Động học của quá trình sấy tầng sôi

Môc lôc Trang Lêi nãi ®Çu........................................................................................3 PhÇn 1 Tæng quan..........................................................................5 I.Thñy ®éng lùc häc cña qu¸ tr×nh sÊy tÇng s«i............................5 1. C¬ chÕ t¹o líp láng gi¶........................................................5 2. C¸c th«ng sè líp s«i vµ ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh....................8 2.1 VËn tèc s«i tèi thiÓu...........................................................8 2.2 VËn tèc phôt.......................................................................9 2.3 Trë lùc cña líp s«i..............................................................10 2.4 Tèc ®é vµ giíi h¹n lµm viÖc................................................11 2.5 Trë lùc cña líp l­íi ph©n phèi khÝ......................................12 II. Lý thuyÕt vÒ sÊy............................................................................14 C¸c d¹ng liªn kÕt Èm trong vËt liÖu Èm ...............................14 Liªn kÕt hãa häc..................................................................14 Liªn kÕt hãa lý.....................................................................15 Liªn kÕt c¬ lý.......................................................................16 Ph©n lo¹i vËt liÖu sÊy............................................................16 VËt xèp mao dÉn..................................................................16 VËt keo................................................................................17 VËt keo xèp mao dÉn...........................................................17 C¬ chÕ t¸ch Èm trong h¹t.......................................................17 C¸c giai ®o¹n x¶y ra trong qu¸ tr×nh sÊy h¹t.........................18 C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn tèc ®é sÊy....................................19 Trao ®æi nhiÖt vµ truyÒn Èm trong sÊy tÇng s«i.....................20 PhÇn 2 Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu.....................................................23 I.HÖ thèng thÝ nghiÖm.........................................................................23 1. CÊu t¹o hÖ thèng thÝ nghiÖm...................................................23 2. §Æc tÝnh kÜ thuËt cña hÖ thèng thÝ nghiÖm sÊy tÇng s«i..........24 3. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña hÖ thèng.........................................25 4. X¸c ®Þnh vËn tèc, l­u l­îng ...................................................25 5. X¸c ®Þnh nhiÖt ®é , ®é Èm cña vËt liÖu...................................27 6. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña h¹t Xuyªn Tiªu............................27 II. TiÕn hµnh thùc nghiÖm vµ tÝnh to¸n kÕt qu¶..............................28 Ph­¬ng ph¸p tiÕn hµnh thÝ nghiÖm........................................28 TÝnh to¸n kÕt qu¶ thu ®­îc....................................................29 PhÇn 3 KÕt qu¶ thùc nghiÖm............................................................33 I. KÕt qu¶ thùc nghiÖm qu¸ tr×nh thñy lùc.......................................33 1. Sù ¶nh h­ëng cña chiÒu cao líp h¹t lªn qu¸ tr×nh thñy lùc....33 II. KÕt qu¶ thùc nghiÖm ®èi víi qu¸ tr×nh sÊy.................................37 1. KÕt qu¶ thùc nghiÖm trªn m¸y sÊy tÇng s«i ..........................37 2. TÝnh to¸n nhiÖt l­îng ............................................................45 3. Ph©n tÝch vµ nhËn xÐt mét sè kÕt qu¶ thùc nghiÖm thu ®­îc.58 KÕt luËn ...............................................................................................62 Tµi liÖu tham kh¶o................................................................................65 LêI NãI §ÇU Trong c«ng nghÖ hãa chÊt còng nh­ thùc phÈm, lu«n cã nh÷ng yªu cÇu vÒ sÊy c¸c vËt liÖu Èm . ChÝnh v× vËy mµ sÊy ®· ®ãng mét vai trß kh«ng thÓ thiÕu trong ngµnh c«ng nghÖ hãa häc . ViÖt Nam lµ mét n­íc cã “Rõng vµng biÓn b¹c” vµ cã ngµnh n«ng nghiÖp truyÒn thèng l©u ®êi v× vËy ®· t¹o ®iÒu kiÖn manh mÏ cho ngµnh c«ng nghÖ hãa chÊt còng nh­ thùc phÈm ph¸t triÓn m¹nh mÏ . HiÖn nay trªn thÕ giíi cã rÊt nhiÒu kÜ thuËt sÊy ®­îc ¸p dông cho qu¸ tr×nh sÊy vµ kÜ thuËt sÊy tÇng s«i ®· ®­îc ¸p dông réng r·i trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y . So víi qu¸ tr×nh ë tr¹ng th¸i tÜnh th× qu¸ tr×nh ë tr¹ng th¸i láng gi¶ cã rÊt nhiÒu ­u ®iÓm, cô thÓ lµ: Pha r¾n ®­îc ®¶o trén rÊt m·nh liÖt, dÉn ®Õn viÖc san b»ng nhiÖt ®é vµ trong toµn líp h¹t HÖ sè dÉn nhiÖt, cÊp nhiÖt tõ bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt cña thiÕt bÞ ®Õn líp s«i ( hay ng­îc l¹i ) rÊt lín. Do tÝnh linh ®éng cña líp s«i nªn dÔ dµng n¹p nguyªn liÖu vµ th¸o s¶n phÈm, dÔ thùc hiÖn qu¸ tr×nh liªn tôc, c¬ giíi hãa vµ tù ®éng hãa, dÔ ®iÒu chØnh c¸c th«ng sè nh­ l­u l­îng vµ ¸p suÊt... Trë lùc t­¬ng ®èi nhá vµ æn ®Þnh, kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é pha khÝ trong giíi h¹n tån t¹i tr¹ng th¸i láng gi¶. CÊu t¹o thiÕt bÞ t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n, gän nhÑ vµ dÔ chÕ t¹o. Do tÊt c¶ nh÷ng ­u ®iÓm trªn mµ kü thuËt sÊy tÇng s«i ®­îc sö dông ngµy cµng réng r·i trong c«ng nghiÖp nh­ mét ph­¬ng ph¸p t¨ng c­êng ®é qu¸ tr×nh. Tuy nhiªn, ph­¬ng ph¸p nµy còng cã mét sè nh­îc ®iÓm: Cã hiÖn t­îng tÝch ®iÖn vµ tÜnh ®iÖn dÉn ®Õn kh¶ n¨ng dÔ g©y ch¸y næ. Thêi gian l­u cña c¸c h¹t trong líp s«i kh«ng ®Òu C¸c h¹t r¾n bÞ va ®Ëp, bµo mßn, vì vôn t¹o nhiÒu bôi, do ®ã thiÕt bÞ ph¶i cã thiÕt bÞ thu håi bôi, thµnh thiÕt bÞ tÇng s«i ph¶i chÞu ®­îc mµi mßn, nhÊt lµ khi gia c«ng c¸c h¹t cã c¹nh s¾c. VËn tèc cña pha khÝ bÞ giíi h¹n trong ph¹m vi cÇn thiÕt ®Ó duy tr× tr¹ng th¸i tÇng s«i mµ nhiÒu khi kh«ng ph¶i thÝch hîp ®èi víi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ. ViÖc nghiªn cøu øng dông kü thuËt sÊy tÇng s«i trong lÜnh vùc sÊy ®· ®ùoc nhiÒu nhµ khoa häc trªn thÕ giíi tiÕn hµnh tõ nh÷ng n¨m 60 , nhiÒu thiÕt bÞ sÊy tÇng s«i cã n¨ng suÊt tõ vµi tÊn ®Õn hµng ngh×n tÊn giê ®· ®­îc ®­a vµo s¶n xuÊt ( chñ yÕu lµ Liªn X« cò vµ Mü ) ®Ó sÊy c¸c vËt liÖu cã d¹ng h¹t cã kÝch th­íc tõ 1-:-2mm ®Õn 35-:-40 mm . ë ViÖt Nam , còng cã mét sè c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ kü thuËt tÇng s«i . Tuy nhiªn viÖc øng dông kü thuËt nµy vµo s¶n xuÊt còng ch­a ®­îc phæ biÕn réng r·i . HiÖn nay kÜ thuËt sÊy tÇng s«i ®ang ®­îc nghiªn cøu rÊt nhiÒu trong ngµnh c«ng nghiÖp hãa chÊt . Do ®ã viÖc nghiªn cøu mét c¸ch ®Çy ®ñ kÜ thuËt nµy ®Ó cã c«ng nghÖ hoµn thiÖn ®¸p øng cho qu¸ tr×nh sÊy lµ mét yªu cÇu thùc tÕ. Trong b¶n ®å ¸n nµy do ®iÒu kiÖn nghiªn cøu cã nhiÒu h¹n chÕ nªn em chØ xin tr×nh bµy vÒ “ §éng häc cña qu¸ tr×nh sÊy tÇng s«i”. PhÇn 1 Tæng quan I.Thñy ®éng lùc häc cña qu¸ tr×nh tÇng s«i 1.C¬ chÕ t¹o líp láng gi¶ (tÇng s«i) Kh¶o s¸t hiÖn t­îng sau: §æ mét líp vËt liÖu d¹ng h¹t lªn l­íi n»m ngang n»m bªn trong èng ®Æt th¼ng ®øng , tiÕt diÖn ngang cña èng cã thÓ lµ h×nh trô , h×nh vu«ng , h×nh ch÷ nhËt . H¹t kh«ng lät l­íi . Thæi kh«ng khÝ qua líp h¹t tõ d­íi lªn trªn , tr¹ng th¸i cña c¸c h¹t vµ c¶ líp h¹t phô thuéc vµo vËn tèc dßng khÝ ®i xuyªn qua líp h¹t vµ cã thÓ cã c¸c tr¹ng th¸i sau: Khi tèc ®é khÝ nhá , th× líp h¹t ë trang th¸i bÊt ®éng (h×nh I.1a) ,c¸c ®Æc tr­ng cña nã nh­ bÒ mÆt riªng , ®é xèp kh«ng thay ®æi khi thay ®æi vËn tèc dßng khÝ . Lóc nµy dßng khÝ ®i qua líp h¹t tu©n theo qu¸ tr×nh läc , chiÒu cao líp h¹t kh«ng thay ®æi (®o¹n AB trªn h×nhI.1a) vµ trë lùc cña líp h¹t tÜnh t¨ng lªn cïng víi sù t¨ng vËn tèc dßng khÝ tu©n theo quy luËt hµm sè mò :
(I.1) NÕu líp h¹t gåm c¸c h¹t nhá , cïng kÝch th­íc , kh«ng bÞ dÝnh bÕt vµo nhau cã lùc kÕt dÝnh th× trë lùc t¨ng theo ®­êng OA( h×nhI.1b). NÕu cã kÝch th­íc lín gi÷a c¸c h¹t cã sù kÕt dÝnh th× ®Ó th¾ng lùc kÕt dÝnh nµy cÇn ph¶i tiªu tèn thªm n¨ng l­îng, th× trë lùc sÏ t¨ng theo ®­êng cong OA’ vµ cã cùc ®¹i nh­ ®­êng 2 hoÆc 3. T¨ng vËn tèc khÝ ®Õn mét gi¸ trÞ tíi h¹n nµo ®ã th× líp h¹t b¾t ®Çu trë nªn linh ®éng, chiÒu cao líp h¹t b¾t ®Çu t¨ng lªn, c¸c h¹t dÇn dÇn chuyÓn ®éng vµ ®­îc khuÊy trén víi nhau, trë lùc ®¹t ®Õn mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh vµ gi÷ nguyªn kh«ng ®æi (®o¹n BE trªn h×nh I.2a, ®o¹n AB trªn h×nh I.2b ).§ã lµ tr¹ng th¸i tÇng s«i, c¸c h¹t r¾n l¬ löng trong pha khÝ vµ chuyÓn ®éng hçn lo¹n, ®é xèp cña h¹t t¨ng lªn theo sù t¨ng cña vËn tèc khÝ.Tr¹ng th¸i nµy duy tr× trong giíi h¹n tõ vËn tèc b¾t ®Çu s«i (cßn gäi lµ vËn tèc s«i tèi thiÓu) vs tíi vËn tèc phôt (cßn gäi lµ vËn tèc kÐo theo) vf . TiÕp tôc t¨ng vËn tèc dßng khÝ cho ®Õn khi v­ît qu¸ gi¸ trÞ vf th× tr¹ng th¸i s«i chÊm døt, c¸c h¹t r¾n bÞ dßng khÝ cuèn theo ra khái thiÕt bÞ. Lóc nµy x¶y ra qu¸ tr×nh vËn chuyÓn h¹t r¾n bÞ dßng khÝ thæi, vf cßn gäi lµ vËn tèc treo tù do v× t¹i ®©y ®é xèp cña líp h¹t rÊt lín.Thùc tÕ lµ c¸c h¹t bÞ treo l¬ löng trong kh«ng khÝ, kh«ng träng l­îng cña h¹t (cã tÝnh ®Õn lùc ®Èy Acsimet) vµ søc c¶n cña dßng khÝ chØ cÇn t¨ng vËn tèc khÝ v­ît qu¸ vf mét chót lµ c¸c h¹t r¾n bÞ kÐo theo ( h×nh I.1c, ®o¹n BC h×nh I.2b )
 a)  b)  c)  d)   H×nh I.1 ¶nh h­ëng cña vËn tèc dßng khÝ ®Õn tr¹ng th¸i líp h¹t trªn l­íi a. H¹t ®øng yªn; b. ThÓ tÝch khèi h¹t lín lªn; c. C¸c h¹t vµ khÝ chuyÓn ®éng gièng hiÖn t­îng s«i, gäi lµ tÇng s«i; d. Ph©n líp NÕu vËn tèc dßng khÝ gi¶m xuèng vËn tèc vs th× sù phô thuéc cña trë lùc vµo vËn tèc lín h¬n khi ch­a s«i ( h×nh I.2b).SÏ kh«ng theo ®­êng 1,2,3 n÷a mµ theo ®­êng 4.Cßn chiÒu cao líp h¹t theo ®­êng CD ( h×nh I.2a) vµ lín h¬n khi ch­a s«i.§é xèp cña líp h¹t lín h¬n ban ®Çu. NÕu t¸c nh©n g©y láng gi¶ lµ chÊt khÝ th× th­êng x¶y ra hiÖn t­îng s«i kh«ng ®Òu, mét phÇn khÝ trong líp s«i d­íi d¹ng bät khÝ, tói khÝ ( chø kh«ng ph¶i lµ d¹ng pha liªn tôc ), c¸c tói khÝ nµy khi lªn bÒ mÆt líp s«i th× vì ra, lµm cho chiÒu cao líp s«i dao ®éng ( ®­êng CE vµ CF trªn h×nh I.2a). Khi sè tÇng s«i ch­a lín th× hiÖn t­îng nµy kh«ng g©y ¶nh h­ëng xÊu ®Õn qu¸ tr×nh mµ chØ lµm t¨ng møc ®é khuÊy trén cu¶ líp mµ th«i.Tuy nhiªn, nÕu t¨ng sè tÇng s«i lªn thi cã bät khÝ lín xuÊt hiÖn nhiÒu trong líp s«i vµ lµm c¸c h¹t b¾n tung lªn cao. NÕu tiÕp tôc t¨ng lªn n÷a th× c¸c bät khÝ lín lªn vµ hßa tan vµo nhau t¹o thµnh hiÖn t­îng ph©n tÇng trong thiÕt bÞ, lµm t¨ng l­îng h¹t bÞ b¾n tung lªn vµ bÞ kÐo theo khái thiÕt bÞ. HiÖn t­îng nµy cµng dÔ x¶y ra khi t¨ng kÝch th­íc h¹t, t¨ng vËn tèc dßng khÝ, gi¶m ®­êng kÝnh thiÕt bÞ. ChÕ ®é s«i ph©n tÇng cã ¶nh h­ëng xÊu ®Õn qu¸ tr×nh nh­: Lµm sù tiÕp xóc cña c¸c h¹t r¾n vµ pha kÐm ®i, trë lùc cña tÇng s«i bÞ dao ®éng. V× vËy,cÇn tr¸nh kh«ng ®Ó hiÖn t­îng nµy x¶y ra. Trong thùc tÕ s¶n xuÊt, th­êng gÆp c¸c h¹t cã kÝch th­íc kh¸c nhau, nh­ng h×nh d¹ng th× nh­ nhau hoÆc cïng kÝch th­íc vµ h×nh d¹ng nh­ng khèi l­îng riªng kh¸c nhau th× sÏ t¹o nªn sù ph©n líp. Nh÷ng h¹t lín h¬n hoÆc nÆng h¬n sÏ ë d­íi, cßn nh÷ng h¹t nhá h¬n, nhÑ h¬n sÏ ë líp trªn. H¹t cµng nhá vµ cµng nhÑ sÏ ë xa l­íi ph©n khèi khÝ. ChiÒu cao líp h¹t E D C F A B (a) VËn tèc khÝ Trë lùc líp h¹t líp s«i líp tÜnh 2 A B 3 1 (b) 4 vs vf VËn tèc khÝ H×nh I.2: Quan hÖ gi÷a trë lùc vµ chiÒu cao líp h¹t vµo vËn tèc khÝ a. Sù phô thuéc cña chiÒu cao l¬p s«i vµo vËn tèc khÝ b. Sù thay ®éi trë lùc cña líp s«i vµo vËn tèc khÝ Qua nghiªn cøu cho thÊy, vËt liÖu d¹ng h¹t cã kÝch th­íc trong d¶i 0,001÷65 mm ®Òu cã thÓ t¹o ®­îc líp s«i. Nh­ng ®Ó t¹o ®­îc líp s«i ®ång ®Òu th× h¹t cã kÝch th­íc 0,01÷0,20 mm lµ dÔ cã kh¶ n¨ng nhÊt. Nh÷ng h¹t lín g©y ra sù dao ®éng chiÒu cao líp s«i rÊt lín, cßn nh÷ng h¹t nhá l¹i dÔ dÝnh víi nhau vµ t¹o nªn hiÖn t­îng vßi rång. Tr¹ng th¸i láng gi¸ cßn cã thÓ t¹o ra nhê t¸c ®éng c¬ häc, vÝ dô nh­ khuÊy trén hoÆc rung. Khi ®ã cã hiÖn t­îng gi¶ láng c¬ häc ( ph©n biÖt víi tr­êng hîp láng gi¶ khÝ ®éng ). Do trong tÇng s«i c¸c h¹t ®­îc khuÊy trén ®Òu nªn qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt còng nh­ truyÒn chÊt x¶y ra rÊt m¹nh mÏ §Ó ®Æc tr­ng cho c­êng ®é khuÊy trén cña h¹t trong líp s«i, ng­êi ta ®­a ra ®¹i l­îng Ks (sè tÇng s«i), lµ tû lÖ gi÷a vËn tèc lµm viÖc ( Vlv) vµ vËn tèc s«i tèi thiÓu: Ks =
(I.2) 2.C¸c th«ng sè cña líp s«i vµ ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh 2.1.VËn tèc s«i tèi thiÓu §Ó x¸c ®Þnh vËn tèc tèi thiÓu ( vËn tèc tíi h¹n d­íi ), ng­êi ta cho r»ng, t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu s«i, trë lùc thñy lùc cña dßng khÝ b»ng träng l­îng cña líp s«i. NÕu tiÕt diÖn cña thiÕt bÞ lµ kh«ng ®æi theo chiÒu cao th× ®iÒu kiÖn trªn cã thÓ viÕt nh­ sau: (§é chªnh ¸p qua líp s«i)x(tiÕt diÖn ngang cña thiÕt bÞ)=(thÓ tÝch cña líp s«i)x(phÇn h¹t trong líp s«i)x(träng l­îng riªng cña h¹t) KÕt hîp víi ph­¬ng tr×nh m« t¶ sù chªnh ¸p trªn líp h¹t ®¬n ph©n t¸n ë tr¹ng th¸i tÜnh ergun rót ra ®­îc c«ng thøc tÝnh vËn tèc s«i nh­ sau: Khi Re < 20:

(I.3) Khi Re > 1000
(I.4) §¹i l­îng ε vµ Ф h ®­îc tÝnh theo Wen vµ Yu:
vµ
(I.5) Khi ®ã, (I.2) vµ (I.3) cã d¹ng: Vs =
víi Re < 20 (I.6) Vs2 =
víi Re > 1000 (I.7) Trong ®ã : + d lµ ®­êng kÝnh t­¬ng ®­¬ng cña h¹t (m) +
ρh , ρk lµ khèi l­îng riªng cña h¹t vµ khÝ (kg/m3) +μ ®é nhít cña khÝ (N.s/m2) +ε ®é xèp cña líp h¹t ë tr¹ng th¸i s«i Trong giíi h¹n Re = 0,001÷4000 c¸c c«ng thøc vµ cã sai sè 3,4%. §Ó x¸c ®Þnh vËn tèc s«i tèi thiÓu ng­êi ta cßn cã thÓ dùa vµo quan hÖ gi÷a vËn tèc s«i tèi thiÓu vµ vËn tèc treo Vs. VËn tèc treo lµ vËn tèc mµ t¹i ®ã, h¹t ë tr¹ng th¸i l¬ löng do cã sù c©n b»ng cña ngo¹i lùc ( vÝ dô: träng lùc vµ thñy lùc ) t¸c dông lªn nã. Romancov vµ c¸c céng sù th× ®­a ra quan hÖ sau:
(I.8) ë ®©y, vËn tèc treo ®­îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. 2.2.VËn tèc phôt Ng­êi ta coi vËn tèc phôt xÊp xØ b»ng vËn tèc treo cña h¹t. Tõ ®iÒu kÞªn trªn, Kunni vµ c¸c céng sù ®· ®­a ra c«ng thøc tÝnh vËn tèc phôt nh­ sau: Vf =
( I.9) ë ®©y, C lµ hÖ sè, x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. §èi víi d¹ng h×nh cÇu, ng­êi ta x¸c ®Þnh ®­îc hÖ sè C nh­ sau: Víi Re < 0,4 th× : C = 24/Re Víi 0,4< Re < 500 th× : C = 10/Re0,5 Víi Re > 500 th× : C = 0,43 Khi ®ã, c«ng thøc (I.8) sÏ cã d¹ng: Víi Re < 0,4 th× :
(I.10) Víi 0,4< Re < 500 th×: Vf =
(I.11) Víi Re > 500 th×: Vf =
(I.12) 2.3.Trë lùc cña líp s«i §Ó líp h¹t tån t¹i ë chÕ ®é s«i, cÇn ph¶i cung cÊp mét n¨ng l­îng cho líp h¹t ®ã. N¨ng l­îng nµy dïng ®Ó th¾ng c¸c lùc ma s¸t gi÷a c¸c h¹t víi nhau, gi÷a h¹t víi m«i tr­êng , gi÷a h¹t víi thµnh thiÕt bÞ vµ n¨ng l­îng cho sù biÕn ®æi ®éng l­îng cña dßng khÝ. Ngoµi ra, cßn ph¶i kÓ ®Õn n¨ng l­îng ®Ó t¨ng thÓ tÝch líp h¹t, trong ®ã phÇn lín n¨ng l­îng dïng ®Ó th¾ng lùc ma s¸t gi÷a m«i tr­êng vµ bÒ mÆt h¹t ( trë lùc líp h¹t ). Tõ ®iÒu kiÖn c©n b»ng lùc gi÷a ¸p suÊt thñy ®éng cña h¹t vµ lùc c¶n cña dßng khÝ, ta cã:
(I.13) Trong ®ã: S – MÆt c¾t tiÕt diÖn s«i M – Khèi l­îng líp s«i
(I.14) Thay dM vµo (I.13) ta cã: ΔP=g( ρh – ρk).
(I.15) NÕu nh­ ®é xèp cña líp h¹t kh«ng ®æi suèt thêi gian lµm viÖc, biÓu thøc trªn cã d¹ng: ΔP =
(I.16) BiÓu thøc ( I.16) ®óng c¶ tr­êng hîp khi líp h¹t ë tr¹ng th¸i tÜnh chuyÓn sang tr¹ng th¸i s«i. NghÜa lµ: ΔP =
(I.17) Khi ¸p dông cho thiÕt bÞ cã thµnh ®øng hoÆc h¬i nghiªng, c¸c c«ng thøc (I.16), (I.17) cho kÕt qu¶ s¬ víi thùc nghiÖm th­êng lín h¬n 10÷15%. dz p-dp H p z g H×nh I.3: M« t¶ mét ph©n bè líp h¹t s«i 2.4.Tèc ®é lµm viÖc vµ giíi h¹n lµm viÖc §Ó ®Æc tr­ng cho giíi h¹n tån t¹i cña líp s«i, ng­êi ta ®­a ra ®¹i l­îng: Kmax =
(I.18) Theo Kunni, khi : Re < 0,4 th× Vf ®­îc tÝnh theo ph­¬ng tr×nh (I.10) vµ Vs ®­îc tÝnh theo ph­¬ng tr×nh (I.6), th× Kmax = 91,6 Re > 1000 th× Vs ®­îc tÝnh theo ph­¬ng tr×nh (I.17), Vf ®­îc tÝnh theo ph­¬ng tr×nh (I.8) th× Kmax = 8,72 Theo Todex víi mäi chÕ ®é chuyÓn ®éng vµ Vf ®­îc tÝnh theo ph­¬ng tr×nh (I.12), Vs tÝnh theo ph­¬ng tr×nh (I.7) th×: Kmax =
(I.19) Trong vïng ch¶y dßng th× Kmax = 77,7 Trong vïng ch¶y xo¸y th× Kmax = 8,56 Th­êng Kmax n»m gi÷a 10 vµ 90 §èi víi hÖ sè tÇng s«i: Ks =
(I.20) C¸c nghiªn cøu thùc nghiÖm ®· chØ ra r»ng, møc ®é khuÊy trén m·nh liÖt nhÊt øng víi sè tÇng s«i b»ng 2 ( Ks = 2). Gi¸ trÞ tèi ­u Ks cña mçi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ tiÕn hµnh ë tr¹ng th¸i tÇng s«i dao ®éng rÊt lín. Khi tÝnh to¸n chÕ ®é sÊy tÇng s«i cã thÓ chän tèc ®é lµm viÖc theo c«ng thøc sau: Re = 0,19Fe1,56÷0,28Fe1,56 (I.21) Re = 0,22ar0,52÷0,33 ar0,52 (I.22) Fe – ChuÈn sè Phª®«rèp, thùc hiÖn lùc n©ng gi÷a kh«ng khÝ vµ vËt liÖu sÊy, ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Fe=
(I.23) 2.5.Trë lùc cña líp l­íi ph©n phèi khÝ KÕt cÊu cña líp ph©n phèi giã cã ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn chÕ ®é thñy ®éng cña líp s«i. Trong thùc tÕ, rÊt nhiÒu lo¹i l­íi kh¸c nhau, song chóng cÇn ph¶i tháa m·n c¸c yªu cÇu sau: Ph©n phèi ®Òu dßng khÝ qua líp s«i. Cã trë lùc thñy lùc nhá. DÔ chÕ t¹o vµ l¾p r¸p, bÒn trong sö dông. Groshe ®· nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña ba d¹ng l­íi ph©n phèi khÝ ®Õn cÊu tróc líp s«i, ®ã lµ d¹ng tÊm máng ®ét lç, l­íi ®an vµ l­íi xèp. KÕt qu¶ cho thÊy: Líp xèp cho líp s«i cã cÊu tróc ®Òu nhÊt ( ®é xèp cña líp thùc tÕ hÇu nh­ kh«ng thay ®æi trong toµn líp), cßn l­íi ®an th× cho kÕt qu¶ tåi nhÊt. D¹ng tÊm máng ®ét lç còng cho kÕt qu¶ kh¸ tèt. Trõ líp gÇn s¸t l­íi th× kh«ng cã ®é gi·n në (®é xèp rÊt nhá ) khi vËn tèc khÝ nhá. L­íi xèp tuy ®¶m b¶o ph©n phèi ®Òu dßng khÝ trong líp h¹t, nh­ng trong s¶n xuÊt c«ng nghiÖp nã l¹i rÊt Ýt ®­îc sö dông v× nã ®ßi hái lµm s¹ch khÝ ( t¸ch bôi ) hÕt søc nghiªm ngÆt. Kh¸ phæ biÕn trong thùc tÕ lµ l­íi ph©n phèi d¹ng lç. Chóng cã thÓ chia lµm 3 lo¹i:
 (a)  (b)  (c)   (a)L­íi lç h­íng th¼ng ®øng; (b)L­íi lç h­íng nghiªng; (c)L­íi kÕt hîp H×nh: I.4:CÊu t¹o l­íi ph©n phèi khÝ d¹ng d­íi lç * L­íi lç høíng th¼ng ®øng: §­êng t©m c¸c lç vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng l­íi vµ trïng víi h­íng th¼ng ®øng cña dßng khÝ. L­íi d¹ng nµy khi tû sè H0/D kh«ng lín (H0 lµ chiÒu cao líp h¹t ë tr¹ng th¸i tÜnh, D lµ ®­êng kÝnh thiÕt bÞ). Nh­îc ®iÓm c¬ b¶n cña lo¹i nµy lµ vïng chÕt gi÷a c¸c lç ngay phÝa trªn l­íi. * L­íi lç nghiªng: C¸c lç ®­îc bè trÝ nghiªng mét gãc so víi mÆt ph¼ng l­íi. Do ®ã, dßng khÝ kh«ng chØ ®i lªn vµ chuyÓn ®éng xo¸y, lµm cho líp s«i ®Òu h¬n. L­íi nµy thÝch hîp khi tû sè H0/D kh¸ lín. * L­íi kÕt hîp: Lµ d¹ng trung gian cña 2 lo¹i l­íi trªn. KÝch th­íc lç trªn l­íi phô thuéc vµo kÝch th­íc cña h¹t r¾n, d¹ng l­íi vµ lo¹i vËt liÖu chÕ t¹o l­íi. Tû lÖ tiÕt diÖn tù do cña lç l­íi th«ng th­êng tõ 0,7÷10% ( lín h¬n 10% th× kh«ng ¶nh h­ëng l¬n tíi trë lùc cña l­íi). Ckoblo vµ c¸c céng sù ®· ®­a ra c«ng thøc ®Ó x¸c ®Þnh trë lùc cña l­íi ph©n ph©n phèi khÝ d¹ng d­íi lç nh­ sau: ΔP1 =
(I.24) Trong ®ã: Vl - VËn tèc khÝ qua l­íi ®­îc tÝnh nh­ sau: Vl =
:
HÖ sè phô thuéc vµo ®­êng kÝnh lç vµ chiÒu dµy cña l­íi. Gi¸ trÞ cña nã ®­îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm.
: Tû sè tiÕt diÖn cña l­íi ph©n phèi khÝ. §èi víi l­íi h­íng lç th¼ng ®øng cã tû sè tiÕt diÖn kho¶ng 7% th× vËn tèc khÝ sau: Vl (m/s)  0,44  1,06  2,04  3,06  3,53  3,9   ∆Pl(mmH2O)  1  2  5  11  25  27   II. Lý thuyÕt vÒ sÊy 1.C¸c d¹ng liªn kÕt Èm trong h¹t N­íc trong vËt liÖu Èm cã thÓ chia lµm hai nhãm : n­íc tù do vµ n­íc liªn kÕt -N­íc tù do n»m ë bÒ mÆt vËt liÖu , cã ¸p suÊt riªng b»ng ¸p suÊt h¬i n­íc b·o hßa øng víi nhiÖt ®é hiÖn t¹i cña vËt liÖu Èm . N­íc tù do n»m trong vËt liÖu Èm lµ l­îng n­íc t¹o ra trªn bÒ mÆt cña vËt Èm h¬i n­íc cã ¸p suÊt riªng ®¹t gi¸ trÞ b·o hßa ë nhiÖt ®é hiÖn t¹i cña vËt Èm. -N­íc liªn kÕt t¹o ra trªn vËt Èm h¬i n­íc cã ¸p suÊt nhá h¬n ¸p b·o hßa víi nhiÖt ®é hiÖn t¹i cña vËt Èm Do kh¶ n¨ng ph¶n øng hãa häc vµ hßa tan m¹nh c¸c chÊt nªn trong khèi vËt liÖu Èm kh«ng cã n­íc nguyªn chÊt mµ ë d­íi d¹ng dung dÞch . Muèn t¸ch n­íc ra khái vËt liÖu Èm th× cÇn cã n¨ng l­îng b»ng hay lín h¬n n¨ng l­îng liªn kÕt n­íc víi vËt liÖu Èm . Do ®ã ta cÇn biÕt ®­îc c¸c d¹ng liªn kÕt cña vËt liÖu Èm. 1.1 Liªn kÕt hãa häc Liªn kÕt hãa häc cña vËt chÊt víi n­íc rÊt bÒn v÷ng , trong ®ã c¸c ph©n tö n­íc ®· trë thµnh mét bé phËn trong thµnh phÇn hãa häc cña ph©n tö vËt Èm . Lo¹i nµy chØ cã thÓ ®­îc t¸ch ra khi cã ph¶n øng hãa häc v× chóng cã n¨ng l­îng rÊt cao. §«i khi ph¶i nung vËt liÖu ®Õn nhiÖt ®é cao . Sau khi t¸ch Èm th× tÝnh ch©t hãa lý cña vËt thay ®æi. XÐt sù t¸ch n­íc cña mét tinh thÓ ngËm n­íc : CuSO4.5H2O ----> CuSO4 + 5H2O Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ qu¸ tr×nh nung v× cÇn nhiÖt ®é rÊt cao. 1.2 Liªn kÕt hãa lý Trong liªn kÕt hãa lý ng­ßi ta chia lµm hai lo¹i liªn kÕt : Liªn kÕt hÊp phô vµ liªn kÕt thÈm thÊu *Liªn kÕt hÊp phô : Liªn kÕt hÊp phô cña n­íc g¾n liÒn víi c¸c hiªn t­îng x¶y ra trªn bÒ mÆt giíi h¹n pha . NhÊt lµ trong c¸c vËt keo cã cÊu t¹o d¹ng h¹t cã b¸n kÝnh t­¬ng ®­¬ng nhá kho¶ng tõ 0,001 ÷ 0,1 μm . CÊu t¹o cña d¹ng vËt liÖu Èm nµy cã bÒ mÆt riªng kh¸ lín nªn n¨ng l­îng tù do m¹nh . Khi tiÕp xóc víi Èm cã xu h­íng hót n­íc vµo bÒ mÆt tù do cña h¹t t¹o ra liªn kÕt hÊp phô gi÷a n­íc vµ bÒ mÆt . F = U – T.S (I.25) Trong ®ã : F – n¨ng l­îng tù do cña ph©n tö U – néi n¨ng S – entropi T – nhiÖt ®é tuyÖt ®èi N¨ng l­îng tù do trªn mét ®¬n vÞ bÒ mÆt giíi h¹n th× chÝnh b»ng søc c¨ng bÒ mÆt h¹t σ *Liªn kÕt thÈm thÊu : Liªn kÕt thÈm thÊu lµ liªn kÕt mang tÝnh c¬ häc cña n­íc víi vËt liÖu cã tÝnh keo – xèp mao dÉn . Nh÷ng vËt liÖu nµy cã cÊu tróc khung , n­íc thÊm vµo vµ n»m trong kh«ng gian c¸c khung . N­íc trong vËt thÓ nµy kh«ng ph¶i lµ n­íc nguyªn chÊt mµ d­íi d¹ng dung dÞch . ViÖc n­íc thÊm tõ ngoµi vµo trong vËt hay ng­îc l¹i tõ trong vËt thÓ ra ngoµi gièng nh­ n­íc thÊm qua mµng ng¨n c¸ch tõ dung dÞch cã nång ®é thÊp sang dung dÞch cã nång ®é cao . Khi n­íc ë líp bÒ mÆt bay h¬i th× nång ®é dung dÞch ë ®ã t¨ng lªn vµ n­íc ë s©u bªn trong sÏ thÊm ra ngoµi . Ng­îc l¹i , khi ta ®Æt vËt thÓ vµo trong n­íc th× n­íc sÏ thÊm vµo bªn trong. 1.3 Liªn kÕt c¬ lý D¹ng liªn kÕt nµy cña n­íc víi vËt thÓ bao gåm c¶ n­íc trªn bÒ mÆt vµ n­íc trong mao qu¶n N­íc ®· cã s½n trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh vËt Èm vÝ dô n­íc trong c¸c tÕ bµo thùc vËt , ®éng vËt do vËt ®«ng ®Æc khi nã chøa s½n n­íc . §Ó t¸ch c¸c tr­êng hîp liªn kÕt nµy cÇn lµm cho n­íc bay h¬i , nÐn Ðp vËt hay ph¸ vì cÊu tróc vËt . Sau khi t¸ch n­íc vËt bÞ biÕn d¹ng nhiÒu , cã thÓ thay ®æi tÝnh chÊt vµ thËm chÝ thay ®æi c¶ tr¹ng th¸i pha . NhiÒu vËt Èm cã cÊu tróc mao qu¶n nh­ gç , v¶i ... trong c¸c vËt thÓ nµy cã v« sè c¸c mao qu¶n . C¸c vËt thÓ nµy khi ®Ó trong n­íc , n­íc sÏ theo mao qu¶n th©m nhËp vµo vËt thÓ . Khi vËt thÓ nµy ®Ó trong kh«ng khÝ Èm th× h¬i n­íc sÏ ng­ng tô trªn bÒ mÆt mao qu¶n vµ theo c¸c mao qu¶n th©m nhËp vµo vËt thÓ . Muèn t¸ch c¸c h¹t Èm lo¹i nµy th× ta cÇn lµm cho Èm bay h¬i hoÆc ®Èy Èm ra b»ng ¸p suÊt lín h¬n ¸p suÊt mao dÉn . Liªn kÕt cã thÓ do dÝnh ­ít lªn bÒ mÆt vËt thÓ . Liªn kÕt d¹ng nµy dÔ t¸ch b»ng c¸ch bay h¬i ®ång thêi cã thÓ t¸ch b¨ng c¸ch lau chïi , thÊm thæi , ly t©m.. 2. Ph©n lo¹i vËt liÖu sÊy Cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i vËt liÖu sÊy . C¸ch ph©n lo¹i ®­îc sö dông nhiÒu trong kÜ thuËt lµ c¸ch ph©n lo¹i dùa vµo tÝnh chÊt vËt lý cña vËt thÓ cña A.V.L­cèp . Theo c¸ch nµy th× c¸c vËt liÖu Èm ®­îc chia lµm 3 nhãm : vËt xèp mao dÉn , vËt keo vµ vËt keo xèp mao dÉn. 2.1 VËt xèp mao dÉn Nh÷ng vËt mµ trong ®ã Èm liªn kÕt víi vËt liÖu chñ yÕu b»ng mèi liªn kÕt mao dÉn ®­îc gäi lµ vËt xèp mao dÉn . Chóng cã kh¶ n¨ng mäi chÊt láng dÝnh ­ít kh«ng phô thuéc vµo thµnh phÇn Èm ho¸ häc cña chÊt láng . C¸c vËt liÖu x©y dùng , than cñi c¸t th¹ch anh ... lµ nh÷ng thÝ dô vÒ vËt liÖu xèp mao dÉn . Nh÷ng vËt nµy lùc mao dÉn lín h¬n rÊt nhiÒu so víi träng l­îng Èm chøa trong vËt vµ quyÕt ®Þnh hoµn toµn sù lan truyÒn Èm trong vËt . Trong tr­êng hîp träng l­îng Èm c©n b»ng víi lùc mao dÉn hay mao qu¶n tr­¬ng lªn , khi sÊy kh« th× co l¹i . PhÇn lín c¸c vËt xèp mao dÉn khi sÊy kh« th× dßn nh­ b¸nh mú , rau xanh v.v.. 2.2 VËt keo VËt keo lµ nh÷ng vËt cã tÝnh dÎo do cÊu tróc h¹t . Trong vËt keo Èm liªn kÕt ë d¹ng hÊp phô vµ thÈm thÊu . VÝ dô keo ®éng vËt , vËt liÖu xenlul«z¬ , tinh bét , ®Êt sÐt ... C¸c vËt keo cã ®iÓm chung lµ khi sÊy bÞ co ngãt kh¸ nhiÒu vµ vÉn gi÷ ®­îc tÝnh dÎo . §Ó ®¬n gi¶n c«ng viÖc nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n, trong kÜ thuËt sÊy ng­êi ta kh¶o s¸t c¸c vËt keo nh­ c¸c vËt gi¶ xèp mao dÉn . Khi ®ã c¸c vËt keo ®­îc xem nh­ vËt xèp mao dÉn cã cÊu tróc mao qu¶n nhá. 2.3 VËt keo xèp mao dÉn Nh÷ng vËt thÓ mµ trong ®ã tån t¹i Èm liªn kÕt cã trong c¶ keo lµ vËt xèp mao dÉn th× ®­îc gäi lµ vËt keo xèp mao dÉn. C¸c lo¹i vËt nµy nh­ gç, than, bïn...c¸c lo¹i h¹t vµ mét sè thùc phÈm. VÒ cÊu tróc, c¸c vËt nµy thuéc lo¹i xèp mao dÉn nh­ng vÒ b¶n chÊt l¹i lµ c¸c vËt keo cã nghÜa lµ thµnh mao dÉn cña chóng cã tÝnh deá, khi hót Èm c¸c mao qu¶n tr­¬ng lªn, khi sÊy kh« th× co l¹i.PhÇn lín, c¸c vËt xèp mao dÉn khi sÊy kho th× co l¹i, trë nªn dßn nh­ b¸nh mú, rau xanh,... 3. C¬ chÕ t¸ch Èm trong h¹t Trong qu¸ tr×nh sÊy h¹t, Èm ®­îc chuyÓn tõ trung t©m ra bÒ mÆt ngoµi cña h¹t, tõ bÒ mÆt h¹t, Èm d­îc bèc h¬i vµo m«i tr­êng sÊy. Qu¸ tr×nh trªn chØ thùc hiÖn ®­îc trong ®iÒu kiÖn ¸p suÊt h¬i riªng phÇn cña h¹t l¬n h¬n ¸p suÊt riªng phÇn cña m«i tr­êng. Khi ®ã, bÒ mÆt cña h¹t sÏ kh« ®i vµ sÏ xuÊt hiÖn gradien Èm gi÷ lâi vµ bÒ mÆt cña h¹t, vµ g©y nªn sù dÞch chuyÓn Èm tõ phÇn trung t©m cña h¹t ra bÒ mÆt h¹t. Qu¸ tr×nh sÊy cã thÓ t¨ng c­êng b»ng c¸ch: T¨ng ¸p suÊt h¬i riªng phÇn cña h¹t. Gi¶m ¸p suÊt h¬i riªng phÇn cña m«i trõ¬ng. §ång thêi c¶ hai biÖn ph¸p trªn. Nh­ng ®èi víi mçi lo¹i h¹t t¹i mét hµm Èm nhÊt ®Þnh nµo ®ã ta chØ cã thÓ t¨ng nhiÖt ®é tíi mét nhiÖt ®é cho phÐp nhÊt ®Þnh, gäi lµ nhiÖt ®é ®èt nãng cho phÐp cña h¹t. NÕu v­ît qóa giíi h¹n ®ã sÏ g©y ¶nh h­¬ng xÊu tíi chÊt l­îng lµm gièng hoÆc lµm l­¬ng thùc cña h¹t, nh­ lµm gi¶m ®é nÈy mÇm, t¨ng tû lÖ bÞ r¹n gÉy do n­íc bèc h¬i trªn bÒ mÆt lµ qu¸ m¹nh. Gi¶m ¸p suÊt cña m«i tr­êng b»ng c¸ch t¨ng c­êng ®èi l­u, t¨ng tèc ®é cña t¸c nh©n sÊy nh­ng ta còng chØ t¨ng tèc ®é cña t¸c nh©n sÊy tíi mét trÞ sè nhÊt ®Þnh, nÕu v­ît trÞ sè ®ã l­îng kh«ng khÝ nãng, hoÆc khãi lß ®ã sÏ kh«ng tËn dông hÕt ®Ó lµm kh« h¹t, hiÖu suÊt sÊy sÏ thÊp. Kh«ng khÝ nãng hoÆc hçn hîp kh«ng khÝ víi khãi lß lµm nhiÖm vô chuyÓn nhiÖt ®Ó ®èt nãng vµ bèc h¬i Èm cña h¹t, ®ång thêi lµm nhiÖm vô chuyÓn h¬i Èm ra bªn ngoµi vµ chóng ®­îc gäi lµ t¸c nh©n sÊy. 4. C¸c giai ®o¹n x¶y ra trong qóa tr×nh sÊy h¹t Qu¸ tr×nh sÊy h¹t x¶y ra theo 3 giai ®o¹n: * Giai ®o¹n n©ng nhiÖt ®é vËt liÖu ( Giai ®o¹n I ): N©ng nhiÖt cña vËt liÖu khi t¸c nh©n sÊy b¾t ®Çu tiÕp xóc víi vËt liÖu. Giai ®o¹n nµy rÊt ng¾n cã thÓ xem nh­ kh«ng tån t¹i. Nã chØ t­¬ng øng víi viÖc n©ng nhiÖt ®é cña vËt liÖu ®¹t ®­îc nhiÖt ®é sÊy ( khi ®ã n¨ng l­îng chØ dïng ®Ó bay h¬i n­íc. NhiÖt ®é ®ã kh«ng thÓ ®¹t ngay lËp tøc v× r»ng lóc ®Çu nhiÖt ®é cßn kh¸ thÊp so víi nhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy vµ b¶n th©n nã l¹i th­êng cã ®é dÉn nhiÖt kÐm, khi tèc ®é sÊy t¨ng nhanh. * Giai ®o¹n tèc ®é sÊy kh«ng ®æi hay giai ®o¹n ®¼ng tèc ( Giai ®o¹n II ) Giai ®o¹n ®¼ng tèc t­¬ng øng víi viÖc bay h¬i Èm tù do trªn bÒ mÆt vËt liÖu. Trong giai ®o¹n nµy, tèc ®é di chuyÓn Èm tõ trong bÒ mÆt vËt liÖu lín h¬n tèc ®é bay h¬i Èm tõ bÒ mÆt vµo m«i tr­êng ( kh«ng khÝ nãng ). NhiÖt ®é bÒ mÆt vËt liÖu sÊy kh«ng ®æi vµ ®óng b»ng nhiÖt ®é bÇu ­ít kh«ng khÝ sÊy. Trong giai ®o¹n nµy, tèc ®é sÊy kh«ng ®æi khi c¸c th«ng sè cña t¸c nh©n sÊy kh«ng ®æi. * Giai ®o¹n tèc ®é sÊy gi¶m dÇn hay giai ®o¹n gi¶m tèc ( Giai ®o¹n III ) Khi trªn bÒ mÆt vËt liÖu kh«ng cßn Èm tù do n÷a th× ¸p suÊt h¬i riªng phÇn ë ®ã gi¶m xuèng râ rÖt vµ do vËy tèc ®é sÊy c¸c líp trong bÒ mÆt vËt liÖu nhá h¬n tèc ®é bay h¬i tõ bÒ mÆt vµo m«i tr­êng. §«i khi ng­êi ta cßn chia giai ®o¹n nµy thµnh 2 giai ®o¹n kh¸c nhau: Giai ®o¹n ®Çu: trªn bÒ mÆt kh«ng cßn Èm tù do song ë líp s©u phÝa trong th× vÉn cßn.Giai ®o¹n cuèi: kh«ng cßn Èm tù do trong toµn bé vËt liÖu. NhiÖt ®é VL sÊy I II III Thêi gian sÊy §é Èm vËt liÖu sÊy I II III Thêi gian sÊy Tèc ®é sÊy Thêi gian sÊy H×nh I.5: M« t¶ c¸c giai ®o¹n sÊy Khi n­íc tù do ®· hoµn toµn biÕn mÊt th× trong vËt liÖu chØ cßn Èm liªn kÕt. ViÖc t¸ch Èm liªn kÕt cµng vÒ sau cµng khã kh¨n do ë nh÷ng líp sau, n¨ng l­îng liªn kÕt cña Èm trong vËt liÖu cµng m¹nh h¬n. MÆt kh¸c c¸c chÊt hoµ tan trong vËt liÖu ( vÝ dô: ®­êng muèi...) do n­íc vËn chuyÓn ®Õn bÒ mÆt vËt liÖu ®· bÞt kÝn c¸c lç mao qu¶n lµm c¶n trë qu¸ tr×nh khuÕch t¸n Èm cña vËt liÖu. Trong giai ®o¹n nµy nhiÖt ®é cña vËt liÖu sÊy dÇn dÇn t¨ng lªn vµ cuèi cïng b»ng nhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy. Së dÜ lµ do tèc ®é bay h¬i gi¶m xuèng ®· kÐo theo hiÖu øng lµm l¹nh ( do bay h¬i ) còng gi¶m xuèng. NÕu ta tiÕp tôc sÊy cho ®Õn khi kh«ng cßn kh¶ n¨ng tho¸t Èm trong vËt liÖu, cã nghÜa lµ vËt liÖu ®¹t ®­îc ®é Èm c©n b»ng th× nhiÖt ®é cña vËt liÖu sÏ b»ng nhiÖt ®é cña m«i tr­êng xung quanh ( nhiÖt ®é cña c¸c t¸c nh©n sÊy ) vµ do ®ã cã thÓ v­ît qu¸ nhiÖt ®é cho phÐp cña vËt liÖu. Thùc tÕ trong giai ®o¹n nµy ng­êi ta th­êng duy tr× nhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy thÊp h¬n ( vµi ®é ) so víi nhiÖt ®é cho phÐp cña vËt liÖu ®Ó ®¶m b¶o chÊt l­îng s¶n phÈm. 5. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn tèc ®é sÊy Tèc ®é sÊy lµ tèc ®é khuyÕch t¸n cña n­íc tõ trong h¹t ra ngoµi kh«ng khÝ ®­îc quy ­íc biÓu thÞ b»ng l­îng h¬i n­íc bèc h¬i tõ mét ®¬n vÞ bÒ mÆt h¹t trong mét ®¬n vÞ thêi gian (kgÈm / m2. giê). Ngoµi ra trong thùc tÕ s¶n xuÊt , tèc ®é sÊy cßn ®­îc biÓu diÔn qua l­îng h¬i n­íc bèc lªn tõ mét ®¬n vÞ khèi l­îng h¹t trong mét ®¬n vÞ thêi gian (kg Èm/m2.giê) , hoÆc phÇn tr¨m h¹t gi¶m trong mét ®¬n vÞ thêi gian (%Èm/giê). Tèc ®é sÊy chÞu ¶nh h­ëng cña rÊt nhiÒu yÕu tè vµ phøc t¹p . Trong giai ®o¹n ®¼ng tèc , tèc ®é sÊy ®­îc quyÕt ®Þnh bëi tèc ®é bay h¬i Èm tõ bÒ mÆt h¹t vµo kh«ng khÝ . Theo §anton tèc ®é bay h¬i tõ bÒ mÆt phô thuéc vµo ®é chªnh lÖch ¸p suÊt h¬i n­íc trªn bÒ mÆt h¹t vµ kh«ng khÝ ®­îc biÓu diÔn b»ng ph­¬ng tr×nh sau :
(I.26) Trong ®ã : K: hÖ sè chuyÓn khèi F: bÒ mÆt tù do (bÒ mÆt bèc h¬i ) cña 1 kg h¹t Pm, P: ¸p suÊt h¬i riªng phÇn trªn bÒ mÆt h¹t vµ trong kh«ng khÝ Nh­ vËy , muèn sÊy nhanh ph¶i t¨ng ¸p suÊt h¬i trªn bÒ mÆt h¹t , hoÆc gi¶m ¸p suÊt h¬i trong kh«ng khÝ . ¸p suÊt h¬i trªn bÒ mÆt t¨ng vµ gi¶m theo sù t¨ng gi¶m nhiÖt ®é vµ ®é Èm cña nã . Do ®ã , tèc ®é sÊy còng t¨ng hoÆc gi¶m phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ ®é Èm cña h¹t . Lóc ®Çu qu¸ tr×nh sÊy , ®é Èm trong h¹t cao nªn cã tèc ®é lín , cµng vÒ sau ®é Èm cña h¹t cµng gi¶m nªn tèc ®é sÊy gi¶m . MÆt kh¸c , n­íc trong h¹t khi bèc h¬i kÌm theo sù thu nhiÖt , nÕu kh«ng cã sù ®èt nãng , cung cÊp tõ ngoµi vµo nhiÖt t­¬ng øng th× nhiÖt ®é cña h¹t bÞ gi¶m dÇn , lµm gi¶m tèc ®é sÊy . Do vËy muèn t¨ng tèc ®é sÊy cÇn cung c¸p nhiÖt cho h¹t . Trong thùc tÕ , th­êng dïng kh«ng khÝ nãng hay hçn hîp kh«ng khÝ víi khãi lß ®Ó lµm chÊt ®èt nãng ®ång thêi lµ chÊt mang Èm ( tõ h¹t tho¸t ra ) gäi lµ t¸c nh©n sÊy . Tèc ®é bay h¬i n­íc phô thuéc vµp tèc ®é cung cÊp nhiÖt cña t¸c nh©n sÊy vµ nhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy . Nh­ vËy , t¨ng nhiÖt ®é nhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy lµ biÖn ph¸p t¨ng tèc ®é sÊy 6. Trao ®æi nhiÖt vµ truyÒn Èm trong tÇng s«i Qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt vµ truyÒn Èm gi÷a c¸c vËt sÊy (c¸c h¹t) vµ t¸c nh©n sÊy trong tÇng s«i x¶y ra rÊt m¹nh . §ã lµ kÕt qu¶ tiÕp xóc bÒ mÆt lín gi÷a c¸c h¹t rêi chuyÓn ®éng hçn lo¹n trong dßng t¸c nh©n sÊy ch¶y rèi. Cã nhiÒu gi¶ thuyÕt d­a ra c¸c ph­¬ng tr×nh chuÈn sè Nusselt tõ ®ã ®Ó hÖ sè táa nhiÖt α gi÷a t¸c nh©n sÊy vµ c¸c h¹t :
(I.27) Trong ®ã : λ- hÖ sè dÉn nhiÖt cña t¸c nh©n sÊy (kh«ng khÝ) lÊy theo nhiÖt dé trung b×nh , kcal/m.h.®é dtd-®­êng kÝnh t­¬ng ®­¬ng cña h¹t , m ChuÈn sè Nusselt ®­îc tÝnh nh­ sau:

(I.28) víi Fe = 30 -:- 100

(I.29) víi Fe = 100 -:- 200 trong ®ã: H- chiÒu cao cña líp h¹t khi s«i , m PhÇn 2 Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu Môc ®Ých cña ®Ò tµi nghiªn c­ó nµy lµ “Nghiªn cøu ®éng häc cña qu¸ tr×nh sÊy tÇng s«i “ ,t×m hiÓu ¶nh h­ëng cña c¸c nh©n tè : chÕ ®é thñy lùc cña líp h¹t trong sÊy tÇng s«i , vÒ trë lùc líp h¹t ,chÕ ®é sÊy, nhiÖt ®é sÊy, vËn tèc t¸c nh©n sÊy, truyÒn nhiÖt trong sÊy tÇng s«i. Do nh÷ng yªu c©u nh­ vËy chóng t«i ®· chän vËt liÖu ®Ó nghiªn cøu lµ h¹t thùc vËt (cô thÓ lµ h¹t Xuyªn Tiªu ) cã ®Æc ®iÓm sau: +Cã h×nh d¹ng gÇn h×nh cÇu +Cã khèi l­îng riªng nhá ( kho¶ng 663.3 kg/m3 ) dÔ t¹o tÇng s«i +§é xèp ε = 0.4275 (m3/m3) + §­êng kÝnh t­¬ng ®­¬ng dtd = 1.684 (mm) §­îc ®­a lªn m¸y sÊy tÇng s«i sÊy ë nhiÒu ®iÒu kiÖn sÊy kh¸c nhau vµ ®­a ra c¸c quan hÖ thÓ hiÖn trªn c¸c ®­êng cong thùc tÕ ®o ®­îc I. hÖ thèng thÝ nghiÖm 1. CÊu t¹o hÖ thèng thÝ nghiÖm S¬ ®å cña hÖ thèng thÝ nghiÖm sÊy tÇng s«i lµ hÖ thèng lµm viÖc theo chÕ ®é liªn tôc . Gåm c¸c bé phËn chÝnh: - Qu¹t giã: lµ lo¹i qu¹t ly t©m , ch¹y b»ng ®iÖn 3 pha 220/380 . C«ng suÊt ®éng c¬ lµ 4,5 kW , tèc ®é vßng quay 1450 (vßng/phót) . - Caloriphe : §èt nãng bëi c¸c d©y ®iÖn trë Cr – Ni , cã kh¶ n¨ng ®­a nhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy lªn ®Õn 1500C . - ThiÕt bÞ sÊy : Lµm b»ng thÐp kh«ng rØ . PhÇn sÊy cã d¹ng h×nh trô phÇn trªn në réng h×nh nãn . PhÝa d­íi cã l­íi ph©n phèi khÝ,phÝa trªn cã l¾p mét vÝt t¶i n¹p liÖu . ChiÒu cao cña thiÕt bÞ cã thÓ thay ®æi b»ng c¸ch l¾p ghÐp c¸c ®o¹n cã chiÒu cao kh¸c nhau 50mm va 100mm . Däc trªn th©n thiÕt bÞ cã cöa ®Ó ®o ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é . Trªn ®­êng èng dÉn giã (tr­íc khi vµo thiÕt bÞ sÊy ) cã l¾p van ®iÒu chØnh vµ dông cô ®o l­u l­îng t¸c nh©n sÊy. H×nh II.1: S¬ ®å hÖ thèng thÝ nghiÖm sÊy tÇng s«i 1.Qu¹t giã 7. ThiÕt bÞ tÇng s«i 2. Caloriphe 8. ¸p kÕ ch÷ U 3. èng Pit«-pran 9. B¶ng ®iÒu khiÓn 4. Van ®iÒu chØnh giã 10. Van th¸o vËt liÖu r¬i 5. Van th¸o vËt liÖu 6. VÝt n¹p liÖu
2. §Æc tÝnh kÜ thuËt cña hÖ thèng thÝ nghiÖm sÊy tÇng s«i - §­êng kÝnh thiÕt bÞ , mm 200 - §­êng kÝnh (chç lín nhÊt) phÇn gi¶m tèc ph©n ly ,mm 400 - ChiÒu cao thiÕt bÞ(vïng sÊy h×nh trô), mm 200 - N¨ng suÊt vÝt t¶i , kg/giê 50 NhiÖt ®é cña t¸c nh©n sÊy thay ®æi b»ng c¸ch ®ãng më 4 cÇu dao cÊp ®iÖn cho c¸c d©y ®èt. Thùc tÕ , nhiÖt ®é cã thÓ duy tr× ë møc 90oC ®Õn 150oC. NhiÖt ®é cã thÓ ®­îc ®o trªn 6 vÞ trÝ (1 tr­íc buång sÊy vµ 5 trong buång sÊy). C¨n cø vµo ®iÒu kiÖn chÕ t¹o vµ ®Æc ®iÓm c«ng nghÖ sÊy ( trªn thùc tÕ th­êng sö dông t¸c nh©n lµ khãi lß nªn cã ®é t¹o chÊt kh¸ cao ) nªn sö dông l­íi ph©n phèi giã lµ lo¹i tÊm máng cã ®ôc lç . C¸c th«ng sè kÜ thuËt cña l­íi nh­ sau : -KÝch th­íc lç 2(mm) -ChiÒu dµy l­íi 5(mm) -B­íc lç 6,5(mm) -Tû lÖ tiÕt diÖn tù do 7% - Trë lùc cña hÖ thèng (ch¹y kh«ng t¶i) tÝnh theo mm H2O ®­îc x¸c ®Þnh ë b¶ng 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 Tr­íc 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 d­îc 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 d­íi lªn buång sÊy qua líp l­íi . VËt liÖu ®­îc n¹p vµo 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 l­íi , 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. ë phÇn th¾t l¹i cña caloriphe cã van ®iÒu chØnh ®Ó ®iÒu chØnh l­u l­îng giã , vµ cã mét èng Pit«-Pran ®Ó ®o tèc ®é giã . 4 X¸c ®Þnh vËn tèc , l­u l­îng t¸c nh©n sÊy vµ trë lùc líp vËt liÖu §Ó x¸c ®Þnh vËn tèc vµ l­u l­îng cña t¸c nh©n sÊy vµ ¸p suÊt ta th­êng dïng c¸c dông cô nh­ ¸p kÕ , èng Pit«-pran , dông cô tiÕt l­u ( èng V¨ngturi, mµng ch¾n , èng loa ) .C¸c dông cô nµy cã c¬ së tÝnh to¸n vµ cho kÕt qu¶ chÝnh x¸c . Trong cuéc thÝ nghiÖm nµy chóng t«i dïng èng Pit«-pran . èng Pit«-pran lµ dông cô lµm viÖc theo nguyªn t¾c èng thu ¸p , cã cÊu t¹o 2 èng ®ång t©m , èng trong lç t©m vµ dïng ®Ó thu ¸p suÊt ( ¸p suÊt Pazomet) . HiÖu sè hiÖu sè ¸p suÊt trong chÊt khÝ trong 2 èng ®­îc ®o b»ng ¸p kÕ vi sai . PhÇn ch÷ U cña ¸p kÕ chøa mét chÊt láng cã khèi l­îng riªng x¸c ®Þnh . VËn tèc cña chÊt khÝ trong èng dÉn t¹i ®iÓm ®Æt ®Çu ®o ®­îc x¸c ®Þnh
(II.1) §Ó x¸c ®Þnh vËn tèc trung b×nh trong èng dÉn ng­êi ta cã thÓ lµm theo 2 ph­¬ng ph¸p sau ®©y: +X¸c ®Þnh vËn tèc theo tiÕt diÖn ngang cña èng dÉn t¹i c¸c ®iÓm kh¸c nhau theo b¸n kÝnh . VËn tèc trung b×nh ®­îc tÝnh theo c«ng thøc :

(II.2) + Dïng quan hÖ gi÷a vËn tèc lín nhÊt vµ vËn tèc trung b×nh ë c¸c chÕ ®é ch¶y kh¸c nhau tÝnh ®­îc l­u l­îng . C¸c b­íc tÝnh cô thÓ nh­ sau : -TÝnh vËn tèc lín nhÊt (vmax ) t¹i t©m dßng ch¶y . -TÝnh gi¸ trÞ R©yn«n
T×m gi¸ trÞ tû sè

, øng víi gi¸ trÞ cña chuÈn sè Re võa t×m ®­îc trªn ®å thÞ quan hÖ
- Re. Tõ ®ã tÝnh vËn tèc trung b×nh . Tuy nhiªn cã thÓ lÊy mét c¸ch gÇn chÝnh x¸c nh­ sau +Re < 103 th× Vtb = 0,5.Vmax +103 < Re < 105 th× Vtb =(0,7÷ 0,82).Vmax +Re > 105 th× Vtb = 0,82 Vmax L­îng chÊt khÝ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau : L = Vtb.Stæng (II.3) Stæng : lµ diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña èng dÉn 5 X¸c ®Þnh ®é Èm vµ nhiÖt ®é cña vËt liÖu Èm +Cã rÊt nhiÒu ph­¬ng ph¸p dïng ®Ó x¸c ®Þnh ®é Èm cña vËt liÖu nh­: ph­¬ng ph¸p dïng nhiÖt sÊy kh« , ph­¬ng ph¸p ch­ng cÊt , chiÕt , ph­ong ph¸p ®o ®é dÉn ®iÖn … Trong tr­êng hîp nµy ta dïng ph­¬ng ph¸p sÊy kh« . Trong qu¸ tr×nh sÊy ta lÊy mÉu theo thêi gian quy ®Þnh vµ cho ®em c©n råi cho vµo tñ sÊy , sÊy cho ®Õn khi khèi l­îng kh«ng ®æi do ®ã x¸c ®Þnh ®­¬c l­îng n­íc Èm cã trong vËt liÖu tõ ®ã x¸c ®Þnh ®­îc ®é Èm cña vËt liÖu . Ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm lµ dÔ thao t¸c , ®é chÝnh x¸c cao . Tuy nhiªn thêi gian x¸c ®Þnh l©u kh«ng phï hîp cho ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt cÇn x¸c ®Þnh nhanh. +Do nhiÖt ®é trong qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm kh«ng cao, nªn viÖc x¸c ®Þnh nhiÖt ®é cña vËt liÖu còng nh­ t¸c nh©n sÊy ta dïng nhiÖt kÕ thñy ng©n , ®ång hå ®o nhiÖt lo¹i nhá… 6. X¸c ®Þnh th«ng sè cña h¹t xuyªn tiªu +§­êng kÝnh t­¬ng ®­¬ng cña h¹t xuyªn tiªu ®­îc x¸c ®inh b»ng c«ng thøc sau:
(II.4) trong ®ã m : khèi l­îng sè h¹t ®em ®o , m n : sè h¹t ®em ®o ρ khèi l­îng riªng cña h¹t , kg/m3 + Khèi l­îng riªng cña h¹t ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: C©n mét khèi l­îng h¹t x¸c ®Þnh , sau ®ã x¸c ®Þnh thÓ tÝch h¹t b»ng c¸ch cho khèi l­îng ®ã vµo èng ®ong co chøa n­íc , phÇn thÓ tÝch d©ng lªn chÝnh lµ thÓ tÝch h¹t chiÕm chç vµ khèi l­îng riªng ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:
(II.5) +§é xèp cña h¹t ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: cho l­îng h¹t x¸c ®Þnh vµo èng ®ong kh«ng cã n­íc ta x¸c ®Þnh ®­îc thÓ tÝch h¹t rçng Vo , råi ®o thÓ tÝch h¹t chiÕm thùc tÕ b»ng c¸ch nh­ x¸c ®Þnh khèi l­îng riªng ta ®­îc V , ®é xèp cña h¹t ®­îc tÝnh nh­ sau:
(II.6) II. tiÕn hµnh thùc nghiÖm vµ tÝnh to¸n kÕt qu¶ 1. Ph­¬ng ph¸p tiÕn hµnh thÝ nghiÖm Truíc khi tiÕn hµnh thÝ nghiªm cÇn kiÓm tra thiÕt bÞ , c¸c dông cô ®o ( èng Pit«-pran , nhiÖt kÕ Èm ..) , ®é kÝn cña hÖ thèng (c¸c mÆt bÝch), hÖ thèng cÊp ®iÖn VÒ nguyªn liÖu : VËt liÖu sÊy ®­îc ng©m vµ lùa chän (sµng , nhÆt nh÷ng h¹t kh«ng ®¹t yªu cÇu vµ ñ vËt liÖu ®Õn ®é Èm cÇn ph©n tÝch) *Nghiªn cøu chÕ ®é thñy ®éng cña h¹t : Quan hÖ ∆p-V lµ bøc tranh thùc nghiÖm ph¶n ¸nh diÔn biÕn tr¹ng th¸i vµ chÕ ®é thñy ®éng lùc häc cña líp h¹t. Do vËy, ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña líp h¹t s«i, ta ®i kh¶o s¸t qua quan hÖ ∆p-V cña líp h¹t . Ph­¬ng ph¸p tiÕn hµnh thÝ nghiÖm nh­ sau: -N¹p vËt liÖu kh« víi khèi l­îng x¸c ®Þnh tr­íc ( t­¬ng øng víi chiÒu cao Ho ) -Cho qu¹t lµm viÖc, ®ãng cöa van cÊp giã -Më van cÊp giã ë c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau . Theo dâi ®é chªnh lÖch cét n­íc trong c¸c ¸p kÕ ch÷ U (®o l­u l­îng giã vµ trë lùc cña líp h¹t ) -Ghi sè liÖu *Nghiªn cøu chÕ ®é sÊy h¹t : Qu¸ tr×nh sÊy tÇng s«i cã kh¶ n¨ng cÊp nhiÖt rÊt m¹nh do líp h¹t ®­îc khuÊy trén m¹nh . Do ®ã trong khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ph¶i hÕt søc khÈn tr­¬ng vµ l­u ý.Tr­íc khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ph¶i kiÓm tra thiÕt bÞ, dông cô ®o , hÖ thèng cung cÊp ®iÖn. C¸c b­íc tiÕn hµnh sÊy h¹t nh­ sau: -§iÒu chØnh nhiÖt ®é vµ vËn tèc giã trong tr­êng h¬p nghiªn cøu cô thÓ -X¸c ®Þnh khèi l­îng h¹t cÇn nghiªn cøu -LÊy mÉu ®Ó x¸c ®Þnh ®é Èm ban ®Çu -§o nhiªt ®é vËt liÖu b»ng nhiÖt kÕ -Trong mçi kho¶ng thêi gian x¸c ®inh trong qu¸ tr×nh sÊy ta ph¶ lÊy mÉu ®Ó x¸c ®Þnh ®é Èm , song song víi viÖc ®o ®é Èm cña líp h¹t vµ nhiÖt ®é khÝ ra - Cuèi cïng t¾t qu¹t , caloriphe, quÐt dän vµ lµm vÖ sinh…. 2.TÝnh to¸n kÕt qu¶ thÝ nghiÖm thu ®­îc Sau khi tiÕn hµnh thÝ nghiªm xong ta thu ®­îc c¸c sè liÖu ban ®µu d­íi ®©y vµ b»ng nh÷ng tÝnh to¸n xö lý sè liÖu trªn phÇn mÒm Exell ta ®­u ra c¸c kÕt qu¶. *Qu¸ tr×nh thñy lùc - Quan hÖ ∆P – V thùc tÕ - C¸c vËn tèc giíi h¹n : Vs , Vf *Qu¸ tr×nh sÊy §é Èm ban ®Çu w® §é Èm cuèi wc §é Èm t¹i c¸c ®iÓm ®o wi Khèi l­îng vËt liÖu Èm ban ®Çu G® Khèi l­îng vËt liÖu Èm sau khi sÊy Gc NhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy ttn NhiÖt ®é líp h¹t th NhiÖt ®é khÝ ra tkh B»ng nh÷ng c«ng thøc lý thuyÕt vµ c¸c d÷ liÖu ®· cã tiÕn hµnh tÝnh l¹i ®Ó so s¸nh mét sè kÕt qu¶ thùc nghiªm so víi tinh to¸n lý thuyÕt §èi víi qu¸ tr×nh thñy lùc ta tÝnh l¹i mét sè ®iÓm ®· ®o theo c«ng thøc sau: Khi 54 < Re < 6300
(II.7) Khi Re >6300
(II.8) Trong ®ã : +v : vËn tèc khÝ qua líp h¹t (m/s) +ν: ®é nhít ®éng häc (m2/s) +d: ®­êng kÝnh t­¬ng ®­¬ng (mm) §èi víi qu¸ tr×nh sÊy trong khÝ tÝnh nhiÖt l­îng ta cã thÓ dùa vµo c¸c c«ng thøc sau: *NhiÖt l­îng cung cÊp theo thùc tÕ : Qtt = L.C. ∆T (kj/h) (II.9) Trong ®ã + L l­u l­îng t¸c nh©n sÊy (kgkk/h) + C nhiÖt dung riªng cña t¸c nh©n sÊy , ®èi víi kh«ng khÝ ta lÊy C = 103 (J/kg,®é) MÆt kh¸c nhiÖt l­îng cung cÊp theo thùc tÕ l¹i chÝnh b»ng nhiÖt l­îng cÇn thiÕt ®Ó ®èt nãng vËt liÖu vµ nhiÖt l­îng cung cÊp ®Ó bèc h¬i Èm Qtt = Qb + Q®n (II.10) NhiÖt l­îng cÇn thiÕt dïng ®Ó bèc h¬i ®­îc tÝnh theo c«ng thøc Qb = rhh∆Gn (II.11) Do ®ã ta dÔ dµng tÝnh ®­îc nhiÖt cung cÊp dïng ®Ó ®èt nãng dùa vµo c¸c c«ng thøc trªn : Q®n = Qtt - Qb (II.12) + rhh NhiÖt hãa h¬i cña n­íc , tra t¹i b¶ng [I.212 (3-150)] sæ tay qu¸ tr×nh thiÕt bÞ , kcal/kg *NhiÖt l­îng cung cÊp tÝnh theo lý thuyÕt : §èi víi qu¸ tr×nh cung cÊp nhiÖt theo lý thuyÕt ta tÝnh theo chuÈn sè Nuxen
(II.13) Trong tÇng s«i th× chuÈn sè Nu ®­îc tÝnh th«ng qua c¸c ph­¬ng tr×nh chu©n r sè sau :
(II.14) víi Fe = 30 ÷ 100
(II.15) víi Fe = 100 ÷ 200 trong ®ã c¸c chuÈn sè liªn quan ®­îc tÝnh nh­ sau:
(II.16)
(II.17) khi ®é xèp ε = 0,4 th× ta cã thÓ tÝnh
(II.18) Ar : lµ chuÈn sè Accimet vµ ®­îc tÝnh theo
(II.19) Cuèi cïng nhiÖt l­îng cung cÊp tÝnh theo lý thuyÕt ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: Qlt = α.∆T.F (II.20) F= 6G/ρh.dt® (II.21) Trong ®ã th×: F: DiÖn tÝch bÒ mÆt truyÒn nhiÖt, m G: Khèi l­îng h¹t cã trªn l­íi , kg ρh,ρk : Khèi l­îng riªng cña h¹t vµ t¸c nh©n sÊy (kh«ng khÝ), kg/ m3
ε: §é xèp cña líp h¹t ,m3/ m3 H: chiÒu cao líp h¹t ,m dt® : §­êng kÝnh t­¬ng ®­¬ng cña h¹t ,m λ : HÖ sè dÉn nhiÖt cña kh«ng khÝ phô thuéc vµo nhiÖt ®é tÝnh theo c«ng thøc:
(W/m,K) (II.22) λ0 : HÖ sè dÉn nhiÖt cña kh«ng khÝ ë 00C , W/m,K λ0 = 0,0201 [b¶ng I,122(I-124)] T : NhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña kh«ng khÝ , K C : H»ng sè , C = 122 [b¶ng I,122(I-124)]  PhÇn 3 kÕt qu¶ thùc nghiÖm I.KÕt qu¶ thùc nghiÖm qu¸ tr×nh thñy lùc 1. Sù ¶nh h­ëng cña chiÒu cao líp h¹t ®Õn qu¸ tr×nh thñy lùc Trong kÜ thuËt sÊy tÇng s«i , chiÒu cao cña líp vËt liÖu ®ãng m«t vai trß quan träng . Nã kh«ng nh÷ng liªn quan ®Õn ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh mµ cßn ¶nh h­ëng tíi sù ph©n líp trong thiÕt bÞ tÇng s«i . Khi hiÖn t­îng ph©n líp x¶y ra th× hiÖu suÊt chuyÓn khèi bÞ gi¶m xuèng h¹t cã nguy c¬ bÞ qu¸ nhiÖt côc bé , h¹t cã thÓ bÞ b¾n ra khái thiÕt bÞ . Theo nhiÒu nghiªn cøu tr­íc ®©y th× cho thÊy r»ng tû sè
cµng lín th× kh¶ n¨ng ph©n líp cµng cao . Giíi h¹n chiÒu cao líp h¹t khi v­ît qu¸ gi¸ trÞ nµy sÏ t¹o ra sù ph©n líp cã thÓ x¸c ®Þnh qua c«ng thøc sau : H0gh = D.tgα Trong ®ã : H0gh – ChiÒu cao giíi h¹n cña líp h¹t tÜnh ,mm D - §­êng kÝnh thiÕt bÞ , mm α – Gãc néi ma s¸t cña h¹t , ®é Qua c¸c quan s¸t thùc nghiÖm trªn m¸y sÊy tÇng s«i mµ chóng t«i thùc hiÖn trªn h¹t xuyªn tiªu víi c¸c chiÒu cao líp h¹t kh¸c nhau ( t­¬ng øng víi khèi l­îng kh¸c nhau) cã b¶ng kÕt qu¶ sau B¶ng 1:KÕt qu¶ thùc nghiÖm thñy lùc Tõ b¶ng kÕt qu¶ thùc nghiÖm (b¶ng III.1) ta lËp ®å thÞ sau: H×nh III.1: §å thÞ ¶nh h­ëng cña chiÒu cao líp h¹t lªn chÕ ®é thñy ®éng NhËn thÊy r»ng khi chiÒu cao líp h¹t cµng t¨ng th× h×nh ¶nh trë lùc cµng hiÖn râ , hay nãi c¸ch kh¸c th× sù ¶nh h­ëng cña chiÒu cao líp h¹t lªn chÕ ®é thñy ®éng cña h¹t cµng râ nÐt . §iÒu nµy cã thÓ gi¶i thÝch nh­ sau , khi chiÒu cao cµng lín th× lùc liªn kÕt gi÷a c¸c h¹t cµng lín v× vËy trë lùc cña nã cµng lín . Muèn t¹o sù ph©n líp s«i th× cÇn vËn tèc lín h¬n. Qua kÕt qu¶ nhËn ®­îc trong qu¸ tr×nh thùc nghiÖm ta thÊy r»ng vËn tèc s«i tèi thiÓu cña líp h¹t cµng cao th× cµng lín . Chøng tá r»ng sù phô thuéc cña vËn tèc s«i tèi thiÓu vµo chiÒu cao líp h¹t . §iÒu nµy còng rÊt phï hîp víi c¸c c«ng thøc lý thuyÕt, Ta ®i tÝnh trë lùc cña líp h¹t theo lý thuyÕt theo c«ng thøc sau: Do chuÈn sè 54< Re < 6300 nªn
(III.1) Trong ®ã : -ρo : khèi l­îng riªng cña h¹t (kg/m3) -d : §­êng kÝnh t­¬ng ®­¬ng cña h¹t (m) -v : vËn tèc giã (m/s) - ν : ®é nhít ®éng häc cña khÝ Sau khi tÝnh to¸n ®èi víi tõng chiÒu cao kh¸c nhau cña líp h¹t ta ®­îc b¶ng sau: B¶ng 2: KÕt qu¶ tÝnh to¸n trë lùc theo lý thuyÕt
Qua b¶ng trªn ta thÊy r»ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n lý thuyÕt vµ thùc tÕ ®Òu t¨ng dÇn theo sù t¨ng cña chiÒu cao líp h¹t,KÕt qu¶ tÝnh to¸n lý thuyÕt vµ thùc tÕ kh¸c nhau trong kho¶ng tõ 14 ÷ 43% . §iÒu nµy cã thÓ gi¶i thÝch lµ c«ng thøc ¸p dông vµo tÝnh to¸n cã thÓ dùa trªn ®Æc ®iÓm cña líp h¹t nµo ®ã cã tÝnh chÊt kh¸c víi líp h¹t chóng t«i ®ang nghiªn cøu. II.KÕt qu¶ thùc nghiÖm ®èi víi qu¸ tr×nh sÊy Môc ®Ých cña chóng t«i lµ ®i nghiªn cøu ®éng häc qu¸ tr×nh sÊy tÇng s«i . lµm râ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng lªn qu¸ tr×nh sÊy tÇng s«i . Chóng t«i ®i tiÕn hµnh c¸c thÝ nghiÖm ë c¸c líp h¹t cã chiÒu cao ban ®Çu kh¸c nhau trong c¸c chÕ ®é sÊy kh¸c nhau . Sau ®ã b»ng tÝnh to¸n theo c¸c c«ng thøc lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm dùng lªn c¸c ®å thÞ , qua ®ã nhËn xÐt vµ ®¸nh gi¸ 1. KÕt qña thùc nghiÖm trong qu¸ tr×nh sÊy tÇng s«i *KÕt qu¶ sÊy trong ®iÒu kiÖn : -ChiÒu cao líp h¹t H0=60mm -NhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy t = 900C -VËn tèc t¸c nh©n sÊy(kh«ng khÝ) v = 3 (m/s) -§é Èm ban ®Çu cña h¹t W® = 50,2% -§é Èm cuèi cña h¹t Wc = 4,3% - Khèi l­îng h¹t ®em sÊy Gd = 700 (g) B¶ng 3: Thêi gian (gi©y)  NhiÖt ®é líp h¹t (oC)  NhiÖt ®é khÝ ra(oC)  §é Èm (W%)  Tèc ®é (1/h)  Trë lùc (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 :