Với các loại bột (vật liệu) mịn hơn, nhẹ hơn và dính kết thì rất khĩ hĩa sơi tồn bộ vật liệu bởi vì lực liên kết nội phân tử của vật liệu thì lớn hơn trọng lực. Vật liệu cĩ xu hướng dính vào nhau và khí đi xuyên qua lớp thơng qua các kênh.
1.3.5.4. Các phương pháp xác định tổn áp của dịng khí qua lớp hạt a. Tổn áp qua lớp hạt tĩnh
Khi dịng khi đi xuyên qua lớp hạt trạng thái tĩnh dưới dạng chảy tầng (laminar flow) thì trở lực qua lớp hạt tĩnh cĩ hình dạng bất kỳ được tính theo cơng thức của Blacke–Kozeny,
Trong đĩ:
vt – Vận tốc dịng khí qua lớp hạt tĩnh, m/s H0
– Chiều cao lớp hạt trạng thái tĩnh, m 0 – Độ rỗng lớp hạt ở trạng thái tĩnh
(1.33)
Trong nhiều thực nghiệm Blacke – Kozeny đã xác định k = 150. Phạm vi sử dụng của cơng thức Blake – Kozeny là khi Re < 10 và độ rỗng lớp hạt trạng thái tĩnh 0 = 0,5 khi đĩ hệ số Reynolds (Ret) tương ứng được tính:
(1.34)
Trường hợp tác nhân khí qua lớp hạt tĩnh cĩ hình dạng bất kỳ chế độ chảy quá độ (Intermediater flow) Ergun đã đưa ra cơng thức tính trở lực qua lớp hạt tĩnh bằng tổng của trở lực dịng chảy lớp và dịng chảy rối.
P
(1.35)
b. Tổn áp qua lớp hạt ở trạng thái sơi tối thiểu
Tiếp tục tăng vận tốc khí qua lớp hạt lên đến trạng thái mà lớp hạt bắt đầu giãn nở, lúc này độ rỗng của lớp hạt chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái bắt đầu giả lỏng (hĩa sơi) tt = 0.n và lúc này tổn áp qua lớp hạt trạng thái sơi tối thiểu (tại vị trí A, hình 1.18) cĩ thể biểu diễn
bằng phương trình (1.36), tức là tổn áp của dịng tác nhân khí qua lớp hạt bằng với trọng lượng của lớp hạt trên một đơn vị diện tích mặt cắt ngang thì lớp hạt bắt đầu giãn nở,
P g .H
tt
(1.36) Trong đĩ: Htt – Chiều cao lớp hạt sơi tối thiểu, m
Hsb – Chiều cao lớp hạt sơi bọt khí, m
tt – Độ rỗng của lớp hạt ở trạng thái sơi tối thiểu
b – Độ rỗng của lớp hạt ở trạng thái sơi bọt
Áp suất khơng đổi suốt từ trạng thái lớp hạt sơi tối thiểu đến trạng thái sơi hợp lý (từ A – B hình 1.18). Trong cách tính tổn áp qua lớp hạt bằng phương trình trên chủ yếu phụ thuộc vào khối lượng riêng của loại hạt và độ rỗng của hạt trạng thái sơi tối thiểu.
Trong khi đĩ Ergun lại đưa ra phương trình tính tổn áp của dịng khí đi qua lớp hạt cĩ hình dạng bất kỳ ở trạng thái sơi tối thiểu bằng phương trình:
Trong đĩ:
Htt – Chiều cao lớp hạt, m
tt – Độ rỗng của lớp hạt trạng thái sơi tối thiểu
vtt – Vận tốc khí bề mặt đi qua lớp hạt ở trạng thái sơi tối thiểu, m/s k
– Độ nhớt động học của dịng khí, N.s/m2 – Cầu tính của hạt
(1.37)
Để cĩ thể sử dụng phương trình trên, độ rỗng của lớp hạt ở trạng thái sơi tối thiểu, tt phải được xác định.
Theo [14] để lớp hạt chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái bắt đầu giả lỏng, áp suất dịng khí phải đủ lớn thắng được trọng lượng của lớp hạt và áp suất dịng khí được xác định theo:
Trong đĩ:
A – Diện tích mặt cắt ngang chứa lớp sơi, m2 g– Gia tốc trọng trường, m/s2
(1.38)
Trong phương trình này xem như khơng cĩ lực tương tác giữa các hạt, lực tương tác giữa hạt và vách buồng sấy. Do khơng cĩ sự suy giảm năng lượng nên khơng gây ra các va chạm, khơng gây hiệu ứng làm tăng tổn áp của dịng khí qua lớp hạt. Tổn áp sẽ khơng đổi khi vận tốc khí tăng lên từ vận tốc hĩa sơi nhỏ nhất đến vận tốc mà tại đĩ bắt đầu cĩ sự cuốn hạt xảy ra (từ vị trí A đến vị trí C hình 1.8). Khi tốc độ dịng khí càng lớn thì độ rỗng lớp hạt càng
lớn và chiều cao lớp hạt sơi càng lớn. Tại thời điểm hạt hĩa sơi thì tt > 0 và Htt > H0 và giá trị của chúng trong tính tốn giá trị lấy tăng thêm 10% [16].
c. Tổn áp qua ghi phân phối
Tổn áp trong buồng sấy là tổng áp của thành phần trở lực qua lớp hạt Pb và trở lực qua ghi phân phối khí Pppk
P = Pb + Pppk
Thực tế là trước khi dịng khí đi vào được lớp hạt phải đi qua ghi phân phối khí và tổn áp khi dịng tác nhân khí đi qua ghi phân phối khí kiểu dạng đột lỗ (perforated plate) được tính theo phương trình:
Pppk = Ph (1,8 – 0,035.X) Với X là tỷ lệ lỗ lưới trên diện tích ghi phân phối tác nhân.
X (1.41)
Trong đĩ: f – Diện tích lỗ phân phối khí, m2
F – Tổng diện tích sàng, m2
Thường chuẩn lưới sử dụng phân phối tác nhân sấy tĩnh nằm trong khoảng 20% – 40%[14]. Henderson, đưa ra cơng thức tính tổn áp qua ghi phân phối khí kiểu đột lỗ:
Với:
– Độ rỗng của khối hạt (lấy số thập phân)
(1.42)
OL – Tỷ lệ lỗ của ghi phân phối khí nằm trong phạm vi 25% – 40% Krishnaiah [14] đã làm thực nghiệm xác định trở lực qua ghi phân phối khí với máy sấy tầng sơi và đã xác định giá trị tổn áp được lấy trong phạm vi từ 20 đến 40% áp suất qua lớp hạt.
Pppk = (0,2 0,4) Pb
1.4. Thực nghiệm xác định các thơng số cơ bản ứng dụng trong tính tốn thiết kế máysấy tầng sơi sấy tầng sơi
1.4.1. Phương tiện thí nghiệm
Trên cơ sở các vấn đề lý thuyết đã được đề cập ở trên, để tính tốn được các thơng số cơ bản ứng dụng trong thiết kế máy sấy muối tinh bằng phương pháp sấy tầng sơi liên tục, chúng ta phải xác định trên cơ sở thực nghiệm để so sánh với các số liệu tính tốn được trên cơ sở lý thuyết, từ đĩ đưa được các nhận xét và chọn lựa các thơng số thích hợp. Q trình thực nghiệm được tiến hành bằng các loại dụng cụ đo bao gồm:
Máy cân mẫu và sấy kết hợp hiệu Axis – Ba Lan sử dụng để xác định độ ẩm của vật liệu.
Ống nghiệm cĩ thang chia vạch.
Cân tiểu ly kỹ thuật số hiệu Ohaus PA214 độ nhạy 0,0001g. Dung dịch axit HCl đủ để làm thí nghiệm.
Đồng hồ đo vận tốc giĩ Extech.
Kết hợp với mơ hình máy sấy tầng sơi liên tục, năng suất 48kg/h được lắp đặt tại phịng thực hành X6.11, trường Đại học Cơng Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh. Mơ hình cĩ các thơng số kỹ thuật như sau:
Năng suất: 48kg/h
Bộ gia nhiệt điện trở, cơng suất cực đại: 60kW Cơng suất quạt ly tâm cấp khí nĩng: 5,5kW/3P/380V
10 11 9 1 10 9 4
1 – Phễu nạp liệu; 2 – Vít tải định lượng; 3 – Buồng phân ly; 4 – Buồng sấy; 5 – Buồng chứa tác nhân sấy; 6 – Ống cấp tác nhân vào máy sấy; 7 – Bộ điện trở; 8 – Quạt ly tâm; 9 – Cửa điều tiết cấp khí trời vào hệ thống; 10 – Ống hồi khí thải để hồi lưu; 11 – Cyclone; 12 – Ống khí thải; 13 – Ống thốt khí thải trên buồng phân ly.