Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị bài sấy đối lưu

Phúc trình thí nghiệm quá trình và thiết bị

1


Bài SẤY ĐỐI LƯUPhúc trình thí nghiệm q trình và thiết bị Bài SẤY
ĐỐI LƯU
I.
TRÍCH YẾU
1. Mục đích
- Khảo sát q trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm để:
•

Xây đựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy.

•

Xác định các thơng 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 q trình sấy.
2. Phương pháp thí nghiệm
-

Tiến hành sấy giấy lọc ở 3 chế độ nhiệt độ của caloriphe: 480C, 600C, 700C.

-

Đặt giấy lọc vào buồng sấy, ghi nhận giá trò nhận khối lượng của vật liệu
sau khi làm ẩm (G1).

-

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
-

G0 = 25 g = 0, 025kg

Khối lượng khơ ban đầu của 3 sấp giấy lọc:
30 ×20 ×0, 01 cm
Kích thước giấy lọc:

Bảng : Số liệu kết quả thí nghiệm
480 C

t ( ph )
0
5
10
15
20
25
30

Chế độ sấy
G( g)

tu (o F )
105
90
75
62,5
48
40
32,5

62
62
62
62
62
62
62

590 C

o

tk ( F )

t ( ph )

118
118
120
118
120

118
120

0
5
10
15
20
25
30

Chế độ sấy
G( g)
tu ( o F )
100
80
62,5
47,5
32,5
25
25

2

80
81
82
82
82
82

82

700 C

o

tk ( F )

t ( ph )

139
140
140
139
141
140
139

0
5
10
15
20
25
30

Chế độ sấy
G( g)
tu ( o F )
95

72,5
55
40
30
25
25

82
84
82
81
81
81
81

tk ( o F )
138
141
138
137
137
137
137


35
40
45
48

27,5
25
25
25

62
62
62
62

119
119
120
120

35

25

82

140

35

25

81

II.

LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM
1. Định nghĩa
- 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 thuận nghịch và không ổn
định.

-

Nó diễn ra đồng thời 4 quá trình:

•

Truyền nhiệt cho vật liệu.

•

Dẫn ẩm trong lòng vật liệu.

•

Chuyển pha.

•

Tách ẩm vào môi trường xung quanh.

3. Các yếu tố ảnh hưởng
-

Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hoá học, đặc tính liên kết ẩm …

-

Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề mặt lớp vật liệu... Diện tích bề mặt riêng
của vật liệu càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh.

-

Độ ẩm đầu, độ ẩm cuối và độ ẩm tới hạn của vật liệu.

-

Độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ của không khí.

-

Chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của không khí sấy, nhiệt độ cuối cao thì
nhiệt độ trung bình của không khí càng cao, do đó tốc độ sấy cũng tăng. Nhưng nhiệt độ
cuối không nên quá cao vì không sử dụng triệt để nhiệt.

-

Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy.

4. Tác nhân sấy
-

Tác nhân sấy là những chất đùng để gia nhiệt cho vật liệu sấy, nhằm tách nước và hơi
nước ra khỏi vật liệu

3

137


-

Các loại tác nhân sấy:

•

Không khí nóng: là loại môi chất phổ biến, rẻ tiền thường được dùng làm tác nhân sấy.

•

Khói lò: có thể dùng than, củi, trấu, dầu,…để tạo khói lò.

•

Hơi quá nhiệt.

-

Trong bài này sử dụng không khí nóng làm tác nhân sấy, vì:

•

Cần độ sạch.

•

Rẻ tiền

•

Đáp ứng được yêu cầu ít tiếp xúc vật liệu sấy.

•

Lượng ẩm ít.

5. Động lực quá trình sấy

( Pm )
-

Là chênh lệch áp suất hơi của nước (ẩm) trên bề mặt vật liệu

và áp suất riêng phần

( Ph )
của hơi nước trong không khí ẩm
•

•
•

Pm > Ph
Nếu

: vật nhả ẩm
Pm < Ph

Nếu

: vật hút ẩm

⇒
⇒

quá trình sấy
làm ẩm vật liệu

Pm = Ph
Nếu

: có sự cân bằng động giữa hút và nhả ẩm

ϕ* = f ( u )
•
•

Trong thực tế, người ta xây dựng đường cân bằng dưới dạng

ϕ > ϕ*
Nếu

: vật hút ẩm

ϕ < ϕ*
Nếu

: vật nhả ẩm

⇒
⇒

làm ẩm vật liệu
quá trình sấy

ϕ =ϕ*

•

Nếu

-

Cách biểu diễn động lực quá trình sấy

•

: có cân bằng động giữa hút và ẩm

ε = tk − tu
Dùng thế sấy:

4


∆ϕ

•

Dùng

•

Dùng

∆P

( t −θ )

•

Dùng

•

Dùng

∆x

6. Các dạng liên kết ẩm
•

Liên kết hoá học
Là liên kết của ẩm với vật liệu dưới dạng

OH −

hoặc tinh thể ngậm nước. VD:

CaSO4 .2 H 2O, SiO4 .7 H 2O,...
•

Đây là liên kết bền, không thể tách bằng sấy. Muốn tách ẩm này phải dùng phương pháp
H 2 SO4
hóa học hoặc nung chảy. VD: dùng

đậm đặc để hút.

-

Liên kết vật lí

•

Liên kết hấp phụ: sấy chỉ tách được một phần liên kết này

•

Liên kết mao dẫn: là liên kết yếu, sẽ tách được bằng sấy.

•

Liên kết thẩm thấu: tách ẩm từ dung dịch sẽ khó hơn từ dung môi nguyên chất

-

Liên kết cơ lí

•

Ẩm nằm tự do trên bề mặt hoặc trong các lỗ xốp và mao quản lớn.

•

Liên kết này là liên kết yếu, có thể tách được bằng sấy, thậm chí là bằng phương pháp cơ
học.

7. Xác định tốc độ sấy bằng cân bằng nhiệt
-

Lượng nhiệt do dòng tác nhân sấy cung cấp trong khoảng thời gian

dτ

dQ = α F ( t − θ ) dτ
(1)
-

Nhiệt này được tiêu hao để

5


•

( G0C0 + GaCa ) dθ
Đun nóng vật liệu

(2)

•

Bay hởi ẩm và hoá hơi nhiệt

-

Trong đó

•
•
•
•
•
•
•
-

α:

 r + Ch ( t − th )  dGa

hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy vào vật liệu sấy,

F:

bề mặt vật liệu,

(3)

W / m 2 ×K

m2

t ,θ , th :
nhiệt độ của tác nhân sấy, vật liệu và hơi ẩm bão hoà,

K

kg ; J / kg ×K

G0 , C0 :
khối lượng và nhiệt dung riêng của vật liệu sấy,

kg ; J / kg ×K

Ga , Ca :
khối lượng và nhiệt dung riêng của ẩm,
r:

J / kg
ẩn nhiệt hoá hơi của ẩm,
J / kg ×K

Ch :
nhiệt dung riêng của hơi ẩm,
Lượng ẩm bốc hơi trong thời gian

dτ

dGa = d ( G0U ) = G0 dU
(4)
•
-

U:

hàm ẩm (hay độ ẩm) của vật liệu, tính theo vật liệu khô, kg ẩm/kg vật liệu khô.

Từ (1), (2), (3) và (4) ta có cân bằng nhiệt:

α F ( t − θ ) dτ = ( G0C0 + GaCa ) dθ + G0  r + Ch ( t − th ) dU 
-

(5)

Từ (5) rút ra:
dU
=
dτ

α F ( t − θ ) − [ G0C0 + GaCa ]
Gv  r + Ch ( t − th ) 

6

dθ
dτ
(6)


-

Đây là biểu thức tính tốc độ sấy

dU
dτ

theo cân bằng nhiệt.

8. Phương trình cơ bản của động học quá trình sấy
-

Theo phương trình truyền ẩm của vật liệu vào tác nhân sấy:
dGa = k p F ( pm − p ) dτ
(7)

-

Trong đó

kp :

•
•

kg / m 2 ×h ×∆p = 1
hệ số truyền ẩm trong pha khí,

(1 at hay 1 mmHg,…)
mmHg ( at )

pm , p :
áp suất của hơi ẩm trên bề mặt vật liệu và trong pha khí,
Ga = G0U

-

Thay

vào (7) và biến đổi, ta có:
dU k p F
=
( pm − p )
dτ
G0
(8)
t = th

-

Khi hơi ẩm không bị quá nhiệt (tức

) thì biểu thức (5) được biến đổi thành


Ga  dθ
dU
dQ
+ rG0
=
F = qF
 C0 + Ca
÷G0
G0  dτ
dτ Fdτ

q:
•

cường độ hay mật độ dòng nhiệt
Ga
= U;
G0

-

Đặt

-

Trong đó

•
•
•

G0
= ρ0 ;
V0

C0 + CaU = C ;

ρ0 :

kg / m3
khối lượng riêng của vật liệu khô,

Vo
: thể tích vật liệu khô,
C:

m3
J / kg ×K

nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm,

7

V0
= R0

F

(9)


•
-

R0 :
bán kính qui đổi của vật liệu,

m

Khi đó, nếu bỏ qua nhiệt làm quá nhiệt hơi ẩm, ta có
dU
dθ
+ C ρ 0 R0
dτ
dτ
  C  dθ  
dU 
= 1 +  ÷
 ρ0 R0 r
÷

dτ 
  r  dU  
dU
= ( 1 + Rb ) ( ρ 0 R0 r )
dτ

q = ρ0 R0 r

Rb = 1 +

C dθ
:
r dU

(10)

-

Với

Chuẩn số Rebinde đặc trưng cho động học của quá trình sấy

-

Biểu thức (10) là phương trình cơ bản của động học về sấy, nó cho biết sự biến đổi ẩm
của vật liệu theo thời gian. Ta có thể nhận được biểu thức (10) 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.

9. Lượng nhiệt cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy giảm tốc
-

( q2 )

Mặt khác 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:
−

•

K:

dU
= K ( U −U * )
dτ

(11)

hệ số tỉ lệ, gọi là 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 đoạn sấy giảm tốc, nên ta có
K=

N
= χN
( U th − U * )
(12)

χ=
•

1

:
( U th − U * )
hệ số sấy tương đối, phụ thuộc vào tính chất vật liệu ẩm

8


•
•
•
-

U th :
độ ẩm tới hạn
U* :

N:

độ ẩm cân bằng
tốc độ sấy đẳng tốc, kg ẩm/(kg vật liệu khô.s)

Tích phân phương trình (11), ta có
U −U *
= exp ( − χ Nτ )
U th − U *
(13)

-

Hay logarit hoá (8), ta có

log ( U − U * ) = log ( U th − U * ) −

1
χ Nτ
2,3
(14)

-

Như vậy, nếu biết được hế số sấy K có thể xác định được thời gian cần thiết để thực hiện
giai đoạn sấy giảm tốc.

-

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

χ=

1,8
U0
(15)

•
-

U0 :
đổ ẩm ban đầu của vật liệu
Từ đó ta có
U th =

U
1
+U * = 0 +U *
χ
1,8
(16)

-

Thay (12) và (15) vào phương trình (11), ta được
−

-

 U −U * 
dU
= 1,8 N 
÷
dτ
 U0 

(17)

Thay (17) và (10), ta được:
q2 = ρ0 R0 r

dU
= ρ 0 R0 rN
dτ

9

(18)


10. Lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy đẳng tốc
-

( q1 )

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
q1 = ρ0 R0 r

11. Cường độ trao đổi nhiệt

dU
= ρ0 R0 rN
dτ

(19)

( q ( x) )

q ( x) =

q2
U −U *
= 1,8
( 1 + Rb )

q1
U0
(20)

-

Như vậy, theo biểu thức (20), khi biết chuẩn số Rb sẽ tính được cường độ trao đôi nhiệt
theo độ ẩm của vật liệu.

12. Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy
a. Đường cong sấy:
-

Là đuờng cong biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm vật liệu (U) theo thời gian sấy (τ):
U = f (t )
(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 tuy chế độ và phương pháp sấy khác
nhau nhưng đường cong sấy vẫn có dạng tương tự nhau (xem hình 1).

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:
dU
= g(U )
dτ

(22)

10


-

Từ biểu thức (22), (23) rõ ràng đường cong tốc độ sấy là là đạo hàm của đường cong sấy
(xem hình 2).

Hình : Đường cong sấy

Hình : Đường cong tốc độ sấy

AB – Đun nóng vật liệu

AB – Đun nóng vật liệu

BC – Sấy đẳng tốc

BC – Sấy đẳng tốc

CD – Sấy giảm tốc

CD – Sấy giảm tốc

1 – Đường cong sấy

1 – Vật liệu dạng bản mỏng, xốp: Giấy,

2 – Đường nhiệt độ của vật liệu

bìa,…
2 – Vật liệu keo
3 – Vật liệu xốp
4 – Vật liệu keo xốp: có điểm uốn (thay đổi
cơ chế vận chuyển ẩm)
5 – Vật liệu có điểm gãy khúc (điểm tới hạn
thứ hai)

13. Các giai đoạn của quá trình sấy:
a. AB – giai đoạn đun nóng vật liệu :

- Toàn bộ nhiệt cung cấp để đun nóng vật liệu, ẩm bốc hơi không đáng kể.
11


- Nhiệt độ vật liệu tăng nhanh từ

θ1 = t0

đến nhiệt độ bầu ướt tư 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 khi tính toán.
b. BC – giai đoạn sấy đẳng tốc :

- Nhiệt cung cấp để bốc hơi ẩm tự do ở bề mặt vật liệu.
- Nhiệt độ của vật liệu bằng tư không đổi.
- Độ ẩm của vật liệu giảm nhanh.
- 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
bốc hơi từ bề mặt, trên bề mặt luôn bão hòa ẩm.
-

-

Thời gian sấy trong gian đoạn này (thời gian sấy đẳng tốc dU
−
= N1 = const
dτ

τ1

) được xác định từ:

(23)

Nên tích phân (23) lên ta có:

τ=

U 0 − U th
N1
(24)

- Với Uth : là độ ẩm tới hạn, độ ẩm cuối giai đoạn sấy đẳng tốc.
c. CD – giai đoạn sấy giảm tốc :

- Nhiệt độ của vật liệu tăng dần từ tư lên t2 của tác nhân.
- Độ ẩm giảm chậm đến độ ẩm cân bằng u*.
- Tốc độ sấy giảm dần từ tốc độ đẳng tốc N o xuống 0, tùy theo cấu trúc vật liệu mà có biên
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.
-

Lúc này, trong vật liệu xuất hiện 3 vùng ẩm: ẩm, bốc hơi và khô.

12


-

Trong giai đoạn này, nếu đường cong tốc độ sấy có dạng đường thẳng ( hoặc qui đổi sang
N 2 = ax + b
đường thẳng;

tốc này (

τ2

) thì ta có thể tích phân để tính thời gian sấy giai đoạn sấy giảm

):
U th − U U th − U *
τ2 =
ln
N1
U2 −U *
(25)

-

Với U* : độ ẩm cân bằng, độ ẩm kết thúc giai đoạn sấy giảm tốc.

14. 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

τ0
, sấy dẳng tốc (

τ1

) và sấy giảm tốc (

τ2

); 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:

τ = τ1 + τ 2 =

-

 U −U * 
U 0 − U th 2 ×3
+
×(U th − U * ) ×log  th
* ÷
N
N
 U2 −U 

Với U2 : độ ẩm của vật liệu cuối quá trình sấy, tương ứng với

τ2

(26)

; U2 > U* và thường được

lấy: U2 > U* = Ucb
III.
DỤNG CỤ – THIẾT BỊ VÀ VẬT LIỆU SẤY

1. Dụng cụ - Thiết bị: Hệ thống thiết bị sấy gồm
-

Caloriphe: gồm hai chùm điện trở khô, có công suất 10KW và được ổn định 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 định lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy.

-

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

13


-

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 nhiệt độ.

-

Vật liệu sấy: 3 sấp giấy lọc đã được gấp đôi

2. Tiến trình thí nghiệm
a. Quan sát hệ thống:
-

Trước khi tiến hành thí nghiệm (15 phút đầu giờ), sinh viên phải quan sát hệ
thống – đối chiếu với sơ đồ – hình vẽ trong Giáo trình.

-

Tìm xem vị trí: cửa không khí vào, quạt, caloriphe, bộ điều chỉnh nhiệt độ, hệ
thống đo nhiệt độ bầu ướt – bầu khô, cân, giàn lưới đặt giấy lọc, đồng hồ đo nhiệt độ và
cửa không khí ra.

-

Hệ thống điện: tìm các cầu dao quạt, caloriphe (nhìn đường dây dẫn), các công
tắc điện trên hộp điều khiển nhiệt độ.

b. Chuẩn bị thí nghiệm:
Xác định khối lượng khô ban đầu của 3 xấp giấy lọc:
•

Mở cửa buồng sấy ra – đặt cẩn thận lên bàn (vì cửa khá nặng – nguy hiểm).

•

Cách đặt giấy 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 sẽ dao động – chờ kim hết dao động
đọc giá trị cân (G0).

-

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
không khí (trên song sắt cửa sổ) cho đến khi hết nhiễu nước.

•
-

Chuẩn bị đồng hồ đeo tay để đo thời gian.
Kiểm tra hệ thống:

•

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

•

Mở hết các van lá của hai cửa khí vào – ra.

•

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.

c. Khởi động hệ thống
Khởi động quạt:

14


•

Đóng cầu dao của quạt để hút các dòng tác nhân vào và thổi qua coloriphe gia nhiệt dòng
tác nhân (tìm cầu dao quạt bằng cách nhìn đường dây dẫn điện vào quạt).

-

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 vị trí chính giữa sang ON. Ở chế
độ 70oC thì bật thêm công tắc của chùm điện trở thứ nhất (HEATER I) ở phía bên trái của
công tắc điện trở thứ hai.

-

Cài đặt nhiệt độ cho caloriphe:

•

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.

d. Tiến hành các chế độ thí nghiệm:
- Chờ hệ thống hoạt động ổn định khi:

•

Nhiệt độ của caloriphe đạt giá trị cài đặt ± (1÷2oC).

•

Giấy lọc phơi không còn nhiễu nước.
-

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

•

Mở cửa buồng sấy ra – đặt cửa lên bàn.

•

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

•

Lắp kín cửa buồng sấy lại.
-

Đo số liệu trong một chế độ thí nghiệm:

Các số liệu cần đo: khối lượng, nhiệt độ bầu khô – bầu ướt và thời gian.
e. Cách đọc giá trị đo:
- Khối lượng (gam): khi đặt giấy lọc vào buồng sấy, kim của cân sẽ dao động (cân gồm hai

kim, chỉ đọc dây kim mảnh – nhỏ, không đọc kim lớn), chờ kim hết dao động, đọc số mà
dây kim trùng (đọc số nhỏ – không đọc số lớn). Nếu dây kim nằm giữa hai số thì cộng lại
-

chia đôi.
Nhiệt độ (oF): đồng hồ cơ hiển thị nhiệt độ đo theo nguyên tắc cơ học: có tất cả 4 kim
(2 kim nhỏ bên trong và 2 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 trị nhiệt độ (vòng đậm
có giá trị cụ thể, vòng mảnh không ghi giá trị – mỗi vòng là hai đơn vị độ). Giá trị nhiệt

-

độ tăng từ trong ra ngoài, nếu đầu kim nằm giữa hai vòng mảnh thì lấy giá trị lẻ 1 độ.
Thời gian: đo bằng đồng hồ đeo tay.

15


•

Trong một chế độ nhiệt độ, để đo số liệu được chính xác thì cần lưu ý:
Khi phơi giấy lọc bên ngoài, phải chờ hết nhiễu nước rồi mới bắt đầu chế độ thí nghiệm
để xác định được G1 chính xác.

•

Lưu ý cách đặt giấy lọc lên lưới sấy: phải theo chiều nếp gấp giấy lọc từ trái sang phải,
tức theo chiều tác nhân và đặt một cách phẳng phiu không xếp góc. Không được đặt
ngược lại, vì khi đó dòng tác nhân thổi qua sẽ bung giấy lọc (do giấy lọc được gấp đôi)
thay đổi bề mặt bốc hơi dẫn đến các thông số sấy sẽ thay đổi và cuối cùng gây sai số thí
nghiệm.

-

Chuyển đổi chế độ thí nghiệm:

•

Mở cửa buồng sấy, lấy giấy lọc ra làm ẩm tiếp (lặp lại như ban đầu).

•

Cài đặt nhiệt độ caloriphe ở giá trị tiếp theo cho chế độ sấy mới.

•

Chờ cho hệ thống hoạt động ổn định.

•

Lặp lại trình tự như chế độ đầu.

f.

Một số lưu ý trong quá trình vận hành hệ thống sấy:

-

Luôn theo dõi sự hoạt động của bộ điều nhiệt để xem có chính xác giá trị nhiệt độ cài đặt
hay không. Trường hợp ở chế độ sấy nhiệt độ cao mà nhiệt độ caloriphe không đạt giá trị
cài đặt thì phải khép bớt cửa dòng khí ra (chỉ khép bớt không được đóng kín).

-

Các cửa khí vào – ra phải luôn mở không được đóng.

-

Châm nước liên tục vào bầu nước để đo nhiệt độ bầu ướt.

-

Không được mở quạt trần ngay bài thí nghiệm vì sẽ làm kim cân dao động (quạt số 7 trên
táp – lô điện ở cửa ra – vào phòng thí nghiệm).

g. Kết thúc thí nghiệm:
-

Tắt caloriphe:
•

Tắt các công tắc của các chùm điện trở trên hộp điều khiển.

•

Trả về không cho hộp cài đặt nhiệt độ.

•

Kéo cầu dao điện của caloriphe.

Tắt quạt:
•

Sau khi tắt caloriphe được 5 phút, mới kéo cầu dao quạt để cho caloriphe
nguội.

•

Mở cửa buồng sấy lấy giấy lọc ra và lắp cửa lại.

16

•

Kiểm tra hệ thống một lần nữa và vệ sinh khu vực bài thí nghiệm – phòng thí
nghiệm.
IV.
KÉT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Kết quả xử lí số liệu thô

Bảng : Xử lí số liệu thô

Chế độ 48
t(ph) G
tu
0,00 0,11 16,67
0,08 0,09 16,67
0,17 0,08 16,67
0,25 0,06 16,67
0,33 0,05 16,67
0,42 0,04 16,67
0,48 0,03 16,67
0,58 0,03 16,67
0,67 0,03 16,67
0,75 0,03 16,67
0,83 0,03 16,67

tk
47,78
47,78
48,89
47,78

48,89
47,78
48,89
48,33
48,33
48,89
48,89

t
0,00
0,08
0,17
0,25
0,33
0,42
0,48
0,58

Chế độ 59
G
tu
0,10 26,67
0,08 27,22
0,06 27,78
0,05 27,78
0,03 27,78
0,03 27,78
0,03 27,78
0,03 27,78

tk
59,44
60,00
60,00
59,44
60,56
60,00
59,44
60,00

t
0,00
0,08
0,17
0,25
0,33
0,42
0,48
0,58

Chế độ 70
G
tu
0,10 27,78
0,07 28,89
0,06 27,78
0,04 27,22
0,03 27,22
0,03 27,22
0,03 27,22

0,03 27,22

tk
58,89
60,56
58,89
58,33
58,33
58,33
58,33
58,33

2. Kết quả tính toán

Bảng : Các thông số ở chế độ sấy

48o C

Chế độ sấy 48oC
τ ( h)

G ( kg )

U ( %)

∆U

N

0,0000 0,1048

320

0,0833 0,0900

260

60

720

0,1667 0,0748

200

60

720

0,2480 0,0625

148

48

600

0,3333 0,0480

100

48

600

17

tu

tk
o

(C
)

16,6
7
16,6
7
16,6
7
16,6
7
16,6
7

Pm
o

(C

)

(mm
Hg)

P

(mm
Hg)

47,78

12,48

0,00

47,78

12,48

0,00

48,89

12,48

0,00

47,78

12,48

0,00

48,89

12,48

0,00

ε

31,1
1
31,1
1
32,2
2
31,1
1
32,2
2


0,4167 0,0400

60

40

480

0,4800 0,0325

30

30

360

0,5833 0,0275

10

20

240

0,6667 0,0248

0

10

120

0,7480 0,0248

0

0

0

0,8333 0,0248

0

0

0

Bảng : Các thông số ở chế độ sấy

16,6
7
16,6
7
16,6
7
16,6
7
16,6
7
16,6
7

47,78

12,48

0,00

48,89

12,48

0,00

48,33

12,48

0,00

48,33

12,48

0,00

48,89

12,48

0,00

48,89

12,48

0,00

tk

Pm

P

31,1
1
32,2
2
31,6
7
31,6
7
32,2
2
32,2
2

59o C

Chế độ sấy 59oC
τ ( h)

G ( kg )

U ( %)

0,0000
0,0833
0,1667
0,2480
0,3333
0,4167
0,4800
0,5833

0,1000
0,0800
0,0625
0,0475
0,0325
0,0248
0,0248
0,0248

300
220
148
90
30
0
0
0

∆U

80
70
60
60
30
0
0

Bảng : Các thông số ở chế độ sấy

N

960
840
720
720
360
0
0

tu
o

o

(C
)

(C
)

26,67
27,22
27,78
27,78
27,78
27,78
27,78
27,78

59,44
60,00
60,00
59,44
60,56
60,00
59,44
60,00

(mm
Hg)

(mm
Hg)

23,0
23,5
25,0
25,0
25,0

25,0
25,0
25,0

5,0
6,5
7,3
7,5
7,0
7,3
7,5
7,3

ε
32,78
32,78
32,22
31,67
32,78
32,22
31,67
32,22

70o C

Chế độ sấy 70oC
τ ( h)

G ( kg )

U ( %)

0,0000
0,0833
0,1667
0,2480

0,0948
0,0725
0,0548
0,0400

280
190
120
60

∆U

90
70
60

N

1080
840
720

18

tu

tk
o

Pm
o

(C
)

(C
)

27,78
28,89
27,78
27,22

58,89
60,56
58,89
58,33

(mm
Hg)

25,0
27,0

25,0
23,5

P

(mm
Hg)

8,48
10,00
8,48
7,48

ε
31,11
31,67
31,11
31,11


0,3333
0,4167
0,4800
0,5833

0,0300
0,0248
0,0248
0,0248

20
0
0
0

40
20
0
0

480
240
0
0

19

27,22
27,22
27,22
27,22

58,33
58,33
58,33
58,33

23,5
23,5
23,5

23,5

7,48
7,48
7,48
7,48

31,11
31,11
31,11
31,11


3. Đồ thị
a. Đường cong sấy

Hình : Đường cong sây ở chế độ

48o C

Hình : Đường cong sấy ở chế độ sấy

59o C

U ( %)
Hình : Đường cong sấy ở chế độ

70o C

U ( %)

b. Đường cong tốc độ sấy

Hình
Đường
cong tốc độ sấy ở chế độ
U :( %
)

48o C

τ ( h)
τ ( h)

τ ( h)

20


Hình : Đường cong tốc độ sấy ở chế độ

Hình : Đường cong tốc độ sấy ở chế độ

59o C

70o C

21


Bảng : Kết quả tính toán từ đồ thị

Chế độ
sấy

U th

U*

U2

N

χ

K

τ1

τ2

48o C

73,95

0

10

627

0,0135

8,48

0,3924

0,2360

59o C

105,16

0

30

840

0,0095

7,99

0,2320

0,1570

70o C

63,51

0

20

876

0,0157

13,79

0,2471

0,0838

Bảng : Kết quả tính toán Lí thuyết
Chế độ sấy 480C
U
32
0
26
0
20
0
14
8
10
0
60
30
10
0

0
0

Uth

P(mmHg)

Pm(mmHg)

Ntb

N

χ

K

απ

Jm

f

177,8

0,0

12,48

678,42

0,0056

3,8161

0,0377 0,47 14,4

177,8

0,0

12,48

678,42

0,0056

3,8161

0,0377 0,47 14,4

177,8

0,0

12,48

678,42

0,0056

3,8161

0,0377 0,47 14,4

177,8

0,0

12,48

678,42

0,0056

3,8161

0,0377 0,47 14,4

177,8

0,0

12,48

678,42

0,0056

3,8161

0,0377 0,47 14,4

177,8
177,8
177,8
177,8
177,8
177,8

0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0

12,48
12,48
12,48
12,48
12,48
12,48

678,42
678,42
678,42
678,42
678,42
678,42

0,0056
0,0056
0,0056
0,0056
0,0056
0,0056

3,8161
3,8161
3,8161
3,8161
3,8161
3,8161

0,0377
0,0377
0,0377
0,0377
0,0377
0,0377

0,47
0,47
0,47
0,47
0,47
0,47

14,4

14,4
14,4
14,4
14,4
14,4

χ

K

απ

Jm

f

0,0060

5,8615

0,0377 0,68 14,4

678,42

τ1

0,2
1

τ

2

0
,
7
5

Chế độ sấy 590C
U
30
0
22
0
14
8
90

Uth

P(mmHg)

Pm(mmHg)

Ntb

N

957,25

166,7

5,0

23,00

976,92

166,7

6,5

23,48

922,65

0,0060

5,5359

0,0377 0,64 14,4

166,7

7,3

25,00

960,64

0,0060

5,7639

0,0377 0,67 14,4

166,7

7,5

25,00

949,79

0,0060

5,6987

0,0377 0,66 14,4

22

τ1
0,2
0

τ
2

0
,

3
0


30
0
0
0

166,7
166,7
166,7
166,7

7,0
7,3
7,5
7,3

25,00
25,00
25,00
25,00

976,92
960,64
949,79
960,64

0,0060

0,0060
0,0060
0,0060

5,8615
5,7639
5,6987
5,7639

0,0377
0,0377
0,0377
0,0377

0,68
0,67
0,66
0,67

14,4
14,4
14,4
14,4

χ

K

απ

Jm

f

Chế đợ sấy 590C
U
28
0
19
0
12
0
60
20
0
0
0

Uth

P(mmHg)

Pm(mmHg)

Ntb

N

155,6

8,5

25,00

895,51

0,0064

5,7569

0,0377 0,62 14,4

155,6

10,0

27,00

922,65

0,0064

5,9313

0,0377 0,64 14,4

155,6

8,5

25,00

895,51

0,0064

5,7569

0,0377 0,62 14,4

155,6
155,6
155,6
155,6
155,6

7,5
7,5
7,5
7,5
7,5

23,48
23,48
23,48
23,48
23,48

868,38
868,38

868,38
868,38
868,38

0,0064
0,0064
0,0064
0,0064
0,0064

5,5824
5,5824
5,5824
5,5824
5,5824

0,0377
0,0377
0,0377
0,0377
0,0377

881,95

0,60
0,60
0,60
0,60
0,60

14,4
14,4
14,4
14,4
14,4

Bảng : Sai số

48oC

Độ ẩm tới hạn Uth (%)
Thực
Lý thuyết
Sai số (%)
nghiệm
73.948
177.778
-140,4027

Tốc độ sấy đẳng tốc N (%/h)
Thực
Lý thuyết
Sai số (%)
nghiệm
627.000
678420
-8,20

59oC

105.160

166.667

-58,4887

840.000

o

63.510

155.556

-144,9308

876.000

Chế độ
sấy

70 C
Chế độ
sấy
48oC

Hệ số sấy tương đối χ
Thực
nghiệm
0,01352

957251
881946

-13,96
-0,68

Hệ số sấy K, 1/h

Lý thuyết

Sai số (%)

0,0056

58,40

Thực
nghiệm
8,48

Lý thuyết

Sai số (%)

3,8161

54,99

o

59 C

0,00951

0,0060

36,90

7,99

5,8615

26,62

o

0,01575

0,0064

59,17

13,79

5,7569

58,26

70 C

Chế độ
sấy
48oC

Thời gian sấy đẳng tốc τ 1, h
Thực
Lý thuyết
Sai số (%)
nghiệm
46,49
0,3924
0,21

23

Thời gian sấy đẳng tốc τ 2, h
Thực
Lý thuyết
Sai số (%)
nghiệm
-217,82
0,2360
0,75

τ1

0,1
8

τ

2

0
,
2
9


59oC

0,2320

0,20

13,78

0,1570

0,3

-91,05

70oC

0,2471

0,18

27,17

0,0838

0,29

-246,18

V.

BÀN LUẬN

Câu 1 : Nhận xét và giải thích dạng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy so với dạng lý
thuyết.
* Đường cong sấy:
Với những số liệu thô ta thu được và áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu, ta thu được
đường cong sấy khá giống với lý thuyết. Trong bài thí nghiệm này, vậy liệu sấy là giấy lọc, nên
qua trình đun nóng diễn ra khá nhanh, nên ta có thể bỏ qua giai đoạn này, và ghép chung với giai
đoạn đẳng tốc. Nhận xét chung: hình dạng đường cong sấy sai lệch so với lý thuyết không đáng
kể.
* Đường cong tốc độ sấy:
Đường cong tốc độ sấy cũng có dạng phù hợp so với lý thuyết. Đó là bởi vì ta không dùng
cách vẽ trung bình ∆U/∆τ, mà lấy vi phân trực tiếp trên đường cong sấy. Để đường cong tốc độ
sấy được chính xác hơn, đáng lẽ ta phải lấy vi phân tại nhiều điểm. Nhưng vì cách này quá phức
tạp nên ta chỉ lấy tại 2 điểm. Cho nên nhìn chung, đường cong tốc độ sấy tuy đúng về hình dạng
nhưng về giá trị thì không được chính xác lắm.
Theo KQ Thí nghiệm thu được thì U * = 0. Nhưng trên thực tế, U * không thể bằng 0 do vật
liệu không được sấy khô tuyệt đối mà luôn chứa 1 lượng ẩm cân bằng nhất định. Tuy nhiên trong
một bài thí nghiệm nào đều có một sai số nhất định, nên trong bài thí nghiệm này, ta lây U* = 0
Câu 2 : Nhận xét và giải thích kết quả tính toán, nêu lên mối quan hệ của các thông số sấy.
* Độ ẩm cân bằng U* :
-

Theo tài liệu (p53, [1]): độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào độ ẩm không khí và nhiệt độ. Với
cùng một độ ẩm, khi nhiệt độ càng tăng thì độ ẩm cân bằng của vật liệu càng giảm.
Nhưng trong bài thí nghiệm này thì U* = 0 là do : 3 xấp giấy lọc mà ta cân ban đầu
không phải là vật liệu khô tuyệt đối, mà là vật liệu đã chứa một lượng ẩm cân bằng nhất
định (ở điều kiện nhiệt độ môi trường ngoài). Cho nên thực chất ta có thể sấy vật liệu
xuống dưới Go = 45g, nhưng không thể tính một cách chính xác vì không có số liệu của

24


khối lượng vật liệu khô tuyệt đối và do vật liệu sấy đã đạt đến 1 độ ẩm cân bằng
U*=Ucb=const.
VI. Ta nhận thấy rằng: khi nhiệt độ sấy càng tăng thì tốc độ sấy đẳng tốc càng tăng. Điều này
hoàn toàn phù hợp với lý thuyết. Đó là do khi nhiệt độ càng tăng thì động lực của quá
trình sấy (thế sấy ε) càng tăng.
* Hệ số sấy tương đối trong giai đoạn giảm tốc χ :
Theo tài liệu (p93, [1]): hệ số sấy tương đối χ chỉ phụ thuộc vào tính

-

chất của vật liệu ẩm (loại vật liệu, thước vật liệu, độ ẩm ban đầu của vật liệu,…), không
phụ thuộc vào nhiệt độ của tác nhân sấy. Nhưng trong bài thí nghiệm này, mặc dù ở 3 chế
độ 480C, 60oC và 70oC có độ ẩm ban đầu của vật liệu chênh lệch không đang kể ( độ ẩm
của chể độ 700C thấp hơn vì trong quá trình thí nghiệm, một phấn giấy lọc bị ướt và rã
trong nước) nhưng χ lại khác nhau. Đó là do χ được xác định theo công thức:
χ=

1
U th − U *

. Mà như đã nói ở trên, U* và Uth tính toán được là không chính xác nân

dẫn đến sai số của χ. Tuy nhiên theo kết quả ta thấy, chênh lệch giữa các chế độ không
lớn lắm 16%
* Hệ số sấy trong giai đoạn giảm tốc K :
Theo tài liệu (p93, [1]): hệ số sấy K phụ thuộc vào chế độ sấy (tốc độ

-

sấy đẳng tốc N) và tính chất của vật liệu ẩm (χ) theo công thức K = χN. Điều đó có nghĩa
là với tính chất của vật liệu ẩm không đổi, khi nhiệt độ tác nhân sấy càng tăng thì K càng
tăng (do χ không đổi, còn N thì tăng lên) ⇒ Kết quả thí nghiệm phù hợp với lý thuyết, K
tăng theo nhiệt độ tác nhân sấy.
* Thời gian đun nóng vật liệu :
Dựa vào “Đường cong sấy” ⇒ khi nhiệt độ tác nhân sấy càng tăng thì

-

thời gian đun nóng vật liệu càng ngắn. Điều này là hoàn toàn phù hợp so với lý thuyết, do
nhiệt độ sấy càng tăng thì vật liệu sẽ đạt đến trạng thái bốc hơi nhanh hơn. Tuy nhiên,
giai đoạn này rất ngắn, không đáng kể, cho nên trong tính toán ta thường bỏ qua giai
đoạn này.
* Thời gian sấy đẳng tốc τ 1 :

25