CHƯƠNG 2. ĐỘNG HỌC, THỜI GIAN CỦA QUÁ TRÌNH SẤY, TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
2.1. Các thông số ban đầu
- Khối lượng riêng của khối hạt vật liệu: kh=850 kg/m3
- Nhiệt dung riêng của hạt bắp khô: Ck=1,5 kj/kg.k
- Kích thước trung bình hạt bắp:
+ Chiều dài: a=8mm
+ Chiều rộng: b=6mm
+ Độ dày: =4mm + Đường kính tương đương: dtd=7,5mm
- Chọn địa điểm sấy là thành phố Sa Đéc nên t°=27.2°C, φ=81%
- Nhiệt độ của ngô vào tháp: 27.20C - Nhiệt độ của ngô ra khỏi tháp: 450C - Độ ẩm ban đầu của ngô: W1 = 24%
- Độ ẩm của ngô sau khi sấy: W2= 8%
- Nhiệt độ sấy bắp 80°C - Độ ẩm môi trường Wo = 81%
- Độ ẩm cân bằng: wcb=5%
- Chọn tác nhân sấy là không khí ẩm gia nhiệt gián tiếp với hơi nước qua caloriphe
2.1.2. Tính động học và thời gian sấy của quá trình sấy
Các độ ẩm tính trong công thức dưới đây đều là độ ẩm tuyệt đối có liên hệ với độ ẩm tương đối theo công thức sau:
W1'= W1
100−W1×100 %¿ 24
100−24×100 %=31.58 % (CT 7.19. T287,CQTTB TẬP 4)
W2'= W2
100−W2×100 %= 8
100−8×100 %=8.7 %
Thời gian sấy đẳng tốc τ1
Ta có τ1=W1'−Wt h
N (CT 5.2, T 97, TTVTKHTS, TRẦN VĂN PHÚ)
Ta có Wt h=1
χ+wcb (CT 5.26, T103, TRẦN VĂN PHÚ)
Trong đó với χ=W1.8
1'
= 1.8 31.58=0.057 (CT 5.25, T102, TRẦN VĂN PHÚ)
Nên Wt h=1
χ+wcb= 0.0571 +5=22.54 %
Tốc độ sấy của thời gian giảm tốc cũng chính là tốc độ sấy ở giai đoạn cuối sấy đẳng tốc:
N=100J2 Rρρ (CT 5.18, T100, TRẦN VĂN PHÚ) Với (T 346, 351, tính toán và thiết kế hệ thống sấy trần văn phú) R: là kích thước đặt trưng của ngô (R=7.5 mm)
ρ: là khối lượng riêng của ngô (ρ =850 kg/m3) Trong đó
J2: là cường độ bay hơi ẩm trên bề mặt vậ liệu
J2=J1 r (CT 5.3, T97, TRẦN VĂN PHÚ)
J1: là mật độ dòng nhiệt
J1=α1(tm−tb) (CT 5.5, T98, Trần Văn Phú)
α1: là hệ thống dẫn nhiệt đối lưu cưỡng bức Theo kinh nghiệm α1được tính như sau
α1=6.15+4.17 x v (CT 7.46, T144, TVP)
Tốc độ TNS đi trong các vùng sấy tháp lấy theo kinh nghiệm thường vào khoảng (0.3÷0.5) m/s (T241, TVP)
Ở đây ta chọn tốc độ TNS bằng 0.5m/s:
Suy ra α1=6.15+(4.17 x 0,5)= 8.235 w/m2độ tm: nhiệt độ trung bình của TNS
tm= (80+45)/2=62.5°C
+ tb: nhiệt độ trên bề mặt vật liệu cũng chính là nhiệt độ nhiệt kế ướt Tra giản đồ không khí ẩm ta được tb=35.6°C
r: ẩn nhiệt hóa hơi của ẩm ở 62.5°C (Sổ tay quá trình thiết bị tập 1), với r=2353 kj/ kg. độ
J2=α1(tm−tb)
r =8.235×(62.5−35.6)
2353 =0.094 (kj/m2h)
N=100J2 Rρρ = 5.6 (% ẩm/h)
τ1=W1'−Wth
N = 31.58−22.54
5.6 =1.61h
Thời gian sấy giảm tốc
τ2= −1
χ × N ln{χ(w2'−wcb)}=0.057−1×5.6ln{0.057(8.7−5)}= 4.87 h
Vậy tổng thời gian sấy là τ=τ1+τ2=¿1.61+4.87= 6.5h
Ta chọn thời gian vùng làm mát bằng 1/3 thơi gian vùng sấy là 2.16h. Nên ta có tổng thời gian sấy của vùng sấy và vùng làm mát là 8.65h
Tác nhân sấy Trạng thái A: Trước khi vào Caloripher Ta có t = 27.2OC có độ ẩm tương đối 81%
Áp suất hơi bão hòa ở trạng thái A
Pb h0=exp(12−235.54026.42+t0)=exp(12−235.5+27.24026.42 )=0.0359 (bar)
(CT 2.11, T14, KTS Trần Văn Phú) Áp suất hơi riêng phần:
Ph0=φ0∗Pb h0=¿ 0.81∗0.0359=0.029077 (bar)= 29.0776mmHg
(Sổ tay tập 4 trang 272)
Hàm ẩm
Với áp suất chung của hỗn hợp không khí ẩm P=1bar
x=d =Y¯0=0.621∗φ0∗Pb h0
P−Pb h0 = 0.621∗0.81∗0.0359
1−0.81∗0.0359 =0.0186 (kg/kgkkk) (CT 2.15, T 15, KTS Trần Văn Phú)
Hàm nhiệt
I0=H0=Cpk.t0+x0(r+Cpht0)=1,004∗ 27.2 +0,0186(2500+1,842∗27.2)=74.8223 (kj/kg) =17.871 (kcal/kg) (CT 2.18, T15, KTS Trần Văn Phú)
Trạng thái B: Trước khi vào tháp sấy chọn nhiệt độ sấy t1=80°C Áp suất hơi bão hòa ở trạng thái ở trạng thái B
Pb h1=exp(12−235.5+t4026.421)=exp(12−235.5+804026.42 )=0.4667 (bar)
(CT 2.11, T14, KTS Trần Văn Phú) Hàm ẩm
Trong quá trình đun nóng thì hàm ẩm trong không khí không thay đổi. Nênx1=x0
= 0.0186 (kg/kgkkk) Trong đó độ ẩm tương đối là:
Ph1= x1. P
0.622+x1 (CT 7.20, T 278, Sổ tay quá trình và thiết bị 4)
φ1=Ph1 Pb h1 (CT 2.12. trang 27, TT và TK HTS Trần Văn Phú)
φ1= x1 Pb h1∗(0.622+x1)= 0.0186
0.4667∗(0.622+0.0186)=6.22%
Hàm nhiệt
H1=Cpk. t1+x1(r+Cpht1)=1,004∗ 80 +0.0186(2500+1,842∗80)=129.5609 (kj/kgkkk)
= 30.9451 (kcal/kg) (CT 2.18, T15, KTS Trần Văn Phú) Trạng thái C: sau khi ra khỏi tháp sấy
Chọn nhiệt độ
t2=45OC Áp suất hơi bão hòa tại trạng thái C
Pb h2=exp(12−235.5+t4026.422)=exp(12−235.54026.42+45)=0.0949 (bar) (CT 2.11, T14, KTS Trần Văn Phú)
Hàm ẩm tại trạng thái C
H2=Cpk. t2+xC(r+Cpht2) (CT 2.18, T15, KTS Trần Văn Phú) 129.5609 = 1.004*45 + xc(2500+ 1.842*45)
→ xC= 0.0327 (kg/kgkkk)
Trong quá trình sấy thì hàm nhiệt trong không khí không thay đổi H2=H1= 129.5609 (kj/kgkkk)
Ph2= x2. P
0.622+x2 (CT 7.20, T 278, Sổ tay quá trình và thiết bị 4)
φ2=Ph2 Pb h2 (CT 2.12. trang 27, TT và TK HTS Trần Văn Phú)
φ2 = P x2
bh2(0,622+x2)
=0.0949(0.6220.0327+0.0327)= 52.63%
Tóm tắt các thông số của không khí Bảng 1 Thông số trạng thái của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý thuyết
Các thông số Các trạng thái
A B C
Độ ẩm tương đối (%) 81 6.22 52.63
Nhiệt độ (0C) 27.2 80 45
Enthanpy
H(kCal/Kgkkk) 17.87
1 30.9451 30.9451
Hàm lượng hơi ẩm d
(g/kgkkk) 18.6 18.6 32.7
Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên giản đồ Theo sách quá trình và thiết bị tập 4, nguyễn Bin ta có cách diễn giải như sau:
Điểm A có t0=27.2°C, φ0=¿82% là trạng thái ban đầu của không khí (theo đề tài
cho trước), là trạng thái của không khí trước caloriphe
Từ A kẽ đường thẳng đứng cắt đường t1=80°C được điểm B (có x1=x0), điểm B đặc trưng cho trạng thái của không khí trước khi vào phòng sấy.
Từ điểm B theo đường I1=const cắt đường t2=40°C được điểm C (có I1=I2), điểm C đặc trưng cho trạng thái không khí khi ra khỏi tháp sấy.
Đoạn AB là đặt trưng cho quá trình biến đổi trạng thái của không khí trong Caloriphe (quá trình đun nóng)
Đoạn BC là biểu diễn cho quá trình biến đổi trạng thái của không khí ở trong tháp sấy
Đoạn gấp khúc ABC là biểu diễn cho quá trình sấy lý thuyết
Hình 9: Đồ thị H-x của không khí ẩm