báo cáo thí nghiệm sấy đối lưu

Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị

SẤY ĐỐI LƯU

BÀI 9: SẤY ĐỐI LƯU
1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Khảo sát quá trình sấy đối lưu vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng không khí được
nung nóng nhằm:
• Xác định đường cong sấy
• Xác định đường cong tốc độ sấy
• Giá trị độ ẩm tới hạn Uth, tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K.
- Khảo sát sự biến đổi thông số không khí ẩm và vật liệu sấy của quá trình sấy lý thuyết.
- Xác định lượng không khí khô cần sử dụng và lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy lý
thuyết.
- So sánh và đánh giá sự khác nhau giữa quá trình sấy thực tế và quá trình sấy lý thuyết.
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Quá trình sấy gồm 3 giai đoạn:
• Giai đoạn đốt nóng vật liệu : nếu ban đầu nhiệt độ của vật liệu thấp hơn nhiệt độ bay hơi
đoạn nhiệt của không khí thì giai đoạn đốt nóng vật liệu tăng lên. Trong giai đoạn này hàm ẩm
của vật liệu thay đổi rất chậm và thời gian diễn tiến giai đoạn này nhanh kết thúc. Nếu vật liệu có
độ dày nhỏ thì thời gian diễn ra giai đọa này không đáng kể.
• Giai đoạn sấy đẳng tốc: Sau giai đoạn sấy đốt nóng, hàm ẩm của vật liệu giảm tuyến tính
theo thời gian. Hàm ẩm của vật liệu giảm theo đơn vị thời gian là tốc độ sấy

=const trong giai

đoạn này. Giai đoạn này kéo dài cho đến khi hàm ẩm cuả vật liệu đạt giá trị X k nào đấy thì kết
thúc.
• Giai đoạn giảm tốc: khi độ ẩm của vật liệu đạt giá trị tới hạn W k thì tốc độ sấy bắt đầu
giảm dần và đường cong sấy bắt đầu chuyển từ đường thẳng sang đường cong tiệm cận dần tiến
đến độ ẩm cân bằng của vật liệu trong điều kiện của quá trình sấy. Khi độ ẩm của vật liệu đạt tới

độ ẩm W thì hàm ẩm của vật liệu không giảm nữa và tốc độ sấy kết thúc, tốc độ sấy bằng 0. Quá
trình sấy kết thúc. Tốc độ sấy trong giai đoạn này thay đổi khác nhau tùy thuộc vào tính chất và
dạng vật liệu. trong giai đoạn này Jm # const, hệ số trao đổi ẩm thay đổi theo hàm ẩm và nhiệt độ
bề mặt vật liệu. để dễ dàng cho việc tính toán, người ta thay đường cong tốc độ sấy bằng đường
thẳng và phải đảm bảo sao cho việc say số này là bé nhất , khi đó giá trị độ ẩm tới hạn sẽ dịch
chuyển về điểm tới hạn quy ước
3. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
• Bật công tắc tổng.
• Làm ẩm đều các tờ vật liệu.
• Kiểm tra thiết bị sấy: đổ nước vào chỗ đo nhiệt độ bầu ướt.
• Điều chỉnh tốc độ quạt gió ở mức 5, bật công tắc quạt(chờ 1 phút cho phòng sấy khô.
• Cài đặt điện trở ở mức 7, bật công tắc để gia nhiệt.
• Khi thiết bị sấy ổn định ( nhiệt độ bầu khô không đổi ) 10 phút, mở cửa phòng sấy, đặt
nhẹ nhàng các tờ giấy lọc lên giá đỡ, đóng cửa phòng sấy.
• Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân khối lượng ban đầu G 0, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt
ban đầu tại thời điểm (

.

Page 1 of 9


Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị

SẤY ĐỐI LƯU

• Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ướt
trong phòng sấy sau mỗi thời gian 3 phút. Khi khối lượng vật liệu sấy không thay đổi sau 3 lẩn
đo thì ngừng số liệu.
• Ngừng thiết bị: bật các công tắc trở về số 0, đóng tất cả các công tắc lại

4. PHÚC TRÌNH
5.1. Số liệu thí nghiệm
 Chế độ sấy 500C: G0 = 42.4g
t (ph)
G (g)
T(ư)
T(k)(0C)
Đầu vào
Đầu ra
Đầu vào
Đầu ra
0
65.2
37.2
32.3
50
46.5
10
55.8
37.3
33.3
50
46.5
20
52.5
37.6
33.3
50
46.3
30

48.1
36.2
33.2
50
45.5
40
44.5
35.7
33.4
50
45.5
50
42.4
35.3
32.7
50
44.4
 Chế độ sấy 600C: G0 = 42.4g
t (ph)

G (g)

0
10
20
30
40

67.9
52.2

46.3
45.4
42.4

T(ư)
Đầu vào
Đầu ra
36.5
43.9
36.5
47.1
36.2
48
36.1
49
35.8
48.8

T(k)(0C)
Đầu vào
Đầu ra
60
50
60
50.9
60
51
60
51
60

51.2

 Chế độ sấy 700C: G0 = 42.4g
t (ph)

G (g)

T(k)(0C)

T(ư)
Đầu vào

Đầu ra

Đầu vào

Đầu ra

0

56.5

36.2

49.2

70

52.2

10

50.9

35.5

49.7

70

53.5

20

46.8

34.8

50

70

54.3

30
42.4
33.6
50.1
70
54.5

4.2. Xử lý số liệu
Từ số liệu thí nghiệm thu được ta thực hiện các phép tính như sau:
 Ở chế độ sấy 500C
- Thời gian sấy: , h
- Khối lượng vật liệu sau khi làm làm ẩm G, kg
- Khối lượng vật liệu khô ban đầu: G0, kg
Gi − G 0
- Độ ẩm của vật liệu: U(%) =
%
G0
Trong đó: Gi: khối lượng vật liệu sau khi làm ẩm đo được ở thời gian thứ i, kg

Page 2 of 9


Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị
-

SẤY ĐỐI LƯU

G = U = Gi-G0
Tốc độ sấy:
N = -dU/dt

U–U

Hay N = - U/ t = τi – τi+1 (%/h)
i+1
i

Trong đó: Ui,Ui+1: độ ẩm của vật liệu tương ứng ở thời gian τi và τi+1
- Dùng nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt đầu vào dựa vào giản đồ H-x ta xác định:
Pm : áp suất hơi ẩm trên bề mặt vật liệu, tra theo tư , mmHg
P : áp suất hơi ẩm trong pha khí, tra theo tk, mmHg
Ta có kết quả tính toán thể hiện trong bảng 2.1
Bảng 2.1:
τ
G
U
N
T(ư) T(k)
Pm
P
τ
(phút
∆G = ∆U
(kg)
(%)
(%/h)
(0C) (0C) (mmHg) (mmHg)
(h)
)
0.0000 0.0652 53.7736
0.0228
0.0000
37.2 50 47.2352 91.5704
0
0.1667 0.0558 31.6038
0.0134
133.0189 37.3 50 47.4915 91.5704

10
0.3333 0.0525 23.8208
0.0101
46.6981 37.6 50 48.2678 91.5704
20
0.5000 0.0481 13.4434
0.0057
62.2642 36.2 50 44.7368 91.5704
30
0.6667 0.0445 4.9528
0.0021
50.9434 35.7 50 43.5310 91.5704
40
50
0.8333 0.0424 0.0000
0.0000
29.7170 35.3 50 42.5868 91.5704
 Ở chế độ sấy 600C
Bảng 2.2
G
U
τ
τ
(kg)
(%)
(phút)
(h)
0
0.0000 0.0679 60.1415
10

0.1667 0.0522 23.1132
20
0.3333 0.0463 9.1981
30
0.5000 0.0454 7.0755
40
0.6667 0.0424 0.0000
 Ở chế độ sấy 700C
Bảng 2.3
G
U
τ
τ
(kg)
(%)
(phút)
(h)
0
0.0000 0.0565 33.2547
10
0.1667 0.0509 20.0472
20
0.3333 0.0468 10.3774
30
0.5000 0.0424 0.0000

∆G = ∆U
0.0255
0.0098
0.0039

0.0030
0.0000

∆G = ∆U
0.0141
0.0085
0.0044
0.0000

N
(%/h)
0.0000
222.1698
83.4906
12.7358
42.4528

N
(%/h)
0.0000
79.2453
58.0189
62.2642

5.3. Đồ thị
 Ở nhiệt độ 50oC

Page 3 of 9

T(ư) T(k)

(0C) (0C)
36.5 60
36.5 60
36.2 60
36.1 60
35.8 60

T(ư)
(0C)
39.2
39.3
39.9
40.1

T(k)
(0C)
65.7
65.8
66.0
66.8

Thế
sấy
12.8
12.7
12.4
13.8
14.3
14.7

Pm
(mmHg)
45.4740
45.4740
44.7368
44.4933
43.7699

P
(mmHg)
147.5797
147.5797
147.5797
147.5797
147.5797

Thế
sấy
23.5
23.5
23.8
23.9
24.2

Pm
(mmHg)
52.5959
52.8772
54.5924
55.1747

P
(mmHg)
190.9912
191.8404
193.5486
200.5112

Thế
sấy
26.5
26.5
26.1
26.7


Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị

SẤY ĐỐI LƯU

 Ở nhiệt độ 60oC

Page 4 of 9


Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị

SẤY ĐỐI LƯU

 Ở nhiệt độ 70oC

Page 5 of 9


Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị

SẤY ĐỐI LƯU

Dựa vào đường cong tốc độ sấy ta xác định được các đại lượng sau:
 Ở chế độ sấy 500C:
- Độ ẩm ban đầu: U0
- Độ ẩm cân bằng: U*
- Độ ẩm cuối quá trình sấy: U2 = U*+ 3

U0
+ U*
1.8

-

Độ ẩm tới hạn: Uth =

-

Tốc độ sấy đẳng tốc: N
Hệ số sấy tương đối:

1

χ = U − U*

th
-

Hệ số sấy:

Page 6 of 9


Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị
-

SẤY ĐỚI LƯU

K = χ.N
Thời gian sấy đẳng tốc:
τ1 =

U0 – Uth
N

Với U0 = 601.0753%: độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy sau khi làm ẩm
- Thời gian sấy giảm tốc:
U th − U * U th − U *
ln
τ2 =
N
U2 −U *
Kết quả tính tốn từ đờ thị ở trên được thể hiện lại trong bảng 3.1 và 3.2
Bảng 3.1:
 Ở chế độ sấy 500C:

Uth
32.0247

U*
2.1505

U2
5.1505

N
72.1698

χ
0.0335

K
2.4158

τ(1)
0.3014

τ(2)
0.9514

Dựa vào đường cong tốc độ sấy ở chế độ sấy 600C và thực hiện tương tự như trên ta có
kết quả tính tốn như sau:
Bảng 3.2:
 Ở chế độ sấy 600C
Uth
U*

U2
35.5624 2.1505 5.1505
Bảng 3.3:
 Ở chế độ sấy 650C
Uth
20.6253

U*
2.1505

U2
5.1505

N
72.1698

χ
0.0299

K
2.1600

τ(1)
0.3406

N
49.8821

χ
0.0541

K
2.7000

τ(1)
0.2532

τ(2)
1.1159

τ(2)
0.6733

5. BÀN ḶN
- Dùng phương pháp bình phương cực tiểu dựng đường cong sấy, sau đó lấy vi phân đường
cong sấy để dựng đường cong tốc độ sấy ta thấy:
o Đường cong sấy: chia làm 3 đoạn gần giống với lý thuyết như sau:
 Đoạn 1: Giai đoạn đun nóng vật liệu: theo lý thuyết thì giai đoạn này diễn ra trong
khoảng thời gian rất ngắn và độ ẩm của vật liệu thay đổi không đáng kể nên có thể bỏ qua.
Tuy nhiên, trên đồ thò đường cong sấy dựng được ta lại thấy đoạn này trên đồ thò rất dốc, độ
ẩm thay đổi nhiều. Kết quả này sai lệch so với lý thuyết do sai số trong quá trình thí nghiệm.
 Đoạn 2: Giai đoạn sấy đẳng tốc: trong giai đoạn này thì độ ẩm của vật liệu giảm nhanh
gần như theo đường thẳng và tốc độ sấy không đổi. Độ ẩm của vật liệu giảm đến độ ẩm tới
hạn (tiếp tuyến của đoạn 2 và đoạn 3).
 Đoạn 3: Giai đoạn sấy giảm tốc: độ ẩm của vật liệu giảm chậm trong giai đoạn này và
tốc độ sấy giảm dần từ cực đại về 0. Độ ẩm của vật liệu giảm đến U 2 và dần tiệm cận đến

Page 7 of 9

Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị

SẤY ĐỚI LƯU

U*. Tuy nhiên trên đồ thò ta dựng được thì giá trò U* và U th rất khó xác đònh được chính xác
và U* luôn tiệm cận với trục hoành. Ở một chế độ sấy 50 0C và chế độ sấy 600C, U* có giá trò
= 0 và < 0; điều này do sai số trong quá trình làm thí nghiệm và có thể là do khi phơi giấy
ngoài môi trường thì giấy lại hút thêm 1 phần ẩm của môi trường nên ngoài lượng ẩm do
ngâm nước mà có thì giấy còn có thêm một lượng ẩm của môi trường, làm tăng lượng ẩm,
ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
o Đường cong tốc độ sấy: Có dạng giống lý thuyết khi ta vi phân đường cong sấy và dựng
lên trên đồ thò. Ở đồ thò của đường cong tốc độ sấy thì ta dễ dàng xác đònh được độ ẩm U th và
U* của vật liệu. Nếu ta dựng đường cong tốc độ sấy theo N(%/h) tức là theo ∆U/∆τ tính toán
ở bảng trên thì thu được kết quả sai khác rất nhiều so với lý thuyết do ta xem ∆U/∆τ ≈ dU/dτ
nhưng thực tế thì ∆U và ∆τ được lấy ở các giá trò cách xa nhau nên giá trò thu được không thể
bằng với vi phân những khoảng cách vô cùng nhỏ dU và dτ. Do đó khi dựng đường cong tốc
độ sấy bằng cách lấy vi phân đường cong sấy sẽ thu được kết quả chính xác hơn.
- Dựa vào kết quả thu được khi tính toán trên đồ thò ta thấy:
o Nhiệt độ càng cao thì tốc độ sấy đẳng tốc càng tăng và tổng thời gian sấy vật liệu càng
giảm vì nhiệt độ tăng làm tăng nhanh t k của không khí trong khi tư tăng với tốc độ chậm hơn
làm tăng thế của quá trình sấy, tăng động lực của quá trình => làm tăng tốc độ và rút ngắn
thời gian sấy.
o Nhiệt độ càng cao thì Uth, U* phải càng giảm do tăng động lực quá trình và hiệu quả của
quá trình sấy. Tuy nhiên ở đây ta thấy 2 giá trò này thay đổi không phù hợp với lý thuyết nêu
trên do độ ẩm ban đầu của mỗi chế độ sấy đều tăng dần nên tuy thời gian sấy có ngắn hơn
khi nhiệt độ tăng nhưng do phải tổn thất động lực để làm bốc hơi một lượng ẩm nhiều hơn
nên kết quả Uth và U* thu được là không chính xác.
o Theo lý thuyết thì khi nhiệt độ tăng thì tốc độ sấy N tăng, K cũng tăng theo do χ là hằng
số, tổng thời gian sấy sẽ giảm xuống.
- Dựa vào bảng đánh giá sai số ta thấy mức độ sai số giữa kết quả thí nghiệm và tính

theo lý thuyết là rất lớn. Mặc dù khi đánh giá sai số của U* và U 2 có mức độ sai số là 0
nhưng không có nghóa là 2 giá trò này được tính chính xác hoàn toàn. Do U* phụ thuộc vào
từng loại vật liệu và sẽ được xác đònh bằng thực nghiệm và cho dưới dạng bảng số nên ở đây
ta muốn có kết quả U* theo lý thuyết thì phải chấp nhận giá trò U* theo thí nghiệm tính được
để đánh giá, vì vậy không có sai số ở giá trò này là hiển nhiên. U 2 cũng không xác đònh được
chính xác mà phải lấy theo U* cộng thêm 2-3% nên U 2 tính theo thực nghiệm và lý thuyết
đều có cùng một giá trò nên mức độ sai số là 0. Tuy nhiên U* xác đònh được trong điều kiện
thí nghiệm chòu ảnh hưởng của nhiều yếu tố gấy sai số nên U* xác đònh được, bản thân nó đã
có sai số nhưng sai số là bao nhiêu thì ta không đủ điều kiện để đánh giá chính xác. Sai số
trong quá trình thí nghiệm có thể do các nguyên nhân sau:
o Sai số khi đọc giá trò của cân do kim cân rất nhạy và rất dễ dao động khi có một tác động
nhỏ từ bên ngoài.
o Vật liệu sấy hút ẩm từ môi trường bên ngoài làm ảnh hưởng đến giá trò G 0 của vật liệu.
o Sai số khi đọc nhiệt độ bầu khô và bầu ướt.
o Sai số do hệ thống thí nghiệm hoạt động không ổn đònh.

Page 8 of 9


Thí nghiệm Quá trinh và Thiết bị

SẤY ĐỚI LƯU

Để khắc phục sai số và thu kết quả chính xác nhất ta có thể tiến hành như sau:
o Quan sát thật kỹ và chờ cho kim cân dao động ít nhất mới đọc giá trò.
o Không bật quạt, mở cửa tại nơi đặt hệ thống thí nghiệm để không làm ảnh hưởng đến
cân.
o Phải nắm rõ thao tác và trình tự thí nghiệm, tiến hành đúng trình tự và chính xác trong
thao tác.
o Kiểm tra bảo dưỡng hệ thống thường xuyên để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn đònh.

Page 9 of 9