Sau đây là các kết quả đạt được từ lý thuyết và thực nghiệm.
1.4.2. Thực nghiệm xác định đường kính hạt muối tinh
Lấy ngẫu nhiên một khối hạt muối tinh trong bao thành phẩm muối tinh sau nghiền và đem cân lượng mẫu cĩ khối lượng là 93,6 gam. Sử dụng bộ sàng rây cĩ dãy kích thước lỗ rây thứ tự từ 2,5 mm – 0,2 mm và thực hiện rây phân loại các kích thước sau đĩ tiến hành cân từng khối hạt cịn nằm trên rây (khơng lọt xuống được) và thực hiện các phép tính để tìm ra kích thước lỗ sàng trung bình di và giá trị xi cụ thể như sau:
1 1 2500 2000 2250, m 2 d x1 = 1,25/ 93,6 = 0,013355 2 1 2000 1500 1750, 2 d m x2= 1,81/93,6 = 0,019338
47
Tiến hành tuần tự cho đến lỗ rây trung bình cuối cùng và kết quả được trình bày trong phụ lục 1 và 2.
Sử dụng phương trình (1.6) tính kích thước hạt trung bình dm = 1/104,935.10–5 và tính được đường kính của hạt muối dm = 952,97m. Với việc lấy 5 mẫu muối nguyên liệu ngẫu nhiên và thực hiện thí nghiệm tuần tự như trên và xác định đường kính hạt cĩ mức giá trị trung bình nằm trong khoảng 953,1m và đối chiếu kết quả sai số giữa các lần đều < 3%. Giá trị trên được chấp nhận.
1.4.3. Thực nghiệm xác định khối lượng riêng của hạt muối tinh
Để xác định được khối lượng riêng của hạt muối tinh ta sử dụng ống nghiệm cĩ chứa dung dịch HCl (muối khơng tan trong dung dịch HCl) để xác định được thể tích của một mẫu muối nhất định đã được cân trước dựa vào chênh lệch thể tích trước và sau khi cho lượng muối vào ống nghiệm. Từ các số liệu về khối lượng và thể tích đo được, sẽ xác định được khối lượng riêng của hạt muối tinh dựa theo phương trình (1.8). Bảng kết quả thí nghiệm được trình bày trong phụ lục 3.
Kết quả đạt được là h = 2138 kg/m3. Theo một số tài liệu, khối lượng riêng của hạt muối tinh là 2160 kg/m3 nên kết quả này là hợp lý.
1.4.4. Thực nghiệm xác định khối lượng thể tích theo độ ẩm
Cũng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm như trong thí nghiệm xác định khối lượng riêng, nhưng trong thí nghiệm này khơng sử dụng dung dịch HCl. Muối tinh nguyên liệu lấy ngẫu nhiên trong bao dựng được đưa thẳng vào ống nghiệm dưới trạng thái tĩnh tự nhiên. Trong thí nghiệm này xác định hai thơng số ρb; gần với thực tiễn sấy muối tinh, các mẫu nguyên liệu được lấy cĩ độ ẩm khác nhau, biến thiên từ 0,1% đến 5%. Thí nghiệm cũng được thực hiện 13 lần cùng với việc sử dụng cơng thức (1.9) và (1.10) cho kết quả trung bình như trong phụ lục 1.4.
1.4.5. Thực nghiệm xác định cầu tính của hạt
Như đã phân tích ở trên để tính tốn được vận tốc cân bằng, vận tốc sơi tối thiểu, vận tốc sơi ổn định và vận tốc tới hạn của bất kỳ hạt vật liệu nào cũng như tính tốn cụ thể cho trường hợp sấy muối tinh phải xác định được cầu tính của hạt. Kết quả xác định giá trị cầu tính của một số loại hạt cho trong bảng 1.21 chỉ mang tính tham khảo cho các vật liệu rời tương ứng. Như vậy trong trường hợp sấy muối tinh cụ thể phải cĩ được số liệu cầu tính φ thơng qua thực nghiệm.
Dụng cụ thí nghiệm xác định cầu tính φ cho trường hợp này được sử dụng như thí nghiệm trên, ngồi ra cịn cĩ thêm dụng cụ đo vận tốc tác nhân khí trên bề lớp hạt ở trạng thái sơi tối thiểu.
Thừa nhận kết quả từ thí nghiệm xác định khối lượng riêng của hạt muối tinh là ρh = 2138 kg/m3. Theo kết quả nghiên cứu [6] để sấy được muối tinh trong lớp sơi liên tục, phải sử dụng lớp muối tinh khơ làm lớp đệm và tạo sơi ngay từ giai đoạn gia nhiệt đầu tiên cho máy sấy, do vậy trong thí nghiệm xác định cầu tính của hạt muối tinh sử dụng lớp muối sơi cĩ độ ẩm 0,2% (tại độ ẩm này muối tinh ở trạng thái rời rạc hồn tồn, khơng bị kết khối khi dịng tác nhân khí cấp vào ở nhiệt độ cao). Nhiệt độ của dịng tác nhân cung cấp cho thí nghiệm này được duy trì ổn định ở nhiệt độ ở 160C và chiều dày lớp hạt sơi trong thí nghiệm này được để ở mức H0 = 30mm. Thí nghiệm nhằm xác định vận tốc khí bề mặt ở trạng thái sơi tối thiểu theo vật
48
liệu muối tinh cĩ kích thước hạt trung bình khác nhau. Kết quả tìm được ρb; và vận tốc sơi tối thiểu cho từng trường hợp kích thước hạt trình bày trong phụ lục 1.5. Sử dụng cơng thức (1.4) và (1.5) xác định được các tiêu chuẩn Reynolds (Rett) và Archimedes (Ar) và sau đĩ thế vào phương trình (1.3) để tìm ra kết quả cầu tính của hạt muối cho từng trường hợp cụ thể và sau đĩ lấy kết quả cầu tính trung bình để làm cơ sở tính tốn lý thuyết khi thiết kế sấy muối tinh bằng lớp hạt sơi liên tục.
1.4.6. Tính tốn xác định độ rỗng của khối hạt ở trạng thái sơi tối thiểu và sơi ổn định
Sau khi cĩ được kết quả của các thơng số hình học của hạt muối trong các thí nghiệm trên, đặc biệt là cầu tính, ta cĩ thể tiến hành tính tốn độ rỗng của lớp hạt ở trạng thái sơi tối thiểu và sơi ổn định để cĩ được sự so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm đồng thời phục vụ cho việc tính tốn sau này nhờ các mơ hình đã được nêu ra trong phần lý thuyết.
a) Tính tốn độ rỗng ở trạng thái sơi tối thiểu:
Theo cơng thức thực nghiệm (1.11) ta sẽ xác định được độ rỗng ở trạng thái sơi tối thiểu như sau: 0 1,1. 1,1.0,51 0,561 tt Với 0 lấy bằng 0,51. b) Tính tốn độ rỗng ở trạng thái sơi ổn định:
Vì phương pháp tính độ rỗng ở trạng thái sơi ổn định cĩ liên quan đến tiêu chuẩn Reynolds tức là liên quan đến vận tốc tác nhân nên ta phải sử dụng kết quả của thực nghiệm xác định vận tốc hĩa sơi tối thiểu cho từng loại đường kính hạt. Ở đây chỉ sử dụng giá trị vận tốc để làm cơ sở tính tốn và so sánh. Kết quả tính tốn được trình bày trong phụ lục 7.
Lưu ý: Chiều cao lớp đệm ban đầu là H0 = 30 mm, vận tốc khơng khí ở trạng thái sơi ổn định lấy theo thực nghiệm, vs = (2 3) vtt [14]. Ở đây lấy vs = 2,5.vtt.
Ngồi ra, cĩ thể tính s bằng cơng thức thực nghiệm tương tự cơng thức (1.11) tức là: 1,1. 1,1.0,561 0, 617
s tt
Nhận xét:
Độ rỗng của lớp hạt ở trạng thái sơi tối thiểu tính tốn theo các mơ hình cĩ giá trị gần bằng nhau nhưng thấp hơn cách tính theo thực nghiệm. Vì hạt muối cĩ đường kính trung bình gần bằng 1mm nên độ rỗng hợp lý ở trạng thái sơi tối thiểu là lớn hơn 0,5. Chọn tt = 0,561 theo cách tính thực nghiệm cho các tính tốn sau này.
Độ rỗng của lớp hạt ở trạng thái sơi ổn định phải lớn hơn ở trạng thái sơi tối thiểu. Vì vậy cách tính theo thực nghiệm và theo Zabrodsky là hợp lý và chọn s = 0,617 cho các tính tốn sau này.
Kết luận:
Thơng qua các kết quả thực nghiệm cụ thể trên các mẫu muối tinh sau ly tâm ở các độ ẩm khác nhau của nguyên liệu đưa vào thực nghiệm cùng với việc áp dụng các mơ hình tính tốn đã xác định được các thơng số vật lý cơ bản của hạt muối tinh khi đưa vào sấy tầng sơi bao gồm: Đường kính trung bình của hạt muối, dh nằm trong phạm vi từ 0,3 đến 1,05mm, trung bình
là 0,953mm.
Độ rỗng của lớp hạt, 0 nằm trong phạm vi từ 0,45 đến 0,58, lấy giá trị trung bình và phù hợp với các tài liệu là 0,51.
49
Khối lượng riêng của muối, h nằm trong phạm vi từ 2088 đến 2124 kg/m3, lấy giá trị trung bình là 2138 kg/m3.
Khốilượng riêng thể tích, b nằm trong phạm vi từ 886 đến 1070 kg/m3, lấy giá trị trung bình là 982 kg/m3.
Cầutính của hạt muối, nằm trong phạm vi từ 0,67 đến 0,76, trung bình là 0,71. Độ rỗng ở trạng thái sơi tối thiểu và sơi ổn định lần lượt là 0,561 và 0,617.
1.4.7. Tính tốn xác định vận tốc hĩa sơi tối thiểu theo các mơ hình và thực nghiệm
Để xây dựng các thực nghiệm và các phép tính vận tốc hĩa sơi tối thiểu cùng với tổn thất áp suất qua lớp hạt theo các mơ hình ta sử dụng các thơng số vật lý của hạt muối tinh đã được xác định ở phần trên và thơng số nhiệt vật lý của khí hĩa sơi ở nhiệt độ 160C đồng thời tiến hành các thí nghiệm trên mơ hình máy sấy tầng sơi liên tục (hình 1.20), chiều dày lớp đệm ban đầu là 30mm, sử dụng các cấp hạt 1,65mm, 1,35mm, 1,05mm, 0,953mm, 0,65mm, 0,45mm và 0,225mm (đây là dải kích thước hạt trung bình phân bố tự nhiên được lấy từ loại nguyên liệu theo cơng nghệ nghiền rửa thơng thường).
Bảng 1.21 Thơng số vật lý hạt muối tinh và thơng số nhiệt vật lý của khí hĩa sơi sử dụng trong tính tốn
Đường kính hạt dh mm
1,65; 1,35; 1,05; 0,75; 0,45; 0,225 Đường kính trung bình khối hạt tự nhiên dm mm 0,953
Độ rỗng lớp tĩnh 0 0,51
Độ rỗng lớp sơi tối thiểu tt 0,561
Khối lượng riêng của hạt h kg/m3 2138
Khối lượng riêng thể tích khối hạt b kg/m3 982
Cầu tính của hạt 0,71
Khối lượng riêng khí k kg/m3 0,797
Độ nhớt động học k N.s/m2 24,9.10-6
Bảng kết quả tính tốn được trình bày trong phụ lục 7. Sau đây là các đồ thị so sánh vận tốc hĩa sơi tối thiểu theo các mơ hình lý thuyết và thực nghiệm.
50
Đồ thị so sánh các giá trị vận tốc hĩa sơi tối thiểu theo đường kính hạt từ các mơ hình 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 1650 1350 1050 953 750 450 225 Đường kính hạt, m vtt , m /s Ergun (1.18) Re&Ar (1.20) Ko&Ca (1.23) Wen&Yu (1.24) Wen&Yu (1.25) Be&Ge (1.26) Be&Ge (1.27) Todes (1.28) Leva (1.29) Kunii (1.30) Martin (1.32) Thực nghiệm
51
Hình 1.21 Các đồ thị so sánh vận tốc hĩa sơi bằng thực nghiệm và các phương trình tương quan thực nghiệm của các tác giả.
1.4.8. Tính tốn xác định tổn thất áp suất qua lớp hạt theo các mơ hình
a. Tổn áp qua lớp hạt tĩnh
Từ các số liệu thực nghiệm của vận tốc dịng khí qua lớp hạt tĩnh ta đưa vào các phương trình tính tốn nêu trên để xác định được tổn áp qua lớp hạt tĩnh. Kết quả được trình bày trong phụ lục 8 và đồ thị so sánh như sau: