Chương 9 sấy VÀ THIẾT BỊ sấy

CHƯƠNG 9. SẤY VÀ THIẾT BỊ SẤY

9.1. Khái niệm chung về quá trình sấy


9.2. Các thông số trạng thái của hệ không khí ẩm, đồ thị I - x
9.2.1 Độ ẩm tuyệt đối của không khí

Đội ẩm tuyệt đối của không khí là lượng
hơi nước có trong 1 m3 không khí ẩm, về
trị số thì bằng khối lượng riêng của hơi
nước trong hỗn hợp không khí ẩm. Kí hiệu
là ρh (kg/m3
9.2.2 Độ ẩm tương đối của không khí
Độ ẩm tương đối của không khí hay còn gọi
là mức độ bão hòa hơi nước, là tỉ số giữa
lượng hơi nước chứa trong 1m3 không khí
với lượng nước chứa trong 1m3 không khí
đó đã bão hòa hơi nước đã bão hòa ở cùng
một nhiệt độ và áp suất kí hiệu là φ:

ρh
ϕ=
ρbh

( 9.1)


9.2. Các thông số trạng thái của hệ không khí ẩm, đồ thị I - x
9.2.3 Hàm ẩm của không khí
Hàm ẩm của không khí ẩm là lượng hơi

nước chứa trong 1kg không khí khô (kkk)
kí hiệu là x ; (kg/kg kkk)

ϕ. pbh
x = 0, 622
P − ϕ. pbh

(

9.4 )


9.2. Các thông số trạng thái của hệ không khí ẩm, đồ thị I - x
9.2.4 Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm
Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm
là tổng nhiệt lượng của không khí khô
và hơi nước trong hỗn hợp:

I = Ckkk t + x.ih

( 9.5)

Trong đó :
I nhiệt lượng riêng của không khí ẩm có hảm ẩm x:
Ckkk – nhiệt dung riêng của không khí khô J/kg.độ ,
Ckkk = 1000 J/kg0C
ih nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ t, J/kg
3
ih được xác định bằng thực nghiệm ih = ( 2493 + 1,97t ) .10 , J / kg
t - nhiệt độ của không khí, 0C :

Thay các giá trị đã biết vào (9.5) ta có :

I = ( 1000 + 1,97.103.x ) t + 2493.103 x

( 9.6 )


9.2. Các thông số trạng thái của hệ không khí ẩm, đồ thị I - x
9.2.5 Thể tích và khối lượng riêng của không khí ẩm
Thể tích không khí ẩm tính theo 1 kg không khí khô được tính theo
công thức:
V=

RT
, m3 / kgkkk
P − ϕ pbh

( 9.9 )

Khối lượng riêng của hỗn hợp không khí ẩm bằng tổng khối lượng riêng c ủa
không khí khô và khối lượng riêng của hơi nước ở cùng nhiệt độ.

ρ = ρ kkk + ρ k

( 9.10 )


9.2.7 Đồ thị I-x và cách xây dựng đồ thị

I = ( 1000 + 1,97.103.x ) t + 2493.103 x

ϕ. pbh
x = 0, 622
P − ϕ . pbh


9.2.7 Đồ thị I-x


9.2.8 Cách sử dụng đồ thị I – x
• Để xác định trạng thái của không khí ẩm


•Xác định nhiệt độ điểm sương
Giả sử có một hỗn hợp không khí ẩm chưa bão hòa hơi nước. Làm lạnh hỗn hợp này trong điều kiện x
= const thì nhiệt độ của khối khí giảm giần, độ ẩm tương đối của không khí tăng dần đến trạng thái
bão hòa hơi nước ( φ = 100%). Nếu tiếp tục giảm nhiệt độ của khí thì trong hỗn hợp khí bắt đầu xuất
hiện những giọt sương mù do hơi nước trong hỗn hợp khí ngưng tụ lại,thì hàm ẩm của hỗn hợp khí bắt
đầu giảm. Nhiệt độ của hỗn hợp khí tương ứng với trạng thái bão hòa hơi nước gọi là nhiệt độ điểm
sương kí hiệu là ts. Vậy điểm sương là giới hạn của quá trình làm lạnh không khí trong điều kiện x =
const.

Nếu ta cho nước bay hơi trong khối không khí chưa bão hòa hơi nước trong điều kiện đoạn nhiệt,
nghĩa là quá trình bay hơi nước sảy ra do nhiệt của khối không khí cung cấp mà không cung cấp
thêm nhiệt và cũng không bớt nhiệt của khối khí thì trong suốt quá trình bay hơi lượng nhiệt của
không khí giảm dần hàm ẩm tăng dẫn đến khi không khí bão hòa hơi nước thì hệ đạt trạng thái cân
bằng động, nghĩa là cứ trên một đơn vị bề mặt bốc hơi tron cùng một đơn vị thời gian có bao nhiêu
lượng ẩm bay hơi vào không khí thì có bấy nhiêu lượng ẩm ngưng tụ từ không khí vào nước, nhiệt
độ không khí không giảm nữa và bằng nhiệt độ của nước bay hơi nhiệt này gọi là nhiệt bầu ướt kí

hiệu là tư.
Nhiệt độ đọc được ở nhiệt kế thường là nhiệt độ bầu khô , hiệu số giữa nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ
bầu ướt là đặc trưng cho khả năng hút ẩm của không khí, người ta gọi là thế sấy ɛ:

ε = t − tu


•Xác định nhiệt độ điểm sương
Biết được nhiệt độ điểm sương để trọn nhiệt độ cuối của quá trình sấy phải lớn hơn
nhiệt độ điểm sương để tránh ngưng tụ ẩm trên bề mặt vật liệu sấy:


Ẩm kế khô ướt
Cấu tạo của nó gồm hai nhiệt kế : nhiệt kế khô
và nhiệt kế ướt. Bầu của một nhiệt kế ướt
được quấn quanh bằng một lớp vải mỏng bị
thấm ướt do đầu dưới của lớp vải nhúng trong
một cốc nước nhỏ. Nhiệt kế khô chỉ nhiệt độ
không khí tk và nhiệt kế ướt chỉ nhiệt độ bay
hơi tư của nước ở trạng thái bão hoà. Nếu
không khí càng khô thì độ ẩm tỉ đối càng nhỏ.
Khi đó nước bay hơi từ lớp vải ướt càng nhanh
và bầu nhiệt kế ướt bị lạnh càng nhiều. Hiệu
nhiệt độ tk - tư phụ thuộc độ ẩm tỉ đối của
không khí.
Biết được hiệu nhiệt độ ε = tk - tư ta có thể
dùng bảng tra cứu để xác định độ ẩm tỉ đối của
không khí ứng với nhiệt độ chỉ trên nhiệt độ
khô.

Ẩm kế điểm sương

Cấu tạo của nó gồm bình trụ 3 bằng kim loại
mạ sáng bóng đặt nằm ngang và bên trong
chứa một phần ête lỏng. Đầu dưới của ống 2
có nhiều lổ nhỏ được nhúng vào ête lỏng trong
bình 3. Đầu trên của ống 2 nối với quả bóp cao
su 1 dùng để bơm không khí vào bình 3, làm
ête bay hơi nhanh và do đó bình 3 bị lạnh dần.
Khi nhiệt độ bình 3 giảm xuống dưới nhiệt độ
ts nào đó, hơi nước trong không khí trở nên
bão hòa và đọng thành sương. Nhiệt độ
ts được gọi là điểm sương. Để dễ quan sát lúc
sương xuất hiện trên mặt trước của bình 3,
người ta lắp thêm vành tròn 5 bằng kim loại
mạ sáng bóng cách nhiệt với bình 3 ở mặt
trước của nó


ẩm kế điện tử thông dụng hiện nay


9.3.

Cân bằng khi sấy. Máy sấy lý thuyết và thực tế

9.3.1 Mô tả quá trình trạng thái trên đồ thị I - x
a) Khái niệm
Sự thay đổi trạng thái của không khí

thường gặp ở các quá trình : đun nóng,
làm nguội , làm ẩm , làm khô và trộn lẫn
hai loại không khí có trạng thái khác
nhau.
Giả sử ban đầu hỗn hợp khí được đặc trưng
bởi điểm A ( xA , IA ) trên đồ thị có thể có
trạng thái cuối B không phụ thuộc vào các quá
trình trung gian:

q=

∆I I A − I B AB
=
=
m
∆x x A − xB CB

( 9.12 )


b) Trộn lẫn hai lượng không khí ẩm có trạng thái khác nhau
Vị trí của điểm M được xác định
bằng tỉ lệ giữa hai lượng không khí
A và C.

LC AM
=
LA MC

Theo phương trình cân bằng nhiệt :

LA .I A + LC .I C = ( LA + LC ) .I M

( 9.13)

Theo phương trình cân bằng ẩm:
LA .x A + LC .xC = ( LA + LC ) .xM

( 9.14 )

Từ hai phương trình trên ta có:
IC − I M
I − IA
= M
xC − xM xM − x A

( 9.15)


c) Làm lạnh và làm khô không khí ẩm
Nếu trong trạng thái của không khí ở điểm 1
làm lạnh trong điều kiện x = const đến điểm 2 (
điểm sương ) trên đường bão hòa φ = 1. Tiếp
tục làm lạnh khí này đến trạng thái 3, một
phần ẩm được tách ra ( ngưng tụ lại thành
những giọt sương mù ) còn không khí bão hòa
đi theo đường φ = 1 đến điểm 3 tương ứng với
t3 = const.

Nếu chúng ta đun nóng điểm 3 trong điều
kiện x = const đến điểm 4 có nhiệt độ bằng

nhiệt độ ban đầu t1 thì ta được một hỗn hợp
không khí ẩm khô hơn hỗn hợp không khí ẩm
ban đầu ( x4 < x1 ). Bằng cách như vậy ta có
thể làm khô không khí. Quá trình từ 2 – 3 trên
đường φ = 1 là quá trình làm khô.


9.3.2 Độ ẩm của vật liệu và sự thay đổi trạng thái của nó trong quá trình sấy

G = GK + Gam
Từ đây người ta đưa ra khái
niệm độ ẩm tuyệt đối của vật
liệu
•Độ ẩm tuyệt đối ( tính theo vật
liệu ướt )

G âm
W=
.100%
G

•Độ ẩm tương đối ( tính theo vật
liệu khô )

G âm
Wtd =
.100%
Gk
Lượng vật liệu khô được coi như không mất mát trong quá trình sấy nên người ta
thường dùng độ ẩm tương đối trong tính toán.

9.3.3 Cân bằng vật liệu trong quá trình sấy.
Để thành lập phương trình cân bằng vật liệu ta sử dụng các kí hiệu:
G1 lượng vật liệu đi vào máy sấy, kg/h
G2 lượng vật liệu đi ra khỏi máy sấy, kg/h
W1, W2 độ ẩm ban đầu ban cuối của vật liệu ( tính theo kl chung ) %
W lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy ( kg/h )
Phương trình cân bằng vật liệu chung.
G1 - G2 = W

(9.19)

Lượng vật liệu khô tuyệt đối :
100 − W1
100 − W2
= G2
100
100
100 − W2
⇒ G1 = G2
100-W1
Gk = G1

G2 = G1

100 − W1
100-W2

( 9.20 )

Thường thì mục đích thiết lập phương trình cân bằng vật liệu là dùng để xác định
lượng vật liệu ẩm W bay hơi ra trong quá trình sấy.

W=G1 − G2

( 9.21)

Thay G2 từ ( 9.21 ) vào ta được :
W = G1

W1 − W2
W − W2
= G2 1
100-W2
100-W1

( 9.22 )


Khi tính toán máy sấy bên cạnh cân bằng vật liệu sấy , còn phải tính cân bằng theo
lượng ẩm để từ đó tính được lượng không khí tiêu tốn trong quá trình sây L
(kg/h). Coi lượng không khí tiêu tốn L không bị mất mát trong quá trình sấy:
Giả thiết không khí nơi ta đặt máy sấy có hàm ẩm x0 ( kg/kg kkk ), được đun nóng
trong điều kiện x0 = x1 = const , ra khỏi máy sấy không khí thải có hàm hẩm x2
(kg ẩm /kgkkk) thì phương trình cân bằng ẩm:

Lx 0 + W=Lx 2

( 9.24 )

Từ phương trình ( 9.24) xác định được lượng không khí khô tiêu tốn chung:

W
W
L=
=
x 2 − x0 x 2 − x1

( 9.25)

Lượng không khí khô tiêu tốn cho 1kg ẩm bốc hơi;

L
1
1
l=
=
=
W x 2 − x0 x 2 − x1

( 9.26 )


9.3.4 Cân bằng nhiệt lượng trong quá trình sấy.
Kí hiệu :
Q lượng nhiệt tiêu hao chung cho máy sấy , W.
Qs nhiệt lượng tiêu hao ở Caloriphe chính , W
Qb nhiệt lượng tiêu hao ở Caloriphe bổ sung , W

Q
q=
W
Qb
qb =
W
Qs
qs =
W

nhiệt lượng tiêu hao riêng cho máy sấy , J/kg ẩm

nhiệt lượng tiêu hao riêng cho Caloriphe bổ sung , J/kg ẩm

nhiệt lượng tiêu hao riêng cho Caloriphe chính , J/kg ẩm

nhiệt hàm của không khí trước khi vào Caloriphe chính, sau khi ra khỏi
I 0 , I1 , I 2 , Caloriphe chính ( bắt đầu vào máy sấy ) và sau khi ra khỏi máy sấy, J/kg kkk


t0 , t1 , t2 ,

nhiệt độ của không khí trước khi vào Caloriphe chính, sau khi ra
khỏi Caloriphe chính ( bắt đầu vào máy sấy ) và sau khi ra khỏi máy sấy, 0C

nhiệt độ của vật liêu trước khi vào phòng sấy và sau khi ra khỏi phòng
θ1 ,θ 2 , sấy, 0C.
nhiệt dung riêng của vật liệu của bộ phận vận chuyển và của nước,
Cvl , Cvc , C ,

J/kg.độ

G1 , G2 , Gvc ,
phận

khối lượng của vật liệu trước , sau khi sấy và khối lượng của bộ
vận chuyển vật liệu sấy, kg/s

td , tc ,

nhiệt độ đầu và cuối của bộ phận vận
chuyển.

Qm
nhiệt lượng mất mát riêng đối với 1kg ẩm ra khỏi môi trường xung
qm =
W quanh

J/kg ẩm.


•Các dòng nhiệt lượng đi vào máy sấy
Do không khí ,
L , I0
Do vật liệu

G1.Cvl .θ1 = G2 .Cvl .θ1 + W.C.θ1

Do bộ phận vận chuyển

Gvc .Cvc .td

Do Caloriphe chính

Qs

Do Caloriphe bổ sung

Qbs

•Các dòng nhiệt lượng đi ra khỏi máy sấy
Do không khí thải ,

L , I2

Do vật liệu sấy

G2 .Cvl .θ2

Do bộ phận vận chuyển

Gvc .Cvc .tc


Vậy ta có phương trình cân bằng nhiệt

L.I 0 + G2 .Cvl .θ1 + W.C.θ1 + Gvc .Cvc .t d + Qs + Qb = L.I 2 + G2 .Cvl .θ 2 + Gvc .Cvc .tc + Qm

⇔ Qs + Qb = L ( I 2 − I 0 ) + G2 .Cvl . ( θ 2 − θ1 ) + Gvc .Cvc . ( td − tc ) + Qm − W.C.θ1
Chúng ta đặt

Qvl = G2 .Cvl . ( θ 2 − θ1 )

Qvc = Gvc .Cvc . ( td − tc )

: nhiệt lượng đun nóng vật liệu sấy
: nhiệt lượng đun nóng bộ phận vận chuyển

Vậy

Qs + Qb = L ( I 2 − I 0 ) + Qvl + Qvc + Qm − W.C.θ1
Nhiệt lượng tiêu hao riêng tính cho 1kg ẩm bay hơi cho máy sấy:

Q Qs + Qb L ( I 2 − I 0 ) Qvl Qvc Qm
q=
=
=
+
+
+
− C.θ1
W
W
W
W W W


Hay :

q = qs + qb = l ( I 2 − I 0 ) + qvl + qvc + qm − C.θ1

⇔ q = qs + qb

I2 − I0 )
(
=
+q

⇔ q = qs + qb

I2 − I0 )
(
=
+

vl

x2 − x0

x2 − x0

+ qvc + qm − C.θ1

∑ q − C.θ


1 
l =
÷
x
−

x
2
0 


( qvl + qvc + qm = ∑ q )

1

Nhiệt lượng tiêu hao ở Caloriphe chính:

qs
⇔ qs

I2 − I0 )
(
=
+
x2 − x0

∑q − q

I2 − I0 )
(
=
−∆
x2 − x0

⇔ qs = l ( I 2 − I 0 ) − ∆

b

− C.θ1

Vậy ý nghĩa của Δ là tổng
nhiệt lượng bổ sungtrừ đi
tổng nhiệt lượng mất mát chung.

( ∆ = q +C.θ − ∑ q )
b

1