Truyền khối - chương 6 Sấy đối lưu

Truyền khối - chương 6 Sấy đối lưu

6.1 KHÁI NIỆM CHUNG 6.1.1 Các phương pháp làm khô vật liệu Phương pháp học: dùng máy ép, lọc, ly tâm v.v… để tách nước, phương dùng trường hợp không cần tách nước triệt làm khô sơ vật liệu Phương pháp hóa lý: dùng hóa chất để hút nước vật liệu ví dụ dùng canxi-clorua, axit sunfuric… phương pháp tương đối đắt phức tạp, chu yếu để hút nước hỗn hợp khí Phương pháp nhiệt: dùng nhiệt để làm bốc nước vật liệu, phương pháp sử dụng rộng rãi Khái niệm: Sấy trình làm bốc nước khỏi vật liệu nhiệt Phân loại: - Sấy tự nhiên - Sấy nhân tạo Mục đích trình sấy: Là làm giảm khối lượng vật liệugiảm công chuyên chở làm tăng độ bền (các vật liệu gốm sứ, gỗ), bảo quản tốt 6.1.2 Tĩnh lực học động lực học QT sấy Trong phần tĩnh lực học, ta tìm mối quan hệ thông số đầu cuối vật liệu sấy tác nhân sấy dựa theo phương trình cân vật liệu cân nhiệt lượng Từ ta xác định thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy lượng nhiệt cần thiết Trong phần động lực học, ta nghiên cứu quan hệ biến thiên độ ẩm vật liệu với thời gian thơng số q trình ví dụ tính chất cấu trúc vật liệu, kích thước vật liệu, điều kiện thủy động lực học tác nhân sấy… Từ ta xác định chế độ sấy, tốc độ sấy thời gian sấy thích hợp 6.2 TĨNH LỰC HỌC VỀ SẤY 6.2.1 Khái niệm hỗn hợp khơng khí ẩm Khi để vật liệu ướt mơi trường khơng khí khơ nước vật liệu bay Quá trình bay nước dừng lại áp suất riêng phần nước khơng khí có trị số áp suất nước bão hịa nhiệt độ này, lúc ta có hỗn hợp khơng khí bão hịa nước Hỗn hợp khơng khí nước cịn gọi hỗn hợp khơng khí ẩm Sau số khái niệm đặc trưng cho hỗn hợp khơng khí ẩm 6.2.1.1 Độ ẩm tuyệt đối khơng khí Là lượng nước chứa 1m3 khơng khí ẩm tức số khối lượng nước hỗn hợp khơng khí ẩm Ký hiệu h ,[kg/m3] 6.2.1.2 Độ ẩm tương đối khơng khí Độ ẩm tương đối khơng khí (độ bão hịa nước) tỷ số lượng nước chứa 1m3 không khí với lượng nước khơng khí bão hòa nước nhiệt độ áp suất, Ký hiệu:  h   bh ph  pbh 6.2.1.3 Hàm ẩm khơng khí ẩm Hàm ẩm khơng khí lượng nước chứa kg khơng khí khơ Ký hiệu: h Y  kkk Y , kg/kg kk khô  ph Y 0,622 kg / kgkkk p   pbh 6.2.1.4 Nhiệt lượng riêng khơng khí ẩm Nhiệt lượng riêng khơng khí ẩm xác định tổng số nhiệt lượng riêng khơng khí khơ nước hỗn hợp 6.2.1.5 Điểm sương Giả sử ta có hỗn hợp khơng khí ẩm chưa bão hịa nướcCho làm lạnh hỗn hợp khơng khí với điều kiện hàm ẩm không đổi Nhiệt độ hỗn hợp giảm dần xuống đến mức hỗn hợp đạt trạng thái bão hòa (φ=1) Nếu ta tiếp tục giảm nhiệt độ hỗn hợp bắt đầu xuất hạt sương mù nước bão hòagọi nhiệt độ điểm sương Ký hiệu: ts điểm sương giới hạn trình làm lạnh khơng khí ẩm với hàm ẩm khơng đổi Thay giá trị φ=1 vào phương trình tính hàm ẩm ta có: pbh Y 0,622 p  pbh Suy ra: pbh  Yp 0,622  Y Biết giá trị áp suất bão hòa Pbh(áp suất tương ứng với trạng thái điểm sương)  tra bảng tìm nhiệt độ nướcnhiệt độ nhiệt độ điểm sương 6.2.1.6 Nhiệt độ bầu ướt Ta cho nước bay khơng khí với điều kiện đoạn nhiệt suốt trình bay nhiệt độ khơng khí giảm dần, hàm ẩm tăng dần, đến khơng khí bão hịa nước nước ngưng bay hơinhiệt độ gọi nhiệt độ bầu ướt Ký hiệu: tư Vậy, nhiệt độ bầu ướt thông số đặc trưng khả cấp nhiệt khơng khí để làm bay nước khơng khí bão hịa nước Hiệu số nhiệt độ khơng khí (nhiệt độ bầu khơ) nhiệt độ bầu ướt đặc trưng cho khả hút ẩm khơng khí người ta gọi sấy ε= tk - tư 6.3.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy - Bản chất vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm … - Hình dáng vật liệu sấy: kích thước vật liệu sấy, chiều dày lớp vật liệu … - Độ ẩm đầu, cuối độ ẩm tới hạn vật liệu - Độ ẩm, nhiệt độ tốc độ tác nhân sấy( k.khí nóng) - Tác nhân sấy: khơng khí khói lị - Chênh lệch nhiệt độ đầu cuối tác nhân sấy - Cấu tạo máy sấy, phương thức sấy chế độ sấy 6.3.2.3 Các dạng biểu đồ sấy - Khi sấy, lượng ẩm bốc giảm dần theo thời gian  tốc độ sấy biến đổi theo thời gian, tức biến đổi theo độ ẩm VL - Đoạn AB: đốt nóng vật liệu, tăng lên đến tư, độ ẩm thay đổi không đáng kể tốc độ sấy tăng nhanh - Đoạn BK1: đẳng tốc, độ ẩm VL giảm nhanh đều, nhiệt độ VL không đổi (tư) - Đoạn K1C: giảm tốc, nhiệt độ VL tăng dần, độ ẩm giảm dần đến độ ẩm cân Tại C, nhiệt độ VL n.độ TNS X  Hình 7.19 Dồthịdườ ng cong sấ y U K C X B A c X t h X đ X Hình 7.20 Đồthịđườ ng cong tố c độsấ y Điểm K1 gọi điểm tới hạn Ta kết luận trình sấy vật liệu ướt đến vật liệu cân gồm giai đoạn sau: - Giai đoạn đẳng tốc: gđ VL nhiều nướctốc độ khuếch tán nước bên VL lớn tốc độ bay bề mặt VLtốc độ sấy giai đoạn phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bay bề mặt VLtốc độ sấy không phụ thuộc vào yếu tố bên VL mà phụ thuộc vào yếu tố bên ngồi Vậy, muốn tăng tốc độ sấy chủ yếu làm thay đổi yếu tố bên ngồi Ta tăng nhiệt độ sấy cao nhiệt độ cho phép vật liệu bề mặt liệu cịn ướt nên nhiệt độ vật liệu xấp xỉ nhiệt độ bầu ướt tư Nhưng cần ý chọn nhiệt độ sấy để nhiệt độ sấy bầu ướt tư nhỏ nhiệt độ cho phép vật liệu -Giai đoạn giảm tốc: lúc VL tương đối khôtốc độ khuếch tán nước VL giảm xuống nhỏ tốc độ bay nước bề mặt VLtốc độ sấy gđ chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán nước bên VL Lượng ẩm khuếch tán giảm dần nên lượng ẩm bay giảm tốc độ sấy giảm Vậy tốc độ sấy không phụ thuộc vào yếu tố bên vật liệu mà phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố bên vật liệu  muốn tăng tốc độ sấy  ta phải khắc phục trở lực khuếch tán bên VL Nhiệt độ vật liệu sấy lúc bắt đầu tăng dần đạt độ ẩm cân nhiệt độ vật liệu với nhiệt độ tác nhân sấy  đến giai đoạn ta phải giữ nhiệt độ tác nhân sấy không nhiệt độ cho phép vật liệu 6.4 CẤU TẠO MÁY SẤY 6.4.1 Phân loại máy sấy a Dựa vào tác nhân sấy b Dựa vào áp suất làm việc c Dựa vào phương thức làm việc d Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt e Dựa vào cấu tạo thiết bị f Dựa vào chiều chuyển động TNS vật liệu sấy - Trong máy sấy làm việc liên tục: vật liệu sấy cho vào liên tục, sản phẩm khô sấy liên tục trình sấy coi ổn định theo thời gian - Trong máy sấy làm việc gián đoạn: trạng thái vật liệu thay đổi theo thời gian, phương thức giá thành cao sấy liên tục Vì tốn nhiệt lượng sau mẻ phải làm nguội phòng sấy để tháo nạp liệu, thường đòi hỏi lao động chân tay nặng nhọc cấu tạo thiết bị đơn giản hơn, dễ điều chỉnh Khi sấy xuôi chiều VLS TNS chiều với VLS ban đầu mang lượng ẩm lớn tiếp xúc với TNS ban đầu có độ ẩm nhỏ nhiệt độ cao  lượng ẩm bốc nhanh Cuối q trình vật liệu có độ ẩm nhỏ lại tiếp xúc với TNS có độ ẩm lớn  cuối lượng ẩm bốc giảm tốc độ sấy giảm dần Cho nên sấy xi chiều động lực q trình sấy giảm dần theo đường VL TNS Ưu điểm: nhiệt độ VLS lúc khỏi thiết bị tương đối thấp, độ ẩm cuối vật liệu (sản phẩm) cịn cao sấy xi chiều thường dùng trường hợp sấy lúc VL gần khô không chịu nhiệt độ cao cường độ sấy lớn lúc ẩm 6.4.2 Máy sấy đối lưu 6.4.2.1 Phòng sấy Nhược điểm bản: -Thời gian sấy dài vật liệu khơng đảo trộn sấy khơng -Khi nạp tháo liệu nhiệt qua cửa - Điều kiện làm việc nặng nhọc không đảm bảo vệ sinh - Khó kiểm tra q trình, hao tốn lượng tương đối lớn nhiệt lượng tác nhân sấy không sử dụng triệt để (đặc biệt giai đoạn trình sấy) 6.4.2.2 Hầm sấy (thiết bị sấy kiểu tunen) Nhược điểm: sấy khơng phân lớp khơng khí nóng lạnh theo chiều hầm tốc độ nhỏ vật liệu không xáo trộn 6.4.2.3 Thiết bị sấy kiểu bang tải 6.4.2.4 Thiết bị sấy kiểu băng uốn khúc 6.4.2.5 Máy sấy thùng quay 6.4.2.6 Thiết bị sấy khí thổi •Ưu điểm: Bề mặt tiếp xúc vật liệu tác nhân sấy lớn  trình sấy mãnh liệt, thời gian sấy ngắn  cho phép sấy nhiệt độ cao, thiết bị cấu tạo đơn giản gọn gàng •Nhược điểm: Khó điều chỉnh q trình, dễ gây nổ sấy vật liệu cháy dạng bụi tiêu tốn nhiều lượng 6.4.2.7 Thiết bị sấy phun bụi • Ưu điểm: -Sấy nhanh -Sản phẩm thu dạng bột mịn khơng cần nghiền • Nhược điểm: -Kích thước phòng sấy lớn mà vận tốc tác nhân sấy lại nhỏcường độ sấy nhỏ -Tốn nhiều lượng nhiệt lượng -Thiết bị phức tạp 6.4.2.8 Thiết bị sấy tầng sơi - Là loại thiết bị sấy có hiệu suất cao - Trong tầng sôi nhờ tiếp xúc VL TNS tốt  trình truyền nhiệt, chuyển khối xảy mãnh liệt  trình sấy kết thúc vịng vài phút - Có thể làm việc gián đoạn hay liên tục