Đang tải... (xem toàn văn)
quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm, nhằm: • Xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy. • Xác định các thông số sấy: độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng; tốc độ sấy đẳng tốc; thời gian sấy đẳng tốc, thời gian sấy giảm tốc. • Đánh giá sai số của quá trình sấy.quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm, nhằm: • Xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy. • Xác định các thông số sấy: độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng; tốc độ sấy đẳng tốc; thời gian sấy đẳng tốc, thời gian sấy giảm tốc. • Đánh giá sai số của quá trình sấy.quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm, nhằm: • Xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy. • Xác định các thông số sấy: độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng; tốc độ sấy đẳng tốc; thời gian sấy đẳng tốc, thời gian sấy giảm tốc. • Đánh giá sai số của quá trình sấy.quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm, nhằm: • Xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy. • Xác định các thông số sấy: độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng; tốc độ sấy đẳng tốc; thời gian sấy đẳng tốc, thời gian sấy giảm tốc. • Đánh giá sai số của quá trình sấy.quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm, nhằm: • Xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy. • Xác định các thông số sấy: độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng; tốc độ sấy đẳng tốc; thời gian sấy đẳng tốc, thời gian sấy giảm tốc. • Đánh giá sai số của quá trình sấy.
MỤC LỤC CHƯƠNG TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm 1.2 Phương pháp thí nghiệm 1.3 Số liệu thô CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM 2.1 Định nghĩa 2.2 Các đặc trưng trình sấy 2.3 Tác nhân sấy 2.4 Động lực trình sấy 2.5 Các dạng liên kết ẩm 2.6 Động học trình sấy 2.6.1 Đường cong sấy đường cong tốc độ sấy 2.6.2 Các giai đoạn trình sấy CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 10 3.1 Thiết bị thí nghiệm 10 3.2 Cách tiến hành 10 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU 11 4.1 Kết tính tốn tra cứu: 11 4.2 Đồ thị 14 4.3 Đánh giá kết thí nghiệm 17 4.3.1 Sai số dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy 17 4.3.2 Sai số tính tốn thông số 20 CHƯƠNG 5: BÀN LUẬN 22 5.1 Đường cong sấy đường cong tốc độ sấy 22 5.2 Các thơng số tính tốn 23 5.3 Nhận xét giải thích kết đánh giá sai số 25 5.4 PHỤ LỤC 28 6.1 Các thông số ban đầu 28 6.1.1 Vật liệu sấy 28 6.1.2 Tác nhân sấy 28 6.2 Các nguyên nhân biện pháp khắc phục sai số 27 Các cơng thức tính tốn 28 6.2.1 Tính tốn số liệu cho bảng 3, 28 6.2.2 Tính tốn cho bảng 29 6.2.3 Tính tốn cho bảng 7, 30 6.2.4 Tính tốn cho bảng 10: Các giá trị theo lý thuyết 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 CHƯƠNG TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm Khảo sát trình sấy đối lưu thực nghiệm, nhằm: • Xây dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy • Xác định thơng số sấy: độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng; tốc độ sấy đẳng tốc; thời gian sấy đẳng tốc, thời gian sấy giảm tốc • Đánh giá sai số q trình sấy 1.2 Phương pháp thí nghiệm Ta tiến hành sấy chế độ: 45oC, 55oC 65oC Đầu tiên, giấy lọc nhúng ướt 30 giây, phơi song sắt cửa sổ đến hết nhiễu nước cho vào buồng sấy Song song với đó, calorifer khởi động với chế độ sấy (nhiệt độ bầu khô) điều chỉnh cho chế độ sấy khay chứa nước đổ đầy để xác định nhiệt độ bầu khô Khi nhiệt độ bầu khô bầu ướt hiển thị ổn định, tiến hành xếp giấy lọc lên khay (có kết nối với cân) buồng sấy Tại thời điểm xác định trước, ghi giá trị nhiệt độ bầu khô – bầu ướt số cân • Chế độ sấy 45oC: Cứ 03 phút ghi giá trị lần • Chế độ sấy 55oC: Cứ 02 phút ghi giá trị lần • Chế độ sấy 65oC: Cứ 02 phút ghi giá trị lần 1.3 Số liệu thô Khối lượng khô tuyệt đối giấy lọc chọn: G0 = 47,5g hay 0,0475kg Bảng Kết thô thu từ thí nghiệm Chế độ sấy 45oC Chế độ sấy 55oC Chế độ sấy 650C G tư tk G tư tk G tư tk (phút) (g) (oC) (oC) (phút) (g) (oC) (oC) (phút) (g) (oC) (oC) 152,5 35 47 150 40 54 147,5 46 62 142,5 36 48 140 39 54 130 46 62 135 36 48 135 39 52 115 47 67 127,5 36 48 122,5 39 55 105 46 65 12 120 36 48 117,5 39 55 92,5 46 63 15 112,5 36 48 10 110 39 55 10 82,5 47 67 18 105 36 48 12 102,5 40 56 12 70 46 64 21 95 35 48 14 95 39 52 14 62,5 47 65 24 87,5 35 48 16 87,5 40 57 16 55 47 68 27 80 35 47 18 80 39 52 18 50 46 62 30 72,5 35 47 20 75 40 56 20 47,5 47 67 33 67,5 35 47 22 67,5 39 53 22 47,5 46 65 36 62,5 35 47 24 62,5 40 53 24 47,5 47 66 39 57,5 35 47 26 57,5 39 54 26 47,5 48 67 42 55 35 47 28 52,5 39 52 45 50 35 47 30 50 39 55 48 47,5 35 47 32 47,5 39 52 51 47,5 35 47 34 47,5 40 57 54 47,5 35 47 36 47,5 39 52 57 47,5 35 47 38 47,5 40 55 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM 2.1 Định nghĩa Sấy đối lưu trình tách ẩm khỏi vật liệu cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi, trình truyền nhiệt truyền ẩm thực phương pháp đối lưu Các chế đối lưu chất giống với chế tiếp xúc, luôn kèm theo chuyển động mạnh dòng lưu chất (ở tác nhân sấy truyền nhiệt nhận ẩm lúc di chuyển qua vật liệu mang ẩm) 2.2 Các đặc trưng trình sấy Quá trình sấy trình khơng thuận nghịch (ẩm ngồi với tác nhân sấy) không ổn định (tốc độ sấy thay đổi) Chính vậy, q trình phức tạp, với trình nhỏ diễn đồng thời: • Truyền nhiệt cho vật liệu (đun nóng vật liệu) • Dẫn ẩm lịng vật liệu (khuếch tán trong) • Chuyển pha (ẩm từ lỏng thành hơi) • Ẩm bốc môi trường xung quanh (khuếch tán ngồi) Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình sấy đa dạng Có thể kể đến chất vật liệu sấy (quyết định cấu trúc bề mặt, mao quản, khả liên kết ẩm), hình dạng vật liệu sấy (quyết định diện tích bề mặt tiếp xúc), độ ẩm vật liệu sấy (quyết định giới hạn trình sấy), tính chất vật lý tác nhân sấy (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ), chênh lệch nhiệt độ đầu – cuối trình sấy (quyết định lượng nhiệt tiêu hao), cấu tạo thiết bị sấy (vật liệu đảo trộn hay đứng yên, phương thức sấy chế độ sấy) 2.3 Tác nhân sấy Tác nhân sấy chất dùng để gia nhiệt cho vật liệu sấy, đồng thời nơi nhận ẩm mang ẩm khỏi vật liệu sấy Tác nhân sấy dùng phổ biến khơng khí (có mang lượng ẩm định) tính có sẵn việc đảm bảo độ cho vật liệu Trong thí nghiệm này, ta dùng khơng khí ẩm để làm tác nhân sấy 2.4 Động lực trình sấy Là chênh lệch áp suất nước (ẩm) bề mặt vật liệu áp suất riêng phần nước khơng khí ẩm (là tác nhân sấy sử dụng) Như chất trình khuếch tán gắn liền với chế truyền khối, ẩm di chuyển từ nơi có áp suất cao (bề mặt vật liệu) sang nơi có áp suất thấp (khơng khí ẩm) nhằm san khoảng cách áp suất bên Tuy nhiên, thực tế người ta xây dựng đường cong biểu diễn cân độ ẩm tương đối khơng khí ẩm (φ, thể nồng độ nước pha nhận vật chất) với độ ẩm tuyệt đối vật liệu (U, thể nồng độ nước lỏng pha nhường vật chất) Động lực q trình, biểu diễn qua ΔP, Δφ hay sử dụng sấy (chênh lệch nhiệt độ bầu khô bầu ướt khơng khí ẩm) ε 2.5 Các dạng liên kết ẩm Bảng Các dạng liên kết ẩm với vật liệu khả tách trình sấy Dạng liên kết Khái niệm Là liên kết ẩm với vật liệu Liên kết hóa học dạng OH- tinh thể ngậm nước Ví dụ: CaSO4.2H2O, SiO2.7H2O Khả sấy Đây liên kết bền, tách sấy Ví dụ: dùng H2SO4đđ để hút Do lực vật lý tạo nên lớp đơn phân Liên kết hấp phụ tử bề mặt vật liệu, tạo thành lớp đa phân tử, có liên kết yếu hơn, cuối chúng gần đến trạng thái ẩm Quá trình sấy tách phần ẩm tự Liên kết vật lý Liên kết Do lực mao dẫn giữ mao mao dẫn quản lỗ xốp nhỏ lớp ẩm Dạng liên kết tồn dung Liên kết dịch, áp suất thẩm thấu làm cho áp thẩm suất bề mặt dung dịch nhỏ thấu áp suất dung môi nguyên chất Liên kết lý 2.6 Ẩm nằm tự bề mặt lỗ xốp mao quản lớn Liên kết yếu, tách sấy Q trình sấy để tách ẩm từ dung dịch khó tách ẩm từ dung môi nguyên chất Liên kết liên kết yếu tách sấy phương pháp học Động học trình sấy Động học trình sấy đặc trưng tốc độ sấy (kí hiệu N, định nghĩa lượng ẩm bốc khỏi vật liệu đơn vị thời gian) thời gian sấy (kí hiệu τ) Từ ta có: N = − dU d , U độ ẩm tuyệt đối vật liệu (% khối lượng ẩm so với khối lượng khô tuyệt đối) τ thời gian sấy (theo giờ) Từ đó, N mang đơn vị %/h 2.6.1 Đường cong sấy đường cong tốc độ sấy Đường cong sấy đường cong tốc độ sấy có dạng sau: Hình Hình dạng đường cong sấy (bên trái, đường nhạt), đường cong nhiệt độ vật liệu (bên trái, đường đậm) đường cong tốc độ sấy (bên phải) Ở đồ thị, giai đoạn AB giai đoạn đun nóng vật liệu, BC giai đoạn sấy đẳng tốc CD giai đoạn sấy giảm tốc Riêng đường cong tốc độ sấy, giai đoạn sấy giảm tốc có hình dạng phức tạp phụ thuộc vào loại vật liệu sấy Đường số đặc trưng cho vật liệu xốp, mỏng Đường số đặc trưng cho vật liệu keo Đường số đặc trưng cho vật liệu xốp Đường số đặc trưng cho vật liệu keo xốp (có điểm uốn) đường số đặc trưng cho vật liệu có điểm tới hạn thứ (điểm gãy thứ 2) Trong thí nghiệm này, vật liệu sấy có dạng xốp, mỏng nên dạng đường cong tốc độ sấy giai đoạn giảm tốc đường thẳng 2.6.2 Các giai đoạn trình sấy Phân tích đường cong sấy đường cong tốc độ sấy, ta thấy q trình sấy chia làm giai đoạn: 2.6.2.1 Giai đoạn đun nóng vật liệu (giai đoạn 1) Nếu ban đầu nhiệt độ vật liệu thấp nhiệt độ bầu ướt không khí ẩm giai đoạn làm nóng vật liệu (cùng với lượng ẩm có sẵn) đến nhiệt độ bầu ướt Độ ẩm vật liệu giảm từ U0 đến U1, tốc độ sấy tăng từ đến N1 Đặc điểm giai đoạn ẩm bốc không đáng kể (U1 ≈ U0), thời gian sấy không đáng kể (τ ≈ 0) tốc độ sấy tăng nhanh từ đến tốc độ sấy giai đoạn N1 Trong thí nghiệm này, ta bỏ qua ln giai đoạn vật liệu sấy mỏng trình sấy theo chế đối lưu 2.6.2.2 Giai đoạn sấy đẳng tốc (giai đoạn 2) Đây giai đoạn ẩm tự bề mặt vật liệu bốc dễ dàng toàn bề mặt trình khuếch tán nhanh khuếch tán ngoài, làm cho độ ẩm vật liệu giảm nhanh theo đường thẳng có độ dốc lớn Theo định nghĩa, độ dốc đường cong sấy tốc độ sấy Từ ta rút nhận xét, giai đoạn tốc độ sấy không đổi (do hệ số góc đường thẳng số, từ có tên “sấy đẳng tốc”) Theo thời gian, tốc độ trình khuếch tán giảm dần Giá trị độ ẩm mà tốc độ trình khuếch tán với trình khuếch tán gọi độ ẩm tới hạn (Uth), giới hạn giai đoạn ẩm khơng thể bốc dễ dàng tồn bề mặt sấy Do giai đoạn có ẩm nhận nhiệt để bốc hơi, nhiệt độ vật liệu không thay đổi nhiệt độ bầu ướt không khí ẩm (giá trị đạt kết thúc giai đoạn 1) Cùng lúc đó, tốc độ q trình khuếch tán định toàn tốc độ giai đoạn nên ta có cường độ sấy (kí hiệu J, đơn vị kg/m2h) cường độ bốc nước xác định phương trình J = ( pm − p ) Trong α (kg/m2h.mmHg) hệ số trao đổi ẩm hay hệ số truyền ẩm, pm (mmHg) áp suất ẩm sát bề mặt vật liệu, giá trị áp suất nước bão hịa khơng khí nhiệt độ bầu ướt, p (mmHg) áp suất riêng phần khơng khí Hệ số trao đổi ẩm cho thí nghiệm xác định cơng thức = 0,0229 + 0,0174 v , với v (m/s) tốc độ dịng khơng khí Tốc độ sấy đẳng tốc N1 xác định công thức N1 = 100 J f , với f = F (m2/kg) bề mặt riêng theo khối lượng vật liệu sấy G0 Cùng với đó, thời gian sấy đẳng tốc xác định: = 2.6.2.3 U1 − U th U − U th (h) N1 N1 Giai đoạn sấy giảm tốc (giai đoạn 3) Đây lúc trình khuếch tán khơng thể cung cấp đủ ẩm cho q trình khuếch tán ngoài, dẫn đến bề mặt bốc bắt đầu bị co lại, lượng ẩm bốc dần làm nhiệt dư tiếp tục đun nóng vật liệu, tốc độ sấy giảm mạnh Giới hạn giai đoạn độ ẩm vật liệu đạt giá trị cân U*, áp suất ẩm sát bề mặt vật liệu áp suất nước khơng khí ẩm tốc độ sấy Trong thí nghiệm này, vật liệu sấy có cấu trúc xốp, mỏng nên đường cong tốc độ sấy giai đoạn có dạng đường thẳng N =− dU dN = K (U − U * ) =K d dU Trong đó: U* (%) độ ẩm cân vật liệu K (1/h) hệ số sấy Hệ số sấy xác định: K = N −0 N1 N = *= = N1 Từ ta thấy, K U U th − U U th − U * phụ thuộc vào chế độ sấy (thể qua tốc độ sấy đẳng tốc N1) phụ thuộc vào tính chất vật liệu (thể qua hệ số sấy tương đối = liệu) Từ đó, thời gian sấy (1/%) đặc trưng cho tính chất vật U th − U * giảm tốc xác định: U th − U * U th − U * U th − U * (h), với U2 chọn lớn U* khoảng 2% 2 = ln = ln * * N1 U − U K U − U CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 3.1 Thiết bị thí nghiệm Hệ thống thí nghiệm bao gồm thiết bị sấy trang bị đốt nóng điện trở, khơng khí quạt ly tâm thổi qua điện trở gia nhiệt đến nhiệt độ cần thiết Lượng không khí hút vào thải cửa gió, với cửa hút phía trước cửa thải phía sau Ở bên ngồi thiết bị có lắp nhiệt kế điện tử để ghi nhận nhiệt độ bầu khô nhiệt độ bầu ướt (đơn vị C) cài đặt chế độ sấy Ở bên thiết bị có cân để đặt vật liệu sấy xác định khối o lượng theo thời gian Ngoài cần chuẩn bị kế đồng hồ bấm để xác định khoảng thời gian dãn cách lần đọc giá trị cân Vật liệu sấy thí nghiệm giấy lọc, ghép từ tờ giấy lọc Mỗi có kích thước 30 x 20 x 0,01 (cm) 3.2 Cách tiến hành Làm ẩm giấy lọc mang phơi cho hết nhiễu nước để đảm bảo khối lượng ban đầu Chuẩn bị kế Kiểm tra thiết bị sấy, ý đổ đầy nước vào chỗ đo nhiệt độ bầu ướt Đầu tiên khởi động quạt thổi, đóng cầu dao điện (chú ý đến tình trạng hoạt động bình thường thiết bị) bật điện trở Cài đặt nhiệt độ sấy thích hợp Sau nhiệt độ phòng sấy đạt giá trị mong muốn, mở cửa phòng sấy ra, đặt cẩn thận nhẹ nhàng tờ giấy lọc lên giá đỡ, ghi nhận số cân đóng cửa phịng sấy lại Trong suốt trình sấy ghi nhận đại lượng: số cân (G), nhiệt độ bầu khô (tk) nhiệt độ bầu ướt (tư) phòng sấy tương ứng với khoảng thời gian Tiến hành thí nghiệm nhiệt độ khơng khí 45oC, 55oC 65oC Ở nhiệt độ 65oC phải mở thêm gia nhiệt (điện trở) thứ hai 10 Bảng Kết xử lý tính tốn từ đồ thị Kết xử lý tính tốn từ đồ thị Chế độ Uth U* U2 N χ K τ1 τ2 (%) (%) (%) (%/h) (1/%) (1/h) (h) (h) 45oC 84,21 335,09 0,0119 3,979 0,408 0,94 55oC 84,21 486,84 0,0119 5,781 0,27 0,647 65oC 73,68 807,52 0,0136 10,959 0,169 0,329 sấy Đánh giá kết thí nghiệm 4.3 4.3.1 Sai số dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy Từ đồ thị đường cong sấy, ta xây dựng đường cong sấy lý thuyết để tính U’: • Giai đoạn đẳng tốc: Sử dụng phương trình xấp xỉ tuyến tính đồ thị đường cong sấy đẳng tốc để xác định U’ • Giai đoạn giảm tốc: Giải phương trình vi phân − dU = K (U − U * ) ta mối d U −U * liên hệ: ln th = K ( i − ) , hay U i = U th exp − K ( i − ) Trong đó, * Ui − U Ui độ ẩm thời điểm giai đoạn đẳng tốc, Uth độ ẩm tới hạn, K hệ số sấy, τi thời điểm ứng với độ ẩm Ui τ1 thời gian sấy đẳng tốc Từ đồ thị đường cong tốc độ sấy sau xử lý, ta xác định giá trị tốc độ sấy: • Giai đoạn đẳng tốc: Tốc độ sấy không thay đổi • Giai đoạn giảm tốc: Đường thẳng qua gốc tọa độ có hệ số góc K, từ có phương trình Ni = KUi cho giai đoạn chế độ sấy Trong đó, Ni tốc độ sấy thời điểm giai đoạn giảm tốc Ui độ ẩm vật liệu ứng với thời điểm cụ thể giai đoạn giảm tốc Bảng Sai số dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy cho chế độ sấy 45oC τ U U’ U – U’ N N’ N – N’ (h) (%) (%) (%) (%/h) (%/h) (%/h) 17 221,05 219,06 1,99 0 0.05 200 202,31 -2,31 421,05 335,09 85,96 0.1 184,21 185,55 -1,34 315,79 335,09 -19,3 0.15 168,42 168,8 -0,38 315,79 335,09 -19,3 0.2 152,63 152,04 0,59 315,79 335,09 -19,3 0.25 136,84 135,29 1,55 315,79 335,09 -19,3 0.3 121,05 118,53 2,52 315,79 335,09 -19,3 0.35 100 101,78 -1,78 421,05 335,09 85,96 0.4 84,21 85,02 -0,81 315,79 335,09 -19,3 0.45 68,42 69,02 -0,6 315,79 268,7 47,09 0.5 52,63 56,57 -3,93 315,79 206,69 109,09 0.55 42,11 46,36 -4,25 210,53 165,36 45,17 0.6 31,58 38 -6,42 210,53 124,02 86,51 0.65 21,05 31,14 -10,09 210,53 82,68 127,85 0.7 15,79 25,52 -9,73 105,26 62,01 43,25 0.75 5,26 20,92 -15,65 210,53 20,67 189,86 0.8 17,14 -17,14 105,26 105,26 0.85 14,05 -14,05 0 0.9 11,52 -11,52 0 0.95 9,44 -9,44 0 Bảng Sai số dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy cho chế độ sấy 55oC τ U U’ U – U’ N N’ N – N’ (h) (%) (%) (%) (%/h) (%/h) (%/h) 18 215,79 212,87 2,92 0 0,033 194,74 196,64 -1,91 631,58 486,84 144,74 0,067 184,21 180,41 3,8 315,79 486,84 -171,05 0,1 157,89 164,19 -6,29 789,47 486,84 302,63 0,133 147,37 147,96 -0,59 315,79 486,84 -171,05 0,167 131,58 131,73 -0,15 473,68 486,84 -13,16 0,2 115,79 115,5 0,29 473,68 486,84 -13,16 0,233 100 99,27 0,73 473,68 486,84 -13,16 0,267 84,21 83,05 1,16 473,68 486,84 -13,16 0,3 68,42 69,45 -1,03 473,68 395,96 78,13 0,333 57,89 57,28 0,62 315,79 334,7 -18,91 0,367 42,11 47,24 -5,13 473,68 243,42 230,27 0,4 31,58 38,96 -7,38 315,79 182,56 133,23 0,433 21,05 32,13 -11,08 315,79 121,71 194,08 0,467 10,53 26,5 -15,97 315,79 60,85 254,93 0,5 5,26 21,85 -16,59 157,89 30,43 127,47 0,533 18,02 -18,02 157,89 157,89 0,567 14,86 -14,86 0 0,6 12,26 -12,26 0 0,633 10,11 -10,11 0 Bảng Sai số dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy cho chế độ sấy 65oC τ U U’ U – U’ N N’ N – N’ (h) (%) (%) (%) (%/h) (%/h) (%/h) 19 210,53 203,26 7,27 0 0,033 173,68 176,34 -2,66 1105,26 807,52 297,74 0,067 142,11 149,43 -7,32 947,37 807,52 139,85 0,1 121,05 122,51 -1,46 631,58 807,52 -175,94 0,133 94,74 95,59 -0,85 789,47 807,52 -18,05 0,167 73,68 68,67 5,01 631,58 807,52 -175,94 0,2 47,37 51,14 -3,77 789,47 519,11 270,36 0,233 31,58 35,49 -3,91 473,68 346,07 127,61 0,267 15,79 24,63 -8,84 473,68 173,04 300,65 0,3 5,26 17,09 -11,83 315,79 57,68 258,11 0,333 11,86 -11,86 157,89 157,89 0,367 8,23 -8,23 0 0,4 5,71 -5,71 0 0,433 3,96 -3,96 0 4.3.2 Sai số tính tốn thơng số Bảng 10 Sai số tính tốn thơng số cho chế độ sấy Chế 45oC 55oC 65oC độ sấy Thông Thực Lý Sai số Thực Lý Sai số Thực Lý Sai số số nghiệm thuyết (%) nghiệm thuyết (%) nghiệm thuyết (%) Uth 84,21 122,81 -31,43 84,21 119,88 -29,76 73,68 116,96 -37 20 (%) U* (%) U2 (%) N (%/h) χ (1/%) K (1/h) τ1 (h) τ2 (h) 0 0 0 0 2 2 2 335,09 156,21 114,51 486,84 185,11 163 807,52 227,87 254,37 0,0119 0,0081 45,83 0,0119 0,0083 42,36 0,0136 0,0086 58,73 3,979 1,272 212,83 5,781 1,544 274,41 10,959 1,948 462,5 0,408 0,629 -35,07 0,27 0,518 -47,83 0,17 0,411 -58,73 0,94 3,237 -70,96 0,647 2,651 -75,6 0,329 2,088 -84,24 21 ĐƯỜNG CONG TỐC ĐỘ SẤY SAU KHI XỬ LÝ TỐC ĐỘ SẤY, N = -ΔU/ΔT (%/H) 900 807,52 807,52 800 700 600 486,84 45o C 55o C 486,84 500 335,09 335,09 400 300 200 100 000 0 50 100 150 200 ĐỘ ẨM CỦA VẬT LIỆU, U (%) 250 300 ĐƯỜNG CONG SẤY CỦA CHẾ ĐỘ 250,00 ĐỘ ẨM CỦA VẬT LIỆU (%) 200,00 Chế độ sấy 45oC Chế độ sấy 55oC 150,00 100,00 50,00 0,00 0,1 0,2 -50,00 0,3 0,5 0,4 0,6 0,7 0,8 0,9 THỜI GIAN (%) CHƯƠNG 5: BÀN LUẬN 5.1 Đường cong sấy đường cong tốc độ sấy * Đường cong sấy: Dạng đường cong sấy có dạng tương đối phù hợp so với dạng lý thuyết trình sấy đẳng tốc Giá trị R2 phương pháp bình phương cực tiểu tính ba đường sấy đẳng tốc 45oC ,55oC 65oC 0,9986; 0,9957; 0,989, chứng tỏ số liệu thí nghiệm thể đặc điểm giai đoạn sấy đẳng tốc rõ ràng Đối với đường cong sấy ba nhiệt độ 45oC, 55oC 65oC đường cong lúc đầu giảm nhanh theo đường thẳng tiệm cận với giá trị Uth 22 diễn trình loại ẩm tự bề mặt vật liệu Sau đó, độ ẩm bắt đầu thay đổi chậm tới giai đoạn không thay đổi đạt gần tới độ ẩm cân bằng, ẩm liên kết lòng vật liệu, bề mặt bốc bị thu hẹp dần Hai trình nhả ẩm hút ẩm vật liệu đạt trạng thái cân cho ta giá trị U*, thực tế làm thí nghiệm giá trị U*=0 ta đo G0 giá trị sau q trình sấy đến khối lượng vật liệu khơng đổi ta khơng thể xác định thực tế U* Hơn nữa, vùng đun nóng vật liệu rõ biểu đồ thời gian diễn ngắn Vùng sấy đẳng tốc chế độ 55oC sai lệch với lý thuyết không nhiều riêng chế độ 45oC 65oC sai lệch nhiều Vùng sấy giảm tốc giống với lý thuyết Trong trình làm thí nghiệm đọc sớm hay chậm thời gian đọc khối lượng quy định nên cần phải xử lý lại số số liệu để thu được số liệu phù hợp xác * Đường cong tốc độ sấy Đường cong tốc độ sấy có đồ thị sai lệch khơng nhiều so với đồ thị lý thuyết nên dạng phù hợp so với lý thuyết Đó ta khơng dùng cách vẽ trung bình U/, 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 phức tạp nên ta lấy hai điểm Cho nên nhìn chung, đường cong tốc độ sấy hình dạng giá trị khơng xác.Đường cong tốc độ sấy gồm ba q trình: đốt nóng vật liệu, sấy đẳng tốc, sấy giảm tốc, ta thấy rõ sau hiệu chỉnh đường cong tốc độ sấy đường cong gồm ba phần Phần đầu q trình đốt nóng lúc độ ẩm thay đổi Tiếp theo q trình sấy đẳng tốc độ ẩm giảm nhanh tốc độ sấy khơng thay đổi lúc tốc độ sấy giảm đột ngột lúc bắt đầu trình sấy giảm tốc Quá trình sấy kết thúc tốc độ sấy không Nhưng thực tế đạt độ ẩm cịn lượng ẩm liên kết hóa lý khơng thể tách q trình sấy 5.2 Các thơng số tính tốn a Tốc độ sấy đẳng tốc N: Từ kết thí nghiệm: - Chế độ 45: N = 335,09 (%/h) - Chế độ 55: N = 386,84 (%/h) - Chế độ 65: N = 804,52 (%/h) Nhiệt độ sấy tăng tốc độ sấy tăng Phù hợp với lý thuyết động lực trình sấy (thế sấy) tăng Ở nhiệt độ 65oC tốc độ sấy tăng mạnh bất thường b Độ ẩm cân U* : 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 * = Chúng ta khơng cân khối lượng vật liệu đầu mà lấy kết nhỏ trình sấy Ba xấp giấy lọc mà ta cân ban đầu vật liệu khô tuyệt đối, mà vật liệu chứa lượng ẩm cân định Cho nên sấy vật liệu xuống khối lượng G0 = 47,5g c Độ ẩm tới hạn Uth: Từ đồ thị, ta có Độ ẩm tới hạn chế độ thí nghiệm: + Chế độ sấy 45oC: 84,21% + Chế độ sấy 55oC: 84,21% 23 + Chế độ sấy 65oC: 73,68% Khi nhiệt độ tăng độ ẩm tới hạn giảm hai chế độ đầu ta thấy độ ẩm tới hạn điều khơng phù hợp với lý thuyết nên nói kết có độ tin cậy khơng cao lý do: đọc kết cân khơng xác, canh chưa đúng, phối hợp thành viên lúng túng, d Hệ số sấy tương đối giai đoạn giảm tốc χ Ta tính χ từ thơng số bảng tính tốn từ đồ thị: + Chế độ sấy 45oC: 0,0119 + Chế độ sấy 55oC: 0,0119 + Chế độ sấy 65oC: 0,0136 Hệ số sấy tương đối phụ thuộc vào tính chất vật liệu ẩm (loại vật liệu, thước vật liệu, độ ẩm ban đầu vật liệu,…), không phụ thuộc vào nhiệt độ tác nhân sấy Và hệ số sấy tương đối χ tính cơng thức = mà thơng số Uth Trong thí nghiệm U th − U * lẽ ta thu χ thực tế không U* xác định không χ có sai số e Hệ số sấy giai đoạn giảm tốc K: Ta tính K từ thơng số bảng tính tốn từ đồ thị: + Chế độ sấy 45oC: 3,979 + Chế độ sấy 55oC: 5,781 + Chế độ sấy 65oC: 10,959 Hệ số sấy K phụ thuộc vào tốc độ sấy đẳng tốc N tính chất vật liệu ẩm χ Tốc độ sấy N tăng nhiệt độ tăng nên chế độ hệ số sấy K tăng dần Còn χ có thay đổi thay đổi khơng đáng kể Kết tính tốn phù hợp với lý thuyết f Thời gian sấy: Thời gian đun nóng vật liệu: nhiệt độ tác nhân sấy tăng thời gian đun nóng vật liệu ngắn Nhưng thí nghiệm này, ta bỏ qua giai đoạn khơng tính Vì thời gian giai đoạn diễn ngắn, khơng thể quan sát q trình diễn Thời gian sấy đẳng tốc τ1 : + Từ đồ thị, ta có thời gian sấy đẳng tốc chế độ thí nghiệm: • Chế độ sấy 45oC: 0,488 h • Chế độ sấy 55oC: 0,27 h • Chế độ sấy 65oC: 0,169 h + Nhiệt độ tăng thời gian sấy đẳng tốc τ1 giảm τ1 tính theo cơng thức sau U − U th 1 = Khi nhiệt độ tăng N tăng nhanh mà tính Uth N1 khơng đổi giảm chế độ nên τ1 giảm dần chế độ 24 Kết thí nghiệm phù hợp với lý thuyết Thời gian sấy giảm tốc τ2 : + Từ đồ thị, ta có thời gian sấy giảm tốc chế độ thí nghiệm: • Chế độ sấy 45oC: 0,94 h • Chế độ sấy 55oC: 0,647 h • Chế độ sấy 65oC: 0,329 h + Ta thấy kết thí nghiệm phù hợp với lý thuyết thời gian sấy giảm tốc giảm nhiệt độ tăng Nhưng kết khơng có độ tin cậy cao q trình tính tốn, chọn thời điểm bắt đầu chuyển sang giai đoạn sấy đẳng tốc chưa xác + Ta thấy thời gian sấy giảm tốc nhỏ thời gian sấy đẳng tốc đặc trưng liên kết ẩm với vật liệu + Ta nhận thấy thời gian sấy giảm tốc 2 nhỏ thời gian sấy đẳng tốc 1 Tính chất cịn tùy thuộc vào loại vật liệu (tùy thuộc vào liên kết ẩm với vật liệu) Khi T tăng Uth giảm, tốc độ sấy đẳng tốc N1 tăng, hệ số sấy tương đối hệ số sấy K tăng, giá trị thời gian sấy giảm 5.3 Nhận xét giải thích kết đánh giá sai số a Hệ số sấy tương đối χ giai đoạn giảm tốc Kết đánh giá sai số: + Ở chế độ sấy 45oC: = 42,83% + Ở chế độ sấy 55oC: = 42,36% + Ở chế độ sấy 65oC: = 58,73% Sai số χ đáng kể tính tốn Uth U* có sai số b Hệ số sấy K giai đoạn giảm tốc : Kết đánh giá sai số: + Ở chế độ sấy 45oC: K = 212,83% + Ở chế độ sấy 55oC: K = 275,41% + Ở chế độ sấy 65oC: K = 462,5% Sai số K lớn giống hệ số sấy tương đối χ, sai số tính tốn tra đồ thị để tìm Uth U* cịn sai số c Độ ẩm tới hạn Uth : Kết đánh giá sai số: + Ở chế độ sấy 50oC: Uth = -31,43 % + Ở chế độ sấy 60oC: Uth = -29,76% + Ở chế độ sấy 70oC: Uth = -37 % Sai số chế độ lớn tính tốn thực nghiệm lại nhỏ lý thuyết Nguyên nhân vẽ đường cong tốc độ sấy từ đường cong sấy ta dùng phương pháp bình phương cực 25 tiểu để xác định tốc độ sấy giai đoạn đẳng tốc; cịn lý chọn thời điểm bắt đầu sấy giảm tốc chưa xác…Ngồi cịn sai số thao tác thí nghiệm chưa chuẩn d Tốc độ sấy đẳng tốc N: Kết đánh giá sai số: + Ở chế độ sấy 45oC: N = 114,51 % + Ở chế độ sấy 55oC: N = 163 % + Ở chế độ sấy 65oC: N = 254,37 % Kết sai số lớn Sai số do: + Dùng giản đồ khơng khí ẩm để tra Pm P (do có sai số nội suy), đồng thời giản đồ xây dựng áp suất 745mmHg, áp suất thí nghiệm khơng trùng với áp suất + Và sai số trình dựng đường cong tốc độ sấy, xác định N phương pháp bình phương cực tiểu + Sai số q trình làm thí nghiệm e Thời gian sấy đẳng tốc 1 : Kết đánh giá sai số: + Ở chế độ sấy 45oC: 1 = -35,07% + Ở chế độ sấy 55oC: 1 = -47,83% + Ở chế độ sấy 65oC: 1 = -58,73% Sai số 1 chế độ lớn Sai số thông số xác định tính tốn chưa đúng, có sai số nên dẫn tới sai số 1 Sai số q trình làm thí nghiệm thao tác chưa f Thời gian sấy đẳng tốc 2 : Kết đánh giá sai số: + Ở chế độ sấy 45oC: 2 = -70,96% + Ở chế độ sấy 55oC: 2 = -75,6% + Ở chế độ sấy 65oC: 2 = -84,24% Sai số 2 chế độ lớn Sai số thông số xác định tính tốn chưa đúng, có sai số nên dẫn tới sai số 2 Sai số cịn q trình làm thí nghiệm thao tác chưa 26 5.4 Các nguyên nhân biện pháp khắc phục sai số *Trong trình thao tác thí nghiệm -Do đọc số cân chưa xác, kim dao động khó ổn định gây sai số đọc -Bấm thời gian sấy chưa xác -Lắp lại kính buồng sấy chưa nhanh gây thất nhiệt - Vật liệu ban đầu khơng phải vật liệu khô tuyệt đối - Do thiết bị cũ kỹ nên khơng cịn xác *Trong q trình tính tốn kết thí nghiệm -Xác định Pm P dựa vào tk tư giản đồ khơng khí ẩm phải dựng nhiều đường nên sai sót khó tránh khỏi -Đường cong sấy có sai số dẫn đến đường cong tốc độ sấy sai số -Do cơng thức lựa chọn tính N lý thuyết K *Các biện pháp khắc phục sai số -Không nên bật quạt q trình thí nghiệm, tránh làm dao động kim cân -Trong q trình tính tốn tra giản đồ khơng khí ẩm cần thao tác kiểm tra lại tránh sai sót, dùng cơng thức để tính giá trị -Dùng bình phương cực tiểu để vẽ đường cong sấy đường cong tốc độ sấy để có giá trị r, tiến sai số - Vật liệu ban đầu phải vật liệu khô tuyệt đối, cách xác định trước khối lượng khơ tuyệt đối vật liệu Phải cẩn thận việc tra đồ thị Tốt áp dụng công thức để tính tốn thay tra giản đồ Ramzin - Hạn chế sai số quy tròn 27 PHỤ LỤC 6.1 Các thông số ban đầu 6.1.1 Vật liệu sấy Là giấy lọc có kích thước 30 x 20 x 0,01 (cm), dẫn đến thông số sau: 30cm 20cm = 0,36m2 cm2 10000 m • Diện tích bề mặt bốc hơi: F = • Khối lượng khơ tuyệt đối chọn: G0 = 0,0475kg • Bề mặt riêng theo khối lượng: f = F 0,36m2 = 7,579m2 / kg G0 0, 0475kg 6.1.2 Tác nhân sấy Là khơng khí ẩm gia nhiệt điện trở, có tốc độ dịng v = 0,85m/s 6.2 Các cơng thức tính tốn Trong thí nghiệm này, bỏ qua giai đoạn đun nóng vật liệu 6.2.1 Tính tốn số liệu cho bảng 3, • Độ ẩm tuyệt đối vật liệu: Là tỉ lệ phần trăm khối lượng ẩm khối lượng khô tuyệt đối vật liệu sấy: U i = G =i − G0 (%) Trong đó, số i thời G0 điểm ghi nhận giá trị cân Như vậy, U0 ứng với giá trị τ = (khi giấy lọc hết nhiễu nước) • Biến thiên độ ẩm tuyệt đối vật liệu: U i +1 = U i +1 − U i (%) Như vậy, biến thiên độ ẩm luôn số không âm, ΔU0 chọn • Tốc độ sấy trung bình vật liệu: Là tỉ số biến thiên độ ẩm tuyệt khoảng thời gian xác định trước: Ni = U i (%/h), với Δτ khoảng thời gian cố định để đọc giá trị cân • Thế sấy: Là hiệu số nhiệt độ bầu khô nhiệt độ bầu ướt tác nhân sấy, nói lên khả nhận ẩm nó: ε = tk – tư (oC) • Áp suất ẩm bề mặt vật liệu (pm) áp suất nước khơng khí (p): Sử dụng giản đồ khơng khí ẩm để tra cứu 28 o Áp suất nước khơng khí: Dùng cặp nhiệt độ bầu khô – bầu ướt xác định điểm hệ tác nhân sấy giản đồ, tiến hành đọc giá trị áp suất riêng phần điểm o Áp suất ẩm bề mặt vật liệu: Được lấy áp suất bão hòa nước điều kiện, ta chiếu điểm hệ song song theo trục enthalpy đến đường bão hòa độ ẩm (hoặc xác định điểm hệ cặp giá trị enthalpy nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu khơ có giá trị nhiệt độ bầu ướt) tiến hành đọc giá trị áp suất riêng phần Hình Cách xác định pm p giản đồ khơng khí ẩm 6.2.2 Tính tốn cho bảng • Giá trị độ ẩm tới hạn (Uth) vật liệu: Xác định dựa điểm có hệ số góc thay đổi đường cong sấy • Giá trị độ ẩm cân (U*) vật liệu: Do chọn khối lượng khô tuyệt đối khối lượng cuối kết thúc thí nghiệm nên độ ẩm cân • Giá trị U2: Được chọn 2% • Giá trị tốc độ sấy đẳng tốc (N1): Vẽ phần đường cong sấy có hệ số góc khơng đổi, xác định hệ số góc tốc độ sấy đẳng tốc (mang giá trị âm nên cần phải nhân với -1) 29 • Hệ số sấy tương đối: Chỉ phụ thuộc vào tính chất vật liệu, xác định = • (1/%) U th − U * Hệ số sấy: Là hệ số góc đường cong tốc độ sấy giai đoạn giảm tốc với vật liệu sấy sử dụng, xác định K = N1 = N1 (1/h) U th − U * U − U th (h) N1 • Thời gian sấy đẳng tốc: = • U th − U * Thời gian sấy giảm tốc: = ln (h) K U2 −U * 6.2.3 Tính tốn cho bảng 7, Đã trình bày mục 4.3.1 Sử dụng giá trị độ lệch đại lượng xét để đánh giá sai số: độ lệch độ ẩm U – U’ độ lệch tốc độ sấy N – N’ 6.2.4 Tính tốn cho bảng 10: Các giá trị theo lý thuyết U0 + U * (%) 1,8 • Độ ẩm tới hạn: U th = • Hệ số sấy tương đối: = • Hệ số trao đổi ẩm: Với sấy đối lưu cho vật liệu mỏng, sử dụng công thức thực 1 1,8 (1/%) = = * U th − U U0 U0 * * 1,8 + U − U nghiệm: = 0,0229 + 0,0174 v = 0,0229 + 0,0174 0,85 = 0,03769 (kg/m2h.mmHg) • Cường độ trao đổi ẩm giai đoạn đẳng tốc: J = ( pm − p ) (kg/m2h), với pm p lấy giá trị trung bình chế độ sấy • Tốc độ sấy đẳng tốc: N1 = 100 J f (%/h) Từ xác định lại thơng số: hệ số sấy (K), thời gian sấy đẳng tốc (τ1) thời gian sấy giảm tốc (τ2) trình bày mục 6.2.2 Cuối cùng, sai số xác định theo công thức TN − LT 100% , TN LT LT giá trị thực nghiệm giá trị tính theo lý thuyết đại lượng cần tính sai số 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ mơn Q trình Thiết bị, Thí nghiệm Q trình Thiết bị, trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2003 [2] Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, Quá trình Thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm – tập 3: Truyền khối, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2015 [3] Nguyễn Văn Lụa, Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm – tập 7: Kỹ thuật sấy vật liệu, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [4] Nguyễn Bin, Các Quá trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm – tập 4: Phân riêng tác dụng nhiệt, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008 31 ... LIỆU THAM KHẢO 31 CHƯƠNG TRÍCH YẾU 1.1 Mục đích thí nghiệm Khảo sát trình sấy đối lưu thực nghiệm, nhằm: • Xây dựng đường cong sấy đường cong tốc độ sấy • Xác định thơng số sấy: độ... Tiếp theo q trình sấy đẳng tốc độ ẩm giảm nhanh tốc độ sấy không thay đổi lúc tốc độ sấy giảm đột ngột lúc bắt đầu trình sấy giảm tốc Quá trình sấy kết thúc tốc độ sấy không Nhưng thực tế đạt... THUYẾT THÍ NGHIỆM 2.1 Định nghĩa Sấy đối lưu trình tách ẩm khỏi vật liệu cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi, trình truyền nhiệt truyền ẩm thực phương pháp đối lưu Các chế đối lưu chất giống với chế tiếp
