Đồ án Động học của quá trình sấy tầng sôi

ự do (bề mặt bốc hơi ) của 1 kg hạt Pm, P: áp suất hơi riêng phần trên bề mặt hạt và trong không khí Như vậy , muốn sấy nhanh phải tăng áp suất hơi trên bề mặt hạt , hoặc giảm áp suất hơi trong không khí . áp suất hơi trên bề mặt tăng và giảm theo sự tăng giảm nhiệt độ và độ ẩm của nó . Do đó , tốc độ sấy cũng tăng hoặc giảm phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của hạt . Lúc đầu quá trình sấy , độ ẩm trong hạt cao nên có tốc độ lớn , càng về sau độ ẩm của hạt càng giảm nên tốc độ sấy giảm . Mặt khác , nước trong hạt khi bốc hơi kèm theo sự thu nhiệt , nếu không có sự đốt nóng , cung cấp từ ngoài vào nhiệt tương ứng thì nhiệt độ của Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 22 hạt bị giảm dần , làm giảm tốc độ sấy . Do vậy muốn tăng tốc độ sấy cần cung cáp nhiệt cho hạt . Trong thực tế , thường dùng không khí nóng hay hỗn hợp không khí với khói lò để làm chất đốt nóng đồng thời là chất mang ẩm ( từ hạt thoát ra ) gọi là tác nhân sấy . Tốc độ bay hơi nước phụ thuộc vàp tốc độ cung cấp nhiệt của tác nhân sấy và nhiệt độ của tác nhân sấy . Như vậy , tăng nhiệt độ nhiệt độ của tác nhân sấy là biện pháp tăng tốc độ sấy 6. Trao đổi nhiệt và truyền ẩm trong tầng sôi Quá trình trao đổi nhiệt và truyền ẩm giữa các vật sấy (các hạt) và tác nhân sấy trong tầng sôi xảy ra rất mạnh . Đó là kết quả tiếp xúc bề mặt lớn giữa các hạt rời chuyển động hỗn loạn trong dòng tác nhân sấy chảy rối. Có nhiều giả thuyết dưa ra các phương trình chuẩn số Nusselt từ đó để hệ số tỏa nhiệt α giữa tác nhân sấy và các hạt : td Nu. d l a = (I.27) Trong đó : λ- hệ số dẫn nhiệt của tác nhân sấy (không khí) lấy theo nhiệt dộ trung bình , kcal/m.h.độ dtd-đường kính tương đương của hạt , m Chuẩn số Nusselt được tính như sau: 0.34 0,74 0,65 td H 0,015 . d - æ ö÷ç ÷= ç ÷ç ÷çè ø Nu Fe Re (I.28) với Fe = 30 -:- 100 -0.34 0,6 0,65 td H 0,0283 . . d æ ö÷ç ÷= ç ÷ç ÷çè ø Nu Fe Re (I.29) với Fe = 100 -:- 200 trong đó: H- chiều cao của lớp hạt khi sôi , m Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 23 PHẦN 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mục đích của đề tài nghiên cưú này là “Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi “ ,tìm hiểu ảnh hưởng của các nhân tố : chế độ thủy lực của lớp hạt trong sấy tầng sôi , về trở lực lớp hạt ,chế độ sấy, nhiệt độ sấy, vận tốc tác nhân sấy, truyền nhiệt trong sấy tầng sôi. Do những yêu câu như vậy chúng tôi đã chọn vật liệu để nghiên cứu là hạt thực vật (cụ thể là hạt Xuyên Tiêu ) có đặc điểm sau: +Có hình dạng gần hình cầu +Có khối lượng riêng nhỏ ( khoảng 663.3 kg/m3 ) dễ tạo tầng sôi +Độ xốp ε = 0.4275 (m3/m3) + Đường kính tương đương dtd = 1.684 (mm) Được đưa lên máy sấy tầng sôi sấy ở nhiều điều kiện sấy khác nhau và đưa ra các quan hệ thể hiện trên các đường cong thực tế đo được I. HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 1. Cấu tạo hệ thống thí nghiệm Sơ đồ của hệ thống thí nghiệm sấy tầng sôi là hệ thống làm việc theo chế độ liên tục . Gồm các bộ phận chính: - Quạt gió: là loại quạt ly tâm , chạy bằng điện 3 pha 220/380 . Công suất động cơ là 4,5 kW , tốc độ vòng quay 1450 (vòng/phút) . Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 24 - Caloriphe : Đốt nóng bởi các dây điện trở Cr – Ni , có khả năng đưa nhiệt độ của tác nhân sấy lên đến 1500C . - Thiết bị sấy : Làm bằng thép không rỉ . Phần sấy có dạng hình trụ phần trên nở rộng hình nón . Phía dưới có lưới phân phối khí,phía trên có lắp một vít tải nạp liệu . Chiều cao của thiết bị có thể thay đổi bằng cách lắp ghép các đoạn có chiều cao khác nhau 50mm va 100mm . Dọc trên thân thiết bị có cửa để đo áp suất và nhiệt độ . Trên đường ống dẫn gió (trước khi vào thiết bị sấy ) có lắp van điều chỉnh và dụng cụ đo lưu lượng tác nhân sấy. Hình II.1: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm sấy tầng sôi 1.Quạt gió 7. Thiết bị tầng sôi 2. Caloriphe 8. áp kế chữ U 3. ống Pitô-pran 9. Bảng điều khiển 4. Van điều chỉnh gió 10. Van tháo vật liệu rơi 5. Van tháo vật liệu 6. Vít nạp liệu 2. Đặc tính kĩ thuật của hệ thống thí nghiệm sấy tầng sôi Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 25 - Đường kính thiết bị , mm 200 - Đường kính (chỗ lớn nhất) phần giảm tốc phân ly ,mm 400 - Chiều cao thiết bị(vùng sấy hình trụ), mm 200 - Năng suất vít tải , kg/giờ 50 Nhiệt độ của tác nhân sấy thay đổi bằng cách đóng mở 4 cầu dao cấp điện cho các dây đốt. Thực tế , nhiệt độ có thể duy trì ở mức 90oC đến 150oC. Nhiệt độ có thể được đo trên 6 vị trí (1 trước buồng sấy và 5 trong buồng sấy). Căn cứ vào điều kiện chế tạo và đặc điểm công nghệ sấy ( trên thực tế thường sử dụng tác nhân là khói lò nên có độ tạo chất khá cao ) nên sử dụng lưới phân phối gió là loại tấm mỏng có đục lỗ . Các thông số kĩ thuật của lưới như sau : -Kích thước lỗ 2(mm) -Chiều dày lưới 5(mm) -Bước lỗ 6,5(mm) -Tỷ lệ tiết diện tự do 7% - Trở lực của hệ thống (chạy không tải) tính theo mm H2O được xác định ở bảng sau: Vl (m/s) 0,44 1,06 2,04 3,06 3,53 3,9 ∆Pl(mmH2O) 1 2 5 11 25 27 3. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña hÖ thèng Tr-íc khi tiÕn hµnh thÝ nghiªm ta ph¶i kiÓm tra tÊt c¶ hÖ thèng sÊy , xem xÐt cÇu dao , c«ng t¾c , bÞt kÝn hÕt c¸c lç hë trong thiÕt bÞ sÊy ... Kh«ng khÝ ®-îc ®-a vµo caloriphe nhê qu¹t 1 vµ d-îc caloriphe ®èt nãng, nhiÖt ®é cña khÝ ®-îc ®èt b»ng 1 trong 4 caloriphe , muèn t¨ng nhiÖt ®é th× ta cã thÓ ®ãng thªm caloirphe b»ng c¸c cÇu dao trªn b¶ng ®iÒu khiÓn 9 . KhÝ nãng ®-îc thæi tõ phÝa d-íi lªn buång sÊy qua líp l-íi . VËt liÖu ®-îc n¹p vµo Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 26 buång sÊy tõ vÝt t¶i liÖu vµo phÇn h×nh trô cña buång sÊy . C¸c th«ng sè vÒ trë lùc ®-îc ®o b»ng c¸c ¸p kÕ h×nh ch÷ U trªn b¶ng 8 nã lam viªc thao nguyªn lý cña «ng Pit«-Pran . Chªnh lÖch ¸p suÊt gi÷a c¸c ®iÓm I vµ II lµ trë lùc cña l-íi , gi÷a II vµ III lµ trë lùc cña líp s«i , gi÷a I vµ III hoÆc IV hoÆc V , VI lµ tæng trë lùc cña hÖ thèng tïy vµo chiÒu cao cña líp h¹t mµ ta ®iÒu chØnh c¸c ®iÓm III , IV ,V ,VI mµ ta ®o trë lùc cña hÖ thèng. Ở phần thắt lại của caloriphe có van điều chỉnh để điều chỉnh lưu lượng gió , và có một ống Pitô-Pran để đo tốc độ gió . 4 Xác định vận tốc , lƣu lƣợng tác nhân sấy và trở lực lớp vật liệu Để xác định vận tốc và lưu lượng của tác nhân sấy và áp suất ta thường dùng các dụng cụ như áp kế , ống Pitô-pran , dụng cụ tiết lưu ( ống Văngturi, màng chắn , ống loa ) .Các dụng cụ này có cơ sở tính toán và cho kết quả chính xác . Trong cuộc thí nghiệm này chúng tôi dùng ống Pitô-pran . Ống Pitô- pran là dụng cụ làm việc theo nguyên tắc ống thu áp , có cấu tạo 2 ống đồng tâm , ống trong lỗ tâm và dùng để thu áp suất ( áp suất Pazomet) . Hiệu số hiệu số áp suất trong chất khí trong 2 ống được đo bằng áp kế vi sai . Phần chữ U của áp kế chứa một chất lỏng có khối lượng riêng xác định . Vận tốc của chất khí trong ống dẫn tại điểm đặt đầu đo được xác định -r r r 1 k k V 2gh= (II.1) Để xác định vận tốc trung bình trong ống dẫn người ta có thể làm theo 2 phương pháp sau đây: +Xác định vận tốc theo tiết diện ngang của ống dẫn tại các điểm khác nhau theo bán kính . Vận tốc trung bình được tính theo công thức : Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 27 n V V n i  1 (II.2) + Dùng quan hệ giữa vận tốc lớn nhất và vận tốc trung bình ở các chế độ chảy khác nhau tính được lưu lượng . Các bước tính cụ thể như sau : -Tính vận tốc lớn nhất (vmax ) tại tâm dòng chảy . -Tính giá trị Râynôn  kdvmaxRe  Tìm giá trị tỷ số maxV Vtb , ứng với giá trị của chuẩn số Re vừa tìm được trên đồ thị quan hệ maxV Vtb - Re. Từ đó tính vận tốc trung bình . Tuy nhiên có thể lấy một cách gần chính xác như sau +Re < 10 3 thì Vtb = 0,5.Vmax +10 3 < Re < 10 5 thì Vtb =(0,7÷ 0,82).Vmax +Re > 10 5 thì Vtb = 0,82 Vmax Lượng chất khí được tính theo công thức sau : L = Vtb.Stổng (II.3) Stổng : là diện tích tiết diện ngang của ống dẫn 5 Xác định độ ẩm và nhiệt độ của vật liệu ẩm +Có rất nhiều phương pháp dùng để xác định độ ẩm của vật liệu như: phương pháp dùng nhiệt sấy khô , phương pháp chưng cất , chiết , phưong pháp đo độ dẫn điện Trong trường hợp này ta dùng phương pháp sấy khô . Trong quá trình sấy ta lấy mẫu theo thời gian quy định và cho đem cân rồi cho vào tủ sấy , sấy cho đến khi khối lượng không đổi do đó xác định đươc lượng nước ẩm có trong vật liệu từ đó xác định được độ ẩm của vật liệu . Phương pháp này có ưu điểm là dễ thao tác , độ chính xác cao . Tuy nhiên thời gian xác định lâu không phù hợp cho điều kiện sản xuất cần xác định nhanh. Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 28 +Do nhiệt độ trong quá trình thí nghiệm không cao, nên việc xác định nhiệt độ của vật liệu cũng như tác nhân sấy ta dùng nhiệt kế thủy ngân , đồng hồ đo nhiệt loại nhỏ 6. Xác định thông số của hạt xuyên tiêu +Đường kính tương đương của hạt xuyên tiêu được xác đinh bằng công thức sau: p r td m d n = (II.4) trong đó - m : khối lượng số hạt đem đo , m - n : số hạt đem đo - ρ khối lượng riêng của hạt , kg/m3 + Khối lượng riêng của hạt được xác định như sau: Cân một khối lượng hạt xác định , sau đó xác định thể tích hạt bằng cách cho khối lượng đó vào ống đong co chứa nước , phần thể tích dâng lên chính là thể tích hạt chiếm chỗ và khối lượng riêng được xác định bằng công thức: r m V = (II.5) +Độ xốp của hạt được xác định như sau: cho lượng hạt xác định vào ống đong không có nước ta xác định được thể tích hạt rỗng Vo , rồi đo thể tích hạt chiếm thực tế bằng cách như xác định khối lượng riêng ta được V , độ xốp của hạt được tính như sau: e 0 0 V V V - = (II.6) II. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN KẾT QUẢ 1. Phƣơng pháp tiến hành thí nghiệm Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 29 Truớc khi tiến hành thí nghiêm cần kiểm tra thiết bị , các dụng cụ đo ( ống Pitô-pran , nhiệt kế ẩm ..) , độ kín của hệ thống (các mặt bích), hệ thống cấp điện Về nguyên liệu : Vật liệu sấy được ngâm và lựa chọn (sàng , nhặt những hạt không đạt yêu cầu và ủ vật liệu đến độ ẩm cần phân tích) *Nghiên cứu chế độ thủy động của hạt : Quan hệ ∆p-V là bức tranh thực nghiệm phản ánh diễn biến trạng thái và chế độ thủy động lực học của lớp hạt. Do vậy, để xác định các thông số của lớp hạt sôi, ta đi khảo sát qua quan hệ ∆p-V của lớp hạt . Phương pháp tiến hành thí nghiệm như sau: -Nạp vật liệu khô với khối lượng xác định trước ( tương ứng với chiều cao Ho ) -Cho quạt làm việc, đóng cửa van cấp gió -Mở van cấp gió ở các vị trí khác nhau . Theo dõi độ chênh lệch cột nước trong các áp kế chữ U (đo lưu lượng gió và trở lực của lớp hạt ) -Ghi số liệu *Nghiên cứu chế độ sấy hạt : Quá trình sấy tầng sôi có khả năng cấp nhiệt rất mạnh do lớp hạt được khuấy trộn mạnh . Do đó trong khi tiến hành thí nghiệm phải hết sức khẩn trương và lưu ý.Trước khi tiến hành thí nghiệm phải kiểm tra thiết bị, dụng cụ đo , hệ thống cung cấp điện. Các bước tiến hành sấy hạt như sau: -Điều chỉnh nhiệt độ và vận tốc gió trong trường hơp nghiên cứu cụ thể -Xác định khối lượng hạt cần nghiên cứu -Lấy mẫu để xác định độ ẩm ban đầu -Đo nhiêt độ vật liệu bằng nhiệt kế -Trong mỗi khoảng thời gian xác đinh trong quá trình sấy ta phả lấy mẫu để xác định độ ẩm , song song với việc đo độ ẩm của lớp hạt và nhiệt độ khí ra - Cuối cùng tắt quạt , caloriphe, quét dọn và làm vệ sinh. 2.Tính toán kết quả thí nghiệm thu đƣợc Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 30 Sau khi tiến hành thí nghiêm xong ta thu được các số liệu ban đàu dưới đây và bằng những tính toán xử lý số liệu trên phần mềm Exell ta đưu ra các kết quả. *Quá trình thủy lực - Quan hệ ∆P – V thực tế - Các vận tốc giới hạn : Vs , Vf *Quá trình sấy - Độ ẩm ban đầu wđ - Độ ẩm cuối wc - Độ ẩm tại các điểm đo wi - Khối lượng vật liệu ẩm ban đầu Gđ - Khối lượng vật liệu ẩm sau khi sấy Gc - Nhiệt độ tác nhân sấy ttn - Nhiệt độ lớp hạt th - Nhiệt độ khí ra tkh Bằng những công thức lý thuyết và các dữ liệu đã có tiến hành tính lại để so sánh một số kết quả thực nghiêm so với tinh toán lý thuyết Đối với quá trình thủy lực ta tính lại một số điểm đã đo theo công thức sau: Khi 54 < Re < 6300 n r 1,8 0,2 0 1 2 P v . 16,7. H d D = (II.7) Khi Re >6300 n r 0 2 P v. 405. H d D = (II.8) Trong đó : +v : vận tốc khí qua lớp hạt (m/s) +ν: độ nhớt động học (m2/s) +d: đường kính tương đương (mm) Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 31 Đối với quá trình sấy trong khí tính nhiệt lượng ta có thể dựa vào các công thức sau: *Nhiệt lượng cung cấp theo thực tế : Qtt = L.C. ∆T (kj/h) (II.9) Trong đó + L lưu lượng tác nhân sấy (kgkk/h) + C nhiệt dung riêng của tác nhân sấy , đối với không khí ta lấy C = 10 3 (J/kg,độ) Mặt khác nhiệt lượng cung cấp theo thực tế lại chính bằng nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng vật liệu và nhiệt lượng cung cấp để bốc hơi ẩm Qtt = Qb + Qđn (II.10) Nhiệt lượng cần thiết dùng để bốc hơi được tính theo công thức Qb = rhh∆Gn (II.11) Do đó ta dễ dàng tính được nhiệt cung cấp dùng để đốt nóng dựa vào các công thức trên : Qđn = Qtt - Qb (II.12) + rhh Nhiệt hóa hơi của nước , tra tại bảng [I.212 (3-150)] sổ tay quá trình thiết bị , kcal/kg *Nhiệt lượng cung cấp tính theo lý thuyết : Đối với quá trình cung cấp nhiệt theo lý thuyết ta tính theo chuẩn số Nuxen td d Nu a l = (II.13) Trong tầng sôi thì chuẩn số Nu được tính thông qua các phương trình chuân r số sau : -0,34 0,74 0,65 td H Nu 0,0151.Fe .Re d æ ö÷ç ÷= ç ÷ç ÷çè ø (II.14) với Fe = 30 ÷ 100 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 32 -0,34 0,6 0,65 td H Nu 0,0283.Fe .Re d æ ö÷ç ÷= ç ÷ç ÷çè ø (II.15) với Fe = 100 ÷ 200 trong đó các chuẩn số liên quan được tính như sau: -r r n r h k td 2 k k 4.g( ) Fe d 3. . = (II.16) - e e e3 Ar Re 1 1,75 150 Ar = + (II.17) khi độ xốp ε = 0,4 thì ta có thể tính Ar Re 1400 5,22 Ar = + (II.18) Ar : là chuẩn số Accimet và được tính theo td h k k k d ( )g Ar 3 2 r r n r - = (II.19) Cuối cùng nhiệt lượng cung cấp tính theo lý thuyết được tính theo công thức sau: Qlt = α.∆T.F (II.20) F= 6G/ρh.dtđ (II.21) Trong đó thì: F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m G: Khối lượng hạt có trên lưới , kg ρh,ρk : Khối lượng riêng của hạt và tác nhân sấy (không khí), kg/ m 3 ε: Độ xốp của lớp hạt ,m3/ m3 H: chiều cao lớp hạt ,m dtđ : Đường kính tương đương của hạt ,m λ : Hệ số dẫn nhiệt của không khí phụ thuộc vào nhiệt độ tính theo công thức: l l 1 5 o 273 C T T 273 273 æ ö+ ÷ç= ÷ç ÷çè ø+ (W/m,K) (II.22) λ0 : Hệ số dẫn nhiệt của không khí ở 0 0 C , W/m,K Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 33 λ0 = 0,0201 [bảng I,122(I-124)] T : Nhiệt độ tuyệt đối của không khí , K C : Hằng số , C = 122 [bảng I,122(I-124)] PHẦN 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 34 VËn tèc ∆pt VËn tèc ∆pt VËn tèc ∆pt VËn tèc ∆pt VËn tèc ∆pt 1 0.522 0 0.494 1.5 0.515 1.5 0.482 2 0.5 2 2 0.83 1 0.863 5.5 0.819 4.5 0.863 6 0.862 7 3 1.25 4 1.231 10 1.16 7 1.126 10 1.211 15.5 4 1.64 5 1.606 11 1.669 12.5 1.669 14 1.606 16 5 2.34 6 2.3 10 2.319 10 2.308 11 2.218 13 6 3.15 6 3.056 10 3.109 10 3.089 11 2.931 10 7 3.54 6 3.475 10 3.513 10 3.468 11 3.519 10 Ho=85mm Ho=100mm STT Ho=35 Ho=50mm Ho=70mm Chiều cao lớp hạt Ho=35mm 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 vận tốc gió(m/s) tr ở l ự c I.Kết quả thực nghiệm quá trình thủy lực 1. Sự ảnh hƣởng của chiều cao lớp hạt đến quá trình thủy lực Trong kĩ thuật sấy tầng sôi , chiều cao của lớp vật liệu đóng môt vai trò quan trọng . Nó không những liên quan đến đặc tính công nghệ của quá trình mà còn ảnh hưởng tới sự phân lớp trong thiết bị tầng sôi . Khi hiện tượng phân lớp xảy ra thì hiệu suất chuyển khối bị giảm xuống hạt có nguy cơ bị quá nhiệt cục bộ , hạt có thể bị bắn ra khỏi thiết bị . Theo nhiều nghiên cứu trước đây thì cho thấy rằng tỷ số D H 0 càng lớn thì khả năng phân lớp càng cao . Giới hạn chiều cao lớp hạt khi vượt quá giá trị này sẽ tạo ra sự phân lớp có thể xác định qua công thức sau : H0 gh = D.tgα Trong đó : H0 gh – Chiều cao giới hạn của lớp hạt tĩnh ,mm D - Đường kính thiết bị , mm α – Góc nội ma sát của hạt , độ Qua các quan sát thực nghiệm trên máy sấy tầng sôi mà chúng tôi thực hiện trên hạt xuyên tiêu với các chiều cao lớp hạt khác nhau ( tương ứng với khối lượng khác nhau) có bảng kết quả sau Bảng 1:Kết quả thực nghiệm thủy lực Từ bảng kết quả thực nghiệm (bảng III.1) ta lập đồ thị sau: Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 35 Chiều cao ban đầu Ho=50mm 0 2 4 6 8 10 12 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 vận tốc gió(m/s) tr ở l ự c `` Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 36 Chiều cao ban đầu Ho=70mm 0 2 4 6 8 10 12 14 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 vận tốc gió (m/s) tr ở l ự c Chiều cao ban đầu Ho=85mm 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 vận tốc gió(m/s) tr ở l ự c Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 37 Chiều cao ban đầu Ho=100mm 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 vận tốc (m/S) tr ở l ự c Hình III.1: Đồ thị ảnh hưởng của chiều cao lớp hạt lên chế độ thủy động Nhận thấy rằng khi chiều cao lớp hạt càng tăng thì hình ảnh trở lực càng hiện rõ , hay nói cách khác thì sự ảnh hưởng của chiều cao lớp hạt lên chế độ thủy động của hạt càng rõ nét . Điều này có thể giải thích như sau , khi chiều cao càng lớn thì lực liên kết giữa các hạt càng lớn vì vậy trở lực của nó càng lớn . Muốn tạo sự phân lớp sôi thì cần vận tốc lớn hơn. Qua kết quả nhận được trong quá trình thực nghiệm ta thấy rằng vận tốc sôi tối thiểu của lớp hạt càng cao thì càng lớn . Chứng tỏ rằng sự phụ thuộc của vận tốc sôi tối thiểu vào chiều cao lớp hạt . Điều này cũng rất phù hợp với các công thức lý thuyết, Ta đi tính trở lực của lớp hạt theo lý thuyết theo công thức sau: Do chuẩn số 54< Re < 6300 nên 2 1 2081 716 d .v .., H p ,, o  = Δ (III.1) Trong đó : -ρo : khối lượng riêng của hạt (kg/m 3 ) Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 38 -d : Đường kính tương đương của hạt (m) -v : vận tốc gió (m/s) - ν : độ nhớt động học của khí Sau khi tính toán đối với từng chiều cao khác nhau của lớp hạt ta được bảng sau: Bảng 2: Kết quả tính toán trở lực theo lý thuyết VËn tèc ∆ptt VËn tèc ∆ptt VËn tèc ∆ptt VËn tèc ∆ptt VËn tèc ∆ptt 1 0.522 8.7 0.494 14 0.515 20 0.482 26 0.5 32 2 0.83 9.6 0.863 15.6 0.819 22.4 0.863 29 0.862 36 3 1.25 10.4 1.231 17 1.16 23.6 1.126 30.5 1.211 38 4 1.64 11 1.606 17.5 1.669 25.4 1.669 33 1.606 40.6 5 2.34 12 2.3 19 2.319 27.1 2.308 35 2.218 43 6 3.15 12.5 3.056 20 3.109 29 3.089 37 2.931 46 7 3.54 13 3.475 20.5 3.513 30 3.468 38 3.519 47.5 Ho=85mm Ho=100mmHo=35mm STT Ho=50mm Ho=70mm Qua bảng trên ta thấy rằng kết quả tính toán lý thuyết và thực tế đều tăng dần theo sự tăng của chiều cao lớp hạt,Kết quả tính toán lý thuyết và thực tế khác nhau trong khoảng từ 14 ÷ 43% . Điều này có thể giải thích là công thức áp dụng vào tính toán có thể dựa trên đặc điểm của lớp hạt nào đó có tính chất khác với lớp hạt chúng tôi đang nghiên cứu. II.Kết quả thực nghiệm đối với quá trình sấy Mục đích của chúng tôi là đi nghiên cứu động học quá trình sấy tầng sôi . làm rõ các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình sấy tầng sôi . Chúng tôi đi tiến hành các thí nghiệm ở các lớp hạt có chiều cao ban đầu khác nhau trong các chế độ sấy khác nhau . Sau đó bằng tính toán theo các công thức lý thuyết và thực nghiệm dựng lên các đồ thị , qua đó nhận xét và đánh giá 1. Kết qủa thực nghiệm trong quá trình sấy tầng sôi *Kết quả sấy trong điều kiện : -Chiều cao lớp hạt H0=60mm -Nhiệt độ tác nhân sấy t = 900C Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 39 -Vận tốc tác nhân sấy(không khí) v = 3 (m/s) -Độ ẩm ban đầu của hạt Wđ = 50,2% -Độ ẩm cuối của hạt Wc = 4,3% - Khối lượng hạt đem sấy Gd = 700 (g) Bảng 3: Thời gian (giây) Nhiệt độ lớp hạt (oC) Nhiệt độ khí ra( o C) Độ ẩm (W%) Tốc độ (1/h) Trở lực (mmH2O) 0 25,5 22 50,2 2,037 5 2 63 40 43,4 3,827 5 6 70 56 17,9 1,953 5 7 71 61 14,6 1,578 4,5 9 72 65 9,4 0,89 4,5 11 72,5 68 6,4 0,413 4,5 13 73 69,5 5,0 0,08 4 16 73,5 70 4,7 0,001 4 20 74 71 4,5 0,044 4 25 74 71 4,3 0,034 4 *KÕt qu¶ sÊy trong ®iÒu kiÖn : -ChiÒu cao líp h¹t H0=60mm -NhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy t = 90 0 C -VËn tèc t¸c nh©n sÊy(kh«ng khÝ) v = 3,5 (m/s) -§é Èm ban ®Çu cña h¹t W® = 50,2% -§é Èm cuèi cña h¹t Wc = 0,3% - Khèi l-îng h¹t ®em sÊy Gd = 700 (g) B¶ng 4 Thời gian (giây) Nhiệt độ lớp hạt (oC) Nhiệt độ khí ra( o C) Độ ẩm (W%) Tốc độ (1/h) Trở lực (mmH2O) 0 30 28 50,2 2,415 6 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 40 Đường cong sấy khi chiều cao Ho=60mm 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 5 10 15 20 25 30 thời gian (phút) đ ộ ẩ m v=3.5(m/s) v=3(m/s) 2 53 46 42,1 2,521 6 3 62 54 37,9 2,914 6 4 67 59 33,1 7,041 5,5 5 71 64 21,3 3,504 5,5 6 74 68 15,5 2,63 5,5 7 77 72 11,1 0,472 5 9 78,5 75 9,5 0,314 5 11 81 78,5 8,5 1,823 5 13 83,5 80 2,4 0,149 5 16 85 82 1,7 0,193 5 20 85 82,5 0,4 0,012 5 25 85 82,5 0,3 4E-04 5 Từ bảng tổng hợp kết quả ở bảng ta lập được các đồ thị đường cong sấy sau: Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 41 đường cong tốc độ sấy Ho=60mm -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 độ ẩm tố c đ ộ ( 1 /h ) v=3(m/s) Hình III.2 : Các đồ thị trong điều kiện sấy Ho = 60mm , v=3m/s , v=3,5(m/s) *Kết quả sấy trong điều kiện: -Chiều cao lớp hạt H0=70mm -Nhiệt độ tác nhân sấy t = 900C -Vận tốc tác nhân sấy(không khí) v = 2,04 (m/s) -Độ ẩm ban đầu của hạt Wđ = 42,47% -Độ ẩm cuối của hạt Wc = 3,24% - Khối lượng hạt đem sấy Gd = 800 (g) Kết quả được tổng hợp ở bảng dưới đây : Bảng 5 Thời gian (giây) Nhiệt độ lớp hạt (oC) Nhiệt độ khí ra( o C) Độ ẩm (W%) Tốc độ (1/h) Trở lực (mmH2O) 0 34 27 42,47 0.605 9 2 78 40 40,45 1.554 9 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 42 3 79 44 37,86 2.621 9 6 80 51 24,75 3.125 9 8 86 63 14,34 2.874 8 10 88 73 4,76 0.33 8 12 91 81 3,66 0.109 7 15 92 84 3,24 0.175 7 *KÕt qu¶ sÊy trong ®iÒu kiÖn: -ChiÒu dµy líp h¹t Ho =70mm -NhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy t = 90 o C -VËn tèc giã v = 3 m/s -§é Èm ®Çu cña h¹t W® = 40,88% -§é Èm cuèi cña h¹t Wc = 5,25% - Khèi l-îng ban ®Çu cña h¹t G® = 800g B¶ng 6 : Thời gian (giây) Nhiệt độ lớp hạt (oC) Nhiệt độ khí ra ( o C) Độ ẩm (W%) Tốc độ (1/h) Trở lực (mmH2O) 0 24,4 23 40,88 0.241 10 2 56 42 40,08 3.682 10 3 60 44,5 33,94 3.065 10 6 63 48 18,62 2.533 9 8 67 59 10,17 0.545 9 10 71 66 8,36 0.176 8 14 73,5 70 7,18 0.144 8 18 75,5 73 6,23 0.147 8 22 76 74,5 5,25 0.084 8 * KÕt qu¶ sÊy trong ®iÒu kiÖn: -ChiÒu cao líp h¹t ban ®Çu Ho=70mm -NhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy t = 90 o C -VËn tèc t¸c nh©n sÊy v = 3,5 m/s - §é Èm ban ®Çu W® = 42,46% Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 43 Các đồ thị sấy khi chiều cao lớp hạt Ho=70mm 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 20 25 thời gian (phút) đ ộ ẩ m (% ) v=2 v=3 v=3,5 - §é Èm cuèi Wc= 8,11 -Khèi l-îng h¹t ban ®Çu G® = 800g B¶ng 7 : Thời gian (giây) Nhiệt độ lớp hạt (oC) Nhiệt độ khí ra ( o C) Độ ẩm vật liệu( W%) Tốc độ (1/h) Trở lực (mmH2O) 0 34 27 42,46 1.104 10 2 58 40 38,78 3.567 10 3 62 44 32,84 2.467 10 4 66 49 28,73 2.46 10 5 68 54 24,63 2.217 10 6 70,5 58 20,93 1.817 9 8 75 65 14,86 1.317 9 10 77 71 10,47 0.65 8,5 12 79 75 8,3 0.167 8,5 15 80 77 8,11 0.35 8 Tõ c¸c b¶ng sè liÖu trªn ta lËp ®-îc c¸c ®-êng cong sÊy trªn c¸c ®å thÞ sau: Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 44 Các đồ thị tốc độ sấy khi Ho=70mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 độ ẩm(%) tố c đ ộ v=2(m/s) v=3(m/s) v=3,5(m/s) Hình III.3 : Các đồ thị sấy trong điều kiện Ho=70mm * Kết quả sấy trong điều kiện: -Chiều cao lớp hạt ban đầu Ho=85 mm -Nhiệt độ tác nhân sấy t = 90oC -Vận tốc tác nhân sấy v = 3 m/s - Độ ẩm ban đầu Wđ =50,6% - Độ ẩm cuối Wc=22,4% -Khối lượng hạt ban đầu Gđ = 1000 g Bảng 8: Thời gian (giây) Nhiệt độ lớp hạt (oC) Nhiệt độ khí ra ( o C) Độ ẩm vật liệu( W%) Tốc độ (1/h) Trở lực (mmH2O) Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 45 0 30 28 50,6 3,21 11 2 57 40 47,5 2,52 11 3 61 42 41,4 1,86 11 4 64 43 40,9 1,62 10 5 66 46 26,9 1,26 10 6 66,5 49 26,6 1,08 10 7 69,5 54 23,1 1,05 10 8 72,5 60 22,4 1,02 10 10 77 68 21,8 0,9 10 12 80,5 75 19,7 0,84 10 14 83,5 79 11,1 0,36 10 * KÕt qu¶ sÊy trong ®iÒu kiÖn: -ChiÒu cao líp h¹t ban ®Çu Ho=85 mm -NhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy t = 90 o C -VËn tèc t¸c nh©n sÊy v = 3,5 m/s - §é Èm ban ®Çu W® =50,6% - §é Èm cuèi Wc=11,1% -Khèi l-îng h¹t ban ®Çu G® = 1000 g B¶ng 9: Thời gian (giây) Nhiệt độ lớp hạt (oC) Nhiệt độ khí ra ( o C) Độ ẩm vật liệu( W%) Tốc độ (1/h) Trở lực (mmH2O) 0 30,5 29,5 0,407 2,6 11 2 44 42 0,312 2,02 11 3 47 46 0,279 1,8 11 4 52 48 0,238 1,74 11 5 58 54 0,187 1,5 11 6 64 60 0,182 1,32 10 7 69 64 0,175 1,08 10 8 73 71 0,122 0,702 10 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 46 Đường cong sấy khi chiều cao Ho=85mm 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 2 4 6 8 10 12 14 16 thời gian (phút) đ ộ ẩ m (% ) v=3,5(m/s) v=3(m/s) 10 75,5 73 0,099 0,108 10 12 78 76 0,095 0,095 10 14 80 78 0,082 0,089 10 Hình III.4 : Các đồ thị sấy khi sấy chiều cao lớp hạt Ho=85mm Nhận xét : Dựa vào các đường cong tốc độ sấy ta thấy rằng : + Đối với từng điều kiện sấy cố định ( cùng vận tốc gió , cùng một nhiệt độ tác nhân sấy ...) thì ban đầu tốc độ sấy tăng rất nhanh đến một điểm nào đó , nhưng độ ẩm không thay đổi đáng kể (tương ứng với quá trình đốt nóng vật liệu), Sau đó tốc độ sấy không tăng nữa mà giảm dần rất chậm trong khi đó thì độ ẩm của vật liệu lại giảm khá nhanh ( giai đoạn này được mô tả như quá trình đẳng tốc trong lý thuyết ) . Khi đến một độ ẩm nào đó thì tốc độ sấy lại bắt đầu giảm rất nhanh ( giai đoạn giảm tốc trong quá trình sấy) Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 47 +Đối với các đường cong sấy ở vân tốc khác nhau thì hình dạng của chung là tương tự nhau nhưng với tốc độ tác nhân sấy lớn thì quá trình sấy diễn ra nhanh hơn , tuy nhiên sự khác nhau này không quá lớn. 2. Tính toán nhiệt lƣợng của quá trình sấy Để nhận xét và đánh giá nhiệt lượng của quá trinh sấy ta đi tính toán chúng theo 2 hướng : Nhiệt lượng cung cấp thực tế và nhiệt lượng cung cấp theo lý thuyết *Nhiệt lượng cung cấp theo thực tế : Qtt = L.C. ∆T (kj/h) Trong đó + L lưu lượng tác nhân sấy (kgkk/h) + C nhiệt dung riêng của tác nhân sấy , đối với không khí ta lấy C = 10 3 (J/kg,độ) Mặt khác nhiệt lượng cung cấp theo thực tế lại chính bằng nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng vật liệu và nhiệt lượng cung cấp để bốc hơi ẩm Qtt = Qb + Qđn Nhiệt lượng cần thiết dùng để bốc hơi được tính theo công thức Qb = rhh∆Gn Do đó ta dễ dàng tính được nhiệt cung cấp dùng để đốt nóng dựa vào các công thức trên : Qđn = Qtt - Qb Để tính toán được nhiệt lượng cần thiết để bốc hơi ẩm ta dựa vào các công thức tính cân bằng vật liệu và nhiệt lượng sau -Lượng chất khô Gk = G i – Gn i = G i – wi, G i Gk = G i (1-wi) -Lượng nước có trong vật liệu ở thời điểm Gn i = Gk. i i w 1 w- Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 48 Nhiệt lượng vật liệu nhận được theo thực tế chính bằng nhiệt lượng làm nóng vật liệu và nhiệt lượng làm bốc hơi ẩm trong vật liệu + rhh Nhiệt hóa hơi của nước , tra tại bảng [I.212 (3-150)] sổ tay quá trình thiết bị , kcal/kg *Nhiệt lượng cung cấp tính theo lý thuyết : Đối với quá trình cung cấp nhiệt theo lý thuyết ta tính theo chuẩn số Nuxen td d Nu a l = Trong tầng sôi thì chuẩn số Nu được tính thông qua các phương trình chuân r số sau : 0,34 0,74 0,65 HNu 0,0151.Fe .Re dt æ ö÷ç= ÷ç ÷çè ø - với Fe = 30 ÷ 100 0,34 0,6 0,65 HNu 0,0283.Fe .Re dt æ ö÷ç= ÷ç ÷çè ø - với Fe = 100 ÷ 200 trong đó các chuẩn số liên quan được tính như sau: h k td 2 k k 4.g( ) Fe d 3. . r r n r = - 3 Ar Re 1 1,75 150 Ar e e e = + - khi độ xốp ε = 0,4 thì ta có thể tính Ar Re 1400 5,22 Ar = + Ar : là chuẩn số Accimet và được tính theo td h k k k d ( )g Ar 3 2 r r n r - = Cuối cùng nhiệt lượng cung cấp tính theo lý thuyết được tính theo công thức sau: Qlt = α.∆T.F Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 49 F= 6G/ρh.dtđ Trong đó thì: F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m G: Khối lượng hạt có trên lưới , kg ρh,ρk : Khối lượng riêng của hạt và tác nhân sấy (không khí), kg/ m 3 ε: Độ xốp của lớp hạt ,m3/ m3 H: chiều cao lớp hạt ,m dtđ : Đường kính tương đương của hạt ,m λ : Hệ số dẫn nhiệt của không khí phụ thuộc vào nhiệt độ tính theo công thức: 1 5 o 273 C T T 273 273 l l æ ö+ ÷ç= ÷ç ÷çè ø+ (W/m,K) λ0 : Hệ số dẫn nhiệt của không khí ở 0 0 C , W/m,K λ0 = 0,0201 [bảng I,122(I-124)] T : Nhiệt độ tuyệt đối của không khí , K C : Hằng số , C = 122 [bảng I,122(I-124)] Bằng các tính toán dựa trên các bản tính trong phần mềm Exell ta tính được các bảng số liệu sau từ các số liệu đã biết , ứng với từng điều kiện thí nghiệm tương ứng ở phần kết quả trên ta được các bảng kết quả sau: 2.1 Tính toán kết quả trong điều kiện Ho = 60mm * Với vận tốc tác nhân sấy là: v =3(m/s) ,ttn =90 0 C Bảng 10 Độ ẩm rhh (kj/kg) ∆Gn (kg) Qtt (kj/h) Qb (kJ/h) Qb/ Qtt(%) 50,2 2438 1,386 5630,4 3379,4 60,02 37 2407 1,19 4140 2882 69,61 31,3 2378 1,12 2815,2 2663,8 94,62 25,3 2374 0,97 2401,2 2303 95,91 15 2370 0,75 2070 1791,8 86,56 11,4 2368 0,50 1821,6 1193,5 65,52 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 50 6,6 2365 0,22 1697,4 521,68 30,73 4,5 2363 0,01 1656 39,712 2,398 4,1 2361 0,02 1573,2 49,596 3,153 3,7 2361 0,15 1573,2 49,596 3,153 B¶ng 11 Fe Ar Re Nu λ (w/m®é) α (w/m 2 ®é) F(m 2 ) Qlt (kj/h) Qtt (kj/h) 49,2 89749 30,3 0,7303 0,0192 8,34 3,13 2064,1 5630 50,1 94818 31,5 0,7599 0,0181 8,15 2,34 1858,2 4140 50,6 97188 32,1 0,7736 0,0179 8,21 2,1 1239,9 2815 51 99814 32,7 0,7886 0,0178 8,36 1,88 1073,6 2401 51,8 104669 33,9 0,816 0,0178 8,63 1,57 880,7 2070 52,1 106479 34,3 0,8261 0,0178 8,73 1,48 816,87 1821,6 52,5 108992 34,9 0,8401 0,0178 8,87 1,38 747,24 1697,4 52,7 110129 35,2 0,8464 0,0178 8,93 1,33 706,7 1656 52,7 110348 35,2 0,8476 0,0178 8,94 1,32 681,51 1573,2 52,8 110568 35,3 0,8488 0,0178 8,95 1,32 678,3 1573,2 *Víi vËn tèc t¸c nh©n sÊy lµ: v =3,5(m/s) , ttn =90 0 C B¶ng 12 §é Èm rhh (kj/kg) ∆Gn (kg) Qtt (kj/h) Qb (kJ/h) Qb/ Qtt(%) 50,22 2436 0,833 5890 2030 34,5 42,17 2424 0,87 4180 2108 50,4 37,96 2412 1,005 3420 2425 70,9 33,11 2391 1,1 2945 2630 89,3 21,37 2374 0,95 2470 2493 91,3 15,53 2362 0,86 2090 2143 97,2 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 51 Đồ thị cung cấp nhiệt khi chiều cao Ho=60mm , v=3m/s 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 10 20 30 40 50 60 độ ẩm(%) n h iệ t cu n g c ấ p ( kj /h ) Qtt Qlt 11,15 2349 0,163 1710 382,5 22,4 9,574 2343 0,108 1425 254 17,8 8,527 2332 0,629 1092,5 1467 134 2,449 2322 0,052 950 119,7 12,6 1,702 2316 0,067 760 154,3 20,3 0,415 2316 0,004 712,5 9,727 1,37 0,313 2316 0,013 712,5 30,05 4,22 B¶ng 13 Fe Ar Re Nu λ (w/m®é ) α (w/m 2 ®é ) F(m 2 ) Qlt (kj/ h) Qtt (kj /h) 49,3 89743,2 30,3 0,7356 0,0199 8,705 3,1 1618 5890 49,8 92768 31 0,7535 0,0192 8,584 2,58 819 4180 50,1 94429,1 31,4 0,7632 0,0189 8,57 2,36 567 3420 50,5 96424,7 31,9 0,7748 0,0188 8,632 2,15 426 2945 51,4 101612 33,2 0,8047 0,0186 8,908 1,73 293 2470 51,8 104408 33,8 0,8206 0,0186 9,042 1,57 227 2090 52,2 106608 34,3 0,8329 0,0185 9,135 1,46 173 1710 52,3 107421 34,5 0,8375 0,0184 9,164 1,43 150 1425 52,4 107969 34,7 0,8406 0,0184 9,162 1,4 115 10925 52,9 111263 35,4 0,8589 0,0183 9,326 1,28 77 950 53 111681 35,5 0,8612 0,0182 9,33 1,26 58 760 53,1 112410 35,7 0,8652 0,0182 9,373 1,24 57 712 53,1 112468 35,7 0,8655 0,0182 9,377 1,24 57 712 Từ các bảng kết quả tính toán ta được các đồ thị sau: Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 52 Đồ thị cấp nhiệt với lớp chiều cao Ho=60mm , v=3,5m/s 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 10 20 30 40 50 60 độ ẩm(%) n h iệ t c u n g c ấ p ( k j/ h ) Qlt Qtt Hinh III.5 : Đồ thị quá trình sấy khi Ho=60mm 2.2 Tính toán kết quả trong điều kiện Ho = 70 mm * Với vận tốc tác nhân sấy là: v = 2 (m/s) , ttn = 90 ( 0 C) Bảng 14 Độ ẩm rhh (kj/kg) ∆Gn (kg) Qtt (kj/h) Qb (kJ/h) Qb/ Qtt(%) 42,6 2437 0,9368 3808 2283 59,96 35,8 2261 1,1296 3080 2555 82,94 31,7 2274 1,047 2856 2381 83,36 24,1 2286 1,0194 2632 2331 88,56 20,4 2291 0,9505 2464 2177 88,37 13,5 2286 0,7586 1792 1734 96,76 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 53 7,1 2349 0,3582 1344 841,4 62,61 4,5 2378 0,1194 784 284 36,22 3,2 2387 0,0716 616 171 27,76 Bảng 15 Fe Ar Re Nu λ (w/m,®é) α (w/m 2 ®é) F(m 2 ) Qlt (kj/h) Qtt (kj/h) 49,8 92790,6 31 0,7146 0,0198 8,4 3,47 1776,43 3808 50,3 95504,2 31,7 0,7297 0,0184 7,99 3,01 409,096 3080 50,6 97218,3 32,1 0,7391 0,0184 8,08 2,78 359,587 2856 51,1 100564 32,9 0,7574 0,0184 8,27 2,42 300,058 2632 51,4 102277 33,3 0,7667 0,0183 8,34 2,27 246,041 2464 52 105633 34,1 0,7847 0,0182 8,49 2,02 154,393 1792 52,5 108949 34,9 0,8023 0,0182 8,65 1,82 110,507 1344 52,7 110356 35,2 0,8097 0,0181 8,69 1,75 60,929 784 52,9 111074 35,4 0,8135 0,0181 8,72 1,72 44,9329 616 *VËn tèc t¸c nh©n sÊy lµ : v = 3 (m/s) , ttn = 90 ( o C) B¶ng 16 §é Èm rhh (kj/kg) ∆Gn (kg) Qb(kj/h) QttkJ/h) Qb/ Qtt(%) 0,408 2439 0,99456 2426 5695 42,59 0,338 2422 1,05139 2547 4080 62,42 0,301 2416 1,16506 2815 3867,5 72,78 0,26 2412 1,05139 2536 3740 67,8 0,186 2408 0,93773 2258 3570 63,24 0,12 2391 0,3552 849,3 2635 32,23 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 54 0,095 2374 0,13498 320,5 2040 15,71 0,076 2364 0,09946 235,1 1700 13,83 0,062 2355 0,07104 167,3 1445 11,58 0,052 2353 0,03789 89,16 1317,5 6,768 B¶ng 17: Fe Ar Re Nu λ (w/m,® é) α (w/m 2 ®é) F (m 2 ) Qlt (kj/h ) Qtt (kj /h) 51 99704,2 32,7 0,753 0,0201 9 3,44 2029,84 5695 51,5 102732 33,4 0,769 0,0191 8,7 2,99 885,33 4080 51,8 104407 33,8 0,778 0,0189 8,8 2,78 706,257 3867 52,1 106329 34,3 0,788 0,0189 8,9 2,58 639,819 3740 52,7 109983 35,1 0,808 0,0189 9,1 2,27 554,693 3570 53,2 113460 35,9 0,826 0,0188 9,2 2,03 430,517 2635 53,4 114835 36,2 0,833 0,0186 9,2 1,95 342,483 2040 53,6 115902 36,5 0,839 0,0186 9,2 1,9 289,408 1700 53,7 116701 36,7 0,843 0,0185 9,3 1,86 249,267 1445 53,8 117279 36,8 0,846 0,0185 9,3 1,83 237,614 1317 *VËn tèc t¸c nh©n sÊy lµ : v = 3,5 (m/s) , ttn = 85 ( o C) B¶ng 18 §é Èm rhh (kj/kg) ∆Gn (kg) Qtt (kj/h) Qb (kJ/h) Qb/ Qtt(%) 42,4 2434 1,12 5985 2725 45,5 34,3 2421 1,051 4750 2543 53,6 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 55 30,5 2412 0,94 4370 2267 51,9 27,1 2395 0,968 3895 2317 59,5 23,6 2387 0,94 3420 2243 65,6 20,2 2376 0,78 3040 1852 60,9 14,56 2358 0,478 2375 1127 47,5 11,1 2349 0,387 1805 909 50,4 8,3 2341 0,138 1425 323 22,7 6,8 2337 0,088 1235 206 16,7 5,2 2328 0,055 1045 128 12,3 B¶ng 19: Fe Ar Re Nu λ (w/m.®é) α (w/m 2 ®é) F (m 2 ) Qlt (kj/h) Qtt (kj/h) 50,9 99037,1 32,5 0,749 0,0198 8,8 3,5 1708 5985 51,5 102509 33,4 0,768 0,019 8,7 2,9 814,8 4750 51,7 104224 33,8 0,777 0,0189 8,7 2,7 666,6 4370 52 105807 34,2 0,786 0,0188 8,8 2,6 539 3895 52,3 107487 34,5 0,795 0,0187 8,8 2,4 467,9 3420 52,5 109172 34,9 0,803 0,0187 8,9 2,3 393,7 3040 53 112085 35,6 0,819 0,0185 9 2,1 278,8 2375 53,3 113951 36 0,828 0,0185 9,1 2 230,4 1805 53,5 115506 36,4 0,837 0,0184 9,1 1,9 187,7 1425 53,7 116357 36,6 0,841 0,0184 9,2 1,8 167,3 1235 53,8 117279 36,8 0,846 0,0183 9,2 1,8 130,9 1045 Tõ b¶ng kÕt qu¶ ta lËp ®-îc c¸c ®å thÞ cung cÊp nhiÖt sau : Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 56 Đồ thị cung cấp nhiệt khi chiều cao Ho=70mm, v=2m/s 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 độ ẩm(%) n h iệ t c u n g c ấ p ( k j/ h ) Qlt Qtt Đồ thị cung cấp nhiệt khi chiều cao Ho=70mm, v=3m/s 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 độ ẩm(%) n h iệ t c u n g c ấ p Qlt Qtt Đồ thị cấp nhiệt khi chiều cao Ho=70mm , v=3,5m/s 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 độ ẩm(%) n h iệ t c u n g c ấ p (k j/ h ) Qtt Qlt Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 57 Hình III.6 : Các đồ thị cấp nhiệt khi sấy với Ho=70mm 2.3 Tính toán kết quả trong điều kiện Ho = 85 mm *Vận tốc tác nhân sấy là : v = 3 (m/s) , ttn = 90 ( o C) Bảng 20 Độ ẩm rhh (kj/kg) ∆Gn (kg) Qtt (kj/h) Qb (kJ/h) Qb/ Qtt(%) 50,5 2436 2,1 6120 5115 0,836 39,8 2422 1,96 5100 4747 0,931 35,6 2416 1,86 4930 4494 0,912 32,5 2404 1,74 4845 4182 0,863 29,8 2395 1,58 4590 3784 0,824 27,7 2393 1,5 4335 3590 0,828 25,9 2381 1,2 3910 2857 0,731 23,4 2368 1,02 3400 2415 0,71 20 2349 0,802 2720 1884 0,693 17 2335 0,56 2125 1307 0,615 14,2 2322 0,36 1785 835,9 0,468 Bảng 21 Fe Ar Re Nu λ (w/m.®é) α (w/m 2 ®é) F (m 2 ) Qlt (kj/h) Qtt (kj/h) 48,3 84658 29 0,626 0,028 10 5,1 3691 6120 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 58 47,7 81885 28,3 0,611 0,026 9,5 4,3 1757 5100 47,9 82431 28,4 0,614 0,026 9,4 4 1473 4930 48,1 83840 28,8 0,622 0,026 9,5 3,8 1282 4845 48,3 85003 29,1 0,628 0,026 9,5 3,6 1154 4590 48,3 84894 29,1 0,627 0,026 9,5 3,5 1103 4335 48,9 87962 29,8 0,644 0,025 9,7 3,3 963,8 3910 49 88625 30 0,647 0,025 9,7 3,1 833,1 3400 49,1 89216 30,1 0,65 0,025 9,6 3 659,1 2720 49,6 91892 30,8 0,664 0,025 9,7 2,8 530 2125 50,6 97436 32,2 0,693 0,025 10 2,5 424 1785 *VËn tèc t¸c nh©n sÊy lµ : v = 3,5 (m/s) , ttn = 90 ( o C) B¶ng 22 §é Èm rhh (kj/kg) ∆Gn (kg) Qtt (kj/h) Qb (kJ/h) Qb/ Qtt(%) 40,6 2436 2,5 6223 6089 97,86 28,8 2429 2,02 5035 4906 97,43 24,6 2427 1,8 4655 4369 93,85 21,6 2424 1,74 4465 4218 94,48 18,7 2421 1,5 3895 3632 93,25 16,2 2404 1,32 3325 3173 95,42 14 2383 1,08 2945 2573 87,38 12,2 2366 0,702 2280 1661 72,84 9,86 2355 0,108 2090 254,4 12,17 9,5 2345 0,095 1805 222,8 12,34 8,15 2337 0,089 1615 208 12,88 B¶ng 23 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 59 Đồ thị cấp nhiệt khi chiều cao Ho=85mm ,v=3m/s 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 10 20 30 40 50 60 độ ẩm(%) n h iệ t c u n g c ấ p ( k j/ h ) Qlt Qtt Fe Ar Re Nu λ (w/m.®é) α (w/m 2 ®é) F (m 2 ) Qlt (kj/h) Qtt (kj/h) 51 99891 32,8 0,706 0,02 8,343 4,3 2492 6223 51,9 105117 34 0,732 0,019 8,462 3,4 1615 5035 52,2 107112 34,5 0,742 0,019 8,535 3,2 1428 4655 52,5 108584 34,8 0,749 0,019 8,549 3 1229 4465 52,7 110045 35,1 0,756 0,019 8,548 2,9 1023 3895 52,9 111337 35,4 0,763 0,019 8,538 2,7 840,1 3325 53,1 112499 35,7 0,768 0,019 8,534 2,6 697,3 2945 53,2 113468 35,9 0,773 0,019 8,533 2,6 589,8 2280 53,4 114753 36,2 0,779 0,019 8,569 2,5 517,6 2090 53,5 114953 36,3 0,78 0,018 8,546 2,5 460,9 1805 53,6 115710 36,4 0,784 0,018 8,56 2,4 410,8 1615 C¸c ®å thÞ t-¬ng øng víi tr-êng hîp nµy lµ: Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 60 Đồ thị cấp nhiệt khi chiều cao Ho=85mm, v=3,5m/s 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 độ ẩm(%) n h iệ t c u n g c ấ p (k j/ h ) Qlt Qtt Hình III.6 : Các đồ thị cấp nhiệt khi sấy với Ho=85mm HÖ sè sö dông nhiÖt khi sÊy ë chiÒu cao Ho = 70mm 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 § é Èm % Q b /Q tt V=2m/s V=3m/s V=3,5m/s Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 61 3. Phân tích và nhận xét một số kết quả thu đƣợc 3.1 Vận tốc tác nhân sấy và chiều cao lớp hạt *Vận tốc tác nhân sấy : Để đánh giá ảnh hưởng của vận tốc tác nhân lên quá trình sấy ta xem xét một số kết quả sau: Nhìn vào đồ thị ta thấy rằng ảnh hưởng của vận tốc gió lên quá trình sấy tầng sôi đối với mỗi giai đoạn sấy là khác nhau. Đối với giai đoạn đầu quá trình sấy khi cường độ bốc ẩm cao thì sự ảnh hưởng của vận tốc gió là lớn có nghĩa là vận tốc gió càng lớn thì tốc độ sấy càng cao. Nhưng ở giai đoạn cuối của quá trình sấy khi cường độ bốc ẩm nhỏ thì sự ảnh hưởng này không rõ nét. C¸c ®- êng cong c- êng ®é bèc Èm cña vËt liÖu khi sÊy ë Ho=70mm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ®é Èm % C - ê n g ® é b è c Èm v=2m/s v=3m/s v=3,5m/s * Ảnh hưởng của chiều cao lớp hạt Ảnh hưởng của chiều cao lớp hạt lên quá trình sấy được thể hiện rõ ở đồ thị dưới. Đối với những lớp hạt có chiều cao thấp thì cường độ bốc ẩm (tính theo một đơn vị khối lượng chất khô) thì lớn hơn với những lớp hạt có chiều cao lớn. Sự ảnh hưởng này được thể hiện rõ ở giai đoạn đầu của quá trình sấy khi độ ẩm của vật liệu lớn. Cuối qúa trình sấy, độ ẩm vật liệu nhỏ thì sự ảnh hưởng của chiều cao không đồng đều. Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 62 Sù ¶nh h- ëng cña chiÒu cao lí p h¹ t nªn qu¸ tr×nh sÊy khi v=3(m/s) 0 2 4 6 8 10 12 0 10 20 30 40 50 60 ®é Èm% c- ên g ®é b èc È m Ho=60mm Ho=70mm Ho=80mm Đồ thị cung cấp nhiệt khi chiều cao Ho=70mm, v=3m/s 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 độ ẩm(%) n h iệ t cu n g c ấ p Qlt Qtt Qb 3.1 Nhiệt lƣợng cung cấp - Nhiệt lượng cung cấp theo tính toán lý thuyết và thực tế theo trên các đồ thị thì đồng dạng với nhau về hình dáng . Nhưng nhiệt cung cấp theo thực tế lớn , lớn hơn so với nhiệt lượng tính theo các công thức lý thuyết khoảng từ 2÷7 lần.Ta có thể thấy rõ theo các số liệu khi sấy ở chiều cao H0= 70mm , vận tốc gió là v =3m/s. Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 63 Độ ẩm Cường độ bốc ẩm Qb(kj/h) Qtt(kj/h) Qlt(kj/h) Qtt/Qlt 0,408 4,4341 2426 5695 2030 2,81 0,338 4,6875 2547 4080 885,3 4,61 0,301 5,1943 2815 3867,5 706,3 5,48 0,26 4,6875 2536 3740 639,8 5,85 0,186 4,1807 2258 3570 554,7 6,44 0,12 1,5836 849,3 2635 430,5 6,12 0,095 0,6018 320,5 2040 342,5 5,96 0,076 0,4434 235,1 1700 289,4 5,87 0,062 0,3167 167,3 1445 249,3 5,8 0,052 0,1689 89,16 1317,5 237,6 5,54 Qua kÕt qu¶ thu ®-îc ta cã thÓ ®-a ra mét vµi nhËn xÐt nh- sau: - NhiÖt cung cÊp theo thùc tÕ th× thÓ hiÖn mét c¸ch râ nÐt qua 2 giai ®o¹n t-¬ng øng trong c¸c kho¶ng ®é Èm tõ 40,8÷33,8%, 33,8÷ 5,2% . Các giai đoạn này tương ứng với các giai đoạn của cường độ bốc hơi thực tế . Điều này chứng tỏ rằng quá cung cấp nhiệt phụ thuộc rất rõ vào động học của quá trình sấy . Theo tính toán lý thuyết thì các giai đoạn của quá trình sấy cũng chia ra làm 2 giai đoạn rõ đốt nóng và giảm tốc . - Nhiệt lượng dùng để bay hơi ẩm (Qb) thì thay đổi theo từng vùng của quá trình sấy. Tăng dần ở giai đoạn đốt nóng vật liệu và cao nhất trong giai đoạn sấy tốc độ sấy ổn định trong trường hợp trên nhiệt cung cấp cao nhất là 72,78% (bảng 16) nhưng có nhưng trường hợp lượng nhiệt dùng cho bốc hơi lên rất cao đến 96,7% so với nhiệt lượng cung cấp thực tế (bảng 14). Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 64 - Nhiệt cung cấp tính theo lý thuyết thì nhỏ hơn so với lương nhiệt cung cấp thực tế từ 2÷ 6 lần trong các trường hợp khác còn cao hơn thông thường thì sự khác biệt này rất xa những giai đoạn đầu của quá trình sấy và nhỏ dần ở giai đoạn cuối của quá trình sấy. Điều này chứng tỏ các công thức lý thuyết còn nhiều hạn chế trong quá trình tính toán. KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu , tính toán thực nghiệm và lý thuyết trên máy sấy tầng sôi . Tôi rút ra được một số kết luận sau: 1. Ảnh hưởng của chế độ thủy động - Những lớp hạt có chiều cao càng lớn thì pic trở lực của chúng càng thể hiện rõ nét và phân bố ở miền rộng hơn. - Những tính toán trở lực theo các công thức lý thuyết thường có sai số khá lớn với kết quả thực nghiệm đo được . Đối với trường hợp lớp hạt mà chúng tôi nghiên cứu thì những tính toán này có sai số trong khoảng từ 20 ÷ 47% so với kết quả đo được. 2. Trong các kết quả mà chúng tôi thu được thì quá trình sấy tầng sôi chủ yếu là gồm 2 giai đoạn. Sau giai đoạn đốt nóng vật liệu là giai đoạn có nhiệt lượng cung cấp giảm dần. - Ảnh hưởng của vận tốc tác nhân sấy lên quá trình sấy là không đồng đều ở từng vùng. Đối với giai đoạn đầu của quá trình sấy,khi độ ẩm cao thì tốc độ gió tăng làm tăng tốc độ sấy. Về cuối của quá trình sấy khi độ ẩm vật liệu nhỏ thì ảnh hưởng của nó không rõ ràng. - Chiều cao lớp hạt chỉ ảnh hưởng lớn trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, khi độ ẩm và vận tốc sấy lớn .Chiều cao lớp hạt càng lớn thì tốc độ sấy càng nhỏ so với các lớp hạt co chiều cao nhỏ hơn . Càng về sau quá trình sấy khi độ ẩm nhỏ đi thì sự ảnh hưởng này không đáng kể . Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 65 - Hệ số sử dụng nhiệt (Qb/Qtt) tương đối cao trong thời gian dài của quá trình sấy. Khi cường độ bốc ẩm lớn thì hệ số sử dụng nhiệt này cũng lớn. Có trường hợp lên tới 97%. - Kết quả tính toán nhiệt lượng cung cấp theo lý thuyết so với kết quả thực tế đo được nhỏ hơn khoảng vài lần. Sai khác lớn nhất là ở giai đoạn đầu của quá trình sấy khi mà nhiệt lượng cung cấp lớn , càng về sau thì sự sai khác này nhỏ hơn .Chứng tỏ rằng các công thức tính toán lý thuyết chỉ phù hợp với quá trình sấy khi mà tốc độ sấy nhỏ. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1.Hoàng Văn Chước , Trần Văn Phú , Phạm Văn Tùng Giáo trình kĩ thuật sấy , Đại Học Bách Khoa Hà Nội , 1997 2.Phạm Công Dũng , Nguyễn Bin Nghiên cứu một số tính chất dạng hạt trong qúa trình sấy, Hội nghị khoa học lần thứ XVIII , Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội ,1996 3.Phạm Công Dũng , Nguyễn Hữu Tùng ,Nguyễn Bin Sấy một giải pháp hữư hiệu để bảo quản nông sản Việt Nam ; Hội nghị khoa học lần thứ II, Hội kĩ thuật công nghệ hóa học Việt Nam , 1997 4.Lê Doãn Diên Công nghệ sau thu hoạch nông nghiệp Việt Nam , thực trạng và triển vọng, Nhà xuất bản Nông nghiệp 1994 5.Nguyễn Thị Niên Thủy động lực học của chế độ vòi rồng ứng dụng cho quá trình sấy vật liệu đa phân tán , Luận văn cao học , Trường đại học Bách Khoa Hà Nội,1996 6. Hoàng Văn Chứơc Kỹ thuật sấy , Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội , 1999 7.Phạm Công Dũng Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 66 Ứng dụng kỹ thuật sấy tầng sôi để sấy hạt nông sản , Luận án tiến sỹ kỹ thuật ,1999 8.Trần Xoa , Nguyễn Trọng Khuông , Hồ Lê Viễn Sổ tay qúa trình và thiết bị công nghệ hóa học , Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật , 1978 9.Đỗ Văn Đài , Nguyễn Trọng Khuông , Trần Quang Thảo , Võ Thị Ngọc Tươi , Trần Xoa Cơ sở các quá tình thiết bị công nghệ hóa học , Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội , 1982 10. Nguyễn Văn May Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản và thực phẩm , Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật , 2004 Tiếng Anh 11.Bulk handing and storage of grain in the humid tropics , ACIAR proceedings , No 22, Canberra, 1978 12. J.F.Davidson , D.Harison Fluidization , New York , 1971 13. J.F.Davidson , D.Harison Fluidization particles , New York , 1963 14.Drying of solids – Recent international development , Iohn Wiley , Sons , 1986 15. Fluidization , proceeding of the international fluidization conference, 1980 16.Grain drying in ASIA , ACIAR proceeding , No 71, Canbera , 1996 17. Gas fluidization technology, John Wiley, Sons ,1986 Đinh Tiến Hải QT - TB K45 Nghiên cứu động học của quá trình sấy tầng sôi 67