Quá trình sấy vật liệu

KHÁI NIỆM VẬT LIỆU ẨM NƯỚC TRONG VẬT LIỆU NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CẤU TRÚC VẬT MAO DẪN XỐP TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU ẨM TRẠNG THÁI VẬT LIỆU TRONG QUÁ TRÌNH SẤY CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG LỰC CỦA VẬT LIỆU ẨM Thế truyền vận ẩm (SV tự xem lại) Ẩm dung riêng của Hệ số gradien nhiệt độ của vật liệu ẩm Hệ số truyền ẩm

Trang 1

Quá trình sấy

Người trình bày: ThS Hoàng Trung Ngôn

Trang 2

KHÁI NIỆM

 Sấy là quá trình thoát nước vật lý khỏi vật liệu bột hoặc

vật liệu mộc (phần khuôn hình mới tạo, chưa xử lý nhiệt) Tác nhân sấy có thể là khí nóng, tia bức xạ hồng ngoại, dòng cao tần, sóng cực ngắn

 Sấy có thể coi là khâu xử lý kỹ thuật quan trọng nhất với

các sản phẩm gốm thô, gốm mỹ nghệ tạo hình bằng đổ rót hoặc tạo hình dẻo Theo dõi quá trình sấy thường đo các thông số công nghệ như: biến đổi độ ẩm, nhiệt độ

của tác nhân sấy; độ co dài, độ co thể tích, độ bền cơ theo thời gian sấy của mẫu sấy

Trang 3

KHÁI NIỆM

Theo dõi tốc độ thoát ẩm của sản phẩm sấy, có thể chia quá trình làm ba giai đoạn:

 Tăng nhiệt độ

 Tốc độ sấy không đổi

 Tốc độ sấy giảm

Tốc độ sấy xác định bởi lượng nước thoát ra khỏi một đơn

vị diện tích sản phẩm sấy trên một đơn vị thời gian sấy



Quá trình thoát nước kèm theo sự co làm biến dạng sản phẩm mộc Quá trình co thường xảy ra trong giai đoạn tốc độ sấy không là giao điểm đường cong tốc độ sấy không đổi và tốc độ sấy giảm đổi và ngừng ở thời điểm gọi là điểm tới hạn Điểm tới hạn

Trang 4

VẬT LIỆU ẨM

Trang 5

NƯỚC TRONG VẬT LIỆU

 Liên kết cơ lý bao gồm liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết

thấm ướt Lượng ẩm liên kết hóa lý không theo một tỷ lệ nhất định nào, nó đặc trưng bằng sức căng bề mặt của nước, nó thay đổi tuyến tính với nhiệt độ.

 Liên kết hóa lý tồn tại ở 2 dạng: liên kết hấp phụ và liên kết thẩm

thấu Lượng ẩm liên kết không theo một tỷ lệ nhất định nào, nó đặc trưng bởi sự hút ẩm của vật liệu kèm theo sự tỏa nhiệt

 Liên kết hóa học Liên kết thể hiện ở dạng liên kết ion hay liên kết phân tử, có trong thành phần khoáng (thạch cao CaS04.2H20, ximăng 3Ca0.Si02.mH20…) nước hoá học chỉ bị bay hơi ở nhiệt độ cao (>500

0 C) Vật khi bị tách ẩm thì tính chất của nó thay đổi Trong quá trình sấy ta không thể tách được ẩm liên kết hóa học

Trang 6

NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

Trang 7

CẤU TRÚC VẬT MAO DẪN XỐP

Trang 8

TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU ẨM



Trang 9



Trang 10



Trang 11



Trang 12

Trang 13

TRẠNG THÁI VẬT LIỆU TRONG QUÁ

TRÌNH SẤY

Trang 14

TRẠNG THÁI VẬT LIỆU TRONG QUÁ

TRÌNH SẤY

 Trong quá trình sấy vật liệu (đặt biệt là sấy đối lưu)

không thể tách hoàn toàn lượng ẩm trong vật liệu cho

nên quá trình sấy thường kết thúc ở độ ẩm cân bằng (uc)

 0A : Ẩm liên kết hấp phụ đơn phân tử, tại A biểu diễn trạng thái cân bằng trong quá trình sấy

 AB : Liên kết hấp phụ đa phân tử

 BC : Ẩm liên kết mao dẫn nhỏ

 C : Tương ứng độ hút ẩm cực đại, nếu độ ẩm vật liệu lớn hơn độ ẩm cực đại thì vật liệu ở trạng thái vật liệu ướt

Trang 15

CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG LỰC

CỦA VẬT LIỆU ẨM

Thế truyền vận ẩm (SV tự xem lại)

 Ẩm dung riêng của

 Hệ số gradien nhiệt độ của vật liệu ẩm

 Hệ số truyền ẩm

Trang 16

TÁC NHÂN SẤY

Trang 17

 R: Hằng số khí lý tưởng (j/kg.K)

 Một số phương trình quan hệ (phương trình trạng thái)

Trang 18

CÁC QUAN HỆ NHIỆT ĐỘNG CỦA KHÔNG

KHÍ ẨM

Trang 19

CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ CỦA KHÔNG

KHÍ ẨM

Trang 20

KHÍ ẨM

Trang 21

KHÍ ẨM

Trang 22

KHÍ ẨM

Trang 23

ĐỒ THỊ KHÔNG KHÍ ẨM

 Nguyên tắc thành lập giản đồ I –x (I –d)

 Trục tung I (entanpi)

 Trục hoành x (hàm ẩm), I – x tạo thành góc 135 0

 Các đường đẳng x (x=cosnt) song song với trục tung.

 Các đường đẳng I song song với trục x.

 Đường độ ẩm tương đối = cosnt phương trình

 Các đường nhiệt độ dựng theo phương trình

 Nguyên tắc thành lập giản đồ t – P (SV tự ôn lại)

Trang 24

BIỂU DIỄN SỰ THAY ĐỔI TRẠNG THÁI KHÔNG KHÍ ẨM TRÊN GIẢN ĐỒ I – d.

Trang 25

ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SẤY

1 ĐƯỜNG CONG SẤY

Trang 26

ĐƯỜNG CONG SẤY

Trang 27

Thời gian sấy vật liệu

Trang 28

Giai đoạn sấy đẳng tốc

 Lúc bắt đầu sấy trong vật liệu còn nhiều nước, tốc độ

khuyếch tán của nước bên trong vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi nước trên bề mặt vật liệu, vì thế tốc độ sấy trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bay hơi trên bề mặt vật liệu, không phụ thuộc vào các yếu tố bên

trong vật liệu (bề dày lớp vật liệu, cấu trúc vật liệu, độ ẩm ban đầu…) mà nó chỉ phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ của tác nhân sấy…) Khi các yếu tố không đổi thì tốc độ sấy cũng không đổi

 Vì vậy muốn tăng tốc sấy trong giai đoạn này thì chủ yếu

thay đổi các thông số bên ngoài

Trang 29

Giai đoạn sấy giảm tốc

 Độ ẩm của vật liệu giảm, tốc độ khuyếch tán hơi nước từ bề mặt vật liệu ra bề mặt vật liệu giảm và nhỏ hơn tốc độ bay hơi của hơi nước tren bề mặt vật liệu Do đó tốc độ sấy ở giai đoạn này chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ khuyếch tán của hơi nước bên trong vật liệu ra bề mặt Vì vậy tốc độ sấy ở giai đoạn này phụ thuộc vào các yếu tố bên trong vật liệu cho nên muốn tăng tốc độ sấy ở giai đoạn này phải khắc phục trở lực khuyếch tán của vật liệu Nhiệt độ vật liệu sấy tăng dần nên trong giai đoạn này phải giữ nhiệt độ của không khí sấy không lớn hơn nhiệt độ cho phép của vật liệu.

Trang 30

ĐƯỜNG CONG TỐC SẤY

Trang 31

 Các đường cong tốc độ sấy điển hình

1)Đường cong tốc độ sấy vật liệu dạng sợi (giấy, các tông…)

2)Đường cong tốc độ sấy vật liệu (vải, bột…)

3)Đường cong tốc độ sấy vật liệu mao xốp, gạch xốp, gốm sứ…

4)Đường cong tốc độ sấy vật liệu mao quản xốp ( dất sét….)5)5,6 ) Đường cong tốc độ sấy vật liệu mao xốp (bánh mì….)

Trang 32

SỰ PHỤ THUỘC GIỮA NHIỆT ĐỘ VÀ HÀM ẨM

TRUNG BÌNH CỦA

VẬT LIỆU

Trang 33

CÁC KHUYẾT TẬT KHI SẤY SẢN

PHẨM SILICÁT

 Trong công nghệ Silicát đề đánh giá, so sánh chế độ sấy

trong thực tế sản xuất thường dựa vào 3 tiêu chí:

 Nhiệt tiêu tốn riêng q (Kcal/kg)

 Thời gian sấy

 Phế phẩm trong quá trình sấy (thể hiện sự co ngót vượt quá giới hạn, gây ra nứt vỡ sản phẩm)

Trang 34

PHẨM SILICÁT

 Sự co ngót của sản phẩm

Nghiên cứu nguyên nhân gây biến dạng sản phẩm sấy(cong và nứt) trên thực tế là mục đích chính của công đoạn sấy Độ

nhạy của đất sét khi sấy trực tiếp liên quan tới tính dẻo của đất sét Đây là 2 thông số liên quan trực tiếp tới sự tạo vết nứt và tính chất hoá lý của đất sét.

 Các loại đất sét khác nhau nhiều về chỉ số dẻo, cần lượng ẩm tạo hình tương đối giống nhau

 Đất sét có độ nhạy khi sấy cao có tính dẻo với trị số bằng với đất sét có độ nhạy khi sấy thấp.

 Độ co của các đất sét, độ nhạy khi sấy thấp bằng độ co của đất sét có độ nhạy sấy cao.

Trang 35

PHẨM SILICÁT

 Tính dẻo và liên kết của đất sét, sự co khi sấy

 Tính chất tạo hình quan trọng nhất của đất sét là tính dẻo Khi

sấy nước bay hơi là giảm tính dẻo của vật liệu sấy Phần lưc liên kết giữa các hạt đất sét ẩm do tương tác Wanderwalls sẽ đóng vai trò chính trong khối đất sét khô, đồng thời sản phẩm sấy bị giảm kích thước hình học.

 Sự giản kích thước hình học gọi là sự co, sự tách ẩm khỏi đất sét

gây nên sự co Lực gây nên sự co khối đất sét ẩm là lực căng bề mặt, tác dụng trên giới hạn phân chia bề mặt pha lỏng – rắn Trong hệ huyền phù lực căng bề mặt không tác dụng Khi lượng nứơc giảm tạo khối đất sét dẻo, lực căng bề mặt trong các mao quản tăng dần Thể tích đất sét giảm khi sấy còn do sự ngưng tụ màng keo giữa các hạt đất sét, nhưng lực này tương đối nho.û

Trang 36

PHẨM SILICÁT

Trang 37

SẤY ĐỐI LƯU

Trang 38

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Trang 40

TÍNH CAÂN BAÈNG NHIEÄT

Trang 41

TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT

 Dòng nhiệt mang vào thiết bị sấy

 Nhiệt do dòng tác nhân sấy mang vào: L.I0

 Nhiệt do Caloliphe cấp Qs = L(I1 – I0)

 Nhiệt do vật liệu mang vào C1G1

 Nhiệt bổ sung Qb do bộ phận vận chuyển mang vào C’1.G’1

 Dòng nhiệt mang ra khỏi thiết bị sấy

 Nhiệt do dòng tác nhân sấy mang ra: L.I2

 Nhiệt do mất mát môi trường xung quanh Qm

 Nhiệt do vật liệu sấy mang ra: C2G2 .

 Nhiệt do bộ phận vận chuyển vật mang ra: C’2.G’2 .

Trang 42

TÍNH CAÂN BAÈNG NHIEÄT

Trang 45

CÁC PHƯƠNG THỨC SẤY

Trang 46

CÁC PHƯƠNG THỨC SẤY

Trang 52

TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY ĐỐI LƯU

Trang 53

TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY ĐỐI LƯU

Trang 67

PHAÂN LOAẽI CAÙC PHệễNG THệÙC

SAÁY

 Phaõn loaùi toồ chửực vaọt lieọu saỏy

 Sấy lớp vật liệu trong trạng thái tĩnh

 Sấy lớp vât liệu tĩnh có chuyển động tương đối.

 Sấy lớp vật liệu trong trạng thái xáo trộn.

 Sấy vật liệu trong trạng thái lơ lửng

 Sấy vật liệu trong trạng thái phân tán.

 Phaõn loaùi theo cheỏ ủoọ saỏy

 Thiết bị sấy gián đoạn

 Thiết bị sấy bán liên tục

 Thiết bị sấy liên tục.

Trang 68

PHAÂN LOAẽI CAÙC PHệễNG THệÙC

SAÁY

Phaõn loaùi theo aựp suaỏt laứm vieọc trong boàng saỏy

Thiết bị sấy áp suất cao

Thiết bị sấy áp suất khí quyển (áp suất thường)

 Thiết bị sấy áp suất thấp (sấy chân không)

 Thiết bị sấy áp suất rất thấp (áp suất đạt trạng thái điểm 3 của nước) gọi là sấy thang

hoa.

Phaõn loaùi theo keỏt caỏu thieỏt bũ

Phòng sấy, tủ sấy, hầm sấy.

 Tháp sấy, sấy thùng quay

Sấy bang tải, sấy đĩa.

Sấy tầng sôi

 Sấy khí động

Sấy phun

Trang 69

THỨ TỰ THIẾT KẾ MỘT HỆ THỐNG

SẤY

1 Chọn phương pháp sấy

2 Chọn kiểu của hệ thống sấy

3 Chọn chế độ sấy

4 Tính toán cân bằng vật chất của thiết bị sấy

5 Tính toán cân bằng nhiệt của thiết bị sấy

6 Chọn tác nhân sấy, nguồn năng lượng

7 Tính toán kết cấu của TBS

8 Tính calorifer (nếu có) và các thiết bị phụ

9 Bố trí HTS, tính trở lực và chọn quạt

10.Tính hiệu quả kinh tế

Trang 70

Tính toán các tổn thất

Trang 71

Tính toán thiết bị sấy phòng

1 Tính toán năng suất sấy riêng

2 Tính lượng ẩm cần bốc hơi riêng

4 Tính toán quá trình sấy lý thuyết

5 Xác định kích thước của hầm sấy, xe goòng

6 Tính toán nhiệt của hệ thống sấy

7 Tính toán quá trình sấy thực

8 Tính lượng tác nhân sấy cần thiết trong quá trình sấy thực

9 Bố trí thiết bị, tính tổng trở lực và lựa chọn quạt

10.Tính toán calorifer (nếu cần thiết)

Trang 72

Tính toán thiết bị sấy hầm (tunel)

5 Xác định kích thước của hầm sấy, xe goòng

10.Tính toán calorifer (nếu cần thiết)

Trang 73

Tính toán thiết bị sấy phun

5 Xác định kích thước thiết bị sấy

5.1 Kích thước buồng sấy

 Thể tích buồng sấy

 Đường kính buồng sấy

 Chiều cao buồng sấy

5.2 Xác định độ chêng lệch nhiệt độ trung bình

5.3 Tính toán vòi phun

10 Tính toán calorifer (nếu cần thiết)

Trang 74

Tính toán thiết bị thùng quay

Trang 75

Thieát bò saáy xích

Trang 76

Thieát bò saáy xích

Trang 77

Máy Sấy Phun ATM15

Trang 78

Sấy bức xạ và sấy điện

 Dùng các tia truyền năng lượng cho vật thể rắn, năng lượng của

chùm tia biến thành nhiệt năng sấy vật liệu Nguồn phát năng lượng có thể là vật liệu (ceramic,kim loại) được đốt nóng hoạc dùng các loại đèn bức xạ Các tia bức xạ có thể có phổ sóng trong vùng ánh sáng nhìn thấy hoặc không nhìn thấy.

 Vật liệu đất sét ẩm hấp thụ các tia tạo nhiệt không chỉ trên bề mặt

mà sâu vào phía trong tuỳ theo cấu trúc của từng loại vật liệu.

 Đặc biệt trong các lỗ xốp các tia có khả năng phản xạ nhiều lần nhờ

vậy vật liệu hấp phụ hầu như toàn bộnăng lượng của các tia (tương tự như vật đen tuyệt đối)

 Khi truyền nhiệt bởi bức xạ, hai vật thể bức xạ lẫn nhau, trường hợp

sấynhiệt độ của vật liệu sấy là rất nhỏ so với nhiệt độ nguồn bức xạ.

Trang 79

Tính tốc độ sấy

Định dạng
Số trang	79
Dung lượng	2,3 MB