Luận văn thạc sĩ nghiên cứu quá trình truyền nhiệt và chuyển chất trong sấy vật chuyển Động Ảnh hưởng của chuyển Động của vật lên chuyển khối khi sấy

Từ những tìm hiểu và nhận định trên, để góp phần vào các nghiên cứu cơ bản cho các quá trình chúng tôi được giao nhiệm vụ : Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt và chuyển chất trong sấy vậ

BO GIAO DUC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG ĐẠI HỌC BÁCTI KIFOA HÀ NỘI

CAO DUY IỮU

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỂN NHIỆT VÀ CHUYỂN CHẤT

TRONG SAY VẬT CHUYỂN ĐỘNG : ẢNH HƯỚNG CỦA

CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT LÊN CHUYỂN KHỐI KHI SẤY

Chuyên ngành : Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học

Mã số

LUẬN VĂN THẠC SỸ KIOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Dã Ngọc Cử

TIÀ NỘI 2008

MỤC LỤC

Trang

1.1 Sự truyền nhiệt và chuyển chất trong quá trình sấy 2

T.1.1 Quá trình truyền ẩu trong, vậi sấy 3 1.1.2 Quá trình truyền ẩm giữa bể mặt sấy và môi trường 3

1.1.3 Quan hệ giữa nhiệt và truyền ẩm 3

1.3 Mô tả hiện tượng truyền nhiệt và chuyển chất trong quá trình

sấy bằng cấc phương trình chuẩn sổ 10

Chương III Kết quả thí nghiệm và các phản tích 26

1IL.1 Kết quả thí nghiệm chuyên chất 26

T2 Kết quả truyền nhiệt và chuyển chất khi sấy lầng nôi

MỎ ĐẦU

Vấn để truyền nhiệt và chuyển chất trong các quá trình công nghệ hóa học là một lĩnh vực rộng lớn Các quá trình truyền nhiệt, thoát ẩm khi vat ẩm đặt trong môi trường khí nóng ta cing gặp thường xuyên trong đời sống sản

xuất và nghiên cứu khoa học Vấn để này là cơ sở khi nghiên cứu, tính toán và

thiết kế các quá trình và thiết bị phục vụ sán xuất, nghiên cứu Ví dụ như các

quá trình sấy làm khô các sán phẩm thực phẩm và các sản phẩm hóa học khác

Các nghiên cứu về quá trình sấy dã dược làm từ rất lâu, hiện tại người tz

vẫn đang được tiếp lục ngiên cứu, bổ xung các kết quả mới nhằm hoàn thiện

hơn nữa lí thuyết quá trình sẩy vốn dĩ rất phúc tạp

Sau khi tham khảo tìn hiểu một số nghiên cứu gần đây cũng như các tài liệu trong nước và nước mguồi, chúng tôi nhận thấy các nghiên cứu cơ bắn cho các quá trình này là rất cần thiết, Các kết quả nghiên cứu cơ bản sẽ là nền táng cho lý thu:

ất sấy nói chung lrong, quá trình truyền nhiệt và thoát ẩm thì vai

trò của vật ẩm đóng vai trò quan trọng, quyết định đến tính chất của quá trình

Vật ẩm có thể ð trạng thái tĩnh hoặc trạng thái dao động, các thay đối về mặt

trạng thái chuyển động cũng phần nào ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt

và chuyển khối khi vật ẩm tương tác với môi trường khí nóng

Từ những tìm hiểu và nhận định trên, để góp phần vào các nghiên cứu

cơ bản cho các quá trình chúng tôi được giao nhiệm vụ : Nghiên cứu quá trình

truyền nhiệt và chuyển chất trong sấy vật chuyển dộng : ảnh hưởng của

dn done wha van 8

chuyển động của vật lên chủ!

CHUONG I

TONG QUAN

1.1 Su truyén nhiệt và chuyển chat trong qué trinh sấy

Sấy là quá trình tách ẩm bằng cách cấp nhiệt cho vật liệu để ấm bay

hai Vật liệu sấy có thể ở đạng rắn ẩm, bột nhão hoặc dung dịch

Sấy đối lưu là dùng không khí nóng hoặc khí lò làm †ác nhân sấy có nhiệt độ, đô ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy lao trầm vật sấy làm cho

ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ (gián đoạn) hay liêu tục

Quá trình sấy đổi lưu bao gỏm các giai doạn: lòng khí cấp nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền ẩm từ trong vật sấy ra ngoài bề mật sấy, quá trình

truyền ẩm từ bể mật vật sấy vào môi trường Các quá trình truyền nhiệt và

truyền chất trên xảy ra đồng thời trên vật sấy, chúng có ảnh hưởng qua lại lẫn

nhau và chịu ảnh hưởng của nh nhân lố, trong đó mội số thuộc vể tải lân

sấy, một số thuộc về thiết bị, một số thuộc về vật liệu sấy như kích thước, cấu

truc và liên kết ẩm trong vật liệu ẩm, trạng thái của vật là đứng yên hay

án để

chuyển động

Các dạng liên kết giữa nước và vật liệu

Nước có trong vật liệu đa có thể chúa làm hai loại: nước bự do và nước

liên kết Nước tự đø nằm trong vat ẩm là lượng nước mà hơi nước có áp suất

riêng phần bằng giá trị bão hòa ở nhiệt độ hiện tại của vật ẩm Nước liên kết với vật ẩm có áp suất riêng nhỗ hơn áp suất báo hòa ứng với nhiệt độ của vật

Nâng lượng liên kết càng lớn, áp suất hơi Ap càng nhỏ, càng Khó tách Muốn

tách nước ra khỏi vật ẩm cần có năng lượng bằng hay lớn hơn năng lượng liên

kở

kết của nó với vật ẩm Dẻ có thể lựa chọn phương pháp tách nước tốt nhất, cần

biết các dạng liên kết của nó với vật Ấm

1.1.1 Quá trình truyền ẩm trong vật sấy

Quá trình truyền ẩm từ trong lòng vật sấy ra ngoài bể mặt nhìn chung,

do chênh lệch độ ẩm và chênh lệch nhiệt độ giữa vật ẩm và môi trường

vật sấy ra ngoài Việu dẫn ẩm từ trong vái sấy ra ngoài gây nên do gradien đồ

ẩm, còn gradien nhiệt độ ngược lại làm chậm sự dẫn ẩm Sự bay hơi ẩm trên

bể mặt vật liệu tạo nên dòng ẩm trong vật sấy

Dòng ẩm từ trong vật sấy truyền ra ngoài trong sấy đối lưu là:

Ga ~ Van Ses I2]

1.1.2 Quá trình truyền ẩm giữa bề mạt sấy và môi trường

Quá trình trao đối nhiệt và trao đổi chất giữa bẻ znật vật sấy và môi chất sấy rất phúc tạp, cỏ thể mô tá bằng hệ thống các phương trình vi phan va các

điều kiện dơn trị của chúng Dòng hơi ẩm thoát ra từ vật vào môi trường bao

gầm ba thành phần: đồng ẩm khuếch tán, đồng ẩm khuếch tần nhiệt và đồng

ẩm do khuếch tán phân tử

thu — Quy † Quá † Quy, H3]

Dòng khuếch tán q„ gây nên bởi chênh lệch nồng độ hơi ẩm giữa bẻ

mặt và môi trường Dòng khuếch tán nhiệt q,„ gây nên do chênh lệch nhiệt độ

giữa bé mật và môi trường, Còn dòng khuếch tán phân tử gây nên do chênh lệch phân áp suất hoi giửa bề mặt và môi trường Dòng khuếch tán và khuếch

tán phân tử đóng vai trò chính, đèng khuếch tán nhiệt rất nhỗ, trong nhiều

trường hợp có thể bộ qua Khó có thể phân dịnh các dòng trên nên trong quá

trình thực lế, sự truyền dim tit bé mat vat dim vào xôi trường khí được biểu thị

qua định luật cấp khối:

Pow Dạy - Ép suất hơi trên bễ suậi và môi lường, minHg;

Tượng ẩm truyền ra môi trường phụ thuộc vào chế độ chảy và hướng, chuyển động của dòng khí, nhiệt độ bé mặt của vật ẩm, trạng thái của vật là

đứng yên(fĩnh) hay chuyển động

TÌệ số cấp khối B là mật đại lượng phức tạp Nó phụ Thuộc vào tính chất

vật lý của các pha, nhiệt dộ, áp suất, lưu lượng, kích thước bình học đặc trưng

và cấu tạo thiết bị Cách tính ÿ thông qua các phương trình chuẩn số:

TIệ sổ cấp khối 8 còn có thể được xác định từ phương trình :

bau khé va bau uct, °K; A wan là các hệ số phụ thuộc vào chế độ chuyển dộng

của đồng khí và một số yếu 16 ảnh hưởng khắc

1.1.3 Quan hệ giữa nhiệt và truyền ẩm

Quan bệ giữa nhiệt và truyền ẩm thể hiện qua các phương trình vi phân

r — nhiệt hóa hơi của nước liên kết trong vật ẩm, k]/kg;

mạm, — khối lượng chất khô và nước trong vật ẩm, kg;

QuQ; — nhiệt lượng nứng nồng vật ẩm, nhiệt lượng để nước bay

+ - sự thay đổi độ ẩm trung bình của vật sấy, còn gọi là tức đệ +

say

Nhiệt hóa hơi của nước liên kết trong vật ẩm bằng tổng nhiệt hóa hơi

cla nude, nhiệt nung nóng hơi nước, nhiệt lượng thẳng năng lượng liên kết

của nước với chất khô

r—1, 1 C(t—te) | Ar 1-9]

Trang đó:

hóa hơi của nước, k]/kp,

€,— nhiệt dung riêng của nước, kl/kg.dộ;

†— nhiệt độ của hơi bị đốt nóng, °C;

tp —nhiét d6 bay hoi cha nude, °C;

Ar — nhiệt lượng liên kết của nước, k]/kp;

Cường độ truyền nhiệt từ tác nhân sấy đến vật sấy được thể hiện ở công thức :

1.2 Các giai đoạn sấy

Trong quá trình sấy, độ ẩm của vật ẩm liên tục thay đổi theo hướng giảm dân Tùy cấu tao của vật âm và phương pháp sẩy mà độ ẩm và nhiệt độ

của vật sấy ở các phần bêu trong và trên bê mặt cũng khác nhau tlieo từng giai

Các giai đoạn sấy gồm: giai đoạn đấu hay còn gọi là giai đoạn nung nóng vật sấy đến nhiệt độ bay hơi của ẩm, giai đoạn thứ nhất bay giai đoạn có tốc độ sấy không đổi, giai đoạn thứ hai là giai đoạn tốc độ sấy giảm dân

Ở giai đoạn đâu (mung nóng), nhiệt độ tác nhan say cao hơn nhiệt độ bay hơi của ẩm, nhiệt độ của vật sấy được nâng lên đến nhiệt độ bay hơi của

ẩm (tu) Do được làm nóng nên độ ẩm của vật cố giám ít đo bay hơi ẩm Sự tang nhiệt độ xây ra không đồng đều ở phần trong và phần ngoài vật Vùng

trong vật đạt đến 1„ chậm hơn Dối với những vật clễ sấy, giai đoạn làm nóng,

vật xẩy ra rất nhanh

Quá trình sấy chỉ có thể xảy ra khi nhiệt độ của vật sấy cao hơn nhiệt

độ điểm sương của tác nhân sấy, nếu ngược lại hơi nước từ tác nhán sấy sẽ

ngưng và thấm vào vật sấy

Trong giai doạn sấy thứ nhất, nhiệt độ của vật sấy bằng nhiệt độ bay hơi

của nước Tốc độ bay hơi nước và nhiệt độ của vật sẩy là không thay dỏi

Nhiệt lượng từ tác nhân sấy truyền cho vật sấy cấp hết cho nước bay hơi:

Trong giai dạn này chủ yếu làm bay hơi nước tự do trong vật sấy Hơi bay lên từ bổ mật vật sấy là hơi nước bão hòa, nhiệt hổa hơi đứng bằng nhiệt

hóa hơi của nước tự do nên nhiệt độ bề mặt thấm tướt bằng nhiệt độ bẩu ướt

Tốc độ sấy ở giai đoạn này tỉ lệ

_ am tac 4

ñ tốc độ truyền nhiệt vào vật

:ố tốc độ sấy không đổi, lượng ẩm đã bay lơi phải bằng lượng Ẩm

sâu bên trang truyền ra bề mặt vật

Giai đoạn U = const kết thúc khi tốc độ bay hơi lớn hơn tốc độ dẫn ẩm

au ane

mm bổ mại, Tiếp đó là giai đoạn tốc độ sấy giảm đầu Đó là do cũng về

cần tách cầng có năng lượng liên kết lớn, áp suất hơi nhỏ, tách khó

Phương trình tốc độ ở giai đoạn sau:

Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn so với dm tự do và nó càng,

tảng khí độ ẩm của vật căng nhỏ Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật

càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vặt sấy bằng với độ

ẩm căn bằng ứng với điều kiện của môi trườngkhông khí ẩm trong buồng

sấy(u,,ø¿,) thì quá trình thoát ẩm của vật dừng lại có nghĩa là tốc độ sấy bảng,

không tt 6) Nhiệt độ ở lớp bên ngoài bể mặt tăng nhanh, còn càng vào

sâu bên trong vật nhiệt độ tăng chậm hơn do đó hình thành gradien nhiệt độ trong vật sấy Ở cuối quá trình sấy do tốc độ sấy gidm nên thời gian sấy kéo, dài Vẻ lý thuyết dể cho độ ẩm vật sấy dạt đến độ ẩm can bằng thì thời gian

sấy z — œ tức là đường cong u — f(c) tiệm cận với đường thẳng u,,=coust

Trong thực tế người lá sấy cđến độ ẩm cuối cùng Ú, lớn hơn độ ẩm cân bằng, Tốc độ sấy không đổi ở giai đoạn thứ nhất, giảm dân ở giai đoạn thứ hai và bằng không khi u = tụ

'Vấn đề vặt sấy đao động trung quá trình sấy đối lưu

Trong quá trình sấy đối lưu, vật sấy có thể ở trạng thái tĩnh hoặc trạng

thái dao động Các dạng chuyển động của vật sấy có thể qui về các chuyển

tang độ rối cúa lớp chất lỗng sát trên bẻ mật, lớp biên chảy tảng đo đó bị ánh hưởng dẫn tới các thay đổi về truyền nhiệt và chuyển chất trong quá trình sấy

Khi vat dm dạng hạt, kích thước tương đối đồng đều chuyển động lơ

lửng trong đồng khí, quá trình truyền nhiệt vã chuyển chất giữa tác nhân sấy

và hạt ẩm xảy ra rất mạnh Đó là kết quả khi bể mặt hạt được tiếp xúc tối đa

với đồng khí theo các phương chiều và hướng quay khác nhau

Một vật đao động điều hòa so với hệ tọa độ đứng yên thỏa mán phương trình vi phần :

Và nghiệm của phương trình đó có đạng (xét tĩnh huống góc pha ban

dau bang 0):

x = Asin(at) = Asin(2att) (1-15)

Khi vật sấy dao động trong tnuémg trong luc voi gia t

p(m/s”), ta oé thé thiét lạp chuẩn số không thứ nguyên đại điện cho tác động

xuất hiện thêm yếu tố dao động thể hiện qua chuẩn số R nói trên

Phương trình truyền nhiệt tổng quát :

Nu - C.Re*.Ren [I-19]

Phương trình chuyển khối tổng quát:

Bằng các thực nghiệm cụ thể có thể đản đến xác định được các tham số

2,n, my nẺ, mẺ,

1.3 Mô tả hiện tượng truyền nhiệt và chuyển chất trong quá trình sấy

bằng các phương trình chuẩn số

Theo thuyết đồng dạng: Nếu hai quá trình là đồng dạng vật lý thì tất cả

các chuẩn số cũa chúng có cùng siá trị Khi thiết lập các chuẩn số xuất phát từ

phương trình cân bằng được biểu thị dưới dạng phương trình vi phân, những

hiểu biết lí tính bao gồm mọi phạm vi khoa học được thể hiện Từ đó các quá

rút ra các chuẩn số đồng dạng, từ đó thiết lập được phương trình chuẩn số cho

quá trình cấp nhiệt Sau đây đưa ra một số chuẩn số tiêu biểu

Chuấn số Nussel : Đặc trưng cho quá trình cấp nhiệt ở bể mặt phân

Gr =Ga,fat= glip par w [1-25]

Thương trình tổng quất của quá trĩnh cấp nhiệt:

Đối với chất khí, sự biến đổi của Pr theo nhiệt độ là rất nhỗ, có thể coi

Pr — const, Khi dòng khí chuyển động cưỡng bức có thể bỏ qua ánh hưởng của

chuẩn số Gr Khi đó phương trình [T-15] có thể viết gọn lại như san:

Nu = C.f(Re) = CRe* -2Z71

lIệ số C sẽ chứa trong nó giá trị của chuẩn số Pr và Gr Tùy vào các

trường hợp cụ thể mnà phương trình [1-16] cổ dụng cụ thể khác nhau,

Đông dạng quá trình chuyển chất:

Việc xác định hệ số cấp khối [} thông thường được xác dịnh bảng cách

sử dụng thuyết đồng dạng, đưa các phương trình vi phân về các phương trình

Đối với chất khí, sự biến đổi của Pr theo nhiệt độ 1a rat nhỏ, có thé coi

Pr — const Khi qué tink xay ra trong môi trường khí chuyển dộng cưỡng bức đúc nầy có thể bổ qua ảnh hưởng của các chuẩn số, Gr và EÐ) Thì la cổ phương trình:

Mu= A./(Re) [-35]

Bằng cách làm thí nghiệm đối với nhiều trường hợp có thể xác định

được các số mủ cúa phương trình nói trên

1.4 Say tang s6i

Sấy tầng sôi là một trường hợp của sấy đối lưu trong đó lớp vật liệu dưới tác động của tác nhân sấy (có thể còn có các tác động khác) chuyển động

lơ lững và xáo trộn cùng dòng khí nóng tao thành lớp sôi Trong lớp sôi khí

uống gia nhiệt và sấy khô vật liệu

Các quá trình sấy tầng sôi có trao đổi nhiệt và truyền ẩm gia tác nhân

sấy và vật liệu sấy với cường độ cao, thời gian sấy giảm, năng suất vì thế tăng

"Truyền nhiệt và chuyển chất trong lớp sôi

Quá trình trao đồi nhiệt và ẩm giữa các hạt rắn và tác nhân sấy trong

lớp sôi xây ra rất mạnh, nhiệt độ phân bố rất đỏng đều trong toàn bộ lớp Do

sự khuấy trộn mãnh liệt trong lớp mà gradicmt nhiệt độ theo hướng kính có thể

Với lớp hạt trong sấy tảng sôi, các hạt sắp xếp gần sắt nhau Khi cố

dòng khí nóng thổi qua, các hạt chuyển động và tráo đổi chỗ chơ nhau Các

hạt bên dưới chuyển động lên trên và nhường chỗ cho các hạt bên trên chìm xuống Khi mật đô các hạt là lớn, sự va chạm giữa các hạt thường xuyên xảy

ra Các hạt bên đưới nhận nhiệt trước các hạt bên trên nên có nhiệt độ cao hơn, khi di lên va chạm với các hạt khác có nhiệt dộ thấp hơn sẽ xảy ra hiện tượng

ân bớt một lượng nhiệt từ hạt đến hạt, bên cạnh đó còn có hiện tượng

tru,

n bớt một phần động năng giữa các hạt lẫn nhau và cũng góp phẩn thay

đổi nhiệt độ của chúng

Khi các hạt đem sấy có số lượng rất ít, không gian sấy đủ lớn để các hạt hầu như không va chạm lẫn nhau, chuyển dộng của các hạt cỏ thể coi như chuyển động tự do dưới tác động của dòng khí, khi đó hiện tượng truyền nhiệt

và thoát ẩm của một hạt là kết quả tương tác giữa hạt đó và tác nhân sấy, không chịu ảnh hưởng của các hạt xung quanh

LIệ số cấp khối có thể tính theo công thức:

TÍN hao

Trong đó: Ï?- bề mặt thấm ướt của hạt vật liệu, m”;

F-3,14(4,) ; với dự là đường kính tương đương của hạt vật lieu

Ap - dhênh lệch áp suất hơi giữa mdi trường và bề mặt vậi liệu +~ thời gian, gị

ni = lượng din bay ra trong thời gian +, (8);

Kết luận

Tiên cơ sở các vấn dễ trình bày tổng quan ở trên, để dạt dược các mục tiêu dẻ

ra (Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt và chuyển chất trong sẩy vật chuyển động : ảnh hưởng của chuyển động của vật lên chuyển khối khi sấy) Luan văn tập trung giải quyết những zhiệm tụ cự thể sau day:

1

Nghiên cứu quá trình chuyển khối với vật ẩm ở trạng thái nh, từ đó

đưa ra phương trình chuẩn số liên hệ giữa Nu' - Re

Từ nhưng kết quả ở phần 1 kể trên, tiếp tục nghiên cứu quá trình chuyển

khối của vật ở trạng thái dao động Trên cơ sở phương trình dưa ra ở trên, thành lập phương trình chuẩn số nói lên ảnh hưởng của yếu tổ dao

động lên quá trình chuyển khối

Nghiên cứu quá trình sấy tầng sôi với các hạt chè ẩm Nêu ra các nhận xét khi các hạt cổ mặt độ va chạm nhỏ (s

ó lượng ít hạt) và khi sấy với tạp hợp hại có mật độ va chạm lớn

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong luận văn này, chúng tôi nghiên cứu quá trình truyền nhiệt và

chuyển chất trong sấy thông qua các mẫu vật thí nghiệm tự tạo và tiến hành

thí nghiệm sấy tầng sôi với tập hợp hạt thực vật là hạt chè đen

Nguồn điện 10 Trục lệch tâm

Caloriphe 12 Nhiệt kế bầu khó, bầu ướt

Van điều chỉnh lưu lượng gió 13 Bộ điều chỉnh tân số dao động

Nguyên tác hoạt động

Hệ Thống thí nghiêm có thể tiến hành các thí nghiệm khi xnẵu vật ở

trạng thái tĩnh và trạng thái daa động, bên cạnh đó khí tháo đỡ bộ phận tạo dao động, có thể tiến hành thí nghiệm sấy tầng sôi với các hạt ẩm

sấy có thể điều chỉnh nhờ hệ thống công tắc điều khiển, giới hạn nhiệt độ từ

60 : 17C Không Mi được gia nhiệt khủ thổi qua cakriphe, vận lốc gió được điều khiển bằng lá gió 4 Nhiệt độ dòng khí được đo nhờ thiết bị đo 8

Bộ tạo dao động bao gồm động cơ 11, tốc độ vồng quay động cơ được

Khi máy sấy chạy ổn định ở một chế độ nỉ

độ và vận tốc giồ như mong muốn, mẫu vật được đưa vào không gian sấy, tiến hành đo đạc các thông số cần thiết cho quá trình nghiên cứu

Thí nghiệm chuyển chất với mã

Mẫu vật bằng thép tại thí nghiệm truyền nhiệt được bọc một lớp vải có

khả năng thấm nước tốt Mẫu vật mới này được tâm ấm đến một độ ẩm xác

lướt qua bể mặt ở một nhúệt độ xác định (65°C), làm nóng vật ẩm và thoái ẩm

ra ngoài Nhiệt độ bé mặt thoát ẩm được theo dõi và ghi chép theo thời gian

Sự thay đổi độ ẩm được xác định bằng phương pháp khối lượng, vật ẩm được.

đem cân sau những khoảng thời gian xác định, từ sự giấm khối lượng vật ẩm

do nước thoát ra có thể tính được độ ấm của vật theo thời gian Các điểm xác

định khối lượng dược căn cứ vào một thí nghiệm thăm dò ban dau, tit dé xác

định khoảng thời gian mã ẩm tự do thoát ra đều đạn nhất Thí nghiệm chuyển

chất tĩnh được thí nghiệm với các vận tốc gió nóng khác nhau, từ đó khảo sát

sự thay đổi đệ ẩm và nhiệt độ bẻ mật thoát ẩm theo thời gian

Thí nghiệm chuyển chất với mã

vật ở trạng thái dao động Thi nghiệm này cũng gần giống với các thí nghiệm khi vật ở trạng thái

tĩnh Nhiệt độ tác nhân sấy vẫn ở 65°C Tốc độ gió nóng có thể thay đổi, tần

số đao động có thể thay đổi Hai yếu tố thay đổi đó làm số lượng thí nghiệm

tầng lên đáng kể Các thông sổ khối lượng và nhiệt độ bề mặt thoát ẩm được theo déi và phi chép lại

'Thí nghiệm tảng sôi với hạt

Thí nghiệm tắng sôi rới số ít hạt: Thả một lượng không đăng kể các lại

ẩm vào luồng khí nóng, quan sát chuyển động của các hạt Lượng hạt đưa vào vừa đủ sao chơ quan sát thấy các hạt hiểu như không va chạm lẫn nhau, nhưng, lượng hạt {hu được sau khi đừng thí nghiệm phải đú để có thể phân tích độ ẩm Đặt các chế độ sấy phù hợp với diều kiện nghiên cứu 8au một khoảng thời gian nhất định, tiến hành do nhanh nhiệt độ bê mặt của hạt vật liệu ẩm Dùng, túi nilông kín đựng mấu hạt để đem đi phân tích độ ẩm

Thí nghiệm tẳng sôi với lớp hại: Đưa một lượng lớn các hạt ẩm vào khu vực sấy Các hạt lúc này là đày đặc, mật độ va chạm giữa các hạt là rất lớn Thí nghiệm được tiến hành liên tục trong, một khoảng thời gian khoảng hơn 10 phút Trong thời gian thí nghiệm, sau một khoảng thời gian nhất định tiến hành lấy mẫu, đo nhanh nhiệt độ bẻ mật và cất giữ vào túi nilông kín đem phân tích độ Ẩm Các thông số khác của quá trình sấy như tốc độ gió thổi qua

lớp, nhiệt độ khí vào, nhiệt độ khí ra khỏi lớp và nhiệt độ lớp hạt được ghi chép lại để lấy cơ sở cho tính toán

II.2 Phương pháp đo các thông số thí nghiện

Đo nhiệt do:

Nhiệt độ bẻ mặt của vật sấy và nhiệt độ bề mặt của các hạt được xác

định bằng dụng cụ đo cầm tay Hình ảnh dụng cụ này được ghi lại tại hình

dưới đây

Nguyên tắc hoạt động của dụng cụ đo nhiệt độ bề mặt: Dùng một chùm

tỉa bức xạ hồng ngoại bán vào bề mặt cần xác định nhiệt độ, chùm tỉa phản xạ lại máy đo sẽ mang thông tin nhiệt độ bẻ mật và được hiển thị trên màn hình

điện tử

Bên cạnh thiết bị trên, các dụng cụ đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện và

nhiệt kế thủy ngân cũng được sử dụng ở những vị trí hợp lí

Do tốc đô gió:

19

Vận tốc gió được do bang dung cụ cam tay có hình ảnh như dưới đây:

Đưa bộ phận cánh quạt của thiết bị đo vuông góc với dòng khí, cánh

quạt quay từ đó đưa thông tin về bộ xử lí Vận tốc gió được hiển thị trên màn hình điện tử

Đo đ

Độ ẩm mẫu vật nghiên cứu được xác định theo phương pháp khối lượng, khối lượng mãu vật ban đầu và khối lượng mẫu vật khi kết thúc thí

nghiệm kết hợp lại cho ta độ ẩm của mẫu vật đó

Độ ẩm của hạt được xác định bảng máy phân tích ẩm dùng đèn hồng

ngoại kết hợp với cân phân tích Sự bay hơi ẩm được thực hiện nhờ bóng đèn

hồng ngoại Ẩm thoát ra đến khi nào khối lượng mẫu trên đĩa không giảm

trong một khoảng thời gian thì máy báo độ ẩm ban đầu của mãu phân tích

Cân ảo khối lương:

Khối lượng mẫu vật và khối lượng lớp hạt được cân trên cân phân tích

với độ chính xác cao.

Bo tin số dao đồng:

Tần số dao động được xác định từ số vòng quay của động cơ trên một

đơn vị thời gian, hi điều chỉnh điện áp vào động cơ sẽ làm thay đổi số vòng

quay dẫn đến làm thay đổi tắn số của đao động Số vòng quay của động cơ được xác định bằng thí nghiệm riêng

xác định số vòng quay của động cơ, dùng một sợi đây mánh có đồ

đài hợp lí Một đầu sợi dây được đính vào trục dệng cơ, đầu dây còn lại được

thả tự do Khí động cơ quay trong một khoảng thời gian xác dịnh(dùng dổng

hồ bấm day), sợi dây mảnh sẽ quấn hết vào trục dộng cơ Sau đó gỡ từng vòng,

của sợi đây và đếm tổng số vòng dây được quấn vào trục Số vòng dây đó đem

chia cho thời gian quấn hết sợi đây sẻ được vận tốc vòng quay của động cơ

Khi trục động cơ quay dược mội vòng thì vặt thực hiện được miột dao động

Từ đồ tính được số đao động của vậi trong nội khoảng thời gian hay chính là tân sở dao động của mẫu vật

11.3 Phương pháp xử lý số liệu

Các kết quả thí nghiệm ban đâu được đưa lên đồ thị biểu điễu quá trình Các điểm đo đạc thể hiện trên đồ thị thể hiện qui luật gần đúng cho quá trình nghiêu cứu, vì trong qúa trình đo đạc khó tránh khỏi những sai sót Các kết

quả ban đầu đó c số liệu thô, để

gan ding hơn niữa tính chất của quá trình, ta tiến hành vẽ các đường hồi qui thực nghiệm với độ chính xác cao nhất và được chấp nhận trong kỹ thuật Đường trung bình

nh được từ các điểm thí nghiệm phần ánh gần nhất quí luật thực

trình Vì vậy từ các số liệu thô có được do đo đạc, sau khí đưa lên đồ thị phản

ánh tính qui luật ta sẽ được các số liệu tinh, hơu nữa nếu đưa ra được phương

trình liên hệ giữa các biến liên quan thì tính liên tục của quá trình được thế

hiện rõ hơn rất nhiều.

Khi vẽ các đường nói trên, có thể xứ lý theo đường thẳng hoặc vẽ đường cong thực nghiệm Để thành lập một đường cong và từ đó đưa ra phương trình liên hệ giữa các biến số ta cẩn ít nhất 5 điểm Trong các phần mềm máy tính hiện có như bằng tính điện tứ Excel cúa Microsoft đã có các tính nâng vẽ tự động các kiểu đỏ thị và từ đó đưa ra các hàm số thích hợp với độ lệch quân

phương tốt nhất có 1hé(R? = 1)

'Tính toán xử lý số liệu cho các thí nghiệm chuyển chất

Thí nghiệm chuyển chất ki mẫu vật ở rạng thái tĩnh

Trong hiện tượng chuyển chất, ta quan tâm đến chuẩn số Nư” Phương trình

tổng quất như đã biết trong trường hợp cấp nhiệt cưỡng bức đổi lưu được cho như Sâu :

Nu'= A'.Re"

Van dé dat ra là trong diều kiện thí nghiệm như trên, với các số liệu do đạc và

tính toán, làm sao đưa ra được phương trình liên hệ cụ thể giữa Nu' và Tà

vị Be

Như đã biết: Xu

- Hệ cấp khối Øø được tỉnh theo công thức

B- Masecbayhos

FAx,t

Trong dé

TRamashai: lượng bay hơi khối vật âm, kg;

E là bê mặt tham gia quả trình bay hơi ảm, mề,

z là thời gian sấy, s;

¡n lượt là độ âm của bể mát vật liệu và của không khi

sấy, chí số 1 là trạng thái trước khi sấy, chỉ số 2 là trạng thái sau khi sấy, kg ẩm/kg kkk

2

Ax, là động lực chuyên chất trung bình của quá trình sấy Trong

digu kiện thí nghiệm khi nghiên cứu tại vùng thoát ẩm ty do thi

=x„ và x„; = x„;, nên Ax, được tính theo công thức: Ax,

Trong đó D, là hệ số khuếch tán động của hệ (nước - không khí) tại T,

— ỨC, và P, — lat D, là hệ số khuếch tán động tại điều kiện nhiệt độ không, khí là Tạ; áp suất không khí là P; — lat Như vậy tỉ số (P/P;) — 1 Tra trong số

tay Hóa Công IÏ ta thu được biểu thức cụ thể sau:

- Đặc trưng hình học J(m) của mẫn vật sấy là cạnh của mẫu vật hình vuông, với mẫu vật đem nghiên cứu / ~ 0.098 m

Chuẩn số Re tính theo vận tốc tác nhân sấy Từ các số liệu tính toán

duge cho Nu’ va Re ta có thể dưa ra dược phương trình nêu lên mối quan hệ

giữa Nu' và Re

Trong điều kiện vật ở trạng thái tĩnh, không gian bao quanh vật sấy là

tương đối ổn định Khi thay đổi tốc độ gió, không gian đó sẽ có sự thay đổi

khác nhan Từ đồ 1a sẽ quan sắt được sự thay đổi của đường cong sấy đối với

sự thay đổi tốc độ gió như vậy

Thị nghiệm chu yết W khi mẫu vật ở trạng thái ao động

-Khi đưa thêm yếu tố đao động vào thí nghiệm truyền nhiệt, ta cổ thể giá

thiết ảnh hưởng của dao động là độc lập với các yếu tố ảnh hưởng khác Phương trình tống quát sẽ xuất hiện thêm yếu tố nói lên ảnh hưởng của dao động bên cạnh các thành phần khác giống như trong chuyển chất ở trạng thải tĩnh

Các điểu kiện thí nghiệm khi thí nghiệm khi vật ở trạng thái tĩnh sẽ được lập lại trong thí nghiệm vạt dao động Do vậy khi xử lý số liệu sẽ nêu được ảnh hưởng của dao động lên chuyển chất thông qua chuẩn số Ñ

Ứng với mỗi vận tốc gió, tiến hành thi nghiệm tại nhiều tấn số khác

nhau, từ đó xây dựng, các bộ số liệu để thiết lập các phương trình liên hệ

Khác với tình huống vật sấy ở trạng thái tĩnh Tuy rằng ở một lốc độ gid

không đổi nhưng không gian bao quanh vật sấy luôn luôn được làm mới nhờ tác dộng của dao dộng Mức độ làm mới không gian bao quanh đó cũng sẽ khác nhau khi tiến hành thí nghiệm ở các tẩn số và biên độ khác nhau Với một giá tị biên độ đao động, khi tần số thay đổi thì mức độ làm mới không gian bao quanh cúng sẽ thay đổi theo mức độ khác nhau Nhưng nếu tăng biên

độ dao động lén thì mức độ làuu mới này sẽ có ảnh hưởng sâu sác hưu nữa

'Tính toán xử lý số liệu cho các thí nghiệm tảng sôi với hạt và lớp hại

TIệ số cấp khối có thể tính theo công thức:

1,

Trong đó: I’ - bể mặt thấm ướt của hạt vật liệu, m”;

E—3,14(d,} ; với dị, là đường kính tương đương của hạt vật liệu.

Ap - chênh lệch áp suất hơi giữa môi trường và bẻ mặt vật liệu,

giá trị này có thể tính được khi biết nhiệt độ môi trường và nhiệt độ bể mật hạt

vật liệu

r- thời gian, s;

m - lượng ẩm bay ra trong thời gian 1, (2);

Từ đó sẽ tính được chuẩn số Nu' theo công thức:

wu - 2

Trong đó / bang đường kính tương đương của hạt vật liệu D là hệ số khuếch tần và được tính theo phương trình [TT-3) khi biết nhiệt độ đồng khí

CIUONG I KET QUẢ THÍ NGHIỆM

Các thí nghiệm được tiến hành bao gồm: Thí nghiệm truyền nhiệt trên vật

đuyển động, Thí nghiệm chuyển chất trên val si dao động, Thí nghiệm sấy tầng sôi với hạt, trong đó tiến hành sấy với một số ít

hạt và với một tập hợp hại Với nhiệm vụ được giao tôi xin trình bây các kết

quả nghiên cứu chuyển chất và các yếu tố ảnh hưởng

IIL.1 Kết quả thí nghiệm chuyển chất

Kết quả chuyến chất khi ang thái

'Thí nghiệm được tiến hành trên một vật sấy dạng phẳng Cốt bên trong

bằng thép, bọo một lớp vải bên ngoài cốt thép và được tẩm ẩm điêu trên bể

mặt Vật sấy được đật trong luổng khí nóng thổi lướt qua bể mặt thoát ẩm Ẩm

thoát ra trên bể mặt, không vận chuyển xuyên qua cốt thép bên trong được

vật liêu khô tuyệt đổi vào khoảng: 28,2%

Nhiệt độ khí nóng thổi qua là 65%

Trong quá trình thí nghiệm, các thông số đo được là: Tốc độ khí nóng thổi

lướt qua bể mặt vật sấy từ đó tính được gid tri chuẩn số l&e Khối lượng ban

đầu và khối lượng khi kết thúc thí nghiệm sấy để từ đó tính ra độ ẩm của vật

sấy Nhiệt độ bề mật thoát ẩm, nhiệt độ bầu khô bầu ướt của không khí trước khi đi vào máy sấy

Ban đầu thí nghiệm thăm dò dược tiến hành với mục đích xác dinh ving ma

ẩm tự do thoát ra San thí nghiệm thăm dò đó, sơ bộ xác định được khoáng

thời gian mà ẩm tự do thoát ra ổn định, từ dó tiếp tục làm các thi nghiệm khác

xúc định cụ thể hơu các thông số khác.