TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM MÔN KỸ THUẬT THỰC PHẨM II BÁO CÁO THỰC HÀNH SẤY ĐỐI LƯU Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện MSSV Nhóm TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2018 Mụ.
Trang 1BÁO CÁO THỰC HÀNH
SẤY ĐỐI LƯU
Giáo viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
MSSV:
Nhóm:
TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2018
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC-THỰC PHẨM MÔN: KỸ THUẬT THỰC PHẨM II
Trang 2Mục lục
SẤY ĐỐI LƯU 4
8.1 GIỚI THIỆU 4
8.2 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 4
8.2.1 Thí ngiệm 1: 4
8.2.2 Thí nghiệm 2: 4
8.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5
8.3.1 Nguyên lý quá trình sấy bằng không khí: 5
8.3.2 .Đường cong sấy và tốc độ sấy: 6
8.4 THỰC NGHIỆM 9
8.4.1 Mô hình thí nghiệm: 9
8.4.2 Trang thiết bị, hóa chất: 9
8.5 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 10
8.5.1 Thí nghiệm 1: khảo sát tỉnh học quá trình sấy: 10
8.5.2 Thí nghiệm 2: khảo sát động lực học quá trình sấy 11
8.6 KÉT QỦA THÍ NGHIỆM CỦA ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH SẤY 12
8.6.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát động lực học quá trình sấy ở 40℃ 12
8.6.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học của quá trình sấy ở 50℃ 13
8.6.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát động lực học của quá trình sấy ở 60℃ 14
8.7 XỬ LÍ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 15
8.7.1 Thí nghiệm 1 15
8.7.2 Thí nghiệm 2 16
8.7.3 Thí nghiệm 3 17
8.7.4 Kết quả của xử lí số liệu 17
8.8 NHẬN XÉT 18
8.8.1 So sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết 18
8.8.2 Nhận xét về kết quả thí nghiệm 18
8.9 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20
Trang 3SẤY ĐỐI LƯU
1 GIỚI THIỆU
Sấy là quá trình tách pha lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của pha lỏng trong vật liệu thành pha hơi Hầu hết các vật liệu sấy trong quá trình sản xuất đều chứa pha lỏng là nước và thường được gọi là ẩm Vậy trong thực tế có thể xem sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt
Sấy đối lưu là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí, khói lò,
… gọi chung là tác nhân sấy
Quá trình sấy được khảo sát về hai mặt: tĩnh lực học và động lực học:
Nguyên cứu về tĩnh lực hoc quá trình sấy nhằm xác định mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối vật liệu sấy và của tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất, năng lượng từ đó xác định thành phần của vật liệu, lượng tác nhân và lượng nhiệt cần thiết
Nguyên cứu về động lực học quá trình sấy là nguyên cứu sự biến đổi hầm ẩm ( độ ẩm )
và nhiệt độ trung bình trong thời gian sấy Trong phạm vi bài thực hành ta chỉ nguyên cứ
về sự biến đổi hàm ẩm ( độn ẩm ) của vật liệu theo thời gian sấy từ đó xác định được các thông số hóa lý của vật liệu và các thông số của quá trình sấy
2 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
8.2.1 Thí ngiệm 1:
khảo sát về tĩnh lực học quá trình sấy đối lưu trong thiết bị sấy bằng không khí nhằm Xác định sự biến đổi thông số vật lí, không khí ẩm và thành phần vật liệu sấy của quá trình sấy
Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy
So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý thuyết
8.2.2 Thí nghiệm 2:
khảo sát động lực học quá trình sấy đối lưu trong thiết bị sấy bằng không khí nhằm:
Trang 4Xây dựng đường cong sấy.
Xây dựng đường cong tốc độ sấy
Xác định độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy
3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
8.3.1 Nguyên lý quá trình sấy bằng không khí:
Trong quá trình sấy nếu dùng tác nhân là không khí thì gọi là sấy bằng không khí
Trong sấy lí thuyết coi các đại lượng nhiệt bổ sung và nhiệt tổn thất đều bằng không, nếu gặp trường hợp nhiệt bổ sung bằng nhiệt tổn thất thì cũng coi như là sấy lý thuyết
Khi sấy lý thuyết thì nhiệt lượng riêng của không khí không thay đổi trong suốt quá trình H= const ( đẳng H ) nói cách khác, trong quá trình sấy lí thuyết , một phần nhiệt lượng của không khí có bị mất mát đi cũng chỉ để làm bốc hơi nước trong vật liệu, do đó H không đổi
Trong quá trình sấy thường thì không khí thay đổi trạng thái vào phòng sấy và sau khi sấy xong.các thông số đặc trưng cho trạng thái không khí và từ đó ta xác định được các đại lượng:
- Lượng không khí khô di trong máy sấy:
L = Y W
2−Y1 = Y W
Trong đó:
L: lượng không khí khô đi trong máy sấy (kg/h)
W: lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu (kg/h)
Y0: hàm ẩm ban đầu cảu tác nhân sấy (kg/kgkkk)
Y1: hàm ẩm sau khi được đốt nóng của tác nhân sấy (kg/kgkkk)
Y2: hàm ẩm sau khi sấy của tác nhân sấy (kg/kgkkk)
Trang 5- Lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy:
(8-2)
Trong đó:
Qs: lượng nhiệt cung cấp cho quá trình sấy (KJ/h)
H0: hàm nhiệt ban đầu của tác nhân sấy (kg/kgkkk)
H1: hàm nhiệt sau khi được đốt nóng của tác nhân sấy (kg/kgkkk)
8.3.2 .Đường cong sấy và tốc độ sấy:
Đường cong biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của vật liệu theo thời gian sấy được gọi là đường cong sấy Để tìm sự phu thuộc này, đem vật liệu sấy đối lưu đơn giản bằng không khí nóng với tốc độ và nhiệt độ không khí ẩm không đổi
Sự giảm độ ẩm của vật liệu trong một đơn vị thời gian gọi là tốc độ sấy:
Từ biểu thức tốc độ sấy nhận thấy tốc độ sấy là tang góc nghiên α của đường tuyến tính với đường cong sấy Như vậy bằng phương pháp vi phân đồ thị sẽ tìm được tốc độ sấy và dựng được đồ thị sự phụ thuộc vào tốc độ sấy với độ ẩm của vật liệu, đồ thị của sự phụ thuộc nay được gọi là đường cong tốc độ sấy
Trang 6Phân tích đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy và nhận thấy diễn biến của quá trình sấy gồm 3 giai đoạn: giai đoạn đốt nóng vật liệu, giai đoạn sấy đẳng tốc va giai đoạn sấy giảm tốc
8.3.2 1 Giai đoạn đốt nóng vật liệu.
Nếu ban dầu nhiệt độ của vật liệu thấp hơn nhiệt độ bay hơi đoản nhiệt của không khí trong giai đoạn đột nóng, nhiệt đọ của vật liệu sẽ tăng lên.Trong giai đoạn này độ ẩm của vật liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễn tiến nhanh, kết thúc giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu đạt đến nhiệt độ bầu ướt của không khí
8.3.2 2 Giai đoạn sấy đẳng tốc:
Sau giai đoạn đốt nóng , độ ẩm của vật lieeujgiarm tuyến tính theo thời gian sấy ( trên đường cong sấy là đoạn thẳng hay trên đường cong tốc độ sấy là đường nằm ngang ) Trong giai đoạn này sự giảm độ ẩm của vật liệu trong một đơn vị thời gian là không đổi (N= const) nên được gọi là giai đoạn sấy đẳng tốc, giai đoạn sấy đẳng tốc kéo fdaif cho tới thời điểm mà hàm ẩm của vật liệu đạt giá trị nài đấy thì kết thúc, được gọi là độ ẩm tới giới han của vật liệu Nhiệt độ vật nói chung và nhiệt độ tâm bề mặt vậ chất đạt tới xấp xĩ nhiệt độ bầu ướt của tác nhân gây sấy nghĩa là toàn bộ nhiệt lượng mà vật liệu nhận được chỉ để bay hơi ẩm
Tốc độ sấy đẳng tốc được tính theo công thức:
N = 100 J m
R v ρ0 = 100 J m F
v ρ0 = 100.J m F
(8-4)
Trong đó:
N: Tốc độ sấy đẳng tốc (%/h)
F: Bề mặt bay hơi của vật liệu (m2)
v: Thể tích của vật liệu (m3)
ρ s: Khối lượng riêng của chất khô vật liệu (kg/m3)
G : Khối lượng vật liệu tuyệt đối (kg)
Trang 7f = G F
0: Bề mặt riêng khối lượng của vật liệu (m3/kg)
Jm: Cường độ bay hơi (kg/m2.h)
Cường độ bay hơi của giai đoạn đẳng tốc được xác định từ phương trình Dalton và Newton:
J m=α q
r (t k −t ư)
Trong đó:
α q: hệ số trao đổi nhiệt ( kJ/m2.h.℃¿
r: nhiệt hóa hơi của nước ở nhiệt độ bầu ướt ( kJ/kg)
Nếu sấy đối lưu ở nhiệt độ không cao và vật liệu phẳng thì có công thức thực nghiệm xác định hệ số trao đổi nhiệtα q:
α q=3,6(w k .ρ k)0,6
(2.R)0,4
Trong đó:
R : là nửa chiều dày của vật liệu (m)
w k: vận tốc tác nhân sấy ( m/s )
ρ k: khối lượng riêng của tác nhân sấy (kg/m3 )
Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc:
t1 = X đ − X k
(8-5)
Trong đó:
X đ: độ ẩm ban đầu của vật liệu (tính theo vật liệu khô)
X k: độ ẩm tới hạn (tính theo vật liệu khô)
N : tốc độ sấy trong giai đoạn đẳng tốc (%/h)
8.3.2 3 Giai đoạn sấy giảm tốc:
Khi độ ẩm của vật liệu đạt giá trị tới hạn thì tốc độ sấy bắt đầu giảm dần và đường cong sấy chuyển từ đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần đến độ ẩm cân bằng của vật liệu trong điều kiện của quá trình sấy Khi độ ẩm vật liệu đạt tới giá trị cân bawfngthif
Trang 8hàm ẩm của vật liệu sẽ không giảm nữa và tốc độ sấy bằng không,quá trình sấy kết thúc.Tốc độ sấy trong giai đoạn này thay đổi dựa vào các quy luật khác nhau tùy vào tính chất và dạng vật liệu
Để dễ dàng cho việc tính toán, người ta thay các dạng đường cong của phức tập của tốc
độ bằng đường thẳng giảm tốc quy ước sao cho viêc thay thế này có sai số bé nhất, khi đó giá trị độ ẩm tới hạn sẽ dịch chuyển về điểm tới hạn quy ước và được gọi là độ ẩm tới hạn quy ước
Tốc độ sấy trong giai đoạn giảm tốc:
Kqu −X cb
Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc:
t2 = X Kqu −X cb
N ln(X Kqu −X cb
X c −X cb ) = K1 ln(X Kqu −X cb
(8-7)
Trong đó:
X c:độ ẩm cuối của vật liệu sấy (theo vật liệu khô)
4 THỰC NGHIỆM
8.4.1 Mô hình thí nghiệm:
8.4.2 Trang thiết bị, hóa chất:
Vật liệu sấy: 3miếng bài carton dài 25 cm, rộng 15 cm
Phong tốc kế
Đồng hồ bấm giây
−d X
Dấu (-)chỉ tốc độ sấy giảm dần
K là hệ số sấy, phụ thuộc vào chế độ sấy và tính chất của vật liệu và tính chất
của vật liệu K là hệ số góc của đường thẳng giảm tốc
(8-6)
Trang 95 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
8.5.1 Thí nghiệm 1: khảo sát tỉnh học quá trình sấy:
8.5.1 1 Chuẩn bị
- Làm ướt vật liệu sấy
- Kiểm nước vị trí đó nhiệt độ bầu ướt
- Kiểm tra hoạt động của phong tốc kế
- Tắt tất cả công tắc trên tủ điều khiển
- Cài đặt nhiệt độ sấy
- Khởi động tủ điều khiển
- Kiểm tra hoạt động của cân
- Cân vật liệu sấy
- Khởi động quạt, điều chỉnh tốc độ thí nghiệm
- Đo tốc độ quạt, ghi nhận giá trị đo
- Bật công tắc điện trở 1, 2 và 3
- Khi đo nhiệt độ đạt giá trị thí nghiệm ổn định thì bắt đầu tiến hành thí nghiệm
- Kết thúc thí nghiệm:
- Tắt công tắc điện trở 1 và 3
- Cài đặt nhiệt độ trên bộ điều khiển về 200C và tắt công tắc điện trở 2
- Lấy vật liệu sấy ra khỏi phòng sấy
8.5.1 2 Các lưu ý
- Trước khi đặt vật liệu sấy và phòng sấy phải điều chỉnh cân về 0
- Khi nhiệt độ sấy đạt giá trị thí nghiệm nhưng giá trị vẫn tăng thì tắt điện trở 1 hoặc 3 hoặc cả 2 điện trở 1,3 tuyệt đối không tắt điện trở 2 Trường hợp sau khoảng thời gian xác định không đạt giá trị thì kiểm tra điện trở 1 và 3 đã bật chưa nếu chưa thì bật
- Trong suốt quá trình thí nghiệm phải điều chỉnh sao cho nhiệt độ điểm 1 , tốc dộ tác nhân sấy không được thay đổi
- Khi kết thúc thí nghiệm:
Tắt điện trở 1 và 3 nếu đang bật
Trang 10 Cài đặt nhiệt độ trên bộ diều khiển về nhiệt độ thí nghiệm tiếp theo, nếu đây là thí nghiệm cuối thì cài đặt nhiều độ trên bộ ddiiefu khiển về 20℃ và tắt công tắc điện trở 2
Lấy vật liệu ra khỏi phòng sấy
8.5.2 Thí nghiệm 2: khảo sát động lực học quá trình sấy
8.5.2 1 Chuẩn bị
- Làm ướt vật liệu sấy
- Kiểm tra nước vị trí đo nhiệt độ bầu ướt
- Kiểm tra hoạt động của phong tốc kế
- Tắt tất cả công tắc trên tủ điều khiển
- Cài đặt nhiệt độ sấy
- Khởi động tủ điều khiển
- Kiểm tra hoạt động của cân
- Cân vật liệu sấy
- Xác định kích thước vật liệu sấy
- Làm ẩm vật liệu sấy
- Khởi động quạt điều chỉnh tốc độ thí nghiệm
- Đo tốc độ quạt, ghi nhận giá trị đo
- Bật công tắc điện trở 1, 2 và 3
- Khi đo nhiệt độ đạt giá trị thí nghiệm ổn định thì bắt đầu tiến hành thí nghiệm
- Sau khi kết thúc thí nghiệm ở một giá trị nhiệt độ sấy, tiến hành thí nghiệm tiếp theo
ở giá trị nhiệt độ sấy khấc thì tiến hành tương tự từ bước cài đặt nhiệt độ sấy
8.5.2 2 Các lưu ý
- Đối với thí nghiệm đầu tiên, khi đặt vật liệu sấy vào thì bắt đầu tính thời gian, ghi nhận giá trị cân, các giá trị nhiệt độ điểm 1
- Khối lượng ban đầu giữa các thí nghiệm phải bằng nhau hoặc thí nghiệm sau phải lớn hơn thí nghiện trước, khi thí nghiệm sau lớn hơn thí nghiêm trước thì phải luôn xem cân liên tục để khối lượng bằng thí nghiệm trước mới bắt đầu tính thời gian
- Trước khi đặt vào phòng sấy thì phải chỉnh cân về 0
- Khi nhiệt độ sấy đạt giá trị thí nghiệm nhưng giá trị vẫn tăng thì tắt điện trở 1 hoặc 3 hoặc cả 2 điện trở 1,3 tuyệt đối không tắt điện trở 2 Trường hợp sau khoảng thời
Trang 11gian xác định không đạt giá trị thì kiểm tra điện trở 1 và 3 đã bật chưa nếu chưa thì bật
- Trong suốt quá trình thí nghiệm phải điều chỉnh sao cho nhiệt độ điểm 1 , tốc dộ tác nhân sấy không được thay đổi
- Chọn bước thời gia ghi nhận giá trị cân và nhiệt độ điểm 1
- Khi giá trị cân không đổi giữa các lần liên tục thì kết thúc thí nghiệm
- Khi kết thúc thí nghiệm:
Tắt điện trở 1 và 3 nếu đang bật
Cài đặt nhiệt độ trên bộ diều khiển về nhiệt độ thí nghiệm tiếp theo, nếu đây là thí nghiệm cuối thì cài đặt nhiều độ trên bộ ddiiefu khiển về 20℃ và tắt công tắc điện trở 2
Lấy vật liệu ra khỏi phòng sấy
6 KÉT QỦA THÍ NGHIỆM CỦA ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH SẤY
8.6.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát động lực học quá trình sấy ở 40℃
Khối lượng carton chưa thấm nước là 26g
Khối luợng của carton sau thấm nước là 40g
Kích thước vật liệu: 18.16,3.0,1
Bảng 8 - 1 Bảng số liệu của thí nghiệm 1
Trang 12STT m(g) t ư t k Thời gian ( phút)
8.6.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát động lực học của quá trình sấy ở 50℃
Khối lượng vật liệu khô ban đầu: m= 26g
Khối luợng của carton sau thấm nước là 40g
Kích thước vật liệu: 18*16,3*0,1
Bảng 8 - 2 Bảng số liệu của thí nghiệm 2
Trang 13STT m(g) t ư t k Thời gian ( phút)
8.6.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát động lực học của quá trình sấy ở 60℃
Khối lượng vật liệu khô ban đầu: m= 26g
Khối luợng của carton sau thấm nước là 40g
Kích thước vật liệu: 18*16,3*0,1
Bảng 8 - 3 Bảng số liệu của thí nghiệm 3
Trang 14STT m(g) t ư t k Thời gian ( phút)
7 XỬ LÍ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
8.7.1 Thí nghiệm 1
- Tốc độ sấy lí thuyết
Nhiệt độ bầu ướt trung bình: = 32,5℃
Nhiệt độ bầu khô trung bình : = 41,9375 ℃
F = 18*16,3= 293,4 ( cm2 ) = 0.02934 ( m2 )
α q=3,6(w k .ρ k)0,6
(2.R)0,4 = 3,6(1,3.1000)0,6
(2.0,05)0,4 = 667,84 ( W/m2.K)
J m=α q
r (t k −t ư) = 667,842346 (41,9375 – 32,5) = 2,69 ( kg/m2.h)
Suy ra :
N = 100.J m.f = 100.2,69 0,02934 =7,89 ( %/h )
- Xác định độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng
Độ ẩm tới hạn của vật liệu: 53,84%
Độ ẩm cân bằng của vật liệu: 3,84%
- Tính thời gian sấy đẳng tốc, sấy giảm tốc
Thời gian sấy đẳng tốc:
X đ = 40−2626 .100=53,84 %
X k = 27−2626 = 3,84%
Trang 15T1 = X đ − X k
N = 53,84−3,847 ,,89.100 = 0,0633 ( h ) Thời gian sấy giảm tốc
T1 = X Kqu −X cb
N ln(X X Kqu −X cb
c −X cb ) = K1 ln(X X Kqu −X cb
c −X cb )
= 58,83−07,89.100 ln(53,84−0
8.7.2 Thí nghiệm 2
- Tốc độ sấy lý thuyết
Nhiệt độ bầu ướt trung bình của vật liệu: = 36,64 ℃
Nhiệt độ bầu khô trung bình của vật liệu: = 46 ℃
F = 18*16,3= 293,4 ( cm2 ) = 0.02934 ( m2 )
α q=3,6(w k .ρ k)0,6
(2.R)0,4 = 3,6(1,3.1000)0,6
(2.0,05)0,4 = 667,84 ( W/m2.K)
J m=α q
r (t k −t ư) = 667,842346 ( 46 – 36,64 ) = 2,66 ( kg/m2.h)
N = 100.J m.f = 100.2,66 0,02934 = 7,8 ( %/h )
- Xác định độ ẩm tới hạn , độ ẩm cân bằng của vật liệu Xác định độ ẩm tới hạn của vật liệu := 46,15%
độ ẩm cân bằng của vật liệu : = 3,84%
- Tính toán thời gian xấy đẳng tốc, giẩm tốc
Thời gian sấy dẳng tốc:
X đ = 38−2626 .100=46,15 %
X k = 27−2626 = 3,84%
Nên thời gian sấy đẳng tốc là
T2 = X đ − X k
N = 46,15−3,847,8.100 = 0,0542 ( h )
Thời gian sấy giảm tốc
Trang 16t2 = X Kqu −X cb
N ln(X Kqu −X cb
X c −X cb ) = K1 ln(X Kqu −X cb
X c −X cb )
= 46,15−07,8.100 ln(46,15−0
8.7.3 Thí nghiệm 3
- Tốc đọ sấy lý thuyết
Nhiệt độ bầu ướt trung bình của vật liệu: = 37,33 ℃
Nhiệt độ bầu khô trung bình của vật liệu: = 47,11 ℃
F = 18*16,3= 293,4 ( cm2 ) = 0.02934 ( m2 )
α q=3,6(w k .ρ k)0,6
(2.R)0,4 = 3,6(1,3.1000)0,6
(2.0,05)0,4 = 667,84 ( W/m2.K)
J m=α q
r (t k −t ư) = 667,842346 ( 47 – 37,33 ) = 2,78 ( kg/m2.h)
N = 100.J m.f = 100.2,78 0,02934 = 8,16 ( %/h )
- Xác định độ ẩm tới hận , độ ẩm cân bằng
Độ ẩm tới hạn của vật liệu: 53,84%
Độ ẩm cân bằng của vật liệu: 3,84%
- Tính toán thời gian xấy đẳng tốc, giẩm tốc
Thời gian sấy đẳng tốc:
X đ = 40−2626 .100=53,84 %
X k = 27−2626 = 3,84%
T3 = X đ − X k
N = 53,84−3,848,16 100 = 0,0613 ( h )
Thời gian giẩm tốc
T3 = X Kqu −X cb
N ln(X X Kqu −X cb
c −X cb ) = K1 ln(X X Kqu −X cb
c −X cb )
= 58,83−08,16.100 ln(53,84−0