Báo cáo thực hành thiết bị: Sấy đối lưu

Đường cong sấy và tốc độ sấy Đường cong biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật liệu theo thời gian sấy được gọi là đường cong sấy.. Để tìm được sự phụ thuộc này, đem vật liệu ẩm sấy đối lưu

Bài 8:SẤY ĐỐI LƯU 2

1.GIỚI THIỆU 2

2.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 2

3.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

3.1.Nguyên lý quá trình sấy bằng không khí 3

3.2.Đường cong sấy và tốc độ sấy 4

4.MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 8

4.1.Sơ đồ hệ thống 8

4.2.Trang thiết bị, hóa chất 9

5.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 10

5.1.Chuẩn bị 10

5.2.Các lưu ý 10

6.BÁO CÁO KẾT QUẢ 11

7.XỬ LÝ SỐ LIỆU 11

8.TÍNH MẪU 12

8.1.Cân bằng vật chất và năng lượng : 12

Bài 8: SẤY ĐỐI LƯU

1 GIỚI THIỆU.

 Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt

 Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của pha lỏng trong vật liệu thành hơi Hầu hết các vật liệu trong quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và thường được gọi là ẩm Vậy trong thực tế có thể xem sấy là quá trình tách ẩm bằng phương pháp nhiệt

 Sấy đối lưu là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí, khói lò, gọi chung là tác nhân sấy

 Quá trình sấy được khảo sát về hai mặt: tĩnh lực học và động lực học

 Nghiên cứu về tĩnh lực học quá trình sấy nhằm xác định được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy và tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất, năng lượng từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân và lượng nhiệt cần thiết

Nghiên cứu về động lực học quá trình nhằm nghiên cứu sự biến đổi hàm ẩm (độ ẩm) và nhiệt độ trung bình của vật liệu theo thời gian sấy Trong phạm vi bài thực hành ta chỉ nghiên cứu về sự biến đổi hàm ẩm (độ ẩm) của vật liệu theo thời gian sấy

từ đó xác định các thông số hóa lý của vật liệu và các thông số nhiệt động của quá trình sấy

2 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM.

- Khảo sát về tĩnh lực học quá trình sấy đối lưu trong thiết bị sấy bằng không khí nhằm:

- Xác định sự biến đổi thông số vật lý không khí ẩm và thành phần vật liệu sấy của quá trình sấy

- Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy

- So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy lý thuyết và quá trình sấy thực tế

3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

3.1 Nguyên lý quá trình sấy bằng không khí

Trong quá trình sấy nếu dùng tác nhân sấy là không khí thì gọi là sấy bằng không khí

Hình 8.1 Sơ đồ sấy bằng không khí

Trong sấy lý thuyết coi các đại lượng nhiệt bổ sung và nhiệt tổn thất đều bằng không, nếu gặp trường hợp nhiệt bổ sung bằng nhiệt tổn thất cũng coi như sấy lý thuyết

Khi sấy lý thuyết nhiệt lượng riêng của không khí không thay đổi trong suốt quá trình H=const (đẳng H), nói cách khác, trong quá trình sấy lý thuyết, một phần nhiệt lượng của không khí có bị mất mát đi cũng chỉ để làm bốc hơi nước trong vật liệu, do

đó H không đổi

Trong quá trình sấy, thường thì không khí thay đổi trạng thái vào phòng sấy và sau khi sấy xong

Các thông số đặc trưng cho trạng thái không khí và từ đó ta xác định được các đại lượng:

- Lượng không khí khô đi trong máy sấy:

L

Trong đó:

 L: lượng không khí khô đi trong máy sấy (kg/h)

 W: lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu (kg/h)

 Y´0 : hàm ẩm ban đầu của tác nhân sấy (kg/kghhh)

 Y´1 : hàm ẩm sau khi được đốt nóng của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

 Y´2: hàm ẩm sau khi được đốt nóng và sấy của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

- Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình:

QS = L.( H1 - H0 ) Trong đó:

 QS: lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy (kJ/h)

 Ho: hàm nhiệt ban đầu của tác nhân sấy (kg/kgkkk)

 H1: hàm nhiệt sau khi được đốt nóng của tác nhân sấy (kg/kgkkk) Trường hợp nhiệt bổ sung chung khác với nhiệt lượng tổn thất chung gọi là sấy thực tế

3.2 Đường cong sấy và tốc độ sấy

Đường cong biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật liệu theo thời gian sấy được gọi

là đường cong sấy Để tìm được sự phụ thuộc này, đem vật liệu ẩm sấy đối lưu đơn giản bằng không khí nóng với tốc độ và nhiệt độ không khí ẩm không đổi

Sự giảm độ ẩm của vật liệu trong một đơn vị thời gian gọi là thời gian sấy

N= d ´X

dτ

Từ biểu thức tốc độ sấy nhận thấy tốc độ sấy là tang góc nghiêng α của đường tiếp tuyến với đường cong sấy Như vậy bằng phương pháp vi phân đồ thị sẽ tìm được tốc độ sấy và dựng được đồ thị sự phụ thuộc tốc độ sấy với độ ẩm vật liệu, đồ thị của

sự phụ thuộc này được gọi là đường cong tốc độ sấy

Hình 8.3 Các đường cong tốc độ sấy điển hình

Phân tích đường cong sấy, đường cong tốc độ sấy và nhận thấy diễn biến của quá trình sấy gồm 3 giai đoạn: giai đoạn đốt nóng vật liệu, giai đoạn sấy đẳng tốc và giai đoạn sấy giảm tốc

3.2.1 Giai đoạn đốt nóng vật liệu

Đoạn AB trên hình 8.2 biểu diễn giai đoạn đốt nóng vật liệu: nếu ban đầu nhiệt

độ của vật liệu thấp hơn nhiệt độ bay hơi đoạn nhiệt của không khí thì trong giai đoạn đốt nóng, nhiệt độ của vật liệu tăng lên, Trong giai đoạn nay độ ẩm của vật liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễn tiến nhanh, kết thúc giai đoạn này, nhiệt độ của vật liệu

đạt đến nhiệt độ bầu ướt của không khí Nếu vật liệu có độ dày nhỏ và quá trình sấy là đối lưu thì thời gian sấy này không đáng kể

3.2.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc

Đoạn BC trên hình 8.2 biểu diễn giai đoạn sấy đẳng tốc: sau giai đoạn đốt nóng,

độ ẩm của vật liệu giảm tuyến tính theo thời gian sấy (trên đường cong sấy là đoạn thẳng hay đường cong tốc độ sấy là đoạn nằm ngang) Trong giai đoạn này, sự giảm

độ ẩm của vật liệu trong 1 đơn vị thời gian là không đổi(N=const) nên được gọi là giai đoạn sấy đẳng tốc, giai đoạn sấy đẳng tốc kéo dài cho đến thời điểm mà hàm ẩm của vật liệu đạt giá trị nào đấy thì kết thúc, được gọi là độ ẩm tới hạn của vật liệu.Nhiệt độ vật nói chung và nhiệt độ ở tâm bề mặt vật đạt đến giá trị xấp xỉ nhiệt độ bầu ướt của tác nhân sấy nghĩa là toàn bộ nhiệt lượng vật liệu nhận được chỉ để bay hơi ẩm

Tốc độ sấy đẳng tốc được tính theo công thức

N=100 J R m

v ρ0 =

100 J m F

V ρ0 =

100 J m F

G0 =100 Jm f

Trong đó: N tốc độ sấy đẳng tốc (%/h)

F: bề mặt bay hơi của vật liệu (m2)

V: thể tích của vật liệu(m3)

p0: khối lượng riêng chất khô trong vật liệu (kg/m3)

G0: khối lượng vật liệu khô tuyệt đối(kg)

f=G F

0: bề mặt riêng khối lượng của vật liệu (m3/kg)

Jm: cường độ bay hơi (kg/m2.h)

Cường độ bay hơi giai đoạn đẳng tốc được xác định từ phương trình của Dalton

và Newton:

Jm=α q

r (t k−t ư)

α q: Hệ số trao đổi nhiệt(kJ/m2.h.0C)

r: nhiệt hóa hơi của nước ở nhiệt độ bầu ướt (kJ/kg)

Nếu sấy đối lưu ở nhiệt độ không cao và vật liệu phẳng ta có công thức thực nghiệm xác định hệ số trao đổi nhiệt α q

α q=3,6¿ ¿(W/m2.k)

Trong đó: R: nửa chiều dày của vật liệu (m2)

wk: vận tốc tác nhân sấy (m/s)

pk: khối lượng riêng của tác nhân sấy (kg/m3)

Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc

τ1=

´

X đ− ´X k

N

Trong đó:X´đ: độ ẩm ban đầu của vật liệu (tính theo vật liệu khô)

´

X k: độ ẩm tới hạn (tính theo vật liệu khô)

N: tốc độ sấy trong giai đoạn đẳng tốc (%/h)

3.2.3 Giai đoạn sấy giảm tốc

Khi độ ẩm của vật liệu đạt giá trị tới hạn thì tốc độ sấy bắt đầu giảm dần và đường cong sấy chuyển từ đường thẳngsang đường cong tiệm cận dần đến độ ẩm cân bằng của vật liệu trong điều kiện của quá trình sấy Khi độ ẩm của vật liệu đạt đến giá trị cân bằng thì hàm ẩm của vật liệu không giảm và tốc độ sấy bằng 0, quá trình sấy kết thúc Tốc độ sấy trong giai đoạn này thay đổi theo các quy luật khác nhau tùy thuộc tính chất và dạng vật liệu (hình 8.3)

Để dễ dàng cho việc tính toán, người ta thay các dạng đường cong phức tạp của tốc độ sấy bằng đường thẳng giảm tốc quy ước sao cho việc thay thế này có sai số bé nhất, khi đó giá trị độ ẩm tới hạn sẽ dịch chuyển về điểm tới hạn quy ước và được gọi

là độ ẩm tới hạn quy ước, là giao điểm giữa đường đẳng tốc N và đường thẳng giảm tốc quy ước

Tốc độ sấy trong giai đoạn giảm tốc

−d ´X

dt =K ( ´X − ´X cb)

Dấu (-) chỉ tốc độ sấy giảm dần

K gọi là hệ số sấy, phụ thuộc vào chế độ sấy (tốc độ sấy đẳng tốc N) và tính chất của vật liệu(1/h) K là hệ số góc của đường thẳng giảm tốc và được tính:

K= N

´

X kqu− ´X cb

Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc

τ2=´X kqu− ´X cb

´

X kqu− ´X cb

´

X c− ´X cb )=

1

K ln ⁡(

´X kqu− ´X cb

´

X c− ´X cb )

Trong đó: X´ c là độ ẩm cuối của vật liệu sấy( tính theo vật liệu khô)( ´X¿ ¿c> ´X cb)¿

4 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM.

4.1 Sơ đồ hệ thống

Bảng 8.1 Bảng mô tả các bộ phận trên mô hình sấy

sấy

A Công tắc điện trở 1 Đóng mở điện trở 1

B Công tắc điện trở 2 Đóng mở điện trở 2 Có bộ điều khiển

nhiệt độ

C Công tắc điện trở 3 Đóng mở điện trở 3

E Bộ điều khiển nhiệt độ Điều khiển nhiệt độ Điện trở 2

Tk 0 Đầu dò nhiệt độ bầu khô

điểm 0

Hiển thị nhiệt độ Tk0

Tư 0 Đầu dò nhiệt độ bầu ướt

điểm 0

Hiển thị nhiệt độ Tư0

Tk 1 Đầu dò nhiệt độ bầu khô

điểm 1

Hiển thị nhiệt độ Tk1

Tư1 Đầu dò nhiệt độ bầu ướt

điểm 1

Hiển thị nhiệt độ Tư1

Tk 2 Đầu dò nhiệt độ bầu khô

điểm 2

Hiển thị nhiệt độ Tk2

Tư 2 Đầu dò nhiệt độ bầu ướt

điểm 2

Hiển thị nhiệt độ Tư2

4.2 Trang thiết bị, hóa chất

- Vật liêu sấy: giấy lọc hoặc giấy carton

- Phong tốc kế

- Đồng hồ bấm giây (có thể sử dụng điện thoại di động)

5 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM.

5.1 Chuẩn bị

- Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt

- Kiểm tra hoạt động của phong tốc kế

- Tắt tất cả các công tắc trên tủ điện.

-Cài đặt nhiệt độ sấy

-Khởi động tủ điều khiển

-Kiểm tra hoạt động của cân

-Cân vật liệu sấy

-Làm ẩm vật liệu sấy

-Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ thí nghiệm

-Đo tốc độ quạt, ghi nhận giá trị đo

-Bật công tắc điện trở 1,2 và 3

-Ghi nhiệt độ đạt giá trị thí nghiệm ổn định thì bắt đầu thí nghiệm

5.2 Các lưu ý

Trước khi đặt vật liệu sấy vào phòng sấy phải điều chỉnh cân về 0

Khi nhiệt độ sấy đạt giá trị thí nghiệm nhưng giá trị vẫn tăng thì tắt điện trở 1 hoặc 3 hoặc cả hai điện trở 1 và 3, tuyệt đối không tắt điện trở 2 (do có bộ điều khiển) Trường hợp sau khoảng thời gian nhất định không đạt thì kiểm tra điện trở 1 hoặc 3 đã bật chưa (đèn báo), nếu chưa thì bật lên

Trong suốt quá trình thí nghiệm phải điều chỉnh sao cho nhiệt độ điểm 1, tốc độ tác nhân sấy không được thay đổi

Khi kết thúc thí nghiệm:

Tắt công tắc điện trở 1 và 3(nếu đang bật)

Cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiển về nhiệt độ thí nghiệm tiếp theo Nếu là thí nghiệm cuối thì phải cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiển về 200C và tắt công tắt điện trở2

Lấy vật liệu sấy ra khỏi phòng sấy

6 BÁO CÁO KẾT QUẢ.

7 XỬ LÝ SỐ LIỆU.

Vì phòng sấy có dạng hình hộp chữ nhật nên ta có:

F = a.b Trong đó: a: Chiều rộng mặt bên của phòng sấy (a = 0.25 m)

b: Chiều cao mặt bên của phòng sấy ( b =0.39m)

F = 0.25*0.39 = 0.0975 m2

Dựa vào giản đồ Ramzin ta có giá trị H và Y tại các điểm:

STT

´

Y0

(kg/kg)

H (kJ/kg)

´

Y1

(kg/kg)

H (kJ/kg)

´

Y2

(kg/kg)

H (kJ/kg)

STT X´đ

(g/kg)

´

X c

(g/kg)

W

(kg)

Q¿

(kJ)

L tt

(kg)

Q tt

(kJ)

2

3

7 4

2213.46 4

5

2656.15 7

6

5

8 TÍNH MẪU

8.1 Cân bằng vật chất và năng lượng :

Tính mẫu dãy 1

´

x đ = 1 −G G o

đ = 1−5677 = 0.27 (g/kg)

´

x c = 1 −G G o

c = 1−5667 = 0.16 (g/kg)

´

X đ = 1− ´x x´đ

đ = 1−0.270.27 = 0.37 (g/kg)

´

X c =1− ´x x´c

c =1−0.160.16 = 0.19 (g/kg) Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu :

W = Gđ – Gc = 77-67 = 0,01 (kg)

Lượng không khí khô đi trong máy sấy ( theo lí thuyết) :

L¿= Y´ W

2− ´Y1 = 0,027−0,02550,01 = 3.846154 (kg)

Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy ( theo lý thuyết ) :

Q¿=L¿(H2−H o) =3.846154× ( 104.65 – 87.906 ) = 83.63615 (kJ) Lượng không khí khô đi trong máy sấy ( theo thực tế ) :

L tt= t (s) × ρ× f ×V= 6 ×60 × 0,0975× 1,16 ×2,5=¿101.79(kg)

ρ= M

22,4 x

273

T = 1,16 ( T lấy nhiệt độ phòng ở 300 C ) Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy ( theo thực tế ) :

Q tt=L tt(H2−H o)=¿101.79×( 104.65 – 87.906 ) = 2213.464 (kJ)