Đồ án dài 60 trang
LỜI NÓI ĐẦU
Trong công nghệ hóa chất cũng như thực phẩm, luôn có những yêu cầu về sấy các vật liệu ẩm . Chính vì vậy mà sấy đã đóng một vai trò không thể thiếu trong ngành công nghệ hóa học . Việt Nam là một nước có “Rừng vàng biển bạc” và có ngành nông nghiệp truyền thống lâu đời vì vậy đã tạo điều kiện manh mẽ cho ngành công nghệ hóa chất cũng như thực phẩm phát triển mạnh mẽ . Hiện nay trên thế giới có rất nhiều kĩ thuật sấy được áp dụng cho quá trình sấy và kĩ thuật sấy tầng sôi đã được áp dụng rộng rãi trong những năm gần đây .
So với quá trình ở trạng thái tĩnh thì quá trình ở trạng thái lỏng giả có rất nhiều ưu điểm, cụ thể là:
- Pha rắn được đảo trộn rất mãnh liệt, dẫn đến việc san bằng nhiệt độ và trong toàn lớp hạt
- Hệ số dẫn nhiệt, cấp nhiệt từ bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị đến lớp sôi ( hay ngược lại ) rất lớn.
- Do tính linh động của lớp sôi nên dễ dàng nạp nguyên liệu và tháo sản phẩm, dễ thực hiện quá trình liên tục, cơ giới hóa và tự động hóa, dễ điều chỉnh các thông số như lưu lượng và áp suất .
- Trở lực tương đối nhỏ và ổn định, không phụ thuộc vào tốc độ pha khí trong giới hạn tồn tại trạng thái lỏng giả.
- Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản, gọn nhẹ và dễ chế tạo.
Do tất cả những ưu điểm trên mà kỹ thuật sấy tầng sôi được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp như một phương pháp tăng cường độ quá trình. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm:
- Có hiện tượng tích điện và tĩnh điện dẫn đến khả năng dễ gây cháy nổ.
- Thời gian lưu của các hạt trong lớp sôi không đều
- Các hạt rắn bị va đập, bào mòn, vỡ vụn tạo nhiều bụi, do đó thiết bị phải có thiết bị thu hồi bụi, thành thiết bị tầng sôi phải chịu được mài mòn, nhất là khi gia công các hạt có cạnh sắc.
- Vận tốc của pha khí bị giới hạn trong phạm vi cần thiết để duy trì trạng thái tầng sôi mà nhiều khi không phải thích hợp đối với quá trình công nghệ.
Việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sấy tầng sôi trong lĩnh vực sấy đã đựoc nhiều nhà khoa học trên thế giới tiến hành từ những năm 60 , nhiều thiết bị sấy tầng sôi có năng suất từ vài tấn đến hàng nghìn tấn giờ đã được đưa vào sản xuất ( chủ yếu là Liên Xô cũ va Mỹ ) để sấy các vật liệu có dạng hạt có kích thước từ 1-:-2mm đến 35-:-40 mm . Ở Việt Nam , cũng có một số công trình nghiên cứu về kỹ thuật tầng sôi . Tuy nhiên việc ứng dụng kỹ thuật này vào sản xuất cũng chưa được phổ biến rộng rãi .
Hiện nay kĩ thuật sấy tầng sôi đang đựoc nghiên cứu rất nhiều trong ngành công nghiệp hóa chất . Do đó việc nghiên cứu một cách đầy đủ kĩ thuật này để có công nghệ hoàn thiện đáp ứng cho quá trình sấy là một yêu cầu thực tế.
Trong bản đồ án này do điều kiện nghiên cứu có nhiều hạn chế nên em chỉ xin trình bày về “ Động học của quá trình sấy tầng sôi”.
MỤC LỤC
Lời nói đầu 3
Phần 1 Tổng quan 5
I.Thủy động lực học của quá trình sấy tầng sôi 5
1. Cơ chế tạo lớp lỏng giả 5
2. Các thông số lớp sôi và phương pháp xác định 8
2.1 Vận tốc sôi tối thiểu .8
2.2 Vận tốc phụt .9
2.3 Trở lực của lớp sôi 10
2.4 Tốc độ và giới hạn làm việc 11
2.5 Trở lực của lớp lưới phân phối khí 12
II. Lý thuyết về sấy 14
1. Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu ẩm .14
1.1 Liên kết hóa học 14
1.2 Liên kết hóa lý .15
1.3 Liên kết cơ lý .16
2. Phân loại vật liệu sấy 16
2.1 Vật xốp mao dẫn 16
2.2 Vật keo 17
2.3 Vật keo xốp mao dẫn .17
3. Cơ chế tách ẩm trong hạt .17
4. Các giai đoạn xảy ra trong quá trình sấy hạt .18
5. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy 19
6. Trao đổi nhiệt và truyền ẩm trong sấy tầng sôi .20
Phần 2 Phương pháp nghiên cứu .23
I.Hệ thống thí nghiệm .23
1. Cấu tạo hệ thống thí nghiệm .23
2. Đặc tính kĩ thuật của hệ thống thí nghiệm sấy tầng sôi 24
3. Nguyên tắc làm việc của hệ thống .25
4. Xác định vận tốc, lưu lượng .25
5. Xác định nhiệt độ , độ ẩm của vật liệu .27
II. Tiến hành thực nghiệm và tính toán kết quả 27
1. Phương pháp tiến hành thí nghiệm 28
2. Tính toán kết quả thu được 30
Phần 3 Kết quả thực nghiệm 30
I. Kết quả thực nghiệm quá trình thủy lực .30
1. Sự ảnh hưởng của chiều cao lớp hạt lên quá trình thủy lực 34
II. Kết quả thực nghiệm đối với quá trình sấy .34
1. Kết quả thực nghiệm trên máy sấy tầng sôi .34
2. Tính toán nhiệt lượng và so sánh .41
3. Nhận xét và đánh giá kết quả sấy 51
64 trang |
Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 5643 | Lượt tải: 5
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Động học của quá trình sấy tầng sôi, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 :
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Động học của quá trình sấy tầng sôi.DOC