng

- Bột được thu thập ở dưới cùng của máy sấy phun và được chuyển bằngkhí nén đến một cyclone ở đó nó tách ra với không khí

Không khí trong buồng sấy cũng được đưa đến một cyclone khác ở đó cáchạn mịn, có thể đã được không khí vận chuyên được tách ra và đưa trở lại dòngsản phẩm chính Không khí ẩm thường bị loại bỏ nhưng trong một số trườnghợp, vì nó vẫn còn nóng, nó có thể được sử dụng them cho các hoạt động quytrình khác – Làm nóng sơ bộ

3.1.3 Ưu và nhược điểm của sấy phun