Động học của quá trình sấy tầng sôi

Đinh Tiến Hải QT - TB K45 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Phần Tổng quan I.Thủy động lực học trình sấy tầng sôi Cơ chế tạo lớp lỏng giả Các thông số lớp sôi phương pháp xác định 2.1 Vận tốc sôi tối thiểu 2.2 Vận tốc .9 2.3 Trở lực lớp sôi 10 2.4 Tốc độ giới hạn làm việc 11 2.5 Trở lực lớp lưới phân phối khí 12 II Lý thuyết sấy 14 Các dạng liên kết ẩm vật liệu ẩm .14 1.1 Liên kết hóa học 14 1.2 Liên kết hóa lý 15 1.3 Liên kết lý .16 Phân loại vật liệu sấy 16 2.1 Vật xốp mao dẫn 16 2.2 Vật keo 17 2.3 Vật keo xốp mao dẫn 17 Cơ chế tách ẩm hạt .17 Các giai đoạn xảy trình sấy hạt .18 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy 19 Trao đổi nhiệt truyền ẩm sấy tầng sôi 20 Phần Phƣơng pháp nghiên cứu 23 I.Hệ thống thí nghiệm .23 Cấu tạo hệ thống thí nghiệm 23 Đặc tính kĩ thuật hệ thống thí nghiệm sấy tầng sôi 24 Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nguyên tắc làm việc hệ thống .25 Xác định vận tốc, lưu lượng 25 Xác định nhiệt độ , độ ẩm vật liệu 27 Xác định thông số hạt Xuyên Tiêu 27 II Tiến hành thực nghiệm tính toán kết 28 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 28 Tính toán kết thu 29 Phần Kết thực nghiệm 33 I Kết thực nghiệm trình thủy lực .33 Sự ảnh hưởng chiều cao lớp hạt lên trình thủy lực 33 II Kết thực nghiệm trình sấy .37 Kết thực nghiệm máy sấy tầng sôi 37 Tính toán nhiệt lượng 45 Phân tích nhận xét số kết thực nghiệm thu được.58 Kết luận .62 Tài liệu tham khảo 65 Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi Đinh Tiến Hải QT - TB K45 LỜI NÓI ĐẦU Trong công nghệ hóa chất thực phẩm, có yêu cầu sấy vật liệu ẩm Chính mà sấy đóng vai trò thiếu ngành công nghệ hóa học Việt Nam nước có “Rừng vàng biển bạc” có ngành nông nghiệp truyền thống lâu đời tạo điều kiện manh mẽ cho ngành công nghệ hóa chất thực phẩm phát triển mạnh mẽ Hiện giới có nhiều kĩ thuật sấy áp dụng cho trình sấy kĩ thuật sấy tầng sôi áp dụng rộng rãi năm gần So với trình trạng thái tĩnh trình trạng thái lỏng giả có nhiều ưu điểm, cụ thể là: - Pha rắn đảo trộn mãnh liệt, dẫn đến việc san nhiệt độ toàn lớp hạt - Hệ số dẫn nhiệt, cấp nhiệt từ bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị đến lớp sôi ( hay ngược lại ) lớn - Do tính linh động lớp sôi nên dễ dàng nạp nguyên liệu tháo sản phẩm, dễ thực trình liên tục, giới hóa tự động hóa, dễ điều chỉnh thông số lưu lượng áp suất - Trở lực tương đối nhỏ ổn định, không phụ thuộc vào tốc độ pha khí giới hạn tồn trạng thái lỏng giả - Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản, gọn nhẹ dễ chế tạo Do tất ưu điểm mà kỹ thuật sấy tầng sôi sử dụng ngày rộng rãi công nghiệp phương pháp tăng cường độ trình Tuy nhiên, phương pháp có số nhược điểm: - Có tượng tích điện tĩnh điện dẫn đến khả dễ gây cháy nổ - Thời gian lưu hạt lớp sôi không - Các hạt rắn bị va đập, bào mòn, vỡ vụn tạo nhiều bụi, thiết bị phải có thiết bị thu hồi bụi, thành thiết bị tầng sôi phải chịu mài mòn, gia công hạt có cạnh sắc Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi Đinh Tiến Hải QT - TB K45 - Vận tốc pha khí bị giới hạn phạm vi cần thiết để trì trạng thái tầng sôi mà nhiều thích hợp trình công nghệ Việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sấy tầng sôi lĩnh vực sấy đựoc nhiều nhà khoa học giới tiến hành từ năm 60 , nhiều thiết bị sấy tầng sôi có suất từ vài đến hàng nghìn đưa vào sản xuất ( chủ yếu Liên Xô cũ Mỹ ) để sấy vật liệu có dạng hạt có kích thước từ 1-:-2mm đến 35-:-40 mm Ở Việt Nam , có số công trình nghiên cứu kỹ thuật tầng sôi Tuy nhiên việc ứng dụng kỹ thuật vào sản xuất chưa phổ biến rộng rãi Hiện kĩ thuật sấy tầng sôi nghiên cứu nhiều ngành công nghiệp hóa chất Do việc nghiên cứu cách đầy đủ kĩ thuật để có công nghệ hoàn thiện đáp ứng cho trình sấy yêu cầu thực tế Trong đồ án điều kiện nghiên cứu có nhiều hạn chế nên em xin trình bày “ Động học trình sấy tầng sôi” PHẦN TỔNG QUAN Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi Đinh Tiến Hải QT - TB K45 I.THỦY ĐỘNG LỰC HỌC CỦA QUÁ TRÌNH TẦNG SÔI 1.Cơ chế tạo lớp lỏng giả (tầng sôi) Khảo sát tượng sau: Đổ lớp vật liệu dạng hạt lên lưới nằm ngang nằm bên ống đặt thẳng đứng , tiết diện ngang ống hình trụ , hình vuông , hình chữ nhật Hạt không lọt lưới Thổi không khí qua lớp hạt từ lên , trạng thái hạt lớp hạt phụ thuộc vào vận tốc dòng khí xuyên qua lớp hạt có trạng thái sau: Khi tốc độ khí nhỏ , lớp hạt trang thái bất động (hình I.1a) ,các đặc trưng bề mặt riêng , độ xốp không thay đổi thay đổi vận tốc dòng khí Lúc dòng khí qua lớp hạt tuân theo trình lọc , chiều cao lớp hạt không thay đổi (đoạn AB hìnhI.1a) trở lực lớp hạt tĩnh tăng lên với tăng vận tốc dòng khí tuân theo quy luật hàm số mũ : ΔP = f (v n ) (I.1) Nếu lớp hạt gồm hạt nhỏ , kích thước , không bị dính bết vào có lực kết dính trở lực tăng theo đường OA( hìnhI.1b) Nếu có kích thước lớn hạt có kết dính để thắng lực kết dính cần phải tiêu tốn thêm lượng, trở lực tăng theo đường cong OA’ có cực đại đường Tăng vận tốc khí đến giá trị tới hạn lớp hạt bắt đầu trở nên linh động, chiều cao lớp hạt bắt đầu tăng lên, hạt chuyển động khuấy trộn với nhau, trở lực đạt đến giá trị định giữ nguyên không đổi (đoạn BE hình I.2a, đoạn AB hình I.2b ).Đó trạng thái tầng sôi, hạt rắn lơ lửng pha khí chuyển động hỗn loạn, độ xốp hạt tăng lên theo tăng vận tốc khí.Trạng thái trì giới hạn từ vận tốc bắt đầu sôi (còn gọi vận tốc sôi tối thiểu) vs tới vận tốc (còn gọi vận tốc kéo theo) vf Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí vượt giá trị vf trạng thái sôi chấm dứt, hạt rắn bị dòng khí theo khỏi thiết bị Lúc xảy trình vận chuyển hạt rắn bị dòng khí thổi, vf gọi vận tốc treo Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi Đinh Tiến Hải QT - TB K45 độ xốp lớp hạt lớn.Thực tế hạt bị treo lơ lửng không khí, không trọng lượng hạt (có tính đến lực đẩy Acsimet) sức cản dòng khí cần tăng vận tốc khí vượt vf chút hạt rắn bị kéo theo ( hình I.1c, đoạn BC hình I.2b ) a) b) c) d) Hình I.1 Ảnh hưởng vận tốc dòng khí đến trạng thái lớp hạt lưới a Hạt đứng yên; b Thể tích khối hạt lớn lên; c Các hạt khí chuyển động giống tượng sôi, gọi tầng sôi; d Phân lớp Nếu vận tốc dòng khí giảm xuống vận tốc vs phụ thuộc trở lực vào vận tốc lớn chưa sôi ( hình I.2b).Sẽ không theo đường 1,2,3 mà theo đường 4.Còn chiều cao lớp hạt theo đường CD ( hình I.2a) lớn chưa sôi.Độ xốp lớp hạt lớn ban đầu Nếu tác nhân gây lỏng giả chất khí thường xảy tượng sôi không đều, phần khí lớp sôi dạng bọt khí, túi khí ( dạng pha liên tục ), túi khí lên bề mặt lớp sôi vỡ ra, làm cho chiều cao lớp sôi dao động ( đường CE CF hình I.2a) Khi số tầng sôi chưa lớn tượng không gây ảnh hưởng xấu đến trình mà làm tăng mức độ khuấy trộn cuả lớp mà thôi.Tuy nhiên, tăng số tầng sôi lên thi có bọt khí lớn xuất nhiều lớp sôi làm hạt bắn tung lên cao Nếu tiếp tục tăng lên bọt khí lớn lên hòa tan vào tạo thành tượng phân tầng thiết bị, làm tăng lượng hạt bị bắn tung lên bị kéo theo khỏi thiết bị Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Hiện tượng dễ xảy tăng kích thước hạt, tăng vận tốc dòng khí, giảm đường kính thiết bị Chế độ sôi phân tầng có ảnh hưởng xấu đến trình như: Làm tiếp xúc hạt rắn pha đi, trở lực tầng sôi bị dao động Vì vậy,cần tránh không để tượng xảy Trong thực tế sản xuất, thường gặp hạt có kích thước khác nhau, hình dạng kích thước hình dạng khối lượng riêng khác tạo nên phân lớp Những hạt lớn nặng dưới, hạt nhỏ hơn, nhẹ lớp Hạt nhỏ nhẹ xa lưới phân khối khí Chiều cao lớp hạt E D C F A B (a) Vận tốc khí Trở lực lớp hạt lớp sôi lớp tĩnh A B (b) vs vf Vận tốc khí Hình I.2: Quan hệ trở lực chiều cao lớp hạt vào vận tốc khí a Sự phụ thuộc chiều cao lơp sôi vào vận tốc khí Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi Đinh Tiến Hải QT - TB K45 b Sự thay đội trở lực lớp sôi vào vận tốc khí Qua nghiên cứu cho thấy, vật liệu dạng hạt có kích thước dải 0,001÷65 mm tạo lớp sôi Nhưng để tạo lớp sôi đồng hạt có kích thước 0,01÷0,20 mm dễ có khả Những hạt lớn gây dao động chiều cao lớp sôi lớn, hạt nhỏ lại dễ dính với tạo nên tượng vòi rồng Trạng thái lỏng giá tạo nhờ tác động học, ví dụ khuấy trộn rung Khi có tượng giả lỏng học ( phân biệt với trường hợp lỏng giả khí động ) Do tầng sôi hạt khuấy trộn nên trình truyền nhiệt truyền chất xảy mạnh mẽ Để đặc trưng cho cường độ khuấy trộn hạt lớp sôi, người ta đưa đại lượng Ks (số tầng sôi), tỷ lệ vận tốc làm việc ( Vlv) vận tốc sôi tối thiểu: Ks = Vlv Vs (I.2) 2.Các thông số lớp sôi phƣơng pháp xác định 2.1.Vận tốc sôi tối thiểu Để xác định vận tốc tối thiểu ( vận tốc tới hạn ), người ta cho rằng, thời điểm bắt đầu sôi, trở lực thủy lực dòng khí trọng lượng lớp sôi Nếu tiết diện thiết bị không đổi theo chiều cao điều kiện viết sau: (Độ chênh áp qua lớp sôi)x(tiết diện ngang thiết bị)=(thể tích lớp sôi)x(phần hạt lớp sôi)x(trọng lượng riêng hạt) Kết hợp với phương trình mô tả chênh áp lớp hạt đơn phân tán trạng thái tĩnh Ergun rút công thức tính vận tốc sôi sau: Khi Re < 20: Vs = (F h d)2 (r h - r k ) e g( ) 150 m 1- e (I.3) Khi Re > 1000 Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Vs2 = F h .d (r h - r k ) g.e 1,75 rk (I.4) Đại lượng ε Ф h tính theo Wen Yu: 1- e = 14 = 11 F h e F h e (I.5) Khi đó, (I.2) (I.3) có dạng: d2 (r h - r k ).g Vs = với Re < 20 1650.m Vs = d.(r h - r k ).g với Re > 1000 24,5.r h (I.6) (I.7) Trong : + d đường kính tương đương hạt (m) + ρh , ρk khối lượng riêng hạt khí (kg/m3) +μ độ nhớt khí (N.s/m2) +ε độ xốp lớp hạt trạng thái sôi Trong giới hạn Re = 0,001÷4000 công thức có sai số 3,4% Để xác định vận tốc sôi tối thiểu người ta dựa vào quan hệ vận tốc sôi tối thiểu vận tốc treo Vs Vận tốc treo vận tốc mà đó, hạt trạng thái lơ lửng có cân ngoại lực ( ví dụ: trọng lực thủy lực ) tác dụng lên Romancov cộng đưa quan hệ sau: Vs 0,1046 = 0,1175 Vl + 0, 00373 Ar 0,6 (I.8) Ở đây, vận tốc treo xác định thực nghiệm 2.2.Vận tốc Người ta coi vận tốc xấp xỉ vận tốc treo hạt Từ điều kịên trên, Kunni cộng đưa công thức tính vận tốc sau: æ4.g.d(r - r ) ö h k ÷ ÷ Vf = çç ÷ ÷ çè 3.C.r ø ( I.9) k Ở đây, C hệ số, xác định thực nghiệm Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Đối với dạng hình cầu, người ta xác định hệ số C sau: Với Re < 0,4 : C = 24/Re Với 0,4< Re < 500 : C = 10/Re0,5 Với Re > 500 : C = 0,43 Khi đó, công thức (I.8) có dạng: Với Re < 0,4 : Vf = g.d2 (r h - r k ) 18m (I.10) Với 0,4< Re < 500 thì: æ (r - r )2 g2 ÷ ö3 ÷ Vf = ççç h k d ÷ ÷ r m ø è225 (I.11) k Với Re > 500 thì: æ3.1.g(r - r ).d÷ ö2 h k ÷ Vf = çç ÷ ÷ çè r ø (I.12) k 2.3.Trở lực lớp sôi Để lớp hạt tồn chế độ sôi, cần phải cung cấp lượng cho lớp hạt Năng lượng dùng để thắng lực ma sát hạt với nhau, hạt với môi trường , hạt với thành thiết bị lượng cho biến đổi động lượng dòng khí Ngoài ra, phải kể đến lượng để tăng thể tích lớp hạt, phần lớn lượng dùng để thắng lực ma sát môi trường bề mặt hạt ( trở lực lớp hạt ) Từ điều kiện cân lực áp suất thủy động hạt lực cản dòng khí, ta có: Dp = g ò sdM (I.13) Trong đó: S – Mặt cắt tiết diện sôi M – Khối lượng lớp sôi dM = (r h - r k )(1- e).S.dZ (I.14) Thay dM vào (I.13) ta có: Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi 10 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 H ΔP=g( ρh – ρk) ò (1- e).dz (I.15) Nếu độ xốp lớp hạt không đổi suốt thời gian làm việc, biểu thức có dạng: ΔP = (r h - r k )(1- e).g.H (I.16) Biểu thức ( I.16) trường hợp lớp hạt trạng thái tĩnh chuyển sang trạng thái sôi Nghĩa là: ΔP = (r h - r k )(1- e0 ).g.H0 (I.17) Khi áp dụng cho thiết bị có thành đứng nghiêng, công thức (I.16), (I.17) cho kết sơ với thực nghiệm thường lớn 10÷15% dz p-dp H p z g Hình I.3: Mô tả phân bố lớp hạt sôi 2.4.Tốc độ làm việc giới hạn làm việc Để đặc trưng cho giới hạn tồn lớp sôi, người ta đưa đại lượng: Kmax = Vf Vs (I.18) Theo Kunni, : Re < 0,4 Vf tính theo phương trình (I.10) Vs tính theo phương trình (I.6), Kmax = 91,6 Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi 11 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Re > 1000 Vs tính theo phương trình (I.17), Vf tính theo phương trình (I.8) Kmax = 8,72 Theo Todex với chế độ chuyển động Vf tính theo phương trình (I.12), Vs tính theo phương trình (I.7) thì: Kmax = 1400 + 5, 22 Ar 18 + 0, 61 Ar (I.19) Trong vùng chảy dòng Kmax = 77,7 Trong vùng chảy xoáy Kmax = 8,56 Thường Kmax nằm 10 90 Đối với hệ số tầng sôi: Ks = Vlv Vs (I.20) Các nghiên cứu thực nghiệm rằng, mức độ khuấy trộn mãnh liệt ứng với số tầng sôi ( Ks = 2) Giá trị tối ưu Ks trình công nghệ tiến hành trạng thái tầng sôi dao động lớn Khi tính toán chế độ sấy tầng sôi chọn tốc độ làm việc theo công thức sau: Re = 0,19Fe1,56÷0,28Fe1,56 (I.21) Re = 0,22Ar0,52÷0,33 Ar0,52 (I.22) Fe – Chuẩn số Phêđôrốp, thực lực nâng không khí vật liệu sấy, tính theo công thức: Fe= 4.d3 (r h - r k ).g n r k (I.23) 2.5.Trở lực lớp lƣới phân phối khí Kết cấu lớp phân phối gió có ảnh hưởng lớn đến chế độ thủy động lớp sôi Trong thực tế, nhiều loại lưới khác nhau, song chúng cần phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Phân phối dòng khí qua lớp sôi - Có trở lực thủy lực nhỏ - Dễ chế tạo lắp ráp, bền sử dụng Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi 12 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Groshe nghiên cứu ảnh hưởng ba dạng lưới phân phối khí đến cấu trúc lớp sôi, dạng mỏng đột lỗ, lưới đan lưới xốp Kết cho thấy: Lớp xốp cho lớp sôi có cấu trúc ( độ xốp lớp thực tế không thay đổi toàn lớp), lưới đan cho kết tồi Dạng mỏng đột lỗ cho kết tốt Trừ lớp gần sát lưới độ giãn nở (độ xốp nhỏ ) vận tốc khí nhỏ Lưới xốp đảm bảo phân phối dòng khí lớp hạt, sản xuất công nghiệp lại sử dụng đòi hỏi làm khí ( tách bụi ) nghiêm ngặt Khá phổ biến thực tế lưới phân phối dạng lỗ Chúng chia làm loại: (a) (b) (c) (a)Lưới lỗ hướng thẳng đứng; (b)Lưới lỗ hướng nghiêng; (c)Lưới kết hợp Hình: I.4:Cấu tạo lưới phân phối khí dạng lỗ * Lưới lỗ hứớng thẳng đứng: Đường tâm lỗ vuông góc với mặt phẳng lưới trùng với hướng thẳng đứng dòng khí Lưới dạng tỷ số H0/D không lớn (H0 chiều cao lớp hạt trạng thái tĩnh, D đường kính thiết bị) Nhược điểm loại vùng chết lỗ phía lưới * Lưới lỗ nghiêng: Các lỗ bố trí nghiêng góc so với mặt phẳng lưới Do đó, dòng khí không lên chuyển động xoáy, làm cho lớp sôi Lưới thích hợp tỷ số H0/D lớn * Lưới kết hợp: Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi 13 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Là dạng trung gian loại lưới Kích thước lỗ lưới phụ thuộc vào kích thước hạt rắn, dạng lưới loại vật liệu chế tạo lưới Tỷ lệ tiết diện tự lỗ lưới thông thường từ 0,7÷10% ( lớn 10% không ảnh hưởng lơn tới trở lực lưới) Ckoblo cộng đưa công thức để xác định trở lực lưới phân phân phối khí dạng lỗ sau: V12r k (1 - V) ΔP1 = 0,5 x2 (I.24) Trong đó: V  Vl - Vận tốc khí qua lưới tính sau: Vl = :  Hệ số phụ thuộc vào đường kính lỗ chiều dày lưới Giá trị xác định thực nghiệm  : Tỷ số tiết diện lưới phân phối khí Đối với lưới hướng lỗ thẳng đứng có tỷ số tiết diện khoảng 7% vận tốc khí sau: Vl (m/s) 0,44 ∆Pl(mmH2O) 1,06 2,04 3,06 3,53 3,9 11 25 27 II LÝ THUYẾT VỀ SẤY 1.Các dạng liên kết ẩm hạt Nước vật liệu ẩm chia làm hai nhóm : nước tự nước liên kết -Nước tự nằm bề mặt vật liệu , có áp suất riêng áp suất nước bão hòa ứng với nhiệt độ vật liệu ẩm Nước tự nằm vật liệu ẩm lượng nước tạo bề mặt vật ẩm nước có áp suất riêng đạt giá trị bão hòa nhiệt độ vật ẩm -Nước liên kết tạo vật ẩm nước có áp suất nhỏ áp bão hòa với nhiệt độ vật ẩm Do khả phản ứng hóa học hòa tan mạnh chất nên khối vật liệu ẩm nước nguyên chất mà dạng dung dịch Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi 14 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Muốn tách nước khỏi vật liệu ẩm cần có lượng hay lớn lượng liên kết nước với vật liệu ẩm Do ta cần biết dạng liên kết vật liệu ẩm 1.1 Liên kết hóa học Liên kết hóa học vật chất với nước bền vững , phân tử nước trở thành phận thành phần hóa học phân tử vật ẩm Loại tách có phản ứng hóa học chúng có lượng cao Đôi phải nung vật liệu đến nhiệt độ cao Sau tách ẩm tính chât hóa lý vật thay đổi Xét tách nước tinh thể ngậm nước : CuSO4.5H2O > CuSO4 + 5H2O Quá trình gọi trình nung cần nhiệt độ cao 1.2 Liên kết hóa lý Trong liên kết hóa lý ngưòi ta chia làm hai loại liên kết : Liên kết hấp phụ liên kết thẩm thấu *Liên kết hấp phụ : Liên kết hấp phụ nước gắn liền với hiên tượng xảy bề mặt giới hạn pha Nhất vật keo có cấu tạo dạng hạt có bán kính tương đương nhỏ khoảng từ 0,001 ÷ 0,1 μm Cấu tạo dạng vật liệu ẩm có bề mặt riêng lớn nên lượng tự mạnh Khi tiếp xúc với ẩm có xu hướng hút nước vào bề mặt tự hạt tạo liên kết hấp phụ nước bề mặt F = U – T.S (I.25) Trong : F – lượng tự phân tử U – nội S – entropi T – nhiệt độ tuyệt đối Năng lượng tự đơn vị bề mặt giới hạn sức căng bề mặt hạt σ Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi 15 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 *Liên kết thẩm thấu : Liên kết thẩm thấu liên kết mang tính học nước với vật liệu có tính keo – xốp mao dẫn Những vật liệu có cấu trúc khung , nước thấm vào nằm không gian khung Nước vật thể nước nguyên chất mà dạng dung dịch Việc nước thấm từ vào vật hay ngược lại từ vật thể giống nước thấm qua màng ngăn cách từ dung dịch có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao Khi nước lớp bề mặt bay nồng độ dung dịch tăng lên nước sâu bên thấm Ngược lại , ta đặt vật thể vào nước nước thấm vào bên 1.3 Liên kết lý Dạng liên kết nước với vật thể bao gồm nước bề mặt nước mao quản - Nước có sẵn trình hình thành vật ẩm ví dụ nước tế bào thực vật , động vật vật đông đặc chứa sẵn nước Để tách trường hợp liên kết cần làm cho nước bay , nén ép vật hay phá vỡ cấu trúc vật Sau tách nước vật bị biến dạng nhiều , thay đổi tính chất chí thay đổi trạng thái pha - Nhiều vật ẩm có cấu trúc mao quản gỗ , vải vật thể có vô số mao quản Các vật thể để nước , nước theo mao quản thâm nhập vào vật thể Khi vật thể để không khí ẩm nước ngưng tụ bề mặt mao quản theo mao quản thâm nhập vào vật thể Muốn tách hạt ẩm loại ta cần làm cho ẩm bay đẩy ẩm áp suất lớn áp suất mao dẫn - Liên kết dính ướt lên bề mặt vật thể Liên kết dạng dễ tách cách bay đồng thời tách băng cách lau chùi , thấm thổi , ly tâm Phân loại vật liệu sấy Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi 16 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Có nhiều cách phân loại vật liệu sấy Cách phân loại sử dụng nhiều kĩ thuật cách phân loại dựa vào tính chất vật lý vật thể A.V.Lưcốp Theo cách vật liệu ẩm chia làm nhóm : vật xốp mao dẫn , vật keo vật keo xốp mao dẫn 2.1 Vật xốp mao dẫn Những vật mà ẩm liên kết với vật liệu chủ yếu mối liên kết mao dẫn gọi vật xốp mao dẫn Chúng có khả chất lỏng dính ướt không phụ thuộc vào thành phần ẩm hoá học chất lỏng Các vật liệu xây dựng , than củi cát thạch anh thí dụ vật liệu xốp mao dẫn Những vật lực mao dẫn lớn nhiều so với trọng lượng ẩm chứa vật định hoàn toàn lan truyền ẩm vật Trong trường hợp trọng lượng ẩm cân với lực mao dẫn hay mao quản trương lên , sấy khô co lại Phần lớn vật xốp mao dẫn sấy khô dòn bánh mỳ , rau xanh v.v 2.2 Vật keo Vật keo vật có tính dẻo cấu trúc hạt Trong vật keo ẩm liên kết dạng hấp phụ thẩm thấu Ví dụ keo động vật , vật liệu xenlulôzơ , tinh bột , đất sét Các vật keo có điểm chung sấy bị co ngót nhiều giữ tính dẻo Để đơn giản công việc nghiên cứu tính toán, kĩ thuật sấy người ta khảo sát vật keo vật giả xốp mao dẫn Khi vật keo xem vật xốp mao dẫn có cấu trúc mao quản nhỏ 2.3 Vật keo xốp mao dẫn Những vật thể mà tồn ẩm liên kết có keo vật xốp mao dẫn gọi vật keo xốp mao dẫn Các loại vật gỗ, than, bùn loại hạt số thực phẩm Về cấu trúc, vật thuộc loại xốp mao dẫn chất lại vật keo có nghĩa thành mao dẫn chúng có tính deỏ, hút ẩm mao quản trương lên, sấy khô co lại.Phần lớn, vật xốp mao dẫn sấy kho co lại, trở nên dòn bánh mỳ, rau xanh, Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi 17 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Cơ chế tách ẩm hạt Trong trình sấy hạt, ẩm chuyển từ trung tâm bề mặt hạt, từ bề mặt hạt, ẩm dược bốc vào môi trường sấy Quá trình thực điều kiện áp suất riêng phần hạt lơn áp suất riêng phần môi trường Khi đó, bề mặt hạt khô xuất gradien ẩm giữ lõi bề mặt hạt, gây nên dịch chuyển ẩm từ phần trung tâm hạt bề mặt hạt Quá trình sấy tăng cường cách: - Tăng áp suất riêng phần hạt - Giảm áp suất riêng phần môi trừơng - Đồng thời hai biện pháp Nhưng loại hạt hàm ẩm định ta tăng nhiệt độ tới nhiệt độ cho phép định, gọi nhiệt độ đốt nóng cho phép hạt Nếu vượt qúa giới hạn gây ảnh hương xấu tới chất lượng làm giống làm lương thực hạt, làm giảm độ nẩy mầm, tăng tỷ lệ bị rạn gẫy nước bốc bề mặt mạnh Giảm áp suất môi trường cách tăng cường đối lưu, tăng tốc độ tác nhân sấy ta tăng tốc độ tác nhân sấy tới trị số định, vượt trị số lượng không khí nóng, khói lò không tận dụng hết để làm khô hạt, hiệu suất sấy thấp Không khí nóng hỗn hợp không khí với khói lò làm nhiệm vụ chuyển nhiệt để đốt nóng bốc ẩm hạt, đồng thời làm nhiệm vụ chuyển ẩm bên chúng gọi tác nhân sấy Các giai đoạn xảy qúa trình sấy hạt Quá trình sấy hạt xảy theo giai đoạn: * Giai đoạn nâng nhiệt độ vật liệu ( Giai đoạn I ): Nâng nhiệt vật liệu tác nhân sấy bắt đầu tiếp xúc với vật liệu Giai đoạn ngắn xem không tồn Nó tương ứng với việc nâng nhiệt độ vật liệu đạt nhiệt độ sấy ( lượng dùng để bay nước Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi 18 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nhiệt độ đạt lúc đầu nhiệt độ thấp so với nhiệt độ tác nhân sấy thân lại thường có độ dẫn nhiệt kém, tốc độ sấy tăng nhanh * Giai đoạn tốc độ sấy không đổi hay giai đoạn đẳng tốc ( Giai đoạn II ) Giai đoạn đẳng tốc tương ứng với việc bay ẩm tự bề mặt vật liệu Trong giai đoạn này, tốc độ di chuyển ẩm từ bề mặt vật liệu lớn tốc độ bay ẩm từ bề mặt vào môi trường ( không khí nóng ) Nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy không đổi nhiệt độ bầu ướt không khí sấy Trong giai đoạn này, tốc độ sấy không đổi thông số tác nhân sấy không đổi * Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần hay giai đoạn giảm tốc ( Giai đoạn III ) Khi bề mặt vật liệu không ẩm tự áp suất riêng phần giảm xuống rõ rệt tốc độ sấy lớp bề mặt vật liệu nhỏ tốc độ bay từ bề mặt vào môi trường Đôi người ta chia giai đoạn thành giai đoạn khác nhau: Giai đoạn đầu: bề mặt không ẩm tự song lớp sâu phía còn.Giai đoạn cuối: không ẩm tự toàn vật liệu Nhiệt độ VL sấy I II III Thời gian sấy Độ ẩm vật liệu sấy Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi 19 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 I II III Thời gian sấy Tốc độ sấy Thời gian sấy Hình I.5: Mô tả giai đoạn sấy Khi nước tự hoàn toàn biến vật liệu ẩm liên kết Việc tách ẩm liên kết sau khó khăn lớp sau, lượng liên kết ẩm vật liệu mạnh Mặt khác chất hoà tan vật liệu ( ví dụ: đường muối ) nước vận chuyển đến bề mặt vật liệu bịt kín lỗ mao quản làm cản trở trình khuếch tán ẩm vật liệu Trong giai đoạn nhiệt độ vật liệu sấy tăng lên cuối nhiệt độ tác nhân sấy Sở dĩ tốc độ bay giảm xuống kéo theo hiệu ứng làm lạnh ( bay ) giảm xuống Nếu ta tiếp tục sấy không khả thoát ẩm vật liệu, có nghĩa vật liệu đạt độ ẩm cân nhiệt độ vật liệu nhiệt độ môi trường xung quanh ( nhiệt độ tác nhân sấy ) vượt nhiệt độ cho phép vật liệu Nghiên cứu động học trình sấy tầng sôi 20 [...]... dẫn của chúng có tính deỏ, khi hút ẩm các mao quản trương lên, khi sấy khô thì co lại.Phần lớn, các vật xốp mao dẫn khi sấy kho thì co lại, trở nên dòn như bánh mỳ, rau xanh, Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 17 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 3 Cơ chế tách ẩm trong hạt Trong quá trình sấy hạt, ẩm được chuyển từ trung tâm ra bề mặt ngoài của hạt, từ bề mặt hạt, ẩm dược bốc hơi vào môi trường sấy. .. liệu Nhiệt độ VL sấy I II III Thời gian sấy Độ ẩm vật liệu sấy Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 19 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 I II III Thời gian sấy Tốc độ sấy Thời gian sấy Hình I.5: Mô tả các giai đoạn sấy Khi nước tự do đã hoàn toàn biến mất thì trong vật liệu chỉ còn ẩm liên kết Việc tách ẩm liên kết càng về sau càng khó khăn do ở những lớp sau, năng lượng liên kết của ẩm trong vật... Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 14 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Muốn tách nước ra khỏi vật liệu ẩm thì cần có năng lượng bằng hay lớn hơn năng lượng liên kết nước với vật liệu ẩm Do đó ta cần biết được các dạng liên kết của vật liệu ẩm 1.1 Liên kết hóa học Liên kết hóa học của vật chất với nước rất bền vững , trong đó các phân tử nước đã trở thành một bộ phận trong thành phần hóa học của phân... bố lớp hạt sôi 2.4.Tốc độ làm việc và giới hạn làm việc Để đặc trưng cho giới hạn tồn tại của lớp sôi, người ta đưa ra đại lượng: Kmax = Vf Vs (I.18) Theo Kunni, khi : Re < 0,4 thì Vf được tính theo phương trình (I.10) và Vs được tính theo phương trình (I.6), thì Kmax = 91,6 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 11 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Re > 1000 thì Vs được tính theo phương trình (I.17),... với việc nâng nhiệt độ của vật liệu đạt được nhiệt độ sấy ( khi đó năng lượng chỉ dùng để bay hơi nước Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 18 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nhiệt độ đó không thể đạt ngay lập tức vì rằng lúc đầu nhiệt độ còn khá thấp so với nhiệt độ của tác nhân sấy và bản thân nó lại thường có độ dẫn nhiệt kém, khi tốc độ sấy tăng nhanh * Giai đoạn tốc độ sấy không đổi hay giai... 2 r k (I.23) 2.5.Trở lực của lớp lƣới phân phối khí Kết cấu của lớp phân phối gió có ảnh hưởng rất lớn đến chế độ thủy động của lớp sôi Trong thực tế, rất nhiều loại lưới khác nhau, song chúng cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Phân phối đều dòng khí qua lớp sôi - Có trở lực thủy lực nhỏ - Dễ chế tạo và lắp ráp, bền trong sử dụng Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 12 Đinh Tiến Hải QT -... Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 13 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Là dạng trung gian của 2 loại lưới trên Kích thước lỗ trên lưới phụ thuộc vào kích thước của hạt rắn, dạng lưới và loại vật liệu chế tạo lưới Tỷ lệ tiết diện tự do của lỗ lưới thông thường từ 0,7÷10% ( lớn hơn 10% thì không ảnh hưởng lơn tới trở lực của lưới) Ckoblo và các cộng sự đã đưa ra công thức để xác định trở lực của lưới... khả năng thoát ẩm trong vật liệu, có nghĩa là vật liệu đạt được độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của vật liệu sẽ bằng nhiệt độ của môi trường xung quanh ( nhiệt độ của các tác nhân sấy ) và do đó có thể vượt quá nhiệt độ cho phép của vật liệu Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 20 ... bay hơi đồng thời có thể tách băng cách lau chùi , thấm thổi , ly tâm 2 Phân loại vật liệu sấy Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 16 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Có nhiều cách phân loại vật liệu sấy Cách phân loại được sử dụng nhiều trong kĩ thuật là cách phân loại dựa vào tính chất vật lý của vật thể của A.V.Lưcốp Theo cách này thì các vật liệu ẩm được chia làm 3 nhóm : vật xốp mao dẫn ,... trộn mãnh liệt nhất ứng với số tầng sôi bằng 2 ( Ks = 2) Giá trị tối ưu Ks của mỗi quá trình công nghệ tiến hành ở trạng thái tầng sôi dao động rất lớn Khi tính toán chế độ sấy tầng sôi có thể chọn tốc độ làm việc theo công thức sau: Re = 0,19Fe1,56÷0,28Fe1,56 (I.21) Re = 0,22Ar0,52÷0,33 Ar0,52 (I.22) Fe – Chuẩn số Phêđôrốp, thực hiện lực nâng giữa không khí và vật liệu sấy, được tính theo công thức: