BÀI BÁO CÁO THÍ NGHIỆM NGHIỀN RÂY TRỘN

Bao gồm hệ thống các bộ thiết bị: bộ nghiền, rây, trộn, CÁC công thức tính toán thiết bị, mục đích thí nghiệm, cơ sở lí thuyết, phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng,...Công suất nghiền: Trong bài thí nghiệm này ta áp dụng định luật Bond (trong trường ... Hình dáng lỗ rây: Hình tròn hoặc hình oval thì hiệu suất cao nhất còn các hình dạng

I TRÍCH YẾU

I.1 Mục đích thí nghiệm:

- Khảo sát quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm nhằm:

o Xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

o Xác định các thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc,độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng, thời gian sấyđẳng tốc và giảm tốc

o Đánh giá sai số của quá trình sấy

I.2 Phương pháp thí nghiệm:

- Tiến hành sấy giấy lọc ở 3 chế độ nhiệt độ củacaloriphe: 50o, 60o, 70o

- Đặt giấy lọc vào buồng sấy, ghi nhận khối lượng của vậtliệu sau khi làm ẩm (G1)

- Sau đó cứ 5 phút, ghi nhận giá trị cân và hai giá trịnhiệt độ bầu khô – bầu ướt; tiếp tục sấy đến khi giá trịkhối lượng vật liệu không đổi trong vòng 15 phút thì dừngchế độ thí nghiệm này và chuyển sang chế độ thí nghiệmkhác

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

II.1 Định nghĩa:

- Sấy đối lưu là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằngcách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi Trong đó cả hai quá trìnhtruyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực hiện bằngphương pháp đối lưu

II.2 Đặc trưng của quá trình sấy:

- Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp, đặc trưng cho tínhkhông ổn định và không thuận nghịch, gồm 4 quá trìnhdiễn ra đồng thời: truyền nhiệt cho vật liệu, dẫn ẩm tronglòng vật liệu, chuyển pha và tách ẩm vào môi trườngxung quanh

II.3 Xác định tốc độ sấy theo cân bằng nhiệt của quá trình sấy:

- Lượng nhiệt do dòng tác nhân sấy cung cấp trong khoảngthời gian d :

được tiêu hao để:

o Đun nóng vật liệu: (GoCo+GaCa)dθ (2)

o Bay hơi ẩm và quá nhiệt hơi: [r + Ch(t-th)]dGa

(3)Trong đó:

α: hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy vào vật liệu sấy,W/m2độ

F: bề mặt vật liệu, m2

t, θ, th: nhiệt độ của tác nhân sấy, vật liệu và hơi ẩmbão hòa, độ

Go,Co: khối lượng và nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, kg ;J/kgđộ

Ga,Ca: khối lượng và nhiệt dung riêng của ẩm, kg ; J/kgđộ

r: ẩn nhiệt hóa hơi của ẩm, J/kg

Ch: nhiệt dung riêng của hơi ẩm, J/kgđộ

- Lượng ẩm bốc hơi trong thời gian d :

là biểu thức tính tốc độ sấy theo cân bằng nhiệt

II.4 Phương tình cơ bản của động học quá trình sấy:

- Theo phương trình truyền ẩm từ vật liệu vào tác nhânsấy:

dGa = kpF(pm – p)d (7)Với:

kp: hệ số truyền ẩm trong pha khí, kg/m2.h.∆p=1 (1at hay1mmHg )

pm, p: áp suất của hơi ẩm trên bề mặt vật liệu vàtrong pha khí, mmHg (hay at)

Thay Ga = GoU vào và biến đổi, ta có:

ρo: khối lượng riêng của vật liệu khô, kg/m3

Vo: thể tích vật khô, m3

C: nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm, J/kgđộ

Ro: bán kính qui đổi của vật liệu ẩm, m

Khi đó, nếu bỏ qua nhiệt làm quá nhiệt hơi ẩm, ta có:

(10)

Với : Chuẩn số Rebinde đặc trưng cho động họcqúa trình sấy

-2 Biểu thức trên là phương trình cơ bản về động học quátrình sấy, nó cho biết sự biến đổi ẩm của vật liệu theothời gian Ta có thể nhận được biểu thức này khi giải hệphương trình vi phân mô tả truyền nhiệt - truyền ẩm trongvật liệu Nhưng nói chung hệ phương trình này không giảiđược bằng phương pháp giải tích.

II.5 Lượng nhiệt cấp cho vật liệu:

II.5.1 Lượng nhiệt cấp cho vật liệu trong giai đoạnsấy giảm tốc (q2):

- Ta thấy rằng trong giai đoạn sấy giảm tốc, đường cong tốcđộ sấy có dạng đường thẳng, nên tốc độ sấy trong giaiđoạn này được biểu diễn:

(11)Với:

K: Hệ số tỷ lệ, gọi à hệ số sấy Nó phụ thuộc vào tốcđộ sấy và tính chất của vật liệu ẩm, 1/s

K: chính là hệ số góc của đường cong tốc độ sấy ở giaiđọan sấy giảm tốc, nên:

(12)Với:

: hệ số sấy tuyệt đối, phụ thuộc vào tính chấtvật liệu ẩm

Uth: độ ẩm tới hạn

U*: độ ẩm cân bằng

N: tốc độ sấy đẳng tốc, kg ẩm/(kg vật liệu khô.s)

- Tích phân phương trình trên ta nhận được:

(13)Hay logarit hóa (8) ta có:

(14)

- Như vậy nếu biết được hệ số sấy K, có thể xác địnhđược thời gian cần thiết để thực hiện giai đoạn sấy giảmtốc

- Hệ số sấy tương đối được xác định bằng thực nghiệm vàcó thể tính gần đúng như sau:

(15)Với Uo : độ ẩm ban đầu của vật liệu

Từ đó, ta có:

(16)Thay (12) và (15) vào phuơng trình (11), ta được:

(17)

Thay (17) vào (10), ta được:

(18) II.5.2 Lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu trong giaiđoạn sấy đẳng tốc (q1):

- Trong giai đoạn sấy đẳng tốc, toàn bộ lượng nhiệt cung cấptừ dòng tác nhân bằng lượng nhiệt bốc hơi ẩm và nhiệtđộ vật liệu không đổi nên:

II.7 Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy:

II.7.1 Đường cong sấy:

- Là đuờng cong biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm vật liệu(U) theo thời gian sấy (): U = f()

(21)

- Dạng của đường cong sấy:

o Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liên kết giữa ẩmvà vật liệu, hình dáng, kích thước, cấu trúc vật liệu,phương pháp và chế độ sấy

o Đường cong sấy là hàm của quá trình sấy, vì vậytùy chế độ và phương pháp sấy khác nhau nhưngđường cong sấy vẫn có dạng tương tự nhau

II.7.2 Đường cong tốc độ sấy:

- Là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấyvà độ ẩm (hàm ẩm) của vật liệu sấy:

(22)

- Từ biểu thức (22), (23) rõ ràng đường cong tốc độ sấy làlà đạo hàm của đường cong sấy

II.8 Các giai đọan của quá trình sấy :

- Giai đoạn đun nóng vật liệu:

o Toànbộ nhiệt cung cấp để đun nóng vật liệu, ẩmbốc hơi không đáng kể

o Nhiệt độ vật liệu tăng nhanh từ 1= t0 đến nhiệt độbầu ướt tư của tác nhân sấy

o Độ ẩm thay đổi không nhiều

o Tốc độ sấy tăng nhanh từ 0 đến cực đại

o Thời gian ngắn không đáng kể

o Thường giai đoạn này được bỏ qua trong tính toán

- Giai đoạn sấy đẳng tốc:

o Nhiệt cung cấp để bốc hơi ẩm tự do ở bề mặt vậtliệu Và bề mặt bốc hơi là bề mặt ngoài của vật

-4-liệu không đổi nên các thông số sấy và độ ẩmcủa vật liệu sẽ giảm nhanh.

o Nhiệt độ của vật liệu bằng tư không đổi

o Độ ẩm của vật liệu giảm nhanh theo đường thẳng

o Tốc độ sấy không đổi

o Trong giai đoạn này tốc độ khuếch tán ẩm từ tronglòng vật liệu ra bề mặt lớn hơn tốc độ do bốc hơitừ bề mặt, nên bề mặt luôn bão hoà ẩm

- Giai đoạn sấy giảm tốc:

o Nhiệt độ của vật liệu tăng dần từ tư lên t2 của tácnhân

o Độ ẩm giảm chậm đến độ ẩm cân bằng U*

o Lúc này, trong vật liệu xuất hiện 3 vùng: ẩm, bốchơi và khô

o Tốc độ sấy giảm tốc từ tốc độ đẳng tốc No xuống

0, tuỳ theo cấu trúc vật liệu mà có biến dạng khácnhau

o Tốc độ khuếch tán trong chậm hơn tốc độ bốc hơi ởbề mặt, nên tốc độ chậm dần và có hiện tượng cobề mặt bốc hơi

II.9 Thời gian sấy vật liệu:

- Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc (thời gian sấy đẳng

tốc - ) được xác định từ:

(23)nên tích phân (23) lên ta có:

(24)Với Uth : là độ ẩm tới hạn, độ ẩm cuối gian đoạn sấyđẳng tốc

- Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc:

Trong giai đoạn này, nếu đường cong tốc độ sấy có dạngđường thẳng (hoặc qui đổi sang đường thẳng; N2 = ax+b) thì tacó thể tích phân để tính thời gian sấy giai đoạn sấy giảmtốc ( ):

(25)Với U* : độ ẩm cân bằng, độ ẩm kết thúc giai đoạn sấygiảm tốc

- Thời gian sấy vật liệu:

Thời gian sấy vật liệu được tính bằng tổng thời gian của 3giai đoạn sấy: đốt nóng vật liệu , sấy dẳng tốc ( ) và sấygiảm tốc ( ); có thể bỏ qua giai đoạn đốt nóng vật liệu, vìgiai đoạn này xảy ra rất nhanh Biểu thức tính thời gian như sau:

(26)

Với U2 : độ ẩm của vật liệu cuối quá thình sấy, tương ứngvới ; U2 > U* và thường được lấy: U2 =U* +2 ÷ 3 (%).

III THIẾT BỊ – DỤNG CỤ – CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:

III.1 Thiết bị – Dụng cụ:

- Hệ thống thiết bị sấy được trang bị:

o Caloriphe: gồm hai chùm điện trở khô, có công suất10KW và được ổn định nhiệt độ nhờ bộ điều nhiệttự ngắt

o Quạt hút: có tốc độ 0,85 m/s, để hút không khí ( tácnhân sấy) và thổi qua caloriphe để nâng nhiệt độdòng tác nhân lên nhiệt độ cần thiết

o Hệ thống cân: xác định lượng ẩm tách ra từ vậtliệu

o Hai cửa gió: có van lá, để thay đổi lượng tác nhân

o Hệ thống đo nhiệt độ: gồm hai đầu dò nhiệt độbầu khô – bầu ướt được đặt trong buồng sấy – bêntrái giàn lưới đặt vật liệu sấy và đồng hồ cơ đobằng nhiệt độ

- Hệ thống thiết bị thí nghiệm được mô tả trên sơ đồ sau:

III.2 Vật liệu sấy:

- Gồm 3 sấp giấy lọc được gấp lại

III.3 Cách tiến hành thí nghiệm:

Quan sát hệ thống.

 Làm ẩm giấy lọc:

- Lấy khoảng 2/3 chậu nước inox

- Sau khi cân xong, lấy giấy lọc ra và nhúng nhẹ nhàng từngsấp giấy (tránh rách giấy) vào chậu nước – chờ khoảng

30 giây cho nước thấm đều giấy, lấy giấy lọc lên – phơingoài khôngkhí (trên song sắt cửa sổ) cho đến khi hếtnhiễu nước

- Chuẩn bị đồng hồ đeo tay để đo thời gian

 Kiểm tra hệ thống:

- Lắp lại cửa buồng sấy – vặn chặt các con tán của cửa

- Mở hết các van lá của hai cửa khí vào, ra

-6 Châm đầy nước vào bầu nước (phía sau hệ thống, khôngphải là các cốc nước đối trọng trên cân) để đo nhiệt độbầu ướt.

Khởi động hệ thống:

 Khởi động quạt:

- Đóng cầu dao của quạt để hút các dòng tác nhân vàovà thổi qua caloriphe gia nhiệt dòng tác nhân ( tìm cầu daoquạt bằng cách nhìn đường dây dẫn điện vào quạt)

 Khởi động caloriphe:

- Đóng cầu dao của caloriphe để dẫn điện vào hộp điềukhiển, (nhìn đường dây điện sẽ tìm được cầu dao caloriphe)

- Bật công tắc của chùm điện trở thứ hai (HEATER II) ở vịtrí chính giữa sang ON Ở chế độ 70C thì bật thêm côngtắc của chùm điện trở thứ nhất (HEATER I) ở phía bêntrái của công tắc điện trở thứ hai

 Cài đặt nhiệt độ cho caloriphe:

- Mở nắp mica của hộp cài đặt nhiệt độ (phía trên côngtắc của chùm điện trở II) và cài đặt nhiệt độ cần thiết.Đồng hồ điện tử trên hộp cài đặt cho biết nhiệt độ củacaloriphe

Tiến hành các chế độ thí nghiệm:

 Chờ hệ thống hoạt động ổn định khi:

- Nhiệt độ của caloriphe đạt giá trị cài đặt  (12oC)

- Giấy lọc phơi không còn nhiễu nước

 Tiến hành sấy vật liệu ở chế độ cần khảo sát:

- Mở cửa buồng sấy ra – đặt cửa lên bàn

- Đặt nhẹ nhàng từng sấp giấy lọc lên các lưới sấy

- Lắp kín cửa buồng sấy lại

 Đo số liệu trong một chế độ thí nghiệm:

- Các số liệu cần đo: khối lượng, nhiệt độ bầu khô – bầuướt và thời gian

Cách đọc giá trị đo:

- Khối lượng (gam): khi đặt giấy lọc vào buồng sấy, kim của

cân sẽ dao động (cân gồm hai kim, chỉ đọc dây kim mảnhnhỏ, không đọc số lớn) Nếu dây kim nằm giữa hai số thìcộng lại chia đôi

- Nhiệt độ (F): đồng hồ cơ hiển thị nhiệt độ đo theo nguyên

tắc cơ học: có tất cả 4 kim (hai kim nhỏ bên trong và haikim lớn bên ngoài) quan tâm hai kim lớn (kim lớn bên phảichỉ nhiệt độ bầu khô; kim lớn bên trái chỉ nhiệt độ bầuướt).Đầu nhọn của các kim này sẽ chỉ vào các vòngtròn có ghi giá trị nhiệt độ (vòng đậm có giá trị cụ thể,vòng mảnh không ghi giá trị – mỗi vòng là hai đơn vị độ).Giá trị nhiệt độ tăng từ trong ra ngoài, nếu đầu kim nằmgiữa hai vòng mảnh thì lấy giá trị lẻ 1 độ

- Thời gian: đo bằng đồng hồ đeo tay.

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

Bảng 1: Kết quả đo số liệu thô Khối lượng mẫu khô Go = 47.5(g) Go = 45(g) Chế độ sấy 50 0 C Chế độ sấy 60 0 C Chế độ sấy 70 0 C

G (g) (F) t ư (F) t k



(ph út)

G (g) (F t ư

)

t k

(F )

67 0,1400 14,44 39,44 0,0333 0,1450 14,44 43,89 0,0333 0,1375 26,11 59,440,03

33 0,1390 14,44 40,00 0,0667 0,1380 14,44 43,89 0,0667 0,1250 26,67 60,560,05

00 0,1355 14,44 40,00 0,1000 0,1325 14,44 43,89 0,1000 0,1150 27,78 61,110,06

67 0,1300 14,44 40,17 0,1333 0,1300 14,44 43,89 0,1333 0,1075 27,78 61,110,10

00 0,1225 14,44 40,42 0,1667 0,1200 14,44 43,89 0,1667 0,0950 27,78 61,670,13

33 0,1175 14,44 40,56 0,2000 0,1150 14,44 43,89 0,2000 0,0850 28,33 61,670,16

67 0,1125 14,44 40,56 0,2333 0,1100 14,44 43,89 0,2333 0,0750 28,33 61,670,20

00 0,1080 14,44 40,56 0,2667 0,1025 14,44 43,89 0,2667 0,0650 28,33 61,670,23

33 0,1020 14,44 40,56 0,3000 0,0975 14,44 43,89 0,3000 0,0600 28,33 62,220,26

67 0,0980 14,44 40,56 0,3333 0,0925 14,44 43,89 0,3333 0,0550 28,33 62,220,30

00 0,0925 14,44 40,56 0,3667 0,0850 14,44 43,89 0,3667 0,0500 28,33 62,22

33 0,0870 14,44 40,56 0,4000 0,0775 14,44 43,89 0,4000 0,0475 28,33 62,220,36

67 0,0825 14,44 40,56 0,4333 0,0725 14,44 43,89 0,4333 0,0475 28,33 62,220,40

00 0,0780 14,44 40,56 0,4667 0,0675 14,44 43,89 0,4667 0,0450 28,33 62,220,43

33 0,0740 14,44 40,56 0,5000 0,0650 14,44 43,89 0,5000 0,0450 28,33 62,220,46

67 0,0670 14,44 40,56 0,5333 0,0600 14,44 43,89 0,5333 0,0450 28,33 62,220,50

Bảng 3: Kết quả tính toán từ các thông số đã sử lý

Chế độ sấy 50 0 C



(h) (kg) G (%) U G= U (%/h) N ( 0 t C) ư ( 0 t C) k (mmH P m

g)

P (mmH g)

Th ế sa áy

0,000

0 0,1425 200,00 5,26 315,79 14,44 39,44 10 1 9

0,016

7 0,1400 194,74 2,11 126,32 14,44 39,44 10 1 9

3 0,1390 192,63 7,37 442,11 14,44 40,00 10 1 90,050

0 0,1355 185,26 11,58 694,74 14,44 40,00 10 1 90,066

7 0,1300 173,68 15,79 473,68 14,44 40,17 10 1 90,100

0 0,1225 157,89 10,53 315,79 14,44 40,42 10 1 90,133

3 0,1175 147,37 10,53 315,79 14,44 40,56 10 1 90,166

7 0,1125 136,84 9,47 284,21 14,44 40,56 10 1 90,200

0 0,1080 127,37 12,63 378,95 14,44 40,56 10 1 90,233

3 0,1020 114,74 8,42 252,63 14,44 40,56 10 1 90,266

7 0,0980 106,32 11,58 347,37 14,44 40,56 10 1 90,300

0 0,0925 94,74 11,58 347,37 14,44 40,56 10 1 90,333

3 0,0870 83,16 9,47 284,21 14,44 40,56 10 1 90,366

7 0,0825 73,68 9,47 284,21 14,44 40,56 10 1 90,400

0 0,0780 64,21 8,42 252,63 14,44 40,56 10 1 90,433

3 0,0740 55,79 14,74 442,11 14,44 40,56 10 1 90,466

7 0,0670 41,05 4,21 126,32 14,44 40,56 10 1 90,500

0 0,0650 36,84 5,26 157,89 14,44 40,56 10 1 90,533

3 0,0625 31,58 5,26 157,89 14,44 40,56 10 1 90,566

7 0,0600 26,32 10,53 315,79 14,44 40,56 10 1 90,600

0 0,0550 15,79 5,26 157,89 14,44 40,56 10 1 90,633

3 0,0525 10,53 10,53 126,32 14,44 40,56 10 1 90,716

-12-Bảng 4: Kết quả tính toán từ các thông số đã sử lý

(tt) Chế độ sấy 60 0 C



(h) (kg) G (%) U G= U (%/h) N ( 0 t C) ư ( 0 t C) k (mmH P m

g)

P (mmH g)

The á sấ y

0,00

00 0,1475 210,5260 5,2632 157,8947 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,03

33 0,1450 205,2630 14,7368 442,1053 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,06

67 0,1380 190,5260 11,5789 347,3684 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,10

00 0,1325 178,9470 5,2632 157,8947 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,13

33 0,1300 173,6840 21,0526 631,5789 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,16

67 0,1200 152,6320 10,5263 315,7895 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,20

00 0,1150 142,1050 10,5263 315,7895 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,23

33 0,1100 131,5790 15,7895 473,6842 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,26

67 0,1025 115,7890 10,5263 315,7895 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,30

00 0,0975 105,2630 10,5263 315,7895 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,33

33 0,0925 94,7368 15,7895 473,6842 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,36

67 0,0850 78,9474 15,7895 473,6842 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,40

00 0,0775 63,1579 10,5263 315,7895 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,43

33 0,0725 52,6316 10,5263 315,7895 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,46

67 0,0675 42,1053 5,2632 157,8947 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,50

00 0,0650 36,8421 10,5263 315,7895 14,44 43,89 10 0,001 9,999

33 0,0600 26,3158 5,2632 157,8947 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,56

67 0,0575 21,0526 5,2632 157,8947 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,60

00 0,0550 15,7895 5,2632 157,8947 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,63

33 0,0525 10,5263 5,2632 157,8947 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,66

67 0,0500 5,2632 5,2632 157,8947 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,70

00 0,0475 0,0000 5,2632 157,8947 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,73

33 0,0450 5,2632- 0,0000 0,0000 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,76

67 0,0450 5,2632- 0,0000 0,0000 14,44 43,89 10 0,001 9,9990,80

00 0,0450 5,2632

5,263

-2 6,5790 14,44 43,89 10 0,001 9,999

Bảng 5: Kết quả tính toán từ các thông số đã sử lý

Chế độ sấy 70 0 C



(h) (kg) G (%) U G= U (%/h) N ( 0 t C) ư ( 0 t C) k (mmH P m

g)

P (mmH g)

Th ế sa áy

0,00

00 0,1475 227,778 22,2222 666,6667 25,56 58,89 22,0 6,5 15,50,03

33 0,1375 205,556 27,7778 833,3333 26,11 59,44 22,5 7,0 15,50,06

67 0,1250 177,778 22,2222 666,6667 26,67 60,56 22,5 7,0 15,50,10

00 0,1150 155,556 16,6667 500,0000 27,78 61,11 27,0 11,0 16,00,13

33 0,1075 138,889 27,7778 833,3333 27,78 61,11 27,0 11,0 16,00,16

67 0,0950 111,111 22,2222 666,6667 27,78 61,67 27,0 11,0 16,0