Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị SẤY ĐỚI LƯU BÀI 9: SẤY ĐỐI LƯU MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Khảo sát q trình sấy đối lưu vật liệu giấy lọc thiết bị sấy khơng khí 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 biến đổi thơng số khơng khí ẩm vật liệu sấy q trình sấy lý thuyết - Xác định lượng khơng khí khơ cần sử dụng lượng nhiệt cần thiết cho q trình sấy lý thuyết - So sánh đánh giá khác q trình sấy thực tế q trình sấy lý thuyết CƠ SỞ LÝ THUYẾT Q trình sấy gồm giai đoạn: • Giai đoạn đốt nóng vật liệu : ban đầu nhiệt độ vật liệu thấp nhiệt độ bay đoạn nhiệt khơng khí giai đoạn đốt nóng vật liệu tăng lên Trong giai đoạn hàm ẩm vật liệu thay đổi chậm thời gian diễn tiến giai đoạn nhanh kết thúc Nếu vật liệu có độ dày nhỏ thời gian diễn giai đọa khơng đáng kể • Giai đoạn sấy đẳng tốc: Sau giai đoạn sấy đốt nóng, hàm ẩm vật liệu giảm tuyến tính theo thời gian Hàm ẩm vật liệu giảm theo đơn vị thời gian tốc độ sấy =const giai đoạn Giai đoạn kéo dài hàm ẩm cuả vật liệu đạt giá trị X k kết thúc • Giai đoạn giảm tốc: độ ẩm vật liệu đạt giá trị tới hạn W k tốc độ sấy bắt đầu giảm dần đường cong sấy bắt đầu chuyển từ đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần tiến đến độ ẩm cân vật liệu điều kiện q trình sấy Khi độ ẩm vật liệu đạt tới độ ẩm W hàm ẩm vật liệu khơng giảm tốc độ sấy kết thúc, tốc độ sấy Q trình sấy kết thúc Tốc độ sấy giai đoạn thay đổi khác tùy thuộc vào tính chất dạng vật liệu giai đoạn Jm # const, hệ số trao đổi ẩm thay đổi theo hàm ẩm nhiệt độ bề mặt vật liệu để dễ dàng cho việc tính tốn, người ta thay đường cong tốc độ sấy đường thẳng phải đảm bảo cho việc say số bé , đó giá trị độ ẩm tới hạn dịch chuyển điểm tới hạn quy ước TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM • Bật cơng tắc tổng • Làm ẩm tờ vật liệu • Kiểm tra thiết bị sấy: đổ nước vào chỗ đo nhiệt độ bầu ướt • Điều chỉnh tốc độ quạt gió mức 5, bật cơng tắc quạt(chờ phút cho phòng sấy khơ • Cài đặt điện trở mức 7, bật cơng tắc để gia nhiệt • Khi thiết bị sấy ổn định ( nhiệt độ bầu khơ khơng đổi ) 10 phút, mở cửa phòng sấy, đặt nhẹ nhàng tờ giấy lọc lên giá đỡ, đóng cửa phòng sấy • Ghi nhận giá trị: số cân khối lượng ban đầu G 0, nhiệt độ bầu khơ, nhiệt độ bầu ướt ban đầu thời điểm ( Page of Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị SẤY ĐỚI LƯU • Ghi nhận giá trị: số cân, nhiệt độ bầu khơ, nhiệt độ bầu khơ, nhiệt độ bầu ướt phòng sấy sau thời gian phút Khi khối lượng vật liệu sấy khơng thay đổi sau lẩn đo ngừng số liệu • Ngừng thiết bị: bật cơng tắc trở số 0, đóng tất cơng tắc lại 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 Đầu vào Đầu 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) 10 20 30 40 67.9 52.2 46.3 45.4 42.4 T(ư) Đầu vào Đầu 36.5 43.9 36.5 47.1 36.2 48 36.1 49 35.8 48.8 T(k)(0C) Đầu vào Đầu 60 50 60 50.9 60 51 60 51 60 51.2  Chế độ sấy 700C: G0 = 42.4g t (ph) G (g) T(k)(0C) T(ư) Đầu vào Đầu Đầu vào Đầu 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 ta thực phép tính sau:  Ở chế độ sấy 500C - Thời gian sấy: , h - Khối lượng vật liệu sau làm làm ẩm G, kg - Khối lượng vật liệu khơ ban đầu: G0, kg Gi − G - Độ ẩm vật liệu: U(%) = % G0 Trong đó: Gi: khối lượng vật liệu sau làm ẩm đo thời gian thứ i, kg Page of Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị - SẤY ĐỚI LƯU G = U = Gi-G0 Tốc độ sấy: N = -dU/dt U–U Hay N = - U/ t = τi – τi+1 (%/h) i+1 i Trong đó: Ui,Ui+1: độ ẩm vật liệu tương ứng thời gian τi τi+1 - Dùng nhiệt độ bầu khơ nhiệt độ bầu ướt đầu vào dựa vào giản đồ H-x ta xác định: Pm : áp suất ẩm bề mặt vật liệu, tra theo tư , mmHg P : áp suất ẩm pha khí, tra theo tk, mmHg Ta có kết tính tốn thể bảng 2.1 Bảng 2.1: τ G U N T(ư) T(k) Pm P τ (phút ∆G = ∆U (kg) (%) (%/h) (0C) (0C) (mmHg) (mmHg) (h) ) 0.0000 0.0652 53.7736 0.0228 0.0000 37.2 50 47.2352 91.5704 0.1667 0.0558 31.6038 0.0134 133.0189 37.3 50 47.4915 91.5704 10 0.3333 0.0525 23.8208 0.0101 46.6981 37.6 50 48.2678 91.5704 20 0.5000 0.0481 13.4434 0.0057 62.2642 36.2 50 44.7368 91.5704 30 0.6667 0.0445 4.9528 0.0021 50.9434 35.7 50 43.5310 91.5704 40 50 0.8333 0.0424 0.0000 0.0000 29.7170 35.3 50 42.5868 91.5704  Ở chế độ sấy 600C Bảng 2.2 G U τ τ (kg) (%) (phút) (h) 0.0000 0.0679 60.1415 10 0.1667 0.0522 23.1132 20 0.3333 0.0463 9.1981 30 0.5000 0.0454 7.0755 40 0.6667 0.0424 0.0000  Ở chế độ sấy 700C Bảng 2.3 G U τ τ (kg) (%) (phút) (h) 0.0000 0.0565 33.2547 10 0.1667 0.0509 20.0472 20 0.3333 0.0468 10.3774 30 0.5000 0.0424 0.0000 ∆G = ∆U 0.0255 0.0098 0.0039 0.0030 0.0000 ∆G = ∆U 0.0141 0.0085 0.0044 0.0000 N (%/h) 0.0000 222.1698 83.4906 12.7358 42.4528 N (%/h) 0.0000 79.2453 58.0189 62.2642 5.3 Đồ thị  Ở nhiệt đợ 50oC Page of T(ư) T(k) (0C) (0C) 36.5 60 36.5 60 36.2 60 36.1 60 35.8 60 T(ư) (0C) 39.2 39.3 39.9 40.1 T(k) (0C) 65.7 65.8 66.0 66.8 Thế sấy 12.8 12.7 12.4 13.8 14.3 14.7 Pm (mmHg) 45.4740 45.4740 44.7368 44.4933 43.7699 P (mmHg) 147.5797 147.5797 147.5797 147.5797 147.5797 Thế sấy 23.5 23.5 23.8 23.9 24.2 Pm (mmHg) 52.5959 52.8772 54.5924 55.1747 P (mmHg) 190.9912 191.8404 193.5486 200.5112 Thế sấy 26.5 26.5 26.1 26.7 Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị SẤY ĐỚI LƯU  Ở nhiệt đợ 60oC Page of Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị SẤY ĐỚI LƯU  Ở nhiệt đợ 70oC Page of Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị SẤY ĐỚI LƯU Dựa vào đường cong tốc độ sấy ta xác định đại lượng sau:  Ở chế độ sấy 500C: - Đợ ẩm ban đầu: U0 - Độ ẩm cân bằng: U* - Độ ẩm cuối q trình sấy: U2 = U*+ U0 + U* 1.8 - Độ ẩm tới hạn: Uth = - Tốc độ sấy đẳng tốc: N Hệ số sấy tương đối: χ = U − U* th - Hệ số sấy: Page of Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị - SẤY ĐỚI LƯU K = χ.N Thời gian sấy đẳng tốc: τ1 = U0 – Uth N Với U0 = 601.0753%: độ ẩm ban đầu vật liệu sấy sau làm ẩm - Thời gian sấy giảm tốc: U th − U * U th − U * ln τ2 = N U2 −U * Kết tính tốn từ đờ thị thể lại bảng 3.1 và 3.2 Bảng 3.1:  Ở chế độ sấy 500C: Uth 32.0247 U* 2.1505 U2 5.1505 N 72.1698 χ 0.0335 K 2.4158 τ(1) 0.3014 τ(2) 0.9514 Dựa vào đường cong tốc độ sấy chế độ sấy 600C thực tương tự ta có kết tính tốn sau: Bảng 3.2:  Ở chế độ sấy 600C Uth U* U2 35.5624 2.1505 5.1505 Bảng 3.3:  Ở chế độ sấy 650C Uth 20.6253 U* 2.1505 U2 5.1505 N 72.1698 χ 0.0299 K 2.1600 τ(1) 0.3406 N 49.8821 χ 0.0541 K 2.7000 τ(1) 0.2532 τ(2) 1.1159 τ(2) 0.6733 BÀN ḶN - Dùng phương pháp bình phương cực tiểu dựng đường cong sấy, sau lấy vi phân đường cong sấy để dựng đường cong tốc độ sấy ta thấy: o Đường cong sấy: chia làm đoạn gần giống với lý thuyết sau:  Đoạn 1: Giai đoạn đun nóng vật liệu: theo lý thuyết giai đoạn diễn khoảng thời gian ngắn độ ẩm vật liệu thay đổi không đáng kể nên bỏ qua Tuy nhiên, đồ thò đường cong sấy dựng ta lại thấy đoạn đồ thò dốc, độ ẩm thay đổi nhiều Kết sai lệch so với lý thuyết sai số trình thí nghiệm  Đoạn 2: Giai đoạn sấy đẳng tốc: giai đoạn độ ẩm vật liệu giảm nhanh gần theo đường thẳng tốc độ sấy không đổi Độ ẩm vật liệu giảm đến độ ẩm tới hạn (tiếp tuyến đoạn đoạn 3)  Đoạn 3: Giai đoạn sấy giảm tốc: độ ẩm vật liệu giảm chậm giai đoạn tốc độ sấy giảm dần từ cực đại Độ ẩm vật liệu giảm đến U dần tiệm cận đến Page of Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị SẤY ĐỚI LƯU U* Tuy nhiên đồ thò ta dựng giá trò U* U th khó xác đònh xác U* tiệm cận với trục hoành Ở chế độ sấy 50 0C chế độ sấy 600C, U* có giá trò = < 0; điều sai số trình làm thí nghiệm phơi giấy môi trường giấy lại hút thêm phần ẩm môi trường nên lượng ẩm ngâm nước mà có giấy có thêm lượng ẩm môi trường, làm tăng lượng ẩm, ảnh hưởng đến kết thí nghiệm o Đường cong tốc độ sấy: Có dạng giống lý thuyết ta vi phân đường cong sấy dựng lên đồ thò Ở đồ thò đường cong tốc độ sấy ta dễ dàng xác đònh độ ẩm U th U* vật liệu Nếu ta dựng đường cong tốc độ sấy theo N(%/h) tức theo ∆U/∆τ tính toán bảng thu kết sai khác nhiều so với lý thuyết ta xem ∆U/∆τ ≈ dU/dτ thực tế ∆U ∆τ lấy giá trò cách xa nên giá trò thu với vi phân khoảng cách vô nhỏ dU dτ Do dựng đường cong tốc độ sấy cách lấy vi phân đường cong sấy thu kết xác - Dựa vào kết thu tính toán đồ thò ta thấy: o Nhiệt độ cao tốc độ sấy đẳng tốc tăng tổng thời gian sấy vật liệu giảm nhiệt độ tăng làm tăng nhanh t k không khí tư tăng với tốc độ chậm làm tăng trình sấy, tăng động lực trình => làm tăng tốc độ rút ngắn thời gian sấy o Nhiệt độ cao Uth, U* phải giảm tăng động lực trình hiệu trình sấy Tuy nhiên ta thấy giá trò thay đổi không phù hợp với lý thuyết nêu độ ẩm ban đầu chế độ sấy tăng dần nên thời gian sấy có ngắn nhiệt độ tăng phải tổn thất động lực để làm bốc lượng ẩm nhiều nên kết Uth U* thu không xác o Theo lý thuyết nhiệt độ tăng tốc độ sấy N tăng, K tăng theo χ số, tổng thời gian sấy giảm xuống - Dựa vào bảng đánh giá sai số ta thấy mức độ sai số kết thí nghiệm tính theo lý thuyết lớn Mặc dù đánh giá sai số U* U có mức độ sai số nghóa giá trò tính xác hoàn toàn Do U* phụ thuộc vào loại vật liệu xác đònh thực nghiệm cho dạng bảng số nên ta muốn có kết U* theo lý thuyết phải chấp nhận giá trò U* theo thí nghiệm tính để đánh giá, sai số giá trò hiển nhiên U không xác đònh xác mà phải lấy theo U* cộng thêm 2-3% nên U tính theo thực nghiệm lý thuyết có giá trò nên mức độ sai số Tuy nhiên U* xác đònh điều kiện thí nghiệm chòu ảnh hưởng nhiều yếu tố gấy sai số nên U* xác đònh được, thân có sai số sai số ta không đủ điều kiện để đánh giá xác Sai số trình thí nghiệm nguyên nhân sau: o Sai số đọc giá trò cân kim cân nhạy dễ dao động có tác động nhỏ từ bên o Vật liệu sấy hút ẩm từ môi trường bên làm ảnh hưởng đến giá trò G vật liệu o Sai số đọc nhiệt độ bầu khô bầu ướt o Sai số hệ thống thí nghiệm hoạt động không ổn đònh Page of Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị SẤY ĐỚI LƯU Để khắc phục sai số thu kết xác ta tiến hành sau: o Quan sát thật kỹ chờ cho kim cân dao động đọc giá trò o Không bật quạt, mở cửa nơi đặt hệ thống thí nghiệm để không làm ảnh hưởng đến cân o Phải nắm rõ thao tác trình tự thí nghiệm, tiến hành trình tự xác thao tác o Kiểm tra bảo dưỡng hệ thống thường xuyên để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn đònh Page of