- Entanpi của khụng khớ ẩm: trong kỹ thuật sấy người ta tớnh entanpi của
b) Một số quy luật cơ bản của quỏ trỡnh sấy
Cỏc quy trỡnh sấy hạt núi chung và sấy ngụ hạt núi riờng là những quy luật nhận được qua nghiờn cứu thực nghiệm. Trong đú quan trọng nhất là cỏc quy luật: quy luật thay đổi độ ẩm theo thời gian sấy, quy luật tốc độ sấy và quy luật thay đổi nhiệt độ vật sấy theo độ ẩm. Quy luật này biểu thị dưới dạng đồ thị tương ứng là cỏc đường cong sấy, đường cong tốc độ sấy và đường cong nhiệt độ sấy (hỡnh 3.2).
Căn cứ vào sự biến thiờn của tốc độ sấy, cú thể chia hai giai đoạn chủ yếu : tốc độ sấy khụng đổi (giai đoạn I) và tốc độ sấy giảm (giai đoạn II). Nếu căn cứ theo trỡnh tự thời gian thỡ quỏ trỡnh sấy được chia theo 3 giai đoạn :
- Giai đoạn đầu làm núng vật liệu, ứng với thời gian rất ngắn τo nhằm đưa
vật liệu sấy từ nhiệt độ thấp lờn nhiệt độ cao cú thể bay hơi được. ở giai đoạn này nhiệt độ vật liệu tvl tăng nhanh đồng thời tốc độ sấy Us cũng tăng nhanh nhưng độ ẩm vật liệu wvl giảm khụng đỏng kể (đoạn AB) vỡ thời gian ngắn.
- Giai đoạn thứ hai ứng với thời gian τ1. ở giai đoạn này tốc độ sấy khụng
nước. Nhiệt độ của vật liệu hầu như khụng đổi và bằng nhiệt độ hơi nước bốc ra. Độ ẩm vật liệu giảm xuống rất nhanh (đoạn BC).
Tốc độ sấy khụng đổi là do trong vật liệu cũn nhiều nước, lượng ẩm rời đến bề mặt vật liệu để bốc hơi tương ứng với lượng ẩm đó bốc hơi trờn bề mặt. Giai đoạn này chủ yếu làm tỏch lượng nước tự do trong vật liệu, nước bay hơi ra khỏi bề mặt vật liệu sấy tương tự như khi bay hơi từ mặt nước tự do.
τ0 τ1 τ2 B C I II D τ (h) B C τ (h) A Wh(%)
Đường cong giảm ẩm của hạt Đường nhiệt độ của hạt θ
Độ ẩm cân bằng
Đường cong tốc độ sấy
Us(%)
Hỡnh 3.2. Đồ thị quỏ trỡnh sấy hạt
- Giai đoạn cuối ứng với thời gian τ2. ở giai đoạn này tốc độ sấy giảm, độ ẩm của vật liệu cũng giảm dần (đoạn CD), trong khi đú nhiệt độ vật liệu tăng dần. Giai đoạn này được diễn ra cho đến khi vật liệu cú độ ẩm cõn bằng (ứng với điểm D) thỡ tốc độ sấy bằng 0, quỏ trỡnh sấy dừng lại.
Nguyờn nhõn làm cho vận tốc sấy giảm là do vật liệu đó khụ hơn, tốc độ khuyếch tỏn ẩm trong vật liệu nhỏ hơn tốc độ bay hơi nước trờn bề mặt do phải khắc phục trở lực khuyếch tỏn. Cuối giai đoạn này, lượng ẩm liờn kết bền nhất bắt đầu được tỏch ra. Nhiệt cung cấp một phần để nước tiếp tục bốc hơi, một phần để vật liệu tiếp tục núng lờn. Nhiệt độ vật liệu sấy được tăng lờn cho đến khi vật liệu đạt được độ ẩm cõn bằng thỡ nhiệt độ vật liệu bằng nhiệt độ tỏc nhõn sấy (tương ứng với điểm E). Vỡ vậy, ở giai đoạn này cần giữ nhiệt độ tỏc nhõn sấy khụng vượt quỏ nhiệt độ cho phộp của vật liệu.
3.2. CƠ SỞ TÍNH TỐN Lề ĐỐT KHÍ HỐ GAS3.2.1. Cơ sở tớnh toỏn cụng nghệ 3.2.1. Cơ sở tớnh toỏn cụng nghệ
Trong nhiờn liệu rắn thường bao gồm cỏc nguyờn tố C, H, và O, ngoài ra cú thể cú N và S. Trong thiết bị khớ hoỏ gas xuụi chiều được nghiờn cứu thiết kế, nhiờn liệu rắn được đốt chỏy một phần. Gas được tạo ra, sau đú được
biến đổi bằng cỏch cho đi qua tầng nhiờn liệu ở nhiệt độ cao. Trong quỏ trỡnh chỏy khớ CO2 cú được từ C và nước cú được từ H2 và O2 từ nhiờn liệu sẽ được kết hợp với cỏc sản phẩm của quỏ trỡnh chỏy, do đú làm giảm đi lượng khụng khớ cần cho quỏ trỡnh chỏy.
Quỏ trỡnh oxy hoỏ (hoặc quỏ trỡnh chỏy) được mụ tả bằng cỏc cụng thức phản ứng hoỏ học sau:
C + O2 <=> CO2 – 401,9 kJ/mol (3.11) H2 + 1/2O2 <=> H2O – 241.1 kJ/mol (3.12)
Cỏc cụng thức này cú nghĩa là khi đốt chỏy 1 nguyờn tử gram, tức là 12g C thành CO2, giải phúng ra lượng nhiệt là 401,9 kJ. Khi oxy hoỏ 1 phõn tử gram tức là 2,016g H thành hơi nước thỡ được lượng nhiệt là 241,1kJ.
Trong tất cả cỏc dạng khớ húa, CO2 và hơi nước sẽ biến đổi thành CO, H và mờ tan (CH4 ) càng nhiều càng tốt. Đõy là thành phần chớnh cú thể chỏy được của gas sản sinh ra. Dưới đõy là cỏc phản ứng quan trọng xảy ra trong vựng của thiết bị tạo gas giữa cỏc chất ở thể rắn và thể khớ khỏc nhau. Dấu (-) biểu thị nhiệt trong phản ứng sinh ra, dấu (+) cho biết nhiệt cần cho phản ứng.
Bảng 3.1 Cỏc phản ứng quan trọng xảy ra trong thiết bị tạo gas a) C + O2 <=> 2CO + 164,9 kJ/mol b) C + H2O <=> CO + H2 + 122,6kJ/mol c) CO + H2 <=> CO + H2O + 42,3kJ/mol (3.13) d) C + 2H2 <=> CH4 0 e) CO + 3H2 <=> CH4 + H2O - 205,9kJ/mol
Phương trỡnh a, b là cỏc phản ứng chớnh trong quỏ trỡnh khụ, cho biết quỏ trỡnh khụ cần nhiệt. Do đú nhiệt độ của gas sẽ giảm trong quỏ trỡnh khụ.
Phản ứng c mụ tả trạng thỏi cõn bằng gas - nước. Theo lý thuyết, đối với mỗi nhiệt độ, tỷ lệ giữa sản phẩm của tập hợp CO và hơi nước (H2O) và sản phẩm của tập hợp CO2 và H2 được cố định bằng hằng số trạng thỏi cõn bằng nước – gas (Kw). Trong thực tế, thành phần cõn bằng của gas chỉ đạt được trong trường hợp khi đủ tốc độ phản ứng và thời gian phản ứng.
Tốc độ phản ứng giảm theo sự giảm nhiệt độ. Trong trường hợp cõn bằng nước – gas, tốc độ phản ứng trở nờn thấp dưới 7000C tới mức là trạng thỏi cõn bằng được coi là “đúng băng”. Thành phần gas khi đú duy trỡ khụng đổi. Cỏc giỏ trị Kw với cỏc nhiệt độ khỏc nhau được tớnh theo cụng thức:
Kw = 2 2 ( ).( ) ( ).( ) CO H O CO H (3.14) 3.2.2. Thành phần gas
Khỏi niệm cõn bằng nước - gas đưa ra cơ hội để tớnh toỏn thành phần cấn tạo của gas về mặt lý thuyờt từ thiết bị tạo gas mà đạt được trạng thỏi cõn bằng ở nhiệt độ đó cho.
Xuất phỏt từ cõn bằng khối lượng của 4 nguyờn tố đi vào chớnh (C, H, O và N) và cõn bằng năng lượng trờn toàn hệ thống và mối quan hệ đưa ra bởi cõn bằng nước – gas . Theo giả thuyết, lượng CH4 trong gas sinh ra trong mỗi gram nhiờn liệu là khụng đổi (ớt hơn hoặc nhiều hơn trường hợp lũ đốt khớ hoỏ vận hành dưới điều kiện bỡnh thường), mối quan hệ cú sẵn cho phộp tớnh toỏn
thành phần của gas trong phạm vi lớn cỏc thụng số đầu vào (hàm lượng ẩm của nhiờn liệu) và cỏc đăc tớnh kỹ thuật của hệ thống (tổn thất nhiệt trong quỏ trỡnh đối lưu bức xạ và dẫn nhiệt trong gas).
3.2.3. Hiệu suất khớ hoỏ gas
Yếu tố quan trọng để đỏnh giỏ hiệu quả kinh tế của việc sử dụng hệ thống thiết bị khớ hoỏ là hiệu suất khớ hoỏ.
Nếu dựng gas để đốt chỏy trực tiếp, hiệu suất khớ hoỏ được tớnh như sau:
( ) ( ) .100 ì + ì ì ∆ = ì g g g g p th s s H Q Q C T H M ρ η % (3.15) Trong đú:
ηth - Hiệu suất khớ hoỏ về nhiệt, (%). Ρg - Tỷ trọng của gas; (kg/m3).
Cp - Nhiệt dung riờng của gas; (kJ/kg.oK).
ΔT - Chờnh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ giữa gas ở cửa buồng đốt và nhiờn liệu vào thiết bị khớ hoỏ; (0K).
Hg - Nhiệt trị của gas; (kJ/m3) Qg - Lưu lượng của gas; (m3/s).
Hs - Nhiệt trị thấp của nhiờn liệu khớ hoỏ; (kJ/kg).
Ms- Lượng tiờu thụ nhiờn liệu của lũ đốt khớ hoỏ (kg/kJ).
Tuỳ thuộc vào kết cấu của thiết bị khớ hoỏ cũng như tuỳ thuộc vào cỏc đặc tớnh kỹ thuật của nhiờn liệu mà hiệu suất khớ húa gas cú thể thay đổi trong khoảng từ 65% đến 85%. Trong cỏc ứng dụng nhiệt, giỏ trị ηth cú thể cao tới 93%.
3.2.4. Nhiờn liệu khớ hoỏ gas