Thí nghiệm quá trình thiết bị chương 4

I. TRÍCH YẾU
1. Mục đích thí nghiệm:
Khảo sát quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm nhằm:
- Xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy.
- Xác đònh các thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng,
thời gian sấy đẳng tốc và giảm tốc.
- Đánh giá sai số của quá trình sấy.
2. Phương pháp thí nghiệm:
- Tiến hành sấy giấy lọc ở 3 chế độ nhiệt độ của caloriphe: 50
o
, 60
o
, 70
o
- Đặt giấy lọc vào buồng sấy, ghi nhận khối lượng của vật liệu sau khi làm ẩm
(G
1
).
- Sau đó cứ 5 phút, ghi nhận giá trò cân và hai giá trò nhiệt độ bầu khô – bầu ướt;
tiếp tục sấy đến khi giá trò khối lượng vật liệu không đổi trong vòng 15 phút thì dừng chế
độ thí nghiệm này và chuyển sang chế độ thí nghiệm khác.
3. Kết quả thí nghiệm:
Bảng 1: Số liệu thô
Chế độ sấy 50
o
C Chế độ sấy 60
o
C Chế độ sấy 70
o
C
τ

(ph
)
G(g) t
ư
(
o
F) t
k
(
o
F)
τ
(ph
)
G(g) t
ư
(
o
F) t
k
(
o
F)
τ
(ph
)
G(g) t
ư
(
o

F) t
k
(
o
F)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
145
135
127.5
115
105
92.5
82.5
72.5
62.5
55
52.5

50
47.5
47.5
58
58
58
58
58
58
58
58
58
58
58
58
58
58
103
103
103
103
103
103
103
103
103
103
104
104
104

104
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
145
125
112.5
100
87.5
72.5
60
50
47.5
47.5
68
68
68
68
68
68
68
68
68

68
112
112
112
112
112
112
112
112
112
112
0
5
10
15
20
25
30
145
115
92.5
67.5
52.5
47.5
47.5
82
84
85
86
86

86
86
142
144
145
146
146
146
146
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Đònh nghóa:
Sấy đối lưu là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay
hơi. Trong đó cả hai quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực hiện bằng
phương pháp đối lưu.
2. Đặc trưng của quá trình sấy:
Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp, đặc trưng cho tính không ổn đònh và không
thuận nghòch, gồm 4 quá trình diễn ra đồng thời: truyền nhiệt cho vật liệu, dẫn ẩm trong
lòng vật liệu, chuyển pha và tách ẩm vào môi trường xung quanh.
1
3. Xác đònh tốc độ sấy theo cân bằng nhiệt của quá trình sấy:
Lượng nhiệt do dòng tác nhân sấy cung cấp trong khoảng thời gian d
τ
:
dQ = αF(t-θ)d
τ
(1)
được tiêu hao để:
- Đun nóng vật liệu: (G
o
C

o
+G
a
C
a
)dθ (2)
- Bay hơi ẩm và quá nhiệt hơi: [r + C
h
(t-t
h
)]dG
a
(3)
Trong đó:
α: hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy vào vật liệu sấy, W/m
2
độ
F: bề mặt vật liệu, m
2
t, θ, t
h
: nhiệt độ của tác nhân sấy, vật liệu và hơi ẩm bão hòa, độ
G
o
,C
o
: khối lượng và nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, kg ; J/kgđộ
G
a
,C

a
: khối lượng và nhiệt dung riêng của ẩm, kg ; J/kgđộ
r: ẩn nhiệt hóa hơi của ẩm, J/kg
C
h
: nhiệt dung riêng của hơi ẩm, J/kgđộ
Lượng ẩm bốc hơi trong thời gian d
τ
:
dG
a
= d(G
o
U) = G
o
dU (4)
VớiU: hàm ẩm (hay độ ẩm) của vật liệu – tính theo vật liệu khô, kg ẩm/kg vật liệu khô
Thiết lập cân bằng nhiệt:
αF(t-θ)d
τ
= (G
o
C
o
+G
a
C
a
)dθ + G
o

[r + C
h
(t-t
h
)]dU (5)
Từ đó rút ra:
( )
[ ]
( )
[ ]
)
d
dU
hhv
aaoo
ttCrG
d
d
CGCGtF
−+
+−−
=
τ
θ
θα
τ
(6)
là biểu thức tính tốc độ sấy theo cân bằng nhiệt.
4. Phương tình cơ bản của động học quá trình sấy:
Theo phương trình truyền ẩm từ vật liệu vào tác nhân sấy:

dG
a
= k
p
F(p
m
– p)d
τ
(7)
Với:
k
p
: hệ số truyền ẩm trong pha khí, kg/m
2
.h.∆p=1 (1at hay 1mmHg )
p
m
, p: áp suất của hơi ẩm trên bề mặt vật liệu và trong pha khí, mmHg (hay at)
Thay G
a
= G
o
U vào và biến đổi, ta có:
)pp(
G
Fk
d
dU
m
o

p
−=
τ
(8)
Khi hơi ẩm không bò quá nhiệt (tức t = t
h
) thì biểu thức được biến đổi thành:

qFF
Fd
dQ
d
dU
rG
d
d
G
G
G
CC
oo
o
a
oo
=
τ
−
τ
+
τ

θ








+
(9)
Với q là cường độ dòng nhiệt hay mật độ dòng nhiệt.

U
G
G
o
a
=
;
o
o
o
V
G
ρ=
; C
o
+ C
a

U = C và
o
o
R
F
V
=
Với:
ρ
o
: khối lượng riêng của vật liệu khô, kg/m
3
V
o
: thể tích vật khô, m
3
C: nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm, J/kgđộ
2
R
o
: bán kính qui đổi của vật liệu ẩm, m
Khi đó, nếu bỏ qua nhiệt làm quá nhiệt hơi ẩm, ta có:
( )
τ
ρ+=







τ
ρ






θ






+=
τ
θ
ρ+
τ
ρ=
d
dU
rRR1
d
dU
rR
dU
d

r
C
1
d
d
RC
d
dU
rRq
oob
oooooo
(10)
Với
dU
d
r
C
1R
b
θ
+=
: Chuẩn số Rebinde đặc trưng cho động học qúa trình sấy.
Biểu thức trên là phương trình cơ bản về động học quá trình sấy, nó cho biết sự
biến đổi ẩm của vật liệu theo thời gian. Ta có thể nhận được biểu thức này khi giải hệ
phương trình vi phân mô tả truyền nhiệt - truyền ẩm trong vật liệu. Nhưng nói chung hệ
phương trình này không giải được bằng phương pháp giải tích.
5. Lượng nhiệt cấp cho vật liệu:
Lượng nhiệt cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy giảm tốc (q
2
):

Ta thấy rằng trong giai đoạn sấy giảm tốc, đường cong tốc độ sấy có dạng đường
thẳng, nên tốc độ sấy trong giai đoạn này được biểu diễn:
( )
*
UUK
d
dU
−=
τ
−
(11)
Với:
K: Hệ số tỷ lệ, gọi à hệ số sấy. Nó phụ thuộc vào tốc độ sấy và tính chất của vật liệu
ẩm, 1/s
K: chính là hệ số góc của đường cong tốc độ sấy ở giai đọan sấy giảm tốc, nên:
( )
N
UU
N
K
*
th
χ=
−
=
(12)
với:

( )
*

th
UU
1
−
=χ
: hệ số sấy tuyệt đối, phụ thuộc vào tính chất vật liệu ẩm.
U
th
: 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:
( )
τχ−=
−
−
Nexp
UU
UU
*
th
*
(13)
hay logarit hóa (8) ta có:
( ) ( )
τχ−−=− N
3,2

1
UUlogUUlg
*
th
*
(14)
Như vậy nếu biết được hệ số sấy K, có thể xác đònh được thời gian cần thiết để thực hiện
giai đoạn sấy giảm tốc.
Hệ số sấy tương đối được xác đònh bằng thực nghiệm và có thể tính gần đúng như sau:
U
8,1
=χ
(15)
với U
o
: độ ẩm ban đầu của vật liệu.
Từ đó, ta có:
3
*
0
*
th
U
8,1
U
U
1
U +=+
χ
=

(16)
Thay (12) và (15) vào phng trình (11), ta được:








−
=
τ
−
0
*
U
UU
N8,1
d
dU
(17)
Thay (17) vào (10), ta được:
( )









−
+ρ=
0
*
b002
U
UU
N8,1.R1rRq
(18)
Lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy đẳng tốc (q
1
):
Trong giai đoạn sấy đẳng tốc, toàn bộ lượng nhiệt cung cấp từ dòng tác nhân bằng
lượng nhiệt bốc hơi ẩm và nhiệt độ vật liệu không đổi nên:
rNR
d
dU
rRq
00001
ρ=
τ
ρ=
(19)
6. Cường độ trao đổi nhiệt (q(x)):
( )
b
0
*

1
2
R1
U
UU
8,1
q
q
)x(q +
−
==
(20)
Như vậy, theo biểu thức (20), khi biết chuẩn số R
b
sẽ tính được cường độ trao đổi
nhiệt theo độ ẩm của vật liệu.
7. Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy:
a. Đường cong sấy: là đøng cong biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm vật liệu (U) theo thời
gian sấy (τ): U = f(τ) (21)
Dạng của đường cong sấy:
- Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: liên kết giữa ẩm và vật liệu, hình dáng, kích
thước, cấu trúc vật liệu, phương pháp và chế độ sấy.
- Đường cong sấy là hàm của quá trình sấy, vì vậy tùy chế độ và phương pháp sấy
khác nhau nhưng đường cong sấy vẫn có dạng tương tự nhau.
b. Đường cong tốc độ sấy: là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy và độ
ẩm (hàm ẩm) của vật liệu sấy:
)U(g
d
dU
=

τ
(22)
Từ biểu thức (22), (23) rõ ràng đường cong tốc độ sấy là là đạo hàm của đường cong sấy.
8. Các giai đọan của quá trình sấy:
• Giai đoạn đun nóng vật liệu:
- Toànbộ nhiệt cung cấp để đun nóng vật liệu, ẩm bốc hơi không đáng kể.
- Nhiệt độ vật liệu tăng nhanh từ θ
1
= t
0
đến nhiệt độ bầu ướt t
ư
của tác nhân sấy.
- Độ ẩm thay đổi không nhiều.
- Tốc độ sấy tăng nhanh từ 0 đến cực đại.
- Thời gian ngắn không đáng kể.
- Thường giai đoạn này được bỏ qua trong tính toán.
• Giai đoạn sấy đẳng tốc:
4
- Nhiệt cung cấp để bốc hơi ẩm tự do ở bề mặt vật liệu. Và bề mặt bốc hơi là bề
mặt ngoài của vật liệu không đổi nên các thông số sấy và độ ẩm của vật liệu sẽ giảm
nhanh.
- Nhiệt độ của vật liệu bằng t
ư
không đổi.
- Độ ẩm của vật liệu giảm nhanh theo đường thẳng.
- Tốc độ sấy không đổi.
- Trong giai đoạn này tốc độ khuếch tán ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt lớn
hơn tốc độ do bốc hơi từ bề mặt, nên bề mặt luôn bão hoà ẩm.
• Giai đoạn sấy giảm tốc:

- Nhiệt độ của vật liệu tăng dần từ t
ư
lên t
2
của tác nhân.
- Độ ẩm giảm chậm đến độ ẩm cân bằng U
*
.
- Lúc này, trong vật liệu xuất hiện 3 vùng: ẩm, bốc hơi và khô.
- Tốc độ sấy giảm tốc từ tốc độ đẳng tốc N
o
xuống 0, tuỳ theo cấu trúc vật liệu mà
có biến dạng khác nhau.
- Tốc độ khuếch tán trong chậm hơn tốc độ bốc hơi ở bề mặt, nên tốc độ chậm dần
và có hiện tượng co bề mặt bốc hơi.

9. Thời gian sấy vật liệu:
Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc (thời gian sấy đẳng tốc -
1
τ
) được xác đònh từ:
constN
d
dU
1
==
τ
−
(23)
nên tích phân (23) lên ta có:

1
0
1
N
UU
th
−
=
τ
(24)
Với U
th
: là độ ẩm tới hạn, độ ẩm cuối gian đoạn sấy đẳng tốc.
Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc:
Trong giai đoạn này, nếu đường cong tốc độ sấy có dạng đường thẳng ( hoặc qui đổi
sang đường thẳng; N
2
= ax+b) thì ta có thể tích phân để tính thời gian sấy giai đoạn sấy
giảm tốc (
2
τ
):
*
2
*
1
*
2
ln
UU

UU
N
UU
thth
−
−−
=
τ
(25)
Với U
*
: độ ẩm cân bằng, độ ẩm kết thúc giai đoạn sấy giảm tốc.
Thời gian sấy vật liệu:
Thời gian sấy vật liệu được tính bằng tổng thời gian của 3 giai đoạn sấy: đốt nóng vật
liệu
0
τ
, sấy dẳng tốc (
1
τ
) và sấy giảm tốc (
2
τ
); có thể bỏ qua giai đoạn đốt nóng vật liệu,
vì giai đoạn này xảy ra rất nhanh. Biểu thức tính thời gian như sau:
)
UU
UU
lg()UU(
N

3,2
N
UU
*
2
*
th
*
th
th0
21
−
−
×−×+
−
=τ+τ=τ
(26)
Với U
2
: độ ẩm của vật liệu cuối quá thình sấy, tương ứng với
2
τ
; U
2
> U
*
và thường được
lấy: U
2
=U

*
+2 ÷ 3 (%).
5
III. THIẾT BỊ – DỤNG CỤ – CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
1. Thiết bò – Dụng cụ:
Hệ thống thiết bò sấy được trang bò:
- Caloriphe: gồm hai chùm điện trở khô, có công suất 10KW và được ổn đònh nhiệt
độ nhờ bộ điều nhiệt tự ngắt.
- Quạt hút: có tốc độ 0,85 m/s, để hút không khí ( tác nhân sấy) và thổi qua
caloriphe để nâng nhiệt độ dòng tác nhân lên nhiệt độ cần thiết.
- Hệ thống cân: xác đònh lượng ẩm tách ra từ vật liệu.
- Hai cửa gió: có van lá, để thay đổi lượng tác nhân.
- Hệ thống đo nhiệt độ: gồm hai đầu dò nhiệt độ bầu khô – bầu ướt được đặt trong
buồng sấy – bên trái giàn lưới đặt vật liệu sấy và đồng hồ cơ đo bằng nhiệt độ.
2. Vật liệu sấy:
Gồm 3 sấp giấy lọc được gấp lại.
3. Cách tiến hành thí nghiệm:
3.1. Quan sát hệ thống:
3.2. Chuẩn bò thí nghiệm:
a. Xác đònh khối lượng khô ban đầu (G
o
) của 3 sấp giấy lọc:
- Mở cửa buồng sấy ra – đặt cẩn thận lên bàn ( vì cửa khá nặng – nguy hiểm ).
- Cách đặt lọc vào buồng sấy: đặt nhẹ nhàng từng sấp giấy lọc lên trên lưới sấy
phía trong buồng sấy ( đặt cả ba sấp ), khi đó kim của cân dao động – chờ kim hết dao
động đọc giá trò cân (G
o
).
b. Làm ẩm giấy lọc:
- Lấy khoảng 2/3 chậu nước inox

- Sau khi cân xong, lấy giấy lọc ra và nhúng nhẹ nhàng từng sấp giấy (tránh rách
giấy) vào chậu nước – chờ khoảng 30 giây cho nước thấm đều giấy, lấy giấy lọc lên –
phơi ngoài khôngkhí ( trên song sắt cửa sổ ) cho đến khi hết nhiễu nước.
- Chuẩn bò đồng hồ đeo tay để đo thời gian.
c. 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.
- Châm đầy nước vào bầu nước ( phía sau hệ thống, không phải là các cốc nước đối
trọng trên cân ) để đo nhiệt độ bầu ướt.
3.3. Khởi động hệ thống:
a. Khởi động quạt:
Đóng cầu dao của quạt để hút các dòng tác nhân vào và thổi qua caloriphe gia
nhiệt dòng tác nhân ( tìm cầu dao quạt bằng cách nhìn đường dây dẫn điện vào quạt).
b. Khởi động caloriphe:
- Đóng cầu dao của caloriphe để dẫn điện vào hộp điều khiển, ( nhìn đường dây
điện sẽ tìm được cầu dao caloriphe)
- Bật công tắc của chùm điện trở thứ hai (HEATER II) ở vò trí chính giữa sang ON.
Ở chế độ 70°C thì bật thêm công tắc của chùm điện trở thứ nhất (HEATER I ) ở phía
bên trái của công tắc điện trở thứ hai.
c. Cài đặt nhiệt độ cho caloriphe:
6
Mở nắp mica của hộp cài đặt nhiệt độ ( phía trên công tắc của chùm điện trở II )
và cài đặt nhiệt độ cần thiết. Đồng hồ điện tử trên hộp cài đặt cho biết nhiệt độ của
caloriphe.
3.4. Tiến hành các chế độ thí nghiệm:
a. Chờ hệ thống hoạt động ổn đònh khi:
- Nhiệt độ của caloriphe đạt giá trò cài đặt ± (1÷2
o
C).
- Giấy lọc phơi không còn nhiễu nước.

b. 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.
c. Đo số liệu trong một chế độ thí nghiệm:
Các số liệu cần đo: khối lượng, nhiệt độ bầu khô – bầu ướt và thời gian.
Cách đọc giá trò 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 mảnh nhỏ, không đọc số lớn). Nếu dây kim nằm giữa hai
số thì cộng lại chia đôi.
- Nhiệt độ (
°
F): đồng hồ cơ hiển thò nhiệt độ đo theo nguyên tắc cơ học: có tất cả 4
kim (hai kim nhỏ bên trong và hai kim lớn bên ngoài) quan tâm hai kim lớn (kim lớn bên
phải chỉ nhiệt độ bầu khô; kim lớn bên trái chỉ nhiệt độ bầu ướt).
Đầu nhọn của các kim này sẽ chỉ vào các vòng tròn có ghi giá trò nhiệt độ (vòng
đậm có giá trò cụ thể, vòng mảnh không ghi giá trò – mỗi vòng là hai đơn vò độ). Giá trò
nhiệt độ tăng từ trong ra ngoài, nếu đầu kim nằm giữa hai vòng mảnh thì lấy giá trò lẻ 1
độ.
- Thời gian: đo bằng đồng hồ đeo tay.
IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Số liệu thí nghiệm:
Bảng 2: Xử lý số liệu thô
Chế độ sấy 50
o
C Chế độ sấy 60
o
C Chế độ sấy 70
o
C

τ
(h) G(kg) t
ư
(
o
C) t
k
(
o
C)
τ
(h) G(kg) t
ư
(
o
C) t
k
(
o
C)
τ
(h) G(kg) t
ư
(
o
C) t
k
(
o
C)

0
0.08
3
0.16
7
0.25
0.33
3
0.41
7
0.5
0.58
0.145
0.135
0.127
5
0.115
0.105
0.092
5
0.082
5
0.072
5
14.4
14.4
14.4
14.4
14.4
14.4

14.4
14.4
14.4
14.4
14.4
14.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
40
40
0
0.08
3
0.16
7
0.25
0.33
3
0.41
7
0.5
0.58

0.145
0.125
0.112
5
0.1
0.087
5
0.072
5
0.06
0.05
0.047
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
44.4
44.4
44.4
44.4
44.4
44.4
44.4
44.4

44.4
44.4
0
0.08
3
0.16
7
0.25
0.33
3
0.41
7
0.5
0.145
0.115
0.092
5
0.067
5
0.052
5
0.047
5
0.047
5
27.7
8
28.8
9
29.4

4
30
30
30
30
61.1
62.2
62.8
63.3
63.3
63.3
63.3
7
3
0.66
7
0.75
0.83
3
0.91
7
1
1.08
3
0.062
5
0.055
0.052
5
0.05

0.047
5
0.047
5
14.4
14.4
40
40
3
0.66
7
0.75
5
0.047
5
2. Kết quả tính toán
Bảng 3: Kết quả tính toántừ các thông số đã xử lý
Chế độ sấy 50
o
C
τ
(h) G(kg) U
(100%)
∆
G =
∆
U
N
(100%/h)
t

ư
(
o
C) t
k
(
o
C) P
m
(mmHg)
P
(mmHg)
Thế sấy
0
0.083
0.167
0.25
0.333
0.417
0.5
0.583
0.667
0.75
0.833
0.917
1
1.083
0.145
0.135
0.1275

0.115
0.105
0.0925
0.0825
0.0725
0.0625
0.055
0.0525
0.05
0.0475
0.0475
2.053
1.842
1.684
1.421
1.211
0.947
0.737
0.526
0.316
0.158
0.105
0.053
0.032
0
0
0.211
0.158
0.263
0.211

0.263
0.211
0.211
0.053
0.053
0.053
0.021
0.021
0
0
2.526
1.894
3.158
2.526
3.158
2.526
2.526
3.158
3.158
3.158
1.895
1.263
0
14.4
14.4
14.4
14.4
14.4
14.4
14.4

14.4
14.4
14.4
14.4
14.4
14.4
14.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
39.4
40
40
40
40
10
10
10
10
10
10
10
10
10

10
10
10
10
10
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25

25
25
25
Chế độ sấy 70
o
C
τ
(h) G(kg) U
∆
G =
∆
U
N t
ư
(
o
C) t
k
(
o
C) P
m
(mmHg)
P
(mmHg)
Thế sấy
0
0.083
0.167
0.25

0.333
0.417
0.145
0.125
0.1125
0.1
0.0875
0.0725
205.3
1.632
1.368
1.105
0.842
0.526
0
0.063
0.095
0.053
0.053
0.053
0
3.789
5.684
3.158
3.158
3.158
20
20
20
20

20
20
44.4
44.4
44.4
44.4
44.4
44.4
16.2
16.2
16.2
16.2
16.2
16.2
5
5
5
5
5
5
24.4
24.4
24.4
24.4
24.4
24.4
8
0.5
0.583
0.667

0.75
0.06
0.05
0.0475
0.0475
0.263
0.053
0
0
0.053
0.053
0.053
0
3.158
3.158
3.158
0
20
20
20
20
44.4
44.4
44.4
44.4
16.2
16.2
16.2
16.2
5

5
5
5
24.4
24.4
24.4
24.4
Chế độ sấy 70
o
C
τ
(h) G(kg) U
∆
G =
∆
U
N t
ư
(
o
C) t
k
(
o
C) P
m
(mmHg)
P
(mmHg)
Thế sấy

0
0.083
0.167
0.25
0.333
0.417
0.5
0.145
0.115
0.0925
0.0675
0.0525
0.0475
0.0475
2.053
1.421
0.947
0.421
0.105
0.053
0
0
0.105
0.053
0.105
0.053
0.053
0
0
6.306

3.158
6.316
3.158
3.158
0
27.78
28.89
29.44
30
30
30
30
61.1
62.2
62.8
63.3
63.3
63.3
63.3
27
29
30
31
31
31
31
11
13
14
15

15
15
15
33.32
33.31
33.36
33.3
33.3
33.3
33.3
3. Đồ thò:
Đường cong sấy
Đường cong sấy U = f(
τ
) ở chế độ 50
o
C
Đường cong sấy U = f(
τ
) ở chế độ 60
o
C
9
Đường cong sấy U = f(
τ
) ở chế độ 70
o
C
Đường cong tốc độ sấy
Đường cong tốc độ sấy

)U(g
d
dU
=
τ
ở chế độ 50
o
C
Đường cong tốc độ sấy
)U(g
d
dU
=
τ
ở chế độ 60
o
C
10
Đường cong tốc độ sấy
)U(g
d
dU
=
τ
ở chế độ 60
o
C
Bảng 4: Kết quả tính toán từ đồ thò
Chế độ 50
o

C
U
th
U* U
2
N
χ
K
τ
1
(h)
τ
2
(h)
0.421 0 0.03 2.8421 0.877 2.493 0.525 0.458
Chế độ 60
o
C
0.263 0 0.03 3.158 0.877 2.769 0.483 0.15
Chế độ 70
o
C
0.326 0 0.03 6.316 0.877 5.539 0.25 0.12
4. Đánh giá kết quả thí nghiệm:
- Sai số thực nghiệm khi dựng đường cong tốc độ sấy bằng phương pháp “bình
phương cực tiểu”:
- Sai số khi tính toán các thông số ở bảng 4:
Bảng 5: Kết quả tính toán từ lý thuyết
Chế độ 50
o

C
U
th
U* U
2
N
χ
K
τ
1
(h)
τ
2
(h)
1.14 0 0.03 2.673 0.877 2.344 0.341 2.13
11
Chế độ 60
o
C
1.14 0 0.03 3.326 0.877 2.917 0.274 1.71
Chế độ 70
o
C
1.14 0 0.03 4.752 0.877 4.167 0.192 1.2
Bảng 6: Kết quả đánh giá sai số
∆
U
th
∆
N

∆
χ
∆
K
∆
τ
1
(ph)
∆
τ
2
(ph)
50
o
C
50
o
C
50
o
C
V. BÀN LUẬN
1. Nhận xét và giải thích dạng đường cong sấy – đường cong tốc độ sấy so với dạng lý
thuyết:
a. Đường cong sấy:
Dạng đường cong sấy phù hợp với lý thuyết. Đường cong sấy chia làm 3 đoạn:
- Đoạn 1: đường thẳng gần song song trục hoành ( U=const), đoạn này rất ngắn ứng
với giai đoạn đun nóng vật liệu.
- Đoạn 2: đường cong gần như đường thẳng, dài tương ứng với giai đoạn sấy đẳng
tốc.

- Đoạn 3: đường cong tiệm cận với trục hoành, tương ứng với giai đoạn sấy giảm
tốc.
b. Đường cong tốc độ sấy:
Dạng đường cong tốc độ sấy vẽ theo phương pháp bình phương cực tiểu gần giống
với lý thuyết và gồm 3 giai đoạn ứng với đường cong sấy. Nhưng do vẽ bằng phương này
nên có sự sai lệch so với thực nghiệm.
Nếu vẽ đường cong tốc độ sấy dựa vào số liệu
τ
∆
∆
==
U
UgN )(
( theo những điểm
chấm trên đồ thò) thì đường cong không phù hợp với dạng lý thuyết:
- Giai đoạn đun nóng khộng thẳng, do độ ẩm thay đổi nhanh chóng.
- Giai đoạn sấy đẳng tốc: các điểm giao động mạnh nên sai số là lớn.
2. Nhận xét và giải thích kết quả tính toán, mối quan hệ của các thông số sấy:
a. Nhận xét và giải thích:
- Thời gian sấy giảm dần khi tăng nhiệt độ sấy:
+ Ở chế độ 50°C : τ = 60 phút
+ Ở chế độ 60°C : τ = 40 phút
+ Ở chế độ 70°C : τ = 25 phút
(Thời gian đun nóng vật liệu, thời gian đẳng tốc và giảm tốc đều giảm dần khi tăng
nhiệt độ sấy).
12
- Tốc độ sấy tăng dần khi nhiệt độ sấy tăng. Do khi tăng nhiệt độ thì thế sấy tăng
tạo động lực sấy lớn nên cường độ sấy tăng , tốc độ sấy tăng và hệ số sấy tăng.
- Độ ẩm cân bằng (U
*

): theo lý thuyết khi nhiệt độ sấy tăng thì độ ẩm cân bằng
giảm nếu trong cùng độ ẩm tương đối của không khí. Theo kết quả thí nghiệm thì U
*
= 0
trong cả 3 chế độ sấy, nguyên nhân do giấy ban đầu chưa khô tuyệt đối nên sau khi sấy
đạt G=G
0
và cũng do độ ẩm cân bằng của giấy nhỏ.
- Độ ẩm tới hạn (U
th
): theo lý thuyết khi nhiệt độ sấy tăng thì độ ẩm tới hạn giảm
nếu trong cùng độ ẩm tương đối của không khí và cùng độ ẩm ban đầu nhưng trong thí
nghiệm do thấm ướt không đều và sai số do tính toán nên sự tăng giảm không theo như
lý thuyết.
c. Mối quan hệ của các thông số sấy:
Khi nhiệt độ sấy tăng thì:
- N, K tăng
- χ = const
- τ
0
, τ
1
, τ
2
, U
th
, U
*
giảm.
3. Nhận xét và giải thích kết quả đánh giá sai số, các nguyên nhân, biện pháp khắc

phục sai số:
a. Nhận xét:
Theo bảng đánh giá ta thấy có sự sai lệch giữa lý thuyết và thực nghiệm, đó là do
các nguyên nhân sau:
b. Nguyên nhân sai số:
- Giấy lọc sử dụng chưa khô tuyệt đối nên không thể xem khối lượng ban đầu của
giấy (lúc chưa nhúng nước) là khối lượng khô của vật liệu.
- Nhiệt độ t
ư
và t
k
đọc không chính xác do chủ quan của người đọc, do nhiệt độ
trong caloriphe không ổn đònh làm thay đổi nhiệt độ bầu khô, bầu ướt.
- Khối lượng vật liệu đọc không chính xác do
+ Cân để trên cao người đọc khó quan sát.
+ Chủ quan của ngøi đọc nên sai số
+ Cân dao động mạnh nên khó đọc, nếu chờ kim hết dao động thì
thời gian đọc số liệu đã bò chậm.
- Thiết bò cũ kỹ, hoạt động không ổn đònh.
- Sai số do tính toán không chính xác, vẽ đồ thò chỉ có tính chất tương đối.
c. Biện pháp khắc phục sai số:
- Giấy lọc phải được sấy khô và không để bò hút ẩm từ không khí xung quanh để
khi cân sẽ có G
0
chính xác hoặc có thể biết trước khối lượng khô của vật liệu.
- Thiết kế vò trí đứng của người đọc thuận tiện cho việc đọc số liệu.
- Không được bật quạt, không mở cửa sổ để kim của cân đo không bò dao động.
- Có thể thay máy mới để hoạt động ổn đònh hơn.
- Không nên nhúng ướt giấy lọc lâu quá vì thời gian để giấy không còn nhiểu nước
kéo dài, gây hao tốn nhiên liệu, làm nóng máy.

VI. PHỤ LỤC
1. Các thông số ban đầu:
a. Vật liệu:
- Khối lượng giấy lọc khô tuyệt đối : G
0
= 47.5g
13
- Độ ẩm ban đầu của giấy lọc :
%26,205%100
5.47
5.47145
U
0
=×
−
=

b. Tác nhân sấy: Không khí nóng có vận tốc v
k
=0,85m/s
2. Đổi nhiệt độ t
ư
và t
k
từ °F→ °C:
[ ]
32)(
9
5
)( −°×=° FtCt

3. Độ ẩm của vật liệu theo thời gian sấy:
%100
0
0
×
−
=
G
GG
U
i
i
Với G
i
là khối lượng của vật liệu theo thời gian sấy
Suy ra biến thiên độ ẩm vật liệu:
ii
UUUG −=∆=∆
−1
(%)
4. Tính tốc độ sấy dựa vào biến thiên độ ẩm:
τ
∆
∆
=
U
N
(%/h)
5. Xác đònh P
m

và P (mmHg) dựa vào t
ư
và t
k
:
a. P
m
:
- P
m
là áp suất hơi ẩm trên bề mặt vật liệu và bằng áp suất hơi nước bão hòa ở
nhiệt độ bầu ướt (mmHg). Có thể nội suy từ bảng 1,250 (Tính chất hoá lý của hơi nước
bão hoà phụ thuộc vào nhiệt độ) p,321 sổ tay tập I theo nhiệt độ t
ư
.
b. P:
- P là áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí trong phòng sấy (mmHg).
- P được xác đònh trên đồ thò Ramzin bằng cách tìm giao điểm giữa đường nhiệt độ
t
ư
và đường ϕ = 100%, từ điểm này theo đường đẳng Enthapi (I = const) đi lên cắt đường
nhiệt độ t
k
tại một điểm, từ điểm này đi lên theo đường thẳng đứng cắt đường áp suất
riêng phần H
2
O, giao điểm này cho giá trò của P.
6. Tính thế sấy (ε):
ε = t
k

- t
ư
7. Đồ thò:
Dựa vào số liệu bảng 3 vẽ các điểm biểu diễn quan hệ U = f(τ), từ các điểm có vẽ
đường qua các điểm, ta có đường cong sấy. Vẽ các điểm biểu diễn quan hệ N = g(U), vẽ
đường gần đúng qua các điểm, ta được đường cong tốc độ sấy.
8. Tính toán từ đồ thò:
Dựa vào đường cong tốc độ sấy ta xác đònh được giá trò độ ẩm tới hạn U
th
, độ ẩm
cân bằng U
*
, tốc độ sấy đẳng tốc N và tính được hệ số sấy tương đối χ, hệ số sấy K, thời
gian sấy đẳng tốc τ
1
, thời gian sấy giảm tốc τ
2
.
9. Tính toán theo lý thuyết:
a. Tính
χ
:
14
U
8,1
=
χ
b. Tính U
th
:

*
0
*
8,1
1
U
U
UU
th
+=+=
χ
c. Tính N:
N
J
R
J F
V
J
G
J f
m
v
m m
m
= = = =







100 100 100
100
0 0 0
.
.
. .
.
.
. .
ρ ρ
%
h
Với:
• F : Bề mặt bay hơi của vật liệu (m
2
),
• V : Thể tích của vật liệu (m
3
),
• ρ
0
: Khối lượng riêng chất khô trong vật liệu (kg/m
3
),
• G
0
: Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối (kg),
•
f

F
G
=
0
:Bề mặt riêng khối lượng của vật liệu (m
3
/kg),
• J
m
: cường độ bay hơi ẩm (kg/m
2
,h)
- Tính f:
88,7
0475,0
6*21.0*297.0
G
F
f
0
===
(m
3
/kg)
- Tính J
m
:
( )
)h.(kg/m
B

760
.pp.J
2
mpm
−α=
Với :
• α
p
: Hệ số trao đổi ẩm (kg/m
2
,h,mmHg), α
p
có thể được xác đònh theo
phương trình :
) (kg/m 0,03769=85,00174,00,0229= 0174,00229,0
2
mmHghv
kp
×+×+=
α
• B : Áp suất trong phòng sấy (mmHg), B được lấy bằng 760 mm Hg (áp suất
khí quyển).
d. Tính thời gian:

1
0
1
N
UU
th

−
=
τ

*
2
*
1
*
2
ln
UU
UU
N
UU
thth
−
−−
=
τ
10. Tính sai số:
100.
X
XX
(%)X
lythuyet
thucnghiemlythuyet
−
=∆
TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Văn Lụa, QT & TB trong CNHH – Tập 7, “ Kỹ thuật sấy Vật liệu”
ĐHQG Tp.HCM.
15
[2]. Các tác giả, “Sổ tay Quá trình và thiết bò tập 1 &2”, ĐHBK Hà Nội.
16