Bài báo cáo thí nghiệm Sấy bơm nhiệt

lOMoARcPSD| 36067889
BÀI THÍ NGHIỆM SẤY BƠM NHIỆT I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.
Phương pháp sấy bơm nhiệt
Phương pháp sấy bơm nhiệt là phương pháp dùng một hệ thống bơm nhiệt để
tạo ra môi trường sấy. Nhiệt độ môi trường sấy có thể điều chỉnh trong giới hạn
khá rộng tùy theo yêu cầu của vật liệu sấy (VLS). Khi sử dụng bơm nhiệt để sấy
khô và hút ẩm, cả dàn nóng và dàn lạnh đều được sử dụng hữu ích nên năng
lượng tiêu thụ được tận dụng ở mức cao nhất. Ưu điểm:
- Khả năng điều chỉnh dải nhiệt độ và độ ẩm tác nhân sấy (TNS) tùy thuộc
vào yêu cầu và khả năng chịu nhiệt của từng loại sản phẩm.
- Giữ màu sắc, mùi vị và vitamin tốt với các sản phẩm sấy trong thực phẩm.
- Tiết kiệm năng lượng nhờ sử dụng cả năng lượng dàn nóng và dàn lạnh,
hiệu quả sử dụng nhiệt cao. - Vận hành đơn giản.
- Bảo vệ môi trường, tuổi thọ thiết bị cao.
- Có khả năng tăng công suất thiết kế đáp ứng các quy mô khác nhau. Nhược điểm:
- Thời gian sấy thường khá lâu do không có thế sấy lớn như sấy nóng, độ
chênh phân áp suất hơi nước giữa VLS và TNS không lớn, đặc biệt ở giai
đoạn VLS có hàm lượng ẩm nhỏ (gần khô kiệt)
- Phải có giải pháp xả băng sau một thời gian làm việc. 1 lOMoARcPSD| 36067889
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
2.1 Sơ đồ cấu tạo
Hình 1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống sấy bơm nhiệt
Thiết bị sấy bơm nhiệt theo nguyên lý trên gồm các thành phần như sau: 2 lOMoARcPSD| 36067889
I – Calorife, trong calorife này có các dàn lạnh để tách ẩm và dàn nóng để gia
nhiệt cho TNS. II – Buồng sấy
III, IV – Kênh gió vào và ra của buồng sấy.
V – Hộp kỹ thuật, nơi chứa máy nén, các van tiết lưu, dàn nóng và dàn lạnh phụ.
2.2Nguyên lý làm việc
Thiết bị sấy bơm nhiệt làm việc dựa trên 2 chu trình tuần hoàn khép kín như sau: 1. Chu trình của TNS:
TNS được tách ẩm bởi dàn bay hơi BH1 và được nâng nhiệt độ ở dàn ngưng tụ
NT1 nằm trong calorife I. Sau đó quạt QTN đưa vào buồng sấy II qua kênh gió
vào III, tại đây TNS lấy ẩm của VLS và đi ra theo kênh gió IV rồi quay lại
calorife I. Cứ như vây, chu trình được tuần hoàn kín. 2. Chu trình bơm nhiệt
Chu trình bơm nhiệt tuần hoàn liên tục 4 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1 – nén đoạn nhiệt: quá trình nén môi chất lạnh từ áp suất thấp, nhiệt
độ thấp lên áp suất cao, nhiệt độ cao trong máy nén.
Giai đoạn 2 – ngưng tụ đẳng nhiệt: trạng thái môi chất lạnh thay đổi từ hơi bão
hòa khô hoặc hơi quá nhiệt về trạng thái lỏng hoặc hơi ẩm thông qua quá trình
thải nhiệt ra ngoài nhờ thiết bị ngưng tụ (dàn nóng).
Giai đoạn 3 – Tiết lưu, entanpy không đổi: Môi chất lạnh bị giảm áp suất khi đi
qua van tiết lưu, quá trình này không làm thay đổi entanpy của môi chất lạnh.
Giai đoạn 4 – Bay hơi đẳng nhiệt: Trạng thái môi chất lạnh thay đổi từ hơi ẩm
thành hơi bão hòa khô hoặc hơi quá nhiệt thông qua quá trình thu nhiệt nhờ
thiết bị bay hơi (dàn lạnh) II.
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
1. Làm quen và nắm vững quy trình vận thành thiết bị sấy bơm nhiệt thínghiệm.
2. Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy (đường congsấy). 3 lOMoARcPSD| 36067889
3. Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với tốc độ sấy (đường cong tốcđộ sấy). III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1. Kiểm tra:
- Hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ. - Dụng cụ đo: cân
- Dụng cụ thí nghiệm: găng tay, dao gọt. 2. Chuẩn bị:
- Nguyên liệu: sơ chế nguyên liệu sấy (rau, củ, quả, miến), cắt lát theo chiều dày xác định.
- Cân khối lượng vật liệu ban đầu và đặt lên đĩa sấy.
- Khởi động hệ thống sấy bơm nhiệt và đặt nhiệt độ sấy yêu cầu.
3. Tiến hành thí nghiệm:
- Đợi đến khi nhiệt độ và độ ẩm TNS ổn định mới đưa vật liệu vào.
- 10 phút một lần lấy VLS ra cân lại để biết lượng ẩm bốc hơi và ghi lại khối
lượng VLS. Tiến hành như vậy cho đến khi khối lượng cân được không
thay đổi sau 3 lần đo thì ngừng thí nghiệm. 4. Dừng thí nghiệm:
- Tạm dừng hệ thống, đợi 5 phút chờ hệ thống dừng hoàn toàn rồi ngắt cầu dao.
- Lấy vật liệu sấy ra, đưa vào túi zip.
- Vệ sinh khay sấy, khoang sấy và các dụng cụ thí nghiệm.
- Báo cáo với cán bộ thí nghiệm và ghi nhật ký PTN.
- Dọn dẹp sạch sẽ nơi thí nghiệm. IV. SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM
Bảng kết quả thí nghiệm STT
BẢNG SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Thời gian Nhiệt độ Khối
Lượng ẩm Khối lượng Độ ẩm VLS Vận tốc buồng sấy lượng bay hơi ẩm sấy (phút) W (%) VLS dW dτ ( ) (g) (g) (g) (g/ph) 4 lOMoARcPSD| 36067889 1 2 V.
HƯỚNG DẪN XỬ LÝ SỐ LIỆU
1. Khối lượng ẩm trong vật liệu Trong đó -
Khối lượng ẩm tại thời điểm i, g -
Khối lượng VLS tại thời điểm i, g -
Khối lượng khô, tính bằng khối lượng vật liêu sau sấy (coi
như là khốilượng khô tuyệt đối), g 2. Lượng ẩm bay hơi Trong đó
- khối lượng VLS tại thời điểm i và i+1, g 3. Độ ẩm của VLS Trong đó
- Độ ẩm VLS tại thời điểm i, % 4. Vận tốc sấy
dW=∆Wi (g/ph) dτ ∆τ
- khoảng thời gian giữa 2 lần cân VLS, phút
5. Vẽ đồ thị đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy 5 lOMoARcPSD| 36067889 W (%) W(%)
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SẤY BƠM NHIỆT I.
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Làm quen và nắm vững quy trình vận thành thiết bị sấy bơm nhiệt thí nghiệm.
- Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy (đường cong sấy).
- Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với tốc độ sấy (đường cong tốc độ sấy). II.
THIẾT BỊ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
1. Vẽ sơ đồ nguyên lý thiết bị 6 lOMoARcPSD| 36067889
2. Vẽ đồ thị I-d của không khí ẩm và đồ thị T-s của môi chất lạnh và
nêunguyên lý hoạt động theo 2 sơ đồ trên
Thiết bị sấy bơm nhiệt làm việc dựa trên 2 chu trình tuần hoàn khép kín như sau: + Chu trình của TNS:
TNS được tách ẩm bởi dàn bay hơi BH1 và được nâng nhiệt độ ở dàn ngưng tụ
NT1 nằm trong calorife I. Sau đó quạt QTN đưa vào buồng sấy II qua kênh gió
vào III, tại đây TNS lấy ẩm của VLS và đi ra theo kênh gió IV rồi quay lại
calorife I. Cứ như vây, chu trình được tuần hoàn kín. 7 lOMoARcPSD| 36067889 + Chu trình bơm nhiệt
Chu trình bơm nhiệt tuần hoàn liên tục 4 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1 – nén đoạn nhiệt: quá trình nén môi chất lạnh từ áp suất thấp, nhiệt
độ thấp lên áp suất cao, nhiệt độ cao trong máy nén.
Giai đoạn 2 – ngưng tụ đẳng nhiệt: trạng thái môi chất lạnh thay đổi từ hơi bão
hòa khô hoặc hơi quá nhiệt về trạng thái lỏng hoặc hơi ẩm thông qua quá trình
thải nhiệt ra ngoài nhờ thiết bị ngưng tụ (dàn nóng).
Giai đoạn 3 – Tiết lưu, entanpy không đổi: Môi chất lạnh bị giảm áp suất khi đi
qua van tiết lưu, quá trình này không làm thay đổi entanpy của môi chất lạnh.
Giai đoạn 4 – Bay hơi đẳng nhiệt: Trạng thái môi chất lạnh thay đổi từ hơi ẩm
thành hơi bão hòa khô hoặc hơi quá nhiệt thông qua quá trình thu nhiệt nhờ
thiết bị bay hơi (dàn lạnh) STT
BẢNG SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Thời gian Nhiệt độ Khối
Lượng ẩm Khối lượng Độ ẩm VLS Vấn tốc buồng sấy lượng bay hơi ẩm sấy (phút) W (%) VLS dW dτ ( ) (g) (g) (g) (g/ph) 1 0 34 172 0 2 5 36 170 2 3 10 38 170 0 8 lOMoARcPSD| 36067889 4 15 40 170 0 5 20 40 167 3 6 25 40 167 0 7 30 40 167 0 8 35 40 166 1 9 40 40 166 0 10 45 40 165 1 11 50 40 165 0 12 55 40 164 1 III.
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN IV.
ĐỒ THỊ VÀ NHẬN XÉT
1. Đồ thị đường cong sấy 9 lOMoARcPSD| 36067889 W (%)
Nhận xét:…………………. ………………….…………………………………
………………….………………….………………….
………………………….
2. Đồ thị đường cong tốc độ sấy W(%)
Nhận xét:…………………. ………………….…………………………………
………………….………………….………………….
…………………………. THÍ NGHIỆM 10 lOMoARcPSD| 36067889
SẤY ĐỐI LƯU TUẦN HOÀN KHÍ THẢI I. Lý thuyết:
Sấy là quá trình tách một phần hay phần lớn lượng ẩm có trong vật ẩm. Quá trình sấy rất phức tạp và không
ổn định, trong đó đồng thời xảy ra nhiều quá trình như quá trình truyền nhiệt từ tác nhân sấy cho vật sấy,
dẫn nhiệt trong vật sấy, bay hơi của ẩm, dẫn ẩm từ trong ra bề mặt của vật sấy, truyền ẩm từ bề mặt vật sấy
vào môi trường sấy. Các quá trình trên đều tuân theo quá trình truyền ẩm.
Trong quá trình sấy, độ ẩm của vật sấy liên tục thay đổi theo hướng giảm dần và được chia làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn đầu: giai đoạn nung nóng vật sấy đến nhiệt độ bay hơi của ẩm.
- Giai đoạn thứ nhất (giai đoạn có tốc độ sấy không đổi): chủ yếu làm bay hơi nước tự do trong vật sấy.Hơi
bay lên từ bề mặt vật sấy là hơi nước bão hoà, nhiệt hoá hơi đúng bằng nhiệt hoá hơi của nước tự do.
- Giai đoạn thứ hai (giai đoạn tốc độ sấy giảm dần): khi ẩm bên trong truyền ra bề mặt của vật sấy nhỏhơn
lượng ẩm có thể bốc hơi trên bề mặt vật liệu. Giai đoạn này kéo dài tới khi vật sấy đạt tới độ ẩm cân bằng.
Đường cong sấy:
Đường cong biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật sấy theo thời gian sấy gọi là đường cong sấy: w = f(t). Đồ
thị hàm f(t) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dạng liên kết giữa nước và vật sấy, hình dáng, kích thước và
đặc tính của vật sấy, phương pháp và chế độ sấy, tuy nhiên chúng đều có dạng chung như minh hoạ ở hình 1.
Đường cong tốc độ sấy:
Đường cong tốc độ sấy biểu diễn quan hệ giữa tốc độ sấy và hàm ẩm của vật sấy, thu được bằng cách đạo
hàm đường cong sấy theo thời gian: dw/dt = f(w). Hình 2 minh hoạ một dạng đường cong tốc độ sấy. Trong
giai đoạn sấy thứ nhất, tốc độ sấy không đổi nên đồ thị của hàm f(w) là đoạn thẳng AB song song với trục
hoành. Đoạn biểu diễn giai đoạn thứ hai của quá trình sấy có hình dạng phức tạp, phụ thuộc vào cấu trúc
vật liệu sấy và dạng liên kết giữa ẩm với vật chất khô trong vật sấy. t0 t1 t wc wB wA wđ w Hình 1. Đường cong sấy
Hình 2. Đường cong tốc độ sấy 11 lOMoARcPSD| 36067889
II. Mục đích thí nghiệm:
- Làm quen và nắm vững quy trình vận hành thiết bị thí nghiệm sấy đối lưu có tuần hoàn khí thải.
- Xác định quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy (đường cong sấy).
- Xác định quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm của vật liệu (đường cong tốc độ sấy).
III. Sơ đồ thí nghiệm và nguyên lý làm việc của thiết bị thí nghiệm: 11 On 12 1. Cân 5.Quạt
2. Vật liệu sấy 6. Cửa thải TNS 3. Buồng sấy 7. Caloriphe 8. Tủ điều khiẻn 4. Cửa lấy KK 12 lOMoARcPSD| 36067889 9. Bích nối 11. Atomat tổng 10. Giá đỡ
12. Công tắc điều khiển
Nguyên tắc làm việc:
Không khí ở bên ngoài do quạt 5 hút qua cửa 4 rồi được đun nóng trong caloriphe điện 7. Khống
chế nhiệt độ không khí nhờ hệ thống nhiệt kế tiếp xúc. Vật liệu ẩm xếp vào trong các khay đặt trong 1 cái
khung của buồng sấy. Khung được treo trên đĩa cân 1. Quan sát sự thay đổi khối lượng vật liệu sấy trên
kim của cân. Điều chỉnh lượng không khí thải nhờ cửa có tấm chắn 6.
IV. Trình tự thí nghiệm: -
Bước 1. Cân vật liệu cần sấy (rau, củ, quả, miến) -
Bước 3. Quan sát và kiểm tra hệ thống thí nghiệm theo sơ đồ. -
Bước 4. Mở quạt và đóng cầu giao nguồn nhiệt để tăng nhiệt cho caloriphe. -
Bước 5. Đợi đến khi nhiệt độ sấy (tác nhân sấy) ổn định (sấy ở nhiệt độ nhất định nào đấy thì điều
chỉnh nhiệt kế tiếp xúc) mới cho vật liệu vào và đọc chỉ số trên cân. -
Bước 6. Đọc và ghi lại chỉ số trên cân 5 phút một lần để biết lượng ẩm bốc hơi. Tiến hành như vậy
cho đến khi chỉ số trên cân không thay đổi sau 3 lần đo thì ngừng thí nghiệm. -
Bước 7. Ngắt cầu dao calorife, đợi 10 phút rồi mới tắt quạt. Lấy vật liệu sấy ra quan sát và cân vật
liệu. Ghi các số liệu thu được và báo cáo với người hướng dẫn. 13 lOMoARcPSD| 36067889 -
Bước 8. Dọn dẹp sạch sẽ nơi thí nghiệm trước khi ra về. V. Tính toán
1. Lượng ẩm ban đầu có trong vật liệu: g = Gư - Gk (g) Trong đó:
Gư - Khối lượng vật liệu ướt, g
Gk- Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, g
2. Lượng ẩm bay hơi: Wi= Gi - Gi-1, (g)
Gi , Gi-1: Là khối lượng vật liệu ứng với thời gian i và i-1
3. Lượng ẩm chứa trong vật liệu: W’ = g - ∑ Wi, (g)
4. Độ ẩm của vật liệu: W = W’.100 / Gư , (%)
VI. Bảng số liệu thí nghiệm và kết quả tính toán: STT
Bảng số liệu thí nghiệm Kết quả tính toán lần đo Thời gian Nhiệt độ Số chỉ của Lượng ẩm Lượng ẩm Độ ẩm của Tốc độsấy t(ph) buồng sấy cân G (g) bay hơi trong vật vật liệu sấy dW (0C) liệu sấy W (%) W Fd i (g) W’ (g) (g/ph) 1 0 85 3300 0 323 60 2 5 85 3250 50 273 51 14 lOMoARcPSD| 36067889 3 10 85 3210 40 233 44 4 15 85 3200 10 223 42 5 20 85 3190 10 213 40 6 25 85 3100 90 123 23 7 30 85 3060 40 83 16 8 35 85 3050 10 73 14 9 40 85 3050 0 73 14 10 45 85 3050 0 73 14 VII. Báo cáo:
1. Đồ thị đường cong sấy: 15 lOMoARcPSD| 36067889 W (%) t (ph)
Nhận xét: ………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………..............................
2. Đồ thị đường cong tốc độ sấy: 16 lOMoARcPSD| 36067889
Nhận xét: ………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………............................... 17 lOMoARcPSD| 36067889
THÍ NGHIỆM TRÍCH LY I. Mở đầu
Trích ly là quá trình tách một hoặc một số chất tan trong chất lỏng hoặc chất
rắn bằng một chất lỏng khác gọi là dung môi. Trong nội dung thí nghiệm này sẽ
thực hiện quá trình trích ly rắn – lỏng. II.
Mục đích thí nghiệm
1. Làm quen với các thiết bị dùng cho quá trình trích ly: soxhlet, thiết bị cô quay chân không
2. Xác định hàm lượng cấu tử cần trích ly và so sánh hiệu quả khi sử dụng bằng các dung môi khác nhau.
III. Sơ đồ thí nghiệm 18 lOMoARcPSD| 36067889 19 lOMoARcPSD| 36067889 IV.
Các bước tiến hành thí nghiệm
1. Kiểm tra hệ thống thiết bị thí nghiệm theo sơ đồ, lắp đặt thiết bị.
2. Chuẩn bị các dụng cụ đo: Cân, cốc đong…, dung môi, mẫu cần trích ly
3. Cho mẫu trích ly, dung môi vào Soxhlet.
4. Cho nước làm mát qua ống sinh hàn, bật gia nhiệt (tùy theo dung môi mà cógiá trị gia nhiệt hợp lý).
5. Bắt đầu tính thời gian trích ly
6. Sau khi thực hiện xong quá trình trích ly, đem dịch cô quay chân không đểtách
dung môi và cấu tử cần trích ly
7. Ghi các số liệu vào bảng
8. Sau khi lấy tất cả các số liệu xong thì tắt máy, làm vệ sinh sạch sẽ chỗ làmthí
nghiệm, báo cáo kết quả thí nghiệm với cán bộ hướng dẫn.
Bảng 1: Bảng kết quả thí nghiệm Dung môi là nước Dung môi là n-hexan
Lượng mẫu khô…………...
Lượng mẫu khô…………...
Lượng dung môi………….
Lượng dung môi………….
Nhiệt độ trích ly ….0C
Nhiệt độ trích ly…… 0C Thời gian trích ly….. Thời gian trích ly …..
Lượng cấu tử trích ly thu hồi ……
Lượng cấu tử trích ly thu hồi…... V.
So sánh kết quả thí nghiệm 20