Thí nghiệm quá trình thiết bị sấy đối lưu

T
hí nghiệm Quá trinh và Thiết bị S ẤY ĐỐI LƯU
BÀI 9: SẤY ĐỐI LƯU
1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Khảo sát quá trình sấy đối lưu vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng không khí được nung nóng nhằm:
• Xác định đường cong sấy
• Xác định đường cong tốc độ sấy
• Giá trị độ ẩm tới hạn Uth, tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K.
- Khảo sát sự biến đổi thông số không khí ẩm và vật liệu sấy của quá trình sấy lý thuyết. -
Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết. -
So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý thuyết.
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Quá trình sấy gồm 3 giai đoạn:
• Giai đoạn đốt nóng vật liệu : nếu ban đầu nhiệt độ của vật liệu thấp hơn nhiệt độ bay hơi
đoạn nhiệt của không khí thì giai đoạn đốt nóng vật liệu tăng lên. Trong giai đoạn này hàm ẩm
của vật liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễn tiến giai đoạn này nhanh kết thúc. Nếu vật liệu có
độ dày nhỏ thì thời gian diễn ra giai đọa này không đáng kể.
• Giai đoạn sấy đẳng tốc: Sau giai đoạn sấy đốt nóng, hàm ẩm của vật liệu giảm tuyến tính
theo thời gian. Hàm ẩm của vật liệu giảm theo đơn vị thời gian là tốc độ sấy =const trong giai
đoạn này. Giai đoạn này kéo dài cho đến khi hàm ẩm cuả vật liệu đạt giá trị X k nào đấy thì kết
thúc.• Giai đoạn giảm tốc: khi độ ẩm của vật liệu đạt giá trị tới hạn Wk thì tốc độ sấy bắt đầu
giảm dần và đường cong sấy bắt đầu chuyển từ đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần tiến
đến độ ẩm cân bằng của vật liệu trong điều kiện của quá trình sấy. Khi độ ẩm của vật liệu đạt tới
độ ẩm W thì hàm ẩm của vật liệu không giảm nữa và tốc độ sấy kết thúc, tốc độ sấy bằng 0. Quá
trình sấy kết thúc. Tốc độ sấy trong giai đoạn này thay đổi khác nhau tùy thuộc vào tính chất và
dạng vật liệu. trong giai đoạn này Jm # const, hệ số trao đổi ẩm thay đổi theo hàm ẩm và nhiệt độ
bề mặt vật liệu. để dễ dàng cho việc tính toán, người ta thay đường cong tốc độ sấy bằng đường
thẳng và phải đảm bảo sao cho việc say số này là bé nhất , khi đó giá trị độ ẩm tới hạn sẽ dịch
chuyển về điểm tới hạn quy ước
3. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM • Bật công tắc tổng.
• Làm ẩm đều các tờ vật liệu.
• Kiểm tra thiết bị sấy: đổ nước vào chỗ đo nhiệt độ bầu ướt.
• Điều chỉnh tốc độ quạt gió ở mức 5, bật công tắc quạt(chờ 1 phút cho phòng sấy khô.
• Cài đặt điện trở ở mức 7, bật công tắc để gia nhiệt.
• Khi thiết bị sấy ổn định ( nhiệt độ bầu khô không đổi ) 10 phút, mở cửa phòng sấy, đặt
nhẹ nhàng các tờ giấy lọc lên giá đỡ, đóng cửa phòng sấy.
• Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân khối lượng ban đầu G0, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt
ban đầu tại thời điểm ( . Page 1 of 9 T
hí nghiệm Quá trinh và Thiết bị S ẤY ĐỐI LƯU
• Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt
trong phòng sấy sau mỗi thời gian 3 phút. Khi khối lượng vật liệu sấy không thay đổi sau 3 lẩn đo thì ngừng số liệu.
• Ngừng thiết bị: bật các công tắc trở về số 0, đóng tất cả các công tắc lại 4. PHÚC TRÌNH
5.1. Số liệu thí nghiệm
 Chế độ sấy 500C: G0 = 42.4g t (ph) G (g) T(ư) T(k)(0C) Đầu vào Đầu ra Đầu vào Đầu ra 0 65.2 37.2 32.3 50 46.5 10 55.8 37.3 33.3 50 46.5 20 52.5 37.6 33.3 50 46.3 30 48.1 36.2 33.2 50 45.5 40 44.5 35.7 33.4 50 45.5 50 42.4 35.3 32.7 50 44.4
 Chế độ sấy 600C: G0 = 42.4g t (ph) G (g) T(ư) T(k)(0C) Đầu vào Đầu ra Đầu vào Đầu ra 0 67.9 36.5 43.9 60 50 10 52.2 36.5 47.1 60 50.9 20 46.3 36.2 48 60 51 30 45.4 36.1 49 60 51 40 42.4 35.8 48.8 60 51.2
 Chế độ sấy 700C: G0 = 42.4g t (ph) G (g) T(ư) T(k)(0C) Đầu vào Đầu ra Đầu vào Đầu ra 0 56.5 36.2 49.2 70 52.2 10 50.9 35.5 49.7 70 53.5 20 46.8 34.8 50 70 54.3 30 42.4 33.6 50.1 70 54.5
4.2. Xử lý số liệu
Từ số liệu thí nghiệm thu được ta thực hiện các phép tính như sau:
 Ở chế độ sấy 500C - Thời gian sấy: , h -
Khối lượng vật liệu sau khi làm làm ẩm G, kg -
Khối lượng vật liệu khô ban đầu: G0, kg G − G -
Độ ẩm của vật liệu: U i 0 (%) = % G0
Trong đó: Gi: khối lượng vật liệu sau khi làm ẩm đo được ở thời gian thứ i, kg Page 2 of 9 T
hí nghiệm Quá trinh và Thiết bị S ẤY ĐỐI LƯU - G = U = Gi-G0 - Tốc độ sấy: N = -dU/dt U – U Hay N = - U/ t = i i 1 + τ –τ (%/h) i 1 + i Trong đó: U τ τ
i,Ui+1: độ ẩm của vật liệu tương ứng ở thời gian i và i 1 + -
Dùng nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt đầu vào dựa vào giản đồ H-x ta xác định:
Pm : áp suất hơi ẩm trên bề mặt vật liệu, tra theo tư , mmHg
P : áp suất hơi ẩm trong pha khí, tra theo tk, mmHg
Ta có kết quả tính toán thể hiện trong bảng 2.1 Bảng 2.1: τ τ G U N T T P P Thế (phút ∆G = ∆U (ư) (k) m (h) (kg) (%) (%/h) (0C) (0C) (mmHg) (mmHg) sấy ) 0 0.0000 0.0652 53.7736 0.0228 0.0000 37.2 50 47.2352 91.5704 12.8 10 0.1667 0.0558 31.6038 0.0134 133.0189 37.3 50 47.4915 91.5704 12.7 20 0.3333 0.0525 23.8208 0.0101 46.6981 37.6 50 48.2678 91.5704 12.4 30 0.5000 0.0481 13.4434 0.0057 62.2642 36.2 50 44.7368 91.5704 13.8 40 0.6667 0.0445 4.9528 0.0021 50.9434 35.7 50 43.5310 91.5704 14.3 50 0.8333 0.0424 0.0000 0.0000 29.7170 35.3 50 42.5868 91.5704 14.7  Ở chế độ sấy 600C Bảng 2.2 τ τ G U ∆ N T T P P Thế G = ∆U (ư) (k) m (phút) (h) (kg) (%) (%/h) (0C) (0C) (mmHg) (mmHg) sấy 0 0.0000 0.0679 60.1415 0.0255 0.0000 36.5 60 45.4740 147.5797 23.5 10 0.1667 0.0522 23.1132 0.0098 222.1698 36.5 60 45.4740 147.5797 23.5 20 0.3333 0.0463 9.1981 0.0039 83.4906 36.2 60 44.7368 147.5797 23.8 30 0.5000 0.0454 7.0755 0.0030 12.7358 36.1 60 44.4933 147.5797 23.9 40 0.6667 0.0424 0.0000 0.0000 42.4528 35.8 60 43.7699 147.5797 24.2
 Ở chế độ sấy 700C Bảng 2.3 τ τ G U ∆ N T T P P Thế G = ∆U (ư) (k) m (phút) (h) (kg) (%) (%/h) (0C) (0C) (mmHg) (mmHg) sấy 0 0.0000 0.0565 33.2547 0.0141 0.0000 39.2 65.7 52.5959 190.9912 26.5 10 0.1667 0.0509 20.0472 0.0085 79.2453 39.3 65.8 52.8772 191.8404 26.5 20 0.3333 0.0468 10.3774 0.0044 58.0189 39.9 66.0 54.5924 193.5486 26.1 30 0.5000 0.0424 0.0000 0.0000 62.2642 40.1 66.8 55.1747 200.5112 26.7 5.3. Đồ thị
 Ở nhiệt độ 50oC Page 3 of 9 T
hí nghiệm Quá trinh và Thiết bị S ẤY ĐỐI LƯU
 Ở nhiệt độ 60oC Page 4 of 9 T
hí nghiệm Quá trinh và Thiết bị S ẤY ĐỐI LƯU
 Ở nhiệt độ 70oC Page 5 of 9 T
hí nghiệm Quá trinh và Thiết bị S ẤY ĐỐI LƯU
Dựa vào đường cong tốc độ sấy ta xác định được các đại lượng sau:
 Ở chế độ sấy 500C: - Độ ẩm ban đầu: U0 - Độ ẩm cân bằng: U* -
Độ ẩm cuối quá trình sấy: U2 = U*+ 3 U -
Độ ẩm tới hạn: Uth = 0 + U* 1.8 -
Tốc độ sấy đẳng tốc: N -
Hệ số sấy tương đối: 1 χ = U −U* th - Hệ số sấy: Page 6 of 9 T
hí nghiệm Quá trinh và Thiết bị S ẤY ĐỐI LƯU K = χ.N -
Thời gian sấy đẳng tốc: U – U τ1 = 0 th N
Với U0 = 601.0753%: độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy sau khi làm ẩm -
Thời gian sấy giảm tốc: * * U −U U −U τ th ln th 2 = * N U −U 2
Kết quả tính toán từ đồ thị ở trên được thể hiện lại trong bảng 3.1 và 3.2 Bảng 3.1:
 Ở chế độ sấy 500C: Uth U* U2 N χ K τ(1) τ(2) 32.0247 2.1505 5.1505 72.1698 0.0335 2.4158 0.3014 0.9514
Dựa vào đường cong tốc độ sấy ở chế độ sấy 600C và thực hiện tương tự như trên ta có
kết quả tính toán như sau: Bảng 3.2:
 Ở chế độ sấy 600C Uth U* U2 N χ K τ(1) τ(2) 35.5624 2.1505 5.1505 72.1698 0.0299 2.1600 0.3406 1.1159 Bảng 3.3:
 Ở chế độ sấy 650C Uth U* U2 N χ K τ(1) τ(2) 20.6253 2.1505 5.1505 49.8821 0.0541 2.7000 0.2532 0.6733 5. BÀN LUẬN -
Duøng phöông phaùp bình phöông cöïc tieåu döïng ñöôøng cong saáy, sau ñoù laáy vi phaân ñöôøng
cong saáy ñeå döïng ñöôøng cong toác ñoä saáy ta thaáy:
o Ñöôøng cong saáy: chia laøm 3 ñoaïn gaàn gioáng vôùi lyù thuyeát nhö sau:
 Ñoaïn 1: Giai ñoaïn ñun noùng vaät lieäu: theo lyù thuyeát thì giai ñoaïn naøy dieãn ra trong
khoaûng thôøi gian raát ngaén vaø ñoä aåm cuûa vaät lieäu thay ñoåi khoâng ñaùng keå neân coù theå boû qua.
Tuy nhieân, treân ñoà thò ñöôøng cong saáy döïng ñöôïc ta laïi thaáy ñoaïn naøy treân ñoà thò raát doác, ñoä
aåm thay ñoåi nhieàu. Keát quaû naøy sai leäch so vôùi lyù thuyeát do sai soá trong quaù trình thí nghieäm.
 Ñoaïn 2: Giai ñoaïn saáy ñaúng toác: trong giai ñoaïn naøy thì ñoä aåm cuûa vaät lieäu giaûm nhanh
gaàn nhö theo ñöôøng thaúng vaø toác ñoä saáy khoâng ñoåi. Ñoä aåm cuûa vaät lieäu giaûm ñeán ñoä aåm tôùi
haïn (tieáp tuyeán cuûa ñoaïn 2 vaø ñoaïn 3).
 Ñoaïn 3: Giai ñoaïn saáy giaûm toác: ñoä aåm cuûa vaät lieäu giaûm chaäm trong giai ñoaïn naøy vaø
toác ñoä saáy giaûm daàn töø cöïc ñaïi veà 0. Ñoä aåm cuûa vaät lieäu giaûm ñeán U2 vaø daàn tieäm caän ñeán Page 7 of 9 T
hí nghiệm Quá trinh và Thiết bị S ẤY ĐỐI LƯU
U*. Tuy nhieân treân ñoà thò ta döïng ñöôïc thì giaù trò U* vaø Uth raát khoù xaùc ñònh ñöôïc chính xaùc
vaø U* luoân tieäm caän vôùi truïc hoaønh. ÔÛ moät cheá ñoä saáy 500C vaø cheá ñoä saáy 600C, U* coù giaù trò
= 0 vaø < 0; ñieàu naøy do sai soá trong quaù trình laøm thí nghieäm vaø coù theå laø do khi phôi giaáy
ngoaøi moâi tröôøng thì giaáy laïi huùt theâm 1 phaàn aåm cuûa moâi tröôøng neân ngoaøi löôïng aåm do
ngaâm nöôùc maø coù thì giaáy coøn coù theâm moät löôïng aåm cuûa moâi tröôøng, laøm taêng löôïng aåm,
aûnh höôûng ñeán keát quaû thí nghieäm.
o Ñöôøng cong toác ñoä saáy: Coù daïng gioáng lyù thuyeát khi ta vi phaân ñöôøng cong saáy vaø döïng
leân treân ñoà thò. ÔÛ ñoà thò cuûa ñöôøng cong toác ñoä saáy thì ta deã daøng xaùc ñònh ñöôïc ñoä aåm Uth vaø
U* cuûa vaät lieäu. Neáu ta döïng ñöôøng cong toác ñoä saáy theo N(%/h) töùc laø theo ∆U/∆τ tính toaùn
ôû baûng treân thì thu ñöôïc keát quaû sai khaùc raát nhieàu so vôùi lyù thuyeát do ta xem ∆U/∆τ ≈ dU/dτ
nhöng thöïc teá thì ∆U vaø ∆τ ñöôïc laáy ôû caùc giaù trò caùch xa nhau neân giaù trò thu ñöôïc khoâng theå
baèng vôùi vi phaân nhöõng khoaûng caùch voâ cuøng nhoû dU vaø dτ. Do ñoù khi döïng ñöôøng cong toác
ñoä saáy baèng caùch laáy vi phaân ñöôøng cong saáy seõ thu ñöôïc keát quaû chính xaùc hôn.
- Döïa vaøo keát quaû thu ñöôïc khi tính toaùn treân ñoà thò ta thaáy:
o Nhieät ñoä caøng cao thì toác ñoä saáy ñaúng toác caøng taêng vaø toång thôøi gian saáy vaät lieäu caøng
giaûm vì nhieät ñoä taêng laøm taêng nhanh tk cuûa khoâng khí trong khi tö taêng vôùi toác ñoä chaäm hôn
laøm taêng theá cuûa quaù trình saáy, taêng ñoäng löïc cuûa quaù trình => laøm taêng toác ñoä vaø ruùt ngaén thôøi gian saáy.
o Nhieät ñoä caøng cao thì Uth, U* phaûi caøng giaûm do taêng ñoäng löïc quaù trình vaø hieäu quaû cuûa
quaù trình saáy. Tuy nhieân ôû ñaây ta thaáy 2 giaù trò naøy thay ñoåi khoâng phuø hôïp vôùi lyù thuyeát neâu
treân do ñoä aåm ban ñaàu cuûa moãi cheá ñoä saáy ñeàu taêng daàn neân tuy thôøi gian saáy coù ngaén hôn
khi nhieät ñoä taêng nhöng do phaûi toån thaát ñoäng löïc ñeå laøm boác hôi moät löôïng aåm nhieàu hôn
neân keát quaû Uth vaø U* thu ñöôïc laø khoâng chính xaùc.
o Theo lyù thuyeát thì khi nhieät ñoä taêng thì toác ñoä saáy N taêng, K cuõng taêng theo do χ laø haèng
soá, toång thôøi gian saáy seõ giaûm xuoáng.
- Döïa vaøo baûng ñaùnh giaù sai soá ta thaáy möùc ñoä sai soá giöõa keát quaû thí nghieäm vaø tính
theo lyù thuyeát laø raát lôùn. Maëc duø khi ñaùnh giaù sai soá cuûa U* vaø U2 coù möùc ñoä sai soá laø 0
nhöng khoâng coù nghóa laø 2 giaù trò naøy ñöôïc tính chính xaùc hoaøn toaøn. Do U* phuï thuoäc vaøo
töøng loaïi vaät lieäu vaø seõ ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm vaø cho döôùi daïng baûng soá neân ôû ñaây
ta muoán coù keát quaû U* theo lyù thuyeát thì phaûi chaáp nhaän giaù trò U* theo thí nghieäm tính ñöôïc
ñeå ñaùnh giaù, vì vaäy khoâng coù sai soá ôû giaù trò naøy laø hieån nhieân. U2 cuõng khoâng xaùc ñònh ñöôïc
chính xaùc maø phaûi laáy theo U* coäng theâm 2-3% neân U2 tính theo thöïc nghieäm vaø lyù thuyeát
ñeàu coù cuøng moät giaù trò neân möùc ñoä sai soá laø 0. Tuy nhieân U* xaùc ñònh ñöôïc trong ñieàu kieän
thí nghieäm chòu aûnh höôûng cuûa nhieàu yeáu toá gaáy sai soá neân U* xaùc ñònh ñöôïc, baûn thaân noù ñaõ
coù sai soá nhöng sai soá laø bao nhieâu thì ta khoâng ñuû ñieàu kieän ñeå ñaùnh giaù chính xaùc. Sai soá
trong quaù trình thí nghieäm coù theå do caùc nguyeân nhaân sau:
o Sai soá khi ñoïc giaù trò cuûa caân do kim caân raát nhaïy vaø raát deã dao ñoäng khi coù moät taùc ñoäng nhoû töø beân ngoaøi.
o Vaät lieäu saáy huùt aåm töø moâi tröôøng beân ngoaøi laøm aûnh höôûng ñeán giaù trò G0 cuûa vaät lieäu.
o Sai soá khi ñoïc nhieät ñoä baàu khoâ vaø baàu öôùt.
o Sai soá do heä thoáng thí nghieäm hoaït ñoäng khoâng oån ñònh. Page 8 of 9 T
hí nghiệm Quá trinh và Thiết bị S ẤY ĐỐI LƯU
Ñeå khaéc phuïc sai soá vaø thu keát quaû chính xaùc nhaát ta coù theå tieán haønh nhö sau:
o Quan saùt thaät kyõ vaø chôø cho kim caân dao ñoäng ít nhaát môùi ñoïc giaù trò.
o Khoâng baät quaït, môû cöûa taïi nôi ñaët heä thoáng thí nghieäm ñeå khoâng laøm aûnh höôûng ñeán caân.
o Phaûi naém roõ thao taùc vaø trình töï thí nghieäm, tieán haønh ñuùng trình töï vaø chính xaùc trong thao taùc.
o Kieåm tra baûo döôõng heä thoáng thöôøng xuyeân ñeå ñaûm baûo heä thoáng hoaït ñoäng oån ñònh. Page 9 of 9