Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

1
bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học nông nghiệp i - hà nội



GS.TS. Phạm xuân vợng (Chủ biên)
TS. Trần nh khuyên







Giáo trình
Kỹ thuật sấy nông sản

Hà nội 2006


Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

2
lời nói đầu


Giáo trình Kỹ thuật sấy nông sản đề cập tới nguyên lý làm việc, lý thuyết tính toán
các quá trình kỹ thuật sấy, làm cơ sở cho việc thiết kế các thiết bị sấy. Mặt khác sấy là một quá
trình công nghệ đợc sử dụng rộng ri trong các ngành của sản xuất nông nghiệp. Sấy là công
đoạn quan trọng của công nghệ sau thu hoạch trớc khi thực hiện bảo quản sản phẩm. Đối
tợng sử dụng là sinh viên năm cuối của ngành cơ khí bảo quản chế biến của trờng đại học
Nông Nghiệp. Đồng thời cũng có thể sử dụng cho sinh viên cơ khí nông nghiệp, công thôn,
.v.v. và các kỹ s làm việc liên quan tới lĩnh vực này.
Sinh viên trong quá trình học cần nắm vững quá trình sấy là một quá trình công nghệ,
không đơn thuần là tách nớc ra khỏi vật liệu. Yêu cầu sau khi sấy vật liệu phải đạt chất lợng
cao, chi phí năng lợng sấy thấp.
Giáo trình đợc trình bày trong 6 chơng.
- Chơng 1 Cơ sở lý thuyết quá trình sấy. Trong chơng này trình bày các khái niệm và
lý thuyết chung của quá trình sấy.
- Chơng 2: Thiết bị sấy đối lu.
- Chơng 3: Thiết bị sấy tiếp xúc.
- Chơng 4: Thiết bị sấy bức xạ.
- Chơng 5: Thiết bị sấy thăng hoa.

- Chơng 6: Các thiết bị phụ trợ hệ thống sấy.
Trong từng chơng đ đề cập tới một số vấn đề mới cập nhật trong thời gian gần đây,
hệ thống hoá các kiến thức cơ bản giúp sinh viên nắm bắt dễ dàng. Sau mỗi chơng có câu hỏi
ôn tập và một số bài tập ứng dụng.
Trong quá trình biên soạn tác giả đ đợc đồng nghiệp góp ý. Tác giả chân thành cảm
ơn Bộ môn Máy nông nghiệp và khoa Cơ Điện trờng Đại học Nông Nghiệp I - Hà Nội.
Cuốn sách chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót, rất mong nhận đợc ý kiến đóng
góp của bạn đọc. Các ý kiến xin gửi về Phòng đào tạo, khoa Cơ Điện trờng đại học Nông Nghiệp I.

Chủ biên



GS.TS. Phạm Xuân Vợng

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

4
Chơng 1

Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy

Sấy là quá trình loại bỏ bất kỳ chất lỏng nào ra khỏi vật liệu, kết quả là tăng tỷ lệ hàm
lợng chất khô. Thực tế sấy đối với lơng thực và thực phẩm là loại bỏ nớc ra khỏi sản phẩm.
Sấy vật liệu nhằm mục đích: giảm khối lợng, tăng độ bền (gỗ) tăng nhiệt cháy (nhiên liệu),
tăng ổn định khi bảo quản (nông sản).
Sấy là quá trình công nghệ phức tạp. Về nguyên tắc, có nhiều phơng pháp sấy vật liệu
khác nhau. Theo dấu hiệu về năng lợng ta có hai nguyên tắc chính:
- Loại bỏ ẩm (nớc) ra khỏi vật liệu, không làm thay đổi trạng thái liên kết: Vẫn ở dạng lỏng.
- Loại bỏ ẩm khi thay đổi trạng thái liên kết: Lỏng biến thành hơi.

Loại đầu có thể thực hiện bằng phơng pháp cơ học (ép, ly tâm, lọc).
Loại thứ hai liên quan tới chi phí nhiệt để hâm nóng vật liệu ẩm, bốc hơi nớc ở bề mặt vật liệu
và làm sôi lỏng bên trong vật liệu và dần thoát ra ngoài.
1.1. Vật liệu ẩm
Đa số nông sản là vật liệu ẩm, chứa một lợng nớc đáng kể. Nớc là thành phần của
tổ chức động vật và thực vật. Động vật lại là nguồn thức ăn cho con ngời. Tuy nhiên thừa
nớc có thể dẫn đến h hại sản phẩm do tác động của vi sinh vật trong môi trờng nớc. Do đó
phần lớn các sản phẩm cần phải giữ khô.
Trạng thái vật liệu ẩm đợc xác định bởi độ ẩm và nhiệt độ của nó. Tính chất của vật
liệu ẩm đợc đặc trng bởi tính chất nhiệt vật lý và các thông số vật lý: nhiệt dung riêng, hệ
số dẫn nhiệt vv.
Trong lý thuyết sấy, độ ẩm của vật liệu đợc phân chia thành độ ẩm tơng đối và độ ẩm tuyệt đối.
1.1.1. Độ ẩm tơng đối.
Độ ẩm tơng đối còn gọi là độ ẩm toàn phần, là số phần trăm khối lợng nớc chứa
trong 1kg vật liệu ẩm. Khối lợng chung của vật liệu ẩm.
g = g
a
+ g
k

ở đây: g
a
Khối lợng nớc (kg).
g
k
Khối lợng chất khô tuyệt đối (kg).
Độ ẩm tơng đối sẽ là:
%100=
g
g

W
a

Trờng hợp W = 0 ta có vật liệu khô tuyệt đối.
1.1.2. Độ ẩm tuyệt đối.
Độ ẩm tuyệt đối là số phần trăm khối lợng nớc chia trong 1kg vật liệu khô.
%100=
K
a
K
g
g
W

Công thức chuyển đổi

%100
100

+
=
K
K
W
W
W

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

5

%100
100


=
W
W
W
K

Từ bảng phụ lục cho ta các giá trị khi chuyển đổi từ W ra W
K
.
Do khối lợng của ẩm g
a
chứa trong vật liệu có thể lớn hơn khối lợng vật liệu khô g
K
,
nên khác với độ ẩm tơng đối, độ ẩm tuyệt đối W
K
có thể lớn hơn 100%.
Trờng hợp tỷ số giữa khối lợng ẩm của vật liệu ẩm với khối lợng chất khô tính bằng
kg/kg vật liệu khô, ta có khối lợng ẩm riêng (độ chứa ẩm).

K
a
g
g
u =

Khối lợng ẩm riêng có thể đặc trng độ ẩm không chỉ cho toàn thể tích của vật liệu
mà còn là độ ẩm ở lớp hoặc ở điểm nào đó. Nếu ẩm phân bố đều theo tiết diện thì.
W
K
= 100u hoặc
100
W
K
=u
Mật độ ẩm trong vật liệu C (kg/m
3
) quan hệ với khối lợng ẩm riêng u theo quan hệ.
0
C u

=

ở đây:
0
Khối lợng tuyệt đối chất khô trong một đơn vị thể tích
vật liệu ẩm (kg chất khô/m
3
)
Nếu độ giảm thể tích (giảm thể tích trong quá trình sấy) nho thì
0

K
(
K

mật độ
chất khô của vật liệu, hoặc khối lợng riêng của vật liệu khô)
1.1.1. ẩm trong vật liệu.
a) Tính chất lý hoá của nớc: Nớc trong vật liệu ẩm có thể tồn tại dới 3 dạng: rắn, lỏng, khí
ở áp suất khí quyển nớc chuyển từ pha nóng sang pha lỏng, ngợc lại ở 0
0
C nớc chuyển từ
pha rắn sang pha lỏng. Đối với nớc thông thờng, ở nhiệt độ 3,98
0
C có mật độ lớn nhất 1
g/cm
3
. Khi tăng nhiệt độ lên mật độ của nớc bắt đầu giảm vì chuyển động của các phân tử
mạnh lên. Phân tử chất lỏng cũng nh vật rắn liên tục chuyển động dao động phức tạp. Ngoài
ra đối với vật thể nhiều nguyên tử, còn có chuyển động dao động của nguyên tử này đối với
nguyên tử khác.
Trong bất kỳ thời điểm nào, năng lợng chuyển
động dao động đợc xác định bằng tổng thế năng và
động năng của phân tử. Khi phân tử ở vị trí trung
gian, thế năng của nó nhỏ nhất còn động năng đạt giá
trị cực đại. Ngợc lại ở các vị trí tận cùng của phân
tử, động năng bằng không, còn thế năng đạt giá trị
cực đại.
Phần tử nớc có 3 nguyên tử tạo thành cấu trúc
tam giác, 2prôtôn ở đáy và nguyên tử ôxy ở đỉnh ở vị
trí không kích động, nhân nguyên tử ở hơi nớc có
đặc tính sau:
Hình 1.1.
Sơ đồ xây dựng phân tử nớc

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

6
Khoảng cách OH 0,9584
0
A
, HH 1,5150
0
A
góc HOH 104
0
27

. Tơng ứng với
mức dao động dới; khoảng cách OH 0,4568
0
A
HH 1,5400
0
A
và góc HOA 105
0
03

.
Nớc là dịch thể dính ớt. Sức căng mặt ngoài ở 20
0
C bằng 0,0727 Pa. Các đặc trng
vật lý trên đây, cũng nh các đặc trng khác của nớc đá, nớc và hơi nớc đều phụ thuộc vào
nhiệt độ và áp suất.

b) Hiện tợng hấp phụ.
Nghiên cứu hiện tợng phát triển trên bề mặt phân chia pha (lỏng rắn) đối với vật liệu
ẩm có một ý nghĩa quan trọng. Quá trình sấy cung cấp năng lợng cho nớc thắng các lực liên
kết giữa nớc và vật liệu sấy, để dịch chuyển nớc từ trong lòng vật sấy ra bề mặt và đi vào tác
nhân sấy để thải vào môi trờng. Bản chất các liên kết giữa nớc và vật liệu là hiện tợng hấp
phụ.
Thờng ngời ta khảo sát hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học. Hấp phụ hoá học là sự
liên kết giữa phân tử nớc và các phân tử của vật hấp phụ thông qua trao đổi điện tử vòng
ngoài (tính ngậm nớc). Vì thế hấp phụ hoá học rất bền vững, rất khó dùng nhiệt để tách nớc
khỏi hấp phụ hoá học. Hấp phụ vật lý là liên kết giữa các phân tử nớc với các phân tử vật hấp
phụ không có trao đổi iôn mà chỉ do sức căng mặt ngoài. hấp phụ vật lý xảy ra không đồng đều
theo chiều dày lớp nớc và rất dễ tách khỏi vật liệu khi sấy. Nớc có trong vật liệu sấy chủ yếu
là nớc hấp phụ vật lý.
Nh đ biết, ứng với định luật thứ 2 của nhiệt động học, khi hệ tiến dần đến trạng thái
cân bằng thế năng của hệ tiến dần tới cực tiểu, có nghĩa là bề mặt chất lỏng cần tác động lực
tiến tới giảm diện tích của nó, đó là lực căng bề mặt (sức căng bề mặt) đối với một đơn vị dài
tiếp tuyến với bề mặt (đin/cm hoặc N/m).
Sức căng bề mặt tính bằng năng lợng tự do của lớp bề mặt trên một đơn vị diện tích
(đin cm/cm
2
nghĩa là erg/cm
2
hoặc Nm/m
2
). Nói cách khác, bằng mật độ năng lợng tự do
của mang mỏng bề mặt.
Đối với nớc ở 0
0
C, 75,7 đin/cm 75,7erg/cm
2

0,0757N/m. Khảo sát sự tác động
tơng hỗ của chất lỏng với bề mặt vật cứng. Trong trờng hợp này phân tử bề mặt vật cứng sẽ
tác dụng với lực xác định F
c
lên phân tử lớp biên chất lỏng về phía chất cũng tác dụng lực F
e

Có thể trình bày sơ đồ tác động tơng hỗ
chất lỏng với vật cứng, thờng trong đó có pha
thứ 3 là pha khí.
Khí không có tác động của ngoại lực, giọt
chất lỏng có dạng hình cầu. Trên bề mặt vật cứng
trong môi trờng không khí có dạng phân chia
1,2,3 nh (hình 1.2). Dạng giọt nớc phụ thuộc
vào sự tơng ứng giữa và góc . Góc côn là sự
đo độ ớt bề mặt cứng; có thể có 3 trờng hợp sau.
Trờng hợp 1:
1 -3
>
2 3
+
1 2
cos

Hình 1.2. Dạng giọt chất lỏng giới
hạn phân chia 3 pha
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

7
1, 2, 3 pha khí, lỏng và rắn.

ở đây
1 -3
,


2 -3
và
1 -2
là sức căng bề mặt giới hạn giữa pha khí vật cứng, Lỏng vật
cứng và khí lỏng.
- Góc tạo thành từ tiếp tuyến với đờng viền giọt nớc.
Trong trờng hợp này giọt chất lỏng bị dẹt trên mặt vật cứng.
Trờng hợp 2:

1 -3
<
2 3
+
1 2
cos
Giọt chất lỏng bị ép và có dạng elipxô - it.
Trờng hợp 3:

1 -3
=
2 3
+
1 2
cos
Khi đó:

1-3 2 3
1 2
cos






= (1-1)
Ro ràng ở trờng hợp thứ nhất 0 < cos < 1, góc 0 < < 90
0
(Hình 1.2) bề mặt vật
cứngbị ớt. Dịch thể dạng này gọi là dịnh thể dính ớt (
1 -3
>
2 3
).
Nếu hiệu số
1 3
-
2 3
=
1- 2
thì phù hợp với công thứ (1 1),
cos = 1 và = 0, nghĩa là bề mặt vật rắn bị dính ớt hoàn toàn, góc không tạo thành, sức
căng bề mặt đặc trng bởi sự thừa năng lợng tự do của lớp bề mặt. Phụ thuộc vào nhiệt độ t,
sức căng bề mặt của nớc có thể xác định theo công thức (erg/cm
2

).

t
= 75,7(1 0,002t)
Trong trờng hợp thứ hai (- 1) < cos < 0, 90
0
<
<180
0
(hình 1 3), bề mặt không bị ớt, gọi là dịch
thể không dính ớt (
1 -3
<
2 -3
).
Tính dính ớt là động lực tạo ra áp suất mao dẫn
hay chiều cao cột dịch thể trong các ống mao dẫn.
(Hình 1.4) Trong một thời gian nhất định dịch thể
trong ống mao dẫn dâng lên độ cao h so với mặt
thoáng của dịch thể.
Nếu chất lỏng không ớt thành ống, nớc trong ống mao sẽ hạ xuống. Cột chất lỏng có
mật độ
l
, ở độ cao h, cân bằng với tổng lực tác dụng lên chu vi ống mao bán kính r
0
.

2
0 0
2

l
r h g r cos

=
Từ đó xác định chiều cao chất lỏng dâng lên h

0
2
l
cos
h
r g



=


Đối với nớc khi ớt hoàn toàn ( = 0, cos = 1), bán kính cong của bề mặt dịch thể:

0
0
r
r r
cos

= =

Hình 1.3. Dạng giọt chất lỏng ở biên
giới giữa 3 pha khi 90

0
<

<180
0

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

8
Khi t = 20
0
C, 73 erg/cm
2
và
0
0,15
h
r
= (cm)
Trong ống mao bán kính r
0
= 10
-5
cm, chiều cao h = 0,15.10
5
cm = 150m và áp lực cột
nớc bằng 1,5 MPa.
Nếu chiều cao h nhỏ hơn và ứng với r
0
, thì độ lõm của bề mặt cột dịch thể sẽ giảm, bề mặt

tạo thành áp suất dơng. Đối với vật thể dính ớt chiều cao cột dịch thể trong ống mao h > 0 so với
chiều cao mặt thoáng, ngợc lại với dịch thể không dính ớt chiều cao cột dịch thể trong ống
mao h < 0 so với chiều cao mặt thoáng.
áp lực của ống mao gây ra giảm áp suất
hơi bo hoà phía trên bề mặt cong, nâng cao áp
suất của nó trên mặt lồi so với áp suất phía trên
bề mặt chất lỏng.
Phù hợp với định luật Ken-Vin, độ đàn
hồi tơng đối của hơi:

0 0
2
exp
.
h
r
l
p
p p r





= =



(1.2)
ở đây: p

r
và p
0
- áp suất hơi bo hoà trên mặt
cong và mặt phẳng.
Bảng 1.1. Sự phụ thuộc giữa độ co dn tơng đối của hơi nớc khi ớt hoàn toàn
của

và r
0
của ống mao.

r
0
.10
7
cm

r
0
.10
7
cm

r
0
.10
7
cm
0,05 0,36 0,5 1,56 0,95 21,9

0,1 0,46 0,55 1,8 0,96 26,3
0,15 0,57 0,6 2,11 0,97 25,3
0,20 0,67 0,65 2,50 0,98 53,3
0,25 0,78 0,7 3,01 0,99 107,5
0,30 0,89 0,75 3,73 0,999 1077,0
0,35 1,02 0,8 4,83 1,000 10770,0
0,40 1,17 0,85 6,61
0,45 1,34 0,9 10,25
Từ bảng trên cho thấy khi r
0
= 107,510
-7
cm = 1,0710
-5
cm, thì 1 và áp suất hơi bo
hoà trên mặt dính ớt thực tế bằng áp suất hơi bo hoà trên mặt phẳng chất lỏng. Hiện tợng
này là cơ sở để chia ống mao thành loại cực nhỏ (r
0
< 10
-5
cm) và ống mao lớn (r
0
> 10
-5
cm).
Nh đ thấy ở phần trên, hiện tợng bề mặt đợc phát triển khi tác động tơng hỗ của
chất lỏng (nớc) với vật cứng, về cơ bản liên kết không chỉ với tơng tác vật lý mà cả tơng tác
Hình 1.4.
Chiều cao dịch thể dính ớt
trong ống mao dẫn

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

9
hoá học. Khảo sát hiện tợng phức tạp trên là một khó khăn rất lớn; mà phải áp dụng phơng
pháp hiện đại của cơ học lợng tử.
1.1.2. Phân loại dạng liên kết ẩm trong vật liệu.
Nông sản là một hệ trong đó ẩm có dạng liên kết khác nhau với vật rắn. Nhiều công
trình nghiên cứu cho phép đơn giản hoá việc phân loại các dạng liên kết nớc, nhng hiện nay
ta chia làm hai loại: nớc nớc tự do và nớc liên kết.
Các dạng liên kết ẩm đợc chia thành ba nhóm chính: liên kết hoá học, liên kết vật lý
và liên kết cơ vật lý.
Trong đó ẩm liên kết hoá - lý không có thể khử đợc bằng quá trình sấy. Mặt khác liên
kết hoá học của nớc với vật liệu chỉ đợc loại bỏ nhờ tác động hoá học hoặc gia công nhiệt
đặc biệt mạnh. Khi sấy loại liên kết này khó loại bỏ.
a) Năng lợng liên kết ẩm với vật liệu.
. A. Rêbinđer sử dụng quan hệ nhiệt động học cơ bản, cho đặc tính số lợng năng
lợng liên kết ẩm với vật liệu tiếp nhận năng lợng tự do đẳng nhiệt. Vì liên kết nớc với vật
liệu làm giảm áp suất hơi nớc trên bề mặt của nó, chính vì thế năng lợng tự do tơng ng sẽ giảm.
Giảm năng lợng tự do F ở nhiệt độ T không đổi hoặc năng lợng liên kết biểu diễn
bởi công L cần chi phí để tách rời 1 mol nớc khỏi vật liệu (không thay đổi thanh phần), có thể
xác định theo công thức (erg/mol).

ln ln
h
u
P
F L R T R T
P

= = =

ở đây: P
h
- áp suât hơi bo hoà của nớc tự do.
P
u
- áp suất hơi nớc cân bằng trên vật liệu với hàm lợng ẩm u trong môi
trờng không khí bất kỳ.
Rõ ràng:
u
h
P
P

=
Liên kết giữa nớc với vật liệu càng chắc, càng làm giảm độ lớn P
u
và ngợc lại, đối với
nớc tự do P
u
đạt đợc giá trị P
h
, = 1 và năng lợng liên kết L = 0.
L = RTln1 = 0
Chỉ lớp nớc một phần tử, nghĩa là lớp nớc có chiều dầy một phân tử (đờng kính
phân tử nớc bằng 310
-8
cm) là liên kết hấp thụ với năng lợng của liên kết phân tử thấy rõ.
Liên kết của lớp nớc xảy ra giảm đột ngột với việc tăng khoảng cách đối với bề mặt hấp thụ
tơng ứng với quy luật của lực phân tử. Vì vậy lợng nớc liên kết hấp thụ trong vật liệu phụ
thuộc vào tổng bề mặt bên trong của phần tử và có thể thờng (theo thể tích) chiếm 1 ữ 5% đối

với thể tích chung của vật. Khi đờng kính phân tử 10
-6
cm nớc hấp thụ có thể chiếm 18% và
lớn hơn nếu đờng kính phân tử càng nhỏ.
Hiệu quả nhiệt liên kết của nớc:

u h
Q Q Q
=
hoặc
u
r r r
=

ở đây: Q
u
- nhiệt bốc hơi của nớc liên kết với vật liệu ta xác định độ ẩm (r
u
).
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

10
Q
h
- Nhiệt bốc hơi của nớc tự do.
Theo phơng trìnhGips-Hemlhols, sự thay đổi năng lợng bên trong hoặc entanpi trong
quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích và:
F
I F T
T

=


Từ (1.3) suy ra:
2 2
ln ln
;
u h
h h
P P
Q R T Q R T
T T

= =


Khi đó:
2 2
ln ln
ln
u h
P P
Q R T R T
T T T




= =

(1.4)
Bởi vì Q
u
> Q
h
và P
u
< P
h
thì
ln ln
u h
P P
T T

>


Bất đẳng thức này minh hoạ bởi đờng cong (Hình 1.5) biểu diễn sự phụ thuộc giữa P
và T. Từ hình ta thấy, đờng cong lnP
u
= f(T), tang góc nghiêng của tiếp tuyến lớn hơn so với
lnP
h
= f(T). Đối với khoảng nhiệt độ không lớn:

2

ln
Q R T const
T


=

và
0
Q
T

=


Ta có biểu thức đối với áp suất hơi trên nớc liên kết:

exp
u h
Q
P P
R T

=



(1.5)
Từ những giả thiết nhiệt động đặc trng cho độ lớn năng lợng liên kết. .A Rêbinđe
đ tính những dạng liên kết nớc với vật liệu khuếch tán (UCEPCH) khi sấy.

+ Nớc liên kết hoá học.
Đối với nớc này, năng lợng liên kết L đạt giá trị lớn nhất. Thí dụ đối với sự kết tinh
của sunphát đồng CuSO
4
ở 25
0
C P
u
= 0,11, P
h
= 3,2 KPa và L = 8,4.10
-3
J/mol.
+ Nớc liên kết hấp phụ.
Đối với nớc liên kết hấp phụ áp lực hơi phụ
thuộc vào độ ẩm của vật liệu đợc gọi là hấp
phụ đẳng nhiệt. Dạng liên kết ẩm này đặc trng
chỉ đối với vật liệu có độ ẩm nhỏ, nghĩa là giá
trị
u
h
P
P

=
không đáng kể; tơng ứng với năng
lợng liên kết lớn.
Thí dụ khi = 0,25, L = 3,47.10
3
J/mol.

+ Liên kết mao dẫn.
Năng lợng liên kết đối với nớc loại này gây
ra liên kết hấp phụ của lớp đa phân tử trên thành
ống mao và giảm áp suất hơi trên mặt cong
trong ống mao so với áp suất hơi trên bề mặt
phẳng của nớc tự do. Nớc còn lại ở bên trong ống mao không khác với nớc tự do.
Hình 1.5. Sơ đồ sự phụ thuộc giữa P và T
trong bảng bán logarit
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

11
Năng lợng liên kết ẩm của ống mao to không lớn và gần với năng lợng của ẩm tự do.
Nếu áp suất hơi trên mặt cong của nớc có thể xác định gần đúng theo định luật của Klu-vin:

0
2
exp
r h
V
P P
r R T


=



(1.6)
Năng lợng liên kết L có thể xác định theo công thức (12) khi thay P
u

và P
h
.
0
2
r
L V
r

=

Với: V
0
- là thể tích riêng của hơi nớc trên mặt thoáng.
Khi đờng kính ống mao không lớn, L đạt giá trị lớn nhất. Thí dụ khi 2r = 10
-6
cm, L = 5,3.10
2
J/mol.
b/ Liên kết thẩm thấu.
Liên kết thẩm thấu điển hình là liên kết của nớc trong các dung dịch, ở đây khối lợng
chính liên kết của nó yếu - thẩm thấu, nghĩa là ăngtrôpi. Bản chất của liên kết này đợc biểu
diễn trong đó áp suất của hơi P
u
trên dung dịch nhỏ hơn áp suất hơi P
h
trên nớc. Từ phơng
trình Gips-Hemlhols.

F I T S

= +
(1.7)
ở đây:

I - Độ giảm năng lợng bên trong (hoặc entalpi trong quá trình đẳng áp và
đẳng tích). Xem liên kết nớc khi có tơng tác phân tử.


S - độ tăng ăngtrôpi trong quá trình đẳng nhiệt.
Liên kết thẩm thấu trở lên rõ rệt khi không có những liên kết vững chắc hơn nghĩa là
khi

I

0.
Khi đó
0
ln
F T S RT n
= =

ở đây: n
0
- là phần mol của nớc trong dung dịch,
0
u
h
P
n
P

= =

1.1.3. Các đặc trng nhiệt động của vật liệu ẩm.
a/ Thế dẫn ẩm.
Khái niệm về thế dẫn ẩm cũng tơng tự nh thế dẫn nhiệt. ẩm chỉ có thể truyền từ vật
hay một phần của nó có độ ẩm cao sang vật hay một phần của vật khác có độ ẩm thấp hơn.
Giữa truyền nhiệt và truyền chất có những tính chất tơng tự. Thí dụ (hình 1.6), cho
thấy sơ đồ phân bố thế chuyển nhiệt, nghĩa là nhiệt độ và entanpi của chì và sắt. ở trạng thái
cân bằng nhiệt độ của hai vật thể nh nhau (50
0
C) và trên giới hạn tiếp xúc có biến chuyển đột
ngột của entanpi (Từ I = C.t = 0,127
ì
50 = 6,3 KJ/Kg đối với chì, đến I = 0,46
ì
50 = 23,0KJ/Kg đối
với sắt). Rõ ràng, sự chuyển biến này là nguyên nhân sự khác nhau của nhiệt khối riêng giữa hai
vật thể. Vì thế để phân tích hiện tợng chuyển chất hợp lý, tơng tự nhiệt khối riêng của chất
lỏng nóng (nớc). Đa vào khái niệm nhiệt khối riêng đẳng nhiệt C
m
đối với vật tiêu chuẩn
(giấy lọc) bằng 1/100 U
Cmax
nghĩa là:
/
1
100
mt c Cmax
C u

=
Kg/Kg
0
M
Nh vậy, tơng tự thế chuyển nhiệt-nhiệt độ, hàm lợng ẩm riêng cực đại của vật tiêu
chuẩn, tơng ứng với thế chuyển

m
trong 100 độ (
0
M) trao đổi khối.
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

12
Kcal/Kg

Kcal/Kg

Kg
/Kg

kg
kg

Kg
/Kg

( ) ( )
/ /
/

/
100
t c t c
mt c
mt c Cmax
T T
u u
C u


= =
Trong đó: u
t/c
- hàm lợng ẩm tiêu chuẩn, khi u
t/c
= u
Cmax
,

mt/nghiệm
= 100
0
M.
Trong thí dụ tiếp xúc giữa than bùn và giấy lọc, hàm lợng ẩm các vật liệu đó ở trạng
thái cân bằng nhiệt động u
t/c
= 0,5Kg/Kg, thế chuyển khối (u
Cmax
)
T

= 0,277Kg/Kg.

0
/
0,5
100 180
0,277
mt ngh
M

= =
.
Để chuyển vật chất (ẩm) và nhiệt từ vật này đến vật khác cần tạo nên sự sai khác thế
tơng ứng. Đặc biệt ta thấy sự hiện diện sai khác thế ẩm và nhiệt truyền từ vật có hàm lợng
ẩm nhỏ tới vật có hàm lợng ẩm lớn.













a/ c/

b/ d/
Hình 1.6. Phân bố ẩm, entanpi và thế chuyển trong hệ vật.
Vật tiêu chuẩn và than bùn (a), chì và sắt (b), chuyển ẩm và nhiệt khi hiện diện thế (c, d).
Hàm lợng ẩm u (Kg/Kg)

Khoảng cách từ bề mặt tiếp xúc (cm)

Thế

m

ẩm

than

bùn

cát

than bùn

giấy lọc

Khoảng cách từ mặt tiếp xúc (cm)

Entanpi I
(K
Cal
/Kg)

chì

chì

nhôm

sắt

Nhiệt độ

nhiệt

kg
kg

Kcal
kg

Kcal
kg

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

13
Đơn vị đo đợc gọi là thế dẫn ẩm và ký hiệu là

. Trong dẫn ẩm đẳng nhiệt, ta có thể
xem thế dẫn ẩm

là một hàm của độ chứa ẩm u hay

= f(u). Nếu trong dẫn nhiệt, từ khái
niệm nhiệt độ và nhiệt lợng, ngời ta đa ra khái niệm nhiệt dung riêng:
p
dq
C
dt

Với:
dq - nhiệt lợng cần để hâm nóng hoặc làm nguội 1Kg vật chất nóng lên hoặc lạnh đi.
dt - biến thiên nhiệt độ trong quá trình đẳng áp.
Trong dẫn ẩm ta cũng đa ra khái niệm ẩm dung riêng trung bình và cục bộ. ẩm dung
riêng trung bình đặc trng cho sự thay đổi hàm lợng khối của vật

U tơng ứng với sự thay
đổi thế chuyển khối trên một đơn vị đo của thế này, nghĩa là:
m

m
u
C


=


Đối với nhiều vật sự phụ thuộc

m
= f(u) là phi tuyến, độ lớn C
m
thay đổi với sự thay đổi
hàm lợng ẩm. Chính vì thế đa vào khái niệm ẩm dung riêng thực đẳng nhiệt (khi nhiệt độ
của vật là

):
m
m
u
C




=

ẩm dung riêng thực (cục bộ) ở chế độ đẳng nhiệt C
m
= f(u) xác định bằng đồ thị đờng
cong vi phân

m
= f(u) khi

= const.
b/ ẩm độ.
Đo nhiệt độ theo thang bách phân, ngời ta chọn nớc làm vật mẫu và nhiệt độ nớc đá
đang tan là 0
0
C và nhiệt độ nớc đang sôi là 100
0
C ở cùng áp suất 760mmHg. Nếu nhiệt lợng
đo bằng Kcal thì nhiệt dung riêng của nớc bằng 1Kcal/Kg.K.
Tơng tự thế dẫn nhiệt - là nhiệt độ; hàm lợng ẩm riêng cực đại của vật tiêu chuẩn
tơng ứng với thế chuyển
m
trong 100 độ trao đổi khối (
0
M).

( ) ( )
/ /
/
100
t c t c

mt c
mtc Cmax
T T
u u
C u


= = (1.8)
ở đây:
u
t/c
- hàm lợng ẩm tiêu chuẩn, khi u
t/c
= u
Cmax
,
mt/c
= 100
0
M.
Khi khảo sát ví dụ tiếp xúc của than bùn và giấy lọc, hàm lợng ẩm trong trạng thái cân
bằng nhiệt động u
t/c
= 0,5Kg/Kg, thế chuyển khối khi (u
Cmax
) = 0,277Kg/Kg.
0
/
0,5
100 180

0,277
mt c
M

= =
Để chuyển chất (ẩm) và nhiệt từ vật này đến vật khác cần tạo hiệu của thế tơng ứng
(Hình 1.6c,d).
Ta thấy rằng khi tồn tại hiệu thế ẩm và nhiệt chuyển từ vật có hàm ẩm nhỏ vào vật có hàm ẩm lớn.

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

14
1.1.4. Các thông số nhiệt - vật lý của vật liệu ẩm.
a/ Nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm.
Nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm (J/Kg.
0
K) thờng đợc tính nh là trung bình cộng độ lớn
nhiệt dung riêng của chất khô của vật liệu C
K
và nhiệt dung riêng của nớc C
n
bằng 4,19 (KJ/Kg.
0
K).

(
)
100
100
K a

M
C W C W
C
+
= (1.9)
Nhiệt dung riêng của chất khô của các sản phẩm thực phẩm khác nhau từ
1257 ữ 1676 J/Kg.
0
K hoặc 0,3 ữ 0,4 Kcal/Kg
0
C.
Công thức trên có thể trình bày dới dạng:
100
a K
M K
C C
C C W

= +

Nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm đối với số kilogam chất khô, thì nhiệt dung qui
dẫn J/Kg chất khô.
0
K.

(
)
100
100 100 100
c

K a
qd
a
M K K a K a
C W C W
C W
W
C C C C C C u
W W
+

= = + = + = +

(1.10)

Hình 1.7. Sự phụ thuộc của nhiệt dung riêng hạt lúa tiểu mạch vào độ ẩm của nó.
1 - Theo BH; 2 - Theo công thức hỗn hợp; 3 - Theo số liệu của Đisnhêa; 4 - Theo số liệu
của .A ÊgôRôVa; 5 - Theo số liệu của B.C. Kôlôva.
Phù hợp với công thức (1.9, 1.10) thờng dùng để tính toán thiết bị sấy, sự phụ thuộc
giữa nhiệt dung riêng của vật liệu và độ ẩm có đặc tính tuyến tính. Qua thực nghiệm cho thấy
0
.
J
Kg K
0
Kcal
Kg C

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

15
đối với nhiều loại vật liệu và sản phẩm, hàm C
M
= f(W) không phải là đơn điệu và đồ thị của nó
thì có những điểm gẫy khúc.
Trên hình 1.7 cho thấy sự phụ thuộc nhiệt dung riêng của hạt lúa mạch vào độ ẩm của
nó. Sự phụ thuộc này nhận đợc theo số liệu của nhiều tác giả. Theo công thức (1.9) thì
C
K
= 1548J/Kg

0
K = 0,37Kcal/Kg
0
C.
b/ Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ẩm.
Truyền nhiệt trong vật liệu ẩm khác với truyền nhiệt trong vật liệu khô. Hệ số dẫn nhiệt
của vật liệu ẩm phụ thuộc vào bản chất vật khô, độ ẩm của nó, cấu trúc các hang xốp, đờng
kính các mao quản,
Hệ số dẫn nhiệt

(W/m.
0
K) là hệ số tỉ lệ trong phơng trình Fua-riê.
q

=

ở đây: q - mật độ dòng nhiệt trong vật (W/m
2
)


- Gradien nhiệt độ
0
K/m.
Nếu hệ số dẫn nhiệt của vật liệu khô

K
và của nớc hoặc hơi nớc trong các hang xốp

n

đ biết thì hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ẩm có thể tính:
( )
2
1
1
2
1 1
1 1
K
V
V









=
+

Trong đó:

1
, V
1

;
2
, V
2
tơng ứng là hệ số dẫn nhiệt và thể tích của vật cứng và pha hơi.
- hệ số hình dáng của phân tử tạo nên vật liệu ẩm.
- Phân tử hình cầu:

1
1 2
3
2



=
+

- Phân tử dạng hình trụ:

( )
1 2
1 2
5
3



+
=

+

- Đối với hạt dạng tấm mỏng:

1 2
2
2
3



+
=

Thực tế đối với vật liệu ẩm cụ thể thì hệ số dẫn nhiệt chủ yếu phụ thuộc vào độ ẩm và
nhiệt độ. Trong kỹ thuật, để tính tới ảnh hởng này ta dùng các công thức thực nghiệm. Đối
với lúa mì và hạt ngũ cốc:


= 0,070 + 0,0233.

K
(W/m
0
K)
ở đây:

K
- Độ ẩm tuyệt đối.
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

16
c/ Hệ số dẫn nhiệt độ.
Nh ta đ biết, hệ số dẫn nhiệt độ a là đặc tính quan trọng của vật liệu, xác định quán
tính nhiệt của nó. a càng cao, càng xảy ra hâm nóng hoặc làm lạnh vật liệu càng nhanh, nghĩa
là hệ số a cần phải tính khi nghiên cứu và tính toán quá trình không ổn định - hâm nóng, làm
lạnh, sấy, làm ẩm,

a
C


=

(1.11)
ở đây:

- hệ số dẫn nhiệt của vật liệu
C - nhiệt dung riêng


- mật độ (hoặc khối lợng thể tích).

Hình 1.8. Sự phụ thuộc hệ số dẫn nhiệt a vào hàm lợng ẩm u
I - đối với cát; II - đối với đất sét; III - đối với than bùn.
Tích C.

- là nhiệt dung đơn vị của thể tích vật liệu, nó đặc trng cho khả năng trữ
nhiệt: C.

càng lớn, cũng nh giá trị của

hệ số a sẽ càng nhỏ, nghĩa là vật liệu có khả năng
trữ nhiệt càng lớn sẽ bị hâm nóng và làm lạnh chậm.
Phơng trình vi phân truyền nhiệt bên trong có dạng:

2
a




=

(1.12)

Trên hình 1.8 theo số liệu của A.B.Lkốp trình bày đờng cong đặc trng phụ thuộc
của hệ số a vào hàm lợng ẩm u đối với cát, đất sét và than bùn. Các đờng cong có điểm cực trị.
1.2. Tác nhân sấy
Quá trình sấy nhiệt bao gồm chuyển ẩm có trong lòng vật liệu dới dạng hơi và loại bỏ
hơi ẩm đó vào môi trờng bên ngoài. Quá trình phân tử ẩm nhận đợc nhiệt lợng từ hỗn hợp
không khí ẩm trộn lẫn với sản phẩm cháy của nhiên liệu (tác nhân sấy) để dịch chuyển từ trong
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

17
vật thể ra bề mặt và từ bề mặt vào không gian tác nhân sấy bao quanh để thải vào môi trờng.
Nh vậy không khí cùng một lúc làm nhiệm vụ truyền nhiệt và truyền ẩm.
Thiết bị sấy gồm hai phần tử chính: calorife 1 và buồng sấy 2. Trong calorife không khí
đợc hâm nóng khi không thay đổi hàm lợng ẩm. Trong buồng vật liệu nhận nhiệt, không khí
bị nguội đi, đồng thời tiếp nhận ẩm thoát ra từ vật liệu ẩm. Khi hàm lợng ẩm của không khí
tăng lên, khả năng sấy sẽ giảm. Do đó tác nhân sấy cần đợc cải thiện, đa vào khí đ đợc
hâm nóng mới, khô hơn. Để làm nhiệm vụ này ta dùng quạt 3.
Trong quá trình sấy, trạng thái của tác nhân sấy liên tục thay đổi. Không khí ẩm là hỗn
hợp của không khí khô với hơi nớc. Gần đúng có thể coi không khí khô nh là khí thuần nhất
với khối lợng phân tử hiệu dụng
à
K


29.
Không khí khô là hỗn hợp của ôxy và nitơ và một số chất khí khác nh CO
2
, SO
2
,
các khí này có thành phần không đáng kể có thể bỏ qua. Thành phần ôxy và nitơ trong không

khí khô tơng ứng bằng 21% và 79% theo thể tích hoặc 23,3% và 76,7% theo khối lợng.
Bảng 1.2. Hằng số khí và khối lợng phân tử của khí.
Khí

R
i
(Kg.m/Kg
0
C)

R
i
(J/Kg
0
K)
à
K

Khí R
i
(Kg.m/Kg
0
C)

R
i
(J/Kg
0
K)

à
K

CO
2

19,30 190 44

CO 30,30 298 28

N
2
30,30 298 28

Khí khô 29,30 287 29

O
2
26,50 260 32

Hơi nớc

47,10 462 18

SO
2
13,25 130 64


1.2.1. Thông số cơ bản của không khí ẩm.

Phù hợp với định luật Đan-Tông, áp suất của hỗn hợp khí, với thể tích xác định bằng
tổng áp suất hơi của tất cả các thành phần.
1 2 3

n
B p p p p
= + + + +

Trong đó: B - áp suất chung của hỗn hợp khí.
p
1
, p
2
, p
n
- áp suất hơi của các khí thành phần.
Tơng ứng với áp suất phong vũ biểu của không khí ẩm:
KK h
B p p
= +

ở đây: p
KK
- áp suất riêng phần của không khí khô.
p
h
- áp suất riêng phần của hơi nớc chứa trong không khí.
Bảng 1.3. Sự phụ thuộc của áp suất hơi bo hoà p
h
và nhiệt độ của nó.

t,
0
C
P
H
, mmHg
p
H
,Pa


t,
0
C
P
H
, mmHg
p
H
,Pa

t,
0
C
P
H
, mmHg
p
H
,Pa

t,
0
C
P
H
, mmHg
p
H
,Pa


t,
0
C
P
H
, mmHg
p
H
,Pa


-20 0,722 96,5 32 35,66

4,86 58 136,1

18,2 84 416,8

55,7
-19 0,850 113,0 7 7,51 1,02 33 37,73

5,1 59 142,6

19,05 85 433,6

57,6
-18 0,935 124,0 8 8,05 1,07 34 39,90

5,33 60 149,4

19,92 86 450,9

60,2
-17 1,027 137,0 9 8,61 1,15 35 42,18

5,63 61 156,4

20,84 87 468,7

62,4
-16 1,128 151,0 10 9,21 1,23 36 44,56

5,95 62 163,8

21,81 88 487,1

65,0
-15 1,238 164,1 11 9,84 1,31 37 47,07

6,27 63 171,4

22,81 89 506,1

67,5
-14 1,357 181,0 12 10,52 1,40 38 49,69

6,63 64 179,3

23,86 90 525,8

71,0
-13 1,486 199,2 13 11,23 1,5 39 52,44

6,99 65 187,5

25,01 91 546,1

72,7
-12 1,627 218,3 14 11,99 1,59 40 55,32

7,36 66 196,1

26,2 92 567,0

75,7
-11 1,780 238,1 15 12,79 1,71 41 58,34

7,76 67 205,0

27,38 93 588,6

78,4
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

18
-10 1,946 260,0 16 13,63 1,82 42 61,50

8,2 68 214,2

28,31 94 610,9

82,5
-9 2,125 285,1 17 14,53 1,94 43 64,80

8,64 69 223,7

29,8 95 633,9

84,5
-8 2,321 311,2 18 15,48 2,06 44 68,26

9,1 70 233,7

31,1 96 657,6

87,7
-7 2,532 338,0 19 16,48 2,19 45 71,88

9,57 71 243,9

32,45 97 682,1

91,0
-6 2,761 369,0 20 17,54 2,34 46 75,65

10,1 72 254,6

34,1 98 707,3

94,3
-5 3,008 400,0 21 18,65 2,49 47 79,60

10,62

73 265,7

35,45 99 733,2

97,7
-4 3,276 437,0 22 19,33 2,64 48 83,71

11,15

74 277,2

37,0 100

760,0

101,3
-3 3,566 476,2 23 21,07 2,82 49 88,02

11,75

75 289,1

38,45
-2 3,879 509,0 24 22,38 2,98 50 92,51

12,35

76 301,4

40,17
-1 4,216 560,0 25 23,76 3,17 51 97,20

12,99

77 314,1

41,9
0 4,579 612,0 26 25,21 3,36 52 102,1

13,61

78 327,3

43,6

1 4,93 660,2 27 26,74 3,56 53 107,2

14,4 79 341,0

45,5
2 5,29 706,2 28 28,35 3,78 54 112,5

15,01

80 355,1

47,4
3 5,69 760,2 29 30,04 4,00 55 118,0

15,75

81 369,7

49,4
4 6,10 813,4 30 31,82 4,24 56 123,8

16,38

82 384,9

51,49
5 6,54 875,4 31 33,70 4,46 57 129,8

17,3 83 400,6

53,4
6 7,01 936,5
Bảng trên cho ta áp suất hơi bo hoà phụ thuộc vào nhiệt độ.
Theo định luật Đan-Tôn thấy rằng áp suất riêng phần của hơi trong không khí ẩm p
h

nhỏ hơn áp suất chung của hỗn hợp B. Tuy nhiên vì nhiệt độ hơi bằng nhiệt độ hỗn hợp, rõ
ràng hơi ở trong không khí ẩm không bo hoà, có nhiệt độ vợt quá nhiệt độ sôi của nớc
trong khi áp suất riêng phần của nó đ cho, nghĩa là nó ở trạng thái quá mức.
áp suất phong vũ biểu và áp suất riêng phần của hơi là những thông số đặc trng trạng
thái không khí ẩm. Ngoài những thông số này, trạng thái của không khí ẩm đợc đặc trng bởi
hàng loạt các thông số khác: độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tơng đối, hàm lợng ẩm, mật độ, thể tích
riêng, nhiệt độ và entanpi. Khi biết ba thông số của không khí ẩm, có thể tìm đợc các giá trị
thông số còn lại của nó khi sử dụng các quan hệ sau:
- Độ ẩm tuyệt đối của không khí

a
là khối lợng của hơi nớc chứa trong 1m
3
không
khí ẩm (g/m
3
), đồng thời

a
cũng là mật độ của hơi nớc chứa trong hỗn hợp.
- Độ ẩm tơng đối của không khí là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối với khối lợng hơi nớc
cực đại có thể (

max

) chứa trong 1m
3
không khí ẩm có cùng một điều kiện (nhiệt độ và áp suất).

a
max



=
hoặc
100%
a
max



=

Độ ẩm tơng đối là thông số quan trọng của không khí ẩm. Độ lớn của nó đặc trng
cho khả năng không khí đợc bo hoà bởi ẩm. Giá trị

càng nhỏ trong điều kiện đơn giản
bằng nhau, khả năng sấy của không khí càng lớn.
Đặc tính phụ thuộc của

vào nhiệt độ, khác nhau:


Nếu nhiệt độ của không khí ẩm t, thấp hơn nhiệt độ sôi của nớc t

K
ở áp suất phong
vũ biểu đ cho, nghĩa là khi t < t
K
(khi B = 760mmHg, t
K
= 100
0
C, khi B = 745mmHg,
t
K
= 99,4
0
C),

max
là mật độ hơi bo hoà

h
ở nhiệt độ đ cho, nghĩa là

max
=

a

khi đó:
a
h

=

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

19
Giá trị của

a
trình bày trong bảng hơi nớc. Đối với tính toán kỹ thuật có thể dùng
công thức thực nghiệm của .K.Philônhencô:

6,9
lg 0,686
230
h
t
t

= +
+
(1.13)
ở đây:
a
tính bằng (g/m
3
).
Tính gần đúng có thể dùng phơng trình đặc tính của khí lý tởng, đối với hơi nớc có thể viết:

;
a a h h
a h
RT RT
p p

à à
= =
(1.14)
ở đây:
à
a
- phân tử lợng của hơi nớc,
à
a
= 18.
p
a
- áp suất hơi bo hoà ở nhiệt độ đ cho (Bảng 1.5)
R - hằng số của chất khí, R = 8314,3J/Kmol.
0
K.
Giá trị bằng số của độ lớn R bằng công dn 1Kg - phân tử (Kmol) khí ở áp suất không
đổi và nhiệt độ tăng lên 1 độ.
Từ phơng trình (1.14) có:

a a
h h
p
p

= =
(1.15)
Độ lớn p
h
phụ thuộc vào nhiệt độ t, nâng cao nhiệt độ, áp suất hơi bo hoà tăng
(Bảng1.5), chính vì thế khi hàm lợng ẩm không đổi của khí tơng ứng với giảm giá trị
của

. Khi hâm nóng không khí trong calorife khả năng sấy của nó tăng lên, ngợc lại khi làm
lạnh không khí p
h
sẽ giảm xuống; độ ẩm tơng đối khi hàm lợng ẩm không đổi sẽ nâng cao,
đạt đợc p
h
= p
a
(100%). Không khí trở thành bo hoà và bắt đầu có ngng tụ hơi nớc.
Trong khoảng nhiệt độ t = 0
0
C
ữ
100
0
C, p
h
(mmHg) có thể tính theo công thức thực
nghiệm của Philônhencô:

7,5
lg 0, 622
238
h
t
p
t
= +
+
(1.16)


Nếu nhiệt độ của không khí ẩm cao hơn t
K
ở áp suất đ cho thì bo hoà hoàn toàn có
thể chỉ khi không khí khô không tuyệt đối và áp suất hơi bo hoà bằng áp suất phong vũ biểu
p
h
= B, ta có:
a
p
B

=

1.2.2. Lợng chứa ẩm.
Lợng chứa ẩm (hàm lợng ẩm), là khối lợng hơi nớc chứa trong 1kg không khí khô.
Thông số này đợc dùng phổ biến để tính thiết bị sấy.

a
K
G
d
G
=
Kg ẩm/Kg kk.
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

20
hoặc
1000
a
K
G
d
G
=
g ẩm/Kg kk.
Sử dụng phơng trình trạng thái đối với hơi nớc và không khí khô ta có:

a
a a
a
K
K K
K
R T
p V G
R T

p V G
à
à

=

=
(1.17)
ở đây:
R
a
= 462J/Kg.
0
K, R
K
= 287J/Kg.
0
K. Thay áp suất của hỗn hợp không khí khô và hơi
nớc p bằng ký hiệu áp suất khí trời (áp suất phong vũ biểu) B ta có:

622
a
a
p
d
B p
=

(g ẩm/Kg kk) hoặc
0,622

a
a
p
d
B p
=

(Kg ẩm/Kg kk).
Nh vậy, biết giá trị áp suất riêng phần trong không khí, có thể xác định đợc lợng
chứa ẩm của nó, ngợc lại theo lợng chứa ẩm có thể xác định đợc áp suất riêng phần của hơi.
1.2.3. Mật độ không khí ẩm (hỗn hợp không khí khô và hơi nớc)

hh K a

= +

ở đây:

a
,

K
là mật độ hơi nớc và không khí khô.
Trong điều kiện bình thờng (áp suất p
K
= B), t = 273
0
K)

K

= 1,293Kg/m
3
. Sử dụng
phơng trình trạng thái của khí, có thể viết:

1,293 273
K
K
p B
T

=


Suy ra:
( )
1,293 273
273
K
t B


=
+

Biết
K a
p B p
=
và

622
a
a
p
d
B p
=


Ta có:
1,293 273
1 0, 622
273
a a
hh
a
B p p
t B B p




= +

+


Hoặc
3
1,293 273

0, 622
273
1,293 273
1 0,378 ( / )
273
a a
hh
a
a
B p p
t B B p
p
Kg m
t B




= +

+



=

+

(1.18)
Công thức trên cho thấy, mật độ không khí ẩm phụ thuộc vào hai thông số thay đổi

trong quá trình sấy: nhiệt độ và áp suất riêng phần của hơi nớc p
a
. Khi tăng p
a
trong quá trình
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

21
sấy,

hh
sẽ giảm bởi vì hơi bị thay thế bởi không khí khô. Tuy nhiên sự giảm nhiệt độ của
không khí kéo theo quá trình sấy đối lu, dẫn tới tăng

hh
.
1.2.4. Nhiệt dung riêng trung bình của không khí ẩm.
Nhiệt dung riêng trung bình của không khí ẩm khi áp suất không đổi ứng với 1Kg khí
ẩm, nghĩa là 1kg hỗn hợp, coi nh độ lớn trung bình giữa nhiệt dung khí khô và hơi (KJ/Kg ẩm
0
K)

1
K K a a K a
hh
K a
G C G C C x C
C
G G x
+ +

= =
+ +
(1.19).
ở đây:
100
a
K
G
d
x
G
= =

C
K
- nhiệt dung riêng trung bình của không khí khô; khi t

200
0
C
ta có C
K


0,24 Kcal/Kg
0
C

1,004KJ/Kg.
0

K. Khi t > 200
0
C cần tính C
K
phụ thuộc vào nhiệt độ.
C
a
- Nhiệt dung riêng của hơi nớc. C
a


0,44 Kcal/Kg
0
C

1,842 KJ/Kg
0
K.
Đặc tính nhiệt - vật lý của trạng thái khí ẩm trong kỹ thuật sấy thờng sử dụng entanpi.
Thông thờng entanpi riêng của không khí ẩm đối với 1Kg không khí khô đợc xác định nh
là tổng entanpi riêng 1kg không khí khô (I
k
) và d gam hơi ẩm. Do đó entanpi của không khí ẩm là:

1000 1000
hh K a K a
d d
I I I C t I
= + = +
(1.20)

ở đây: t - nhiệt độ của hỗn hợp
I
a
- Entanpi riêng của hơi ẩm trong hỗn hợp ở nhiệt độ và áp suất riêng phần đ cho.
Trong buồng sấy không khí không ở trạng thái bo hoà. Hơi nớc đợc hâm nóng trong
hỗn hợp cùng với không khí. Entanpi của nó phụ thuộc vào entanpi của nớc lỏng, nhiệt hoá
hơi và nhiệt độ hâm nóng.
Entanpi của nớc ở nhiệt độ t

l l
I C t
=

ở đây: C
l
- nhiệt dung riêng của nớc lỏng (KJ/Kg.
0
K)
Nếu entanpi của nớc lỏng ở t = 0
0
C bằng không, thì entanpi của hơi quá nhiệt xác định
theo công thức:

(
)
a l K a K
I C t r C t t
= + + (1.21)
ở đây: t
K

- Nhiệt độ sôi của nớc lỏng phụ thuộc vào áp suất.
r - nhiệt riêng hoá hơi cũng phụ thuộc vào áp suất
C
a
- nhiệt dung của hơi quá nhiệt ở áp suất không đổi.
Bởi vì trong không gian thiết bị sấy áp suất riêng phần của hơi ít thay đổi, do đó entanpi
của hơi thực tế chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ t, không phụ thuộc vào áp suất. Rõ ràng điều này có
thể khi C
l
= const, C
a
= const.
Khi C
l
.t
K
+ r - C
a
.t
K
= const =r
0
(r
0
- là nhiệt hoá hơi ở t
K
= 0
0
C)
Nhiệt riêng hoá hơi:

Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

22

(
)
0
l a K
r r C C t
=
(1.22)
Nếu r
0
= 597, C
l


1, C
a


0,44, ta nhận đợc công thức gần đúng sự phụ thuộc của r vào t:

597 0,56
r t
=
Kcal/Kg = 4,186(597 - 0,56t) KJ/Kg.
Độ lớn r phụ thuộc vào t cho trong bảng.
Thay r vào biểu thức tính I
a

, ta có công thức gần đúng để tính entanpi của hơi quá nhiệt:

0
a a
I r C t
= +

r
0
= 597Kcal/kg = 2500KJ/Kg; C
a
= 0,44Kcal/Kg
0
C = 1,842KJ/Kg
0
K.
Tơng tự có thể nhận đợc công thức gần đúng để xác định entanpi của hơi bo hoà:

h l K
I C t r
= +

Thay giá trị của r vào công thức trên ta có entanpi của hơi bo hoà (Kcal/kg).

597 0,56 597 0, 44
h l
I C t t t
= + = +

Từ phơng trình (103 - 105) thấy rằng, giá trị gần đúng entanpi của hơi không bo hoà

quá nhiệt bằng entanpi của hơi bo hoà ở cùng nhiệt độ (nếu áp suất riêng phần của hơi không
quá 0,1Mpa), do đó để tính toán entanpi của hơi có thể lấy trực tiếp từ bảng (I25) khi nhiệt độ
tới 100
0
C. Nh vậy thay vào công thức (99) giá trị của I
K
và I
a
, ta thu đợc entanpi của không
khí ẩm.

( )
0,24 597 0, 44 /
1000
hh
d
I t t Kcal Kgkk
= + +

hoặc
( )
1,004 2500 1,842 /
1000
hh
d
I t t KJ Kgkk
= + +

Nếu độ lớn I
h

tính theo (105) so với giá trị trên bảng (25) cho thấy, cùng ở t = 100
0
C có
sai khác khoảng 1,9Kcal/Kg (7,9KJ/Kg) hoặc gần 0,4%. ở t = 50
0
C giá trị của entanpi nh nhau.
1.2.5. Nhiệt độ của nhiệt kế ớt.
Trong lý thuyết quá trình sấy một trong những thông số đặc trng cho trạng thái của
không khí ẩm, là nhiệt độ của nhiệt kế ớt. Sự bay hơi của nớc vào không khí trong điều kiện
đoạn nhiệt nên nhiệt lợng cần để bay hơi lấy ngay từ không khí. Lớp không khí sát bề mặt
bay hơi mất đi một nhiệt lợng đúng bằng nhiệt lợng bay hơi của nớc, do đó nhiệt độ lớp
không khí sát bề mặt bốc hơi giảm so với không khí ở xa bề mặt bay hơi. Ngời ta gọi nhiệt độ
lớp không khí sát bề mặt bay hơi là nhiệt độ nhiệt kế ớt t

và xa bề mặt bay hơi là nhiệt độ
nhiệt kế khô. Để đo nhiệt độ không khí ta dùng nhiệt kế thông thờng (thuỷ ngân hoặc rợu).
Đo nhiệt độ nhiệt kế ớt ta vẫn dùng các loại nhiệt kế trên, nhng bọc bầu thuỷ ngân hoặc rợu
bằng bông luôn thấm nớc nhờ mao dẫn từ một cốc nớc.
Nh vậy, nhiệt độ của nhiệt kế ớt là thông số nhiệt động, đặc trng cho khả năng
không khí nhờng nhiệt để bốc hơi nớc tới khi không khí bo hoà hoàn toàn.
Sự sai khác giữa nhiệt độ nhiệt kế khô và nhiệt kế ớt đặc trng cho khả năng nhận ẩm
của không khí, trong kỹ thuật sấy ta gọi là thế sấy

.
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

23

t t

=


Trong đó: t - nhiệt độ không khí, hoặc nhiệt độ của nhiệt kế khô thông thờng.
t

- nhiệt độ của nhiệt kế ớt (không khí bo hoà đoạn nhiệt)
Khi không khí bo hoà hoàn toàn (

= 100%), t

= t và

= 0.
1.2.6. Xác định độ ẩm tơng đối của không khí.
Khi biết hiệu số (t - t

) có thể xác định độ ẩm không khí. Giả sử q
1
là nhiệt lợng mà
không khí cung cấp cho bầu thuỷ ngân của nhiệt kế ớt và q
2
là nhiệt lợng mà nớc quanh
bầu thuỷ ngân tiêu thụ để bay hơi. Rõ ràng ta có:
q
1
= q
2

Theo phơng trình truyền nhiệt ta có:

q
1
=

(t - t

)
Đa vào khái niệm bay hơi q
m
(lợng ẩm tích ra từ 1 đơn vị diện tích trong 1 đơn vị thời
gian (Kg/m
2
.s) ta có:
q
2
= q
m
.r.
Trong đó: r - nhiệt ẩm hoá hơi (J/Kg).
Thay giá trị q
1
, q
2
vào công thức ta có:
( )
m
m
q r
t t q r t t

= =


Cờng độ bay hơi gần đúng có thể xác định theo công thức của Đan-tông nh đối với
bốc hơi nớc ở bề mặt tự do.

760
m m
q p
B

=
(1.23)
Trong đó:


- hệ số bốc hơi (hoặc hệ số trao đổi ẩm).
B - áp suất phong vũ biểu.


p - hiệu áp suất riêng phần của hơi trên bề mặt nớc và không khí bao quanh.

a
p p p
=


p

- áp suất hơi bo hoà ở nhiệt độ nhiệt kế ớt.
Phơng trình cân bằng nhiệt có dạng:

( ) ( )
760
m a
t t p p r
B

=


Suy ra:

( ) ( )
760
a
m
p p B t t
r


=


(1.24)
Đặt
760
m

A
r


=

(hệ số ẩm kế)
Thực nghiệm cho thấy khi tốc độ không khí v < 0,5 m/s thì A = 66.10
-4
.
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

24

(
)
a
p p A B t t
=


Suy ra độ ẩm tơng đối của không khí:

a
h
p
p

=

p
h
- áp suất hơi bo hoà khi nhiệt độ không khí đo bằng nhiệt kế khô.
Sau khi biến đổi ta có:

( )
h h
p AB
t t
p p

=



p

- áp suất hơi bo hoà ở t

.
Khi v

0,5m/s hệ số A xác định theo công thức thực nghiệm:

5
6,75
65 .10
A
v

= +



Các giá trị

và A thiết lập thành bảng hoặc toán đồ để dùng trong thực tế. Độ ẩm
không khí là hàm của nhiệt độ không khí (nhiệt độ nhiệt kế kho t) và hiệu (t - t

) với tốc độ xác
định của không khí.
1.2.7. Đồ thị I - d của không khí ẩm.
Trong kỹ thuật sấy, không khí ẩm đợc đặc trng bởi ba thông số sau:
- Nhiệt độ của nhiệt kế khô t.
- Độ ẩm tơng đối

(%).
- áp suất khí trời B (áp suất phong vũ biểu).
Ngời ta thờng đa vào thế sấy

. Các thông số còn lại của không khí ẩm có thể tính
theo các công thức ở trên.
a/ Nguyên tắc xây dựng đồ thị I - d.
Đồ thị đợc xây dựng đối với áp suất khí trời xác định (B = 745mmHg = 99,3 KPa 1Bar).
Trên trục tung đặt entanpi (Kcal/Kgkk hoặc KJ/Kgkk) theo tỉ lệ xác định.
Trục hoành nghiêng một góc 135
0
so với trục tung. Nh vậy đờng I = const song
song với trục hoành và tạo với trục tung một góc 135

0
. Đờng d = const song song với trục
tung. Để thuận tiện tính toán hàm lợng ẩm, ta xây dựng đờng nằm ngang - trục phụ d.
Đờng có nhiệt độ không đổi (đờng đẳng nhiệt) là sự phụ thuộc I vào d khi t = const, đó
là những đờng gần song song (ở vùng có nhiệt độ thấp) trong hệ toạ độ I - d, độ nghiêng càng
lớn khi nhiệt độ càng cao.

597 0,44
1000 1000
K
d d
I C t t
= + +
Kcal/Kg kk (1.25)

1,004 2,5 0,001842
I t d d t
= + +
KJ/Kg kk
Từ phơng trình ta thấy I là tổng của ba đại lợng, có thể trình bày trên đồ thị dạng ba
đoạn tơng ứng. Để dễ quan sát, xây dựng hai đờng đặc tính đẳng nhiệt.
Trng ủi hc Nụng nghip 1 Giỏo trỡnh K thut synụng sn

25
- Đẳng nhiệt t = 0.
Khi t = 0 và d = 0 thì I
0
= 0 (đồ thị bắt đầu từ điểm 0)
Khi t = 0 và d = d
1

,
1
1
1000
r d
I

=

Để tìm đờng I
1
, kẻ đờng d
1
= const xuất phát từ đờng I = 0 (điểm a). Đặt trên đờng
thẳng góc từ a một đoạn ab tơng ứng theo tỷ lệ xích bằng
1
1000
d
r
. Nối O và b, ta có đờng
đẳng nhiệt t = 0.
- Đẳng nhiệt t
1
= const.
Khi t = t
1
và d = 0, thì I
0
= C
K

.t
1
, trên đồ thị là đoạn Oe ứng với đờng d = 0 (trục tung).
Khi t = t
1
và d = d
1


1 1
1 1 1
0,44
1000 1000
K
d d
I C t r t
= + +

Trên đờng d
1
= const đặt đoạn bc bằng Oe (C
K
.t
1
) và đoạn ef bằng
1
1
0,44
1000
d

t

.
Đờng đẳng nhiệt t
1
= const đi qua điểm e và f.
Từ phơng trình cơ bản thấy rằng, khi tăng t, góc nghiêng của đờng đẳng nhiệt tăng
lên, do tăng đoạn cf
1
1
0,44
1000
d
t




. Tuy nhiên độ lớn đoạn cf tăng không đáng kể so với các
thành phần khác của phơng trình. Giá trị của I (KJ/Kg kk) trên trục tung, theo giá trị bằng số
bằng đoạn t tơng ứng; thực tế khi d = 0 thì I
0
= C
K
.t
1
= 1,004t
1
.

Đờng có độ ẩm tơng đối

= const.



















Entanpi I
,
KJ/kg kk hoặc Kcal/Kg kk

Hàm lợng ẩm d kg

ẩm/kgkk (trục phụ)