Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 101 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
101
Dung lượng
1,92 MB
Nội dung
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỊ THU HẰNG NGHIÊNCỨUQUÁTRÌNHTRUYỀNNHIỆTTRUYỀNCHẤTKHISẤYPHUNCÀCHUA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN : GS TSKH ĐẶNG QUỐC PHÚ HÀ NỘI – 2010 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS.TSKH Đặng Quốc Phú – người thầy động viên tận tình bảo suốt trình học tập hướng dẫn làm luận văn Tác giả xin cảm ơn thầy cô giáo anh em đồng nghiệp Viện Khoa học & Công nghệ Nhiệt Lạnh – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Xin cảm ơn gia đình bạn bè bên, động viên tạo điều kiện giúp đỡ để hoàn thành luận văn Tác giả Trần Thị Thu Hằng i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trìnhnghiêncứu hướng dẫn thầy Đặng Quốc Phú Các số liệu thực nghiệm kết nghiêncứu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Trần Thị Thu Hằng ii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤYPHUN .3 1.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG SẤYPHUN 1.1.1 Giới thiệu công nghệ sấyphun .3 1.1.2 Phân loại nguyên lý hoạt động loại thiết bị sấyphun 1.2 SƠ LƯỢC VỀ QUÁTRÌNHTRUYỀNNHIỆTTRUYỀNCHẤT TRONG THIẾT BỊ SẤYPHUN 1.3 CÁC NGHIÊNCỨU VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG SẤYPHUN 10 1.3.1 Các nghiêncứu lý thuyết 10 1.3.2 Các nghiêncứu thực nghiệm 12 CHƯƠNG II NGHIÊNCỨU THỰC NGHIỆM 15 2.1 MỤC ĐÍCH CỦA NGHIÊNCỨU THỰC NGHIỆM .15 2.2 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 15 2.2.1 Mục đích yêu cầu thiết bị thí nghiệm 15 2.2.2 Thiết bị thí nghiệm IC40D 15 2.2.3 Kiểm tra, cải tạo thiết bị 17 2.3 LỰA CHỌN VẬT LIỆU SẤY 20 2.3.1 Giới thiệu sản phẩm .20 2.3.2 Tính chất lý vật liệu sấy .21 2.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ LỰA CHỌN HÀM MỤC TIÊU .23 2.4.1 Lựa chọn yếu tố ảnh hưởng 23 2.4.2 Lựa chọn hàm mục tiêu 23 2.5 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 24 2.5.1 Khái niệm 24 2.5.2 Trình tự tiến hành .25 2.6 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 27 2.6.1 Các chế độ thí nghiệm 27 2.6.2 Chuẩn bị nguyên liệu sấy 27 2.6.3 Quy trìnhsấy lấy số liệu 27 2.7 ĐÁNH GIÁ SAI SỐ CỦA KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 32 2.8 XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 33 2.8.1 Xác định hệ số trao đổi nhiệt thể tích theo số liệu thực nghiệm .33 2.8.2 Xác định hệ số trao đổi nhiệt thể tích theo công thức Luikov 34 2.9 KẾT QUẢNGHIÊNCỨU 34 2.9.1 Hệ số trao đổi nhiệt thể tích càchua 34 2.9.2 Hệ số trao đổi nhiệt thể tích chung cho sản phẩm giàu đường 38 CHƯƠNG III XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC MÔ TẢ QUÁTRÌNHTRUYỀNNHIỆT – TRUYỀNCHẤT TRONG THIẾT BỊ SẤYPHUN CÙNG CHIỀU 41 3.1 MỤC ĐÍCH VÀ CÁC GIẢ THIẾT CỦA MÔ HÌNH TOÁN HỌC 41 3.1.1 Mục đích việc xây dựng mô hình toán học 41 3.1.2 Các giả thiết xây dựng mô hình 41 3.2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA GIAI ĐOẠN SẤY TỐC ĐỘ KHÔNG ĐỔI 42 3.2.1 Cân nhiệt cân chất 42 3.2.2 Quátrình dịch chuyển pha lỏng 43 iii 3.3 MÔ HÌNH TOÁN GIAI ĐOẠN SẤY GIẢM DẦN 45 3.3.1 Truyềnnhiệt 45 3.3.2 Truyềnchất 47 3.4 CÂN BẰNG NHIỆT, CÂN BẰNG CHẤT VÀ CÂN BẰNG MOMEN GIỮA CÁC HẠT VÀ TÁC NHÂN SẤY 52 3.4.1 Cân momen 52 3.4.2 Cân chất 53 3.4.3 Cân nhiệt 53 CHƯƠNG IV KẾT QUẢNGHIÊNCỨU LÝ THUYẾT VÀ ĐÁNH GIÁ 55 4.1 GIẢI THUẬT VÀ LỰA CHỌN CÔNG CỤ ĐỂ TÍNH TOÁN 55 4.2 BIẾN THIÊN TỐC ĐỘ CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT TRONG KHÔNG GIAN BUỒNG SẤY 58 4.3 NGHIÊNCỨU GIAI ĐOẠN SẤY CÓ TỐC ĐỘ SẤY KHÔNG ĐỔI 58 4.3.1 Ảnh hưởng kích thước ban đầu hạt 59 4.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ ban đầu tác nhân sấy 61 4.3.3 Ảnh hưởng thành phần thể tích chất rắn ban đầu .62 4.4 NGHIÊNCỨU GIAI ĐOẠN SẤY CÓ TỐC ĐỘ GIẢM DẦN VÀ TOÀN BỘ QUÁTRÌNHSẤY 64 4.4.1 Biến thiên nhiệt độ bề mặt hạt tâm hạt theo thời gian 64 4.4.2 Phân khối lượng vỏ xốp 65 4.4.3 Tốc độ bay hạt 67 4.4.4 Biến thiên khối lượng, độ ẩm hạt 68 4.4.5 Biến thiên nhiệt độ độ chứa tác nhân sấy 68 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .71 5.1 KẾT LUẬN 71 5.2 KIẾN NGHỊ .73 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Giá trị đo nhiệt độ không khí cấp 19 Bảng 2.2: Giá trị đo kiểm tra tốc độ không khí cấp 20 Bảng 2.3: Thành phần càchua 21 Bảng 2.5: Giá trị nhiệt độ vỏ máy nén thời gian máy nghỉ 31 Bảng 2.6: Giá trị trung tâm khoảng biến thiên biến 36 v DANH MỤC ĐỒ THỊ Hình 1.1: Các giai đoạn trìnhsấyphun .4 Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống sấyphun Hình 1.3: Chu trình hệ thống sấyphun hở Hình 1.4: Chu trình hệ thống sấyphun kiểu kín Hình 1.5: Chu trình hệ thống sấyphun kiểu nửa kín .7 Hình 1.6: Đường cong tốc độ sấy 10 Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo máy sấyphun IC40D 16 Hình 2.2: Vị trí điểm đo để kiểm tra nhiệt độ không khí cấp 18 Hình 2.3: Vị trí đo kiểm tra tốc độ .19 Hình 2.4: Hình ảnh loại càchua 21 Hình 2.5: Quy trình chuẩn bị vật liệu sấy 29 Hình 2.6: Sơ đồ lắp đặt thiết bị 32 Hình 2.7: So sánh hệ số trao đổi nhiệt thể tích tính theo Luikov thực nghiệm 35 Hình 2.8: So sánh αv thực nghiệm αv tính theo phương trình hồi quy 38 Hình 2.9: So sánh αV hồi quy αV thực nghiệm .39 Hình 3.1: Mô hình giảm ẩm hạt giai đoạn sấy thứ 42 Hình 3.2: Hạt vật liệu sấy giai đoạn sấy 46 Hình 3.3: Mô hình ống mao dẫn bên vỏ hạt .47 Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán .57 Hình 4.2: Biến thiên tốc độ điều kiện Utns = m/s, Rdo = 2mm .59 Hình 4.4: Phân bố phân thể tích chất rắn bên hạt có kích thước ban đầu 0,2 mm thời điểm khác 61 Hình 4.5: Cường độ bay hạt 62 Hình 4.6: Phân thể tích chất rắn bên hạt thời điểm khác 63 Hình 4.7: Phân thể tích chất rắn bên hạt thời điểm khác 63 Hình 4.8: Biến thiên nhiệt độ bề mặt tâm hạt 65 Hình 4.9: Thành phần khối lượng vỏ xốp độ ẩm hạt X = 0,6, bán kính hạt ban đầu Rdo = 2(mm) 66 Hình 4.10: Dòng từ hạt ứng thời điểm khác hạt có kích thước ban đầu Rdo = 2mm 67 Hình 4.11: Biến thiên khối lượng hạt trìnhsấy 68 Hình 4.12: Biến thiên độ ẩm tương đối hạt trìnhsấy 69 Hình 4.13: Biến thiên nhiệt độ tác nhân sấy 69 Hình 4.14: Biến thiên độ chứa tác nhân sấy 70 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU STT Ký hiệu Đơn vị đo Tên gọi C kJ/kgK R m d kg/kg F m2 Diện tích G g/h Lưu lượng khối lượng m kg Khối lượng T oC Nhiệt độ z m Tọa độ P bar Áp suất 10 X % Thành phần chất phụ gia Maltodextrin 11 µ Pa.s Độ nhớt động lực 12 λ J/kg Nhiệt ẩn hóa 13 h W/m2K 14 Dv m2/s 15 Ld m 16 αV W/m3K Hệ số trao đổi nhiệt thể tích 17 ϕ - Thành phần thể tích chất rắn 18 ε - Độ xốp 19 U m/s Tốc độ 20 t s Thời gian 21 D m Đường kính buồng sấy 22 k W/mK Hệ số dẫn nhiệt 23 ρ kg/m3 Khối lượng riêng 24 v m/s 25 ω - Nhiệt dung riêng Bán kính hạt Độ chứa tác nhân sấy Hệ số trao đổi nhiệt Hệ số bay Chiều dài hang xốp Tốc độ dịch chuyển ẩm Phân khối lượng vii 26 σ N/m 27 Q W 28 M kg/kmol 29 x % Sức căng bề mặt Dòng nhiệt Khối lượng kilomol Độ ẩm hạt KÝ HIỆU CHÂN Ký hiệu Ý nghĩa kn Khí nén v Hơi a Không khí khô cr Vỏ xốp wc Nhân ướt l sat Lỏng Bão hòa d Hạt g Môi trường tác nhân sấy viii LỜI MỞ ĐẦU Trải qua nhiều thập kỉ nghiêncứu phát triển, sấyphun ngày sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác từ việc sản xuất sản phẩm đòi hỏi yêu cầu chất lượng vệ sinh cao sản xuất thuốc, bột số loại hoa tới công nghiệp khai khoáng, sản xuất thuốc trừ sâu Công nghệ sấyphun sử dụng nhiều là phương pháp tiên tiến, tạo thành sản phẩm bột có chất lượng cao, thời gian sấy nhanh, áp dụng cho vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ vật liệu chịu nhiệt Hiện công nghệ sấyphun tiếp tục nghiêncứu để đáp ứng nhu cầu công nghiệp đại hóa cao giới Các nghiêncứu tập trung chủ yếu theo hai hướng chính: hướng thứ nghiêncứu mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ sấyphun nhiều lĩnh vực khác theo tiêu chí vận hành an toàn, tiết kiệm lượng cho sản phẩm có chất lượng cao; hướng thứ hai mô trìnhsấyphun với trợ giúp chương trình máy tính nhằm đánh giá ảnh hưởng thông số vận hành, từ tìm giải pháp tối ưu để cải tiến hoàn thiện dần công nghệ sấyphun Sản lượng rau Việt Nam không ngừng tăng lên nhờ có trình đại hóa nông nghiệp Tuy nhiên, hầu hết loại sản phẩm sử dụng theo mùa vụ thời gian bảo quản ngắn dẫn tới dư thừa thiếu hụt tùy theo thời vụ năm Hơn nữa, nhu cấu sử dụng thức ăn nhanh ngày lớn nên việc sản xuất loại bột từ loại trái nhằm kéo dài thời gian sử dụng đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho ngành công nghiệp thực phẩm có ý nghĩa thực tiễn lớn Công nghệ sấyphun giải pháp tối ưu cho nhu cầu Mục đích luận văn nghiêncứutrìnhtruyềnnhiệt – truyềnchất thiết bị sấyphun nói chung trìnhsấyphun sản phẩm giàu đường nói riêng PHỤ LỤC PL1: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CHO MÔ HÌNH TOÁN clear all format long % DIEU KIEN BAN DAU % kich thuoc buong say D_buong=0.125; F_buong=3.1416*D_buong^2/4; %dieu kien moi truong ngoai t_mt=30; humit=0.8; % so khoang chia sokhoang=10; % cac thong so ban dau cua hat tocdo_d(1)=100; G_d=0.1/3600; R_d(1)=2/10^3; t_d(1)=t_mt; s_L=4.28*10^3; s_s=0.7*10^3; s_v=10^3; succang=71.2/10^3; data=0.946; muy_l=0.0002819; X(1)=0.94; ro_mal=1400; ro_suc=1526; ro_w=998; x_mal=0.45; ro_s=x_mal*ro_mal+(1-x_mal)*ro_suc; ro_d(1)=ro_s*(1+X(1))/(1+ro_s*X(1)/ro_w); v_d(1)=4/3*R_d(1)^3; m(1)=ro_d(1)*v_d(1); m_l(1)=m(1)*X(1); m_s(1)=m(1)*(1-X(1)); N=G_d/m(1); % xop lon nhat phi_max=0.6; % cac thong so dau vao cua tac nhan say tocdo_tns(1)=5; t_tns(1)=200; p_bho=exp(12-4026/(235.5+t_mt)); d(1)=0.622*humit*p_bho/(1-humit*p_bho); ro_tns(1)=353*(1+d(1))/(t_tns(1)+273)/(1+1.068*d(1)); G_k=ro_tns(1)*tocdo_tns(1)*F_buong k_tns(1)=0.0060065+0.0000656*(t_tns(1)+273); donhot_tns(1)=(0.0411*(t_tns(1)+273)+6.2563)/10^6; p_h(1)=humit*p_bho; p_wR(1)=exp(12-4026/(235.5+t_d(1))); D_AB(1)=(0.0015*(t_d(1)+273)-0.19)/10^4; % truong xop ban dau for j=1:sokhoang+1 phi(j,1)=0.32 end % he so dan nhi?t k_p=1.2;%duong gluco k_lt=0.006;%khong de tinh cho cr k_w=53; xi=k_p/k_w; k_wc(sokhoang,1)=k_w*(xi*(1-phi(sokhoang,1))^(2/3)+1-(1phi(sokhoang,1))^(2/3))/(xi*(1-(phi(sokhoang,1))^(2/3)-(1phi(sokhoang,1)))+1-(1-phi(sokhoang,1))^(2/3)+(1-phi(sokhoang,1))); k_cr=k_lt*(2*k_lt+k_p-2*phi_max*(k_lt-k_p)/(2*k_lt+k_p+phi_max*(k_ltk_p))); % buoc thoi gian delta_t=5*10^(-10); i=1 %for i=2:20 while (phi(sokhoang+1,i)0 m_cham(i-1)=delta_m(i-1)/delta_t; m(i)=m(i-1)-delta_m(i-1); m_l(i)=m_l(i-1)-delta_m(i-1); m_s(i)=m_s(i-1); X(i)=m_l(i)/m(i); % tac nhan say delta_d(i-1)=N*delta_m(i-1); d(i)=d(i-1)+delta_d(i-1); % tinh toc tuong doi cua hat tocdo_tns(i)=tocdo_tns(i-1); tocdo_df(i-1)=0.153*(2*R_d(i-1))^1.14*9.81^0.71*(ro_d(i-1)-ro_tns(i1))/(ro_tns(i-1)^0.29*(donhot_tns(i-1)^0.4)); Re(i-1)=ro_tns(i-1)*tocdo_d(i-1)*2*R_d(i-1)/donhot_tns(i-1); if Re(i-1)ri(sokhoang,i)) && (ri2(i)