SẤY ĐỐI LƯU 1) Đònh nghóa quá trình sấy đối lưu. Sấy đối lưu là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi. Trong đó, cả hai quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực hiện bằng phương pháp đối lưu. 2) Thế nào là truyền nhiệt và truyền ẩm bằng phương pháp đối lưu ? Truyền nhiệt đối lưu Truyền ẩm đối lưu Sự chuyển động của lưu chất do chênh lệch về mật độ (khối lượng riêng) ở các vùng có nhiệt độ khác nhau. Sự chuyển động của lưu chất do chênh lệch vầ độ ẩm. 3) Kể tên các phương pháp sấy đã học ? Dựa vào các yếu tố nào mà phân biệt các phương pháp sấy ? Tùy theo phương pháp cấp nhiệt cho quá trình sấy mà phân chia: - Cấp nhiệt bằng đối lưu nhiệt: sấy đối lưu. - Cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt: sấy tiếp xúc. Ví dụ: sấy giấy,… - Cấp nhiệt bằng bức xạ nhiệt: sấy bức xạ. - Cấp nhiệt bằng dòng điện cao tần: sấy cao tần. - Làm lạnh để tách ẩm ở nhiệt độ thấp: sấy thăng hoa. 4) Các quá trình xảy ra khi sấy vật liệu ? Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp, đặc trưng cho tính không thuận nghòch và không ổn đònh. Nó diễn ra đồng thời 4 quá trình: - Truyền nhiệt cho vật liệu. - Dẫn ẩm trong lòng vật liệu. - Chuyển pha. - Tách ẩm vào môi trường xung quanh. 5) Quá trình sấy có mấy giai đoạn ? Đặc trưng nhiệt độ của từng giai đoạn ? u t N A u 1 B D t 2 N o C B B C t ư t o A C 4 u * D 2 1 D 3 A τ u * u th u o u Hình 1 Hình 2 • AB – giai đoạn đun nóng vật liệu : - Toàn bộ nhiệt cung cấp để đun nóng vật liệu, ẩm bốc hơi không đáng kể. - Nhiệt độ vật liệu tăng nhanh từ θ 1 = t o đến nhiệt độ bầu ướt t ư của tác nhân sấy. 1 - Độ ẩm thay đổi không nhiều. - Tốc độ sấy tăng nhanh từ 0 đến cực đại. - Thời gian ngắn không đáng kể. • BC – giai đoạn sấy đẳng tốc : - Nhiệt cung cấp để bốc hơi ẩm tự do ở bề mặt vật liệu. - Nhiệt độ của vật liệu bằng t ư không đổi. - Độ ẩm của vật liệu giảm nhanh theo đường thẳng. - Tốc độ sấy không đổi. - Trong giai đoạn này tốc độ khuếch tán ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt lớn hơn tốc độ bốc hơi từ bề mặt, trên bề mặt luôn bão hòa ẩm. • CD – giai đoạn sấy giảm tốc : - Nhiệt độ của vật liệu tăng dần từ t ư lên t 2 của tác nhân. - Độ ẩm giảm chậm đến độ ẩm cân bằng u * . - Tốc độ sấy giảm dần từ tốc độ đẳng tốc N o xuống 0, tùy theo cấu trúc vật liệu mà có biên dạng khác nhau : + Đường số 1 : vật liệu xốp nhưng mỏng (giấy, bìa cactong, vải, ) + Đường số 2 : vật liệu keo + Đường số 3 : vật liệu xốp (cục) + Đường số 4 : vật liệu keo xốp - Tốc độ khuếch tán trong chậm hơn tốc độ bốc hơi ở bề mặt, nên tốc độ chậm dần và có hiện tượng co bề mặt bốc hơi. 6) Nêu mục đích bài thí nghiệm? Và ý nghóa khảo sát của các vấn đề trong mục đích?  Mục đích thí nghiệm: Khảo sát quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm.  Ý nghóa khảo sát: - Xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy. - Xác đònh các thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng, thời gian sấy đẳng tốc và giảm tốc. - Đánh giá sai số của quá trình sấy. 7) Vẽ và nêu ý nghóa đường cong sấy? Từ đường cong sấy có mấy phương pháp xây dựng đường cong tốc độ sấy? - Đường cong sấy là đường cong biểu diễn quan hệ độ ẩm vật liệu sấy theo thời gian : u = f(τ) (Hình 1). - Từ phương trình đường cong sấy ta đạo hàm → đường cong tốc độ sấy. )(Ug d dU = τ 8) Vẽ và nêu ý nghóa của đường cong tốc độ sấy? - Đường cong tốc độ sấy là đường cong biểu diễn quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm của vật liệu : N = f(u) (Hình 2) 9) Các yếu tố ảnh hưởng đến đến quá trình sấy? Bài này khảo sát và cố đònh những yếu tố nào?  Tốc độ sấy phụ thuộc và một số yếu tố chủ yếu sau: - Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hoá học, đặc tính liên kết ẩm,… - Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề mặt lớp vật liệu Diện tích bề mặt riêng của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh. 2 - Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối và độ ẩm tới hạn của vật liệu. - Độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ của không khí. - Chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của không khí sấy, nhiệt độ cuối cao thì nhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấy cũng tăng. Nhưng nhiệt độ cuối không nên quá cao vì không sử dụng triệt để nhiệt. - Cấu tạo thiết bò sấy, phương thức và chế độ sấy.  Bài này khảo sát và cố đònh các yếu tố: 10) Tác nhân sấy là gì? Kể tên các loại tác nhân sấy? Bài này dùng tác nhân sấy là gì? Tại sao? - Tác nhân sấy là những chất dùng để gia nhiệt cho vật liệu sấy, nhằm tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu sấy. - Các loại tác nhân sấy: + Không khí nóng: là loại môi chất phổ biến, rẻ tiền thường dùng làm tác nhân sấy. + Khói lò: có thể dùng than, củi, trấu, dầu, khí… để tạo khói lò. + Hơi quá nhiệt: bao gồm : hơi bão hòa ẩm, hơi bão hoà khô, hơi quá nhiệt. - Trong bài này sử dụng không khí nóng làm tác nhân sấy. Vì: + Cần độ sạch. + Rẻ. + Đáp ứng được các yêu cầu của tác nhân sấy: ít tác dụng với vật liệu sấy,… + Lượng ẩm ít. 11) Đònh nghóa nhiệt độ bầu khô? Cách đo nhiệt độ bầu khô? Nhiệt độ bầu khô có phải là nhiệt độ tác nhân sấy? Tại sao? Nhiệt độ bầu khô t k là nhiệt độ của hỗn hợp khí được xác đònh bằng nhiệt kế thông thường. Cách xác đònh: sử dụng nhiệt kế thủy ngân thông thường để đo. Nhiệt độ bầu khô là nhiệt độ của tác nhân sấy vì bầu thủy ngân của nó tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy. 12) Đònh nghóa nhiệt độ bầu ướt? Cách đo nhiệt độ bầu ướt? Nhiệt độ bầu ướt có phải là nhiệt độ đọng sương? Tại sao? Nhiệt độ bầu ướt t ư : là nhiệt độ ổn đònh đạt được khi một lượng nhỏ nước bốc hơi vào hỗn hợp khí chưa bão hòa hơi nước ở điều kiện đoạn nhiệt. Nhiệt độ bầu ướt là một thông số đặc trưng khả năng cấp nhiệt của không khí để làm bay hơi nước từ vật liệu ẩm cho đến khi không khí bão hòa hơi nước. t ư giúp để chọn nhiêt độ sấy thích hợp. Nhiệt độ giới hạn của vật liệu phải lớn hơn nhiệt độ t ư Cách đo: được đo bằng nhiệt kế thông thường có bọc vải ướt ở bầu thủy ngân. Cho nước vào cốc bọc đầu thủy ngân, nước bốc hơi đoạn nhiệt trong không khí ẩm thu nhiệt làm nhiệt độ trong không khí giảm, chờ cho đến khi nhiệt độ không thay đổi nữa thì nhiệt độ đó chính là nhiệt độ bầu ướt. Do đó phải thường xuyên theo dõi để thêm nước vào cốc. Nhiệt độ điểm sương t s : làm lạnh hỗn hợp khí trong điều kiện hàm ẩm không đổi, nhiệt độ của không khí giảm đến một trò số nào đó thì hỗn hợp đạt được trạng thái bão hòa (ϕ =1) . Nhiệt độ tương ứng với trạng thái bão hòa gọi là nhiệt độ điểm sương. Vậy nhiệt độ điểm sương là nhiệt độ giới hạn của quá trình làm lạnh không khí ẩm với hàm ẩm không đổi. Ý nghóa của nhiệt độ điểm sương: Biết được t s thì sẽ không chọn nhiệt độ cuối của quá trình sấy gần điểm t s để tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên bề mặt vật liệu. 3 Do đó nhiệt độ bầu ướt không phảo là nhiệt độ điểm sương. 13) Ý nghóa của việc đo nhiệt độ bầu khô-bầu ướt? Cách sử dụng giản đồ Trạng thái không khí ẩm? Trong các thông số của tác nhân sấy thì nhiệt độ bầu ướt và nhiệt độ bầu khô là dễ xác đònh nhất. Từ hai nhiệt độ này, dựa vào giản đồ Trạng thái không khí ẩm có thể xác đònh các thông số còn lại của không khí ẩm (p, ϕ, x, t s ) Cách sử dụng Giản đồ: Trạng thái của hỗn hợp không khí ẩm được đặc trưng bằng giao điểm của 4 đường trên giản đồ ( đường t, H, x, ϕ). Do đó, muốn xác đònh trạng thái của hỗn hợp không kí ẩm ta chỉ cần hai trong 4 thông số rồi từ đó xác đònh các thông số còn lại. Xác đònh nhiệt độ điểm sương: giả sử hỗn hợp khí được xác đònh ở vò trí A trên giản đồ. Từ A theo đường x = const hạ xuống đến đường ϕ =1 cắt đường này tại điểm B. Đường đẳng nhiệt t đi qua B là điểm sương của hỗn hợp không khí ẩm tại A Xác đònh nhiệt độ bầu ướt: Từ điểm A ban đầu theo đường H = const đến đường ϕ =1, cắt đường này tại C. Nhiệt độ t ư là nhiệt độ không đổi đi qua C. 14) Thế sấy là gì? Ý nghóa thế sấy? Thế sấy là hiệu số nhiệt độ ∆t = t k – t ư . Ý nghóa: thế sấy là đại lượng đặc trưng cho khả năng hút ẩm của không khí, không khí ẩm có thế sấy càng lớn càng có khả năng chứa nhiều hơi nước, có nghóa là khả năng sấy của nó càng lớn. 15) Động lực của quá trình sấy là gì? • Là chênh lệch giữa áp suất hơi của nước (ẩm) trên bề mặt vật liệu (P m ) và áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm (P h ) : - Nếu P m > P h : vật nhả ẩm ⇒ Quá trình sấy. - Nếu P m < P h : vật hút ẩm ⇒ Làm ẩm vật liệu. - Nếu P m = P h : có cân bằng động giữa hút và nhả ẩm. • Trong thực tế ta xây dựng đường cân bằng pha dưới dạng ϕ * = f(u) : - Nếu ϕ > ϕ * : vật hút ẩm ⇒ Làm ẩm vật liệu. - Nếu ϕ < ϕ * : vật nhả ẩm ⇒ Quá trình sấy. - Nếu ϕ = ϕ * : có cân bằng động giữa hút và nhả ẩm. • Các cách biểu diễn động lực quá trình sấy: - Dùng thế sấy: ε = t k - t ư - Dùng ∆ϕ - Dùng ∆P - Dùng (t - θ) - Dùng ∆x 16) Nêu và giải thích các đại lượng trong phương trình cơ bản của động lực quá trình sấy? Phương trình cơ bản của động học quá trình sấy: q = (1+ R b )( ρ o R o r)dU/dt q : cường độ dòng nhiệt hay mật đôï dòng nhiệt. ρ o : khối lượng riêng của vật liệu khô, kg/m 3 R o : bán kính qui đổi của vật liệu, m. r : ẩn nhiệt hoá hơi của ẩm, J/kg 4 U : hàm ẩm hay độ ẩm của vật liệu – tính theo vật liệu khô, Kg ẩm/ Kg vật liệu khô. R b : Chuẩn số Rebinde đặc trưng cho động học của quá trình sấy R b = 1+ C/r ( dθ/dU) θ : nhiệt độ của vật liệu, o C 17) Nêu chuẩn số đặc trưng cho động học quá trình sấy ? Ý nghóa? Chuẩn số đặc trưng cho động học quá trình sấy: chuẩn số Rebinde ( Rb) với: Rb = 1+ C/r (dθ/dU) Ta thấy: C.dθ : nhiệt đun nóng vật liệu r.dU : nhiệt bốc hơi ẩm. Do đó chuẩn số Rb là tỷ số giữa lượng nhiệt tiêu hao để đun nóng vật liệu ( vô ích) và làm bốc hơi ẩm trong quá trình sấy . 18) Các loại liên kết ẩm? Quá trình sấy thường tách được loại ẩm nào? DẠNG LIÊN KẾT KHÁI NIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA SẤY ĐẾN LIÊN KẾT Liên kết hóa học - Là liên kết của ẩm với vật liệu dưới dạng OH - hoặc tinh thể ngậm nước. Ví dụ: CaSO 4 .2H 2 O, SiO 2 .7H 2 O,… - Đây là liên kết bền, không thể tách bằng sấy. Muốn tách ẩm này phải dùng phương pháp hóa học hoặc nung chảy. Ví dụ: dùng H 2 SO 4đđ để hút, … Liên kết hóa lý Liên kết hấp phụ - Do lực hấp phụ, lực điện trường, lực từ trường,… tạo nên lớp đơn phân tử ở bề mặt vật liệu, dần dần tạo thành lớp đa phân tử, có liên kết yếu hơn, cuối cùng chúng gần đến trạng thái ẩm tự do. - Quá trình sấy chỉ tách được một phần ẩm này. Liên kết mao dẫn - Do lực mao dẫn giữ trong các mao quản nhỏ hoặc các lỗ xốp nhỏ một lớp ẩm. - Liên kết này là một liên kết yếu và sẽ tách được bằng sấy. Liên kết thẩm thấu - Dạng liên kết này chỉ tồn tại trong dung dòch. - Do áp suất thẩm thấu làm cho áp suất hơi ở trên bề mặt dung dòch nhỏ hơn áp suất hơi ở trên dung môi nguyên chất. - Quá trình sấy để tách ẩm từ dung dòch sẽ khó hơn tách ẩm từ dung môi nguyên chất. Liên kết cơ lý - Ẩm nằm tự do trên bề mặt hoặc trong các lỗ xốp và mao quản lớn. - Liên kết này là liên kết yếu, có thể tách được bằng sấy, thậm chí là bằng phương pháp cơ học. 19) Nêu ngắn ngọn tiến hành thí nghiệm? Thí nghiệm ở mấy chế độ? Mỗi chế độ đo những thông số nào? Tại sao?  Tiến hành thí nghiệm :  Quan sát hệ thống nắm được các chi tiết của thiết bò sấy . 5  Chuẩn bò thí nghiệm: Xác đònh khối lượng khô ban đầu (G o ) của 3 sấp giấy lọc.  Làm ẩm giấy lọc .  Kiểm tra hệ thống.  Khởi động hệ thống: khởi động quạt, calorife, cài đặt nhiệt độ cho calorife.  Tiến hành các chế độ thí nghiệm, đo các số liệu.  Các chế độ thí nghiệm : chế độ sấy ở 50 o C, 60 o C, 70 o C .  Các số liệu cần đo trong mỗi chế độ thí nghiệm : khối lượng, nhiệt độ bầu khô – bầu ướt và thời gian. 20) Quá trình sấy kết thúc khi nào? Cách nhận biết? Quá trình sấy sẽ kết thúc khi giá trò khối lượng vật liệu không đổi trong vòng 15 phút ( kim của cân sẽ không dao dộng ). 21) Nêu các mối quan hệ giữa các thông số sấy? Các thông số sấy bao gồm các thông số của vật liệu sấy và các thông số của tác nhân sấy.  Các thông số của vật liệu sấy : thời gian sấy, nhiệt độ, độ ẩm và khối lượng của vật liệu sấy. Trong đó, quan hệ giữa độ ẩm và khối lượng của vật liệu sấy là quan hệ tuyến tính tỷ lệ thuận. Còn mối quan hệ giữa thời gain sấy, nhiệt độ và độ ẩm đã được biểu diễn trong Hình 1.  Các thông số của tác nhân sấy : độ ẩm tương đối ϕ, hàm ẩm x, nhiệt hàm H, nhiệt độ bầu khô t k , nhiệt độ bầu ướt t ư , thế sấy ε, nhiệt độ điểm sương t S . Ngoài ra còn có thông số thời gian sấy. Khi thời gian sấy tăng thì: ϕ↑, x↑, H↓, t k ↓, t ư ↓, ε↓, t S ↑ 22) Vật liệu sấy trong bài thí nghiệm là gì? Tại sao không dùng loại vật liệu khác như gỗ, cát, giấy cacton,…? Vật liệu sấy trong bài thí nghiệm là giấy lọc. Ta dùng loại vật liệu này vì: - Đây là vật liệu dạng bản mỏng, xốp ⇒ đường cong tốc độ sấy là đường thẳng ⇒ dễ dàng tính được thời gian sấy (như công thức trong bài đã nêu ra). - Thời gian sấy vật liệu ngắn, phù hợp với thời gian làm thí nghiệm có hạn. 23) Trong thí nghiệm và tính toán xử lý kết quả thu được, thường mắc phải sai số nào? Các phương pháp để tính sai số trong bài thí nghiệm này?  Trong thí nghiệm : - Phơi giấy lọc: khi phơi giấy lọc bên ngoài phải chờ hết nhiễu nước mới bắt đầu chế độ thí nghiệm để xác đònh được G 1 chính xác. - Cách đặt giấy lọc lên lưới sấy: phải theo chiều nếp gấp giấy lọc từ trái sang phải, tức theo chiều tác nhân và phải đặt một cách phẳng phiu không xếp góc. Không được đặt ngược lại, vì khi đó dòng tác nhân thổi qua sẽ bung giấy lọc (do giấy lọc được gấp đôi), thay đổi bề mặt bốc hơi, dẫn đến các thông số sấy sẽ thay đổi và cuối cùng gây sai số thí nghiệm. - Hoạt động của bộ điều nhiệt: luôn theo dõi hoạt động của bộ điều nhiệt để xem có chính xác giá trò nhiệt độ cài đặt hay không. Trường hợp ở chế độ sấy nhiệt độ cao mà nhiệt độ calorife không đạt giá trò cài đặt thì phải khép bớt cửa dòng khí ra (chỉ khép bớt không được đóng kín). - Bầu nước: châm nước liên tục vào bầu nước để đo nhiệt độ bầu ướt. - Quạt: không được mở quạt trần ngay bài thí nghiệm vì sẽ làm kim cân dao động. - Đọc giá trò đo : sai số do quá trình đọc các giá trò khối lượng và nhiệt độ không chính xác.  Trong tính toán và xử lý kết quả thu được : - Sai số thực nghiệm khi dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy. 6 - Sai số khi tính toán các thông số ở “Bảng 4” 24) Để xử lý số liệu thí nghiệm tương đối chính xác, nên dùng phương pháp nào để giảm sai số? Dùng phương pháp “Bình phương cực tiểu” 25) Các thông số tính toán trong bài thí nghiệm được tính theo lý thuyết hay thực nghiệm? Được tính theo lý thuyết 26) Tại sao nói thế sấy đặc trưng cho động lực quá trình sấy? Động lực quá trình sấy: là chênh lệch về áp suất giữa áp suất hơi của nước (ẩm) trên bề mặt vật liệu (P m ) và áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm (P h ). Thế sấy: là chênh lệch về nhiệt độ giữa nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt. Mà khi chênh lệch về áp suất tăng thì chênh lệch về nhiệt độ cũng tăng. Cho nên thế sấy đặc trưng cho động lực của quá trình sấy. 27) Tại sao gọi quá trình sấy là sấy đối lưu? Đặc trưng nhận biết. Ta gọi quá trình sấy là sấy đối lưu vì ta cấp nhiệt bằng đối lưu nhiệt. Đặc trưng nhận biết: có calorife để làm nóng tác nhân sấy. 7