Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị bài sấy đối lưu

Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị bài sấy đối lưu

Phúc trình thí nghiệm q trình thiết bị Bài SẤY ĐỐI LƯUPhúc trình thí nghiệm q trình thiết bị Bài SẤY ĐỐI LƯU I TRÍCH YẾU Mục đích - Khảo sát q trình sấy đối lưu thực nghiệm để: • Xây đựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy • Xác định thơng số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng, thời gian sấy đẳng tốc giảm tốc • Đánh giá sai số q trình sấy Phương pháp thí nghiệm - Tiến hành sấy giấy lọc chế độ nhiệt độ caloriphe: 480C, 600C, 700C - Đặt giấy lọc vào buồng sấy, ghi nhận giá trò nhận khối lượng vật liệu sau làm ẩm (G1) - Sau phút, ghi nhận giá trò cân hai giá trò nhiệt độ bầu khô – bầu ướt; tiếp tục sấy đến giá trò khối lượng vật liệu không đổi vòng 15 phút dừng chế độ thí nghiệm chuyển sang chế độ thí nghiệm khác Kết thí nghiệm - G0 = 25 g = 0, 025kg Khối lượng khơ ban đầu sấp giấy lọc: 30 ×20 ×0, 01 cm Kích thước giấy lọc: Bảng : Số liệu kết thí nghiệm 480 C t ( ph ) 10 15 20 25 30 Chế độ sấy G( g) tu (o F ) 105 90 75 62,5 48 40 32,5 62 62 62 62 62 62 62 590 C o tk ( F ) t ( ph ) 118 118 120 118 120 118 120 10 15 20 25 30 Chế độ sấy G( g) tu ( o F ) 100 80 62,5 47,5 32,5 25 25 80 81 82 82 82 82 82 700 C o tk ( F ) t ( ph ) 139 140 140 139 141 140 139 10 15 20 25 30 Chế độ sấy G( g) tu ( o F ) 95 72,5 55 40 30 25 25 82 84 82 81 81 81 81 tk ( o F ) 138 141 138 137 137 137 137 35 40 45 48 27,5 25 25 25 62 62 62 62 119 119 120 120 35 25 82 140 35 25 81 II LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM Định nghĩa - Sấy đối lưu q trình tách ẩm khỏi vật liệu cách cấp nhiệt cho ẩm bay Trong đó, hai q trình truyền nhiệt truyền ẩm thực phương pháp đối lưu Đặc trưng q trình sấy - Q trình sấy diễn phức tạp, đặc trưng cho tính khơng thuận nghịch khơng ổn định - Nó diễn đồng thời q trình: • Truyền nhiệt cho vật liệu • Dẫn ẩm lòng vật liệu • Chuyển pha • Tách ẩm vào mơi trường xung quanh Các yếu tố ảnh hưởng - Bản chất vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hố 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 vật liệu lớn tốc độ sấy nhanh - Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối độ ẩm tới hạn vật liệu - Độ ẩm, nhiệt độ tốc độ khơng khí - Chênh lệch nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối khơng khí sấy, nhiệt độ cuối cao nhiệt độ trung bình khơng khí cao, tốc độ sấy tăng Nhưng nhiệt độ cuối khơng nên q cao khơng sử dụng triệt để nhiệt - Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức chế độ sấy Tác nhân sấy - Tác nhân sấy chất đùng để gia nhiệt cho vật liệu sấy, nhằm tách nước nước khỏi vật liệu 137 - Các loại tác nhân sấy: • Khơng khí nóng: loại mơi chất phổ biến, rẻ tiền thường dùng làm tác nhân sấy • Khói lò: dùng than, củi, trấu, dầu,…để tạo khói lò • Hơi q nhiệt - Trong sử dụng khơng khí nóng làm tác nhân sấy, vì: • Cần độ • Rẻ tiền • Đáp ứng u cầu tiếp xúc vật liệu sấy • Lượng ẩm Động lực q trình sấy ( Pm ) - Là chênh lệch áp suất nước (ẩm) bề mặt vật liệu áp suất riêng phần ( Ph ) nước khơng khí ẩm • • • Pm > Ph Nếu : vật nhả ẩm Pm < Ph Nếu : vật hút ẩm ⇒ ⇒ q trình sấy làm ẩm vật liệu Pm = Ph Nếu : có cân động hút nhả ẩm ϕ* = f ( u ) • • Trong thực tế, người ta xây dựng đường cân dạng ϕ > ϕ* Nếu : vật hút ẩm ϕ < ϕ* Nếu : vật nhả ẩm ⇒ ⇒ làm ẩm vật liệu q trình sấy ϕ =ϕ* • Nếu - Cách biểu diễn động lực q trình sấy • : có cân động hút ẩm ε = tk − tu Dùng sấy: ∆ϕ • Dùng • Dùng ∆P ( t −θ ) • Dùng • Dùng ∆x Các dạng liên kết ẩm • Liên kết hố học Là liên kết ẩm với vật liệu dạng OH − tinh thể ngậm nước VD: CaSO4 H 2O, SiO4 H 2O, • Đây liên kết bền, khơng thể tách sấy Muốn tách ẩm phải dùng phương pháp H SO4 hóa học nung chảy VD: dùng đậm đặc để hút - Liên kết vật lí • Liên kết hấp phụ: sấy tách phần liên kết • Liên kết mao dẫn: liên kết yếu, tách sấy • Liên kết thẩm thấu: tách ẩm từ dung dịch khó từ dung mơi ngun chất - Liên kết lí • Ẩm nằm tự bề mặt lỗ xốp mao quản lớn • Liên kết liên kết yếu, tách sấy, chí phương pháp học Xác định tốc độ sấy cân nhiệt - Lượng nhiệt dòng tác nhân sấy cung cấp khoảng thời gian dτ dQ = α F ( t − θ ) dτ (1) - Nhiệt tiêu hao để • ( G0C0 + GaCa ) dθ Đun nóng vật liệu (2) • Bay hởi ẩm hố nhiệt - Trong • • • • • • • - α:  r + Ch ( t − th )  dGa hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy vào vật liệu sấy, F: bề mặt vật liệu, (3) W / m ×K m2 t ,θ , th : nhiệt độ tác nhân sấy, vật liệu ẩm bão hồ, K kg ; J / kg ×K G0 , C0 : khối lượng nhiệt dung riêng vật liệu sấy, kg ; J / kg ×K Ga , Ca : khối lượng nhiệt dung riêng ẩm, r: J / kg ẩn nhiệt hố ẩm, J / kg ×K Ch : nhiệt dung riêng ẩm, Lượng ẩm bốc thời gian dτ dGa = d ( G0U ) = G0 dU (4) • - U: hàm ẩm (hay độ ẩm) vật liệu, tính theo vật liệu khơ, kg ẩm/kg vật liệu khơ Từ (1), (2), (3) (4) ta có cân nhiệt: α F ( t − θ ) dτ = ( G0C0 + GaCa ) dθ + G0  r + Ch ( t − th ) dU  - (5) Từ (5) rút ra: dU = dτ α F ( t − θ ) − [ G0C0 + GaCa ] Gv  r + Ch ( t − th )  dθ dτ (6) - Đây biểu thức tính tốc độ sấy dU dτ theo cân nhiệt Phương trình động học q trình sấy - Theo phương trình truyền ẩm vật liệu vào tác nhân sấy: dGa = k p F ( pm − p ) dτ (7) - Trong kp : • • kg / m ×h ×∆p = hệ số truyền ẩm pha khí, (1 at hay mmHg,…) mmHg ( at ) pm , p : áp suất ẩm bề mặt vật liệu pha khí, Ga = G0U - Thay vào (7) biến đổi, ta có: dU k p F = ( pm − p ) dτ G0 (8) t = th - Khi ẩm khơng bị q nhiệt (tức ) biểu thức (5) biến đổi thành  Ga  dθ dU dQ + rG0 = F = qF  C0 + Ca ÷G0 G0  dτ dτ Fdτ  q: • cường độ hay mật độ dòng nhiệt Ga = U; G0 - Đặt - Trong • • • G0 = ρ0 ; V0 C0 + CaU = C ; ρ0 : kg / m3 khối lượng riêng vật liệu khơ, Vo : thể tích vật liệu khơ, C: m3 J / kg ×K nhiệt dung riêng vật liệu ẩm, V0 = R0 F (9) • - R0 : bán kính qui đổi vật liệu, m Khi đó, bỏ qua nhiệt làm q nhiệt ẩm, ta có dU dθ + C ρ R0 dτ dτ   C  dθ   dU  = 1 +  ÷  ρ0 R0 r ÷  dτ    r  dU   dU = ( + Rb ) ( ρ R0 r ) dτ q = ρ0 R0 r Rb = + C dθ : r dU (10) - Với Chuẩn số Rebinde đặc trưng cho động học q trình sấy - Biểu thức (10) phương trình động học sấy, cho biết biến đổi ẩm vật liệu theo thời gian Ta nhận biểu thức (10) giải hệ phương trình vi phân mơ tả truyền nhiệt – truyền ẩm vật liệu Nhưng nói chung, hệ phương trình khơng giải phương pháp giải tích Lượng nhiệt cấp cho vật liệu giai đoạn sấy giảm tốc - ( q2 ) Mặt khác ta thấy giai đoạn sấy giảm tốc, đường cong tốc độ sấy có dạng đường thẳng, nên tốc độ sấy giai đoạn biểu diễn: − • K: dU = K ( U −U * ) dτ (11) hệ số tỉ lệ, gọi hệ số sấy Nó phụ thuộc vào tốc độ sấy tính chất vật liệu ẩm, 1/ s - K hệ số góc đường cong tốc độ sấy giai đoạn sấy giảm tốc, nên ta có K= N = χN ( U th − U * ) (12) χ= • : ( U th − U * ) hệ số sấy tương đối, phụ thuộc vào tính chất vật liệu ẩm • • • - U th : độ ẩm tới hạn U* : N: độ ẩm cân tốc độ sấy đẳng tốc, kg ẩm/(kg vật liệu khơ.s) Tích phân phương trình (11), ta có U −U * = exp ( − χ Nτ ) U th − U * (13) - Hay logarit hố (8), ta có log ( U − U * ) = log ( U th − U * ) − χ Nτ 2,3 (14) - Như vậy, biết hế số sấy K xác định thời gian cần thiết để thực giai đoạn sấy giảm tốc - Hệ số sấy tương đối xác định thực nghiệm tính gần sau: χ= 1,8 U0 (15) • - U0 : đổ ẩm ban đầu vật liệu Từ ta có U th = U +U * = +U * χ 1,8 (16) - Thay (12) (15) vào phương trình (11), ta − -  U −U *  dU = 1,8 N  ÷ dτ  U0  (17) Thay (17) (10), ta được: q2 = ρ0 R0 r dU = ρ R0 rN dτ (18) 10 Lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu giai đoạn sấy đẳng tốc - ( q1 ) Trong giai đoạn sấy đẳng tốc, tồn lượng nhiệt cung cấp từ dòng tác nhân lượng nhiệt bốc ẩm nhiệt độ vật liệu khơng đổi nên q1 = ρ0 R0 r 11 Cường độ trao đổi nhiệt dU = ρ0 R0 rN dτ (19) ( q ( x) ) q ( x) = q2 U −U * = 1,8 ( + Rb ) q1 U0 (20) - Như vậy, theo biểu thức (20), biết chuẩn số Rb tính cường độ trao đơi nhiệt theo độ ẩm vật liệu 12 Đường cong sấy đường cong tốc độ sấy a Đường cong sấy: - Là đuờng cong biểu diễn thay đổi độ ẩm vật liệu (U) theo thời gian sấy (τ): U = f (t ) (21) - Dạng đường cong sấy: • Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liên kết ẩm vật liệu, hình dáng, kích thước, cấu trúc vật liệu, phương pháp chế độ sấy • Đường cong sấy hàm q trình sấy, chế độ phương pháp sấy khác đường cong sấy có dạng tương tự (xem hình 1) b Đường cong tốc độ sấy: - Là đường cong biểu diễn mối quan hệ tốc độ sấy độ ẩm (hàm ẩm) vật liệu sấy: dU = g(U ) dτ (22) 10 0,4167 0,0400 60 40 480 0,4800 0,0325 30 30 360 0,5833 0,0275 10 20 240 0,6667 0,0248 10 120 0,7480 0,0248 0 0,8333 0,0248 0 Bảng : Các thơng số chế độ sấy 16,6 16,6 16,6 16,6 16,6 16,6 47,78 12,48 0,00 48,89 12,48 0,00 48,33 12,48 0,00 48,33 12,48 0,00 48,89 12,48 0,00 48,89 12,48 0,00 tk Pm P 31,1 32,2 31,6 31,6 32,2 32,2 59o C Chế độ sấy 59oC τ ( h) G ( kg ) U ( %) 0,0000 0,0833 0,1667 0,2480 0,3333 0,4167 0,4800 0,5833 0,1000 0,0800 0,0625 0,0475 0,0325 0,0248 0,0248 0,0248 300 220 148 90 30 0 ∆U 80 70 60 60 30 0 Bảng : Các thơng số chế độ sấy N 960 840 720 720 360 0 tu o o (C ) (C ) 26,67 27,22 27,78 27,78 27,78 27,78 27,78 27,78 59,44 60,00 60,00 59,44 60,56 60,00 59,44 60,00 (mm Hg) (mm Hg) 23,0 23,5 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 5,0 6,5 7,3 7,5 7,0 7,3 7,5 7,3 ε 32,78 32,78 32,22 31,67 32,78 32,22 31,67 32,22 70o C Chế độ sấy 70oC τ ( h) G ( kg ) U ( %) 0,0000 0,0833 0,1667 0,2480 0,0948 0,0725 0,0548 0,0400 280 190 120 60 ∆U 90 70 60 N 1080 840 720 18 tu tk o Pm o (C ) (C ) 27,78 28,89 27,78 27,22 58,89 60,56 58,89 58,33 (mm Hg) 25,0 27,0 25,0 23,5 P (mm Hg) 8,48 10,00 8,48 7,48 ε 31,11 31,67 31,11 31,11 0,3333 0,4167 0,4800 0,5833 0,0300 0,0248 0,0248 0,0248 20 0 40 20 0 480 240 0 19 27,22 27,22 27,22 27,22 58,33 58,33 58,33 58,33 23,5 23,5 23,5 23,5 7,48 7,48 7,48 7,48 31,11 31,11 31,11 31,11 Đồ thị a Đường cong sấy Hình : Đường cong sây chế độ 48o C Hình : Đường cong sấy chế độ sấy 59o C U ( %) Hình : Đường cong sấy chế độ 70o C U ( %) b Đường cong tốc độ sấy Hình Đường cong tốc độ sấy chế độ U :( % ) 48o C τ ( h) τ ( h) τ ( h) 20 Hình : Đường cong tốc độ sấy chế độ Hình : Đường cong tốc độ sấy chế độ 59o C 70o C 21 Bảng : Kết tính tốn từ đồ thị Chế độ sấy U th U* U2 N χ K τ1 τ2 48o C 73,95 10 627 0,0135 8,48 0,3924 0,2360 59o C 105,16 30 840 0,0095 7,99 0,2320 0,1570 70o C 63,51 20 876 0,0157 13,79 0,2471 0,0838 Bảng : Kết tính tốn Lí thuyết Chế đợ sấy 480C U 32 26 20 14 10 60 30 10 0 Uth P(mmHg) Pm(mmHg) Ntb N χ K απ Jm f 177,8 0,0 12,48 678,42 0,0056 3,8161 0,0377 0,47 14,4 177,8 0,0 12,48 678,42 0,0056 3,8161 0,0377 0,47 14,4 177,8 0,0 12,48 678,42 0,0056 3,8161 0,0377 0,47 14,4 177,8 0,0 12,48 678,42 0,0056 3,8161 0,0377 0,47 14,4 177,8 0,0 12,48 678,42 0,0056 3,8161 0,0377 0,47 14,4 177,8 177,8 177,8 177,8 177,8 177,8 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 12,48 12,48 12,48 12,48 12,48 12,48 678,42 678,42 678,42 678,42 678,42 678,42 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 0,0056 3,8161 3,8161 3,8161 3,8161 3,8161 3,8161 0,0377 0,0377 0,0377 0,0377 0,0377 0,0377 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 14,4 14,4 14,4 14,4 14,4 14,4 χ K απ Jm f 0,0060 5,8615 0,0377 0,68 14,4 678,42 τ1 0,2 τ , Chế đợ sấy 590C U 30 22 14 90 Uth P(mmHg) Pm(mmHg) Ntb N 957,25 166,7 5,0 23,00 976,92 166,7 6,5 23,48 922,65 0,0060 5,5359 0,0377 0,64 14,4 166,7 7,3 25,00 960,64 0,0060 5,7639 0,0377 0,67 14,4 166,7 7,5 25,00 949,79 0,0060 5,6987 0,0377 0,66 14,4 22 τ1 0,2 τ , 30 0 166,7 166,7 166,7 166,7 7,0 7,3 7,5 7,3 25,00 25,00 25,00 25,00 976,92 960,64 949,79 960,64 0,0060 0,0060 0,0060 0,0060 5,8615 5,7639 5,6987 5,7639 0,0377 0,0377 0,0377 0,0377 0,68 0,67 0,66 0,67 14,4 14,4 14,4 14,4 χ K απ Jm f Chế đợ sấy 590C U 28 19 12 60 20 0 Uth P(mmHg) Pm(mmHg) Ntb N 155,6 8,5 25,00 895,51 0,0064 5,7569 0,0377 0,62 14,4 155,6 10,0 27,00 922,65 0,0064 5,9313 0,0377 0,64 14,4 155,6 8,5 25,00 895,51 0,0064 5,7569 0,0377 0,62 14,4 155,6 155,6 155,6 155,6 155,6 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 23,48 23,48 23,48 23,48 23,48 868,38 868,38 868,38 868,38 868,38 0,0064 0,0064 0,0064 0,0064 0,0064 5,5824 5,5824 5,5824 5,5824 5,5824 0,0377 0,0377 0,0377 0,0377 0,0377 881,95 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 14,4 14,4 14,4 14,4 14,4 Bảng : Sai số 48oC Độ ẩm tới hạn Uth (%) Thực Lý thuyết Sai số (%) nghiệm 73.948 177.778 -140,4027 Tốc độ sấy đẳng tốc N (%/h) Thực Lý thuyết Sai số (%) nghiệm 627.000 678420 -8,20 59oC 105.160 166.667 -58,4887 840.000 o 63.510 155.556 -144,9308 876.000 Chế độ sấy 70 C Chế độ sấy 48oC Hệ số sấy tương đối χ Thực nghiệm 0,01352 957251 881946 -13,96 -0,68 Hệ số sấy K, 1/h Lý thuyết Sai số (%) 0,0056 58,40 Thực nghiệm 8,48 Lý thuyết Sai số (%) 3,8161 54,99 o 59 C 0,00951 0,0060 36,90 7,99 5,8615 26,62 o 0,01575 0,0064 59,17 13,79 5,7569 58,26 70 C Chế độ sấy 48oC Thời gian sấy đẳng tốc τ 1, h Thực Lý thuyết Sai số (%) nghiệm 46,49 0,3924 0,21 23 Thời gian sấy đẳng tốc τ 2, h Thực Lý thuyết Sai số (%) nghiệm -217,82 0,2360 0,75 τ1 0,1 τ , 59oC 0,2320 0,20 13,78 0,1570 0,3 -91,05 70oC 0,2471 0,18 27,17 0,0838 0,29 -246,18 V BÀN LUẬN Câu : Nhận xét giải thích dạng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy so với dạng lý thuyết * Đường cong sấy: Với số liệu thơ ta thu áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu, ta thu đường cong sấy giống với lý thuyết Trong thí nghiệm này, liệu sấy giấy lọc, nên qua trình đun nóng diễn nhanh, nên ta bỏ qua giai đoạn này, ghép chung với giai đoạn đẳng tốc Nhận xét chung: hình dạng đường cong sấy sai lệch so với lý thuyết khơng đáng kể * Đường cong tốc độ sấy: Đường cong tốc độ sấy có dạng phù hợp so với lý thuyết Đó ta khơng dùng cách vẽ trung bình ∆U/∆τ, mà lấy vi phân trực tiếp đường cong sấy Để đường cong tốc độ sấy xác hơn, ta phải lấy vi phân nhiều điểm Nhưng cách q phức tạp nên ta lấy điểm Cho nên nhìn chung, đường cong tốc độ sấy hình dạng giá trị khơng xác Theo KQ Thí nghiệm thu U * = Nhưng thực tế, U * khơng thể vật liệu khơng sấy khơ tuyệt đối mà ln chứa lượng ẩm cân định Tuy nhiên thí nghiệm có sai số định, nên thí nghiệm này, ta lây U* = Câu : Nhận xét giải thích kết tính tốn, nêu lên mối quan hệ thơng số sấy * Độ ẩm cân U* : - Theo tài liệu (p53, [1]): độ ẩm cân phụ thuộc vào độ ẩm khơng khí nhiệt độ Với độ ẩm, nhiệt độ tăng độ ẩm cân vật liệu giảm Nhưng thí nghiệm U* = : xấp giấy lọc mà ta cân ban đầu khơng phải vật liệu khơ tuyệt đối, mà vật liệu chứa lượng ẩm cân định (ở điều kiện nhiệt độ mơi trường ngồi) Cho nên thực chất ta sấy vật liệu xuống Go = 45g, khơng thể tính cách xác khơng có số liệu 24 khối lượng vật liệu khơ tuyệt đối vật liệu sấy đạt đến độ ẩm cân U*=Ucb=const VI Ta nhận thấy rằng: nhiệt độ sấy tăng tốc độ sấy đẳng tốc tăng Điều hồn tồn phù hợp với lý thuyết Đó nhiệt độ tăng động lực q trình sấy (thế sấy ε) tăng * Hệ số sấy tương đối giai đoạn giảm tốc χ : Theo tài liệu (p93, [1]): hệ số sấy tương đối χ phụ thuộc vào tính - chất vật liệu ẩm (loại vật liệu, thước vật liệu, độ ẩm ban đầu vật liệu,…), khơng phụ thuộc vào nhiệt độ tác nhân sấy Nhưng thí nghiệm này, chế độ 480C, 60oC 70oC có độ ẩm ban đầu vật liệu chênh lệch khơng kể ( độ ẩm chể độ 700C thấp q trình thí nghiệm, phấn giấy lọc bị ướt rã nước) χ lại khác Đó χ xác định theo cơng thức: χ= U th − U * Mà nói trên, U* Uth tính tốn khơng xác nân dẫn đến sai số χ Tuy nhiên theo kết ta thấy, chênh lệch chế độ khơng lớn 16% * Hệ số sấy giai đoạn giảm tốc K : Theo tài liệu (p93, [1]): hệ số sấy K phụ thuộc vào chế độ sấy (tốc độ - sấy đẳng tốc N) tính chất vật liệu ẩm (χ) theo cơng thức K = χN Điều có nghĩa với tính chất vật liệu ẩm khơng đổi, nhiệt độ tác nhân sấy tăng K tăng (do χ khơng đổi, N tăng lên) ⇒ Kết thí nghiệm phù hợp với lý thuyết, K tăng theo nhiệt độ tác nhân sấy * Thời gian đun nóng vật liệu : Dựa vào “Đường cong sấy” ⇒ nhiệt độ tác nhân sấy tăng - thời gian đun nóng vật liệu ngắn Điều hồn tồn phù hợp so với lý thuyết, nhiệt độ sấy tăng vật liệu đạt đến trạng thái bốc nhanh Tuy nhiên, giai đoạn ngắn, khơng đáng kể, tính tốn ta thường bỏ qua giai đoạn * Thời gian sấy đẳng tốc τ : 25 - Theo lý thuyết, nhiệt độ sấy tăng thời gian thời gian τ1 giảm Đó τ1 = τ1 tính theo cơng thức U − U th N1 Mà nhiệt độ tác nhân sấy tăng U th tính tăng, N tăng nhanh U th τ1 giảm⇒ kết thí nghiệm hồn tồn phù hợp với lý thuyết * Thời gian sấy giảm tốc τ : - Theo lý thuyết, nhiệt độ sấy tăng thời gian thời gian τ2 giảm Như KQ tính tốn giống với lý thuyết Tuy nhiên q trình tính tốn sai số, - ta dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy gần Ta nhận thấy thời gian sấy giảm tốc τ2 lớn thời gian sấy đẳng tốc τ1 Tính chất tùy thuộc vào loại vật liệu (tùy thuộc vào liên kết ẩm với vật liệu) ♣ Mối quan hệ thơng số sấy theo lý thuyết: Khi nhiệt độ tác nhân sấy tăng thì: U* ↓ Uth ↓ N ↑ χ = const K ↑ τo ↓ τ1 ↓ τ2 ↓ Câu : Nhận xét giải thích kết đánh giá sai số * Độ ẩm tới hạn Uth : - Sai số phép đo Uth lớn (≈ 48%) Các giá trị Uth tính theo thực nghiệm nhỏ lý thuyết (do sai số có giá trị âm) Đó sai số ta xây dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy để xác định Uth Ngồi có sai số q trình làm thí nghiệm (sẽ nói phần sau) * Tốc độ sấy đẳng tốc N : - Sai số chế độ sấy 48 oC, 590C nhỏ, khơng đáng kể Còn sai số chế độ sấy 70 oC lại - lớn Sai số tăng dần nhiệt độ sấy tăng dần Kết tính tốn có sai số q trình tính tốn N lý thuyết, để đơn giản ta sử dụng cơng thức thức nghiệm αp = 0,0229 + 0,0174vk , kg/m2.h.mmHg Cơng thức khơng phản ánh hết phụ thuộc hệ số trao đổi ẩm αp vào yếu tố ảnh hưởng lên 26 αp = cơng thức chuẩn λ p Nu m L mà phản ánh phụ thuộc vào tốc độ tác nhân sấy Và ta coi αp số suốt q trình sấy, điều dẫn đến sai biệt nói αp khơng thể phản ánh xác diễn tiến q trình - sấy Ngồi sai số dùng giản đồ khơng khí ẩm để tra P m P, sử dụng phần mềm tra tự động nhiên có sai số, đồng thời giản đồ xây dựng áp suất 745mmHg, áp suất thí nghiệm khơng trùng với áp suất Nhưng sai - số khơng đáng kể Bên cạnh sai số dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy để tìm N sai số q trình làm thí nghiệm * Hệ số sấy tương đối giai đoạn giảm tốc χ : Sai số χ lớn (≈ 60%) Đó sai số ta xác định Uth U* * Hệ số sấy giai đoạn giảm tốc K : Sai số K lớn (≈ 60%) Đó sai số xác định χ N (như nói trên) * Thời gian sấy đẳng tốc τ : - Sai số τ1 chế độ 48oC 60oC lớn, có chế độ 70oC nhỏ Giá trị τ1 đo thực nghiệm lớn so với lý thuyết Tuy nhiên chế độ 70oC lại lớn Đó sai số xác định thơng số * Thời gian sấy đẳng tốc τ : - Sai số τ2 lớn (≈ 60%) Giá trị τ2 đo thực nghiệm nhỏ so với lý thuyết Đó sai số xác định thơng số Câu : Nêu ngun nhân biện pháp khắc phục sai số * Các ngun nhân sai số : - Trong q trình làm thí nghiệm: • Do vật liệu ban đầu khơng phải vật liệu khơ tuyệt đối, dẫn đến sai số tính tốn (đã nói Câu 2, phần U*) • Do đọc số cân khơng xác Vì khó đọc số kim dao động vạch • Do đọc số vòng đo nhiệt độ bầu khơ bầu ướt khơng xác Vì nhiệt độ dao động khoảng nhỏ 27 • Do bấm thời gian khơng hồn tồn xác • Ngồi ra, thiết bị cũ kỹ nên khơng xác • Trong q trình tính tốn: Do dùng giản đồ để tra Pm P Đồng thời giản đồ xây dựng áp suất 745mmHg, áp suất thí nghiệm khơng trùng với áp suất Nhưng sai số khơng đáng kể • Do dựng đường cong tốc độ sấy dựa phương trình đường cong sấy • Do lựa chọn cơng thức tính N lý thuyết αp = 0,0229 + 0,0174vk , kg/m2.h.mmHg (như nói Câu 3, phần N) * Các biện pháp khắc phục sai số : • Trong q trình làm thí nghiệm: Vật liệu ban đầu phải vật liệu khơ tuyệt đối, cách xác định trước khối lượng khơ tuyệt đối vật liệu • Phải ý thật kỹ để đọc số liệu xác Nhưng tốt phòng thí nghiệm nên có thiết bị đo điện tử để việc đọc số liệu xác • Trong q trình tính tốn: Phải cẩn thận việc tra đồ thị Tốt áp dụng cơng thức để tính tốn thay tra giản đồ • Dùng phương pháp “Bình phương cực tiểu” để vẽ đường cong sấy đường cong tốc độ sấy αp = • λ p Nu m Nên áp dụng cơng thức VI PHỤ LỤC Tính tốn thơng số τ ( h) = L để tính αp τ ( ph ) 60 G ( kg ) = G( g) 1000 ( t ( o C ) = × t ( o F ) − 32 28 ) Tính tốn thơng số U ( %) = Ga − G0 ×100 G0 N ( % / h) = ∆U ∆τ ε = tk − tu U = f (τ ) Dựng đường cong sấy Từ giá trị tính tốn bảng 3, ta xác định điểm tương ứng đồ thị Như biết, đường cong sấy biểu thị giai đoạn chính: Đun nóng vật liệu: có dạng đoạn thẳng nằm ngang (rất ngắn) Sấy đẳng tốc: có dạng đường cong xem đường thẳng U* • Sấy giảm tốc: có dạng đường cong tiệm cận đến giá trị - Từ đó, ta vẽ đoạn tối ưu theo phương pháp bình phương cực tiểu - Để xác định giao điểm đường (đường thẳng đường bậc 2), ta chọn điểm nghi • • ngờ, dựng đường đường Sau đạo hàm phương trình trên, cho thời gian sấy giao điểm, vào phương trình ban đầu tìm U giao điểm, so với U xác định đồ thị, giá trị gần ta chọn điểm giao điểm đường Nếu giá trị khác xa tiến hành chọn điểm khác tiến hành N = f (U ) Đường cong tốc độ sấy Đường cong tốc độ sấy đạo hàm đường cong sấy Trên sở đó, ta có bước thực sau: - Ở giai đoạn thứ hai: sau có hàm đường thẳng, ta đạo hàm để tìm giá trị tốc độ sấy giai đoạn sấy đẳng tốc Đó giá trị tuyệt đối hệ số góc đoạn N =− thẳng vừa tìm (vì dU dτ ) 29 - Ở giai đoạn thứ ba: ta biết, giấy lọc vật liệu dạng mỏng, xốp nên đường cong tốc độ sấy giai đoạn sấy giảm tốc đường thẳng Vì đường thẳng qua điểm (U*, N = 0) nên ta cần tìm thêm điểm nữa, cách: • Kẻ tiếp tuyến với đường cong sấy giai đoạn thời điểm τ ⇒ N ⇒U • Chọn thời điểm thích hợp giai đoạn sấy giảm tốc • Dựng đường thẳng qua điểm (U*, 0) (U, N) ⇒ ta có đường cong tốc độ sấy giai đoạn giảm tốc • Giao điểm đường giảm tốc đường đẳng tốc Uth Để xác, ta phải vẽ nhiều tiếp tuyến nhiều điểm ⇒ biểu diễn điểm lên đồ thị đường cong tốc độ sấy ⇒ dùng phương pháp bình phương cực tiểu để tìm đường thẳng tốt qua điểm Nhưng, phương pháp phức tạp Tính tốn giá trị U th - Tìm giá trị đồ thị: hồnh độ giao điểm đường đẳng tốc đường giảm tốc U* = χ= U th − U * K = χ N ,1/ h τ1 = U − U th ,h N1 τ2 = U th − U * U −U * log th ,h N1 U2 −U * Tính tốn giá trị U th = U0 +U * 1,8 U0 • độ ẩm ban đầu vật liệu thời điểm 30 τ =0 • - U* độ ẩm cân vật liệu U > U th Sấy đẳng tốc: U < U th Sấy giảm tốc: α p = 0, 0229 + 0, 0174vk , kg / m2 ×h ×mmHg J m = α p ( pm − p ) , kg / m ×h N = 100 J m f , % / h f = • • F G0 bề mặt riêng khối lượng vật liệu F bề mặt bay vật liệu F = 0,3 ×0, ×2 ×3 = 0,36m f = F 0,36 = = 1, 44m G0 0, 25 χ= U0 1,8 K = χN • N tốc độ sấy đẳng tốc Tính sai số %/h lấy từ trung bình giá trị N bảng Thực nghiệm − Lý thuyết × 100 Lý thuyết Sai số (%) = VII TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Lụa, “Quá trình Thiết bò Công Nghệ Hóa Học & Thực phẩm – Tập 7: Kỹ thuật sấy vật liệu”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2001, 252tr 31 [2] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Quá trình Thiết bò Công Nghệ Hóa Học & Thực phẩm – Tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr [3] Giáo trình Thí nghiệm QTTB – Bộ môn Máy & Thiết bò – ĐH Bách Khoa TP.HCM 32 [...]... Với U2 : độ ẩm của vật liệu cuối q trình sấy, tương ứng với τ2 (26) ; U2 > U* và thường được lấy: U2 > U* = Ucb III DỤNG CỤ – THIẾT BỊ VÀ VẬT LIỆU SẤY 1 Dụng cụ - Thiết bị: Hệ thống thiết bị sấy gồm - Caloriphe: gồm hai chùm điện trở khơ, có cơng suất 10KW và được ổn định nhiệt độ nhờ bộ điều nhiệt tự ngắt - Quạt hút: có tốc độ 0,85 m/s, để hút khơng khí (tác nhân sấy) và thổi qua caloriphe để nâng nhiệt... cong sấy và đường cong tốc độ sấy để tìm N và sai số trong q trình làm thí nghiệm * Hệ số sấy tương đối trong giai đoạn giảm tốc χ : Sai số của χ là khá lớn (≈ 60%) Đó là do sai số khi ta xác định Uth và U* * Hệ số sấy trong giai đoạn giảm tốc K : Sai số của K là khá lớn (≈ 60%) Đó là do sai số khi xác định χ và N (như đã nói ở trên) * Thời gian sấy đẳng tốc τ 1 : - Sai số của τ1 ở 2 chế độ 48oC và 60oC... khơ tuyệt đối và do vật liệu sấy đã đạt đến 1 độ ẩm cân bằng U*=Ucb=const VI Ta nhận thấy rằng: khi nhiệt độ sấy càng tăng thì tốc độ sấy đẳng tốc càng tăng Điều này hồn tồn phù hợp với lý thuyết Đó là do khi nhiệt độ càng tăng thì động lực của q trình sấy (thế sấy ε) càng tăng * Hệ số sấy tương đối trong giai đoạn giảm tốc χ : Theo tài liệu (p93, [1]): hệ số sấy tương đối χ chỉ phụ thuộc vào tính -... được chính xác lắm Theo KQ Thí nghiệm thu được thì U * = 0 Nhưng trên thực tế, U * khơng thể bằng 0 do vật liệu khơng được sấy khơ tuyệt đối mà ln chứa 1 lượng ẩm cân bằng nhất định Tuy nhiên trong một bài thí nghiệm nào đều có một sai số nhất định, nên trong bài thí nghiệm này, ta lây U* = 0 Câu 2 : Nhận xét và giải thích kết quả tính tốn, nêu lên mối quan hệ của các thơng số sấy * Độ ẩm cân bằng U*... liệu,…), khơng phụ thuộc vào nhiệt độ của tác nhân sấy Nhưng trong bài thí nghiệm này, mặc dù ở 3 chế độ 480C, 60oC và 70oC có độ ẩm ban đầu của vật liệu chênh lệch khơng đang kể ( độ ẩm của chể độ 700C thấp hơn vì trong q trình thí nghiệm, một phấn giấy lọc bị ướt và rã trong nước) nhưng χ lại khác nhau Đó là do χ được xác định theo cơng thức: χ= 1 U th − U * Mà như đã nói ở trên, U* và Uth tính tốn được... mặt bốc hơi dẫn đến các thơng số sấy sẽ thay đổi và cuối cùng gây sai số thí nghiệm - 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 f Một số lưu ý trong q trình vận hành hệ thống sấy: - Ln theo dõi sự hoạt động... 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 13 - Hệ thống đo nhiệt độ: gồm hai đầu dò nhiệt độ bầu khơ – bầu ướt được đặt trong buồng sấy – bên trái giàn lưới đặt vật liệu sấy và đồng hồ cơ đo nhiệt độ - Vật liệu sấy: 3 sấp giấy lọc đã được gấp đơi 2 Tiến trình thí nghiệm a Quan sát hệ thống: - Trước khi tiến hành thí nghiệm. .. xét và giải thích kết quả đánh giá sai số * Độ ẩm tới hạn Uth : - Sai số của phép đo Uth là khá lớn (≈ 48%) Các giá trị Uth tính theo thực nghiệm nhỏ hơn lý thuyết (do sai số có giá trị âm) Đó là do sai số khi ta xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy để xác định Uth Ngồi ra còn có những sai số trong q trình làm thí nghiệm (sẽ nói ở phần sau) * Tốc độ sấy đẳng tốc N : - Sai số ở chế độ sấy. .. chế độ sấy nhiệt độ cao mà nhiệt độ caloriphe khơng đạt giá trị cài đặt thì phải khép bớt cửa dòng khí ra (chỉ khép bớt khơng được đóng kín) - Các cửa khí vào – ra phải ln mở khơng được đóng - Châm nước liên tục vào bầu nước để đo nhiệt độ bầu ướt - Khơng được mở quạt trần ngay bài thí nghiệm vì sẽ làm kim cân dao động (quạt số 7 trên táp – lơ điện ở cửa ra – vào phòng thí nghiệm) g Kết thúc thí nghiệm: ... = χN • N là tốc độ sấy đẳng tốc 7 Tính sai số %/h được lấy từ trung bình các giá trị N trong bảng Thực nghiệm − Lý thuyết × 100 Lý thuyết Sai số (%) = VII TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Lụa, Quá trình và Thiết bò trong Công Nghệ Hóa Học & Thực phẩm – Tập 7: Kỹ thuật sấy vật liệu”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TpHCM, 2001, 252tr 31 [2] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, Quá trình và Thiết bò trong Công