Gt Ky Thuat Say Nong San

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr−êng ®¹i häc n«ng nghiÖp i - hµ néi

GS.TS. Ph¹m xu©n v−îng (Chñ biªn) TS. TrÇn nh− khuyªn

Gi¸o tr×nh Kü thuËt sÊy n«ng s¶n

Hµ néi – 2006

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

1

lêi nãi ®Çu Gi¸o tr×nh “Kü thuËt sÊy n«ng s¶n” ®Ò cËp tíi nguyªn lý lµm viÖc, lý thuyÕt tÝnh to¸n c¸c qu¸ tr×nh kü thuËt sÊy, lµm c¬ së cho viÖc thiÕt kÕ c¸c thiÕt bÞ sÊy. MÆt kh¸c sÊy lµ mét qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®−îc sö dông réng r7i trong c¸c ngµnh cña s¶n xuÊt n«ng nghiÖp. SÊy lµ c«ng ®o¹n quan träng cña c«ng nghÖ sau thu ho¹ch tr−íc khi thùc hiÖn b¶o qu¶n s¶n phÈm. §èi t−îng sö dông lµ sinh viªn n¨m cuèi cña ngµnh c¬ khÝ b¶o qu¶n chÕ biÕn cña tr−êng ®¹i häc N«ng NghiÖp. §ång thêi còng cã thÓ sö dông cho sinh viªn c¬ khÝ n«ng nghiÖp, c«ng th«n, .v.v. vµ c¸c kü s− lµm viÖc liªn quan tíi lÜnh vùc nµy. Sinh viªn trong qu¸ tr×nh häc cÇn n¾m v÷ng qu¸ tr×nh sÊy lµ mét qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, kh«ng ®¬n thuÇn lµ t¸ch n−íc ra khái vËt liÖu. Yªu cÇu sau khi sÊy vËt liÖu ph¶i ®¹t chÊt l−îng cao, chi phÝ n¨ng l−îng sÊy thÊp. Gi¸o tr×nh ®−îc tr×nh bµy trong 6 ch−¬ng. - Ch−¬ng 1 C¬ së lý thuyÕt qu¸ tr×nh sÊy. Trong ch−¬ng nµy tr×nh bµy c¸c kh¸i niÖm vµ lý thuyÕt chung cña qu¸ tr×nh sÊy. - Ch−¬ng 2: ThiÕt bÞ sÊy ®èi l−u. - Ch−¬ng 3: ThiÕt bÞ sÊy tiÕp xóc. - Ch−¬ng 4: ThiÕt bÞ sÊy bøc x¹. - Ch−¬ng 5: ThiÕt bÞ sÊy th¨ng hoa. - Ch−¬ng 6: C¸c thiÕt bÞ phô trî hÖ thèng sÊy. Trong tõng ch−¬ng ®7 ®Ò cËp tíi mét sè vÊn ®Ò míi cËp nhËt trong thêi gian gÇn ®©y, hÖ thèng ho¸ c¸c kiÕn thøc c¬ b¶n gióp sinh viªn n¾m b¾t dÔ dµng. Sau mçi ch−¬ng cã c©u hái «n tËp vµ mét sè bµi tËp øng dông. Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n t¸c gi¶ ®7 ®−îc ®ång nghiÖp gãp ý. T¸c gi¶ ch©n thµnh c¶m ¬n Bé m«n M¸y n«ng nghiÖp vµ khoa C¬ §iÖn tr−êng §¹i häc N«ng NghiÖp I - Hµ Néi. Cuèn s¸ch ch¾c ch¾n kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu xãt, rÊt mong nhËn ®−îc ý kiÕn ®ãng gãp cña b¹n ®äc. C¸c ý kiÕn xin göi vÒ Phßng ®µo t¹o, khoa C¬ §iÖn tr−êng ®¹i häc N«ng NghiÖp I. Chñ biªn

GS.TS. Ph¹m Xu©n V−îng

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

2

Ch−¬ng 1 C¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh sÊy SÊy lµ qu¸ tr×nh lo¹i bá bÊt kú chÊt láng nµo ra khái vËt liÖu, kÕt qu¶ lµ t¨ng tû lÖ hµm l−îng chÊt kh«. Thùc tÕ sÊy ®èi víi l−¬ng thùc vµ thùc phÈm lµ lo¹i bá n−íc ra khái s¶n phÈm. SÊy vËt liÖu nh»m môc ®Ých: gi¶m khèi l−îng, t¨ng ®é bÒn (gç) t¨ng nhiÖt ch¸y (nhiªn liÖu), t¨ng æn ®Þnh khi b¶o qu¶n (n«ng s¶n). SÊy lµ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ phøc t¹p. VÒ nguyªn t¾c, cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p sÊy vËt liÖu kh¸c nhau. Theo dÊu hiÖu vÒ n¨ng l−îng ta cã hai nguyªn t¾c chÝnh: - Lo¹i bá Èm (n−íc) ra khái vËt liÖu, kh«ng lµm thay ®æi tr¹ng th¸i liªn kÕt: VÉn ë d¹ng láng. - Lo¹i bá Èm khi thay ®æi tr¹ng th¸i liªn kÕt: Láng biÕn thµnh h¬i. Lo¹i ®Çu cã thÓ thùc hiÖn b»ng ph−¬ng ph¸p c¬ häc (Ðp, ly t©m, läc). Lo¹i thø hai liªn quan tíi chi phÝ nhiÖt ®Ó h©m nãng vËt liÖu Èm, bèc h¬i n−íc ë bÒ mÆt vËt liÖu vµ lµm s«i láng bªn trong vËt liÖu vµ dÇn tho¸t ra ngoµi.

1.1. VËt liÖu Èm §a sè n«ng s¶n lµ vËt liÖu Èm, chøa mét l−îng n−íc ®¸ng kÓ. N−íc lµ thµnh phÇn cña tæ chøc ®éng vËt vµ thùc vËt. §éng vËt l¹i lµ nguån thøc ¨n cho con ng−êi. Tuy nhiªn thõa n−íc cã thÓ dÉn ®Õn h− h¹i s¶n phÈm do t¸c ®éng cña vi sinh vËt trong m«i tr−êng n−íc. Do ®ã phÇn lín c¸c s¶n phÈm cÇn ph¶i gi÷ kh«. Tr¹ng th¸i vËt liÖu Èm ®−îc x¸c ®Þnh bëi ®é Èm vµ nhiÖt ®é cña nã. TÝnh chÊt cña vËt liÖu Èm ®−îc ®Æc tr−ng bëi tÝnh chÊt nhiÖt – vËt lý vµ c¸c th«ng sè vËt lý: nhiÖt dung riªng, hÖ sè dÉn nhiÖt...vv. Trong lý thuyÕt sÊy, ®é Èm cña vËt liÖu ®−îc ph©n chia thµnh ®é Èm t−¬ng ®èi vµ ®é Èm tuyÖt ®èi. 1.1.1. §é Èm t−¬ng ®èi. §é Èm t−¬ng ®èi cßn gäi lµ ®é Èm toµn phÇn, lµ sè phÇn tr¨m khèi l−îng n−íc chøa trong 1kg vËt liÖu Èm. Khèi l−îng chung cña vËt liÖu Èm. g = ga + gk ë ®©y: ga – Khèi l−îng n−íc (kg). gk – Khèi l−îng chÊt kh« tuyÖt ®èi (kg). g §é Èm t−¬ng ®èi sÏ lµ: W = a ⋅ 100% g Tr−êng hîp W = 0 ta cã vËt liÖu kh« tuyÖt ®èi. 1.1.2. §é Èm tuyÖt ®èi. §é Èm tuyÖt ®èi lµ sè phÇn tr¨m khèi l−îng n−íc chia trong 1kg vËt liÖu kh«. g WK = a ⋅ 100% gK C«ng thøc chuyÓn ®æi WK ⋅ 100% W= 100 + WK

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

4

W ⋅ 100% 100 − W Tõ b¶ng phô lôc cho ta c¸c gi¸ trÞ khi chuyÓn ®æi tõ W ra WK. Do khèi l−îng cña Èm ga chøa trong vËt liÖu cã thÓ lín h¬n khèi l−îng vËt liÖu kh« gK, nªn kh¸c víi ®é Èm t−¬ng ®èi, ®é Èm tuyÖt ®èi WK cã thÓ lín h¬n 100%. Tr−êng hîp tû sè gi÷a khèi l−îng Èm cña vËt liÖu Èm víi khèi l−îng chÊt kh« tÝnh b»ng kg/kg vËt liÖu kh«, ta cã khèi l−îng Èm riªng (®é chøa Èm). g u= a gK WK =

Khèi l−îng Èm riªng cã thÓ ®Æc tr−ng ®é Èm kh«ng chØ cho toµn thÓ tÝch cña vËt liÖu mµ cßn lµ ®é Èm ë líp hoÆc ë ®iÓm nµo ®ã. NÕu Èm ph©n bè ®Òu theo tiÕt diÖn th×. W WK = 100⋅u hoÆc u= K 100 3 MËt ®é Èm trong vËt liÖu C (kg/m ) quan hÖ víi khèi l−îng Èm riªng u theo quan hÖ. C = u ⋅ ρ0

ë ®©y:

ρ0 – Khèi l−îng tuyÖt ®èi chÊt kh« trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch vËt liÖu Èm (kg chÊt kh«/m3) NÕu ®é gi¶m thÓ tÝch (gi¶m thÓ tÝch trong qu¸ tr×nh sÊy) nho th× ζ0 ≈ ζK (ζK – mËt ®é chÊt kh« cña vËt liÖu, hoÆc khèi l−îng riªng cña vËt liÖu kh«) 1.1.1. Èm trong vËt liÖu. a) TÝnh chÊt lý ho¸ cña n−íc: N−íc trong vËt liÖu Èm cã thÓ tån t¹i d−íi 3 d¹ng: r¾n, láng, khÝ ë ¸p suÊt khÝ quyÓn n−íc chuyÓn tõ pha nãng sang pha láng, ng−îc l¹i ë 00C n−íc chuyÓn tõ pha r¾n sang pha láng. §èi víi n−íc th«ng th−êng, ë nhiÖt ®é 3,980C cã mËt ®é lín nhÊt 1 g/cm3. Khi t¨ng nhiÖt ®é lªn mËt ®é cña n−íc b¾t ®Çu gi¶m v× chuyÓn ®éng cña c¸c ph©n tö m¹nh lªn. Ph©n tö chÊt láng còng nh− vËt r¾n liªn tôc chuyÓn ®éng dao ®éng phøc t¹p. Ngoµi ra ®èi víi vËt thÓ nhiÒu nguyªn tö, cßn cã chuyÓn ®éng dao ®éng cña nguyªn tö nµy ®èi víi nguyªn tö kh¸c. Trong bÊt kú thêi ®iÓm nµo, n¨ng l−îng chuyÓn ®éng dao ®éng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tæng thÕ n¨ng vµ ®éng n¨ng cña ph©n tö. Khi ph©n tö ë vÞ trÝ trung gian, thÕ n¨ng cña nã nhá nhÊt cßn ®éng n¨ng ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i. Ng−îc l¹i ë c¸c vÞ trÝ tËn cïng cña ph©n tö, ®éng n¨ng b»ng kh«ng, cßn thÕ n¨ng ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i. PhÇn tö n−íc cã 3 nguyªn tö t¹o thµnh cÊu tróc tam gi¸c, 2pr«t«n ë ®¸y vµ nguyªn tö «xy ë ®Ønh ë vÞ trÝ kh«ng kÝch ®éng, nh©n nguyªn tö ë h¬i n−íc cã ®Æc tÝnh sau: H×nh 1.1. S¬ ®å x©y dùng ph©n tö n−íc Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

5

0

0

Kho¶ng c¸ch OH – 0,9584 A , HH – 1,5150 A gãc HOH – 104027’. T−¬ng øng víi 0

0

møc dao ®éng d−íi; kho¶ng c¸ch OH – 0,4568 A HH – 1,5400 A vµ gãc HOA – 105003’. N−íc lµ dÞch thÓ dÝnh −ít. Søc c¨ng mÆt ngoµi ë 200C b»ng 0,0727 Pa. C¸c ®Æc tr−ng vËt lý trªn ®©y, còng nh− c¸c ®Æc tr−ng kh¸c cña n−íc ®¸, n−íc vµ h¬i n−íc ®Òu phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt. b) HiÖn t−îng hÊp phô. Nghiªn cøu hiÖn t−îng ph¸t triÓn trªn bÒ mÆt ph©n chia pha (láng – r¾n) ®èi víi vËt liÖu Èm cã mét ý nghÜa quan träng. Qu¸ tr×nh sÊy cung cÊp n¨ng l−îng cho n−íc th¾ng c¸c lùc liªn kÕt gi÷a n−íc vµ vËt liÖu sÊy, ®Ó dÞch chuyÓn n−íc tõ trong lßng vËt sÊy ra bÒ mÆt vµ ®i vµo t¸c nh©n sÊy ®Ó th¶i vµo m«i tr−êng. B¶n chÊt c¸c liªn kÕt gi÷a n−íc vµ vËt liÖu lµ hiÖn t−îng hÊp phô. Th−êng ng−êi ta kh¶o s¸t hÊp phô vËt lý vµ hÊp phô ho¸ häc. HÊp phô ho¸ häc lµ sù liªn kÕt gi÷a ph©n tö n−íc vµ c¸c ph©n tö cña vËt hÊp phô th«ng qua trao ®æi ®iÖn tö vßng ngoµi (tÝnh ngËm n−íc). V× thÕ hÊp phô ho¸ häc rÊt bÒn v÷ng, rÊt khã dïng nhiÖt ®Ó t¸ch n−íc khái hÊp phô ho¸ häc. HÊp phô vËt lý lµ liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö n−íc víi c¸c ph©n tö vËt hÊp phô kh«ng cã trao ®æi i«n mµ chØ do søc c¨ng mÆt ngoµi. hÊp phô vËt lý x¶y ra kh«ng ®ång ®Òu theo chiÒu dµy líp n−íc vµ rÊt dÔ t¸ch khái vËt liÖu khi sÊy. N−íc cã trong vËt liÖu sÊy chñ yÕu lµ n−íc hÊp phô vËt lý. Nh− ®7 biÕt, øng víi ®Þnh luËt thø 2 cña nhiÖt ®éng häc, khi hÖ tiÕn dÇn ®Õn tr¹ng th¸i c©n b»ng thÕ n¨ng cña hÖ tiÕn dÇn tíi cùc tiÓu, cã nghÜa lµ bÒ mÆt chÊt láng cÇn t¸c ®éng lùc tiÕn tíi gi¶m diÖn tÝch cña nã, ®ã lµ lùc c¨ng bÒ mÆt σ (søc c¨ng bÒ mÆt) ®èi víi mét ®¬n vÞ dµi tiÕp tuyÕn víi bÒ mÆt (®in/cm hoÆc N/m). Søc c¨ng bÒ mÆt tÝnh b»ng n¨ng l−îng tù do cña líp bÒ mÆt trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch (®in – cm/cm2 nghÜa lµ erg/cm2 hoÆc Nm/m2). Nãi c¸ch kh¸c, σ b»ng mËt ®é n¨ng l−îng tù do cña mang máng bÒ mÆt. §èi víi n−íc ë 00C, σ ≈ 75,7 ®in/cm ≈ 75,7erg/cm2 ≈0,0757N/m. Kh¶o s¸t sù t¸c ®éng t−¬ng hç cña chÊt láng víi bÒ mÆt vËt cøng. Trong tr−êng hîp nµy ph©n tö bÒ mÆt vËt cøng sÏ t¸c dông víi lùc x¸c ®Þnh Fc lªn ph©n tö líp biªn chÊt láng vÒ phÝa chÊt còng t¸c dông lùc Fe Cã thÓ tr×nh bµy s¬ ®å t¸c ®éng t−¬ng hç chÊt láng víi vËt cøng, th−êng trong ®ã cã pha thø 3 lµ pha khÝ. KhÝ kh«ng cã t¸c ®éng cña ngo¹i lùc, giät chÊt láng cã d¹ng h×nh cÇu. Trªn bÒ mÆt vËt cøng trong m«i tr−êng kh«ng khÝ cã d¹ng ph©n chia 1,2,3 nh− (h×nh 1.2). D¹ng giät n−íc phô thuéc vµo sù t−¬ng øng gi÷a σ vµ gãc θ. Gãc c«n lµ sù H×nh 1.2. D¹ng giät chÊt láng giíi ®o ®é −ít bÒ mÆt cøng; cã thÓ cã 3 tr−êng hîp sau. h¹n ph©n chia 3 pha Tr−êng hîp 1: σ1 -3 > σ2 – 3 + σ1 – 2 cosθ

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

6

1, 2, 3 – pha khÝ, láng vµ r¾n. ë ®©y σ1 -3, σ2 -3 vµ σ1 -2 lµ søc c¨ng bÒ mÆt giíi h¹n gi÷a pha khÝ – vËt cøng, Láng – vËt cøng vµ khÝ láng. θ - Gãc t¹o thµnh tõ tiÕp tuyÕn víi ®−êng viÒn giät n−íc. Trong tr−êng hîp nµy giät chÊt láng bÞ dÑt trªn mÆt vËt cøng. Tr−êng hîp 2: σ1 -3 < σ2 – 3 + σ1 – 2 cosθ Giät chÊt láng bÞ Ðp vµ cã d¹ng elipx« - it. Tr−êng hîp 3: σ1 -3 = σ2 – 3 + σ1 – 2 cosθ Khi ®ã: σ − σ 2 −3 cos θ = 1-3 (1-1)

σ 1− 2

Ro rµng ë tr−êng hîp thø nhÊt 0 < cosθ < 1, gãc 0 < θ < 900 (H×nh 1.2) bÒ mÆt vËt cøngbÞ −ít. DÞch thÓ d¹ng nµy gäi lµ dÞnh thÓ dÝnh −ít (σ1 -3 > σ2 – 3). NÕu hiÖu sè σ1 – 3 - σ2 – 3 = σ1- 2 th× phï hîp víi c«ng thø (1 – 1), cosθ = 1 vµ θ = 0, nghÜa lµ bÒ mÆt vËt r¾n bÞ dÝnh −ít hoµn toµn, gãc θ kh«ng t¹o thµnh, søc c¨ng bÒ mÆt ®Æc tr−ng bëi sù thõa n¨ng l−îng tù do cña líp bÒ mÆt. Phô thuéc vµo nhiÖt ®é t, søc c¨ng bÒ mÆt cña n−íc cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (erg/cm2). σt = 75,7⋅(1 – 0,002⋅t) Trong tr−êng hîp thø hai (- 1) < cosθ < 0, 900 < θ <1800 (h×nh 1 – 3), bÒ mÆt kh«ng bÞ −ít, gäi lµ dÞch thÓ kh«ng dÝnh −ít (σ1 -3 < σ2 -3). TÝnh dÝnh −ít lµ ®éng lùc t¹o ra ¸p suÊt mao dÉn hay chiÒu cao cét dÞch thÓ trong c¸c èng mao dÉn. (H×nh 1.4) Trong mét thêi gian nhÊt ®Þnh dÞch thÓ H×nh 1.3. D¹ng giät chÊt láng ë biªn 0 0 giíi gi÷a 3 pha khi 90 < θ <180 trong èng mao dÉn d©ng lªn ®é cao h so víi mÆt tho¸ng cña dÞch thÓ. NÕu chÊt láng kh«ng −ít thµnh èng, n−íc trong èng mao sÏ h¹ xuèng. Cét chÊt láng cã mËt ®é ρl, ë ®é cao h, c©n b»ng víi tæng lùc t¸c dông lªn chu vi èng mao b¸n kÝnh r0. π ⋅ r02 ⋅ h ⋅ ρl ⋅ g = 2π ⋅ r0 ⋅ σ ⋅ cosθ Tõ ®ã x¸c ®Þnh chiÒu cao chÊt láng d©ng lªn h 2 ⋅ σ ⋅ cosθ h= r0 ⋅ g ⋅ ρl §èi víi n−íc khi −ít hoµn toµn (θ = 0, cosθ = 1), b¸n kÝnh cong cña bÒ mÆt dÞch thÓ: r r = 0 = r0 cosθ

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

7

Khi t = 200C, σ ≈ 73 erg/cm2 vµ h =

0,15 (cm) r0

Trong èng mao b¸n kÝnh r0 = 10-5 cm, chiÒu cao h = 0,15.105 cm = 150m vµ ¸p lùc cét n−íc b»ng 1,5 MPa. NÕu chiÒu cao h nhá h¬n vµ øng víi r0, th× ®é lâm cña bÒ mÆt cét dÞch thÓ sÏ gi¶m, bÒ mÆt t¹o thµnh ¸p suÊt d−¬ng. §èi víi vËt thÓ dÝnh −ít chiÒu cao cét dÞch thÓ trong èng mao h > 0 so víi chiÒu cao mÆt tho¸ng, ng−îc l¹i víi dÞch thÓ kh«ng dÝnh −ít chiÒu cao cét dÞch thÓ trong èng mao h < 0 so víi chiÒu cao mÆt tho¸ng. ¸p lùc cña èng mao g©y ra gi¶m ¸p suÊt h¬i b7o hoµ phÝa trªn bÒ mÆt cong, n©ng cao ¸p suÊt cña nã trªn mÆt låi so víi ¸p suÊt phÝa trªn bÒ mÆt chÊt láng. Phï hîp víi ®Þnh luËt Ken-Vin, ®é ®µn håi t−¬ng ®èi cña h¬i:

ϕ= H×nh 1.4. ChiÒu cao dÞch thÓ dÝnh −ít trong èng mao dÉn

 2 ⋅ σ ⋅ ρh  pr = exp −  p0  p0 ⋅ ρl .r 

(1.2)

ë ®©y: pr vµ p0 - ¸p suÊt h¬i b7o hoµ trªn mÆt cong vµ mÆt ph¼ng.

B¶ng 1.1. Sù phô thuéc gi÷a ®é co d6n t−¬ng ®èi cña h¬i n−íc khi −ít hoµn toµn cña ϕ vµ r0 cña èng mao. r0.107 cm r0.107 cm ϕ ϕ ϕ 0,05 0,36 0,5 1,56 0,95 0,1 0,46 0,55 1,8 0,96 0,15 0,57 0,6 2,11 0,97 0,20 0,67 0,65 2,50 0,98 0,25 0,78 0,7 3,01 0,99 0,30 0,89 0,75 3,73 0,999 0,35 1,02 0,8 4,83 1,000 0,40 1,17 0,85 6,61 0,45 1,34 0,9 10,25

r0.107 cm 21,9 26,3 25,3 53,3 107,5 1077,0 10770,0

Tõ b¶ng trªn cho thÊy khi r0 = 107,5⋅10-7cm = 1,07⋅10-5cm, th× ϕ ≈ 1 vµ ¸p suÊt h¬i b7o hoµ trªn mÆt dÝnh −ít thùc tÕ b»ng ¸p suÊt h¬i b7o hoµ trªn mÆt ph¼ng chÊt láng. HiÖn t−îng nµy lµ c¬ së ®Ó chia èng mao thµnh lo¹i cùc nhá (r0 < 10-5cm) vµ èng mao lín (r0 > 10-5cm). Nh− ®7 thÊy ë phÇn trªn, hiÖn t−îng bÒ mÆt ®−îc ph¸t triÓn khi t¸c ®éng t−¬ng hç cña chÊt láng (n−íc) víi vËt cøng, vÒ c¬ b¶n liªn kÕt kh«ng chØ víi t−¬ng t¸c vËt lý mµ c¶ t−¬ng t¸c

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

8

ho¸ häc. Kh¶o s¸t hiÖn t−îng phøc t¹p trªn lµ mét khã kh¨n rÊt lín; mµ ph¶i ¸p dông ph−¬ng ph¸p hiÖn ®¹i cña c¬ häc l−îng tö. 1.1.2. Ph©n lo¹i d¹ng liªn kÕt Èm trong vËt liÖu. N«ng s¶n lµ mét hÖ trong ®ã Èm cã d¹ng liªn kÕt kh¸c nhau víi vËt r¾n. NhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu cho phÐp ®¬n gi¶n ho¸ viÖc ph©n lo¹i c¸c d¹ng liªn kÕt n−íc, nh−ng hiÖn nay ta chia lµm hai lo¹i: n−íc n−íc tù do vµ n−íc liªn kÕt. C¸c d¹ng liªn kÕt Èm ®−îc chia thµnh ba nhãm chÝnh: liªn kÕt ho¸ häc, liªn kÕt vËt lý vµ liªn kÕt c¬ vËt lý. Trong ®ã Èm liªn kÕt ho¸ - lý kh«ng cã thÓ khö ®−îc b»ng qu¸ tr×nh sÊy. MÆt kh¸c liªn kÕt ho¸ häc cña n−íc víi vËt liÖu chØ ®−îc lo¹i bá nhê t¸c ®éng ho¸ häc hoÆc gia c«ng nhiÖt ®Æc biÖt m¹nh. Khi sÊy lo¹i liªn kÕt nµy khã lo¹i bá. a) N¨ng l−îng liªn kÕt Èm víi vËt liÖu. Π. A. Rªbin®er sö dông quan hÖ nhiÖt ®éng häc c¬ b¶n, cho ®Æc tÝnh sè l−îng n¨ng l−îng liªn kÕt Èm víi vËt liÖu tiÕp nhËn n¨ng l−îng tù do ®¼ng nhiÖt. V× liªn kÕt n−íc víi vËt liÖu lµm gi¶m ¸p suÊt h¬i n−íc trªn bÒ mÆt cña nã, chÝnh v× thÕ n¨ng l−îng tù do t−¬ng −ng sÏ gi¶m. Gi¶m n¨ng l−îng tù do ∆F ë nhiÖt ®é T kh«ng ®æi hoÆc n¨ng l−îng liªn kÕt biÓu diÔn bëi c«ng L cÇn chi phÝ ®Ó t¸ch rêi 1 mol n−íc khái vËt liÖu (kh«ng thay ®æi thanh phÇn), cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (erg/mol). P −∆F = L = R ⋅ T ⋅ ln h = − R ⋅ T ⋅ ln ϕ Pu ë ®©y: Ph - ¸p su©t h¬i b7o hoµ cña n−íc tù do. Pu - ¸p suÊt h¬i n−íc c©n b»ng trªn vËt liÖu víi hµm l−îng Èm u trong m«i tr−êng kh«ng khÝ bÊt kú. P ϕ= u Râ rµng: Ph Liªn kÕt gi÷a n−íc víi vËt liÖu cµng ch¾c, cµng lµm gi¶m ®é lín Pu vµ ng−îc l¹i, ®èi víi n−íc tù do Pu ®¹t ®−îc gi¸ trÞ Ph, ϕ = 1 vµ n¨ng l−îng liªn kÕt L = 0. L = R⋅T⋅ln1 = 0 ChØ líp n−íc mét phÇn tö, nghÜa lµ líp n−íc cã chiÒu dÇy mét ph©n tö (®−êng kÝnh ph©n tö n−íc b»ng 3⋅10-8cm) lµ liªn kÕt hÊp thô víi n¨ng l−îng cña liªn kÕt ph©n tö thÊy râ. Liªn kÕt cña líp n−íc x¶y ra gi¶m ®ét ngét víi viÖc t¨ng kho¶ng c¸ch ®èi víi bÒ mÆt hÊp thô t−¬ng øng víi quy luËt cña lùc ph©n tö. V× vËy l−îng n−íc liªn kÕt hÊp thô trong vËt liÖu phô thuéc vµo tæng bÒ mÆt bªn trong cña phÇn tö vµ cã thÓ th−êng (theo thÓ tÝch) chiÕm 1 ÷ 5% ®èi víi thÓ tÝch chung cña vËt. Khi ®−êng kÝnh ph©n tö 10-6cm n−íc hÊp thô cã thÓ chiÕm 18% vµ lín h¬n nÕu ®−êng kÝnh ph©n tö cµng nhá. HiÖu qu¶ nhiÖt liªn kÕt cña n−íc: Q = Qu − Qh hoÆc ∆r = ru − r ë ®©y: Qu - nhiÖt bèc h¬i cña n−íc liªn kÕt víi vËt liÖu ta x¸c ®Þnh ®é Èm (ru).

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

9

Qh - NhiÖt bèc h¬i cña n−íc tù do. Theo ph−¬ng tr×nhGips-Hemlhols, sù thay ®æi n¨ng l−îng bªn trong hoÆc entanpi trong ∂∆F ∆I = ∆F − T ⋅ qu¸ tr×nh ®¼ng nhiÖt, ®¼ng tÝch vµ: ∂T ∂ ln Pu ∂ ln Ph Tõ (1.3) suy ra: Qh = R ⋅ T 2 ⋅ ; Qh = R ⋅ T 2 ⋅ ∂T ∂T  ∂ ln Pu ∂ ln Ph  2 ∂ ln ϕ Khi ®ã: Q = R ⋅ T 2  (1.4) −  = R ⋅T ⋅ ∂T  ∂T  ∂T ∂ ln Pu ∂ ln Ph > Bëi v× Qu > Qh vµ Pu < Ph th× ∂T ∂T BÊt ®¼ng thøc nµy minh ho¹ bëi ®−êng cong (H×nh 1.5) biÓu diÔn sù phô thuéc gi÷a P vµ T. Tõ h×nh ta thÊy, ®−êng cong lnPu = f(T), tang gãc nghiªng cña tiÕp tuyÕn lín h¬n so víi lnPh = f(T). §èi víi kho¶ng nhiÖt ®é kh«ng lín: ∂ ln ϕ ∂Q Q = R ⋅T 2 ⋅ ≈ const vµ =0 ∂T ∂T Ta cã biÓu thøc ®èi víi ¸p suÊt h¬i trªn n−íc liªn kÕt:  Q  (1.5) Pu = Ph exp  −   R ⋅T  Tõ nh÷ng gi¶ thiÕt nhiÖt ®éng ®Æc tr−ng cho ®é lín n¨ng l−îng liªn kÕt. Π.A Rªbin®e ®7 tÝnh nh÷ng d¹ng liªn kÕt n−íc víi vËt liÖu khuÕch t¸n (ДUCПEPCHЫЙ) khi sÊy. + N−íc liªn kÕt ho¸ häc. §èi víi n−íc nµy, n¨ng l−îng liªn kÕt L ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt. ThÝ dô ®èi víi sù kÕt tinh cña sunph¸t ®ång CuSO4 ë 250C Pu = 0,11, Ph = 3,2 KPa vµ L = 8,4.10-3J/mol. + N−íc liªn kÕt hÊp phô. §èi víi n−íc liªn kÕt hÊp phô ¸p lùc h¬i phô thuéc vµo ®é Èm cña vËt liÖu ®−îc gäi lµ hÊp phô ®¼ng nhiÖt. D¹ng liªn kÕt Èm nµy ®Æc tr−ng chØ ®èi víi vËt liÖu cã ®é Èm nhá, nghÜa lµ gi¸ P trÞ ϕ = u kh«ng ®¸ng kÓ; t−¬ng øng víi n¨ng Ph l−îng liªn kÕt lín. ThÝ dô khi ϕ = 0,25, L = 3,47.103J/mol. + Liªn kÕt mao dÉn. N¨ng l−îng liªn kÕt ®èi víi n−íc lo¹i nµy g©y ra liªn kÕt hÊp phô cña líp ®a ph©n tö trªn thµnh H×nh 1.5. S¬ ®å sù phô thuéc gi÷a P vµ T èng mao vµ gi¶m ¸p suÊt h¬i trªn mÆt cong trong b¶ng b¸n logarit trong èng mao so víi ¸p suÊt h¬i trªn bÒ mÆt ph¼ng cña n−íc tù do. N−íc cßn l¹i ë bªn trong èng mao kh«ng kh¸c víi n−íc tù do.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

10

N¨ng l−îng liªn kÕt Èm cña èng mao to kh«ng lín vµ gÇn víi n¨ng l−îng cña Èm tù do. NÕu ¸p suÊt h¬i trªn mÆt cong cña n−íc cã thÓ x¸c ®Þnh gÇn ®óng theo ®Þnh luËt cña Klu-vin:  2σ V0  (1.6) ⋅ Pr = − Ph exp  −   r R ⋅T  N¨ng l−îng liªn kÕt L cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (12) khi thay Pu vµ Ph. 2σ Lr = ⋅V0 r Víi: V0 - lµ thÓ tÝch riªng cña h¬i n−íc trªn mÆt tho¸ng. Khi ®−êng kÝnh èng mao kh«ng lín, L ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt. ThÝ dô khi 2r = 10-6cm, L = 5,3.102J/mol. b/ Liªn kÕt thÈm thÊu. Liªn kÕt thÈm thÊu ®iÓn h×nh lµ liªn kÕt cña n−íc trong c¸c dung dÞch, ë ®©y khèi l−îng chÝnh liªn kÕt cña nã yÕu - thÈm thÊu, nghÜa lµ ¨ngtr«pi. B¶n chÊt cña liªn kÕt nµy ®−îc biÓu diÔn trong ®ã ¸p suÊt cña h¬i Pu trªn dung dÞch nhá h¬n ¸p suÊt h¬i Ph trªn n−íc. Tõ ph−¬ng tr×nh Gips-Hemlhols. −∆F = −∆I + T ∆S (1.7) ë ®©y: ∆I - §é gi¶m n¨ng l−îng bªn trong (hoÆc entalpi trong qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p vµ ®¼ng tÝch). Xem liªn kÕt n−íc khi cã t−¬ng t¸c ph©n tö. ∆S - ®é t¨ng ¨ngtr«pi trong qu¸ tr×nh ®¼ng nhiÖt. Liªn kÕt thÈm thÊu trë lªn râ rÖt khi kh«ng cã nh÷ng liªn kÕt v÷ng ch¾c h¬n nghÜa lµ khi ∆I → 0. Khi ®ã −∆F = T ∆S = − RT ln n0 ë ®©y: n0 - lµ phÇn mol cña n−íc trong dung dÞch, n0 = ϕ =

Pu Ph

1.1.3. C¸c ®Æc tr−ng nhiÖt ®éng cña vËt liÖu Èm. a/ ThÕ dÉn Èm. Kh¸i niÖm vÒ thÕ dÉn Èm còng t−¬ng tù nh− thÕ dÉn nhiÖt. Èm chØ cã thÓ truyÒn tõ vËt hay mét phÇn cña nã cã ®é Èm cao sang vËt hay mét phÇn cña vËt kh¸c cã ®é Èm thÊp h¬n. Gi÷a truyÒn nhiÖt vµ truyÒn chÊt cã nh÷ng tÝnh chÊt t−¬ng tù. ThÝ dô (h×nh 1.6), cho thÊy s¬ ®å ph©n bè thÕ chuyÓn nhiÖt, nghÜa lµ nhiÖt ®é vµ entanpi cña ch× vµ s¾t. ë tr¹ng th¸i c©n b»ng nhiÖt ®é cña hai vËt thÓ nh− nhau (500C) vµ trªn giíi h¹n tiÕp xóc cã biÕn chuyÓn ®ét ngét cña entanpi (Tõ I = C.t = 0,127×50 = 6,3 KJ/Kg ®èi víi ch×, ®Õn I = 0,46×50 = 23,0KJ/Kg ®èi víi s¾t). Râ rµng, sù chuyÓn biÕn nµy lµ nguyªn nh©n sù kh¸c nhau cña nhiÖt khèi riªng gi÷a hai vËt thÓ. V× thÕ ®Ó ph©n tÝch hiÖn t−îng chuyÓn chÊt hîp lý, t−¬ng tù nhiÖt khèi riªng cña chÊt láng nãng (n−íc). §−a vµo kh¸i niÖm “nhiÖt khèi riªng ®¼ng nhiÖt” Cm ®èi víi vËt tiªu chuÈn (giÊy läc) b»ng 1/100 UCmax nghÜa lµ: 1 Cmt / c = uCmax Kg/Kg0M 100 Nh− vËy, t−¬ng tù thÕ chuyÓn nhiÖt-nhiÖt ®é, hµm l−îng Èm riªng cùc ®¹i cña vËt tiªu chuÈn, t−¬ng øng víi thÕ chuyÓn θm trong 100 ®é (0M) trao ®æi khèi. Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

11

θ mt / c =

ut / c u ⋅100 = t/c ( Cmt / c )T ( uCmax )T

Trong ®ã: ut/c - hµm l−îng Èm tiªu chuÈn, khi ut/c = uCmax, θmt/nghiÖm = 1000M. Trong thÝ dô tiÕp xóc gi÷a than bïn vµ giÊy läc, hµm l−îng Èm c¸c vËt liÖu ®ã ë tr¹ng th¸i c©n b»ng nhiÖt ®éng ut/c = 0,5Kg/Kg, thÕ chuyÓn khèi (uCmax)T = 0,277Kg/Kg. 0,5 θ mt / ngh = ⋅100 = 1800 M . 0, 277 §Ó chuyÓn vËt chÊt (Èm) vµ nhiÖt tõ vËt nµy ®Õn vËt kh¸c cÇn t¹o nªn sù sai kh¸c thÕ t−¬ng øng. §Æc biÖt ta thÊy sù hiÖn diÖn sai kh¸c thÕ Èm vµ nhiÖt truyÒn tõ vËt cã hµm l−îng Èm nhá tíi vËt cã hµm l−îng Èm lín. than bïn

Hµm l−îng Èm u (Kg/Kg)

c¸t Kg/Kg

ThÕ θm

than bïn

giÊy läc

kg kg

kg kg

Kg/Kg

Èm Kho¶ng c¸ch tõ mÆt tiÕp xóc (cm) a/

c/

Kcal/Kg

Kcal kg

Kcal kg

NhiÖt ®é

Entanpi I (KCal/Kg)

s¾t

ch×

nh«m

ch×

Kcal/Kg

nhiÖt

Kho¶ng c¸ch tõ bÒ mÆt tiÕp xóc (cm) b/ d/ H×nh 1.6. Ph©n bè Èm, entanpi vµ thÕ chuyÓn trong hÖ vËt. VËt tiªu chuÈn vµ than bïn (a), ch× vµ s¾t (b), chuyÓn Èm vµ nhiÖt khi hiÖn diÖn thÕ (c, d).

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

12

§¬n vÞ ®o ®−îc gäi lµ thÕ dÉn Èm vµ ký hiÖu lµ θ. Trong dÉn Èm ®¼ng nhiÖt, ta cã thÓ xem thÕ dÉn Èm θ lµ mét hµm cña ®é chøa Èm u hay θ = f(u). NÕu trong dÉn nhiÖt, tõ kh¸i dq niÖm nhiÖt ®é vµ nhiÖt l−îng, ng−êi ta ®−a ra kh¸i niÖm nhiÖt dung riªng: C p dt Víi: dq - nhiÖt l−îng cÇn ®Ó h©m nãng hoÆc lµm nguéi 1Kg vËt chÊt nãng lªn hoÆc l¹nh ®i. dt - biÕn thiªn nhiÖt ®é trong qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p. Trong dÉn Èm ta còng ®−a ra kh¸i niÖm Èm dung riªng trung b×nh vµ côc bé. Èm dung riªng trung b×nh ®Æc tr−ng cho sù thay ®æi hµm l−îng khèi cña vËt ∆U t−¬ng øng víi sù thay ®æi thÕ chuyÓn khèi trªn mét ®¬n vÞ ®o cña thÕ nµy, nghÜa lµ: ∆u Cm = ∆θ m §èi víi nhiÒu vËt sù phô thuéc θm = f(u) lµ phi tuyÕn, ®é lín Cm thay ®æi víi sù thay ®æi hµm l−îng Èm. ChÝnh v× thÕ ®−a vµo kh¸i niÖm Èm dung riªng thùc ®¼ng nhiÖt (khi nhiÖt ®é cña vËt lµ θ):  ∂u  Cm =    ∂θ m θ Èm dung riªng thùc (côc bé) ë chÕ ®é ®¼ng nhiÖt Cm = f(u) x¸c ®Þnh b»ng ®å thÞ ®−êng cong vi ph©n θm = f(u) khi θ = const. b/ Èm ®é. §o nhiÖt ®é theo thang b¸ch ph©n, ng−êi ta chän n−íc lµm vËt mÉu vµ nhiÖt ®é n−íc ®¸ ®ang tan lµ 00C vµ nhiÖt ®é n−íc ®ang s«i lµ 1000C ë cïng ¸p suÊt 760mmHg. NÕu nhiÖt l−îng ®o b»ng Kcal th× nhiÖt dung riªng cña n−íc b»ng 1Kcal/Kg.K. T−¬ng tù thÕ dÉn nhiÖt - lµ nhiÖt ®é; hµm l−îng Èm riªng cùc ®¹i cña vËt tiªu chuÈn t−¬ng øng víi thÕ chuyÓn θm trong 100 ®é trao ®æi khèi (0M). u u ⋅100 θ mt / c = t / c = t / c (1.8) ( Cmtc )T ( uCmax )T ë ®©y: ut/c - hµm l−îng Èm tiªu chuÈn, khi ut/c = uCmax, θmt/c = 1000M. Khi kh¶o s¸t vÝ dô tiÕp xóc cña than bïn vµ giÊy läc, hµm l−îng Èm trong tr¹ng th¸i c©n b»ng nhiÖt ®éng ut/c = 0,5Kg/Kg, thÕ chuyÓn khèi khi (uCmax) = 0,277Kg/Kg. 0,5 θ mt / c = ⋅100 = 1800 M 0, 277 §Ó chuyÓn chÊt (Èm) vµ nhiÖt tõ vËt nµy ®Õn vËt kh¸c cÇn t¹o hiÖu cña thÕ t−¬ng øng (H×nh 1.6c,d). Ta thÊy r»ng khi tån t¹i hiÖu thÕ Èm vµ nhiÖt chuyÓn tõ vËt cã hµm Èm nhá vµo vËt cã hµm Èm lín.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

13

1.1.4. C¸c th«ng sè nhiÖt - vËt lý cña vËt liÖu Èm. a/ NhiÖt dung riªng cña vËt liÖu Èm. NhiÖt dung riªng cña vËt liÖu Èm (J/Kg.0K) th−êng ®−îc tÝnh nh− lµ trung b×nh céng ®é lín nhiÖt dung riªng cña chÊt kh« cña vËt liÖu CK vµ nhiÖt dung riªng cña n−íc Cn b»ng 4,19 (KJ/Kg.0K). C (100 − W ) + Ca ⋅W CM = K (1.9) 100 NhiÖt dung riªng cña chÊt kh« cña c¸c s¶n phÈm thùc phÈm kh¸c nhau tõ 1257 ÷ 1676 J/Kg. 0 K hoÆc 0,3 ÷ 0,4 Kcal/Kg 0 C. C«ng thøc trªn cã thÓ tr×nh bµy d−íi d¹ng: C − CK CM = C K + a ⋅W 100 NhiÖt dung riªng cña vËt liÖu Èm ®èi víi sè kilogam chÊt kh«, th× nhiÖt dung qui dÉn J/Kg chÊt kh«.0K. C (100 − W ) + Ca ⋅W C ⋅W Wc CMqd = K = CK + a = C K + Ca = C K + Ca ⋅ u (1.10) 100 − W 100 − W 100 J Kg.0 K

Kcal Kg 0 C

H×nh 1.7. Sù phô thuéc cña nhiÖt dung riªng h¹t lóa tiÓu m¹ch vµo ®é Èm cña nã. 1 - Theo BHИИ; 2 - Theo c«ng thøc hçn hîp; 3 - Theo sè liÖu cña §isnhªa; 4 - Theo sè liÖu cña Г.A £g«R«Va; 5 - Theo sè liÖu cña B.C. ИK«l«va. Phï hîp víi c«ng thøc (1.9, 1.10) th−êng dïng ®Ó tÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy, sù phô thuéc gi÷a nhiÖt dung riªng cña vËt liÖu vµ ®é Èm cã ®Æc tÝnh tuyÕn tÝnh. Qua thùc nghiÖm cho thÊy

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

14

®èi víi nhiÒu lo¹i vËt liÖu vµ s¶n phÈm, hµm CM = f(W) kh«ng ph¶i lµ ®¬n ®iÖu vµ ®å thÞ cña nã th× cã nh÷ng ®iÓm gÉy khóc. Trªn h×nh 1.7 cho thÊy sù phô thuéc nhiÖt dung riªng cña h¹t lóa m¹ch vµo ®é Èm cña nã. Sù phô thuéc nµy nhËn ®−îc theo sè liÖu cña nhiÒu t¸c gi¶. Theo c«ng thøc (1.9) th× CK = 1548J/Kg0K = 0,37Kcal/Kg0C. b/ HÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu Èm. TruyÒn nhiÖt trong vËt liÖu Èm kh¸c víi truyÒn nhiÖt trong vËt liÖu kh«. HÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu Èm phô thuéc vµo b¶n chÊt vËt kh«, ®é Èm cña nã, cÊu tróc c¸c hang xèp, ®−êng kÝnh c¸c mao qu¶n, ... HÖ sè dÉn nhiÖt λ (W/m.0K) lµ hÖ sè tØ lÖ trong ph−¬ng tr×nh Fua-riª. q = −λ ⋅∇θ

ë ®©y: q - mËt ®é dßng nhiÖt trong vËt (W/m2) ∇θ - Gradien nhiÖt ®é 0K/m. NÕu hÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu kh« λK vµ cña n−íc hoÆc h¬i n−íc trong c¸c hang xèp λn ®7 biÕt th× hÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu Èm cã thÓ tÝnh: λ 1 − 1 − 2  ⋅ψ ⋅ V1 λ1  λ = λK ⋅  1 + (ψ − 1) V2 Trong ®ã: λ1, V1; λ2, V2 t−¬ng øng lµ hÖ sè dÉn nhiÖt vµ thÓ tÝch cña vËt cøng vµ pha h¬i. ψ - hÖ sè h×nh d¸ng cña ph©n tö t¹o nªn vËt liÖu Èm. - Ph©n tö h×nh cÇu: 3λ1 ψ= 2λ1 + λ2 - Ph©n tö d¹ng h×nh trô: 5λ1 + λ2 ψ= 3 ( λ1 + λ2 ) - §èi víi h¹t d¹ng tÊm máng: λ + 2λ2 ψ= 1 3λ2 Thùc tÕ ®èi víi vËt liÖu Èm cô thÓ th× hÖ sè dÉn nhiÖt chñ yÕu phô thuéc vµo ®é Èm vµ nhiÖt ®é. Trong kü thuËt, ®Ó tÝnh tíi ¶nh h−ëng nµy ta dïng c¸c c«ng thøc thùc nghiÖm. §èi víi lóa m× vµ h¹t ngò cèc: λ = 0,070 + 0,0233.ωK (W/m0K) ë ®©y: ωK - §é Èm tuyÖt ®èi.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

15

c/ HÖ sè dÉn nhiÖt ®é. Nh− ta ®7 biÕt, hÖ sè dÉn nhiÖt ®é a lµ ®Æc tÝnh quan träng cña vËt liÖu, x¸c ®Þnh qu¸n tÝnh nhiÖt cña nã. a cµng cao, cµng x¶y ra h©m nãng hoÆc lµm l¹nh vËt liÖu cµng nhanh, nghÜa lµ hÖ sè a cÇn ph¶i tÝnh khi nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n qu¸ tr×nh kh«ng æn ®Þnh - h©m nãng, lµm l¹nh, sÊy, lµm Èm, ... a=

λ C⋅ρ

(1.11)

ë ®©y: λ - hÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu C - nhiÖt dung riªng ρ - mËt ®é (hoÆc khèi l−îng thÓ tÝch).

H×nh 1.8. Sù phô thuéc hÖ sè dÉn nhiÖt a vµo hµm l−îng Èm u I - ®èi víi c¸t; II - ®èi víi ®Êt sÐt; III - ®èi víi than bïn. TÝch C.ρ - lµ nhiÖt dung ®¬n vÞ cña thÓ tÝch vËt liÖu, nã ®Æc tr−ng cho kh¶ n¨ng tr÷ nhiÖt: C. ρ cµng lín, còng nh− gi¸ trÞ cña λ hÖ sè a sÏ cµng nhá, nghÜa lµ vËt liÖu cã kh¶ n¨ng tr÷ nhiÖt cµng lín sÏ bÞ h©m nãng vµ lµm l¹nh chËm. Ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt bªn trong cã d¹ng: ∂θ = a ⋅ ∇ 2θ (1.12) ∂τ Trªn h×nh 1.8 theo sè liÖu cña A.B.L−kèp tr×nh bµy ®−êng cong ®Æc tr−ng phô thuéc cña hÖ sè a vµo hµm l−îng Èm u ®èi víi c¸t, ®Êt sÐt vµ than bïn. C¸c ®−êng cong cã ®iÓm cùc trÞ.

1.2. T¸c nh©n sÊy Qu¸ tr×nh sÊy nhiÖt bao gåm chuyÓn Èm cã trong lßng vËt liÖu d−íi d¹ng h¬i vµ lo¹i bá h¬i Èm ®ã vµo m«i tr−êng bªn ngoµi. Qu¸ tr×nh ph©n tö Èm nhËn ®−îc nhiÖt l−îng tõ hçn hîp kh«ng khÝ Èm trén lÉn víi s¶n phÈm ch¸y cña nhiªn liÖu (t¸c nh©n sÊy) ®Ó dÞch chuyÓn tõ trong

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

16

vËt thÓ ra bÒ mÆt vµ tõ bÒ mÆt vµo kh«ng gian t¸c nh©n sÊy bao quanh ®Ó th¶i vµo m«i tr−êng. Nh− vËy kh«ng khÝ cïng mét lóc lµm nhiÖm vô truyÒn nhiÖt vµ truyÒn Èm. ThiÕt bÞ sÊy gåm hai phÇn tö chÝnh: calorife 1 vµ buång sÊy 2. Trong calorife kh«ng khÝ ®−îc h©m nãng khi kh«ng thay ®æi hµm l−îng Èm. Trong buång vËt liÖu nhËn nhiÖt, kh«ng khÝ bÞ nguéi ®i, ®ång thêi tiÕp nhËn Èm tho¸t ra tõ vËt liÖu Èm. Khi hµm l−îng Èm cña kh«ng khÝ t¨ng lªn, kh¶ n¨ng sÊy sÏ gi¶m. Do ®ã t¸c nh©n sÊy cÇn ®−îc c¶i thiÖn, ®−a vµo khÝ ®7 ®−îc h©m nãng míi, kh« h¬n. §Ó lµm nhiÖm vô nµy ta dïng qu¹t 3. Trong qu¸ tr×nh sÊy, tr¹ng th¸i cña t¸c nh©n sÊy liªn tôc thay ®æi. Kh«ng khÝ Èm lµ hçn hîp cña kh«ng khÝ kh« víi h¬i n−íc. GÇn ®óng cã thÓ coi kh«ng khÝ kh« nh− lµ khÝ thuÇn nhÊt víi khèi l−îng ph©n tö hiÖu dông µK ≈ 29. Kh«ng khÝ kh« lµ hçn hîp cña «xy vµ nit¬ vµ mét sè chÊt khÝ kh¸c nh− CO2, SO2 , ... c¸c khÝ nµy cã thµnh phÇn kh«ng ®¸ng kÓ cã thÓ bá qua. Thµnh phÇn «xy vµ nit¬ trong kh«ng khÝ kh« t−¬ng øng b»ng 21% vµ 79% theo thÓ tÝch hoÆc 23,3% vµ 76,7% theo khèi l−îng. B¶ng 1.2. H»ng sè khÝ vµ khèi l−îng ph©n tö cña khÝ. KhÝ Ri (Kg.m/Kg0C) Ri (J/Kg0K) µK KhÝ Ri (Kg.m/Kg0C) Ri (J/Kg0K) µK CO2 19,30 190 44 CO 30,30 298 28 N2 30,30 298 28 KhÝ kh« 29,30 287 29 O2 26,50 260 32 H¬i n−íc 47,10 462 18 SO2 13,25 130 64 1.2.1. Th«ng sè c¬ b¶n cña kh«ng khÝ Èm. Phï hîp víi ®Þnh luËt §an-T«ng, ¸p suÊt cña hçn hîp khÝ, víi thÓ tÝch x¸c ®Þnh b»ng tæng ¸p suÊt h¬i cña tÊt c¶ c¸c thµnh phÇn. B = p1 + p2 + p3 + ... + pn B - ¸p suÊt chung cña hçn hîp khÝ. p1, p2, ...pn - ¸p suÊt h¬i cña c¸c khÝ thµnh phÇn. T−¬ng øng víi ¸p suÊt phong vò biÓu cña kh«ng khÝ Èm:

Trong ®ã:

B = pKK + ph

t, 0C

PH, mmHg

pH ,Pa

t, 0C

PH, mmHg

pH ,Pa

t, 0C

PH, mmHg

pH ,Pa

t, 0C

PH, mmHg

pH ,Pa

t, 0C

PH, mmHg

pH ,Pa

ë ®©y: pKK - ¸p suÊt riªng phÇn cña kh«ng khÝ kh«. ph - ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i n−íc chøa trong kh«ng khÝ. B¶ng 1.3. Sù phô thuéc cña ¸p suÊt h¬i b6o hoµ ph vµ nhiÖt ®é cña nã.

-20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11

0,722 0,850 0,935 1,027 1,128 1,238 1,357 1,486 1,627 1,780

96,5 113,0 124,0 137,0 151,0 164,1 181,0 199,2 218,3 238,1

7 8 9 10 11 12 13 14 15

7,51 8,05 8,61 9,21 9,84 10,52 11,23 11,99 12,79

1,02 1,07 1,15 1,23 1,31 1,40 1,5 1,59 1,71

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

35,66 37,73 39,90 42,18 44,56 47,07 49,69 52,44 55,32 58,34

4,86 5,1 5,33 5,63 5,95 6,27 6,63 6,99 7,36 7,76

58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

136,1 142,6 149,4 156,4 163,8 171,4 179,3 187,5 196,1 205,0

18,2 19,05 19,92 20,84 21,81 22,81 23,86 25,01 26,2 27,38

84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

416,8 433,6 450,9 468,7 487,1 506,1 525,8 546,1 567,0 588,6

55,7 57,6 60,2 62,4 65,0 67,5 71,0 72,7 75,7 78,4

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

17

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

1,946 2,125 2,321 2,532 2,761 3,008 3,276 3,566 3,879 4,216 4,579 4,93 5,29 5,69 6,10 6,54 7,01

260,0 285,1 311,2 338,0 369,0 400,0 437,0 476,2 509,0 560,0 612,0 660,2 706,2 760,2 813,4 875,4 936,5

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

13,63 14,53 15,48 16,48 17,54 18,65 19,33 21,07 22,38 23,76 25,21 26,74 28,35 30,04 31,82 33,70

1,82 1,94 2,06 2,19 2,34 2,49 2,64 2,82 2,98 3,17 3,36 3,56 3,78 4,00 4,24 4,46

42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

61,50 64,80 68,26 71,88 75,65 79,60 83,71 88,02 92,51 97,20 102,1 107,2 112,5 118,0 123,8 129,8

8,2 8,64 9,1 9,57 10,1 10,62 11,15 11,75 12,35 12,99 13,61 14,4 15,01 15,75 16,38 17,3

68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83

214,2 223,7 233,7 243,9 254,6 265,7 277,2 289,1 301,4 314,1 327,3 341,0 355,1 369,7 384,9 400,6

28,31 29,8 31,1 32,45 34,1 35,45 37,0 38,45 40,17 41,9 43,6 45,5 47,4 49,4 51,49 53,4

94 95 96 97 98 99 100

610,9 633,9 657,6 682,1 707,3 733,2 760,0

82,5 84,5 87,7 91,0 94,3 97,7 101,3

B¶ng trªn cho ta ¸p suÊt h¬i b7o hoµ phô thuéc vµo nhiÖt ®é. Theo ®Þnh luËt §an-T«n thÊy r»ng ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i trong kh«ng khÝ Èm ph nhá h¬n ¸p suÊt chung cña hçn hîp B. Tuy nhiªn v× nhiÖt ®é h¬i b»ng nhiÖt ®é hçn hîp, râ rµng h¬i ë trong kh«ng khÝ Èm kh«ng b7o hoµ, cã nhiÖt ®é v−ît qu¸ nhiÖt ®é s«i cña n−íc trong khi ¸p suÊt riªng phÇn cña nã ®7 cho, nghÜa lµ nã ë tr¹ng th¸i qu¸ møc. ¸p suÊt phong vò biÓu vµ ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i lµ nh÷ng th«ng sè ®Æc tr−ng tr¹ng th¸i kh«ng khÝ Èm. Ngoµi nh÷ng th«ng sè nµy, tr¹ng th¸i cña kh«ng khÝ Èm ®−îc ®Æc tr−ng bëi hµng lo¹t c¸c th«ng sè kh¸c: ®é Èm tuyÖt ®èi, ®é Èm t−¬ng ®èi, hµm l−îng Èm, mËt ®é, thÓ tÝch riªng, nhiÖt ®é vµ entanpi. Khi biÕt ba th«ng sè cña kh«ng khÝ Èm, cã thÓ t×m ®−îc c¸c gi¸ trÞ th«ng sè cßn l¹i cña nã khi sö dông c¸c quan hÖ sau: - §é Èm tuyÖt ®èi cña kh«ng khÝ ρa lµ khèi l−îng cña h¬i n−íc chøa trong 1m3 kh«ng khÝ Èm (g/m3), ®ång thêi ρa còng lµ mËt ®é cña h¬i n−íc chøa trong hçn hîp. - §é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ lµ tû sè gi÷a ®é Èm tuyÖt ®èi víi khèi l−îng h¬i n−íc cùc ®¹i cã thÓ (ρmax) chøa trong 1m3 kh«ng khÝ Èm cã cïng mét ®iÒu kiÖn (nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt).

ϕ=

ρa ρ hoÆc ϕ = a ⋅100% ρ max ρ max

§é Èm t−¬ng ®èi lµ th«ng sè quan träng cña kh«ng khÝ Èm. §é lín cña nã ®Æc tr−ng cho kh¶ n¨ng kh«ng khÝ ®−îc b7o hoµ bëi Èm. Gi¸ trÞ ϕ cµng nhá trong ®iÒu kiÖn ®¬n gi¶n b»ng nhau, kh¶ n¨ng sÊy cña kh«ng khÝ cµng lín. §Æc tÝnh phô thuéc cña ϕ vµo nhiÖt ®é, kh¸c nhau: • NÕu nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ Èm t, thÊp h¬n nhiÖt ®é s«i cña n−íc tK ë ¸p suÊt phong vò biÓu ®7 cho, nghÜa lµ khi t < t K (khi B = 760mmHg, t K = 100 0 C, khi B = 745mmHg, t K = 99,4 0 C), ρ max lµ mËt ®é h¬i b7o hoµ ρ h ë nhiÖt ®é ®7 cho, nghÜa lµ ρ ma x = ρ a khi ®ã:

ϕ=

ρa ρh

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

18

Gi¸ trÞ cña ρa tr×nh bµy trong b¶ng h¬i n−íc. §èi víi tÝnh to¸n kü thuËt cã thÓ dïng c«ng thøc thùc nghiÖm cña Г.K.Phil«nhenc«: 6,9t lg ρ h = 0, 686 + (1.13) 230 + t ë ®©y: ρa tÝnh b»ng (g/m3). TÝnh gÇn ®óng cã thÓ dïng ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh cña khÝ lý t−ëng, ®èi víi h¬i n−íc cã thÓ viÕt: RT RT pa = ρ a ⋅ ; ph = ρ h ⋅ (1.14)

µa

µh

ë ®©y: µa - ph©n tö l−îng cña h¬i n−íc, µa = 18. pa - ¸p suÊt h¬i b7o hoµ ë nhiÖt ®é ®7 cho (B¶ng 1.5) R - h»ng sè cña chÊt khÝ, R = 8314,3J/Kmol.0K. Gi¸ trÞ b»ng sè cña ®é lín R b»ng c«ng d7n 1Kg - ph©n tö (Kmol) khÝ ë ¸p suÊt kh«ng ®æi vµ nhiÖt ®é t¨ng lªn 1 ®é. Tõ ph−¬ng tr×nh (1.14) cã: ρ p ϕ= a = a (1.15) ρ h ph §é lín ph phô thuéc vµo nhiÖt ®é t, n©ng cao nhiÖt ®é, ¸p suÊt h¬i b7o hoµ t¨ng (B¶ng1.5), chÝnh v× thÕ khi hµm l−îng Èm kh«ng ®æi cña khÝ t−¬ng øng víi gi¶m gi¸ trÞ cña ϕ. Khi h©m nãng kh«ng khÝ trong calorife kh¶ n¨ng sÊy cña nã t¨ng lªn, ng−îc l¹i khi lµm l¹nh kh«ng khÝ ph sÏ gi¶m xuèng; ®é Èm t−¬ng ®èi khi hµm l−îng Èm kh«ng ®æi sÏ n©ng cao, ®¹t ®−îc ph = pa (100%). Kh«ng khÝ trë thµnh b7o hoµ vµ b¾t ®Çu cã ng−ng tô h¬i n−íc. Trong kho¶ng nhiÖt ®é t = 00C ÷ 1000C, ph (mmHg) cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm cña Phil«nhenc«: 7, 5t lg ph = 0, 622 + (1.16) 238 + t • NÕu nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ Èm cao h¬n tK ë ¸p suÊt ®7 cho th× b7o hoµ hoµn toµn cã thÓ chØ khi kh«ng khÝ kh« kh«ng tuyÖt ®èi vµ ¸p suÊt h¬i b7o hoµ b»ng ¸p suÊt phong vò biÓu ph = B, ta cã: p ϕ= a B 1.2.2. L−îng chøa Èm. L−îng chøa Èm (hµm l−îng Èm), lµ khèi l−îng h¬i n−íc chøa trong 1kg kh«ng khÝ kh«. Th«ng sè nµy ®−îc dïng phæ biÕn ®Ó tÝnh thiÕt bÞ sÊy. G d = a Kg Èm/Kg kk. GK

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

19

hoÆc

d = 1000 ⋅

Ga GK

g Èm/Kg kk.

Sö dông ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i ®èi víi h¬i n−íc vµ kh«ng khÝ kh« ta cã: R ⋅T pa ⋅V = Ga ⋅ a

µa

pK ⋅V = GK ⋅

RK ⋅ T

(1.17)

µK

ë ®©y: Ra = 462J/Kg.0K, RK = 287J/Kg.0K. Thay ¸p suÊt cña hçn hîp kh«ng khÝ kh« vµ h¬i n−íc p b»ng ký hiÖu ¸p suÊt khÝ trêi (¸p suÊt phong vò biÓu) B ta cã: pa pa d = 622 ⋅ (g Èm/Kg kk) hoÆc d = 0, 622 ⋅ (Kg Èm/Kg kk). B − pa B − pa Nh− vËy, biÕt gi¸ trÞ ¸p suÊt riªng phÇn trong kh«ng khÝ, cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc l−îng chøa Èm cña nã, ng−îc l¹i theo l−îng chøa Èm cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i. 1.2.3. MËt ®é kh«ng khÝ Èm (hçn hîp kh«ng khÝ kh« vµ h¬i n−íc) ρ hh = ρ K + ρ a ë ®©y: ρa, ρK lµ mËt ®é h¬i n−íc vµ kh«ng khÝ kh«. Trong ®iÒu kiÖn b×nh th−êng (¸p suÊt pK = B), t = 2730K) ρK = 1,293Kg/m3. Sö dông ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ, cã thÓ viÕt: pK B = ρ K ⋅ T 1, 293 ⋅ 273 Suy ra:

ρK =

BiÕt pK = B − pa vµ d = 622 ⋅ Ta cã:

ρ hh =

1, 293 ⋅ 273 ( 273 + t ) B

pa B − pa

pa  1, 293 ⋅ 273 B − pa  ⋅ 1 + 0, 622 ⋅  B  B − pa  273 + t

pa  1, 293 ⋅ 273  B − pa + 0, 622 ⋅   273 + t  B B − pa  (1.18) HoÆc pa  1, 293 ⋅ 273  1 − 0,378 ⋅  ( Kg / m3 ) =  B 273 + t  C«ng thøc trªn cho thÊy, mËt ®é kh«ng khÝ Èm phô thuéc vµo hai th«ng sè thay ®æi trong qu¸ tr×nh sÊy: nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i n−íc pa. Khi t¨ng pa trong qu¸ tr×nh

ρ hh =

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

20

sÊy, ρhh sÏ gi¶m bëi v× h¬i bÞ thay thÕ bëi kh«ng khÝ kh«. Tuy nhiªn sù gi¶m nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ kÐo theo qu¸ tr×nh sÊy ®èi l−u, dÉn tíi t¨ng ρhh. 1.2.4. NhiÖt dung riªng trung b×nh cña kh«ng khÝ Èm. NhiÖt dung riªng trung b×nh cña kh«ng khÝ Èm khi ¸p suÊt kh«ng ®æi øng víi 1Kg khÝ Èm, nghÜa lµ 1kg hçn hîp, coi nh− ®é lín trung b×nh gi÷a nhiÖt dung khÝ kh« vµ h¬i (KJ/Kg Èm 0K) G ⋅ C + Ga ⋅ Ca CK + x ⋅ Ca Chh = K K = (1.19). GK + Ga 1+ x ë ®©y: x =

G d = a 100 GK

CK - nhiÖt dung riªng trung b×nh cña kh«ng khÝ kh«; khi t ≤ 2000C ta cã CK ≈ 0,24 Kcal/Kg0C ≈ 1,004KJ/Kg.0K. Khi t > 2000C cÇn tÝnh CK phô thuéc vµo nhiÖt ®é. Ca - NhiÖt dung riªng cña h¬i n−íc. Ca ≈ 0,44 Kcal/Kg0C ≈ 1,842 KJ/Kg0K. §Æc tÝnh nhiÖt - vËt lý cña tr¹ng th¸i khÝ Èm trong kü thuËt sÊy th−êng sö dông entanpi. Th«ng th−êng entanpi riªng cña kh«ng khÝ Èm ®èi víi 1Kg kh«ng khÝ kh« ®−îc x¸c ®Þnh nh− lµ tæng entanpi riªng 1kg kh«ng khÝ kh« (Ik) vµ d gam h¬i Èm. Do ®ã entanpi cña kh«ng khÝ Èm lµ: d d I hh = I K + ⋅ I a = CK ⋅ t + ⋅ Ia (1.20) 1000 1000 ë ®©y: t - nhiÖt ®é cña hçn hîp Ia - Entanpi riªng cña h¬i Èm trong hçn hîp ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt riªng phÇn ®7 cho. Trong buång sÊy kh«ng khÝ kh«ng ë tr¹ng th¸i b7o hoµ. H¬i n−íc ®−îc h©m nãng trong hçn hîp cïng víi kh«ng khÝ. Entanpi cña nã phô thuéc vµo entanpi cña n−íc láng, nhiÖt ho¸ h¬i vµ nhiÖt ®é h©m nãng. Entanpi cña n−íc ë nhiÖt ®é t I l = Cl ⋅ t ë ®©y: Cl - nhiÖt dung riªng cña n−íc láng (KJ/Kg.0K) NÕu entanpi cña n−íc láng ë t = 00C b»ng kh«ng, th× entanpi cña h¬i qu¸ nhiÖt x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

I a = Cl ⋅ t K + r + Ca ( t − t K )

(1.21)

ë ®©y:

tK - NhiÖt ®é s«i cña n−íc láng phô thuéc vµo ¸p suÊt. r - nhiÖt riªng ho¸ h¬i còng phô thuéc vµo ¸p suÊt Ca - nhiÖt dung cña h¬i qu¸ nhiÖt ë ¸p suÊt kh«ng ®æi. Bëi v× trong kh«ng gian thiÕt bÞ sÊy ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i Ýt thay ®æi, do ®ã entanpi cña h¬i thùc tÕ chØ phô thuéc vµo nhiÖt ®é t, kh«ng phô thuéc vµo ¸p suÊt. Râ rµng ®iÒu nµy cã thÓ khi Cl = const, Ca = const. Khi Cl.tK + r - Ca.tK = const =r0 (r0 - lµ nhiÖt ho¸ h¬i ë tK = 00C) NhiÖt riªng ho¸ h¬i:

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

21

r = r0 − ( Cl − Ca ) ⋅ t K

(1.22)

NÕu r0 = 597, Cl ≈ 1, Ca ≈ 0,44, ta nhËn ®−îc c«ng thøc gÇn ®óng sù phô thuéc cña r vµo t: r = 597 − 0, 56t Kcal/Kg = 4,186(597 - 0,56t) KJ/Kg. §é lín r phô thuéc vµo t cho trong b¶ng. Thay r vµo biÓu thøc tÝnh Ia, ta cã c«ng thøc gÇn ®óng ®Ó tÝnh entanpi cña h¬i qu¸ nhiÖt: I a = r0 + Ca ⋅ t r0 = 597Kcal/kg = 2500KJ/Kg; Ca = 0,44Kcal/Kg0C = 1,842KJ/Kg0K. T−¬ng tù cã thÓ nhËn ®−îc c«ng thøc gÇn ®óng ®Ó x¸c ®Þnh entanpi cña h¬i b7o hoµ: I h = Cl ⋅ t K + r Thay gi¸ trÞ cña r vµo c«ng thøc trªn ta cã entanpi cña h¬i b7o hoµ (Kcal/kg). I h = Cl ⋅ t + 597 − 0,56t = 597 + 0, 44t Tõ ph−¬ng tr×nh (103 - 105) thÊy r»ng, gi¸ trÞ gÇn ®óng entanpi cña h¬i kh«ng b7o hoµ qu¸ nhiÖt b»ng entanpi cña h¬i b7o hoµ ë cïng nhiÖt ®é (nÕu ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i kh«ng qu¸ 0,1Mpa), do ®ã ®Ó tÝnh to¸n entanpi cña h¬i cã thÓ lÊy trùc tiÕp tõ b¶ng (I25) khi nhiÖt ®é tíi 1000C. Nh− vËy thay vµo c«ng thøc (99) gi¸ trÞ cña IK vµ Ia, ta thu ®−îc entanpi cña kh«ng khÝ Èm. d I hh = 0, 24t + ( 597 + 0, 44t ) Kcal / Kgkk 1000 d hoÆc I hh = 1, 004t + ( 2500 + 1,842t ) KJ / Kgkk 1000 NÕu ®é lín Ih tÝnh theo (105) so víi gi¸ trÞ trªn b¶ng (25) cho thÊy, cïng ë t = 1000C cã sai kh¸c kho¶ng 1,9Kcal/Kg (7,9KJ/Kg) hoÆc gÇn 0,4%. ë t = 500C gi¸ trÞ cña entanpi nh− nhau. 1.2.5. NhiÖt ®é cña nhiÖt kÕ −ít. Trong lý thuyÕt qu¸ tr×nh sÊy mét trong nh÷ng th«ng sè ®Æc tr−ng cho tr¹ng th¸i cña kh«ng khÝ Èm, lµ nhiÖt ®é cña nhiÖt kÕ −ít. Sù bay h¬i cña n−íc vµo kh«ng khÝ trong ®iÒu kiÖn ®o¹n nhiÖt nªn nhiÖt l−îng cÇn ®Ó bay h¬i lÊy ngay tõ kh«ng khÝ. Líp kh«ng khÝ s¸t bÒ mÆt bay h¬i mÊt ®i mét nhiÖt l−îng ®óng b»ng nhiÖt l−îng bay h¬i cña n−íc, do ®ã nhiÖt ®é líp kh«ng khÝ s¸t bÒ mÆt bèc h¬i gi¶m so víi kh«ng khÝ ë xa bÒ mÆt bay h¬i. Ng−êi ta gäi nhiÖt ®é líp kh«ng khÝ s¸t bÒ mÆt bay h¬i lµ nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít t− vµ xa bÒ mÆt bay h¬i lµ nhiÖt ®é nhiÖt kÕ kh«. §Ó ®o nhiÖt ®é kh«ng khÝ ta dïng nhiÖt kÕ th«ng th−êng (thuû ng©n hoÆc r−îu). §o nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít ta vÉn dïng c¸c lo¹i nhiÖt kÕ trªn, nh−ng bäc bÇu thuû ng©n hoÆc r−îu b»ng b«ng lu«n thÊm n−íc nhê mao dÉn tõ mét cèc n−íc. Nh− vËy, nhiÖt ®é cña nhiÖt kÕ −ít lµ th«ng sè nhiÖt ®éng, ®Æc tr−ng cho kh¶ n¨ng kh«ng khÝ nh−êng nhiÖt ®Ó bèc h¬i n−íc tíi khi kh«ng khÝ b7o hoµ hoµn toµn. Sù sai kh¸c gi÷a nhiÖt ®é nhiÖt kÕ kh« vµ nhiÖt kÕ −ít ®Æc tr−ng cho kh¶ n¨ng nhËn Èm cña kh«ng khÝ, trong kü thuËt sÊy ta gäi lµ thÕ sÊy ε.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

22

ε = t − t− Trong ®ã: t - nhiÖt ®é kh«ng khÝ, hoÆc nhiÖt ®é cña nhiÖt kÕ kh« th«ng th−êng. t− - nhiÖt ®é cña nhiÖt kÕ −ít (kh«ng khÝ b7o hoµ ®o¹n nhiÖt) Khi kh«ng khÝ b7o hoµ hoµn toµn (ϕ = 100%), t− = t vµ ε = 0. 1.2.6. X¸c ®Þnh ®é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ. Khi biÕt hiÖu sè (t - t−) cã thÓ x¸c ®Þnh ®é Èm kh«ng khÝ. Gi¶ sö q1 lµ nhiÖt l−îng mµ kh«ng khÝ cung cÊp cho bÇu thuû ng©n cña nhiÖt kÕ −ít vµ q2 lµ nhiÖt l−îng mµ n−íc quanh bÇu thuû ng©n tiªu thô ®Ó bay h¬i. Râ rµng ta cã: q1 = q2 Theo ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt ta cã: q1 = α(t - t−) §−a vµo kh¸i niÖm bay h¬i qm (l−îng Èm tÝch ra tõ 1 ®¬n vÞ diÖn tÝch trong 1 ®¬n vÞ thêi gian (Kg/m2.s) ta cã: q2 = qm.r. Trong ®ã: r - nhiÖt Èm ho¸ h¬i (J/Kg). Thay gi¸ trÞ q1, q2 vµo c«ng thøc ta cã: q ⋅r α ( t − t− ) = qm ⋅ r → t− = t − m

α

C−êng ®é bay h¬i gÇn ®óng cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc cña §an-t«ng nh− ®èi víi bèc h¬i n−íc ë bÒ mÆt tù do. 760 qm = α m ⋅ ∆p ⋅ (1.23) B Trong ®ã: α - hÖ sè bèc h¬i (hoÆc hÖ sè trao ®æi Èm). B - ¸p suÊt phong vò biÓu. ∆p - hiÖu ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i trªn bÒ mÆt n−íc vµ kh«ng khÝ bao quanh. ∆p = p− − pa p− - ¸p suÊt h¬i b7o hoµ ë nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt cã d¹ng: 760 α ( t − t− ) = α m ( p− − pa ) ⋅ ⋅r B Suy ra:

( p− − pa ) = §Æt A =

α α m ⋅ 760 ⋅ r

α α m ⋅ 760 ⋅ r

⋅ B ( t − t− )

(1.24)

(hÖ sè Èm kÕ)

Thùc nghiÖm cho thÊy khi tèc ®é kh«ng khÝ v < 0,5 m/s th× A = 66.10-4. Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

23

pa = p− − A ⋅ B ⋅ ( t − t− ) Suy ra ®é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ: p ϕ= a ph ph - ¸p suÊt h¬i b7o hoµ khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ ®o b»ng nhiÖt kÕ kh«. Sau khi biÕn ®æi ta cã: p AB ϕ= −− ( t − t− ) ph ph p− - ¸p suÊt h¬i b7o hoµ ë t−. Khi v ≥ 0,5m/s hÖ sè A x¸c ®Þnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm: 6, 75  −5  A =  65 +  .10 v   C¸c gi¸ trÞ ϕ vµ A thiÕt lËp thµnh b¶ng hoÆc to¸n ®å ®Ó dïng trong thùc tÕ. §é Èm kh«ng khÝ lµ hµm cña nhiÖt ®é kh«ng khÝ (nhiÖt ®é nhiÖt kÕ kho t) vµ hiÖu (t - t−) víi tèc ®é x¸c ®Þnh cña kh«ng khÝ. 1.2.7. §å thÞ I - d cña kh«ng khÝ Èm. Trong kü thuËt sÊy, kh«ng khÝ Èm ®−îc ®Æc tr−ng bëi ba th«ng sè sau: - NhiÖt ®é cña nhiÖt kÕ kh« t. - §é Èm t−¬ng ®èi ϕ (%). - ¸p suÊt khÝ trêi B (¸p suÊt phong vò biÓu). Ng−êi ta th−êng ®−a vµo thÕ sÊy ε. C¸c th«ng sè cßn l¹i cña kh«ng khÝ Èm cã thÓ tÝnh theo c¸c c«ng thøc ë trªn. a/ Nguyªn t¾c x©y dùng ®å thÞ I - d. §å thÞ ®−îc x©y dùng ®èi víi ¸p suÊt khÝ trêi x¸c ®Þnh (B = 745mmHg = 99,3 KPa ≈ 1Bar). • Trªn trôc tung ®Æt entanpi (Kcal/Kgkk hoÆc KJ/Kgkk) theo tØ lÖ x¸c ®Þnh. • Trôc hoµnh nghiªng mét gãc 1350 so víi trôc tung. Nh− vËy ®−êng I = const song song víi trôc hoµnh vµ t¹o víi trôc tung mét gãc 1350. §−êng d = const song song víi trôc tung. §Ó thuËn tiÖn tÝnh to¸n hµm l−îng Èm, ta x©y dùng ®−êng n»m ngang - trôc phô d. • §−êng cã nhiÖt ®é kh«ng ®æi (®−êng ®¼ng nhiÖt) lµ sù phô thuéc I vµo d khi t = const, ®ã lµ nh÷ng ®−êng gÇn song song (ë vïng cã nhiÖt ®é thÊp) trong hÖ to¹ ®é I - d, ®é nghiªng cµng lín khi nhiÖt ®é cµng cao. d d I = CK ⋅ t + 597 ⋅ + 0, 44 ⋅ ⋅ t Kcal/Kg kk (1.25) 1000 1000 I = 1, 004t + 2,5d + 0, 001842d ⋅ t KJ/Kg kk Tõ ph−¬ng tr×nh ta thÊy I lµ tæng cña ba ®¹i l−îng, cã thÓ tr×nh bµy trªn ®å thÞ d¹ng ba ®o¹n t−¬ng øng. §Ó dÔ quan s¸t, x©y dùng hai ®−êng ®Æc tÝnh ®¼ng nhiÖt.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

24

Entanpi I, KJ/kg kk hoÆc Kcal/Kg kk

- §¼ng nhiÖt t = 0. Khi t = 0 vµ d = 0 th× I0 = 0 (®å thÞ b¾t ®Çu tõ ®iÓm 0) r ⋅ d1 Khi t = 0 vµ d = d1, I1 = 1000 §Ó t×m ®−êng I1, kÎ ®−êng d1 = const xuÊt ph¸t tõ ®−êng I = 0 (®iÓm a). §Æt trªn ®−êng d th¼ng gãc tõ a mét ®o¹n ab t−¬ng øng theo tû lÖ xÝch b»ng r ⋅ 1 . Nèi O vµ b, ta cã ®−êng 1000 ®¼ng nhiÖt t = 0. - §¼ng nhiÖt t1 = const. Khi t = t1 vµ d = 0, th× I0 = CK.t1, trªn ®å thÞ lµ ®o¹n Oe øng víi ®−êng d = 0 (trôc tung). Khi t = t1 vµ d = d1 d d I1 = CK ⋅ t1 + r ⋅ 1 + 0, 44 1 ⋅ t1 1000 1000 d Trªn ®−êng d1 = const ®Æt ®o¹n bc b»ng Oe (CK.t1) vµ ®o¹n ef b»ng 0, 44 ⋅ 1 t1 . 1000 §−êng ®¼ng nhiÖt t1 = const ®i qua ®iÓm e vµ f. Tõ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n thÊy r»ng, khi t¨ng t, gãc nghiªng cña ®−êng ®¼ng nhiÖt t¨ng d   lªn, do t¨ng ®o¹n cf  0, 44 ⋅ 1 ⋅ t1  . Tuy nhiªn ®é lín ®o¹n cf t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ so víi c¸c 1000   thµnh phÇn kh¸c cña ph−¬ng tr×nh. Gi¸ trÞ cña I (KJ/Kg kk) trªn trôc tung, theo gi¸ trÞ b»ng sè b»ng ®o¹n t t−¬ng øng; thùc tÕ khi d = 0 th× I0 = CK.t1 = 1,004t1. • §−êng cã ®é Èm t−¬ng ®èi ϕ = const.

Hµm l−îng Èm d kg Èm/kgkk (trôc phô)

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

25

p, (pa, mmHg) H×nh 1.9. X©y dùng c¸c ®−êng chÝnh trªn ®å thÞ I-d. §−êng nµy ®−îc x©y dùng theo c«ng thøc: pa ϕ ⋅ ph d = 622 ⋅ = 622 ⋅ B − pa B − ϕ ⋅ ph

(1.26)

Khi ϕ = const, khi t¨ng d cÇn t¨ng ph, nghÜa lµ t. Do ®ã ®−êng ϕ = const, lµ liªn kÕt c¸c ®iÓm giao c¾t gi÷a d vµ t liªn tiÕp. §−êng ϕ = const tån t¹i khi kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt h¬i b»ng ¸p suÊt phong vò biÓu (tK = 99,40C khi ¸p suÊt b»ng 745mmHg hoÆc 99,3KPa). Khi nhiÖt ®é v−ît qu¸ tK = 99,40C, ®−êng ϕ = const trë thµnh ®−êng th¼ng (song song víi trôc tung), nghÜa lµ d = const. ρ p Thùc tÕ tõ ph−¬ng tr×nh: ϕ = a = a cho thÊy, tíi nhiÖt ®é 99,40C, khi t¨ng t víi d = const, ρ h ph pa . Bëi v× ®å thÞ I-d B x©y dùng víi B = const, th× khi thay ®æi t (pa = const) kh«ng ¶nh h−ëng tíi ϕ, do ®ã khi x¸c ®Þnh d (nghÜa lµ pa), ϕ ≈ const. • §−êng ϕ = 100%. §−êng nµy chia diÖn tÝch ®å thÞ lµm hai phÇn. - PhÇn trªn ®èi víi kh«ng khÝ Èm lµ hçn hîp kh«ng khÝ kh« vµ h¬i n−íc kh«ng b7o hoµ. - PhÇn d−íi h¬i n−íc b7o hoµ cã phÇn ng−ng tô thµnh n−íc. §iÓm s−¬ng trªn ®å thÞ, ®−êng t = const ®i qua ®iÓm c¾t, ®−êng t−¬ng øng d = const víi ®−êng ϕ = 100%. TiÕp tôc lµm l¹nh kh«ng khÝ b7o hoµ x¶y ra ng−ng tô tõng phÇn h¬i n−íc, kÕt qu¶ lµ hµm l−îng Èm cña kh«ng khÝ gi¶m vµ qu¸ tr×nh diÔn ra theo ®−êng ϕ = 100%.

nghÜa lµ pa vµ ϕ gi¶m do t¨ng ph. Khi t > 99,40C, hçn hîp ë tr¹ng th¸i h¬i vµ ϕ =

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

26

• §−êng ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i n−íc. §−êng nµy x©y dùng theo ph−¬ng tr×nh: d (Th−êng d << 622 g/Kg kk). 622 + d Trªn ®å thÞ (Pa,d), sù phô thuéc cã d¹ng ®−êng th¼ng. §Ó t×m ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i khi hµm l−îng Èm cña kh«ng khÝ x¸c ®Þnh d, cÇn t×m ®iÓm giao nhau gi÷a ®−êng d = const víi ®−êng ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i ë phÇn ph¶i cña trôc tung. Víi tØ lÖ xÝch 1mm = 0,095 KPa, t×m gi¸ trÞ t−¬ng øng cña Pa. b/ Sù thay ®æi tr¹ng th¸i cña kh«ng khÝ Èm trªn ®å thÞ I - d, x©y dùng ®−êng t = const. Sau khi ®7 kh¶o s¸t nguyªn t¾c x©y dùng c¸c ®−êng trªn ®å thÞ I - d, ta nghiªn cøu sù thay ®æi tr¹ng th¸i kh«ng khÝ Èm trªn ®å thÞ I - d. Tõ ®å thÞ ta thÊy, khi t¨ng nhiÖt ®é kh«ng khÝ Èm, gi÷ nguyªn hµm l−îng Èm, ®é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ gi¶m, nghÜa lµ t¨ng kh¶ n¨ng sÊy cña kh«ng khÝ. Qu¸ tr×nh nµy trªn ®å thÞ d = const, gäi lµ ®−êng h©m nãng. Thùc tÕ qu¸ tr×nh nµy ta gÆp khi ®èt nãng kh«ng khÝ trong calorifer (tr−íc khi sÊy) hoÆc h©m nãng trung gian kh«ng khÝ trong buång sÊy. Bèc h¬i n−íc ®o¹n nhiÖt trong kh«ng gian khÐp kÝn, nhiÖt ®é kh«ng khÝ sÏ gi¶m. Bëi v× viÖc t¹o thµnh h¬i ®−a vµo còng vÉn chÝnh thÓ tÝch ®ã, nªn entanpi I cña hçn hîp trªn 1Kg kh«ng khÝ kh« sÏ kh«ng thay ®æi. Qu¸ tr×nh nµy x¶y ra ë m¸y sÊy kh«ng cã tæn thÊt (sÊy lý thuyÕt). BiÓu diÔn trªn ®å thÞ I - d, ®−êng I = const, gäi lµ ®−êng bèc h¬i. CÇn l−u ý, entanpi cña kh«ng khÝ kh«ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh bèc h¬i ®o¹n nhiÖt chØ trong tr−êng hîp, nÕu nhiÖt ®é n−íc bèc h¬i b»ng nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít (t−) vµ b»ng 0. Tr−êng hîp ng−îc l¹i, entanpi cña kh«ng khÝ t¨ng lªn mét chót. Thùc tÕ, sau bèc h¬i U kg n−íc th× entanpi cña kh«ng khÝ Èm I2 sÏ b»ng entanpi cña kh«ng khÝ tr−íc bèc h¬i I1 céng víi entanpi chÊt láng bèc h¬i: pa = B.

U ⋅ Cn ⋅ t − (1.27) L Trong ®ã: L - l−îng kh«ng khÝ kh« (Kg), cÇn ®Ó bèc h¬i U (Kg) n−íc. Cn - nhiÖt dung riªng cña n−íc. Tõ ph−¬ng tr×nh trªn cho thÊy nÕu t− > 0 th× I2 > I1. Trong qu¸ tr×nh bèc h¬i hµm l−îng Èm cña kh«ng khÝ d sÏ t¨ng vµ khi b7o hoµ hoµn I 2 = I1 +

toµn (ϕ = 100%), hµm l−îng Èm cña kh«ng khÝ øng víi t− lµ d−. Tuy nhiªn, viÖc t¨ng thªm hµm l−îng Èm cña kh«ng khÝ sÏ t−¬ng øng víi l−îng n−íc bèc h¬i: d− − d ⋅ Cn ⋅ t − . 1000 Theo ph−¬ng tr×nh trªn, ta x©y dùng ®−êng t− trªn ®å thÞ I - d. I1 = I 2 −

(1.28)

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

27

H×nh 1.10. X©y dùng ®−êng t− = const vµ ε = const trªn ®å thÞ I - d. T¹i ®iÓm B bÊt kú trªn ®−êng ϕ = 100%, x¸c ®Þnh t− b»ng c¸ch vÏ ®−êng I2 = const. C¾t trôc tung, nghÜa lµ víi ®−êng d = 0 (®iÓm C). Tõ C h¹ xuèng mét ®o¹n CD =

d− ⋅ Cn ⋅ t − . 1000

§iÓm D cã thÓ x¸c ®Þnh I1. §−êng nèi D vµ B lµ ®−êng cÇn t×m t− = const. Bëi v× khi ϕ = 100%, t− = t (nhiÖt ®é kh«ng khÝ ë m«i tr−êng), râ rµng gi¸ trÞ cña t− øng víi gi¸ trÞ ®¼ng nhiÖt t = const ®i qua ®iÓm B. Trªn ®å thÞ ®−êng t− = const lµ ®−êng chÊm chÊm. Khi biÕt t vµ t− cã thÓ t×m trªn ®å thÞ gi¸ trÞ ϕ t−¬ng øng trªn ®−êng ϕ = const, ®i qua giao ®iÓm cña ®−êng t = const, vµ t− = const. ThÝ dô trªn h×nh khi t = 400C vµ t− = 300C th× ϕ ≈ 50%. Khi dïng ®−êng t vµ t− trªn ®å thÞ I - d, nã còng ®−a vµo ®−êng thÕ sÊy ε = t = t− = const. Trªn ®å thÞ ®−êng ε = 100C (®iÓm A, A1, A2) vµ ε = 500C (®iÓm C1C2). §−êng ε = 0 lµ ®−êng ϕ = 100%. ThÕ sÊy ®Æc tr−ng cho kh¶ n¨ng sÊy cña kh«ng khÝ, v× nã x¸c ®Þnh tèc ®é bèc h¬i cña n−íc phô thuéc nhiÖt ®é vµ hµm l−îng Èm cña kh«ng khÝ. • Sö dông ®å thÞ I - d khi ¸p suÊt khÝ trêi kh¸c nhau.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

28

§å thÞ I - d x©y dùng víi ¸p suÊt khÝ trêi B = 745mmHg = 99,3KPa; ta cã thÓ tÝnh l−îng Èm b7o hoµ trong 1Kg kh«ng khÝ ë cïng nhiÖt ®é, nh−ng ¸p suÊt khÝ trêi kh¸c nhau. pa ϕ ⋅ ph d = 622 ⋅ = 622 ⋅ B − pa B − ϕ ⋅ ph Khi ϕ = 1, hµm l−îng Èm sÏ lµ: d h = 622 ⋅

ph B − ph

1 Khi t = const, ph = const th× d h = f   nghÜa lµ víi 1Kg kh«ng khÝ kh« ë ¸p suÊt kh¸c nhau, B sÏ cã khèi l−îng h¬i Èm kh¸c nhau. Tõ ®ã cho thÊy, ®é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ Èm phô thuéc vµo ¸p suÊt khÝ trêi. Nh− vËy khi cã sai lÖch ®¸ng kÓ ®èi víi B = 745mmHg, cÇn ph¶i cã hiÖu chØnh ®−êng ϕ = const trªn ®å thÞ I - d. H×nh d−íi cho ta ®−êng kh«ng khÝ b7o hoµ ϕ = 100% víi c¸c ¸p suÊt khÝ trêi kh¸c nhau. X©y dùng ®−êng ϕ = const trªn ®å thÞ I - d cã thÓ tr×nh bµy d−íi d¹ng: 622 d= B −1 ϕ ⋅ ph

Tõ ®ã suy ra, ®é Èm kh«ng khÝ ®Æc tr−ng bëi ®−êng ϕ = const vÏ trªn ®å thÞ víi ¸p suÊt B B kh¸c nhau, ®−îc x¸c ®Þnh bëi tû sè (d = const, t = const) còng kh«ng ®æi ( = const ). VÝ

ϕ

ϕ

dô trªn ®å thÞ I - d, ®èi víi ®−êng kh«ng khÝ b7o hoµ ϕ745 = 100%. B 745 = = 7, 45 ϕ 100 §èi víi ¸p suÊt 700mmHg, sÏ t−¬ng øng: 700 ϕ700 = ≈ 94% 7, 45 §èi víi ¸p suÊt kh¸c nhau, ®−êng ϕ cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: B B ϕB = = ϕ745 ⋅ 745 745

ϕ745 B 99,3 Trong ®ã: B - ¸p suÊt khÝ trêi ®7 cho (mmHg hoÆc KPa). ϕ745, ϕ 99,3 - gi¸ trÞ ®−êng ϕ trªn ®å thÞ tÝnh to¸n x©y dùng víi ¸p suÊt 745mmHg hoÆc 99,3KPa.

HoÆc

ϕ B = ϕ99,3 ⋅

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

29

mmHG

mmHG mmHG

H×nh 1.11. VÞ trÝ ®−êng kh«ng khÝ b6o hoµ trªn ®å thÞ I - d víi ¸p suÊt khÝ trêi kh¸c nhau. 1.2.8. Khãi lß. Khãi lß lµ t¸c nh©n sÊy phæ biÕn, võa trùc tiÕp cung cÊp nhiÖt cho vËt liÖu sÊy, võa mang Èm th¶i ra m«i tr−êng (sÊy trùc tiÕp) hoÆc lµ nguån cung cÊp nhiÖt gi¸n tiÕp ®Ó h©m nãng t¸c nh©n sÊy (trong calorifer khÝ - khãi). Nh− vËy nÕu biÕt entanpi, l−îng chøa Èm d, ®é Èm t−¬ng ®èi ϕ vµ nhiÖt ®é t cña nã ta cã thÓ coi khãi lß lµ mét d¹ng kh«ng khÝ Èm t−¬ng ®−¬ng vµ cã thÓ sö dông ®å thÞ I - d ®7 nãi ë trªn. SÊy trùc tiÕp, kh«ng khÝ trén víi khãi lß, thiÕt bÞ sÊy ®¬n gi¶n, gi¶m ®−îc chi phÝ ®iÖn n¨ng v× gi¶m ®−îc søc c¶n cña kh«ng khÝ. Tuy nhiªn sö dông trùc tiÕp s¶n phÈm ch¸y cña nhiªn liÖu lµm t¸c nh©n sÊy, ph¶i läc toµn bé bôi, tro, v× chóng lµm gi¶m chÊt l−îng s¶n phÈm sÊy. Khi nhiªn liÖu ch¸y, trong khãi lß chøa mét l−îng ®¸ng kÓ l−u huúnh vµ hîp chÊt cña l−u huúnh cã tÝnh ®éc h¹i. Do ®ã kh«ng ®−îc sÊy trùc tiÕp ®èi víi c¸c s¶n phÈm cã tÝnh hÊp phô cao. TÝnh to¸n nhiÖt qu¸ tr×nh ch¸y, cÇn x¸c ®Þnh khèi l−îng s¶n phÈm ch¸y, hµm l−îng Èm vµ entanpi. X¸c ®Þnh chÊt l−îng nhiªn liÖu ch¸y trong lß vµ ®iÒu kiÖn ch¸y cña nã. ChÊt l−îng nhiªn liÖu r¾n vµ láng ®Æc tr−ng bëi thµnh phÇn cña chóng trong nhiªn liÖu. C + H + O + N + S + W + A ≈ 100%. ë ®©y: C (cacbon), H (hydr«), O («xy), N (Nit¬), S (sunfua), W (n−íc), A (tro). NhiÖt trÞ cao cña nhiªn liÖu x¸c ®Þnh theo c«ng thøc cña D-И. Mendªlªep. QC = 81C + 300H - 26 (O - S) Kcal/Kg. (1.29) hoÆc QC = 419.10-5[81C + 300H - 26(O - S)] MJ/Kg.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

30

Khèi l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn ®Ó ch¸y 1Kg nhiªn liÖu, tÝnh theo: 2, 67C + 8 H + S − O g0 = Kg/Kg nhiªn liÖu (1.30) 23 §Ó tr¸nh tæn thÊt do ch¸y kh«ng hoµn toµn trong lß, cÇn ph¶i ®−a thõa kh«ng khÝ vµo lß. Do ®ã khèi l−îng kh«ng khÝ thùc tÕ ®−a vµo lß cho 1Kg nhiªn liÖu ch¸y lµ gt, cÇn lín h¬n g0 lý thuyÕt. Tû sè gt/g0 = α gäi lµ hÖ sè thõa kh«ng khÝ. Khi khèi l−îng s¶n phÈm khÝ t¹o thµnh, khi ®èt ch¸y 1Kg nhiªn liÖu. A A g r = gt + 1 − = α ⋅ g0 + 1 − 100 100 9H + W α g0 ⋅ d0 L−îng n−íc chøa trong khãi lß: g© = + Kg/Kg nhiªn liÖu 100 1000 ë ®©y: d0 - hµm l−îng Èm kh«ng khÝ m«i tr−êng bªn ngoµi ®−a vµo lß ®èt. Hµm l−îng Èm cña s¶n phÈm ch¸y: 90 H + 10W + α g 0 d0 1000 ⋅ g © dr = = g/Kg kk. A 9H + W gK α g0 + 1 − − 100 100 hoÆc 9000 H + 1000W + 100 g 0 d 0 dr = g/Kg kk (1.31) 100 (α g 0 + 1) − ( A + 9 H + W ) A 9H + W − (1.32) 100 100 §Ó cã thÓ sö dông c«ng thøc nµy, ngoµi hµm l−îng (%) c¸c thµnh phÇn cña nhiªn liÖu (H,W, A) cÇn biÕt hÖ sè thõa kh«ng khÝ. Chóng lµ mét ph¶n øng ho¸ häc, tèc ®é vµ sù ch¸y hoµn thiÖn phô thuéc vµo nhiÖt ®é. NhiÖt ®é cµng cao, ph¶n øng ch¸y cµng nhanh vµ hoµn toµn. Tuy nhiªn nhiÖt ®é cao qu¸ còng kh«ng cho phÐp v× cã thÓ lµm nãng ch¶y tro vµ t¹o xØ, dÉn tíi ph¸ ho¹i chÕ ®é ch¸y. NhiÖt ®ã ch¸y trong lß, cung cÊp cho thiÕt bÞ sÊy dïng khÝ nãng, lµ 900 ÷ 10000C. ë nhiÖt ®é nµy, nhiªn liÖu ch¸y hoµn toµn vµ triÖt ®Ó, tro cña nhiªn liÖu kh«ng bÞ nãng ch¶y; nh−ng víi khÝ ë nhiÖt ®é cao kh«ng thÓ ®−a vµo buång sÊy ®èi víi ®a sè c¸c s¶n phÈm. Ng−êi ta th−êng bè trÝ gi÷a lß vµ buång sÊy thiÕt bÞ lµm s¹ch khÝ khái tro vµ må hãng. KhÝ lß vµ kh«ng khÝ sÏ hoµ trén trong buång hçn hîp. NhiÖt ®é cña hçn hîp cÇn ®¹t gi¸ trÞ t ®−îc x¸c ®Þnh bëi chÕ ®é sÊy. §Ó tÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy dïng khÝ nãng cÇn ph¶i biÕt hai hÖ sè thõa kh«ng khÝ: mét ë trong lß αl, b¶o ®¶m nhiÖt ®é cho phÐp cña nã vµ mét hÖ sè ë buång sÊy α. Nh÷ng hÖ sè nµy cã gi¸ trÞ thÕ nµo ®Ó nhiÖt ®é hçn hîp ®−a vµo buång sÊy ®¹t ®−îc gi¸ trÞ chÝnh x¸c ®èi víi chÕ ®é nhiÖt ®é yªu cÇu t. Qh ⋅ηl NhiÖt ®é trong lß: tl = (1.33) (α l ⋅ g0 + 1) ⋅ C pc

Khèi l−îng khÝ lß: g K = α g0 + 1 −

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

31

ë ®©y: ηl - hiÖu suÊt cña lß, tÝnh tíi tæn thÊt c¬ vµ ho¸ ch¸y kh«ng hoµn toµn, còng nh− tæn thÊt qua thµnh lß vµo m«i tr−êng. ηl = 0,85 ÷ 0,95. Cpc - nhiÖt dung trung b×nh ®¼ng ¸p cña s¶n phÈm ch¸y. NhiÖt trÞ thÊp cña nhiªn liÖu: Qt = Qc - 6(9H + W) Kcal/Kg. hoÆc MJ/Kg (1.34) Qt = Qc - 0,223H - 0,025W §Ó tÝnh hÖ sè thõa kh«ng khÝ αl, cÇn biÕt hÖ sè thõa kh«ng khÝ cña hçn hîp α ®−a vµo trong buång sÊy. Tõ ®iÒu kiÖn c©n b»ng nhiÖt qu¸ tr×nh ch¸y trong lß vµ hçn hîp khÝ lß trong buång hçn hîp, cã thÓ x¸c ®Þnh hÖ sè thõa kh«ng khÝ trong hçn hîp. ( 9 H + W ) I − 1 − 9 H + W + A  C ⋅ t Qc + CT ⋅ tr −   Kr r hr 100 100   α= (1.35)  d0  g0  ( I hr − I h 0 ) + CKr ( th − t0 )  1000  ë d©y: CT - nhiÖt dung cña nhiªn liÖu b»ng 2,09KJ/Kg 0K (0,5Kcal/Kg 0C). Ihr = 2500 + 1,842tK (KJ/Kg) = 597 + 0,44t (Kcal/Kg). Entanpi cña h¬i ë nhiÖt ®é hçn hîp ®−a vµo buång sÊy. CKr - nhiÖt dung cña hçn hîp khÝ kh«, t−¬ng tù nhiÖt dung cña kh«ng khÝ: NÕu nhiÖt ®é cña hçn hîp nµy kh«ng qu¸ 2000C, th× nhiÖt dung cña nã cã thÓ lÊy b»ng 1,004KJ/Kg 0K (0,24 Kcal/Kg 0C). Ih0 - entanpi cña h¬i chøa trong kh«ng khÝ ngoµi trêi, nhiÖt ®é t0. Sau khi x¸c ®Þnh α, dÔ dµng tÝnh ®−îc hµm l−îng Èm cña hçn hîp ®−a vµo buång dr theo c«ng thøc trªn. Entanpi cña hçn hîp khÝ, ®−a vµo buång Ir x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (Kcal/Kg kk) hoÆc KJ/Kg kk). Q ⋅η + CT tr + α g 0 ⋅ I 0 Ir = C l (1.36) gK Khi biÕt hµm l−îng Èm cña hçn hîp khÝ dr, entanpi cña hçn hîp khÝ Ir cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc ®7 biÕt: d d I r = CK ⋅ tr + r ⋅ I hr ≈ 0, 24t K + r ( 597 + 0, 44tr ) Kcal/Kh kk. 1000 1000 HoÆc d I r ≈ 1,004tr + r ( 2500 + 1,842tr ) KJ/Kg kk. 1000 H»ng sè khÝ cña s¶n phÈm ch¸y: gCO2 ⋅ RCO2 + g SO2 ⋅ RSO2 + gO2 ⋅ RO2 + g N2 ⋅ RN 2 Rr = (1.37)  A + 9H + W  α g0 + 1 −   100  

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

32

Khèi l−îng c¸c thµnh phÇn riªng cña s¶n phÈm ch¸y 1Kg nhiªn liÖu x¸c ®Þnh theo: gCO2 g SO2 gO2 g N2 C S 0, 77α g 0 0, 23 (α − 1) g 0 2⋅ 100 100 Sù thay ®æi tr¹ng th¸i cña hçn hîp khÝ trong qu¸ tr×nh sÊy dÔ dµng x¸c ®Þnh trªn ®å thÞ I - d t−¬ng tù nh− ®èi víi kh«ng khÝ. 3, 67

1.3. TruyÒn nhiÖt vµ truyÒn Èm trong qu¸ tr×nh sÊy

Kho¶ng c¸ch ®èi víi bÒ mÆt vËt liÖu

1.3.1. TruyÒn Èm tõ bÒ mÆt vËt liÖu vµo m«i tr−êng. Qu¸ tr×nh sÊy lµ qu¸ tr×nh vËt liÖu nhËn nhiÖt n¨ng tõ mét nguån nhiÖt ®Ó chuyÓn Èm tõ trong lßng vËt liÖu ra mÆt vËt liÖu, sau ®ã ®i vµo m«i tr−êng th«ng qua t¸c nh©n s©y. Nh− vËy qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt vµ truyÒn chÊt x¶y ra ®ång thêi. §Çu tiªn, kh¶o s¸t truyÒn Èm bªn ngoµi, nghÜa lµ trao ®æi Èm gi÷a bÒ mÆt vËt liÖu vµ m«i tr−êng cña buång sÊy. T¸c nh©n sÊy nhÊt thiÕt ph¶i chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi so víi bÒ mÆt cña vËt liÖu, vµ t¹o thµnh líp biªn, cã ¶nh h−ëng lín tíi qu¸ tr×nh sÊy. Trong tr−êng hîp nµy tÊt c¶ c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña khÝ chuyÓn ®éng trong líp biªn, kh¸c víi c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i t−¬ng øng cña khÝ trong buång sÊy. §iÒu nµy lµm xuÊt hiÖn søc c¶n phô cña qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt vµ Èm. NghÜa lµ líp giíi h¹n lµ yÕu tè c¶n trë qu¸ tr×nh sÊy. Nghiªn cøu qu¸ tr×nh nµy cã nhiÒu khã kh¨n, khi cÇn x¸c ®Þnh nhiÖt ®é, ®é Èm vµ tèc ®é khÝ. Nh÷ng nghiªn cøu gÇn ®©y cho thÊy, tr−êng nhiÖt ®é cña líp biªn còng gièng nh− tr−êng Èm ®é vµ tr−êng ¸p suÊt riªng phÇn. H×nh d−íi cho s¬ ®å ph©n bè nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt riªng phÇn trong líp biªn khi sÊy vËt liÖu Èm (nØ −ít) theo sè liÖu thùc nghiÖm cña H.Φ.§«cutraÐp.

mmHg

NhiÖt ®é

¸p suÊt riªng cña h¬i

H×nh 1.12. S¬ ®å ph©n bè nhiÖt ®é (®−êng cong 1) vµ ¸p suÊt riªng phÇn (®−êng cong 2) trong líp biªn trªn bÒ mÆt vËt liÖu Èm qu¸ tr×nh sÊy ®èi l−u.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

33

Trªn (H×nh 1.13) (Sè liÖu cña Б.M.Sm«lski) ®−êng cong ph©n bè nhiÖt ®é trong líp biªn ®èi víi tÊm kh« (kh«ng bèc h¬i) vµ tÊm −ít (trao ®æi nhiÖt g©y khã cho trao ®æi Èm). Tõ nh÷ng ®−êng cong nµy cho thÊy trao ®æi khèi m¹nh h¬n trao ®æi nhiÖt, do ®ã nhiÖt ®é tÊm −ít t¨ng m¹nh h¬n. T¨ng hµm l−îng Èm cña khÝ trong líp biªn sÏ n©ng cao sù dÉn nhiÖt cña nã, do ®ã lµm t¨ng mËt ®é dßng nhiÖt.

v = 2m/s

TÊm kh« NhiÖt ®é

TÊm −ít

Kho¶ng c¸ch víi bÒ mÆt tÊm H×nh 1.13. Ph©n bè nhiÖt ®é trong líp biªn trªn bÒ mÆt tÊm kh« vµ tÊm −ít, khi tèc ®é dßng kh«ng khÝ v = 2m/s. Ngoµi ra, dßng nhiÖt tíi bÒ mÆt t¨ng lµm xuÊt hiÖn dßng kh«ng khÝ kh« còng h−íng tíi bÒ mÆt, kÕt qu¶ g©y ra sù sai kh¸c ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i ë bÒ mÆt vËt liÖu vµ trong khÝ, thuËn lîi cho tèc ®é sÊy t¨ng. П.D.Lªbª®Ðp nghiªn cøu trao ®æi nhiÖt bªn ngoµi trong qu¸ tr×nh ®èi l−u - h−íng kÝnh ®7 thu ®−îc c¸c tØ sè tÝnh to¸n quan träng khi sÊy c¸c vËt liÖu kh¸c nhau. 2

 T   Tp  N u = A ⋅ Re   ⋅    T−   T  0,5

0,4

u  ⋅   uc 

n

(1.38)

Trong ®ã:

T    = Gu - chuÈn Góc - Man, tÝnh tíi kh¶ n¨ng ®ång ho¸ cña t¸c nh©n sÊy.  T−   Tp    - ChuÈn th«ng sè, tØ sè gi÷a nhiÖt ®é ph¸t Tp víi nhiÖt ®é trung b×nh trong buång T  sÊy T, nghÜa lµ ¶nh h−ëng cña nguån bøc x¹ ®Õn trao ®æi nhiÖt ®èi l−u. Gi¸ trÞ hÖ sè A, n phô thuéc vµo lo¹i vËt liÖu.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

34

u - lµ tû sè gi÷a hµm l−îng Èm trung b×nh cña vËt liÖu ë thêi ®iÓm bÊt kú víi hµm uc

l−îng Èm chuÈn trung b×nh. Tr−êng hîp gradien nhiÖt ®é trong líp s«i kh«ng lín hoÆc ®iÒu kiÖn ®¼ng nhiÖt thÕ truyÒn h¬i nhËn ®−îc ¸p suÊt riªng phÇn. Khi ®ã c−êng ®é bèc h¬i khái bÒ mÆt vËt liÖu ë ®Çu thêi kú sÊy biÓu diÔn bëi ph−¬ng tr×nh t−¬ng tù ph−¬ng tr×nh c−êng ®é bèc h¬i n−íc tõ bÒ mÆt tù do (c«ng thøc §an - T«n). 760 qm = α m ( p− − pa ) Kg/m2.h (1.39) B Trong ®ã: qm - c−êng ®é bèc h¬i (Kg/m2.h) αm - hÖ sè trao ®æi Èm khi sÊy vËt liÖu Èm, dÉn tíi sai kh¸c ¸p suÊt riªng phÇn, 2 (Kg/m .h.mmHg). B - ¸p suÊt khÝ trêi. Sù bèc h¬i Èm khái bÒ mÆt, lµm di chuyÓn Èm ë líp trong vËt liÖu ra bÒ mÆt, g©y ra gradien. HÖ sè trao ®æi Èm phô thuéc chñ yÕu vµo tèc ®é kh«ng khÝ vµ c¸c yÕu tè kh¸c Èm (h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc bÒ mÆt bèc h¬i, ®iÒu kiÖn ch¶y cña kh«ng khÝ ®èi víi bÒ mÆt, nhiÖt ®é). D¹ng tæng qu¸t trao ®æi Èm gi÷a vËt liÖu vµ m«i tr−êng, ®Æc tr−ng b»ng chuÈn trao ®æi Èm Nu-xen. N um =

αm ⋅l λm

(1.40)

Trong ®ã: αm - hÖ sè trao ®æi Èm (Kg/m2.h.mmHg) λm - hÖ sè dÉn h¬i (t−¬ng tù hÖ sè dÉn nhiÖt) (Kg/m.mmHg) l - kÝch th−íc x¸c ®Þnh bÒ mÆt bèc h¬i (m). Thay gi¸ trÞ cña αm vµo ta cã: N u ⋅ λm 760 qm = m ( p− − pa ) ⋅ l B ChuÈn Èm Nu x¸c ®Þnh theo: n

0,33 m

N um = A ⋅ Re ⋅ Pr

Gu

0,135

T   Tp

  

2

(1.41)

Trong ®ã: Re - hÖ sè R©yn«n. Prm - chuÈn trao ®æi khèi Prandt, ®Æc tr−ng tÝnh chÊt vËt lý cña m«i tr−êng. Gu - chuÈn Gócman. T vµ Tp - nhiÖt ®é m«i tr−êng vµ nhiÖt ®é bÒ mÆt bèc h¬i (nhiÖt ®é ph¸t) Khi Re = 3150 ÷ 22.000 th× A = 0,49 , n = 0,61.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

35

Khi Re = 22.000 ÷ 315.000 th× A = 0,025 , n = 0,90. 1.3.2. TruyÒn nhiÖt vµ truyÒn khèi bªn trong vËt liÖu Èm. Qui luËt c¬ b¶n truyÒn chÊt (Èm) cã d¹ng: qm = −λm ⋅∇θ m

(1.42)

Trong ®ã: qm - mËt ®é dßng Èm (l−îng Èm G truyÒn trong 1 ®¬n vÞ thêi gian, qua mét ®¬n vÞ bÒ mÆt ®¼ng thÕ ∆s. dG qm = (Kg/m2.h) dτ ⋅ ∆s ∇θm - gradien thÕ chÊt, nghÜa lµ thÕ/m, ®Æc tr−ng tèc ®é kh«ng gian thay ®æi thÕ ph¸p tuyÕn víi bÒ mÆt ®¼ng thÕ. λm - hÖ sè tØ lÖ, gäi lµ hÖ sè dÉn Èm (Kg/m.h.®¬n vÞ thÕ) theo ®Þnh luËt Fourrier: r q = −λ ⋅∇θ Gradien thÕ truyÒn chÊt ∇θm, t−¬ng tù gradien nhiÖt ®é ∇θ, tØ lÖ víi gradien ¸p suÊt h¬i (truyÒn khuÕch t¸n h¬i). ∂θ m  ∂θ m  ∂u = ⋅ (1.43) ∂n  ∂u θ ∂n Trong ®ã:  ∂θ m   ∂u  - ®¹o hµm riªng cña thÕ truyÒn theo hµm l−îng Èm riªng ë nhiÖt ®é kh«ng ®æi.  θ NÕu sö dông dung tÝch Èm th×:  ∂u  Cm =   . ∂ θ  m θ Khi coi gi¸ trÞ trªn kh«ng ®æi ta cã: u = Cm ⋅ θ m + A

A - lµ h»ng sè. Tõ ®©y rót ra:

θm =

u A − C m Cm

NghÜa lµ khi nhiÖt ®é kh«ng ®æi vµ dung tÝch Èm cña vËt liÖu kh«ng ®æi, thÕ truyÒn Èm lµ mét hµm tuyÕn tÝnh cña hµm l−îng Èm. Thùc tÕ dung tÝch Èm lµ ®¹i l−îng thay ®æi. NÕu ®−a kh¸i niÖm dung tÝch Èm trung b×nh cña vËt liÖu Cm th×:

u = Cm ⋅ θ m Tõ ®©y ta cã thÓ viÕt sù t−¬ng quan gi÷a gradien thÕ truyÒn vµ gradien hµm l−îng Èm cã d¹ng: 1 ∇θ m = ⋅∇u (1.44) Cm Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

36

BiÓu thøc quy luËt truyÒn cã d¹ng: uur λ qm = − m ⋅∇u Cm uuur λm HoÆc qm = − ⋅ ρ 0 ⋅∇u = − am ⋅ ρ0 ⋅ ∆u Cm ⋅ ρ 0 HÖ sè am gäi lµ hÖ sè khuÕch t¸n:

am =

λ C.ρ

HÖ sè khuÕch t¸n Èm phô thuéc vµo ®é Èm vµ nhiÖt ®é cña vËt liÖu. §èi víi h¹t lóa m×, hµm l−îng Èm vµ nhiÖt ®é cña nã cã d¹ng (theo L−-Kèp).

• Khi u = 0, 283 ÷ 0,360 Kg / Kg K

T  ⋅  h ¹ t  .10−9 (m2/s). am = 2 A ⋅ u + B ⋅ u + C  293  1

• Khi u = 0,360 ÷ 430 Kg / Kg K

T  am = 0,147 + 0, 055u  h ¹ t  .10−9 (m2/s)  293 

(

)

ë ®©y: A, B, C, K hÖ sè phô thuéc hµm l−îng Èm cña vËt liÖu. Khi u = 0, 283 ÷ 0,324 Kg / Kg A = 558,

B = -382, C = 76,8

Khi u = 0,324 ÷ 0,360 Kg / Kg A = 3620, B = -2340, C = 380,4 Th¹t - nhiÖt ®é h¹t (0K). NÕu h−íng gradien Èm vµ gradien nhiÖt trïng nhau, th× h−íng dßng Èm t−¬ng øng lµ dßng Èm chung:

q m = q mu + q mθ = − a m ⋅ ρ 0 ⋅ ∇u − a m ⋅ ρ 0 ⋅ δ ⋅ ∇θ

(1.45)

Trong ®ã:

q mu - mËt ®é dßng khuÕch t¸n Èm (dÉn Èm) (Kg/m2.h). q mθ - mËt ®é dßng khuÕch t¸n nhiÖt cña Èm (dÉn nhiÖt Èm) (Kg/m2.h). ∇θ - gradien nhiÖt ®é (0C/m). δ - hÖ sè khuÕch t¸n nhiÖt t−¬ng ®èi vËt liÖu Èm (Kg Èm/Kg kk 0C); a δ = mθ (am vµ amθ hÖ sè khuÕch t¸n vµ hÖ sè khuÕch t¸n nhiÖt) am BiÓu thøc cña dßng nhiÖt Èm qmθ cã d¹ng:

qmθ = −

λm Cm

⋅ δ ⋅∇θ = −λmθ ⋅∇θ

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

37

λmθ = HÖ sè δ ' =

λm Cm

δ Cm

⋅ δ = λm ⋅ δ ' lµ hÖ sè dÉn nhiÖt Èm.

lµ hÖ sè dÉn nhiÖt Èm t−¬ng ®èi.

ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh, khi qm = 0, L−-Kèp ®7 kh¶o s¸t hÖ sè δp (hÖ sè gradien nhiÖt) nh− lµ th«ng sè nhiÖt ®éng häc lµ tû sè gi÷a truyÒn hµm l−îng Èm ∆u víi truyÒn nhiÖt ®é ∆θ.  ∆u  δp =    ∆θ  qm =0 Liªn quan gi÷a hÖ sè t−¬ng ®èi khuÕch t¸n nhiÖt Èm δ, ®−a vµo ph−¬ng tr×nh truyÒn Èm (qm ≠ 0) vµ th«ng sè δp øng víi qm = 0, ®é lín qm ®−îc x¸c ®Þnh. NÕu qm = 0 th× tõ biÓu thøc (1.45) cho ta:



δ =

qm

 am ⋅ ρ 0 ⋅∇θ

−

du   dθ  q

=−

m =0

du ∆u = =δp dθ ∆θ

Khi truyÒn nhiÖt c¶n trë sù truyÒn khèi, ®Þnh luËt dÉn nhiÖt cã d¹ng: q = −λ ⋅∇θ + Iqm Trong ®ã: q - mËt ®é tæng dßng nhiÖt (W/m2). λ - hÖ sè dÉn nhiÖt vËt liÖu Èm (W/m.0K) ∇θ - gradien nhiÖt ®é (0C/m) qm - mËt ®é tæng dßng Èm (Kg/m2.s) I - entanpi Èm dÞch chuyÓn bªn trong vËt liÖu (J/Kg). Trong ph−¬ng tr×nh nµy kh«ng tÝnh tíi sù thay ®æi entanpi Èm theo to¹ ®é vËt liÖu. 1.3.3. Ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt. Trªn c¬ së ®Þnh luËt b¶o toµn n¨ng l−îng, sù thay ®æi ph©n tö entanpi thÓ tÝch vËt trong r 1 ®¬n vÞ thêi gian b»ng sù ph©n k× cña vect¬ q mËt ®é dßng nhiÖt. ∂ ( Cqd ⋅ ρ 0 ⋅θ )

r = − di ∨ q = ∇ ( λ ⋅∇θ − I l ⋅ qml )

∂ε NhiÖt dung riªng qui dÉn cña vËt liÖu:

W 100 ë ®©y: CK, Cl - nhiÖt dung riªng chÊt kh« cña vËt liÖu vµ láng. W u= - hµm l−îng Èm cña vËt liÖu. 100 Bëi v× entanpi cña láng I l = Cl ⋅θ nªn: Cqd = CK + Cl ⋅ u = CK +

Cqd ⋅ ρ 0 ⋅

(1.46)

(J/Kg kk 0K).

∂θ = ∇ ( λ∇θ ) − qml ⋅ Cl ⋅∇θ ∂ε

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

38

Thµnh phÇn ®Çu phÇn ph¶i cña ph−¬ng tr×nh trªn tÝnh truyÒn nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt, thµnh phÇn thø hai truyÒn nhiÖt bëi dßng chÊt láng. q NÕu kÝ hiÖu v l = ml (ρl - mËt ®é chÊt láng; vl - tèc ®é dµi dÞch chuyÓn cña chÊt láng m/h),

ρl

th× ta nhËn ®−îc ph−¬ng tr×nh t−¬ng tù Fua-riª-KiÕc-Xèp. ∂θ Cqd ⋅ ρ 0 ⋅ = ∇ ( λ∇θ ) − Cl ⋅ ρl ⋅ v l ⋅∇θ (1.47) ∂τ Trong tr−êng hîp chung tÝnh to¸n truyÒn nhiÖt, truyÒn h¬i còng nh− nguån nhiÖt. KÕt qu¶ lµ sù biÕn ®æi pha trong lßng vËt liÖu (ng−ng tô h¬i, bèc h¬i cña láng). TruyÒn nhiÖt b»ng dßng nhiÖt (kh«ng biÕn ®æi pha), tÝnh t−¬ng tù truyÒn láng nghÜa lµ q thiÕt lËp Ca, ρa, va, ∇θ. ë ®©y : ρa , Ca lµ mËt ®é h¬i vµ nhiÖt dung h¬i v a = ma tèc ®é dµi

ρa

truyÒn h¬i. Nguån nhiÖt khi cã biÕn ®æi pha r ⋅ ε ⋅ ρ0 ⋅

ë ®©y: r - nhiÖt chuyÓn pha,

∂u ∂ε

∂u - sù thay ®æi hµm l−îng Èm chung cña vËt theo thêi gian, ε ∂ε

ChuÈn biÕn ®æi pha ε

chuÈn biÕn ®æi pha. ChuÈn nµy ®Æc tr−ng sù thay ®æi dßng Èm hoÆc hµm l−îng Èm cña vËt liÖu do biÕn ®æi pha (bèc h¬i bªn trong hoÆc ng−ng tô) ®èi víi sù thay ®æi dßng Èm chung bªn trong vËt hoÆc sù thay ®æi hµm l−îng Èm cña vËt. ChuÈn ε thay ®æi tõ 0 (kh«ng biÕn ®æi pha) ®Õn 1 (dßng Èm g©y biÕn ®æi pha vµ truyÒn h¬i). Tr−êng hîp chung ε = f(u,θ).

§é Èm %

H×nh 1.14. Sù phô thuéc cña chuÈn biÕn ®æi pha ε vµo ®é Èm cña vËt liÖu.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

39

ChuÈn ε phô thuéc to¹ ®é vËt, nghÜa lµ ®é lín cña nã kh¸c nhau ®èi víi c¸c líp vËt liÖu kh¸c nhau. Theo M.И.C«n®in, khi t¨ng ®é Èm vËt liÖu, ε gi¶m ®ét ngét. Khi ®é Èm lín th× ε ≈ 0, nghÜa lµ Èm ®−îc di chuyÓn trong vËt liÖu ë d¹ng láng. Nh− vËy truyÒn nhiÖt trong vËt liÖu Èm bÞ c¶n trë bëi truyÒn khèi bªn trong. Ph−¬ng tr×nh chung cã d¹ng: ∂θ ∂u Cqd ⋅ ρ 0 ⋅ = ∇ ( λ ∇θ ) + r ⋅ ε ⋅ ρ 0 ⋅ − Cl ⋅ ρl ⋅ v l ⋅∇θ − Ca ⋅ ρ a ⋅ v a ⋅∇θ (1.48) ∂ε ∂τ NÕu λ = 0 th× cuèi cïng, ph−¬ng tr×nh cã d¹ng: C ⋅ρ r ∂θ ∂u C ⋅ ρ = a ⋅∇ 2θ + ⋅ ε ⋅ − l l ⋅ v l ⋅∇θ − a a ⋅ v a ⋅∇θ (1.49) Cqd Cqd ⋅ ρ0 ∂τ ∂τ Cqd ⋅ ρ0 Tr−êng hîp sÊy ®èi l−u, trong vËt liÖu gradien nhiÖt ®é kh«ng ®¸ng kÓ, tèc ®é truyÒn Èm nhá (Re < 10), th−êng bá qua truyÒn nhiÖt bëi dßng chÊt láng vµ h¬i. Khi ®ã ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt cã d¹ng: ∂θ r ∂u = a ⋅∇ 2θ + ⋅ε ⋅ (1.50) ∂τ ∂τ Cqd

1.3.4. Ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn Èm. §Ó cã ®−îc ph−¬ng tr×nh ®−êng cong sÊy, nghÜa lµ tÝnh ®−îc tèc ®é sÊy vµ t×m tr−êng kh«ng æn ®Þnh cña hµm l−îng Èm trong qu¸ tr×nh sÊy, cÇn gi¶i ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn Èm bªn trong vËt liÖu. SÊy lµ mét qu¸ tr×nh kh«ng æn ®Þnh, nghÜa lµ Èm t¸ch khái vËt liÖu lµ hµm cña to¹ ®é vµ thêi gian. Nãi c¸ch kh¸c, Èm thay ®æi theo tiÕt diÖn vµ thêi gian. T−¬ng tù ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt, ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn Èm cã d¹ng: ∂ (uρ ) = −di ∨ ( qmK + qmm ) + qVmK ∂τ ë ®©y: qmK - MËt ®é dßng Èm khuÕch t¸n. qmm - mËt ®é truyÒn mol. qVmK - mËt ®é thÓ tÝch dßng chÊt g©y ra chuyÓn pha. NÕu bá qua sù truyÒn mol cña chÊt láng, cßn tÝnh truyÒn mol cña h¬i, ta cã ph−¬ng tr×nh truyÒn Èm t−¬ng tù ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt. ∂u = am ⋅ ∇ 2u + am ⋅ δ ⋅∇ 2θ (1.51) ∂τ  ∂u  Ph−¬ng tr×nh nµy thiÕt lËp quan hÖ gi÷a sù thay ®æi Èm theo thêi gian   vµ theo to¹  ∂τ  ∂u ®é (x, y, z) hoÆc nãi theo c¸ch kh¸c, m« t¶ tèc ®é gi¶m Èm ë c¸c ®iÓm bÊt kú cña vËt. ∂τ §Ó ®¬n gi¶n ho¸, cho phÐp coi am vµ δ kh«ng ®æi, kh«ng phô thuéc vµo ®é Èm. Do ®ã ph−¬ng tr×nh trªn trë thµnh ph−¬ng tr×nh vi ph©n tuyÕn tÝnh. Tr−êng hîp sÊy ®èi l−u, kh«ng khÝ ®−îc ®èt nãng (nhiÖt ®é kh«ng cao vµ tèc ®é kh«ng lín) trong tÝnh to¸n kh«ng cÇn tÝnh qu¸ tr×nh dÉn nhiÖt - Èm. Giai ®o¹n sÊy ®Çu gradien nhiÖt ®é kh«ng Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

40

cã hoÆc nhá. Giai ®o¹n sÊy thø hai, ®é lín cña hÖ sè δ kh«ng ®¸ng kÓ, th−êng ë nhiÖt ®é sÊy thÊp. Ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn Èm khi sÊy vËt liÖu d¹ng tÊm, sÏ lµ:

∂u ∂ 2u = am ⋅ 2 (1.52) ∂τ ∂x §Ó gi¶i bµi to¸n nµy cÇn cho ®iÒu kiÖn biªn vµ biÕt ®é Èm ë c¸c ®iÓm bÊt kú ë thêi ®iÓm ban ®Çu (®iÒu kiÖn ban ®Çu).

1.4. §éng häc qu¸ tr×nh sÊy

§é Èm vËt liÖu W %

1.4.1. §−êng cong sÊy. §−êng cong sÊy ®Æc tr−ng cho sù thay ®æi ®é Èm trung b×nh cña vËt liÖu W trong thêi gian τ. Tõ ®å thÞ ta thÊy, giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ A tr×nh, ®é Èm vËt liÖu gi¶m theo ®−êng cong, vËt liÖu ®−îc h©m nãng nhanh. Thêi gian cña giai ®o¹n nµy phô thuéc ®é dµy mÉu thÝ nghiÖm, sau ®ã ®é Èm thay ®æi theo qui luËt ®−êng th¼ng (®o¹n AK1). Giai ®o¹n sÊy thø nhÊt gäi lµ giai ®o¹n tèc ®é sÊy kh«ng ®æi. B T¹i ®iÓm K1 (gäi lµ ®é Èm chuÈn thø nhÊt W K1), tèc ®é gi¶m Èm b¾t ®Çu gi¶m vµ b¾t ®Çu giai ®o¹n thø hai cña qu¸ tr×nh sÊy; tèc ®é Thêi gian τ (h) sÊy gi¶m. Cuèi qu¸ tr×nh sÊy, ®−êng cong sÊy tiÖm cËn víi ®−êng c©n b»ng Èm, Wcb øng víi H×nh 1.15. §−êng cong sÊy chÕ ®é sÊy ®7 cho. ë ®é Èm c©n b»ng, viÖc sÊy kÕt thóc, tèc ®é sÊy b»ng kh«ng. §èi víi vËt liÖu máng, thêi kú ®èt nãng rÊt ng¾n, kh«ng cã ®−êng cong sÊy. §èi víi vËt liÖu dµy, cã ®é dÉn Èm nhá, c−êng ®é t¸ch Èm khái bÒ mÆt vËt liÖu (vÝ dô lóa m×) trong thêi kú tèc ®é sÊy kh«ng ®æi cã thÓ kh«ng cã. 1.4.2. §−êng cong tèc ®é sÊy. Tèc ®é sÊy lµ sù thay ®æi ®é Èm cña vËt liÖu trong 1 ®¬n vÞ thêi gian (dW/dτ %/h). §−êng cong tèc ®é sÊy ®−îc x©y dùng b»ng ph−¬ng ph¸p vi ph©n ®å thÞ theo ®−êng cong sÊy: Tèc ®é sÊy ë thêi ®iÓm ®7 cho ®−îc x¸c ®Þnh nh− lµ tang gãc nghiªng cña tiÕp tuyÕn qua ®iÓm ®−êng cong sÊy (H×nh 1.16) t−¬ng øng víi ®é Èm x¸c ®Þnh cña vËt liÖu. Ph−¬ng ph¸p nµy ch−a ®¹t ®é chÝnh x¸c ®Çy ®ñ, ®Æc biÖt ë cuèi qu¸ tr×nh sÊy khi ®−êng cong sÊy tiÖm cËn víi ®−êng ®é Èm c©n b»ng, viÖc vÏ chÝnh x¸c ®−êng cong sÊy trë nªn khã kh¨n. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nµy ng−êi ta dïng ph−¬ng ph¸p ®¹o hµm sè vµ tÝnh to¸n tèc ®é sÊy trung b×nh sau kho¶ng thêi gian trung gian kh«ng lín.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

41

Tèc ®é sÊy dWc/dτ

Tèc ®é sÊy dWc/dτ §é Èm vËt liÖu W1c %

Èm lo¹i bá (W0 - Wcp)

a/

b/ H×nh 1.16. §−êng cong tèc ®é sÊy.

1 - VËt liÖu Èm xèp mao dÉn cã bÒ mÆt riªng bèc h¬i lín: giÊy, c¸ct«ng. 2 - Còng nh− trªn: v¶i, vá máng; 3 - VËt liÖu Èm xèp mao dÉn cã bÒ mÆt bèc h¬i riªng nhá; 4 - 5 - 6. HÖ phøc t¹p, vËt keo xèp mao dÉn: h¹t l−¬ng thùc. ë h×nh trªn, a vµ b cho thÝ dô vÒ ®−êng cong sÊy cña vËt liÖu kh¸c nhau. §Çu tiªn - giai ®o¹n h©m nãng - tèc ®é sÊy t¨ng tõ 0 ®Õn gi¸ trÞ cùc ®¹i N. ë thêi kú tèc ®é kh«ng ®æi N = const. Sau dã (tõ ®iÓm chuÈn K1) b¾t ®Çu gi¶m tèc ®é sÊy. Trong thêi kú gi¶m tèc ®é ®Æc tÝnh cña ®−êng cong phô thuéc vµo cÊu tróc cña vËt liÖu, kÝch th−íc mÉu, d¹ng liªn kÕt Èm víi vËt liÖu vµ c¬ cÊu di chuyÓn Èm. V× vËy ®−êng cong sÊy cña vËt liÖu kh¸c nhau sÏ kh¸c nhau. Trªn ®−êng cong cã ®iÓm chuÈn thø hai K2 t−¬ng øng víi ®é Èm chuÈn thø hai.

1.4.3. §−êng cong nhiÖt ®é sÊy. Trªn (H×nh 1.17) tr×nh bµy ®−êng cong nhiÖt ®é sÊy víi mÉu vËt liÖu máng vµ dÇy khi sÊy ®èi l−u. Giai ®o¹n ®Çu h©m nãng, nhiÖt ®é bÒ mÆt vËt liÖu t¨ng cao, nhanh chãng ®¹t nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít. NhiÖt ®é bÒ mÆt vËt liÖu kh«ng thay ®æi trong suèt giai ®o¹n ®Çu, b¾t ®Çu bay h¬i m¹nh, toµn bé nhiÖt l−îng bÒ mÆt nhËn ®−îc dïng ®Ó ho¸ h¬i. Trong thêi gian nµy vËt liÖu kh«ng ®−îc h©m nãng vµ nhiÖt ®é cña nã b»ng nhiÖt ®é bèc h¬i cña láng. ™. Trong giai ®o¹n tèc ®é sÊy kh«ng ®æi, nhiÖt ®é t©m vËt liÖu Èm còng kh«ng ®æi. Khi Èm kh«ng cßn bay h¬i m¹nh n÷a, th× nhiÖt ®é bÒ mÆt còng nh− cña t©m vËt b¾t ®Çu t¨ng lªn vµ giai ®o¹n tèc ®é sÊy kh«ng ®æi kÕt thóc vµ b¾t ®Çu tèc ®é sÊy gi¶m dÇn. Khi ®é Èm cña vËt ®¹t ®é Èm c©n b»ng, nhiÖt ®é cña nã b»ng nhiÖt ®é kh«ng khÝ tK (t¸c nh©n sÊy).

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

42

NhiÖt ®é vËt liÖu, θ0

§é Èm vËt liÖu W1c %

H×nh 1.17. §−êng cong nhiÖt ®é sÊy. Nh− vËy giai ®o¹n ®Çu h©m nãng vËt liÖu m« t¶ trong bÊt ®¼ng thøc sau: tK > tM > tb > t0 Trong ®ã: tK - nhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy tb - nhiÖt ®é bÒ mÆt vËt liÖu t0 - nhiÖt ®é t©m vËt liÖu. Giai ®o¹n cuèi h©m nãng, nghÜa lµ b¾t ®Çu thêi kú thø nhÊt sÊy ta cã: tK > tM = tb > t0 Cuèi cïng, thêi kú thø hai cña sÊy, ®Æc tr−ng bëi: tK > tb > tM ≤ t0. Phô thuéc vµo ®é s©u cña vïng bèc h¬i nhiÖt ®é cña nã cã thÓ cao h¬n hoÆc thÊp h¬n nhiÖt ®é cña vËt liÖu. Trong thêi kú thø hai tuú theo ®é s©u cña vïng bèc h¬i, nhiÖt ®é trung b×nh cña vËt liÖu t¨ng vµ cã thÓ cao h¬n nhiÖt ®é bèc h¬i, cßn nhiÖt ®é bÒ mÆt gÇn b»ng nhiÖt ®é m«i tr−êng. NÕu qu¸ tr×nh ®¹t ®é Èm c©n b»ng, th× cuèi qu¸ tr×nh, tèc ®é sÊy sÏ b»ng kh«ng vµ nhiÖt ®é cña vËt liÖu tiÕn gÇn tíi nhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy: tb = t0 ≈ tK . §èi víi vËt liÖu máng, gradien nhiÖt ®é trong vËt liÖu kh«ng ®¸ng kÓ, cã thÓ xem ë thêi kú ®Çu t0 = tK. H×nh d−íi cho ®−êng cong ph©n bè nhiÖt ®é trong mÉu vËt liÖu dÇy vµ máng trong sÊy ®èi l−u (víi τ kh¸c nhau).

t=∞ Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

43

Trôc vËt

Trôc vËt

ChiÒu dµy vËt liÖu ChiÒu dµy vËt liÖu

H×nh 1.18. Ph©n bè nhiÖt ®é trong mÉu vËt liÖu khi sÊy ®èi l−u (thêi gian kh¸c nhau). Tr−êng nhiÖt ®é ®èi xøng víi trôc vËt liÖu. Gi¶ sö cã mét mÉu vËt liÖu nµo ®ã, ®é Èm ë mäi ®iÓm nh− nhau, nghÜa lµ bªn trong mÉu kh«ng chØ cã tr−êng nhiÖt ®é mµ tr−êng Èm còng thuÇn nhÊt. NÕu ®Æt mÉu vµo buång sÊy, vËt liÖu b¾t ®Çu ®−îc ®èt nãng. §Çu tiªn ®èt nãng líp ngoµi cña mÉu, Èm cña líp nµy b¾t ®Çu bèc h¬i hoµ vµo kh«ng khÝ. Bªn trong Èm ë tr¹ng th¸i kh«ng thuÇn nhÊt, xuÊt hiÖn gradien ®é ®Ëm ®Æc Èm. D−íi t¸c dông cña gradien Èm nµy trong d¹ng láng, b¾t ®Çu dÞch chuyÓn tíi bÒ mÆt mÉu. Dßng Èm cÇn th¾ng lùc c¶n thuû lùc cña vËt liÖu, lµm gi¶m tèc ®é di chuyÓn cña Èm. Theo møc ®é ph¸t triÓn cña qu¸ tr×nh sÊy gradien ®é ®Ëm ®Æc cña Èm trong vËt liÖu sÏ gi¶m, còng lµm gi¶m c¶ l−îng Èm di chuyÓn tíi bÒ mÆt, lµm gi¶m hµm l−îng Èm cña bÒ mÆt vËt liÖu. 1.4.4. Ph©n tÝch qu¸ tr×nh sÊy. a/ Thêi kú tèc ®é sÊy kh«ng ®æi. Ta biÕt r»ng, trong c¸c qu¸ tr×nh sÊy nhê nhiÖt, Èm bÞ lo¹i bá khái vËt liÖu chØ sau khÝ hoµ thµnh h¬i, nghÜa lµ cÇn chi phÝ nhiÖt n¨ng (nhiÖt ho¸ h¬i). Trong sÊy ®èi l−u, l−îng nhiÖt nµy cÇn ®Ó h©m nãng vËt liÖu Èm tíi nhiÖt ®é bèc h¬i, do trao ®æi nhiÖt gi÷a bÒ mÆt vËt liÖu vµ t¸c nh©n sÊy. D¹ng tæng qu¸t ®−îc m« t¶ b»ng ph−¬ng tr×nh c©n b»ng sau: dQ = ( CK ⋅ g K + C© ⋅ g © ) dt +  r + C p.h ( ta − tbh )  dg ©

(1.53)

ë ®©y: CK , C© - NhiÖt dung riªng chÊt kh« cña vËt liÖu vµ Èm (J/Kg0K) gK , g© - khèi l−îng chÊt kh« cña vËt liÖu vµ khèi l−îng Èm chøa trong vËt liÖu t¹i thêi ®iÓm ®7 cho (Kg).

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

44

dt - sù thay ®æi nhiÖt ®é trung b×nh (theo thÓ tÝch) trong kho¶ng thêi gian v« cïng 0 nhá ( C). r - nhiÖt ho¸ h¬i cña Èm (J/Kg) Cp.h - nhiÖt dung riªng trung b×nh ®¼ng ¸p cña h¬i nãng cña Èm bèc h¬i (J/Kg.0K) ta - NhiÖt ®é h¬i nãng cña Èm t¸ch khái bÒ mÆt vËt liÖu. tbh - nhiÖt ®é bèc h¬i Èm. - khèi l−îng Èm bèc h¬i tõ vËt liÖu trong kho¶ng thêi gian dτ. dg© L−îng nhiÖt truyÒn ®èi l−u qua diÖn tÝch vËt liÖu F sau kho¶ng thêi gian v« cïng nhá dτ, x¸c ®Þng theo: dQ = α ⋅ F ( t K − ta ) dτ ë ®©y: α - hÖ sè trao ®æi nhiÖt ®«i l−u (W/m2 0K) tK - nhiÖt ®é trong buång sÊy. dg © = dτ

α F ( t K − t a ) − ( C K ⋅ g K + C© ⋅ g © )

dt dt

(1.54)

r + C p.h ( ta − tbh )

Ph©n tÝch c«ng thøc trªn, ta thÊy cã thÓ cã hai tr−êng hîp: - NhiÖt ®é vËt liÖu vµo buång sÊy t1 < tbh, lµ tr−êng hîp phæ biÕn. t1 > tbh th−êng trong tr−êng hîp khi sÊy ®−êng kÝnh, dung dÞch nãng, ... ë tr−êng hîp ®Çu, khi t1 < tbh , vËt liÖu ®−a vµo buång sÊy trong kho¶ng thêi gian nµo ®ã, nhiÖt ®é bÒ mÆt vËt sÊy t¨ng dÇn cho tíi khi ®¹t tbh. Kho¶ng thêi gian ®ã x¸c ®Þnh theo:

∫ α F (t

K

− ta )dτ = ∫ ( CK ⋅ g K + C© ⋅ g © )dt

Khi t1 > tbh th× qu¸ tr×nh sÊy sÏ b¾t ®Çu ngay khi vËt liÖu ®−a vµo buång sÊy. Râ rµng, ë thêi ®iÓm bÊt kú khi b¾t ®Çu tíi khi kÕt thóc sÊy, biÓu thøc sau lu«n mang gi¸ trÞ d−¬ng:

α F ( t K − ta ) > ( CK ⋅ g K + C© ⋅ g© ) Thêi kú thø nhÊt sÊy, g© vµ ®Æc biÖt tèc ®é h©m nãng giai ®o¹n ®èt nãng ban ®Çu

dt dτ dt nhanh chãng gi¶m, sau ®ã dτ

dt vµ tèc ®é sÊy chØ phô thuéc vµo α F ( t K − ta ) . dτ

NÕu chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y sÊy ®−îc thiÕt lËp th× t¹i mçi ®iÓm cña buång sÊy tr¹ng th¸i khÝ vµ vËt liÖu kh«ng ®æi, cßn ë nh÷ng ®iÓm kh¸c th× sÏ kh¸c nhau. Liªn quan tíi hÖ sè trao ®æi nhiÖt α, ph−¬ng tr×nh chuÈn cã d¹ng:

 u  Nu = f  Re, Gr , Pr,  uK  

(1.55)

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

45

Trong ®ã: u - hµm l−îng Èm trung b×nh theo thÓ tÝch cña vËt liÖu ë thêi ®iÓm τ uK - hµm l−îng Èm tiªu chuÈn. Thêi kú ®Çu khi u > uK, chuÈn Nu khi chÕ ®é khÝ ®éng kh«ng ®æi, cã thÓ xem lµ h»ng sè. Nh− vËy ë thêi kú ®Çu, ®é lín α cã thÓ chÞu ¶nh h−ëng cña c¸c ®é lín trong biÓu thøc cña α ⋅l Nussen: Nu =

λ

Bëi v× Nu = const, do ®ã kÝch th−íc vËt liÖu sÊy l gi¶m th× α t¨ng. Thùc tÕ, trong thêi kú sÊy ®Çu, kÝch th−íc cña nhiÒu lo¹i s¶n phÈm cã thay ®æi, ®é lín cña l vµ diªn tÝch trao ®æi nhiÖt F th−êng gi¶m. Nh− vËy trong nhiÒu tr−êng hîp α vµ F thay ®æi theo h−íng ng−îc nhau vµ th−êng cã gi¸ trÞ thay ®æi kh«ng lín. Do ®ã, møc ®é gÇn ®óng cã thÓ coi th«ng sè t¸c nh©n sÊy kh«ng ®æi, vµ tèc ®é sÊy kh«ng ®æi. NhiÒu t¸c gi¶ ®−a ra c¸c c«ng thøc ®Ó tÝnh trÞ sè Nu. D−íi ®©y A.V NhesChenko ®Ò nghÞ c¸c c«ng thøc:

•Khi sÊy ®èi l−u tù nhiªn Nu1 = 4⋅(Pr1⋅Ar)0,103 khi (Pr1⋅Ar) = 3⋅106 ÷ 2⋅108 Nu2 = 0,665⋅(Pr2⋅Ar)0,243

khi (Pr2⋅Ar) = 1⋅104 ÷ 3⋅108

• Khi sÊy ®èi l−u c−ìng bøc.

Nu1 = 2 + A ⋅ ( Pr1 )

0,33

Nu2 = 2 + A' ⋅ ( Pr2 )

⋅ Re n ⋅ Gu m

0,33

n'

⋅ Re ⋅ Gu

m'

Trong ®ã

 α ⋅l  - Nu1 =  1  Tiªu chuÈn Nussen vÒ trao ®æi nhiÖt  λ1   α ⋅l  - Nu2 =  2  Tiªu chuÈn Nussen vÒ trao ®æi Èm  λ2  V - Pr1 = Tiªu chuÈn Pr¨ng ®èi víi trao ®æi nhiÖt a1 - Pr2 = - Gu =

V Tiªu chuÈn Pr¨ng ®èi víi trao ®æi Èm a2

( t K − tb ) tK

Tiªu chuÈn Gucman

g ⋅ l 3 ∆P ⋅ Tiªu chuÈn Acsimet V2 ς C¸c hÖ sè trong c¸c ph−¬ng tr×nh trªn cho trong b¶ng d−íi. - Ar =

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

46

B¶ng 1.4 Re 1 ÷ 2⋅102 3,15⋅103 ÷ 2,2⋅104 2,2⋅104 ÷ 3,15⋅105

A 1,07 0,51 0,027

n 0,48 0,61 0,90

m 0,175 0,175 0,175

A’ 0,83 0,49 0,0248

n’ 0,53 0,61 0,90

m’ 0,135 0,135 0,135

1-5. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh thêi gian sÊy 1.5.1. Ph−¬ng ph¸p T.K Phil«nhenko: nghiªn cøu c¸c ®−êng cong sÊy cña cïng mét lo¹i vËt liÖu ë chÕ ®é sÊy kh¸c nhau (sÊy ®èi l−u, vËt v¶i sîi) phèi hîp trªn cïng mét ®−êng cong trong dw ; tèc ®é sÊy qui dÉn ψ, tû sè gi÷a tèc ®é sÊy ë thêi ®iÓm bÊt kú víi tèc hÖ to¹ ®é: tèc ®é sÊy dτ ®é s©y ë thêi kú ®Çu N. Ta cã 1 dw ψ= ⋅ N dτ w − wcb §èi víi v¶i sîi: ψ= 28,5 + 0, 73 ⋅ ( w − wcb ) Trong ®ã: W - §é Èm cña vËt liÖu ë thêi ®iÓm sÊy bÊt kú Wcb - §é Èm c©n b»ng cña vËt liÖu ®èi víi chÕ ®é sÊy ®7 cho L−îng nhiÖt di chuyÓn qua bÒ mÆt vËt liÖu sau kho¶ng thêi gian v« cung nhá. dQ = α ⋅ F ⋅ ( t K − ta ) ⋅ dτ = r ⋅ dg © C«ng thøc x¸c ®Þnh thêi gian sÊy.

  w − wcb  1  ⋅  2,3 ⋅ 28,5 ⋅ lg  1  + 0, 73 ⋅ ( w1 − w2 )  N   w2 − wcb   Trong ®ã: w1, w2 - ®é Èm ban ®Çu vµ cuèi cïng cña vËt liÖu. Tèc ®é sÊy qui dÉn víi vËt liÖu kh¸c nhau

τ=

(1.56)

m

( w − wcb ) ψ= m A + β ⋅ ( w − wcb ) B¶ng 1.5. Gi¸ trÞ c¸c h»ng sè trong c«ng thøc cña T.K Phi lon hen ko Rau cñ A β Khoai t©y 1200 - 3,0 C¶i ®á 1000 - 2,0 Cµ rèt 1550 - 2,0 Hµnh cñ 1600 - 3,0 1.5.2. Ph−¬ng ph¸p A.B L−kèp. §Çu tiªn x¸c ®Þnh thêi gian sÊy ®èi víi thêi kú tèc ®é kh«ng ®æi. Nussen trao ®æi khèi n

0,33 m

Num = A ⋅ Re ⋅ Pr

⋅ Gu

0,135

T  ⋅ K   Tbh 

m 1,0 1,0 1,0 1,0 X¸c ®Þnh chuÈn

2

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

47

BiÕt Num =

αm ⋅ l 760 ; qm = α m ⋅ ( p− − pa ) ⋅ λm 13

Tèc ®é sÊy ë thêi kú ®Çu:

N=

100 ⋅ qm ⋅S gK

Trong ®ã: S - lµ diÖn tÝch bÒ mÆt bèc h¬i. Thêi gian giai ®o¹n ®Çu, x¸c ®Þnh theo biÓu thøc w − wK τ1 = 1 N §Ó x¸c ®Þnh thêi gian sÊy giai ®o¹n hai vËt liÖu máng, cã thÓ lîi dông viÖc gi¶i ph−¬ng tr×nh (1.52) khi τ = 0, u = uK1 = const, cã d¹ng u − up x   Em = = f ⋅  Bim ; ; Fom  (1.57) uK 1 − u p R  

Trong ®ã: Bim x R

– chuÈn trao ®æi khèi Bi.« - to¹ ®é kh«ng kÝch th−íc

am ⋅τ - chuÈn trao ®æi khèi Phua –riª R2 Tõ ph−¬ng tr×nh (1.57) x¸c ®Þnh chuÈn F0m, sau ®ã thay gi¸ trÞ am vµ R vµo t1 x¸c ®Þnh ®−îc τII. Fom =

τ II = HÖ sè sÊy:

 wKd − wp 1 ⋅ ln   w −w K p  2

K=

  

N = χ⋅N wKd − wp

Trong ®ã: wKd - ®é Èm dÉn xuÊt tiªu chuÈn 1,8 χ - HÖ sè sÊy t−¬ng øng χ ≈ w0 §é Èm t¹i tiªu chuÈn

w K1 = 100 ⋅ uK 1 + w Kd =

χ=

1

χ

N ⋅ R2 3 ⋅ am

+ wp

K 1 = N w Kd − w p

Thêi gian sÊy chung tõ ®é Èm w1 tíi ®é Èm w2 sÏ lµ. w K1 − w p w − w Kd 1 + ⋅ 2,3 ⋅ lg τ = τ I − τ II = 1 N K w2 − w p

(1.58)

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

48

1.5.3. Ph©n lo¹i vµ thø tù tÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy: a) Ph©n lo¹i thiÕt bÞ sÊy. Ph−¬ng ph¸p kü thuËt cña qu¸ tr×nh sÊy vµ cÊu tróc cña thiÕt bÞ sÊy kh¸c nhau. Th−êng ta ph©n lo¹i hÖ thèng sÊy theo c¸ch sau: hÖ thèng sÊy tiÕp xóc, hÖ thèng sÊy bøc x¹, hÖ th«ng sÊy ®èi l−u. Trong c«ng nghiÖp thùc phÈm phæ biÕn nhÊt lµ hÖ thèng ®èi l−u. B¶ng sau cho ta c¸c lo¹i sÊy ®èi l−u phæ biÕn nhÊt. B¶ng 1.6. XÕp lo¹i thiÕt bÞ sÊy DÊu hiÖu ph©n lo¹i KiÓu thiÕt bÞ sÊy ChÕ ®é lµm viÖc (ph−¬ng ph¸p t¸c ®éng) a – T¸c ®éng chu kú b – T¸c ®éng liªn tôc c – T¸c ®éng tuÇn hoµn D¹ng vËt liÖu lµm kh« a) C¸c m¶nh (miÕng) b) H¹t c) D¹ng bôi d) Bét nh7o e) Dung dÞch a) Buång kÝn ¸p suÊt kh«ng khÝ cao ¸p suÊt trong buång s©y b) ¸p suÊt kh«ng khÝ b×nh th−êng d) ch©n kh«ng trung b×nh vµ ch©n kh«ng s©u (¸p suÊt thÊp h¬n ®iÓm bèc h¬i n−íc) D¹ng t¸c nh©n sÊy a) Chu tr×nh tù nhiªn b) KhÝ c) H¬i d) Láng Ph−¬ng t¹o ¸p ®Ó di chuyÓn t¸c nh©n sÊy a) Chu tr×nh tù nhiªn b) Chu tr×nh c−ìng bøc H−íng chuyÓn ®éng cña vËt liÖu vµ t¸c a) Kh¼ng b) Ng−îc nh©n sÊy c) Dßng c¾t nhau Tr¹ng th¸i líp vËt liÖu (vËt liÖu d¹ng h¹t) a) ChÆt b) T¬i c) S«i d) Treo e) Phun Ph−¬ng ph¸p h©m nãng t¸c nh©n sÊy a) Clorifer h¬i b) Clorifer n−íc c) §èt nãng b»ng ®iÖn d) §èt nãng bæ xung t¸c nh©n sÊy C¸c lo¹i qu¸ tr×nh sÊy a) X¶ khÝ ®7 lµm viÖc ra ngoµi b) T¸c nh©n sÊy håi l−u

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

49

c) Ph©n phèi t¸c nh©n s©y d) §èt nãng bæ xung t¸c nh©n sÊy CÊu tróc buång sÊy a) SÊy buång, tuy nen, trôc cuèn, sÊy trèng b) SÊy h¬i Ph−¬ng ph¸p lo¹i bá h¬i Èm khÝ ®7 lµm a) X¶ khÝ ®7 lµm viÖc ra m«i tr−êng viÖc b) Trén víi t¸c nh©n míi vµ ®èt nãng (håi l−u) c) Dïng xilicagen d) Ng−ng tô n−íc trong b×nh ng−ng e) Ng−ng tô n−íc nhê lµm l¹nh b) Thø tù tÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy: Mèi liªn hîp m¸y sÊy bao gåm c¸c bé phËn chÝnh sau: Buång sÊy, calorifer, hÖ thèng th«ng giã. PhÇn nµy ta chi quan t©m tíi tÝnh to¸n nhiÖt thiÕt bÞ sÊy (chñ yÕu lµ buèng sÊy). Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n, ta cÇc t×m c¸c sè liÖu sau: -Theo môc ®Ých: N¨ng su©t, d¹ng t¸c nh©n sÊy, ph−¬ng ph¸p truyÒn nhiÖt tíi vËt liÖu sÊy, ph−¬ng ph¸p h©m nãng t¸c nh©n sÊy (kiÓu calorife), ®Æc ®iÓm chuyÓn ®éng cña t¸c nh©n sÊy (tù nhiªn, c−ìng bøc), ph−¬ng ph¸p l¹p nguyªn liÖu vµ chuyÓn ®éng. - Theo vËt liÖu: ®é Èm ®Çu vµ cuèi, nhiÖt ®é cho phÐp ban ®Çu vµ cùc ®¹i, nhiÖt dung chÊt kh« cña vËt liÖu, kÝch th−íc vµ khèi l−îng s¶n phÈm, khèi l−îng thÓ tÝch...vv. - Theo chÕ ®é sÊy: th«ng sè kh«ng khÝ ngoµi vµ cña t¸c nh©n ®7 lµm viÖc, nhiÖt ®é cho phÐp cùc ®¹i cña t¸c nh©n sÊy, tèc ®é cña t¸c nh©n sÊy, thêi gian sÊy. C¸c sè liÖu cã thÓ kh«ng cho, ta cã thÓ chän khi thiÕt kÕ. VÝ dô chän kiÓu calorife, ph−¬ng ph¸p vËn chuyÓn vËt liÖu... §Ó tÝnh to¸n cÇn ph¶i cã ®−êng cong sÊy, biÕt ph−¬ng tr×nh cña nã. Trªn c¬ së ®−êng cong sÊy, buång sÊy ph©n chia thµnh vïng, vµ tÝnh toµn thùc hiÖn theo vïng. D−íi ®©y s¬ ®å tÝnh to¸n theo vÝ dô sau: + PhÇn chung: chän kiÓu m¸y sÊy, chän lo¹i qu¸ tr×nh sÊy. + TÝnh to¸n buång sÊy: TÝnh kÝch th−íc buång sÊy, tÝnh khèi l−îng Èm bèc h¬i, chän cÊu tróc bu«ng sÊy vµ tÝnh tæn thÊt nhiÖt vµo m«i tr−êng, tÝnh tæn thÊt cßn l¹i cña buång sÊy vµ x¸c ®Þnh ®é lín ∆, x©y dùng ®å thÞ I – d, tÝnh chi phÝ kh«ng khÝ, tÝnh chi phÝ nhiÖt. - TÝnh thiÕt bÞ h©m nãng(calorife) chän cÊu tróc cña calorife vµ chÊt mang nhiÖt, tÝnh hiÖu nhiÖt ®é trung b×nh, tÝnh hÖ sè truyÒn nhiÖt, tÝnh diÖn tÝch ®èt nãng, tÝnh lß ®èt (calorife ®èt b»ng ngän löa). - TÝnh thiÕt bÞ th«ng giã: thiÕt kÕ quü ®¹o cña kh«ng khÝ, tÝnh lùc c¶n trong thiÕt bÞ sÊy, chän qu¹t vµ tÝnh c«ng suÊt ®éng c¬. - thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n c¬ khÝ cña thiÕt bÞ. - X©y dùng ®Æc tÝnh kinh tÕ – kü thuËt cña qu¸ tr×nh sÊy. LËp b¶ng chØ tiªu kinh tÕ – kü thuËt chÝnh so víi thiÕt bÞ thùc tÕ lµm viÖc.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

50

c©u hái «n tËp ch−¬ng I 1. Ph©n biÖt ®é Èm t−¬ng ®åi vµ tuyÖt ®èi? ý nghÜa sö dông thùc tÕ? 2. Tr×nh bµy c¸c d¹ng liªn kÕt Èm? ý nghÜa cña tõng lo¹i liªn kÕt? 3. Tr×nh bµy c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña kh«ng khÝ Èm? C¸ch sö dông ®å thÞ I - d cña kh«ng khÝ Èm? 4. Tr×nh bµy ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt vµ truyÒn Èm trong qu¸ tr×nh sÊy? 5. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh thêi gian sÊy? 6. Tr×nh bµy thø tù tÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy? 7. H7y x¸c ®Þnh ®é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ, khi biÕt ¸p suÊt khÝ trêi b»ng 1 bar, tèc ®é kh«ng khÝ nhá h¬n 0,5 m/s, nhiÖt ®é nhiÖt kÕ kh« t = 400C vµ nhiÖt kÕ −ít t− = 300C. 8. Cho t0 = 250C, d0 = 0,017 kg Èm/kg kk vµ t1 = 900C. H7y x¸c ®Þnh ϕ1, I1 vµ nhiÖt l−îng mµ calorifer t−¬ng øng cÇn cung cÊp q. 9. Gi¶ sö t = t0 = 250C, ϕ = ϕ0 = 85% x¸c ®Þnh d0 vµ I0. 10. X¸c ®Þnh l−îng nhiªn liÖu tiªu hao ®Ó lµm bèc h¬i 250 kg Èm/h trong thiÕt bÞ sÊy. HiÖu suÊt buång ®èt ηb = 0,90, nhiªn liÖu lµ than cã c¸c thµnh phÇn (%). C =36,70 H = 2,70 S = 3,20 N = 0,70 O = 11,10 A = 20,60 W = 25 NhiÖt dung riªng cña nhiªn liÖu Cnl = 0,5 kcal/kg0K NhiÖt ®é t¸c nh©n khi vµo ra khái buång sÊy t1 = 1500C vµ t2 = 600C. Tr¹ng th¸i kh«ng khÝ ngoµi trêi t0 = 200C vµ d0 = 9,80 g/kg kk, tæng tæn thÊt ∆ = - 200 kcal/kg Èm.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

51

Ch−¬ng 2. thiÕt bÞ sÊy ®èi l−u 2.1 Kh¸i niÖm Ph−¬ng ph¸p sÊy ®èi l−u lµ ph−¬ng ph¸p ®−îc dïng kh¸ phæ biÕn trong s¶n xuÊt, sö dông t¸c nh©n sÊy lµ khÝ nãng võa lµm nhiÖm vô truyÒn nhiÖt vµ lÊy Èm ra khái vËt liÖu sÊy. Nh− phÇn ph©n lo¹i thiÕt bÞ sÊy ë ch−¬ng tr−íc, t¸c nh©n sÊy cã thÓ cã nhiÒu d¹ng kh¸c nhau phô thuéc vµo kiÓu m¸y sÊy. Nguyªn t¾c cÊu t¹o: ThiÕt bÞ sÊy ®èi l−u cã cÊu t¹o kh¸c nhau theo tÝnh chÊt, kÕt cÊu, h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc cña vËt liÖu Èm khi ®−a vµo sÊy. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y sö dông réng r7i sÊy ®èi l−u nhê s¶n phÈm ch¸y cña nhiªn liÖu hoÆc hçn hîp víi kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é cao. Qu¸ tr×nh sÊy nµy cã c−êng ®é kh¸ m¹nh. S¬ ®å nguyªn t¾c cÊu t¹o c¸c lo¹i sÊy ®èi l−u cho ë b¶ng d−íi. I - ThiÕt bÞ sÊy vËt rêi, h¹t líp chÆt vµ líp rêi. A - S¶n phÈm rêi (m¶nh), sÊy theo líp.

B¨ng chuyÒn

Tunen Goßng di chuyÓn

B¨ng t¶i

Tñ sÊy

Buång Goßng cè ®Þnh

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

52

B - H¹t rêi. a/ SÊy theo líp. Tuèc bin Qu©n cê

Khe chíp

Qu©n cê cã khe chíp quay

R«to

Buång

b/ SÊy líp t¬i

Trèng

Vßng

Trôc cuèn §Üa chång

Thanh Rung, gia tèc nhá

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

53

II - ThiÕt bÞ sÊy vËt liÖu rêi. 1 - SÊy tÇng s«i.

Mét buång

NhiÒu buång

2 - SÊy khÝ ®éng èng khÝ ®éng

Xycl«n

Khèi khÝ ®éng Khèi

Hçn hîp Líp rung

Hçn hîp - ly t©m cã èng h¬i Khèi rung

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

54

III - ThiÕt bÞ sÊy vËt liÖu nhWo.

IV - ThiÕt bÞ sÊy vËt liÖu láng

Líp s«i

SÊy phun

Líp rung Phun ®Üa ly t©m

Líp rung khÝ ®éng

Vßi phun h¬i

Trôc Líp rung

Líp s«i

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

55

C¸c ký hiÖu: VËt liÖu: T¸c nh©n sÊy: H−íng quay cña phÇn tö c¬ cÊu Sµng ph©n phèi khÝ: Qu¸n trÝnh vËt liÖu:

2.2. Lý thuyÕt tÝnh to¸n TÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy, th−êng b¾t ®Çu tÝnh to¸n bu«ng sÊy, gåm c¸c giai ®o¹n chÝnh sau: TÝnh l−îng Èm bèc h¬i, thiÕt lËp ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vµ x¸c ®Þnh chi phÝ kh«ng khÝ, x¸c ®Þnh kÝch th−íc chÝnh cña buång sÊy, tÝnh to¸n nhiÖt bu«ng sÊy. (H×nh 2.1) §©y lµ s¬ ®å tÝnh to¸n sÊy b»ng kh«ng khÝ kiÓu tunen, cã calorife riªng vµ qu¹t ®Æt tr−íc nã. Kh«ng khÝ

VËt liÖu

VËt liÖu

Kh«ng khÝ

g/Kg g/Kg

Kh«ng khÝ I

g/Kg Kcal/Kg

Kcal/Kg Kcal/Kg

H×nh 2.1. S¬ ®å sÊy b»ng kh«ng khÝ kiÓu tu – nen Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

56

Th«ng sè cña kh«ng khÝ bªn ngoµi: nhiÖt ®é t0, ®é Èm ϕ0, hµm l−îng Èm ®é, entanpy I0 ®−¬c h©m nãng khi qu¹t thæi vµo calorifer vµ khÝ ra víi c¸c th«ng sè t1, ϕ1, d1, I1 ®−îc ®−a trùc tiÕp vµo buèng sÊy. Trong qu¸ tr×nh sÊy, nh÷ng th«ng sè cña kh«ng khÝ sÏ thay ®æi vµ cã gi¸ trÞ t2, ϕ2, d2, I2 vµ tho¸t ra khái buång sÊy. Tr¹ng th¸i vËt liÖu tr−íc khi sÊy ®Æc tr−ng bëi w1 (®é Èm ban ®Çu theo % ®èi víi khèi l−îng chung) vµ t1 (nhiÖt ®é), sau khi sÊy lµ w2 vµ t2. Sù thay ®æi th«ng sè chÝnh cña kh«ng khÝ vµ tÝnh chÊt cña vËt liÖu tr−íc vµ sau khi sÊy chØ trªn s¬ ®å d¹ng ®å thÞ khi sÊy lóa m×. 2.2.1. TÝnh l−îng Èm bèc h¬i. Phï hîp víi ®Þnh luËt b¶o toµn chÊt, khèi l−îng vËt liÖu ®−a vµo m¸y sÊy ph¶i b»ng khèi l−îng vËt liÖu ra khái m¸y céng víi khèi l−îng Èm bèc h¬i. g1 = g2 + U

(2.1)

Trong ®ã: g1, g2 - khèi l−îng vËt liÖu Èm ®−a vµo buång sÊy vµ ®−a ra khái buång sÊy (kg/h). u

– khèi l−îng Èm bèc h¬i (kg/h).

Khèi l−îng vËt liÖu gåm khèi l−îng chÊt kh« tuyÖt ®èi gK vµ khèi l−îng Èm (n−íc) chøa trong vËt liÖu. Trong qu¸ tr×nh sÊy gK = const, ta cã thÓ viÕt g1 = g K + g1 =

gK w 1− 1 100

g2 = g K + g2 =

w1 ⋅ g1 100 (2.2)

w2 ⋅ g2 100

gK w 1− 2 100

(2.3)

Ta cã tû sè g1 100 − w2 = g 2 100 − w1

(2.4)

Suy ra g 2 = g1 ⋅

100 − w2 100 − w1

(2.5)

Tõ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n (2.1) vµ t−¬ng quan (2.4), cã thÓ nhËn ®−îc t−¬ng quan th−êng dïng trong tÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

57

g 100 − w1 w − w2 U = 1− 2 = 1− = 1 ( 2.6 ) g1 g1 100 − w2 100 − w2 U g w − w2 100 − w2 = 1 −1 = −1 = 1 ( 2.7 ) g2 g2 100 − w1 100 − w1

Trong ®ã: U - khèi l−îng Èm bèc h¬i qua 1 kg vËt liªu kh« (kg/kg). g1 U - khèi l−îng Èm bèc h¬i qua 1 kg vËt liÖu sau sÊy (kg/kg). g2

Ta cã:

U = g1 ⋅

w1 − w2 w − w2 = g2 ⋅ 1 ( 2.8 ) 100 − w2 100 − w1

Nh¬ c«ng thøc (2.5) vµ (2.8) khi biÕt gi¸ trÞ ®Çu vµ cuèi cña vËt liÖu Èm vµ khèi l−îng vËt liÖu kh«, cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc khèi l−îng vËt liÖu sau khi sÊy (hoÆc ng−îc l¹i) vµ l−îng Èm bèc h¬i. 2.2.2. C©n b»ng Èm vµ chi phÝ kh«ng khÝ trong bu«ng sÊy. Trong qu¸ tr×nh sÊy khèi l−îng Èm trong hçn hîp kh«ng khÝ t¨ng, khèi l−îng kh« cña kh«ng khÝ kh«ng ®æi. (Thùc tÕ cã thay ®æi mét chót, do ro rØ...). Trong qu¸ tr×nh sÊy khèi l−îng kh«ng khÝ kh« L (kg/kg) cã thÓ coi lµ kh«ng ®æi. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng Èm ®èi víi buång sÊy, biÓu diÔn sù c©n b»ng gi÷a Èm ®−a vµo cña vËt liÖu vµ trong t¸c nh©n sÊy tr−íc khi sÊy vµ Èm ®−a ra khái buång sÊy (trong t¸c nh©n vµ Èm cßn l¹i trong vËt liÖu sÊy) g1 ⋅ w1 d g ⋅w d + L⋅ 1 = 2 2 + L⋅ 2 100 100 100 100

(2.9)

Trong ®ã: g1 ⋅ w1 - khèi l−îng Èm ®−a vµo bu«ng sÊy cïng víi vËt liÖu (kg/h). 100 g 2 ⋅ w2 - khèi l−îng Èm t¸ch khái vËt liÖu (kg/h). 100 L ⋅ d1 d - Khèi l−îng Èm trong kh«ng khÝ vµo bu«ng sÊy (kg/h) (dg/kgkk, kg/kgkk). 100 100 L ⋅ d2 - Khèi l−îng Èm t¸ch kh«ng khÝ (kg/h) 100 Tõ ph−¬ng tr×nh trªn ta viÕt. g1 ⋅ w1 g 2 ⋅ w2 d −d − = L⋅ 2 1 100 100 1000

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

58

g1 ⋅ w1 g 2 ⋅ w2 − - tæn thÊt Èm cña vËt liÖu sau khi sÊy, hoÆc l−îng Èm bèc h¬i 100 100 trong 1 giê u (kg/h). Tõ ®ã ta cã: d −d u = L⋅ 2 1 1000 Khèi l−îng kh«ng khÝ kh«. 1000 L =u⋅ d 2 − d1

HiÖu sè:

L = l Chi phÝ kh«ng khÝ cho 1 kg n−íc bèc h¬i (kg/kg) trong Èm bèc h¬i. u 1000 l= (2.11) d 2 − d1

Kh«ng khÝ ®i qua calorife, d = const, nghÜa lµ d1 = d0, ta viÕt. 1000 l= (2.11’) d2 − d0 §©y lµ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n ®Ó x¸c ®Þnh chi phÝ kh«ng khÝ trong thiÕt bÞ sÊy. Tõ (2.11’) cho thÊy chi phÝ kh«ng khÝ t¨ng khi t¨ng d0. Hµm l−îng Èm bªn ngoµi vµo mïa hÌ cao h¬n mïa ®«ng, do ®ã th−êng tÝnh qu¹t theo ®iÒu kiÖn mïa hÌ. TÝnh to¸n qu¹t theo thÓ tÝch kh«ng khÝ di chuyÓn. biÕt chi phÝ kh«ng khÝ theo khèi l−îng kh«ng khÝ kh« L, cã thÓ x¸c ®Þnh chi phi kh«ng khi theo thÓ tÝch V (m3 Èm/h). V = L⋅V0 ë ®©y: V0 - ThÓ tÝch kh«ng khÝ Èm, x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i V0 = Vc (thÓ tÝch riªng cña kh«ng khÝ kh«). 622 ⋅ ϕ2 ⋅ Ph2 vµo ph−¬ng tr×nh (2.11’); chó ý r»ng d0 ≈ 0 v× gi¸ trÞ cña Thay gi¸ trÞ d 2 = B − ϕ2 ⋅ Ph2 nã b»ng 5 ÷ 10 g/kg qu¸ nhá so víi d2; ta cã

(

)

 B  1000 1000 ⋅ B − ϕ2 ⋅ Ph2 = = 1, 6 ⋅  − 1  ϕ2 ⋅ Ph  622 ⋅ ϕ 2 ⋅ Ph2 d2 − d0   2 Qua ph−¬ng tr×nh nµy cho thÊy; chi phÝ kh«ng khÝ l gi¶m: khi t¨ng ϕ2 (2.13) nghÜa lµ t¨ng møc ®é b7o hoµ cña kh«ng khÝ ra khái buång sÊy; t¨ng Ph2, nghÜa lµ t2 - nhiÖt ®é kh«ng khÝ ra khái buång sÊy. Gi¶m ¸p suÊt khÝ trêi B . Chi phÝ kh«ng khÝ l còng cã thÓ x¸c ®Þnh trªn ®å thÞ (I-d). 2.2.3. TÝnh nhiÖt buång sÊy. §Ó tÝnh chi phÝ nhiÖt trong thiÕt bÞ sÊy, thiÕt lËp sù c©n b¨ng nhiÖt cña buång sÊy: sù gi¶m c©n b»ng gi÷a nhiÖt ®−a vµo buång sÊy vµ l−îng nhiÖt tho¸t ra khái buång sÊy. §Ó ®¬n l=

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

59

gi¶n tÝnh to¸n, ta coi qu¸ tr×nh sÊy kh«ng tæn thÊt nhiÖt vµ bæ xung nhiÖt. Ng−êi ta gäi ®ã lµ sÊy lý thuyÕt. a) SÊy lý thuyÕt. SÊy kh«ng cã tæn thÊt, nghÜa lµ nhiÖt chØ chi phÝ lµm bèc h¬i Èm cña vËt liÖu vµ ®èt nãng khÝ ®7 lµm viÖc. Ta kh«ng tÝnh nhiÖt cÇn h©m nãng c¬ cÊu vËn chuyÓn, tæn thÊt vµo m«i tr−êng, nhiÖt h©m nãng vËt liÖu, khi ®ã: t1 = t2 (t1, t2 nhiÖt ®é tr−íc vµ sau khi sÊy cña vËt liÖu). C©n b»ng nhiÖt buång sÊy. L ⋅ I 2 + g1 ⋅ c1 ⋅ t1 = L ⋅ I 2 + g 2 ⋅ c2 ⋅ t2 (2.14) Trong ®ã: I1, I2 - Entanpi cña kh«ng khÝ tr−íc vµ sau khi ra khái buång sÊy (kJ/kgkk) tõ ®ã cho thÊy, l−îng nhiÖt (KJ/h hoÆc watt) ®−a vµo buång sÊy víi kh«ng khÝ (LI1) vµ vËt liÖu (g1c1t1) b»ng l−îng nhiÖt ra khái buång sÊy víi kh«ng khÝ(LI2) vµ vËt liÖu (g2c2t2). V× g1 = g2 + U, nhiÖt dung riªng cña n−íc C1 = 1kcal/kg0C ta cã thÓ viÕt. g1 ⋅ c1 ⋅ t1 = g 2 ⋅ c2 ⋅ t1 + U ⋅ t1 (2.15) Trong hÖ SI, Cn = 4,19 kJ/kg0K vµ khi ®ã g1 ⋅ c1 ⋅ t1 = g 2 ⋅ c2 ⋅ t1 + U ⋅ 4,19 ⋅ t1 hoÆc d¹ng chung g1 ⋅ c1 ⋅ t1 = g 2 ⋅ c2 ⋅ t2 + U ⋅ Cn ⋅ t1 (2.15) vµo ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ta cã: L ⋅ I1 + g1 ⋅ c1 ⋅ t1 + U ⋅ Cn ⋅ t1 = L ⋅ I 2 + g 2 ⋅ c2 ⋅ t2

Khi sÊy kh«ng cã tæn thÊt t1 = t2 do ®ã L ⋅ I1 + U ⋅ Cn ⋅ t1 = L ⋅ I 2

(2.16)

Entapy cña kh«ng khÝ ra khái buång sÊy U ⋅ Cn ⋅ t1 I 2 = I1 + (2.17) L C©n b»ng nhiÖt cña qu¸ tr×nh ®èt nãng kh«ng khÝ trong calorife L ⋅ I 0 + Qk = L ⋅ I1 (2.18) Trong ®ã: I0 - Entanpy cña kh«ng khÝ vµ calorife (kJ/kg). Qk - NhiÖt truyÒn vµo kh«ng khÝ trong calorife (kJ/h hoÆc W) Tõ ®Êy cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc Qt ®èi víi sÊy lý thuyÕt vµ sÊy thùc. Qk = L ⋅ ( I1 − I 0 ) (2.19) Qt = qt ta cã U qk = l ⋅ ( I1 − I 0 ) (2.19’)

Chia hai vÕ cho U vµ ký hiÖu

Thay gi¸ trÞ (2.18) LI1 vµo (2.16) ta cã L ⋅ I 0 + Qk + U ⋅ cn ⋅ t1 = L ⋅ I 2 Tõ ®ã nhËn ®−îc biÓu thøc kh¸c ®èi víi chi phÝ nhiÖt trong calorife khi sÊy lý thuyÕt. Qt = L ⋅ ( I 2 − I 0 ) − U ⋅ cn ⋅ t2 (2.20) hoÆc

qt = l ⋅ ( I 2 − I 0 ) − cn ⋅ t1

(2.21)

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

60

§Ó thÊy râ kÕt cÊu c©n b»ng nhiÖt khi sÊy kh«ng cã tæn thÊt, thay gi¸ trÞ I2, I0 tõ c«ng thøc d−íi vµo (2.21). d I = ck ⋅ t + ⋅ Ia 1000 ë ®©y I = r + 0,44⋅t lµ entanpy cña h¬i chøa trong kh«ng khÝ, ta cã

(

)

qk = l ⋅ ck ⋅ ( t2 − t0 ) + 0, 001⋅ d 2 ⋅ I c2 − d 0 ⋅ I a0  − cn ⋅ t1   qk = l ⋅ ck ⋅ ( t2 − t0 ) + 0, 001⋅ l ⋅ d 2 ⋅ I a2 − 0, 001⋅ l ⋅ d 0 ⋅ I a 0 + 0, 001l ⋅ d 0 ⋅ I a 2

(

−0, 001⋅ l ⋅ d0 ⋅ I a2 − cn ⋅ t1 = l ⋅ ck ⋅ ( t2 − t0 ) + 0, 001⋅ l ⋅ ( d 2 − d0 ) ⋅ I a2 + 0, 001⋅ l ⋅ d 0 ⋅ I a2 − I a0

)

−cn ⋅ t1

Bëi v× 0,001⋅(d2 - d0) ⋅l = 1. Ta cã ph−¬ng tr×nh cuèi cïng qk = I a2 − cn ⋅ t1 + l ⋅ ck ⋅ ( t2 − t0 ) + 0, 001⋅ l ⋅ d0 I a2 − I a0    qk = qbh + qyx hoÆc

(

)

(

)

(2.22) (2.23)

Tõ ®ã cho thÊy sÊy lý thuyÕt, nhiÖt truyÒn vµo kh«ng khÝ trong calorife, Èm bèc h¬i tõ vËt liÖu (qbh), mét phÇn cña nã kh«ng tr¸nh khái mÊt vµo kh«ng khÝ tho¸t ra khái buång sÊy (qyx). b) SÊy thùc. SÊy thùc lµ sÊy cã tÝnh tíi tæn thÊt: h©m nãng vËt liÖu qvl, c¬ cÊu vËn chuyÓn qvc, tæn thÊt vµo m«i tr−êng qmt. Ngoµi ra kh«ng khÝ cßn nhËn ®−îc nhiÖt tõ bÒ mÆt ®èt nãng trong buång sÊy mét l−îng phô thªm qft. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt trong sÊy thùc cã d¹ng: qk + qft = qbh + qyx + Σqtt Tæng tæn thÊt nhiÖt: Σqtt = qvl + qvc + qmt L−îng nhiÖt chung ®−a vµo buèng sÊy: q = qk + qft Tæn thÊt nhiÖt h©m nãng vËt liÖu ra khái buång sÊy cã d¹ng: g qvl = 2 ⋅ cvl 2 ⋅ ( t2 − t1 ) U g2 Trong ®ã: - Khèi l−îng vËt liÖu ra khái buång sÊy, tÝnh cho 1kg Èm bèc h¬i cã U thÓ tÝnh theo gi¸ trÞ ®7 cho w1, w2 g 2 100 − w1 = U w1 − w 2 NhiÖt dung riªng cña vËt ®7 sÊy: c ⋅ w + c ⋅ (100 − w 2 ) Cvl 2 = n 2 k 100 Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

61

§Ó x¸c ®Þnh t2 cÇn t×m sù phô thuéc hµm sè gi÷a nhiÖt ®é t vµ hµm l−îng Èm cña vËt dt dt liÖu u trong qu¸ tr×nh sÊy; x¸c ®Þnh bëi ®é lín b = . Tû sè ®Æc tr−ng cho sù thay ®æi du du nhiÖt ®é trung b×nh cña vËt liÖu trong qu¸ tr×nh sÊy, khi thay ®æi hµm l−îng trung b×nh ®i 1 kgÈm/ kgchÊt kh« gäi lµ hÖ sè nhiÖt ®é sÊy. Trong thêi kú sÊy thø nhÊt vµ ban ®Çu cña thêi kú thø hai. dt du ≈ 0; = const; b ≈ 0 a) dτ dτ ë cuèi qu¸ tr×nh sÊy. dt du > 0; → 0 vµ b → ∞ b) dτ dτ Gi÷ ®óng ®Æc tÝnh phô thuéc t = f(u) cã ph−¬ng tr×nh gÇn ®óng c) tho¶ m7n ®iÒu kiÖn a,b. n

 u −u  t = tk − ( tk − t − ) ⋅ 1 −  k 1 c)  u − u   k1 p  Trong ®ã: tk - nhiÖt ®é m«i tr−êng t− - nhiÖt ®é nhiÖt kÕ −ít u - hµm l−îng Èm ë thêi ®iÓm bÊt kú τ uk1, up - hµm l−îng Èm chuÈn vµ c©n b»ng cña vËt liÖu n - hÖ sè phô thuéc tÝnh chÊt vËt liÖu ¶nh h−ëng cña th«ng sè chÕ ®é cña qu¸ tr×nh (nhiÖt ®é t vµ ®é Èm kh«ng khÝ ϕ) tíi uk1 vµ up. NÕu biÕt gi¸ trÞ uk1 vµ up th× ph−¬ng tr×nh c) t = f(u) nghÜa lµ t = f1(τ) ng−êi ta x¸c ®Þnh nhiÖt ®é cña vËt liÖu cuèi qu¸ tr×nh sÊy t2. BiÕt quan hÖ t = f(u) cho phÐp tÝnh to¸n ®éng häc thiÕt bÞ sÊy khi sö dông sè Rªbin®e Rb. n −1

 uk − u  n⋅ 1  uk − u p  ck − cvl ⋅ u 1   Rb = − ⋅ ( tk − t − ) ⋅ r  uk − u 2 ⋅ 1−  1  uk − u p  1

(

Rb = − K 0 ⋅

)

  

n

⋅

1 uk1 − u p

n ⋅ Eu n −1

2 ⋅ 1 − Eu n ChuÈn K«ss«Bitra ®èi víi thêi kú 2. uk − u c ⋅ (t − t ) ; ( 2.24 ) K 0 = vl k − ; Eu = 1 uk1 − u p r ⋅ uk1 − u p

(

)

cvl = ca ⋅ u + ck

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

62

Ph−¬ng tr×nh (2.24) thiÕt lËp mèi t−¬ng quan gi÷a chi phÝ nhiÖt ®Ó h©m nãng vËt liÖu vµ sù bèc h¬i Èm t¹i thêi ®iÓm bÊt kú cña thêi kú sÊy thø 2 (®−îc x¸c ®Þnh bëi Rb) vµ t−¬ng quan gi÷a Rb/K0.

Rb n ⋅ Eu n −1 (2.25) = K 0 2 ⋅ 1 − Eu u TÝnh to¸n ®éng lùc häc dÉn tíi x¸c ®Þnh sù phô thuéc cña Rb = f(u) hoÆc (Rb = f1(τ) chi phi nhiÖt h÷u Ých qhi. du qhi = ς 0 ⋅ Rv ⋅ r ⋅ ⋅ (1 + Rb ) dτ qhi - Chi phÝ nhiÖt h÷u Ých trªn mét ®¬n vÞ bÒ mÆt bèc h¬i trong mét ®¬n vÞ thêi gian tæn thÊt nhiÖt h©m nãng c¬ cÊu vËn chuyÓn. g qvc = vc ⋅ cvc ⋅ tvc2 − tvc1 U Trong ®ã: gvc - Khèi l−îng c¬ cÊu vËn chuyÓn sau mét giê qua buång sÊy (kg/h) . Tæn thÊt nhiÖt qua m«i tr−êng qmt bao gåm tæn thÊt qua c¬ cÊu bao che qbc (lµ chÝnh) vµ tæn thÊt rß rØ khÝ do kh«ng kÝn qyx. qmt = qbc + qyx Tæn thÊt nhiÖt qua bao che cña buång sÊy ®−îc tÝnh theo c«ng thøc truyÒn nhiÖt. ∑ K ⋅ F ⋅ ∆ttb qbc = (2.26) U Trong ®ã: F - DiÖn tÝch bÒ mÆt tõng vïng (m2) K - HÖ sè truyÒn nhiÖt chung cña vïng bao che (w/m20K). ∆ttb - Sai lÖch nhiÖt ®é trung b×nh ®èi víi tõng vïng ∆ttb = ttb − tn

(

)

ttb - nhiÖt ®é trung b×nh cña kh«ng khÝ (m«i tr−êng h¬i - khÝ) trong buång sÊy cña bÒ mÆt bao che nµo ®ã. t +t ttb = 1 2 2 t1, t2 - NhiÖt ®é cùc ®¹i vµ cùc tiÓu cña kh«ng khÝ trong buång sÊy cña vïng bao che. tn - NhiÖt ®é kh«ng khÝ trong nhµ sÊy. C¸c c¬ cÊu bao che chia thµnh tõng vïng phô thuéc vµo cÊu tróc (t−êng, trÇn, cöa, nÒn) vµ vËt liÖu (kim lo¹i, g¹ch...). HÖ sè nhiÖt chung K (w/m2K) x¸c ®Þnh theo. 1 K= (2.27) δn 1 1 +∑ +

α1

λn

α2

Trong ®ã: α1, α2 - HÖ sè trao ®æi nhiÖt tõ m«i tr−êng buång sÊy vµo bªn trong bÒ mÆt t−êng bao che vµ tõ bªn ngoµi mÆt t−êng bao che vµo m«i tr−êng kh«ng khÝ (w/m2K). δn - §é dÇy tõng líp cÊu t¹o nªn bao che (m).

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

63

λm - HÖ sè dÉn nhiÖt t−¬ng øng (w/m0K) Trao ®æi nhiÖt gi÷a khÝ vµ t−êng phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè: th«ng sè vËt lý cña khÝ, thµnh phÇn vµ nhiÖt ®é cña nã, chÕ ®é chuyÓn ®éng cña khÝ,vµ tèc ®é cña nã (chuyÓn ®éng tù do hay c−ìng bøc, chÕ ®é ch¶y tÇng hay ch¶y rèi...), kÝch th−íc h×nh häc cña buång, vÞ trÝ t−êng hoÆc thµnh (®øng hay n»m ngang) vµ tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña nã. Trong buång sÊy. Kh«ng khÝ chuyÓn ®éng d−íi t¸c ®éng cña qu¹t (chuyÓn ®éng c−ìng bøc). NhiÖt chuyÒn tõ kh«ng khÝ cña buång sÊy vµo t−êng lµ ®èi l−u c−ìng bøc. Hµng lo¹t chuyÓn ®éng c−ìng bøc trong buång sÊy, g©y ra mËt ®é khÝ kh«ng ®Òu theo chiÒu cao buång sÊy. Do ®ã hÖ sè α1 nªn tÝnh theo c«ng thøc cña Phª - §« - Rèp n.m

α1 = A ⋅ (α1' + α1'' ) Trong ®ã: A - HÖ sè phô thuéc vµo chÕ ®é chuyÓn ®éng cña khÝ vµ tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña thµnh. §èi víi chÕ ®é ch¶y rèi vµ bÒ mÆt nh¸m A = 1,2 ÷ 1,3. α1’ - HÖ sè truyÒn nhiÖt khi chuyÓn ®éng c−ìng bøc. α1’’ - HÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi l−u tù nhiªn. Nu = c ⋅ Re n ⋅ Pr n X¸c ®Þnh nhê: ë ®©y:

Nu =

α ⋅ l - ChuÈn Nussen λ

l λ c, n, m v⋅d Re =

γ

- KÝch th−íc h×nh häc cña bao che (m) - HÖ sè dÉn nhiÖt cña khÝ (w/m0K) - HÖ sè tÝnh tíi ®iÒu kiÖn chÈy cña qu¸ tr×nh - ChuÈn Reynol

v - Tèc ®é chuyÓn ®éng cña khÝ (m/s). γ - §é nhít ®éng häc (m2/s) d - KÝch th−íc h×nh häc cña buång (r7nh) (m). §èi víi Tunen tiÕt diÖn ch÷ nhËt (BXH), ta cã ®−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng.

dtd = A ⋅

S' B⋅H 2⋅ B⋅ H = 4⋅ = 2⋅( B + H ) B + H p

ë ®©y: S’ - DiÖn tÝch tiÕt diÖn ngang dßng khÝ P - chu vi −ít γ µ ⋅ g ⋅c Pr - chuÈn Prandt = = a λ a - HÖ sè dÉn nhiÖt cña khÝ (m2/s) µ - ®é nhít ®éng lùc (NS/m2)

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

64

KJ/Kg0K

Kg/m2

λ/1,15 W/m0K

g - Gia tèc tù do (m/s2) c - NhiÖt dung riªng cña khÝ (kJ/kg0K)

H×nh 2.2. TÝnh chÊt vËt lý cña dßng khÝ cã thµnh phÇn trung b×nh CO2 = 12,3%, N2 = 80,5% O2 = 7,2% theo thÓ tÝch §èi víi khÝ 2 nguyªn tö Pr = 0,7 vµ c«ng thøc ®¬n gi¶n sÏ lµ Nu = C’⋅Re’’ Khi Re < 105 Nu = 0,66⋅Re0,5 Nu = 0,032⋅Re0,8 Khi Re > 105 §èi víi chÕ ®é ®èi l−u tù nhiªn, hÖ sè trao ®æi nhiÖt α1’’ x¸c ®Þnh qua chuÈn Nussen. Nu = C " ⋅ ( Gr ⋅ Pr )

n

Trong ®ã chuÈn Gratgop

Gr =

g ⋅ l 3  Ttb − Tt  ⋅  ν 2  Ttb 

ë ®©y: Ttb vµ Tt nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµ thµnh (0K) H»ng sè c’’ vµ n víi c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña Gr.Pr cho trong b¶ng 2.2. Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

65

B¶ng 2.1. Th«ng sè vËt lý cña kh«ng khÝ khi B = 735,5 mmHg

0,0244 0,0256 0,0271 0,0285 0,0298 0,0311 0,0324 0,0336 0,0350 0,0361 0,0372

0,0210 0,0222 0,0234 0,0246 0,0257 0,0268 0,0279 0,0290 0,0301 0,0311 0,0322

0,137 0,157 0,176 0,196 0,217 0,238 0,262 0,285 0,306 0,331 0,358

0,195 0,222 0,248 0,278 0,306 0,337 0,368 0,403 0,436 0,469 0,505

Ns/m2

a.104m2/s

γ.104m3/s

Kcal/m.h.0C

W/m0K

0 1,005 0,240 1,252 20 1,010 0,242 1,164 40 1,010 0,242 1,092 60 1,020 0,243 1,025 80 1,021 0,244 0,968 100 1,021 0,244 0,916 120 1,022 0,245 0,870 140 1,022 0,245 0,827 160 1,028 0,246 0,789 180 1,035 0,247 0,755 200 1,035 0,247 0,723 B¶ng 2.2. Gi¸ trÞ cña C’’ vµ n.

17,2 18,2 19,2 20,1 21,0 21,7 22,8 23,6 24,2 25,0 26,0

Ks/m2

µ.106

λ

ρ , kg/m3

Kcal/kg0C

kJ/kg0K

t0 , C

Cp

1,75 1,86 1,96 2,05 2,14 2,22 2,32 2,40 2,46 2,55 2,64

Gr.Pr C’’ n Gr.Pr C’’ n -4 -3 2 7 0,5 0 0,54 1/4 1.10 ÷ 1.10 5.10 ÷ 2.10 -3 2 7 13 1,18 1/8 0,135 1/4 1.10 ÷ 5.10 2.10 ÷ 1.10 NhiÖt ®é bªn ngoµi mÆt t−êng buång sÊy cÇn gi÷ trong kho¶ng 30 ÷ 400C ®Ó ®¶m b¶o an toµn lao ®éng. NhiÖt ®é bÒ mÆt bªn trong t−êng kh«ng ®−îc nhá h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng cña m«i tr−êng h¬i - kh«ng khÝ t¹i c¸c vïng trong buång sÊy ®Ó tr¸nh ng−ng tô h¬i n−íc ë mÆt trong t−êng. §Ó kiÓm tra cã thÓ sö dông c¸c quan hÖ sau: + MÆt ngoµi t−êng buång sÊy. Qbc = α 2 ⋅ F ( tnt − tn ) = k ⋅ F ⋅ ( ttb − tn ) NhiÖt ®é mÆt t−êng ngoµi.

tnt = tn +

k ⋅ ( ttb − tn )

α2

+ NhiÖt ®é mÆt trong t−êng buång sÊy. Qbc = α1 ⋅ F ⋅ ( ttb − ttt ) = k ⋅ F ⋅ ( ttb − tn )

ttt = ttb −

k ⋅ ( ttb − tn )

α1

§Ó tÝnh to¸n s¬ bé bao che cña buång sÊy, cã thÓ lÊy K = 0,93 ÷ 1,74 w/m20K.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

66

Khi thiÕt lËp c©n b»ng nhiÖt lµm viÖc cña m¸y sÊy cã thÓ dïng c«ng thøc. ∑ α 2 ⋅ ( tnt − tn ) ⋅ F qbc = U TruyÒn nhiÖt tõ mÆt ngoµi cña t−êng m¸y sÊy do ®èi l−u tù nhiªn cña kh«ng khÝ n¬i ®Æt m¸y vµ bøc x¹ cña thµnh ®èi diÖn (t−êng c«ng tr×nh). Do ®ã hÖ sè truyÒn nhiÖt α2 lµ tæng cña hai hÖ sè ®ã. α2 = α2s + α2” ë ®©y: α2s - HÖ sè truyÒn nhiÖt do bøc x¹. α2” - HÖ sè truyÒn nhiÖt do ®èi l−u tù nhiªn

 Tnt  4  Tt 4  C1− 2 ⋅   −    100   100    α 2s = ( tnt − tn ) ë ®©y: C1-2

- HÖ sè bøc x¹ qui dÉn (W/m2K4) cã thÓ tÝnh gÇn ®óng C ⋅C C1− 2 ≈ 1 2 5,8 C1, C2 - HÖ sè bøc x¹ truyÒn vµ nhËn nhiÖt cña bÒ mÆt B¶ng 2.3. HÖ sè bøc x¹ cña vËt r¾n. VËt liÖu 20

GiÊy KÝnh Th¹ch cao Gç

4

W/m K 4,65 - 5,43 5,4 4,65 ÷ 5,2 4,54 - 5,15

C Kcal/m2.h.k4 4 - 4,61 4,65 4 ÷ 4,48 3,9 ÷ 4,45

Tæn thÊt nhiÖt qua nÒn buång sÊy Qn: Trong ®ã:

VËt liÖu 2

C¸c t«ng ThÐp tÊm Gang nh¸m

«xÝt ch×

W/m K 5,25 3,2 2,65 1,61

4

C Kcal/m2.h.K4 4,52 2,7 4,0 1,39

Qn = qn' ⋅ Fn

Fn - DiÖn tÝch nÒn (m2). qn’ - Tæn thÊt nhiÖt cho 1m2 nÒn tÝnh víi nhiÖt trung b×nh cña buång sÊy.

B¶ng 2.4. Tæn thÊt nhiÖt qn’ (w/m2) NhiÖt ®é 0C 20 40 60 80 100 150 1 22 35 48,5 61,4 74,5 107,1 2 17,4 27,8 39,1 49,3 59,5 86,2 3 16,1 24,5 34,4 43 52,4 76,1 4 15,2 23,4 31,9 40,1 48,1 61 15,1 22,8 31 38,5 45,6 66,8 0 Tõ 20 - 250 C vµ kho¶ng c¸ch tõ t−êng ngoµi cña c«ng tr×nh X = 1 ÷ 5m.

X (m)

5

250 173 137,5 121,1 110,2 104,3

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

67

Tæn thÊt nhiÖt do rß rØ kh«ng khÝ khái buång sÊy (kJ/kg). L qr = r ⋅ cr ⋅ ( ttb − tn ) (2.28) U Trong ®ã: Lr - Rß rØ kh«ng khÝ (kg/h) x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm cr - NhiÖt dung riªng kh«ng khÝ cña buång sÊy khi ttb. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt trong sÊy thùc L ⋅ I 0 + Qt + U ⋅ cn ⋅ t1 + g 2 ⋅ c2 ⋅ t1 + gvc ⋅ cvc ⋅ tvc1 + Q ft =

L ⋅ I 2 + g 2 ⋅ c2 ⋅ t2 + gvc ⋅ cvc ⋅ tvc2 + Qmt Chia hai bªn cho U, nghÜa lµ chi phÝ nhiÖt cho 1 kg Èm bèc h¬i, sau khi biÕn ®æi ta cã. g g qk = l ⋅ ( I 2 − I 0 ) + 2 ⋅ c2 ( t2 − t1 ) + vc ⋅ cvc ⋅ tvc2 − tvc1 + qmt − cn ⋅ t1 U U HoÆc: qk = l ⋅ ( I 2 − I 0 ) + qvl + qvc − qmt − cn ⋅ t1 = l ⋅ ( I 2 − I 0 ) + ∑ qtt − q ft − c1 ⋅ t1 (2.29)

(

)

Thay gi¸ trÞ cña qk ë ph−¬ng tr×nh (2.19’) vµo (2.29) ta cã. l ⋅ ( I1 − I 0 ) = l ⋅ ( I 2 − I 0 ) + ∑ qtt − q ft − c1 ⋅ t1 Suy ra:

l ⋅ ( I 2 − I1 ) = q ft + c1 ⋅ t1 − ∑ qtt §Æt tæng phÇn ph¶i qua ∆ (kJ/kgÈm) ∆ = q ft + c1 ⋅ t1 − ∑ qtt Suy ra:

l ⋅ ( I 2 − I1 ) = ∆ (2.30) ∆ l Ph−¬ng tr×nh (2.30) ®Æc tr−ng sù thay ®æi entanpi hçn hîp h¬i kh«ng khÝ trong sÊy thùc. NÕu ∆ > 0 nghÜa lµ (qft + c1⋅t1) > Σqtt th× I2 > I1 NÕu ∆ < 0 nghÜa lµ (qft + c1⋅t1) < Σqtt th× I2 < I1 th−êng thÊy trong buång sÊy kh«ng cã bæ xung nhiÖt (qft = 0) NÕu ∆ = 0 th× I2 = I1 (sÊy lý thuyÕt hoÆc sÊy thùc víi qft + c1⋅t1 = Σqtt qk = l⋅(I2 - I0) - ∆ c)X©y dùng ®å thÞ I - d, ph−¬ng ph¸p - ®å thÞ - gi¶i tÝch tÝnh chi phÝ nhiÖt vµ kh«ng khÝ. KhÝ trêi cã th«ng sè d0, ϕ0 (®iÓm A) ®−îc ®èt nãng trong calorife khi d = const, nhiÖt ®é cña nã t¨ng tõ t0 ®Õn t1 (®iÓm B), entanpy tõ I0 ®Õn I1, ngoµi ra h©m nãng kh«ng khÝ Èm, ®é Èm gi¶m tõ ϕ0 ®Õn ϕ1. Qu¸ tr×nh ®èt nãng kh«ng khÝ trong calorife biÓu diÔn bëi ®o¹n AB víi d = const. Qu¸ tr×nh sÊy lý thuyÕt biÓu diÔn bëi ®−êng I = const; NhiÖt ®é kh«ng khÝ gi¶m tõ t1 xuèng t2, hµm l−îng Èm t¨ng tõ d1 ®Õn d2, cïng lµm t¨ng c¶ ®é Èm kh«ng khÝ tõ ϕ1 ®Õn ϕ2.

I 2 = I1 +

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

68

Th«ng sè khÝ ®7 lµm viÖc (t2, d2) x¸c ®Þnh trªn ®å thÞ ë ®iÓm cuèi cung cña qu¸ tr×nh C0. Nh− vËy trong qu¸ tr×nh sÊy biÓu diÔn b»ng ®−êng BC0. Trong sÊy thùc I2 ≠ I1, thay ®æi gi¸ trÞ entanpy x¸c ®Þnh bëi dÊu cña ∆ phu hîp víi ph−¬ng tr×nh (2 -30). NÕu ∆ > 0 th× I2’ > I1, ®−êng sÊy thùc BC1’ nghiªng lªn trªn so víi ®−êng I1 = const. NÕu ∆ < 0 th× I2” < I1 ®−êng sÊy thùc BC” lÖch xuèng d−íi so víi ®−êng I1 = const ( h×nh 2.3b). Nh− vËy x©y dùng qu¸ tr×nh sÊy trªn ®å thÞ I - d, cÇn x¸c ®Þnh gãc nghiªng ®−êng BC. Gi¶ thiÕt ®−êng sÊy thùc BC ®7 biÕt (H×nh 2.3c), sö dông quan hÖ 1000 1000 ∆ = l⋅(I2 - I1) thay l b»ng gi¸ trÞ , ta cã ⋅ ( I 2 − I1 ) = ∆ d 2 − d1 d 2 − d1

b

c H×nh 2.3. X©y dùng ®å thÞ I - d qu¸ tr×nh sÊy a - sÊy lý thuyÕt b - c sÊy thùc

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

69

BiÓu thøc viÕt v¬i trung gian bÊt kú ( vÝ dô ®iÓm E cã d vµ l) 1000 ⋅ ( I − I1 ) = ∆ (2.32) d − d1 Gi¸ trÞ (I - I1) biÓu diÔn bëi ®o¹n El víi tû lÖ xÝch EeMi = I - I1, efMd = d - d1 thay vµo (2.32) ta cã. 1000 ⋅ Ee ⋅ M i = ∆ efM d Ký hiÖu 1000 ⋅

Mi = m ( ®¹i l−îng kh«ng ®æi víi ®å thÞ ®7 cho) Md

∆ (2.33) m §é lín Ee biÓu diÔn qu¸ tr×nh sÊy trong ®å thÞ I - d. Tr×nh tù c¸c b−íc x©y dùng: + Trªn ®−êng I1 = const c¾t ®−êng d t¹i e. ∆ ë ®©y ef lµ kho¶ng c¸ch tõ + Trªn ®−êng nµy ®Æt ®o¹n nµy lµ eE (mm), eE = ef ⋅ m ®iÓm e ®Õn ®−êng d1 = const (mm). + §o¹n eE ®Æt phÝa trªn nÕu ∆ > 0 vµ d−íi ∆ < 0. + Nèi B víi E, BE c¾t ®−êng ϕ2 = const, ta ®−îc ®iÓm kÕt thóc qu¸ tr×nh, ®iÓm C. Nh− vËy ta cã ®−¬ng gÉy khóc AB ( h©m nãng trong calorife) vµ BC ( qu¸ tr×nh sÊy). Trong qu¸ tr×nh s©y dùng cã thÓ t×m l (chi phÝ kh«ng khÝ kg/kg) vµ qk ( chi phÝ nhiÖt trong calorife kJ/kg) tõ c«ng thøc. 1000 1000 l= = d 2 − d1 CD ⋅ M d eE = ef ⋅

qk = l ⋅ ( I1 − I 0 ) =

AB 1000 ⋅ AB ⋅ M i = m ⋅ CD ⋅ M d CD

AB; CD (mm) ®é lín ®o¹n ®o. d) Ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch tÝnh to¸n th«ng sè kh«ng khÝ trong thiÕt bÞ sÊy. + TÝnh to¸n gi¶i tÝch lu«n cho gi¸ trÞ chÝnh x¸c h¬n so víi ®å thÞ. D−íi ®Êy cho vÝ dô tÝnh to¸n theo ph−¬ng ph¸p phª - ®« - rèp H.E. Gi¶ sö c¸c th«ng sè bªn ngoµi lµ t0, ϕ0, th«ng sè ra khái buång sÊy t2, ϕ2 ta t×m ∆, cÇn biÕt t1 (kh«ng khÝ h©m nãng trong calorife), l chi phi kh«ng khÝ vµ q chi phÝ nhiÖt. 622 ⋅ Pa0 622 ⋅ ϕ0 ⋅ Ph0 = ; ( g / kg ) d0 = B − Pa0 B − ϕ ⋅ Ph 0

d2 = l=

622 ⋅ ϕ 2 ⋅ Ph 2 B − ϕ ⋅ Ph2

1000 ; ( kg / kg ) d2 − d0

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

70

d0 ⋅ ( 2500 + 1,84 ⋅ t0 ) ; ( kJ / kgkk ) 1000 qk = l ⋅ ( I 2 − I1 ) − ∆

l2 = ck ⋅ t0 +

t1 t×m tõ ph−¬ng tr×nh: qK = l ( I1 − I 0 ) Khi d1 = d0 ta cã:

d d   qK = l ⋅ ( I1 − I 0 ) = l ⋅ 1, 01⋅ t1 + 0 ⋅ ( 2500 + 1,84 ⋅ t1 ) − 1, 01⋅ t0 − 0 ⋅ ( 2500 + 1,84 ⋅ t0 )  1000 1000   = l ⋅ ( t1 − t0 ) ⋅ (1, 01 + 1,84 ⋅10−3 ⋅ d 0 )

(kJ/kgÈm)

suy ra: t1 =

qk + t0 l ⋅ (1, 01 + 1,84 ⋅10−3 ⋅ d 0 )

(2.34)

+Gi¶ sö th«ng sè kh«ng khÝ ®7 cho t0, ϕ0, t1 vµ t2. T×m ϕ2 vµ q. 622 ⋅ ϕ0 ⋅ Ph 0 d0 = ; d1 = d0 B − ϕ0 ⋅ Ph 0

• T×m

I1 = CK ⋅ t1 +

d0 ( 2500 + 1,84t1 ) 1000

• T×m d2 b»ng gi¶i hai ph−¬ng tr×nh l(I2 – I1) = ∆ 1000 ∆ l= = d 2 − d1 I 2 − I1

∆ CK ⋅ t2 +

d2 (2500 + 1,84t 2 ) − I 1 1000

=

1000 d2 − d0

Suy ra

d2 =

1000(C K t 2 − I 1 ) + ∆d 0 1000(C K t 2 − I 1 ) + ∆d 0 = ∆ − (2500 + 1,84t 2 ) ∆ − I a2

Ia2 x¸c ®Þnh nhê b¶ng h¬i n−íc d2B • ϕ2 = (622 + d 2 )Ph 2

• BiÕt d2 x¸c ®Þnh

l=

1000 d2 − d0

d0 (2500 + 1,84t 0 ) 1000 • qK =l(I2- I0) =∆

• I 0 = CK t0 +

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

71

e/ SÊy cã t¸c nh©n sÊy håi l−u. C¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n tr×nh bµy ë trªn dïng víi t¸c nh©n sÊy ®−îc x¶ vµo m«i tr−êng ë giai ®o¹n cuèi vµ kh«ng cã nhiÖt bï thªm trong qu¸ tr×nh sÊy. Thùc tÕ ng−êi ta tËn dông nhiÖt cña khÝ ®7 lµm viÖc ®Ó sÊy l¹i hoÆc cã h©m nãng khÝ trung gian. + SÊy cã khÝ ®7 lµm viÖc håi l−u. Mét phÇn khÝ ®7 lµm viÖc ®−îc qu¹t thæi vÒ trén víi kh«ng khÝ bªn ngoµi vµ hçn hîp ®−îc vÒ calorife. Sè cßn l¹i x¶ vµo m«i tr−êng. Th«ng sè Ihh vµ dhh ®−îc tÝnh nh− ®¹i l−îng trung b×nh. Gi¶ sö 1Kg kh«ng khÝ bªn ngoµi kh« tuyÖt ®èi, bæ sung n Kg khÝ ®7 lµm viÖc kh« tuyÖt ®èi, entalpy cña hçn hîp sÏ lµ I + nI 2 I hh = 0 (2.35) 1+ n Cã hµm l−îng Èm (g/Kgkk) d + nd 2 d hh = 0 (2.36) 1+ n Kh«ng khÝ bªn ngoµi ®· lµm viÖc

Kh«ng khÝ ngoµi trêi

b

Quay trë l¹i khÝ ®· lµm viÖc

c

H×nh 2.4. SÊy cã khÝ ®6 lµm viÖc håi l−u a- S¬ ®å thiÕt bÞ b- SÊy lý thuyÕt cã håi l−u c- Sù thay ®æi chi phÝ nhiÖt khi d2 thay ®æi

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

72

Gi¸ trÞ n ®Æc tr−ng cho khèi l−îng t−¬ng øng c¸c thµnh phÇn hçn hîp, gäi lµ béi sè hçn hîp. §Ó x©y dùng ®å thÞ (I-d) ta dïng c¸c biÓu thøc to¸n sau: Ihh – I0 =n(I2 – Ihh) dhh – d0 =n(d2 – dhh) (2.37) I hh − I 0 I − I hh = 2 Suy ra (2.37’) d hh − d 0 d 2 − d hh ®©y lµ ph−¬ng tr×nh ®−êng th¼ng trong to¹ ®é I-d qua ba ®iÓm: ®iÓm A ®Æc tr−ng tr¹ng th¸i khi bªn ngoµi, ®iÓm C- khÝ ®7 lµm viÖc (I2,d2) vµ ®iÓm M- tr¹ng th¸i hçn hîp (Ihh,dhh) d hh − d 0 AK AM Tõ ®å thÞ ta cã : = = d 2 − d hh KN MC Tõ (2.37) ta cã: Do ®ã: HoÆc

d hh − d 0 =n d 2 − d hh AM =n MC d hh − d 0 +1 = n +1 d 2 − d hh

d2 − d0 = n + 1; d 2 − d hh AC AC MC = = (n + 1); MC n +1 Nh− vËy biÕt n cã thÓ t×m ®−îc vÞ trÝ ®iÓm M trªn ®−êng AC, nghÜa lµ th«ng sè hçn hîp (vµ ng−îc l¹i) Trong sÊy lý thuyÕt cã håi l−u, qu¸ tr×nh tr×nh bµy trªn ®−êng g7y AM( ®−êng hçn hîp) – MB’ (®èt nãng trong Calorife)- B’C(sÊy). Chi phÝ kh«ng khÝ bªn ngoµi vµ mét phÇn ®7 lµm viÖc x¶ ra ngoµi m«i tr−êng(kg/kg) 1000 1000 l= = d 2 − d 0 CD ⋅ M d Chi phÝ kh«ng khÝ håi l−u:

ln =

1000 1000 = d 2 − d hh CD '⋅ M d

ln CD AM = = = n +1 l CD ' MC Suy ra l = l(n+1) Do ®ã trong sÊy håi l−u, l−îng kh«ng khÝ håi l−u t¨ng (n+1) lÇn; ®ã lµ −u ®iÓm cña kiÓu sÊy nµy ®−îc phæ biÕn trong c«ng nghiÖp. Khi t¨ng l−îng kh«ng khÝ ®i vµo lµm t¨ng tèc ®é cña nã trong buång sÊy, t¨ng c−êng ®é sÊy vµ t¨ng ®é sÊy ®Òu trong sÊy kiÓu Tunen

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

73

Trong callirife kh«ng khÝ ®−a vµo víi eltanpi cao h¬n (Ihh) so víi kh«ng khÝ bªn ngoµi (I0)vµ hiÖu (Ihh1 - Ihh) nhá h¬n hiÖu (I1 – I0) nh−ng l−îng kh«ng khÝ qua calorife t¨ng [ln = l(n+1)] do ®ã chi phÝ cßn l¹i kh«ng thay ®æi. Tõ ®å thÞ (h×nh C) ta thÊy: I1 − I 0 AB AC = = = n +1 I hh1 − I hh MB ' MC qK = lh ( I hh1 − I hh ) = l ( n + 1) ⋅

I1 − I 0 = l ( I1 − I 0 ) n +1

+ H©m nãng phô thªm kh«ng khÝ trong buång sÊy. NÕu kh«ng khÝ kh«ng chØ ®−îc ®èt nãng trong calorife(qk) mµ cßn trong buång sÊy(qft) th× chi AB phÝ nhiÖt chung sÏ lµ: q= qk + qft = m ⋅ + q ft CD Ta biÕt : qk = l(I2 – I0) – qft – c1t1 + Σqtt Chi phÝ nhiÖt chung: q = l(I2 – I0) –c1t1 +Σqtt §å thÞ h×nh d−íi 1000 AF l ( I2 − I0 ) = ⋅ AFM i = m CD ⋅ M d CD

a

b

H×nh 2.5. X©y dùng qu¸ tr×nh sÊy víi ®èt nãng kh«ng khÝ phô thªm trong buång sÊy Chi phÝ nhiÖt chung: AF − C1 ⋅ t1 + ∑ qtt q=m CD BF AF − AB Khi ®ã − C1t1 + ∑ qtt = m − C1t1 + ∑ qtt qtt = q − q k = m CD CD

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

74

MÆt kh¸c ta còng cã thÓ nhËn ®−îc tõ ph−¬ng tr×nh (2.30): l(I2 – I1) = ∆= qft+c1t1 - Σqtt BF − C1t1 + ∑ qtt qft = l(I2 – I1)- c1t1 + Σqtt = m CD Lo¹i cã h©m nãng phô thªm kh«ng khÝ trong buång sÊy, thùc hiÖn sÊy ë nhiÖt ®é thÊp h¬n lo¹i sÊy th«ng th−êng. Do ®ã khi sÊy cã h©m nãng phô thªm cã thÓ truyÒn sè l−îng nhiÖt theo yªu cÇu ë nhiÖt ®é tmax cña nã, nh−ng kh«ng v−ît qu¸ nhiÖt ®é cho phÐp cña s¶n phÈm. Nãi c¸ch kh¸c, qu¸ tr×nh sÊy cã thÓ khi th«ng sè kh«ng khÝ ngoµi vµ khÝ ®7 lµm viÖc kh«ng thay ®æi (®iÓm A,C)chi phÝ nhiÖt vµ kh«ng khÝ kh«ng thay ®æi, nh−ng gi¸ trÞ qkvµ qft kh¸c nhau vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ trong buång sÊy tmax kh¸c nhau. ë h×nh b cho 4 qu¸ tr×nh nh− thÕ ®èi víi sÊy lý thuyÕt, nghÜa lµ khi Σqtt – c1t1 =0 Qu¸ tr×nh thø nhÊt lµ ®−êng g7y khóc ABC, ®iÓm B lµ giao ®iÓm cña ®−êng d0 = const vµ I2 =const X¸c ®Þnh chi phÝ nhiÖt AB , qft = 0 tmax= t1 q=qk = m CD Trong qu¸ tr×nh sÊy nµy t1>t2, nghÜa lµ diÔn ra khi gi¶m nhiÖt ®é kh«ng khÝ trong qu¸ tr×nh sÊy. Qu¸ tr×nh thø hai, ®−¬ng gÊp khóc AB’C AB' BB' qft = m qk = m CD CD AB q= qk +qft = m CD tmax = t1’ (t2) NhiÖt ®é ban ®Çu thÊp vµ gi¶m trong qu¸ tr×nh sÊy . Qu¸ tr×nh thø ba:®−êng gÊp khóc AB”C( ®iÓm B” n»m trªn ®−êng ®¼ng ¸p tmax =t2 =const) nghÜa lµ qu¸ tr×nh diÔn ra khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ kh«ng ®æi AB" BB' qft = m qk = m CD CD AB q = m CD Qu¸ tr×nh thø t−: ®−êng AC. Toµn bé nhiÖt tËp trung trong buång sÊy AB qK = 0 , q= qft = m CD tmax = t2(>t0) , nhiÖt ®é n©ng cao trong qu¸ tr×nh sÊy.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

75

c©u hái «n tËp ch−¬ng ii 1. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh l−îng Èm bèc h¬i (kg/h) kiÓu Tunen, cã calorifer riªng vµ qu¹t ®−îc ®Æt tr−íc nã. 2. TÝnh nhiÖt buång sÊy trong 2 tr−êng hîp: lý thuyÕt vµ sÊy thùc. 3. ThiÕt bÞ sÊy víi n¨ng suÊt s¶n phÈm sÊy G2 = 15 kg/h. TÝnh l−îng Èm bèc h¬i vµ l−îng nguyªn liÖu ®−a vµo G1, nÕu biÕt ω1 = 0,85 vµ ω2 = 0,2. 4. Víi sè liÖu trong bµi 3, khi biÕt kh«ng khÝ ngoµi trêi cã ¸p suÊt 760mmHg, t0 = 250C, ϕ0 = 0,85. NhiÖt ®é tr−íc vµ sau khi sÊy t1 = 900C vµ t2 = 400C. TÝnh l−îng kh«ng khÝ kh« cÇn thiÕt vµ nhiÖt l−îng tiªu hao nÕu ®©y lµ thiÕt bÞ sÊy lý t−ëng. 5. Gi¶i thÝch viÖc x©y dùng ®å thÞ I - d? 6. Tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n th«ng sè kh«ng khÝ trong thiÕt bÞ sÊy. 7. Gi¶i tr×nh ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n khi sÊy cã t¸c nh©n sÊy håi l−u.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

76

Ch−¬ng 3 ThiÕt bÞ sÊy tiÕp xóc 3.1 Kh¸i niÖm HÖ thèng sÊy tiÕp xóc lµ mét hÖ thèng chuyªn dïng. VËt liÖu nhËn trùc tiÕp b»ng dÉn nhiÖt hoÆc tõ mét bÒ mÆt nãng hoÆc tõ m«i tr−êng chÊt nãng. Ng−êi ta chia hÖ thèng sÊy tiÕp xóc thµnh hai lo¹i: lo¹i tiÕp xóc trong chÊt láng vµ lo¹i tiÕp xóc bÒ mÆt.

3.2 Nguyªn t¾c lµm viÖc vµ cÊu t¹o Nguyªn t¾c c¬ b¶n cña thiÕt bÞ sÊy tiÕp xóc lµ qu¸ tr×nh gia nhiÖt vËt liÖu sÊy tiÕp xóc trùc tiÕp gi÷a vËt liÖu sÊy víi bÒ mÆt gia nhiÖt. ë lo¹i thiÕt bÞ nµy bÒ mÆt gia nhiÖt lµ chÊt r¾n( v¸ch ph¼ng, v¸ch trô...). ChÊt t¶i nhiÖt (h¬i nãng hoÆc khãi lß) chuyÓn ®éng ë kia cña v¸ch. PhÝa kia cña v¸ch tiÕp xóc trùc tiÕp víi vËt liÖu sÊy. SÊy tiÕp xóc cã thÓ ë ¸p suÊt m«i tr−êng, Èm bèc ra hoµ vµo kh«ng khÝ m«i tr−êng, cã thÓ ph¶i bè trÝ hÖ thèng th«ng giã. Lo¹i sÊy ë ¸p suÊt thÊp (ch©n kh«ng), buång sÊy cÇn kÝn ng¨n kh«ng cho kh«ng khÝ m«i tr−êng lät vµo. Èm ®−îc hót ra vµ th¶i vµo m«i tr−êng. Tr−êng hîp sÊy trong chÊt láng nãng(dÇu, chÊt láng v« c¬, h÷u c¬) chÊt láng cÊp nhiÖt. Èm tho¸t ra tõ vËt sÊy xuyªn qua chÊt láng ra ngoµi. ChÊt láng cÇn cã nhiÖt ®é s«i lín h¬n n−íc ë ¸p suÊt khÝ quyÓn. Trong c«ng nghiÖp giÊy vµ dÖt may sö dông phæ biÕn ph−¬ng ph¸p nµy. Trong c«ng nghiÖp thùc phÈm: c«ng nghiÖp ®å hép, sÊy rau qu¶, d−îc phÈm.

H×nh 3.1. HÖ thèng sÊy kiÓu trèng( trôc c©n) 1- Thïng sÊy 2- C¬ cÊu cÊp liÖu 3- Vá thiÕt bÞ 4-Bé phËn khuÊy 5- Bé phËn g¹t 6- VÕt t¶i 7- §éng c¬ ®iÖn 8- Bé ®iÒu t«c 9-Hép gi¶m tèc

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

77

H×nh 3.2. HÖ thèng sÊy kiÓu l« quay 1- L« sÊy 2- B¸nh xe ®Þnh h−íng 3- èng dÉn h¬i n−íc4- Van th¶i n−íc ng−ng 5- B¸nh r¨ng trô 6- B¸nh r¨ng c«n 7- B¨ng t¶i vµo m¸y sÊy

H×nh3.3. Nguyªn lý lµm viÖc cña l« sÊy giÊy 1-Ch¨n Èm 2- Ch¨n kh« 3- B¨ng giÊy 4- Kh«ng khÝ nãng 5- M«i tr−êng gia nhiÖt ch¨n A – PhÇn gia nhiÖt ch¨n ; B- PhÇn bay h¬i vµo kh«ng khÝ (20%); C- PhÇn tr¨m hÊp phô Èm(80%) HÖ thèng sÊy kiÓu trèng dïng sÊy c¸c lo¹i bét nh7o. VËt liÖu b¸m vµo bÒ mÆt trô ®−îc h©m nãng.VËt liÖu nhËn nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt qua líp vËt liÖu dµy1,2mm vµ th¶i Èm trùc tiÕp

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

78

vµo kh«ng gian m¸y. VËt liÖu ®7 kh« ®−îc th¸o ra b»ng hÖ thèng dao g¹t khái bÒ mÆt trèng. C−êng ®é bay h¬i Èm A = (30 – 70)kg/m2h. Lo¹i ru l¬ sÊy t¶i, giÊy ...vv, vËt liÖu b¸m vµo c¸c l« sÊy vµ cïng chuyÓn ®éng víi nã. VËt liÖu nhËn nhiÖt tõ lß sÊy ®−îc ®èt nãng vµ th¶i Èm vµo m«i tr−êng. S¶n phÈm ®−îc cuèn vµo tõng cuén. C¸c l« sÊy quay 40-50 vßng/ phót. Khi sÊy giÊy, ®Ó giÊy kh«ng bÞ ®øt, r¸ch ta dïng b¨ng kiÓu ch¨n len ¸p s¸t vµo b¨ng giÊy vµ cïng chuyÓn ®éng.

3.3 Lý thuyÕt tÝnh to¸n 3.3.1.Trao ®æi nhiÖt khèi khi sÊy tiÕp xóc(dÉn nhiÖt) víi bÒ mÆt nãng. (H×nh 3.4) tr×nh bµy ®−êng cong nhiÖt ®é vµ ®−êng cong sÊy xenlul« trªn bÒ mÆt nãng víi nhiÖt ®é t= 1300C. (H×nh 3.5) cho ta ®−êng cong nhiÖt ®é vµ ®−êng cong tèc ®é sÊy ë t= 1170C.

NhiÖt ®é vËt liÖu

Hµm l−îng Èm Kg/Kg

dW 2 %/s dτ

Thêi gian sÊy

H×nh 3.4. §−êng cong nhiÖt ®é vµ H×nh3.5. §−êng cong tèc ®é ®−êng cong sÊy trªn mÆt nãng sÊy vµ ®−êng cong nhiÖt ®é I - NhiÖt ®é 0,8mm so víi mÆt nãng; II – ë kho¶ng c¸ch 0,2mm III - ë kho¶ng c¸ch 0,35mm; IV - ë kho¶ng c¸ch 0,43mm Trªn ®å thÞ cho thÊy sau pha h©m nãng( kho¶ng 0,07 – 0,1 so víi thêi gian c¶ qu¸ tr×nh). NhiÖt ®é vËt liÖu t¨ng nhanh, sau kho¶ng thêi gian n¸o ®ã trë nªn kh«ng ®æi, vµ sau ®ã b¾t ®Çu gi¶m vµ ë thêi kú thø hai l¹i n©ng lªn mét lÇn n÷a. ViÖc gi¶m nhiÖt ®é lµ do søc c¶n nhiÖt t¨ng do sù tiÕp xóc cña líp d−íi vËt liÖu vµ bÒ mÆt nãng bÞ ph¸ ho¹i, vµ nguyªn nh©n chÝnh lµ chi phÝ nhiÖt xóc tiÕn víi qu¸ tr×nh t¹o nªn h¬i Èm. TiÕp xóc víi mÆt truyÒn nhiÖt gi¶m, lµm gi¶m nhiÖt ®é vËt liÖu. Khi l−îng Èm ban ®Çu cña vËt liÖu cao vµ nhiÖt ®é bÒ mÆt tiÕp xóc cao(>1000C).Trong giai ®o¹n thø nhÊt, cã thÓ trong thêi gian ng¾n, nhiÖt ®é vËt liÖu trùc tiÕp tiÕp xóc víi mÆt nãng cã thÓ ®¹t nhiÖt ®é 1000C vµ xÈy ra sù bèc h¬i cña láng. §−êng cong nhiÖt ®é x¸c nhËn viÖc g©y ra gra®ien nhiÖt ®é bªn trong vËt liÖu h−íng vÒ bÒ mÆt nãng.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

79

MÆt hë

BÒ mÆt tiÕp xóc nãng, u kg/kg

(H×nh 3.6) cho tr−êng nhiÖt ®é vµ Èm ®é trong vËt liÖu ë t= 1160C. §å thÞ cho thÊy sù ph©n bè nhiÖt ®é ë líp cã nhiÖt ®é cao h¬n tiÕp xóc víi mÆt nãng. NhiÖt ®é thÊp h¬n cña vËt liÖu ë mÆt tho¸ng. §Æc tÝnh cña tr−êng nhiÖt ®é vµ Èm ®é cho thÊy sù ng−ng tô n−íc bªn trong vËt liÖu kh«ng x¶y ra. Gradien Èm ®é vµ nhiÖt ®é lµ nguyªn nh©n chÝnh t¹o thµnh h¬i trong líp tiÕp xóc vµ trªn mÆt tho¸ng. C−êng ®é t¹o h¬i phô thuéc vµo nhiÖt ®é bÒ mÆt ®èt nãng t vµ chiÒu dµy líp vËt liÖu. Theo B.B Kratnhic«p, ®é s©u vïng bèc h¬i ë giai ®o¹n sÊy thø hai tu©n theo luËt tuyÕn tÝnh ξ = bτ. Tuy nhiªn tèc ®é ë ®é s©u trong vïng II, 7÷10 lÇn(®èi víi xenlul«) v−ît qu¸ tèc ®é ë ®é s©u ®Æc tr−ng ®Çu giai ®o¹n thø hai(b2 ≈7÷10 lÇn b1). HÖ sè b1, b2 ®Æc tr−ng cho tèc ®é ®é s©u vïng bèc h¬i.

H×nh3.6. Tr−êng nhiÖt ®é(®−êng chÊm) vµ hµm l−îng Èm( ®−êng liÒn) khi sÊy tiÕp xóc vËt liÖu xèp mao qu¶n

H×nh3.7. §−êng cong gi¶i tÝch, ®Æc tr−ng ®é s©u vïng bèc h¬i ξ = f(τ) khi sÊy tiÕp xóc xenlul« NhiÖt ®é ë ®é s©u vïng bèc h¬i tbh thay ®æi theo thêi gian tbh = ttx exp(-kτ) trong ®ã ttx – nhiÖt ®é vËt liÖu trong mÆt tiÕp xóc víi mÆt ®èt nãng K – th«ng sè thùc nghiÖm phô thuéc vµo lo¹i vËt liÖu, t, g (khèi l−îng riªng cña vËt liÖu) Sù chuyÓn h¬i qua khi sÊy tiÕp xóc, gÇn ®óng thø nhÊt cã thÓ viÕt

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

80

uuuur q = − K p ⋅∇P h uuuur m® ë ®©y q - mËt ®é dïng ph©n tö cña h¬i (kg/m2s) m® ∇Ph – Gradien ¸p suÊt h¬i n−íc bªn trong vËt liÖu (Pa/m hoÆc mmHg/m) Kp – HÖ sè dÞch chuyÓn ph©n tö h¬i (sù dÉn h¬i) trong vËt xèp èng mao (kg/msPa) hoÆc (kg/ms.mmHg) HÖ sè Kp kh«ng phô thuéc th«ng sè chÕ ®é lµ søc c¶n thuû lùc cña vËt liÖu. Gi¶m chiÒu dµy vËt liÖu, Kp t¨ng ®ét ngét(h×nh 3.7) ¸p suÊt h¬i b7o hoµ Ph chÊt láng trong èng mao lµ hµm cña nhiÖt ®é vµ b¸n kÝnh èng mao r  ∂p   ∂P  ∇Ph =  h  ∇t +  h  ∇r (3.1)  ∂t  u  ∂r  t Gradien hµm l−îng Èm cã d¹ng ρ ∂u ∂r = ⋅ f s (r ) ⋅ l ∂n ∂n ρk

(3.2)

Trong ®ã : fs(r) – Hµm ph©n bè èng mao theo tiÕt diÖn vËt liÖu ρl, ρk – mËt ®é chÊt láng vµ chÊt kh« Thay vµo c«ng thøc (3.1) gi¸ trÞ cña ∇r ta cã

 ∂p  ρk  ∂p  ∇Ph =  h  ∇t +  h  ⋅ ∇u (3.3)  ∂t   ∂t  ρl ⋅ f s ( r ) Khi t > 1000, thµnh phÇn thø nhÊt cña ph−¬ng tr×nh ®ãng vai trß chÝnh do ®ã cã thÓ bá qua sù phô thuéc vuatn ph vao r vµ u. Khi ®ã ®èi víi thêi kú sÊy thø nhÊt vËt liÖu máng, mËt ®é cña dßng ph©n tö sÏ lµ ρ  ∂p  q md = k ⋅  h ∇t (3.4)  ∂t  Khi t <65 ÷ 850C mËt ®é dßng khuÕch t¸n Èmm biÓu diÔn qua ph−¬ng tr×nh dÉn Èm kh«ng ®¼ng nhiÖt ρ q m = - amρk(δ∇t +∇u) (3.5) Nhê khuÕch t¸n nªn x¶y ra sù di chuyÓn Èm khái vïng bèc h¬i. Ngo¹i trõ líp tiÕp xóc h−íng gradien nhiÖt ®é trïng víi h−íng gradien Èm ®é bªn trong vËt liÖu, do ®ã c−êng ®é dÉn nhiÖt Èm sÏ t¨ng m¹nh trong suèt qu¸ tr×nh. ®Ó ®Æc tr−ng c¬ cÊu t¹o thµnh vµ di chuyÓn h¬i bªn trong vËt liÖu trong qu¸ tr×nh sÊy tiÕp xóc, B.B Krasnhicop ®7 dïng m« h×nh ho¸ chuÈn biÕn ®æi pha ε=

qm® qm

(3.6)

trong ®ã: Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

81

qm - dßng h¬i chung tho¸t khái vËt liÖu qm®- dßng h¬i t¹o thµnh trong líp tiÕp xóc hoÆc bªn trong vËt liÖu(thêi kú thø hai) trong thêi kú thø nhÊt ε = const sau ®ã b¾t ®Çu thêi kú thø hai, ε gi¶m ®ét ngét tíi gi¸ trÞ kh«ng ®æi trong vïng I cña thêi kú thø hai. Sau ®ã Wk2.ε b¾t ®Çu t¨ng mét chót. Thêi kú chuÈn ε ®−îc tÝnh nh− ®èi víi dßng nhiÖt t−¬ng øng ∂t λ qh q − qd = = 1 − ∂x ε= (3.7) q q ch ⋅ q m

ë ®©y:

qh - dßng nhiÖt di chuyÓn bèc h¬i q – dßng nhiÖt chung, nhËn ®−îc tõ bÒ mÆt nãng qd – dßng nhiÖt dÉn nhiÖt qua vËt liÖu ch – nhiÖt dung riªng cña h¬i

∂t 1 − ε = ∂x c ⋅ qm

λ

®Æc tr−ng % dßng dÉn nhiÖt

Chó ý r»ng trong qu¸ tr×nh sÊy dÉn nhiÖt(tiÕp xóc), vai trß lµ di chuyÓn cña Èm láng ra khái líp, gÇn mÆt tiÕp xóc víi mÆt nãng ra mÆt tho¸ng cña vËt liÖu(7,5% dßng nhiÖt chung). HÖ sè dÉn nhiÖt t−¬ng ®−¬ng λt® cã tÝnh tíi di chuyÓn nhiÖt cña láng, sÏ t¨ng nhiÖt khi nhiÖt ®é trong b×nh cña vËt liÖu t¨ng.(xenlul« khi u = 0,6 ÷1,8kg/kg) λt® = 1,16(0,095 ÷ 0,288.10-2t)W/m0k B¶ng 3.1 ChØ tiªu sÊy tiÕp xóc s¶n phÈm ra trªn m¸y sÊy ch©n kh«ng 1 trôc S¶n phÈm sÊy ChØ tiªu Cµ chua nh7o(®é Èm W=72,5%) 5,33 ¸p suÊt trong buång sÊy(Kpa) §é Èm vËt liÖu% - ®Çu W1 92,5 - cuèi W2 10,8 ChiÒu dµy l¸t s¶n phÈm(mm) 0,1-0,2 NhiÖt ®é s¶n phÈm cuèi cïng(0C) 50-60 Thêi gian sÊy(S) 175 3.3.2. HÖ thèng sÊy tiÕp xóc trong chÊt láng nãng Bé phËn chÝnh lµ bÓ chøa chÊt láng vµ bé phËn ®èt nãng nã. VËt liÖu sÊy nhóng ngËp trong chÊt láng, nªn tÝnh to¸n nhiÖt lµ tÝnh tiªu hao cho mét chu kú sÊy. NhiÖt l−îng tiªu hao Q gåm: ®èt nãng Q1, sÊy Q2,giai ®o¹n lÊy vËt liÖu ra Q = Q1+ Q2 + Q3 NhiÖt giai ®o¹n ®èt nãng: Q1 = Qvl + Qvc + Qmt +Qbx • Nhiªn liÖu nãng vËt liÖu Qvl = Gvl.Cvl(tvl2 – tvl1) Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

82

• NhiÖt h©m nãng c¬ cÊu vËn chuyÓn Qvc = Gvc .Cvc(tvc2 – tvc1) • NhiÖt th¶i ra m«i tr−êng: trong giai ®o¹n ®èt nãng Qmt = ∑KiFi∆ti i= 1...N NhiÖt th¶i ra m«i tr−êng trong giai ®o¹n ®èt nãng lµ tæn thÊt qua thµnh ®¸y vµ mÆt tho¸ng cña bÓ chøa. V× mÆt tho¸ng cã nhiÖt ®é cao, nªn cÇn tÝnh tíi trao ®æi nhiÖt bøc x¹. Fi(i = 1....N) lµ diÖn tÝch mÆt trao ®æi nhiÖt thø i, hÖ sè truyÒn nhiÖt Ki vµ ®é chªnh lÖch ∆ti. + NhiÖt giai ®o¹n sÊy Q2 = Qbh + Qqn + Q®n • NhiÖt bèc h¬i , W = G1 – G2 Qbh = W.r W – l−îng Èm cÇn bèc h¬i trong giai ®o¹n sÊy(Kg) r - nhiÖt Èn ho¸ h¬i ë tvl2 • NhiÖt l−îng qu¸ nhiÖt Qqn = Ch (tn2 – tbh) NhiÖt ®é t¸c nh©n sÊy lín h¬n nhiÖt ®é b7o hoµ tbh, h¬i n−íc bay h¬i khái vËt liÖu cßn cÇn ®èt nãng tõ tbh tíi nhiÖt ®é chÊt láng nãng tn2 . Ch – nhiÖt dung riªng h¬i qu¸ nhiÖt • NhiÖt ®èt nãng Èm NhiÖt l−îng Q®n dïng ®èt nãng Èm W’ = G1. ω1 (ω1 - ®é Èm t−¬ng ®èi ë thêi ®iÓm t1) Q®n = W’.Cn (tbh – tvl1) Cn – nhiÖt dung riªng cña n−íc trong vËt liÖu Tæng nhiÖt l−îng chi phÝ trong giai ®o¹n sÊy Q2 =W[r +Ch(tn2- tbh)] +W’.Cn(tbh – tvl1) + NhiÖt giai ®o¹n lÊy vËt liÖu ra Q3 τ - Thêi gian lÊy vËt liÖu ra vµ ®−a vËt liÖu c¸c vËt liÖu sÊy gi÷a mÎ vµo. NhiÖt l−îng tÝnh lµ tæn thÊt ra m«i tr−êng trong thêi gian τ Q3 = Qmt . τ

c©u hái «n tËp ch−¬ng iii

1. Tr×nh bµy nguyªn t¾c lµm viÖc cña sÊy tiÕp xóc. 2. Gi¶i thÝch qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt khi sÊy tiÕp xóc víi bÒ mÆt nãng. 3. Tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p sÊy tiÕp xóc trong chÊt láng nãng. 4. X¸c ®Þnh kÝch th−íc c¬ b¶n hÖ thèng sÊy tiÕp xóc dïng rul« víi c¸c sè liÖu cho - Khèi l−îng vËt liÖu sÊy G1 = 90kg/h, ®é Èm W1 = 75% vµ W2 = 10% - Rul« ®èt nãng b»ng h¬i b7o hoµ cã ¸p suÊt 1 atm. - ChiÒu dµy vËt liÖu sÊy trªn mÆt rul« δ1 = 1 mm, λ1 = 0,7 Kcal/m.h.k , Cv = 0,825 Kcal/kg0K. - Rul« b»ng gang dµy δ2 = 10 mm, λ2 = 40 Kcal/m.h.0K. - Trªn bÒ mÆt vËt liÖu sÊy ta thæi kh«ng khÝ tèc ®é v = 1,5 m/s vµ t2 = 400C, ϕ = 40%.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

83

Ch−¬ng 4 ThiÕt bÞ sÊy bøc x¹ 4.1.Kh¸i niÖm SÊy bøc x¹ lµ ph−¬ng ph¸p sÊy dïng tia bøc x¹ chiÕu vµo ®èi t−îng cÇn lµm kh«. Nguån nhiÖt bøc x¹ th−êng dïng ®Ìn hång ngo¹i, ®iÖn trë, chÊt láng hay khÝ, tÊm ®−îc ®èt nãng tíi nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, ®Ó vËt nãng ph¸t ra bøc x¹ hång ngo¹i. Tia hång ngo¹i chiÕu vµo vËt liÖu sÊy(gåm n−íc vµ hîp chÊt h÷u c¬). N−íc trë thµnh vËt ®en, hÊp phô ®a sè n¨ng l−îng; hîp chÊt h÷u c¬ trë thµnh vËt trong suèt, tia xuyªn qua kh«ng sinh nhiÖt. HiÖn t−îng nµy chØ x¶y ra ë giai ®o¹n sãng cã b−íc nhÊt ®Þnh( b−íc sãng λ = 0,4÷40µm). −u ®iÓm næi bËt cña thiÕt bÞ sÊy bøc x¹ lµ c−êng ®é bay h¬i Èm lín h¬n vµi lÇn so víi ph−¬ng ph¸p sÊy ®èi l−u vµ tiÕp xóc. Së dÜ vËy lµ v× nguån nhiÖt cã thÓ chän rÊt cao(500 ÷600oC), dßng nhiÖt tíi vËt sÊy cã thÓ tíi 22500 Kcal/m2h( gÊp 30 lÇn)

4.2.Nguyªn t¾c cÊu t¹o 4.2.1 ThiÕt bÞ gia nhiÖt b»ng ®iÖn: ThiÕt bÞ lo¹i nµy cã thÓ dïng ®Ìn hång ngo¹i, hoÆc d©y ®iÖn trë lång trong èng gèm hoÆc tÊm ®iÖn trë lµm b»ng bøc x¹ nhiÖt. a/ ThiÕt bÞ dïng ®Ìn hång ngo¹i. §Ìn hång ngo¹i ®−îc s¶n xuÊt víi c¸c c«ng suÊt kh¸c nhau: 125, 250, 500W vµ lín h¬n. Trªn 1m2 cã thÓ bè trÝ nhiÒu bãng. Thuû tinh lµm ®Ìn hång ngo¹i ph¶i cho c¸c tia hång ngo¹i xuyªn qua dÔ dµng.Dïng ®Ìn hång ngo¹i cã −u ®iÓm lµ qu¸n tÝnh nhiÖt kh«ng ®¸ng kÓ, ®iÒu khiÓn dÔ dµng. Nh−îc ®iÓm lµ toµn bé sãng hång ngo¹i ph¸t ra cã b−íc sãng kh¸ réng tõ 0,76 ÷400µm, khi dïng sÊy n«ng s¶n ®Ó t¸ch n−íc l¹i cÇn b−íc sãng thÊp tõ 0,4 ÷40µm (trïng mét phÇn víi ¸nh s¸ng tr¾ng), do ®ã tiªu hao n¨ng l−îng cao, hiÖu suÊt thiÕt bÞ thÊp. Bè trÝ ®Ìn cÇn l−u ý chã dßng nhiÖt bøc x¹ ph©n bè ®Òu trªn s¶n phÈm. Kho¶ng c¸ch nµy lín h¬n 300mm.

H×nh 4.1. C¸c kiÓu ®Ìn hång ngo¹i dïng ®Ó sÊy hiÖn ®−îc sö dông ë Ph¸p Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

84

B¶ng 4.1. C¸c kiÓu ®Ìn hång ngo¹i cña Ph¸p D¹ng Watt CÇu- parab«n CÇu- parab«n CÇu CÇu Trô

250 375 250 375 100

V«n 115 , 125 HoÆc 220

KÝch th−íc(mm) §−êng kÝnh ChiÒu dµi 125 195 125 195 120 225 120 225 46 310

H×nh4.2. ThiÕt bÞ sÊy bøc x¹ dïng thanh ®iÖn trë. 1- Thanh ®iÖn trë 2- Gi¸ treo vËt liÖu 3- C¸ch nhiÖt 4- Khung m¸y

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

85

H×nh 4.3. ThiÕt bÞ sÊy b»ng ®Ìn hång ngo¹i 250W ®Ó sÊy «xÝt kim lo¹i. b/ ThiÕt bÞ sÊy b»ng ®iÖn trë (h×nh 4.2). nguån nhiÖt lµ d©y ®iÖn trë ®Æt trong èng kim lo¹i, thanh ®iÖn trë hay ®iÖn trë tÊm. C«ng suÊt riªng trªn ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt kh¸ lín. VÝ dô tÊm bøc x¹ nhiÖt ®iÖn trë do nhµ m¸y Uliani«p s¶n xuÊt cã nhiÖt ®é bÒ mÆt nung 460oC, c«ng suÊt riªng 20-30KW/m2. 4.2.2. ThiÕt bÞ sÊy bøc x¹ gia nhiÖt b»ng h¬i ®èt. Ph−¬ng ph¸p nµy rÎ tiÒn h¬n sö dông ®iÖn nh−ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng. BÒ mÆt bøc x¹ lµ c¸c tÊm g¹ch chÞu löa, ®èt nãng b»ng khÝ ga. ThiÕt bÞ nµy dïng ®Ó sÊy giÊy (ng−êi ta cã thÓ dïng m¸y sÊy l«).

4.3. Lý thuyÕt tÝnh to¸n 4.3.1 §Æc tÝnh tèi −u cña vËt liÖu khi sÊy b»ng bøc x¹ hång ngo¹i . NhiÒu t¸c gi¶ ®7 nghiªn cøu ®Æc tÝnh phæ cña c¸c vËt liÖu kh¸c nhau khi gia c«ng b»ng bøc x¹( qu¶, rau, chÌ l¸, b¸nh kÑo, giÊy, v¶i...) ®7 ®−a tíi nhËn xÐt r»ng: ®Æc tÝnh phæ cña tia hång ngo¹i cã b−íc sãng 0,4 ÷15µm lµ kho¶ng tèt nhÊt ®Ó gia c«ng vËt liÖu b»ng bøc x¹. Thùc nghiÖm cho thÊy tÝnh chÊt phæ tèi −u cña c¸c vËt liÖu kh¸c nhau, cã tÝnh riªng biÖt. Do ®ã ®èi víi c¸c vËt liÖu kh¸c nhau vµ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh¸c nhau cÇn thiÕt ph¶i cã nguån víi tÝnh chÊt kh¸c nhau. VÝ dô rau, qu¶, lóa m× vïng phæ cã chiÒu dµi sãng 1,2÷2,4µm. Sù phô thuéc cña ®−êng ®Æc tÝnh vµo hµm l−îng Èm rÊt phøc t¹p, ¶nh h−ëng cña nhiÒu yÕu tè: tÝnh chÊt chÊt kh«, d¹ng liªn kÕt cña Èm trong vËt liÖu, cÊu tróc cña vËt liÖu, tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña nã....vv Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

86

4.3.2. C¸c tÝnh to¸n c¬ b¶n. N¨ng l−îng cña tia hång ngo¹i ®i s©u vµo trong vËt liÖu, lan truyÒn trong thÓ tÝch cña nã, ¶nh h−ëng tíi ®Æc ®iÓm cña tr−êng nhiÖt ®é bªn trong vËt liÖu, thùc hiÖn viÖc trao ®æi nhiÖt. Ta cã ph−¬ng tr×nh dÉn nhiÖt ®èi víi bµi to¸n mét kÝch th−íc, ®−a vµo thµnh phÇn bæ xung n¨ng l−îng.

1 ∂ 2T ∂T Qv ( x, T ) = a⋅ 2 + c⋅ρ ∂τ ∂x

(4.1)

ë ®©y: Qv(x,T) lµ n¨ng l−îng cña tia lan to¶ trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch cña vËt liÖu trong mÆt ph¼ng x(W/m3), ®¹i l−îng cã d¹ng λ2

Qv(x,T) =

∫ q ( x, λ , T ) d λ

(4.2)

v

λ1

ë ®©y qv(x,λ,T) n¨ng l−îng tia ®¬n s¾c xuyªn s©u vµo vËt liÖu vµ lan to¶ trong ®¬n vÞ thêi gian, ®¬n vÞ thÓ tÝch víi to¹ ®é x, tÝnh cho 1 ®¬n vÞ kho¶ng chiÒu dµi sãng. Gi¶ sö biÕt qui luËt lan truyÒn cã d¹ng qA(x, λ,T) = A(x, λ,T).qn(λ) (4.3) ë ®©y : qA(x, λ,T) - phÇn hÊp thô cña mËt ®é dßng bøc x¹ ®¬n s¾c. A(x, λ,T) - kh¶ n¨ng hÊp thô phæ cña vËt liÖu, lµ hµm cña chiÒu dµy líp trong mÆt ph¼ng x; T- nhiÖt ®é vËt liÖu, λ- chiÒu dµi sãng. qn(λ) – mËt ®é phæ cña dßng trªn mÆt vËt liÖu, tÝnh cho 1 ®¬n vÞ chiÒu dµi sãng cña 2 phæ (W/m . µm). Khi ®é lín qv (x, λ,T) b»ng ®¹o hµm bËc nhÊt cña qA(x, λ,T) ∂q A( x ,λ ,T ) ∂A ( x, λ , T ) qv(x, λ,T) = = qn ( λ ) (4.4) ∂x ∂x Thay (4.4) vµo (4.3) ta cã λ2 ∂A ( x, λ , T ) Qv = ∫ qn dλ ∂x λ1 Khi ®ã ph−¬ng tr×nh dÉn nhiÖt ®èi víi bµi to¸n 1 kÝch th−íc, cã thµnh phÇn bæ xung sÏ lµ ∂A ( x, λ , T ) ∂T ∂ 2T 1 λ 2 qn ( λ ) dλ (4.5) = a⋅ + ∫ ∂τ ∂x ∂x 2 c ρ λ1 §é lín A(x, λ,T) x¸c ®Þnh theo c«ng thøc cña C.T iliac«va( khi t¸c ®éng vÒ mét phÝa)  1 −η  ψ12 qx ( λ , T ) λ  = 1− exp −σ , x + exp σ , x  (4.6) A(x, λ,T) = 1 1 λ  2  qx = o η 1 −ψ λ  λ a + s +σλ ηλ = λ λ Trong ®ã: sλ

(

)

(

)

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

87

σ λ = aλ (aλ + 2 sλ ) ψ λ = η λ exp(− σ λ ⋅ l )

hÖ sè hiÖu dông t×nh tr¹ng suy yÕu

Trong ®ã : aλ - hÖ sè hÊp phô Sλ - hÖ sè ph©n t¸n l - chiÒu dµy cña tÊm Kλ = aλ + Sλ - hÖ sè tæng qu¸t t×nh tr¹ng suy yÕu Giíi h¹n λ phô thuéc vµo h×nh d¹ng cô thÓ phæ cña tia. Theo Pha- bri(Anh) λ1 =0,5λmax; λ2 = 4,3λmax . C¸c nhµ khoa häc khuyªn nªn tÝnh ®èi víi giíi h¹n 0,4λmax < λ <4,0 λmax §−êng cong cña λmax cã d¹ng (λmax = f(T)) λmax = 0,666 + 0,509exp[(2100 – T).9,64.10-4] (µm) (4.7) Trong giíi h¹n: 1200K ≤ T ≤ 3200K Trong thiÕt kÕ, ®−a tíi hai bµi to¸n: - Khi biÕt mËt ®é bÒ mÆt dßng bøc x¹(W/m2), chän nguån ph¸t( phï hîp víi yªu cÇu chÕ ®é c«ng nghÖ gia c«ng tèi −u cña s¶n phÈm), ta x¸c ®Þnh thêi gian cña qu¸ tr×nh. - Khi biÕt thêi gian cña qu¸ tr×nh, x¸c ®Þnh nhu cÇu n¨ng l−îng. C¬ së cña ph−¬ng ph¸p lµ x©y dùng ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng cña thiÕt bÞ. §Æc ®iÓm cña thiÕt bÞ lµ vËt liÖu chÞu t¸c ®éng trùc tiÕp cña bøc x¹ trong buång, ta cã ph−¬ng tr×nh dQbx = dQv ± dQmt (4.8) ë ®©y: dQbx – n¨ng l−îng bøc x¹ chiÕu vµo vËt liÖu (J) dQv – n¨ng l−îng hÊp thô trong thÓ tÝch vËt liÖu dQmt – n¨ng l−îng trao ®æi gi÷a bÒ mÆt vËt liÖu vµ m«i tr−êng( dÊu phô thuéc vµo nhiÖt ®é t−¬ng ®èi cña bÒ mÆt vËt liÖu tb.m) TÝnh tõng thµnh phÇn cña ph−¬ng tr×nh:

dQbx = qn(Tt,S,ho)Fbx. Avl (T,τ)dτ

(4.9)

Trong ®ã: qn(Tt,S,ho) - mËt ®é dßng tia phô thuéc nhiÖt ®é Tt, b−íc(kho¶ng c¸ch gi÷a bé ph¸t tia) S vµ kho¶ng c¸ch gi÷a bé ph¸t tia vµ ®èi t−îng ho(W/m2) Fbx – diÖn tÝch tiÕp nhËn bøc x¹ cña vËt liÖu(m2) Avl (T,τ) - kh¶ n¨ng hÊp thô cña bÒ mÆt vËt liÖu, trung b×nh theo phæ bé phËn bøc x¹ (khi nhiÖt ®é T), tr−êng hîp chung lµ hµm thêi gian τ mËt ®é dïng bøc x¹ x¸c ®Þnh theo sè liÖu thùc nghiÖm hoÆc theo gi¶i tÝch. Khi T= const vµ qn =const, Avl thay ®æi nhiÒu theo thêi gian; th× tÝnh to¸n cÇn tiÕn hµnh theo thêi gian vµ trung b×nh Avl theo thêi gian tiÕn hµnh trong vïng giíi h¹n. NÕu m¸y ph¸t tia cung cÊp bé phËn ph¶n x¹ dïng ph©n bè trong kh«ng gian dßng tia vµ kh¶ n¨ng sö dông hîp lý nã, th×: dQbx =[qn(Tt,S,ho) Avl + qp(Tt,S,hp) Avl ’]Fbxdτ (4.10)

ë ®©y: qp – mËt ®é dßng ph¶n x¹ – kho¶ng c¸ch gi÷a bé phËn ph¶n x¹ vµ ®èi t−îng hp Avl ’ – kh¶ n¨ng hÊp thô cña vËt liÖu, trung b×nh theo phæ cña n¨ng l−îng tia, ph¶n x¹ tõ bé phËn ph¶n x¹. Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

88

§Ó tÝnh sù ph¶n x¹ lÆp l¹i gi÷a bøc x¹ vµ ph¶n x¹ cña ®èi t−îng, còng nh− tÝnh ®èi víi m«i tr−êng hÊp phô cña buång lµm viÖc, ®é lín dQbx t¨ng thªm 5 – 10%. kÝ hiÖu qn(Tt,,S,ho). Avl + qp(Tt,S,ho) Avl ’ = qbx

(4.11)

(4.12) Khi ®ã: dQbx = qbx.Fbx.dτ N¨ng l−îng vËt liÖu hÊp thô chi phÝ ®Ó ®èt nãng vµ bèc h¬i Èm dQv = dQvl +dQ bh ( 4.13) N¨ng l−¬ng(nhiÖt) chi phÝ ®èt nãng vËt liÖu (4.14) dQvl = GvlCvl.dtvl Trong ®ã: Gvl – khèi l−îng vËt liÖu ®−îc chiÕu x¹(Kg/s) Cvl – nhiÖt dung riªng cña nã( tr−êng hîp chung lµ hµm cña ®é Èm)(J/KgoK). dtvl – Sù thay ®æi nhiÖt ®é cña vËt liÖu (0C) (4.15) N¨ng l−îng (nhiÖt) chi phÝ ®Ó bèc h¬i Èm: dQbh = qtb.r.Fdτ 2 ë ®©y: qtb – mËt ®é trung b×nh dßng Èm(Kg/m s) r - nhiÖt Èm ho¸ h¬i (coi b»ng h»ng sè) (J/Kg) F - diÖn tÝch hoµn toµn cña bÒ mÆt vËt liÖu( gi¶ thiÕt, bèc h¬i x¶y ra trªn tÊt c¶ bÒ mÆt vËt liÖu) (m2) N¨ng l−îng( nhiÖt) cña vËt liÖu nãng ®−a vµo m«i tr−êng. 4 4   dQmt = α®l(tvl – tkk)F.dτ + 4,9εqd  Tvl  −  Tbt   F ⋅ dτ (4.16)  100   100   α®l – hÖ sè trao ®æi nhiÖt ®èi l−u(W/m2 oK) Trong ®ã: tvl – nhiÖt ®é trung b×nh bÒ mÆt vËt liÖu trong kho¶ng thêi gian dτ tkk – nhiÖt ®é kh«ng khÝ Tbt – nhiÖt ®é bÒ mÆt gi÷ bªn trong (oK) εqd - ®é ®en qui dÉn cña vËt liÖu 4,8εqd = Cqd Cqd – hÖ sè qui dÉn cña bøc x¹ C«ng thøc (4.16) cã thÓ tr×nh bµy d−íi d¹ng: dQmt = α®l(tvl –tkk)Fdτ +αbx(tvl –tkk)Fdτ = (αbx + α®l)(tvl –tkk)Fdτ = αc(tvl –tkk)Fdτ (4.17) -8 2 2 ë ®©y: αc = α®l +αbx =α®l +Cqd.10 (Tvl +Tbt )(Tvl +Tbt) Theo Π.D. Lªbª®ep khuyªn nªn lÊy αc ≈18,6 ÷23,2(W/m2 oK) Khi x¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn cña ph−¬ng tr×nh (4.8) ®ã lµ ph−¬ng tr×nh d¹ng khai triÓn (4.18) qbxFbxdτ = GvlCvldtvl + qtb.r.Fdτ + αc(tvl – tkk)Fdτ NÕu Gvl = Vvl.ρvl vµ kÝ hiÖu F F vµ m= Kf = Fbx Vvl

Ta cã thÓ viÕt

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

89

C vl ⋅ ρ vl ⋅ K f ⋅ dt vl + q tb ⋅ r ⋅ K f dτ + α c (t vl − t kk )K f ⋅ dτ m ta cã ph−¬ng tr×nh cuèi cïng dt vl dτ = (4.20) B + D(t vl − t kk )

qbxdτ =

Trong ®ã:

B= D=

(q

bx

(4.19)

− qtb ⋅ r ⋅ K f )m C vl ρ vl K f

αc ⋅ m C vl ⋅ ρ vl

Gi¶ thiÕt nhiÖt ®é bÒ mÆt cña vËt liÖu lµ tvl, quan hÖ víi nhiÖt ®é trung b×nh cña vËt liÖu ttb, ta cã (4.21) tvl = Kttb ë ®©y hÖ sè K phô thuéc vµo tÝnh chÊt quay vµ nhiÖt vËt lý cña vËt liÖu còng nh− vµo thêi gian: khi ®èt nãng K ≥ 1; tr−êng hîp riªng khi sÊy ®èi l−u vËt liÖu máng trong thêi k× tèc ®é kh«ng ®æi cã thÓ nhËn K = 1. Trong ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n theo vïng cã thÓ nhËn Kh = const, khi ®ã ta cã: dt vl (4.22) dτ = t kk   B + DK  t tb −  K  TÝch ph©n trong giíi h¹n thay ®æi cña nhiÖt ®é vËt liÖu tõ t®Çu ®Õn tcuèi; ta x¸c ®Þnh thêi ®èt nãng khi sÊy b»ng bøc x¹ ®èi l−u τ t   B + DK  t cuoi − KK  K  1  ⋅ τ= (4.23) t KK  DK  B + DK  t dau −  K   Tr−êng hîp nÕu qbx >>q®l, thµnh phÇn αc(tvl – tKK)Kfdτ cã thÓ bá qua, vµ cho phÐp (víi B= const) 1 τ = (tcuèi – t®Çu) B Tr−êng hîp chung, hîp lý tÝnh to¸n theo chuÈn Rªbin®e. Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò sÊy kh¸ phøc t¹p, nªn sö dông c«ng thøc tÝnh to¸n th«ng th−êng trªn c¬ së sè liÖu thùc nghiÖm.

c©u hái «n tËp ch−¬ng iv 1. Tr×nh bµy nguyªn t¾c lµm viÖc cña thiÕt bÞ sÊy bøc x¹. 2. C¬ së lý thuyÕt vÒ sÊy bøc x¹ hång ngo¹i.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

90

Ch−¬ng5 ThiÕt bÞ sÊy th¨ng hoa 5.1. Kh¸i niÖm SÊy th¨ng hoa lµ qu¸ tr×nh t¸ch Èm khái vËt liÖu sÊy trùc tiÕp tõ tr¹ng th¸i r¾n sang tr¹ng th¸i h¬i nhê qu¸ tr×nh th¨ng hoa. §Ó t¹o ®iÒu kiÖn sÊy th¨ng hoa, vËt liÖu sÊy ph¶i ®−îc lµm l¹nh d−íi ®iÓm ba thÓ(láng, khÝ, r¾n), nhiÖt ®é t = 0,0098oC vµ ¸p suÊt p = 4,6 mmHg. Trªn (h×nh 5.1) ®−¬ng AS lµ ranh giíi gi÷a pha r¾n vµ pha khÝ, ®−êng SC ranh giíi gi÷a pha r¾n vµ pha láng. ë ¸p suÊt nhÊt ®Þnh nhiÖt ®é th¨ng hoa cña vËt liÖu kh«ng ®æi. Khi ¸p suÊt t¨ng th× nhiÖt ®é th¨ng hoa t¨ng. VÝ dô ®iÓm K, Èm trong vËt liÖu ®ãng b¨ng; nÕu ®−îc h©m nãng ®¼ng ¸p tíi ®iÓm K’ t−¬ng øng nhiÖt ®é tK’ th× n−íc ë thÓ r¾n sÏ thùc hiÖn th¨ng hoa theo qu¸ tr×nh K’K”. §å thÞ cho thÊy; ¸p suÊt cµng thÊp th× nhiÖt ®é th¨ng hoa cña n−íc cµng nhá: B¶ng 5.1. Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt th¨ng hoa cña n−íc ®¸ NhiÖt ®é(0C) ¸p suÊt(N/m2) 4,60 613,333 0,0098 1,000 133,333 -175 0,100 13,333 -39,3 0,001 0,133 -57,6

-

H×nh5.1. ®å thÞ p.t cña n−íc Qu¸ tr×nh sÊy th¨ng hoa cã 3 giai ®o¹n. Giai ®o¹n 1: lµm l¹nh s¶n phÈm. S¶n phÈm ®−îc lµm l¹nh tõ nhiÖt ®é m«i tr−êng xuèng -10 ÷ -150C. NhiÖt ®é vËt liÖu biÕn ®æi ®−êng 3. Trong giai ®o¹n nµy, kh«ng gian trong b×nh th¨ng hoa cã ¸p suÊt nhá( ch©n kh«ng), do ®ã phÇn ¸p suÊt h¬i n−íc còng gi¶m so víi phÇn ¸p suÊt h¬i n−íc trong lßng vËt liÖu, lµm tho¸t Èm vµo kho¶ng kh«ng trong b×nh th¨ng hoa (Kho¶ng 10 – 15%), nhiÖt ®é vËt liÖu sÊy gi¶m xuèng d−íi ®iÓm S. - Giai ®o¹n 2: giai ®o¹n th¨ng hoa. Èm trong vËt liÖu r¾n sÏ th¨ng hoa thµnh h¬i vµ tho¸t ra khái vËt liÖu. Giai ®o¹n th¨ng hoa cã thÓ xem tèc ®é sÊy kh«ng ®æi. NhiÖt ®é vËt liÖu sÊy(®−êng 3) hÇu nh− kh«ng ®æi; cuèi giai ®o¹n nµy nhiÖt ®é vËt liÖu t¨ng tõ –(10 ÷ 150C) lªn tíi 00. T¹i ®©y qu¸ tr×nh th¨ng hoa kÕt thóc. -Giai ®o¹n 3: giai ®o¹n bèc h¬i Èm cßn l¹i. ë giai ®o¹n nµy nhiÖt ®é vËt liÖu t¨ng (trªn ®iÓm 3), do ®ã ®é Èm trong vËt liÖu trë vÒ d¹ng láng. ¸P suÊt trong b×nh th¨ng hoa vÉn nhá h¬n ¸p suÊt khÝ trêi nhê b¬m ch©n kh«ng vµ vËt liÖu vÉn tiÕp tôc gia nhiÖt nªn Èm vÉn bèc h¬i vµ ®i vµo b×nh th¨ng hoa. Nh− thÕ qu¸ tr×nh bèc h¬i Èm cßn l¹i chÝnh lµ qu¸ tr×nh sÊy ch©n kh«ng trong b×nh th−êng.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

91

SÊy th¨ng hoa, c¸c phÇn tö n−íc tho¸t ra kh«ng va ch¹m nhau, nªn b¶o toµn chÊt l−îng sinh häc cña s¶n phÈm ch¸y.

H×nh 5.2. §å thÞ chÕ ®é lµm viÖc thiÕt bÞ sÊy th¨ng hoa khi sÊy thÞt. 1 - NhiÖt ®é tÊm gia nhiÖt; 2 - NhiÖt ®é m«i tr−êng gi÷a c¸c tÊm gia nhiÖt; 3 - NhiÖt ®é s¶n phÈm 4 - NhiÖt ®é m«i chÊt ra khái b×nh (0C) 5 - ®é Èm vËt liÖu 6 - ¸p suÊt trung b×nh th¨ng hoa

5.2. Nguyªn lý cÊu t¹o CÊu t¹o chung cña thiÕt bÞ sÊy th¨ng hoa gåm: b×nh th¨ng hoa, b×nh ng−ng ®ãng b¨ng b¬m ch©n kh«ng, m¸y nÐn, m¸y l¹nh... - B×nh th¨ng hoa: cÊu t¹o d¹ng trô, ®¸y vµ n¾p d¹ng chám cÇu. N¾p cã gio¨ng kÝn v× b×nh lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn ch©n kh«ng (1 - 0,1mmHg). VËt liÖu ®Æt vµo c¸c khay trung b×nh. NhiÖt cÊp cho qu¸ tr×nh th¨ng hoa thùc hiªn b»ng bøc x¹ tõ c¸c hép kim lo¹i ®Æt xen kÏ víi c¸c khay chøa vËt liÖu. Trong hép lµ n−íc nãng chuyÓn ®éng. Qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt gi÷a thµnh hép chøa n−íc nãng víi vËt liÖu lµ bøc x¹ nhiÖt.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

92

- B×nh ng−ng ®ãng b¨ng. B×nh ng−ng ®ãng b¨ng lµ thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt d¹ng èng, c¸c èng cã ®−êng kÝnh 51/57 mm liªn kÕt víi nhau gi÷a phÇn trªn vµ phÇn d−íi. Hçn hîp h¬i n−íc vµ kh«ng khÝ nhê b¬m ch©n kh«ng hót tõ b×nh th¨ng hoa qua bé phËn ph©n phèi ph¸i d−íi vµo c¸c èng. Am«ni¸c cung cÊp tõ ph¸i trªn, chøa ®Çy kh«ng gian ngoµi gi÷a c¸c èng. T¹i ®©y hçn hîp h¬i n−íc kh«ng khÝ ®−îc lµm l¹nh vµ h¬i n−íc ng−ng tô b¸m vµo thµnh trong cña èng, cßn kh«ng khÝ kh« qua b¬m ch©n kh«ng th¶i vµo kh«ng khÝ. Am«ni¾c láng nhËn nhiÖt cña hçn hîp h¬i n−íc kh«ng khÝ, bay h¬i qua b×nh t¸ch láng vÒ m¸y nÐn cña m¸y l¹nh. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña hÖ thèng nh− sau:

H×nh 5.3. S¬ ®å thiÕt bÞ sÊy th¨ng hoa. 1 - B×nh th¨ng hoa 2 - van 3 - Xyph«ng 4 - BÓ chøa n−íc nãng 5 - B×nh ng−ng ®ãng b¨ng 6 - B×nh t¸ch láng 7 - Giµn ng−ng am«ni¾c 9 - m¸y nÐn 10 - B¬m chµn kh«ng 11, 12, 13 - §éng c¬ ®iÖn 14 - B¬m n−íc 15 - PhÇn tö läc 16 - TÊm gia nhiÖt 17 - Ch©n kh«ng kÕ 18 - Van ®iÒu chØnh 19 - Khay chøa vËt liÖu 20 - TÊm gia nhiÖt d−íi 21 - Bé ®iÒu chØnh nhiÖt. VËt liÖu ®−îc lµm l¹nh tíi (10 ÷ 15 0C) ®−îc cho vµo b×nh th¨ng hoa (1). B×nh th¨ng hoa nèi víi b¬m ch©n kh«ng (10) qua b×nh ng−ng - ®ãng b¨ng 5, vµ ®−îc lµm l¹nh b»ng m¸y l¹nh am«ni¾c. M¸y l¹nh gåm m¸y nen 9, giµn ng−ng 7, b×nh t¸ch láng 6 vµ b×nh chøa am«ni¾c 8. Nhê b×nh ng−ng - ®ãng b¨ng, Èm tho¸t tõ vËt liÖu d−íi d¹ng b¨ng, m¸y hót ch©n kh«ng 10 lµm viÖc víi kh«ng khÝ kh«. Ngoµi ra b×nh th¨ng hoa nèi víi hÖ thèng cung cÊp n−íc nãng tõ b×nh chøa 4 lµm nguån gia nhiÖt cho vËt liÖu.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

93

H×nh 5.4. CÊu t¹o b×nh th¨ng hoa

H×nh 5.5. CÊu t¹o b×nh ng−ng ®ãng b¨ng

5.3. Lý thuyÕt tÝnh to¸n ThiÕt bÞ chÝnh trong hÖ thèng sÊy th¨ng hoa lµ b×nh th¨ng hoa vµ b×nh ng−ng ®ãng b¨ng. Qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt trong b×nh th¨ng hoa lµ bøc x¹ vµ trong b×nh ng−ng ®ãng b¨ng lµ qu¸ tr×nh dÉn nhiÖt lµ chñ yÕu.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

94

5.3.1. TÝnh to¸n nhiÖt b×nh th¨ng hoa. Trong hÖ thèng sÊy th¨ng hoa, b×nh th¨ng hoa kh«ng cã tæn thÊt cho thiÕt bÞ vËn chuyÓn Qvc = 0, tæn thÊt ra m«i tr−êng Qmt = 0. Vµ còng kh«ng cã tæn thÊt do t¸c nh©n sÊy mang ®i Qz = 0. NhiÖt tiªu hao trong sÊy th¨ng hoa gåm: NhiÖt lµm l¹nh vËt liÖu Qll, nhiÖt cÇn trong qu¸ tr×nh th¨ng hoa Qth, nhiÖt cÇn bay h¬i Èm cßn l¹i Qcl, nhiÖt vËt lý ®Ó ®−a vËt liÖu tõ nhiÖt ban ®Çu tíi nhiÖt ®é th¨ng hoa Q’ (tÝnh cho mét chu kú sÊy), nhiÖt l−îng tiªu hoa trong qu¸ tr×nh ®«ng ®Æc Q” cuèi cïng ta cã. Q = ( Qll + Qth ) + Qcl − ( Q ' + Q" )

(5.1)

V× Qll = Q ' + Q" nªn cuèi cïng ta cã Q = Qth + Qcl Thùc tÕ, vËt liÖu trong b×nh th¨ng hoa nhËn nhiÖt tõ c¸c tÊm ®−îc ®èt nãng nhê bøc x¹, dÉn nhiÖt vµ ®èi l−u; nh−ng trong ®iÒu kiÖn ch©n kh«ng, l−îng nhiÖt chñ yÕu nhËn ®−îc qua con ®−êng bøc x¹ (chiÕm 75 - 85%), sau ®ã lµ dÉn nhiÖt vµ nhá nhÊt lµ ®èi l−u (3 ÷ 5%). Do ®ã trong tÝnh to¸n lÊy truyÒn nhiÖt b»ng bøc x¹ lµm c¬ së; nhiÖt truyÒn dÉn lµ ®èi l−u, ta ®−a hÖ sè thùc nghiÖm K = 1,2 ÷ 1,25. TruyÒn nhiÖt bøc x¹ gi÷a c¸c tÊm ®èt nãng vµ vËt liÖu nh− lµ truyÒn nhiÖt gi÷a hai tÊm ph¼ng song song, ta cã thÓ tÝnh ®−îc l−îng nhiÖt vËt liÖu sÊy nhËn ®−îc.

 T1  4  T2 4  Q = K ⋅ F ⋅ C0 ⋅ ε qd ⋅   −    100   100  

(5.2)

ë ®©y: F - DiÖn tÝch tÊm ®èt nãng vµ còng lµ diÖn tÝch bÒ mÆt vËt liªu (m2). C0 - H»ng sè vËt ®en tuyÖt ®èi εqd - §é ®en qui dÉn 1 ε qd = (5.3) 1 1 + −1

ε1

ε2

ε1, ε2 - ®é ®en cña nguån bøc x¹ vµ cña vËt liÖu T1 - NhiÖt ®é tÊm ®èt nãng (0K) T2 - NhiÖt ®é th¨ng hoa cña vËt liÖu T2 = Tth (0K) Tr−êng hîp vÞ trÝ gi÷a vËt vµ tÊm nãng kh«ng coi lµ hai tÊm ph¼ng song song th× ta cã.

 T  4  T  4  Q = K ⋅ H ⋅ F ⋅ C0 ⋅ ε qd ⋅  1  −  2    100   100  

ë ®©y:

(5.4)

H - Lµ hÖ sè tÝnh quan hÖ t−¬ng hç gi÷a c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. 1 ε qd = (5.5) 1 F1 1 + ⋅ −1 ε1 F2 ε 2

ë ®©y: F1, F2 – DiÖn tÝch tÊm gia nhiÖt vµ vËt liÖu tiÕp nhËn bøc x¹.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

95

5.3.2. NhiÖt to¶ ra trong b×nh ng−ng - ®ãng b¨ng. §©y lµ lo¹i thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt kiÓu chïm èng. Ngoµi èng lµ am«ni¨c bay h¬i nhËn nhiÖt cña h¬i n−íc – kh«ng khÝ bªn trong èng, lµm cho n−íc ®ãng b¨ng. NhiÖt to¶ ra trong b×nh ng−ng. Qn = Wb ⋅ ( r + rd ) + C ph ⋅ ( th − tb ) 

(5.6)

Trong ®ã: Wb - L−îng Èm cÇn ng−ng (kg/h) r vµ rd - NhiÖt Èm ho¸ h¬i vµ ®«ng ®Æc cña n−íc Cph - NhiÖt dung riªng cña h¬i n−íc th vµ tb - NhiÖt ®é h¬i vµ b¨ng. MÆt kh¸c theo ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt qua v¸ch ng¨n gi÷a hçn hîp h¬i n−íc - kh«ng khÝ trong èng vµ am«ni¨c s«i ë ngoµi èng ta cã: Qn = K ⋅ F ⋅ ∆t Trong ®ã F lµ diÖn tÝch bÒ mÆt truyÒn nhiÖt, K hÖ sè truyÒn nhiÖt vµ ∆t ®é chªnh nhiÖt ®é gi÷a hai dÞch thÓ.èng trao ®æi nhiÖt rÊt máng (δ1 = 3mm) vµ chiÒu dµy líp b¨ng còng kh«ng lín (δ2 =6 ÷ 8 mm). Bµi to¸n dÉn nhiÖt coi nh− qua mét v¸ch ph¼ng hai líp, cã hÖ sè truyÒn nhiÖt K lµ. 1 K= 1 δ1 δ 2 1 + + +

α1

λ1

λ2

α2

α1 vµ α2 lµ hÖ sè trao ®æi nhiÖt khi s«i cña am«ni¾c vµ khi ng−ng cña h¬i n−íc. §Ó x¸c ®Þnh α1 vµ α2 ta th−êng dïng c«ng thøc thùc nghiÖm α1 = 4, 2 ⋅ (1 + 0, 007 ⋅ tv ) ⋅ q o ,7 kcal/m2h0K

α2 =

2, 75 ⋅ λ ⋅ q ' −1,1 ⋅ (Tbh − Tm ) g ⋅ µ ⋅ 3600

kcal/m2h0K

Trong ®ã: tv - nhiÖt ®é v¸ch (0C) q - MËt ®é dßng nhiÖt (kcal/m2) §Ó tÝnh α1 ta ph¶i biÕt tv vµ q, ta sÏ kiÓm tra gi¸ trÞ nµy khi tÝnh ®−îc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. λ - HÖ sè dÉn nhiÖt cña hçn hîp h¬i - kh«ng khÝ (kcal/m2h0K) q' - C−êng ®é ng−ng tô (kg/m2h) µ - ®é nhít ®éng lùc cña h¬i (kgs/m2) Tbh - NhiÖt ®é b7o hoµ cña h¬i (0K) Tm - NhiÖt ®é bÒ mÆt lµm l¹nh, hay nhiÖt ®é bÒ mÆt b¨ng (0K) Tr−êng hîp tÝnh theo hÖ SI (q1, α1t−¬ng øng b»ng w/m2, w/m2 0K; λ (w/m0k) α2 (w/m2 0K) th× c¸c c«ng thøc trªn trë thµnh. α1 = 4,395 ⋅ (1 + 0, 007 ⋅ tv ) ⋅ q 0,7 (w/m2 oK) Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

96

λ ⋅ q '  Tbh − Tm  α 2 = 6,568 ⋅10 ⋅ ⋅  g ⋅ µ  Tbh 

−1,1

(w/m2 oK)

−4

§Ó t¨ng kh¶ n¨ng lµm viÖc cña b×nh ng−ng - ®ãng b¨ng ng−êi ta dïng nhiÒu b×nh lu«n phiªn thay ®æi nhau; v× b¨ng b¸m trªn bÒ mÆt lµm kÐm ®i qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt, nªn cÇn x¶ b¨ng. ViÖc x¶ b¨ng dïng h¬i NH3 nãng 30 - 25oC hoÆc dïng h¬i tho¸t tõ qu¸ tr×nh sÊy ë giai ®o¹n 3 thæi trùc tiÕp vµo b¨ng. Khi ®ã b×nh ng−ng - ®ãng b¨ng gi÷ vai trß nh− giµn ng−ng m¸y l¹nh. NÕu n b×nh, mçi b×nh cã diÖn tÝch truyÒn nhiÖt Fn th× c−êng ®é ng−ng. w q' = n ⋅ Fn

5.3.3. NhiÖt cÇn thiÕt lµm tan b¨ng NhiÖt l−îng cÇn thiÕt trong b×nh ng−ng ®ãng b¨ng bao gåm: nhiÖt vËt lý cña b¨ng, nhiÖt ®«ng ®Æc , nhiÖt vËt lý cña khèi l−îng èng thÐp. Ta cã

(

Qx = Gb ⋅  rb + C pb ⋅ ( tn − tb )  + G« ⋅ C p « ⋅ t«2 − t«1

)

(5.7)

Trong ®ã: gb, g« - Khèi l−îng cña b¨ng vµ toµn bé èng rb - NhiÖt ®«ng ®Æc cña n−íc rb = 333,37 kK/kg ≈ 80 kcal/ kg - NhiÖt dung riªng cña b¨ng = 2,174 kJ/kgoK = 0,52kxal/kgoK Cpb tn vµ tb - NhiÖt ®é n−íc sau khi tan vµ nhiÖt ®é b¨ng - NhiÖt dung riªng thÐp lµm èng Cp« t«1, t«2 - NhiÖt ®é èng thÐp sau vµ tr−íc x¶ b¨ng. Th«ng th−êng ng−êi ta biÕt tr−íc G« cßn Gb tÝnh theo. Gb = Fb ⋅ δ b ⋅ ς b ChiÒu dµy líp b¨ng δb ≈ 6 ÷ 8 mm, ζb ≈ 920 kg/m2; Fb - DiÖn tÝch mÆt b¸m b¨ng (m2) 5.3.4. HÖ sè trao ®æi nhiÖt ®èi l−u gi÷a h¬i NH3 tíi bÒ mÆt èng Dïng h¬i am«ni¾c ®Ó x¶ b¨ng th× am«ni¾c sÏ ng−ng tô l¹i. Do ®ã α1 cã thÓ tÝnh nh− hÖ trao ®æi nhiÖt khi ng−ng theo c«ng thøc thùc nghiÖm sau.

α1 = 1,177 ⋅ 3

r ⋅γ 2 ⋅ λ3 µ ⋅ qF

ë ®©y: r - NhiÖt ho¸ h¬i cña NH3 (kcal/kg) γ - Träng l−îng riªng cña NH3 (KG/m3) λ - HÖ sè dÉn nhiÖt cña h¬i NH3 (kcal/mhoc) µ - §é nhít ®éng lùc cña h¬i NH3 (kg/m2s) QF - Phô t¶i nhiÖt cña b×nh ng−ng trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc ®Þnh møc (kcal/m2h) Q qF = F Q - NhiÖt truyÒn cho b×nh ng−ng (kcal/h) Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

97

5.3.5. Thêi gian x¶ b¨ng τX vµ thêi gian lïa khÝ trong b×nh th¨ng hoa τ® NÕu nhiÖt l−îng cÇn ®Ó x¶ b¨ng b»ng h¬i am«ni¾c tÝnh theo (5.7) lµ Qx, ta cã thêi gian x¶ b¨ng Qx τx = K ⋅ Fn ⋅ ∆t HÖ sè truyÒn nhiÖt K gi÷a am«ni¾c ng−ng víi líp b¨ng ®ang tan cã thÓ tÝnh theo. 1 K= 1 δ1 δ 2 + +

α1

λ1

λ2

∆t - ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a h¬i nãng vµ b¨ng. BiÕt ®−îc thêi gian lïa khÝ cho phÐp ta x¸c ®Þnh ®−îc kÝch th−íc b×nh th¨ng hoa vµ n¨ng suÊt b¬m ch©n kh«ng. B − Po V τ ® = β ⋅ ⋅ ln (h) Vh P − Po

Trong ®ã: V - ThÓ tÝch b×nh kÝn th¨ng hoa (m3) Vh - Tèc ®é lïa khÝ (l/s) B - ¸p suÊt khÝ trêi (mmhg) Pc - ¸p suÊt cÇn thiÕt trong b×nh th¨ng hoa (mmHg) Po - ¸p suÊt giíi h¹n t¹o nªn bëi b¬m ch©n kh«ng (mmHg) β - HÖ sè dù phßng.

c©u hái «n tËp ch−¬ng v 1. Tr×nh bµy nguyªn t¾c lµm viÖc cña sÊy th¨ng hoa. 2. C¬ së lý thuyÕt tÝnh to¸n nhiÖt b×nh th¨ng hoa. 3. TÝnh to¸n nhiÖt to¶ ra trong b×nh ng−ng - ®ãng b¨ng. 4. TÝnh nhiÖt cÇn thiÕt lµm tan b¨ng. 5. X¸c ®Þnh thêi gian x¶ b¨ng vµ thêi gian lïa khÝ trong b×nh th¨ng hoa.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

98

Ch−¬ng 6 c¸c thiÕt bÞ phô trî hÖ thèng sÊy 6.1. ThiÕt bÞ gia nhiÖt §Ó h©m nãng kh«ng khÝ ®−a vµo sÊy, ng−êi ta th−êng sö dông hai lo¹i calorife: calorife khÝ - h¬i vµ calorife khÝ - khãi. Lo¹i calorife khÝ - h¬i th−êng dïng trong tr−êng hîp, cÇn nhiÖt ®é kh«ng khÝ v−ît qua 1500C. Lo¹i calorife khÝ - khãi khi kh«ng khÝ cÇn ®èt nãng tíi nhiÖt ®é 200 - 3000C. Th«ng th−êng c¸c lo¹i calorife sö dông chÊt mang nhiÖt (t¸c nh©n sÊy) lµ hçn hîp khãi lß hoÆc n−íc qu¸ nhiÖt (¸p suÊt tíi 1,2 Mpa nhiÖt ®é tíi 1900C). Calorife th−êng chän theo catal«, ®é lín diÖn tÝch trao ®æi nhiÖt F, x¸c ®Þnh trªn c¬ së tÝnh to¸n nhiÖt. Chi phÝ nhiÖt trong calorife tÝnh to¸n trªn c¬ së ph−¬ng tr×nh nhiÖt khi sÊy. HÖ sè truyÒn nhiÖt K tÝnh theo ph−¬ng ph¸p gi¶i thÝch hoÆc chän theo sæ tay tra cøu phô thuéc vao tèc ®é kh«ng khÝ. Chi phÝ nhiÖt ®Ó h©m nãng kh«ng khÝ tÝnh trªn c¬ së ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt sÊy hoÆc theo ph−¬ng tr×nh. Qk = c ⋅ L ⋅ ( t1 − t2 ) (6.1) Trong ®ã: L - Chi phÝ kh«ng khi (kg/h) C - NhiÖt dung cña kh«ng khÝ t1, t2 - NhiÖt ®é t−¬ng øng cuèi vµ ®Çu cña kh«ng khÝ Calorife khÝ - h¬i lµ lo¹i thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt cã v¸ch ng¨n. Trong èng lµ h¬i b7o hoµ ng−ng tô vµ ngoµi èng lµ kh«ng khÝ chuyÓn ®éng. HÖ sè trao ®æi nhiÖt khi ng−ng cña h¬i n−íc αn rÊt lín so víi hÖ sè trao ®æi nhiÖt ®èi l−u gi÷a mÆt ngoµi èng víi kh«ng khÝ αK. §Ó t¨ng c−êng trao ®æi nhiÖt víi kh«ng khÝ ng−êi ta th−êng lµm c¸nh. Trong c¸c lo¹i calorife khÝ h¬i, kh«ng khÝ ®−îc ®èt kh«ng qu¸ 1200C vµ ¸p suÊt h¬i (4 ÷ 6) at. BÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña calorifer b»ng C ⋅ L ⋅ ( t1 − t2 ) Q = (6.2) F= K ⋅ ∆ttb ⋅ηc K ⋅ ∆ttb ⋅ηc Trong ®ã: K - HÖ sè truyÒn nhiÖt cña calorifer ∆ttb - §é chªnh lÖch nhiÖt ®é trong b×nh gi÷a kh«ng khÝ vµ h¬i ηc - HiÖu suÊt cña calorifer.

H×nh 6.1. Calorife khÝ - h¬i 1 - Khung calorife 2 - èng cã c¸nh 3 - MÆt bÝch 4 - èng h¬i vµo vµ n−íc ng−ng ra

HÖ sè truyÒn nhiÖt K=

1

δ 1 + + αn λ αK ⋅εc 1

(6.3)

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- -----------------------------------------

99

ë ®©y: δ - ChiÒu dµy èng λ - HÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu lµm èng εc - HÖ sè sè c¸nh §èi víi c¸c blèc calorifer theo tiªu chuÈn, c¸c th«ng sè trªn ®−îc nhµ chÕ t¹o cho. B¶ng 6.1. HÖ sè truyÒn nhiÖt K vµ trë kh¸ng thuû lùc cña calorifer khÝ - h¬i (¸p suÊt 4 - 6 at) HÖ sè truyÒn nhiÖt K Trë lùc phÝa kh«ng khÝ L−u l−îng kh«ng khÝ 2 2 (w/m K) (mmHg) (kg/m s) 4 20,818 3,0 5 22,911 4,4 6 24,656 6,0 7 26,284 7,8 8 27,912 9,8 9 29,191 11,7 10 30,587 14,0 11 31,866 16,8 12 33,029 20,0 13 34,192 22,2 14 35,239 25,0 §èi víi c¸c lo¹i calorifer s¶n xuÊt tai liªn x« cò, kiÓu KCK3, KCK4, hÖ sè truyÒn nhiÖt K, ®é gi¶m ¸p suÊt ∆P trong kho¶ng kh«ng gian gi÷a c¸c «ng x¸c ®Þnh theo. n

K = a (v ⋅ ρ ) ⋅ ur m ∆P = b ⋅ ( v ⋅ ρ )

(6.4)

Trong ®ã:

vρ - Tèc ®é khèi l−îng cña dßng kh«ng khÝ (Pas) u - Tèc ®é n−íc ch¶y trong èng (m/s) a, b, n, m, r - HÖ sè B¶ng 6.2. Gi¸ trÞ c¸c hÖ sè

HÖ sè 3 hµng èng 4 hµng èng a 24,88 21,69 n 0,455 0,515 r 0,14 0,17 b 0,736 0,894 m 1,71 1,73 C¸c ph−¬ng tr×nh (6.4) ®óng khi v⋅ρ = 20 - 70 (Pas) vµ u = 0,5 ÷ 1,35 m/s. Tæn thÊt thuû lùc cña calorifer ∆P trong kho¶ng kh«ng gian èng x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh. 2 2   fx   fx  l ∆P = 50 ⋅ u ⋅  4, 47 ⋅   + ( n − 1) ⋅ 5, 2 ⋅   + 0, 044 ⋅ n ⋅  (6.5) d   fn   fk   2

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 100

Trong ®ã: fx, fn, fk - DiÖn tÝch tiÕt diÖn cña ®−êng thø nhÊt, èng, n¾p colect¬ (m2) n - Sè ®−êng cña chÊt mang nhiÖt. l - ChiÒu dµi èng (m) d - §−êng kÝnh trong èng (m) 6.1.1. Bé gia nhiÖt kh«ng khÝ b»ng khãi lß. Khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ cÇn tõ 200 - 300 0C hay ë n¬i ch−a ®Æt lß h¬i, cÇn dïng thiÕt bÞ gia nhiÖt b»ng khãi. ThiÕt bÞ gia nhiÖt dïng khãi lß gåm c¸c kiÓu. - KiÓu håi nhiÖt: bÒ mÆt gia nhiÖt b»ng g¹ch b»ng kim lo¹i. Lo¹i thiÕt bÞ b»ng g¹ch Ýt ®−îc dïng v× hiÖu qu¶ truyÒn nhiÖt thÊp, tæn thÊt thuû lùc lín vµ cã sù hoµ lÉn gi÷a khãi vµ kh«ng khi. ThiÕt bÞ loai nµy th−êng dïng trong thiÕt bÞ sÊy bÒ mÆt kiÓu kim lo¹i quay. KiÓu nµy cã nh−îc ®iÓm lµ hay x¶y ra qu¸ nhiÖt côc bé ë bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt, lµm nhiÖt ®é ë ®ã lín h¬n nhiÖt ®é cho phÐp. - KiÓu phiÕn: chØ dïng khi nhiÖt ®é khãi thÊp. - KiÓu èng thep: kiÓu nµy ®−îc dïng kh¸ phæ biÕn, cho phÐp gia nhiÖt cho kh«ng khÝ tíi 300 - 4000C. Trong vËn hµnh thiÕt bÞ cÇn l−u ý, nhiÖt ®é khãi kh«ng thÓ thÊp h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng, v× x¶y ra ng−ng tô n−íc, khÝ CO2, SO2 hoµ tan trong n−íc t¹o nªn axÝt ¨n mßn c¸c bÒ mÆt kim lo¹i. 6.1.2 Bé gia nhiÖt kh«ng khÝ b»ng h¬i n−íc nãng. Kh«ng khÝ ®−îc gia nhiÖt tíi nhiÖt ®é kh«ng cao (tíi 1200C) nªn cã thÓ dïng h¬i n−íc b7o hoµ ë ¸p suÊt 4 - 6at CÊu t¹o bé gia nhiÖt gåm c¸c èng thÐp tr¬n hoÆc cã c¸nh m¾c song song thanh d7y so le. H¬i n−íc ng−ng tô bªn trong èng; trë lùc phÝa kh«ng khÝ nhá. Sö dông èng cã c¸nh lµm t¨ng c−êng viÖc trao ®æi nhiÖt ë phÝa tiÕp xóc víi dßng khÝ. ThiÕt bÞ gia nhiÖt kiÓu tÊm còng ®−îc dïng trong thiÕt bÝ sÊy.

6.2. Buång ®èt trong thiÕt bÞ sÊy - T¹o ra khãi lß cã nhiÖt ®é cao, cung cÊp nhiÖt ®Ó ®èt nãng kh«ng khÝ trong calorifer khÝ - khãi (sÊy gi¸n tiÕp). - T¹o ra khãi lß cã nhiÖt ®é thÝch hîp dïng lµm t¸ch nh©n sÊy (sÊy trùc tiÕp) sÊy trùc tiÕp so víi sÊy gi¸n tiÕp tiÕt kiÖm nhiªn liÖu h¬n 2 lÇn, do ®ã nã ®−îc sö dông kh¸ réng r7i trong s¶n xuÊt. B¶ng 6.2 cho ta 1 ®Æc ®iÓm 1 sè lo¹i nhiªn liÖu chÝnh. B¶ng 6.3. §Æc ®iÓm ho¸ häc 1 sè nhiªn liÖu chÝnh Lo¹i nhiªn liÖu Thµnh phÇn ho¸ häc % N¨ng suÊt t¶o nhiÖt QHp(kcal/s) Hp Np Op Sp Ap Wp Cp Than ¨ngtraxÝt 70,4 1,4 1,8 1,9 0,7 17,3 6,5 6000 Than bïn 30,9 3,2 1,3 17,8 0,2 6,6 40,0 2560 MaJót vµ nhiªn 85,0 12,5 0 0,4 0,1 6,6 2,0 9740÷9970 liªu ®«ng c¬ Gç (hçn hîp) 32,8 3,9 0,4 27,3 0 0,6 35,0 2700

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 101

H×nh 6.2. Buång löa ghi ngang cho m¸y s©y trùc tiÕp 1 - Ghi lß 2 - Bußng lña 3 - TÊm ch¾n dËp tµn löa 4 - Bußng l¾ng 5 - Bé phËn läc bôi 6 - Buång hçn hîp 6.2.1. Buång ®èt dïng nhiªn liÖu r¾n. Buång ®èt dung nhiªn liÖu r¾n cã cÊu t¹o phøc t¹p. §Ó sÊy s¶n phÈm kh«ng sî b¸m bôi (g¹ch, ngãi...) th× buång ®èt ®¬n gi¶n. Khi s¶n phÈm yªu cÇu s¹ch th× cÇn cã bé phËn l¾ng bôi, bé phËn dËp t¾t tµn l−a, bé phËn läc bôi... Hµm l−îng tro trong khãi cã thÓ lÊy gÇn ®óng nh− sau: - §èi víi buång löa ghi thñ c«ng l−îng bôi trong khãi chiÕm 20 ÷ 30% hµm l−îng tro cña nhiªn liÖu. Buång löa ghi xÝch lµ 20%; bu«ng löa than bïn lµ 60 - 80%. Trong bu«ng ®èt còng x¶y ra qu¸ tr×nh ho¸ khÝ nh−ng víi møc ®é h¹n chÕ, do ®ã nhiÖt tù cña khÝ ch¸y t¹o ra thÊp 600 ÷ 900kcal/m3 tiªu chuÈn. Nh− vËy qu¸ tr×nh ch¸y x¶y ra võa ë líp nhiªn liÖu r¾n võa trong kh«ng gian bu«ng löa do khÝ ch¸y t¹o thµnh. Trªn h×nh 6.2 Buång löa ghi ngang, cho m¸y sÊy trùc tiÕp. H×nh 6.3 c¸c kiÓu ghi lß

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 102

H×nh 6.3. C¸c kiÓu ghi lß a - KiÓu ®èi xøng b - KiÓu kh«ng ®èi xøng c - KiÓu tÊm Cã ba kiÓu ghi lß th«ng dông: ghi ®èi x−ng (a) t¹o thµnh sµng diÖn tÝch cã Ých 35% (diÖn tÝch r¬i); ghi lß kh«ng ®èi xøng (b) diÖn tÝch cã Ých lµ 38,6% vµ 21,8% phô thuéc c¸ch ®Æt ghi c¸c phÇn låi vÒ phÝa hoÆc hai phÝa; ghi tÊm, diÖn tÝch cã Ých lµ 12% (c). §èi víi lß ®èt dïng than bïn hoÆc cñi, dïng lo¹i ghi cã diÖn tÝch cã Ých lín. Trong qu¸ tr×nh ch¸y, khÝ lß nãng trén víi kh«ng khÝ s¹ch ®i vµo buång sÊy. XØ, tro chui qua khe hë ghi lß, ®−îc th¶i ra ngoµi. Trªn h×nh 6.4 tr×nh bµy kiÓu buång ®èt nöa ho¸ khÝ kiÓu VII víi ghi nghiªng.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 103

H×nh 6.4. Buång löa ghi nghiªng nöa ho¸ khÝ. 1 - Buång ®èt; 2, 3 - Buång l¾ng bôi; 4 - Xycl«n; 5 - Buång lÊy tro; 6 - Cöa tho¸t; 7 - èng khãi; 8 - èng dÉn khÝ sÊy. 6.2.2. Buång ®èt dïng nhiªn liÖu láng, khÝ. Buång ®èt dïng nhiªn liÖu láng cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, buång lµm b»ng thÐp. Chi phÝ nhiªn liÖu giê lµ 80Kg/h dÇu diezen cho c«ng suÊt nhiÖt lµ 800.000Kcal/h ®Ó ®èt nãng kho¶ng 400.000m3/h kh«ng khÝ tõ nhiÖt ®é m«i tr−êng tíi nhiÖt ®é 1500C. Khi ®èt c¸c nhiªn liÖu khÝ nhiÖt ®é thÊp còng sö dông c¸c buång ®èt b»ng g¹ch.

H×nh 6.5. Buång ®èt dïng nhiªn liÖu láng. 1 - Buång ®èt; 2 - Vßi phun; 3 - Qu¹t; 4 - §éng c¬; 5 - Thïng nhiªn liÖu; 6 - Bé ®iÒu chØnh nhiÖt ®é; 7 - èng dÉn kh«ng khÝ cho vßi phun; 8 - Kªnh dÉn kh«ng khÝ; 9 - Vá trong; 10 - Vá ngoµi. Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 104

Nhê tÝnh to¸n nhiÖt thiÕt bÞ sÊy ta ®7 tÝnh ®−îc l−îng nhiÖt mµ calorifer cÇn cung cÊp Q (KJ/h); NhiÖt l−îng buång ®èt cÇn t¹o ra lµ Qt. Q (6.6) Qt = η b ⋅η « ⋅ η c Trong ®ã: ηb - hiÖu suÊt buång ®èt. η« - hiÖu suÊt c¸c èng dÉn khãi nãng ηc - hiÖu suÊt calorifer. C¸c gi¸ trÞ trªn cã thÓ lÊy theo kinh nghiÖm. ηb = 0,6 ÷ 0,85; η« = 0,85 ÷ 0,95; ηc = 0,5 ÷ 0,75. §Ó tÝnh diÖn tÝch ghi R, thÓ tÝch buång ®èt Vb ta dïng ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n th−êng tÝnh buång ®èt trong kü thuËt sÊy: - §Æc tr−ng nhiÖt thÕ trªn ghi Qt/R. - §Æc tr−ng nhiÖt thÕ thÓ tÝch Qt/Vb. C¸c ®Æc tr−ng nµy x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm cho trong b¶ng 6.4 B¶ng 6.4. C¸c ®Æc tr−ng cña buång ®èt nhiªn liÖu r¾n. §Æc tr−ng §¬n vÞ Gç Than bïn Than n©u Antraxit t kcal 400 ÷ 800 450 ÷ 700 450 ÷ 700 450 ÷ 700 Q 10−3 2 m .h R t 300 300 kcal 250 ÷ 300 250 ÷ 300 Q 10−3 2 m .h Vb αb

1,4 ÷ 1,45

1,4 ÷ 1,45

1,4 ÷ 1,45

1,4 ÷ 1,45

qh

%

2÷3

2÷3

2÷3

2 ÷ 2,5

qc

%

0,5 ÷ 1

4,5 ÷ 5

7÷9

9,5 ÷ 12

pb

mmHg

3

3

3

3

pg

mmHg



24 ÷ 40

50 ÷ 80

50 ÷ 100

Ngoµi hai ®Æc tr−ng c¬ b¶n trªn, ng−êi ta cßn cho hÖ sè thõa kh«ng khÝ αb, tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hÕt vÒ ho¸ häc qh, tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hÕt vÒ c¬ khÝ qc, ¸p suÊt cho phÐp trong buång ®èt pb vµ ¸p suÊt kh«ng khÝ d−íi ghi pg.

6.3. Qu¹t giã

§Ó hót khÝ qua hÖ thèng calorifer - èng dÉn - buång sÊy, khö Èm bèc h¬i, t¹o ¸p suÊt hoÆc ch©n kh«ng trong thiÕt bÞ sÊy, ng−êi ta th−êng dïng qu¹t h−íng trôc hoÆc ly t©m. Qu¹t h−íng trôc sö dông khi ¸p suÊt tíi 0,3KPa hoÆc ®Ó cung cÊp thÓ tÝch kh«ng khÝ lín. Qu¹t h−íng trôc cã nhiÒu −u ®iÓm: cÊu t¹o ®¬n gi¶n, l−îng kim lo¹i cÇn dïng Ýt h¬n qu¹t ly t©m, cã giíi h¹n ®iÒu chØnh réng vÒ n¨ng suÊt, khÝ chuyÓn ®éng th¼ng theo trôc, kh«ng cã sù thay ®æi ®ét ngét h−íng dßng khÝ, cã thÓ ®¶o chiÒu nghÜa lµ khi thay ®æi h−íng quay b¸nh c«ng t¸c sÏ lµm thay ®æi h−íng dßng khÝ, hÖ sè t¸c dông h÷u Ých cao.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 105

Qu¹t ly t©m dïng trong hÖ thèng sÊy cã c¸c kÓu: ¸p suÊt thÊp (®Õn 1KPa), ¸p suÊt trung b×nh (1 ÷ 4KPa) vµ ¸p suÊt cao (> 4KPa). H×nh d−íi cho ta s¬ ®å qu¹t ly t©m.

H×nh 6.6. S¬ ®å qu¹t ly t©m. Khi b¸nh c«ng t¸c 2 quay, kh«ng khÝ ®−îc hót qua cöa hót 1 vµo r7nh gi÷a c¸c c¸nh cña b¸nh c«ng t¸c. D−íi t¸c dông cña lùc ly t©m, kh«ng khÝ di chuyÓn theo r7nh 3, tËp hîp ë vá xo¾n 4 vµ h−íng nã qua cöa tho¸t 5. Ng−êi ta chän qu¹t theo n¨ng suÊt thÓ tÝch V (m3/h), x¸c ®Þnh theo sè liÖu c©n b»ng nhiÖt vµ c©n b»ng vËt liÖu, søc c¶n chung cña hÖ H gåm søc c¶n trong èng dÉn vµ søc c¶n cña tÊt c¶ c¸c bé phËn tr−íc ®ã. ta cã thÓ sö dông ®å thÞ ®Æc tÝnh cña qu¹t (H×nh 6.7). Mçi kiÓu qu¹t, tÝnh chÊt cña nã hoµn toµn cã thÓ x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh khÝ ®éng. Trªn h×nh 6.7 tr×nh bµy ®Æc tÝnh cña qu¹t U-4.70. Søc c¶n chung cña c¶ hÖ H x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh. H = ∆h« + ∆hcb + ∆hb + ∆hK + ∆hS + ∆h®l (6.7) Trong ®ã:

l v2 ∆h« = λ ⋅ ⋅ K - søc c¶n trong èng. d 2g ∆hcb = ∑ ξ ⋅

vK2 2g

∆hcb

- søc c¶n côc bé

λ, ξ ∆hb ∆hK ∆hS

- hÖ sè c¶n; l, d - chiÒu dµi vµ ®−êng kÝnh èng; vK - tèc ®é khÝ - søc c¶n cña c¬ cÊu t¸ch bôi; - søc c¶n cña calorifer. - søc c¶n cña thiÕt bÞ sÊy; chän hoÆc tÝnh to¸n theo kiÓu m¸y sÊy.

∆h®l =

vr2 - tæn thÊt ®éng häc. 2g

Tæng lùc c¶n cña hÖ H ®−îc chän t¨ng thªm dù tr÷ 10 ÷ 20%. Theo gi¸ trÞ nhËn ®−îc cña H vµ chi phÝ kh«ng khÝ V ®7 cho trªn ®å thÞ, t×m ®iÓm t−¬ng øng víi η (hiÖu suÊt qu¹t) vµ sè vßng quay n, ta t×m ®−îc kiÓu qu¹t cã hiÖu suÊt cùc ®¹i. X¸c ®Þnh c«ng suÊt ®éng c¬. H ⋅V (6.8) N= 3600 ⋅102 ⋅η ⋅η1 ⋅η2

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 106

Trong ®ã:

η1 = 0,96 ÷ 0,97 - hiÖu suÊt gèi ®ì phô thuéc vµo kiÓu, tr¹ng th¸i gèi ®ì. η2 = 0,90 ÷ 0,95 - hiÖu suÊt bé truyÒn ®ai. C«ng suÊt ®éng c¬, ®èi víi bôi vµ khÝ nãng tÝnh theo c«ng thøc: V ⋅H N= (1 + K ⋅ C ) 3600 ⋅102 ⋅η ⋅η1 ⋅η 2

N=

V ⋅H  293    3600 ⋅102 ⋅η ⋅η1 ⋅η2  t + 273 

(6.9)

ë ®©y: K - hÖ sè; K = 0,6 ÷ 0,7. C - mËt ®é bôi (Kg/Kg) cña kh«ng khÝ; t - nhiÖt ®é kh«ng khÝ (0C). C¸c ®Æc tÝnh cña qu¹t cho trong c¸c sæ tay kü thuËt lµ tÝnh trong ®iÒu kiÖn b×nh th−êng, v× vËy khi chän qu¹t ¸p lùc H, trong ®iÒu kiÖn sÊy nµo ®ã ta ph¶i tÝnh theo: H1 = 1,1⋅

ρ1 ⋅H ρ2

ρ1 - mËt ®é kh«ng khÝ ë t = 200C. ρ2 - mËt ®é kh«ng khÝ ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é trung b×nh trong m¸y sÊy. C«ng suÊt l¾p ®Æt ®éng c¬: Nl® = K3 ⋅ N

K3 - hÖ sè ..... H1 (Pa)

K3 = 1,1 ÷ 1,5. §èi víi c«ng suÊt nhá ta nhËn gi¸ trÞ lín.

H×nh 6.7. §å thÞ ®Æc tÝnh cña qu¹t.

6.4. HÖ thèng lµm s¹ch bôi Trong thiÕt bÞ sÊy, ®Ó t¸ch bôi vµ lµm s¹ch t¸c nh©n sÊy ng−êi ta sö dông c¸c kiÓu thiÕt bÞ t¸ch bôi nh− sau: kiÓu buång, kiÓu qu¸n tÝnh, kiÓu ly t©m (xycl«n), kiÓu tói läc, kiÓu −ít, kiÓu läc ®iÖn, ...

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 107

6.4.1. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu buång. §©y lµ thiÕt bÞ khö bôi ®¬n gi¶n th−êng khö ®−îc bôi cã kÝch th−íc lín vµ lo¹i nhá cña s¶n phÈm sau sÊy. Bôi cã kÝch th−íc ph©n tö dp.tö < 100µm th× kh¶ n¨ng t¸ch sÏ kÐm. Trong thêi gian hiÖn nay, bé phËn t¸ch bôi kiÓu buång chØ dïng lµm s¹ch s¬ bé, ®Æc biÖt khi mËt ®é bôi ban ®Çu cao. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña thiÕt bÞ nh− sau: Trªn ®−êng ®i cña dßng khÝ n»m ngang cã bôi, cho va ch¹m liªn tiÕp vµo c¸c v¸ch ng¨n (chuyÓn ®éng zÝch z¾c). Tèc ®é gi¶m ®ét ngét vµ bi va ®Ëp nªn d−íi t¸c dông cña lùc träng tr−êng c¸c h¹t bôi sÏ l¾ng xuèng.

H×nh 6.8. KÕt cÊu buång khö bôi. Trong tr−êng hîp nµy, ®iÒu kiÖn ®Ó bôi l¾ng xuèng lµ tèc ®é dßng khÝ ph¶i tho¶ m7n. L v < ⋅ v1 H Trong ®ã: L, H - chiÒu dµi vµ chiÒu cao buång khö bôi. v1 - tèc ®é l¬ löng cña h¹t bôi (tèc ®é Vitanhia) N¨ng suÊt buång khö bôi: V = 3600 ⋅ B ⋅ H ⋅ v (m3/h) Trong ®ã: B, H - chiÒu réng vµ chiÒu cao buång khö bôi (m). 6.4.2. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu qu¸n tÝnh. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña bé phË t¸ch bôi kiÓu qu¸n tÝnh lµ dùa trªn c¬ së thay ®æi ®ét ngét chuyÓn ®éng cña dßng khÝ. KhÝ ®ã ph©n tö bôi d−íi t¸c dông cña lùc qu¸n tÝnh, bÞ v¨ng ra khái dßng khÝ.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 108

H×nh 6.9. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu qu¸n tÝnh. a - Buång ch¾n; b - Buång dßng khÝ quay nhÑ; c - Buång c«n d6n; d - Buång c«n s©u. 6.4.3. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu khe chíp. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu khe chíp cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n vµ lµm viÖc hiÖu qu¶. Trªn kªnh dÉn tiÕt diÖn ch÷ nhËt, bè trÝ c¸c c¸nh chíp nghiªng mét gãc 300. Nhê c¸c c¸nh chíp mµ h−íng chuyÓn ®éng cña dßng khÝ thay ®æi, khÝ tho¸t qua khe c¸nh chíp, bôi ®−îc t¸ch ra. Tèc ®é dßng khÝ ®i vµo dao ®éng trong kho¶ng 12 ÷ 15 m/s. Phô thuéc vµo nhiÖt ®é, ng−êi ta sö dông c¸c c¸nh chíp b»ng thÐp hoÆc b»ng ngang HiÖu qu¶ bé phËn t¸ch bôi kiÓu khe chíp phô thuéc kÝch th−íc phÇn tö bôi sÏ bÞ lo¹i bá. §èi víi phÇn tö bôi cã kÝch th−íc kho¶ng 40µm, hiÖu qu¶ t¸ch 80%, cßn kÝch th−íc phÇn tö kho¶ng 10µm, hiÖu qu¶ ®¹t 60%. Trong thùc tÕ c¸c gi¸ trÞ trªn thÊp h¬n. Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng H×nh 6.10. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu ph¸p nµy lµ lµm mßn c¸c tÊm chíp vµ t¹o n−íc khe chíp. khi khÝ l¹nh tíi nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng. 1-C¸nh chíp; 2-Khung 6.4.4. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu xycl«n. Xicl«n lµ thiÕt bÞ t¸ch bôi do sù ph©n ly qu¸n tÝnh. Kh«ng khÝ dÉn bôi vµo xycl«n tiÕp tuyÕn víi th©n cña nã, thùc hiÖn chuyÓn ®éng xo¸y xuèng phÝa d−íi trong kh«ng gian gi÷a vá vµ èng rçng ë gi÷a. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña xycl«n nh− sau: ë phÇn h×nh trô cña xycl«n dßng khÝ - bôi ®i vµo víi tèc ®é tiÕp tuyÕn lín, xo¸y dÇn xuèng phÝa d−íi sau mét vµi vßng theo chu vi h×nh trô; sau ®ã t¹o thµnh hµng lo¹t vßng xo¸y cã ®−êng kÝnh nhá vµ tho¸t ra khái xycl«n qua èng rçng. PhÇn tö bôi bÞ t¸ch ra d−íi t¸c dông cña lùc ly t©m trong qu¸ tr×nh dßng khÝ quay, tr−ît theo thµnh trong h×nh trô xuèng phÇn d−íi xycl«n vµ r¬i vµo hép chøa bôi ë d−íi. So víi c¸c kiÓu t¸ch bôi kh¸c, xycl«n cã mét sè −u ®iÓm sau: - Kh«ng cã bé phËn chuyÓn ®éng, lµm viÖc ®−îc ë m«i tr−êng cã nhiÖt ®é tíi 5000C, bôi thu gom ë d¹ng kh« nªn cã thÓ sö dông l¹i dÔ dµng. - Cã thÓ thu gom ®−îc bôi cã tÝnh mµi mßn, lµm viÖc ®−îc khi ¸p suÊt cao , trÞ sè søc c¶n thuû lùc æn ®Þnh. - ChÕ t¹o ®¬n gi¶n, khi nång ®é bôi t¨ng vÉn kh«ng lµm gi¶m hiÖu qu¶ lµm s¹ch. Nh−îc ®iÓm: tæn thÊt ¸p suÊt trong thiÕt bÞ t−¬ng ®èi cao, hiÖu qu¶ läc bôi sÏ gi¶m khi kÝch th−íc c¸c phÇn tö nhá h¬n 5µm.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 109

KhÝ s¹ch KhÝ bôi

Bôi

H×nh 6.11. M« t¶ cÊu t¹o xycl«n SN-11 cã hiÖu suÊt lµm s¹ch cao vµ ®−îc ¸p dông réng r6i trong s¶n xuÊt. HiÖu qu¶ lµm s¹ch kh«ng khÝ trong xycl«n phô thuéc vµo ®é ph©n t¸n cña phÇn tö bôi, khèi l−îng c¸c lo¹i h¹t bôi thµnh phÇn, vËn tèc chuyÓn ®éng cña kh«ng khÝ lèi vµo, kÕt cÊu, kÝch th−íc cña xycl«n. Nh÷ng xycl«n lµm viÖc víi kh«ng khÝ cã chøa bôi Èm, cÇn l¾p ®Æt trong phßng cã to¶ nhiÖt lín, nÕu kh«ng rÊt dÔ bÞ b¸m dÝnh bôi ë bªn trong vµ cöa ra cña xycl«n. Xycl«n h×nh trô cã n¨ng suÊt cao h¬n xycl«n h×nh c«n. §−êng kÝnh xycl«n h×nh trô kh«ng nªn v−ît qu¸ 2000mm, h×nh c«n lµ 3000mm. Trong xycl«n, phÇn tö bôi cã kÝch th−íc > 6µm sÏ ®−îc t¸ch ra. Møc ®é lµm s¹ch kh«ng khÝ khi kÝch th−íc phÇn tö bôi 6 ÷ 10µm cã thÓ ®¹t η = 92 ÷ 95%. Søc c¶n cña xycl«n gi¶m sù xo¸y lèc cña dßng khÝ ë èng ra. Khi cÇn thiÕt ph¶i lµm s¹ch mét l−îng lín kh«ng khÝ cã bôi, ®Ó thay thÕ viÖc ph¶i dïng mét xycl«n cã kÝch th−íc lín, ta dïng mét sè xycl«n cã kÝch th−íc nhá h¬n. Sè l−îng xycl«n ®−îc ghÐp vµo mét nhãm th−êng cã sè l−îng ch½n 2, 4, 6, ... Trong mét nhãm l¾p chung thïng thu gom bôi vµ chung èng gãp kh«ng khÝ ®7 ®−îc lµm s¹ch (h×nh 6.12 tr×nh bµy nhãm 4 xycl«n) hoÆc côm nhiÒu xycl«n nh− trong (h×nh 6.13).

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 110

H×nh 6.12. Nhãm 4 xycl«n. 1 - èng vµo; 2 - buång khÝ ®6 t¸ch bôi; 3 - KhuÕch t¸n; 4 - phÇn h×nh trô; 5 - thïng chøa; 6 - cöa x¶. Côm xycl«n gåm vá 1 víi n¾p 2, thïng chøa bôi 4, phÇn tö xycl«n 5 víi ®−êng dÉn khÝ däc trôc, èng 6 ®Ó dÉn khÝ vµ lµm kÝn v¸ch 7. KhÝ s¹ch tho¸t ra qua lç 3. §−êng kÝnh xycl«n phÇn tö 250mm, ®−êng kÝnh èng tho¸t phÇn tö 150mm, chiÒu dµi phÇn trô 375mm, phÇn c«n 500mm. Kh«ng khÝ cã bôi theo èng ng¾n 6 ®i vµo kho¶ng kh«ng a gi÷a v¸ch b vµ c, vµo phÇn tö xycl«n vµ theo èng 5 vµo kho¶ng kh«ng d vµ tho¸t khái xycl«n. Xycl«n SIOT bao gåm vá 1, n¾p cña vá 2 trªn cã èng nèi vµo 3, n¾p nhá 4 cã èng nèi ra 5 vµ èng x¶ bôi 6 ë phÇn d−íi xycl«n. Kh¸c biÖt cña xycl«n nµy lµ kh«ng cã phÇn h×nh trô vµ èng nèi vµo h×nh tam gi¸c. Xycl«n SIOT dïng lµm s¹ch kh«ng khÝ khái bôi kh«ng ph¶i d¹ng sîi vµ kh«ng dÝnh kÕt, n¨ng suÊt 1500 ÷ 10.000m3/h.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 111

H×nh 6.13. Côm xycl«n. 1 - Vá; 2 - N¾p; 3 - Lç khÝ s¹ch; 4 - Thïng chøa; 5 - PhÇn tö xycl«n; 6 - èng ng¾n; 7 - V¸ch

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 112

H×nh 6.14. Xycl«n SIOT H×nh 6.15. Xycl«n c«n xo¾n SDK. §Ó tÝnh to¸n xycl«n, cã thÓ cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p, tuy nhiªn ®Ó tÝnh to¸n ta cÇn mét sè sè liÖu sau: L−u l−îng kh«ng khÝ cÇn ®−îc lµm s¹ch bôi L (m3/s), nång ®é bôi trong kh«ng khÝ cb (g/m3), khèi l−îng riªng cña bôi ρb (Kg/m3), tiªu chuÈn lµm s¹ch. Nh÷ng tham sè cña kh«ng khÝ trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc, tÝnh to¸n theo h×nh trô sau: 1 - Sau khi chän xycl«n, x¸c ®Þnh vËn tèc chuyÓn ®éng tèi −u cña dßng trong thiÕt bÞ: - §èi víi xycl«n SDK

vu = (1,7 ÷ 2)m/s.

- §èi víi xycl«n SIOT

vu = 1m/s.

- §èi víi xycl«n SN

vu = (3,5 ÷ 4,5)m/s

2 - TÝnh diÖn tÝch tiÕt diÖn cÇn cña xycl«n. F=

L Vu

3 - X¸c ®Þnh ®−êng kÝnh xycl«n. D=

F 0,785 ⋅ n

(m).

§−êng kÝnh xycl«n cÇn ®−îc lµm trßn sè. 4 - TÝnh vËn tèc thùc tÕ trong xycl«n. L V0 = 0, 785 ⋅ n ⋅ D 2 VËn tèc thùc tÕ v0 kh«ng nªn qu¸ 15% so víi vËn tèc tèi −u ®7 chän. 5 - TÝnh søc c¶n khÝ ®éng cña xycl«n Pa (Kg/cm2) Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 113

∆Px = ξ0 ⋅

ρ ⋅ vv2 2

= ξv ⋅

ρ ⋅ vv2 2

Trong ®ã: ξ0, ξV - hÖ sè søc c¶n côc bé cña xycl«n t−¬ng øng víi ¸p suÊt ®éng P®0 trong tiÕt diÖn ngang cña vá xycl«n vµ víi ¸p suÊt ®éng P®v trong cöa vµo cña xycl«n.

v0, vv - tèc ®é kh«ng khÝ trong vá vµ cöa vµo cña xycl«n, cã thÓ lÊy vv = 12 ÷ 18m/s. ρ

- khèi l−îng riªng kh«ng khÝ trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc (Kg/m3).

HÖ sè søc c¶n côc bé cña mét sè lo¹i xycl«n cho trong (b¶ng 6.4) L−îng kh«ng khÝ ®i qua xycl«n (m3/h) phô thuéc vµo tèc ®é kh«ng khÝ ë cöa vµo vµ kÝch th−íc cöa vµo:

L = 3600 ⋅ Fv ⋅ vv = 3600 ⋅ Fv

2∆Px ρ ⋅ ξv

B¶ng 6.5. HÖ sè c¶n cña xycl«n. HÖ sè c¶n côc bé cña xycl«n Kh«ng xo¾n èc ë èng ra Cã xo¾n èc ë èng ra ξv ξ0 ξv ξ0 SN-11 6,1 250 5,2 210 SN-15 7,8 160 6,7 140 SN-24 10,9 80 12,5 90 SDK 20,0 600 31,3 920 4,2 SIOT 6,0   b NÕu kªnh dÉn cã tiÕt diÖn ch÷ nhËt víi kÝch th−íc = (1,5 ÷ 2 ) th× b¸n kÝnh xycl«n R a vµ b¸n kÝnh èng trung t©m R1 lÊy theo quan hÖ: R − R1 = a ChiÒu dµi èng trung t©m h1 (m)

4a 2 D−a ChiÒu cao phÇn h×nh trô cña xycl«n h2 (m) h2 = h1 + 2a h1 =

ChiÒu cao phÇn h×nh c«n cña xycl«n h3 (m) D−d h3 = tg β 2 Trong ®ã tgβ - hÖ sè ma s¸t.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 114

H×nh 6.16. KÝch th−íc c¬ b¶n cña xycl«n. B¶ng 6.6. KÝch th−íc vµ xycl«n V m3/h D a b d h1 h2

h3

D1

D-a

90 ÷450

0,2

0,050

0,10

0,04

0,07

0,100

O,16

0,10

0,150

240 ÷ 1050

0,3

0,075

0,15

0,06

0,10

0,140

0,24

0,15

0,225

370 ÷ 1800

0,4

0,100

0,20

0,08

0,13

0,185

0,32

0,20

0,300

675 ÷ 3380

0,5

0,125

0,25

0,10

0,17

0,230

0,40

0,25

0,875

810 ÷ 4050

0,6

0,150

0,30

0,12

0,20

0,275

0,48

0,30

0,450

1440 ÷ 7200

0,8

0,200

0,40

0,16

0,23

0,366

0,64

0,40

0,600

2250 ÷ 11250

1,0

0,250

0,50

0,20

0,33

0,458

0,80

0,50

0,750

3240 ÷16200

1,2

0,300

0,60

0,24

0,40

0,550

0,96

0,60

0,900

4400 ÷ 22000

1,4

0,350

0,70

0,28

0,46

0,641

1,12

0,70

1,050

5750 ÷28700

1,6

0,400

0,80

0,32

0,54

0,733

1,23

0,80

1,200

7290 ÷ 36450

1,8

0,450

0,90

0,36

0,60

0,825

1,44

0,90

1,350

9000 ÷ 45000

2,0

0,500

1,00

0,40

0,67

0,916

1,60

1,00

1,500

14100 ÷ 70500

2,5

0,625

1,25

0,50

0,88

1,145

2,00

1,20

1,875

6.5. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu èng tói v¶i Bé phËn lµm s¹ch kh«ng khÝ kiÓu nµy ®¹t ®Õn ®é s¹ch 99% hoÆc cao h¬n. Khi dßng khÝ xuyªn qua v¶i, c¸c h¹t bôi bÞ Ðp vµo c¸c lç nhá cña vËt liÖu läc hay tÝch tô thµnh tõng líp trªn bÒ mÆt cña nã. §Ó lµm s¹ch vËt liÖu läc ta dïng v¶i b«ng, len d¹, v¶i sîi tæng hîp nh− capron, nitron, v¶i thuû tinh... Nh÷ng thiÕt bÞ thu gom bôi èng v¶i chÕ t¹o ë d¹ng ®¬n vµ kÐp. thiÕt bÞ d¹ng ®¬n gåm 4, 6, 8, 10 ®¬n nguyªn. ThiÕt bÞ d¹ng kÐp gåm cã sè ®¬n nguyªn gÊp ®«i.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 115

b/

a/ H×nh 6.17. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu èng tói v¶i a) ThiÕt bÞ läc bôi èng v¶i b) ph−¬ng ph¸p cung cÊp kh«ng khÝ bôi vµo èng th¶i. ThiÕt bÞ läc bôi èng v¶i gåm vá, thïng chøa bôi2, hép ph©n phèi kh«ng khÝ 3, èng v¶i läc 4, n¾p trªn cã c¬ cÊu rung l¾c èng v¶i vµ van ®iÒu chØnh - tiÕt l−u 5, èng gãp kh«ng khÝ s¹ch 6, qu¹t thæi èng v¶i 7, vÝt t¶i bôi s¹ch 8, van x¶ 9. Kh«ng khÝ theo èng dÉn vµo hép ph©n phèi kh«ng khÝ, ®i vµo phÇn d−íi cña thiÕt bÞ. Sau ®ã dßng khÝ bôi quay 1800 ®i vµo c¸c èng v¶i. Khi ®i qua èng v¶i, b¸m bôi vµo mÆt trong cña èng v¶i, kh«ng khÝ s¹ch tho¸t vµo kh«ng gian gi÷a c¸c èng v¶i vµ vµo èng gãp kh«ng khÝ s¹ch. H×nh d−íi (H×nh 6.16 b) cho thÊy 3 ph−¬ng ph¸p ®−a kh«ng khÝ bÈn vµo bé läc èng v¶i: Trªn xuèng, d−íi lªn vµ hçn hîp. Ph−¬ng ph¸p hµn nguyªn, bé läc èng v¶i lµ yÕu tè quan träng. Cêu t¹o cña vËt liÖu, quyÕt ®Þnh søc c¶n chuyÓn lùc cña thiÕt bÞ, t¶i träng kh«ng khÝ cÇn läc, diÖn tÝch cÇn thiÕt cña bé läc vµ chi phÝ n¨ng l−îng. Hoµn nguyªn ph©n tè läc lµ ph¸ huû vµ t¸ch líp bôi b¸m ra khái vËt liÖu läc, nh»m gi¶m søc c¶n khÝ ®äng cña thiÕt bÞ. H×nh 6.17 tr×nh bµy c¸c ph−¬ng ph¸p hoµn nguyªn bé läc èng v¶i.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 116

H×nh 6.18. C¸c ph−¬ng ph¸p hoµn nguyªn bé läc èng v¶i a - Thæi ng−îc b - Thæi tia c - Thæi xung d - Dao ®éng ©m e - C¬ khÝ f - Xo¾n èng v¶i g - Dao ®éng èng v¶i h - Rung 1 - H−íng ®i dßng khÝ 2 - Vßng chuyÓn ®éng 3 - Thæi giã 4 - Ph×nh bãng khÝ 5 - Phun 6 - ¸p lùc xung 7 - c¬ cÊu quay 8 - C¬ cÊu rung. Chu tr×nh lµm viÖc 10 phót (thêi gian läc 9 phót, rung l¾c mét ®¬n nguyªn 1 phót). Tèc ®é läc trung b×nh 1 ÷ 1,5 m/ph (m3/m2phót), søc c¶n thuû lùc kho¶ng 750 - 1500 Pa. DiÖn tÝch chung cña vËt liÖu läc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc L + L2 S = Slv + S h = 1 + Sc (6.11) V1 Trong ®ã: Slv, Sh - DiÖn tÝch v¶i läc trong mét ®¬n nguyªn lµm viÖc vµ ®¬n nguyªn tuÇn hoµn (m2) L1, L2 - L−u l−îng kh«ng khÝ bôi hót vµo buång xö lý vµ ®i vµo bé phËn hoµn 3 nguyªn (m /ph). V1 - VËn tèc läc (t¶i träng kh«ng khÝ tíi v¶i läc m3/m2phót) VËn tèc läc cùc ®¹i phô thuéc ®Æc tÝnh v¶i läc. §èi víi v¶i sîi thuû tinh v©n tèc läc cho phÐp kh«ng qu¸ 0,5 m/ph, v¶i tæng hîp lµ 1,5 m/ph. Søc c¶n thuû lùc giíi h¹n cña bé läc th−êng kh«ng qu¸ 2,5 N/m2. 6.6 Bé phËn t¸ch bôi cã dßng xo¾y gÆp nhau: Nguyªn t¾c lµm viÖc cña thiÕt bÞ nh− sau: Kh«ng khÝ bÈn vµo bé phËn 1 qua èng 3 chuyÓn ®éng tõ d−íi lªn trªn däc trôc thiÕt bÞ. PhÇn tö bôi chuyÓn ®éng cïng dßng khÝ ®−îc t¸ch ra theo ®−êng xo¾n. Dïng khi chuyÓn ®éng ng−îc chiÒu tõ trªn xuèng qua èng läc 5 d−íi ¸p suÊt 0,3 MPa, quay theo h−íng tiÕp tuyÕn, Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 117

nh−ng bôi chuyÓn ®éng theo h−íng däc trôc; khi ®ã c¸c phÇn tö bôi di chuyÓn tõ dßng thø nhÊt vµo dßng thø hai; Dßng thø hai chuyÓn ®éng vµo thïng ch−a, bÞ thay ®æi h−íng, phÇn tö chuyÓn vÒ phÝa d−íi vµnh 2, t¹i ®ã ®Æt thïng chøa 4. Ph©n biÖt hai d¹ng chÝnh bé phËn t¸ch bôi cã dßng xo¸y gÆp nhau: Tõ ph©n phèi vµo däng thø hai (b) vµ tõ tËp chung vµo dßng thø hai (c).

H×nh 6.19. S¬ ®å bé phËn t¸ch bôi cã dßng xo¸y gÆp nhau a - S¬ ®å nguyªn lý b - Ph©n phèi vµo dßng c - tËp chung vµo dßng chi tiÕt trong b×nh (a vµ b). 1 - §−êng ra 2 - HÖ thèng läc tiÕp tuyÕn vµo dßng thø hai 3 - Vµo dßng thø hai 4 - Buång 5 - Bé phËn tho¸t ra ngoµi 6 - Vµo dßng thø nhÊt 7 - Thïng chøa bôi 8 - Bé xo¸y dßng thø nhÊt 9 - Bé xo¸y dßng thø hai Bé phËn t¸ch bôi kiÓu dßng xo¸y gÆp nhau ®−îc chÕ t¹o nhiÒu ë ph¸p, Mü, NhËt....N¨ng suÊt bé phËn t¸ch bôi BZΠ lµ 330 ÷ 30000 m3/h ®Ó lµm s¹ch khÝ. sè liÖu d−íi cho ®èi víi thiÕt bÞ BZΠ - 200 n¨ng suÊt 300 m3/h. 220 §−êng kÝnh thiÕt bÞ (mm) 200 Chi phÝ khÝ dßng thø hai (m3/h) ChiÒu cao thÓ tÝch ph©n ly (mm) 643 Gãc nghiªng èng loe (®é) 30 §−êng kÝnh èng vµo (mm) 100 §−êng kÝnh èng ra (mm) 90 3,7 Sè èng loe dßng thø hai 2×4 Søc c¶n thuû lùc (KPa) §−êng kÝnh èng loe (mm) 11 5,5 ¸p suÊt dßng thø hai (KPa) Gi¸ trÞ b»ng sè cña hiÖu qu¶ nhËn ®−îc cña m¸y t¸ch bôi BZΠ-200 ®èi víi vËt liÖu (th¹ch anh H600) hµm l−îng 35% ph©n tö < 5µm, theo c¸c phÇn nh− sau: 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 7,5 10,0 d (µ) 99,1 99,3 99,5 99,7 99,8 100 100 100 η (%) 98,6 HÖ sè ph©n ly ®¹t 99,9%, cßn kh¶ n¨ng ph©n lo¹i ®¹t 0,5µm.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 118

H×nh 6.20. S¬ ®å bè trÝ thiÕt bÞ ph©n ly bôi trong hÖ thèng lµm s¹ch khÝ. I - KhÝ s¹ch; II - KhÝ bÈn; III - Bôi; IV - KhÝ s¹ch. B¶ng 6.7. KÕt qu¶ nghiªn cøu m« h×nh tõ ph©n phèi vµo dßng thø hai. v1 m3/s v2 m3/s d0 µm d50 µm η% 0,024 KKB 0,014 KKS 3,3 2,5 60 ÷ 65 0,024 KKB 0,014 KKB 2,3 2,8 61 ÷ 66 0,014 KKB 0,024 KKB 0,7 0,8 80 ÷ 83 0 0,024 KKB 0,7 0,9 80 ÷ 85 0,014 KKS 0,024 KKB 0,7 1,3 77 ÷ 82 B¶ng 6.8. KÕt qu¶ nghiªn cøu m« h×nh tõ tËp trung vµo dßng thø hai. v1 m3/s v2 m3/s v2/v1 d0 µm d50 µm η% 0,0167 KKB 0,0167 KKS 1 1,0 1,8 96,7 0,0111 KKB 0,0222 KKS 2 0,8 1,2 98,4 0,0083 KKB 0,0249 KKS 3 0,8 1,0 98,45 0,0167 KKB 0,0167 KKB 1 0,8 1,2 97,45 0,0111 KKS 0,0222 KKB 2 0,75 1,0 98,45 0,0083 KKS 0,0249 KKB 3 0,75 1,0 98,5 0,0167 KKB 0,0167 KKB 1 1,5 1,8 95,65 0,0111 KKB 0,0222 KKB 2 1,3 1,6 96,4 0,0083 KKB 0,0249 KKB 3 1,3 1,5 96,5 Chó ý: KKS vµ KKB lµ kh«ng khÝ s¹ch vµ kh«ng khÝ bÈn. v1 vµ v2 - chi phÝ kh«ng khÝ ë r7nh thø nhÊt vµ thø hai. d0 - kÝch th−íc giíi h¹n cña phÇn tö nhËn ®−îc. d50 - kÝch th−íc phÇn tö nhËn ®−îc ®¹t 50%.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 119

VÒ mÆt lý thuyÕt, ng−êi ta x¸c ®Þnh tæn thÊt ¸p suÊt trªn r7nh thø nhÊt vµ thø hai (∆P1, ∆P2). Sau ®ã t×m tæn thÊt t−¬ng ®−¬ng trong m¸y t¸ch bôi ∆P vµ tr×nh bµy c¸c tæn thÊt trªn qua c¸c hÖ sè ξ1, ξ2 vµ ξ. ∆P = ξ ⋅ ρ ⋅

v2 2

∆P1 = ξ1 ⋅ ρ ⋅

v12 2

v22 ∆P2 = ξ 2 ⋅ ρ ⋅ 2 Trong ®ã: v - lµ tèc ®é trung b×nh cña khÝ theo tiÕt diÖn. v1, v2 - tèc ®é trung b×nh trong r7nh. §èi víi hÖ sè c¶n cña thiÕt bÞ ta cã sù phô thuéc:

ξ = ξ1 ⋅

v12 L1 v22 L2 ⋅ + ξ ⋅ ⋅ 2 v32 L3 v32 L3

(6.12)

Trong ®ã: L1, L2 - chi phÝ khÝ trong r7nh thø nhÊt vµ thø hai. - chi phÝ khÝ s¹ch. L3 Ng−êi ta x¸c ®Þnh tæn thÊt ¸p suÊt hiÖu qu¶ theo chi phÝ khÝ s¹ch. L L ∆P = ∆P1 ⋅ 1 + ∆P2 ⋅ 2 (6.13) L3 L3 NÕu kh«ng khÝ bÈn chØ vµo r7nh thø nhÊt L3 = L1 th×: ∆P = ∆P1 + K ⋅ ∆P2

ë ®©y K =

(6.14)

L2 béi sè cña chi phÝ L1

Khi cung cÊp khÝ bÈn chØ vµo r7nh thø hai L3 = L2 1 ∆P = ⋅ ( ∆P1 + K ⋅ ∆P2 ) (6.15) K Khi cung cÊp khÝ bÈn vµo c¶ hai r7nh L3 = L1 + L2 1 ∆P = (6.16) ( ∆P1 + K ⋅ ∆P2 ) 1+ K Râ rµng, n¨ng l−îng t−¬ng ®èi tèi −u lµ chÕ ®é lµm viÖc cña thiÕt bÞ víi cung cÊp khÝ bÈn c¶ hai r7nh. Theo (6.12) ta cã: f2 f2 2 ξ = ξ1 ⋅ 32 ⋅ (1 − m ) + ξ 2 ⋅ 32 ⋅ m (6.17) f1 f2

ë ®©y: m=

L2 = K ( K + 1) - hÖ sè chi phÝ. L3

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 120

f1, f2, f3 diÖn tÝch tiÕt diÖn vµo (®èi víi dßng thø 1 vµ thø 2) vµ èng ra. Ph©n tÝch ph−¬ng tr×nh cho thÊy hÖ sè m ®−îc x¸c ®Þnh khi hÖ sè c¶n cña thiÕt bÞ cã gi¸ trÞ tèi thiÓu: 1 m= (6.18) f1 ξ1 1+ f 2 ξ2 §ã lµ vÞ trÝ quan träng khi x¸c ®Þnh chÕ ®é lµm viÖc tèi −u cña thiÕt bÞ. Ng−êi ta ®7 x©y dùng ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n hiÖu qu¶ riªng phÇn vµ hiÖu qu¶ chung cña sù ph©n ly khi cung cÊp khÝ bÈn theo mçi r7nh vµ cho c¶ hai r7nh. Thµnh phÇn tèc ®é däc trôc cña phÇn tö ë dßng thø nhÊt nhËn ®−îc: 1

r  n  L1  L3 L1  z  ρ ft ⋅ g ⋅ d ft ' vopt   × + −  − 2n 2 18µr  R3   f1  f 3 f1  H  Trong ®ã: n - chØ sè møc ®é phô thuéc sè Re; r, z - to¹ ®é h−íng kÝnh vµ h−íng trôc cña phÇn tö; R3 - b¸n kÝnh ngoµi cña dßng thø nhÊt; µr - ®é nhít ®éng lùc cña khÝ; ρft - mËt ®é phÇn tö; dft - ®−êng kÝnh phÇn tö. Thµnh phÇn tiÕp tuyÕn tèc ®é phÇn tö ë dßng thø nhÊt.

(1 + n )( 2n + 1) ⋅ 1 + =

(6.19)

1

vϕ' ft

z  r n  = ω1 + (ω2 − ω1 ) ⋅  1 −  ⋅ r H   R3  

ë ®©y: ω1, ω2 - tèc ®é gãc quay cña dßng thø nhÊt vµ thø hai. Tèc ®é h−íng kÝnh cña phÇn tö ë dßng thø nhÊt x¸c ®Þnh theo: y2 r ⋅ L2 ' vrft = − 2 x + y 2 2π ⋅ R3 ⋅ H

(6.20)

(6.21)

Trong ®ã: 1

ρ ft 96,85 z  r n  x= ; y = ω1 + ( ω2 − ω1 )  1 −  × 5, 4π ⋅ d ft ⋅ d ft H  R  ρr  ë ®©y: R - b¸n kÝnh thiÕt bÞ. §èi víi phÇn tö ®i vµo bé phËn tõ dßng thø hai, tèc ®é däc trôc ®−îc x¸c ®Þnh: '' voft

( n + 1)( 2n + 1) ⋅ 1 − =

1

ρ ft ⋅ g ⋅ d 2ft L2 z 2 y n ⋅ +  R − R3  π ( R 2 − R32 ) H 18µ r

  Tèc ®é h−íng kÝnh cña phÇn tö ë dßng thø hai: ( R − r ) ⋅ L2 y2 '' vrft = − x + y 2 2π R3 ( R − R3 )

2n 2

(6.22)

(6.23)

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 121

ThÝ dô: TÝnh to¸n bé phËn t¸ch bôi cã dßng xo¸y gÆp nhau. Sè liÖu ®W cho N¨ng suÊt khÝ bÈn L3 (m3/h) 5915 N¨ng suÊt bôi G (Kg/h) 2200 0 NhiÖt ®é kh«ng khÝ t C 70 1400 MËt ®é bôi ρft (Kg/m3) Thµnh phÇn bôi khuÕch t¸n Hµm l−îng % (khèi l−îng) C¸c phÇn (µm) 34 0 ÷ 20 11,2 20 ÷ 40 18,74 40 ÷ 80 29,4 80 ÷ 160 160 vµ cao h¬n 6,66 Th«ng sè kÝch th−íc vµ chÕ ®é chÝnh: Trªn c¬ së lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm, nghiªn cøu thiÕt bÞ BZΠ víi kÝch th−íc cÊu tróc sau: §−êng kÝnh bé phËn D (mm) 600 ChiÒu cao phÇn lµm viÖc H (mm) 1800 2 L ChØ sè chi phÝ dßng thø hai vµ dßng thø nhÊt: K = 2 L1 300 §−êng kÝnh vµo cña dßng thø nhÊt D1 (mm) §−êng kÝnh æ trôc bé phËn xo¸y Dx (mm) 100 50 Gãc nghiªng c¸nh α (®é) Sè c¸nh 6 KÝch th−íc èng vµo dßng thø hai a×b 200×300 15 Gãc nghiªng èng vµo β (®é) §−êng kÝnh èng ra D3 (mm) 400 Chi phÝ kh«ng khÝ qua dßng thø 1: L 5915 = 1972 m3/h L1 = 3 = 1+ K 1+ 2 Chi phÝ kh«ng khÝ qua dßng thø 2: V2 = V3 − V1 = 3943 m3/h. Tèc ®é däc trôc dßng thø nhÊt n¬i vµo: 4 L1 4 ⋅1972 ω01 = = = 8, 7m / s 2 2 3600π ( D1 − Dx ) 3600 ⋅ 3,14 ⋅ ( 0,32 − 0,12 ) Tèc ®é tiÕp tuyÕn cña dßng thø nhÊt n¬i vµo: D2 0,32 ωϕ1 = ω01 ⋅ tgα ⋅ 2 1 2 = 8, 7 ⋅ tg 50 ⋅ 2 = 17m / s 0,3 − 0,12 ( D1 − Dx ) Tèc ®é tiÕp tuyÕn cña dßng thø hai n¬i vµo: L2 3943 ωϕ 2 = = = 18,3m / s 3600 ⋅ a ⋅ b 3600 ⋅ 0, 2 ⋅ 0,3 Tèc ®é kh«ng khÝ ë èng ra: Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 122

4V3 4 ⋅ 5915 = = 13,1m / s 2 3600 ⋅ π ⋅ D3 3600 ⋅ 3,14 ⋅ 0, 42 + TÝnh to¸n hiÖu qu¶ ph©n ly. TÝnh to¸n hiÖu qu¶ cña thiÕt bÞ cã thÓ sö dông ph−¬ng tr×nh (6.19; 6.23). Cho ®−êng kÝnh dft vµ to¹ ®é vµo thiÕt bÞ cña nã r0, z0. NÕu phÇn tö ®i vµo víi dßng thø nhÊt th× z = 0; víi dßng thø hai z = H. X¸c ®Þnh tèc ®é cña nã ë thêi ®iÓm τ = 0. To¹ ®é míi cña phÇn tö: r = r0 + vrft ⋅ ∆τ ; z = z0 + v0 ft ⋅ ∆τ . Tõ ®ã ta cã: D12 − 4r 2 η1 = 2 ⋅100. D1 − Dx2

ω3 =

D 2 − 4r 2 ⋅100 D 2 − D32 Khi cung cÊp khÝ bÈn theo c¶ hai r7nh, hiÖu qu¶ tõng phÇn x¸c ®Þnh theo. L ⋅η + L ⋅η η1,2 = 1 1 2 2 L3 KÕt qu¶ tÝnh to¸n cho ë h×nh d−íi, cho ηchung = 993,54%. Tæn thÊt thuû lùc cña thiÕt bÞ: ρ ⋅ ωs2 1,1⋅13,12 ∆P = ξ ⋅ = 10 ⋅ = 944 Pa 2 2

η2 =

c©u hái «n tËp ch−¬ng vi 1. C¬ së tÝnh to¸n thiÕt bÞ gia nhiÖt. 2. TÝnh to¸n buång ®èt, qu¹t giã. 3. Tr×nh bµy nguyªn t¾c lµm viÖc cña bé phËn t¸ch bôi - lý thuyÕt tÝnh to¸n.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 123

Tµi liÖu tham kh¶o 1 - TrÇn V¨n Phó - TÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ hÖ thèng sÊy NXB GD - 2000 2 - Hoµng V¨n Ch−íc - Kü thuËt sÊy NXB KHKT - 1999 3 - NguyÔn Duy §éng - Th«ng giã vµ kü thuËt xö lý khÝ th¶i. NXB GD - 1999 4 - Б.C CaжИh - OchobЫ TexhИkИ CyшkИ.

Mockba 1984

5 - Arum S.Mujumdar - Handbook of Industrial Drying Mazcel Dekker, inc 1995.

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 124

Phô lôc B¶ng chuyÓn ®æi tõ W ra WK W% 0,0 0,1 0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

4,7 5,8 7,0 8,1 9,3 10,5 11,7 13,0 14,3 15,6 17,0 18,3 19,8 21,2 22,7 24,2 25,8 27,4 29,0 30,7 32,5 34,2 36,1 37,9 39,9 41,8 43,9 46,0 48,2 50,4 52,7 55,0 57,5 60,0 62,6 65,3 68,1 70,9 73,9 77,0

4,8 5,9 7,1 8,2 9,4 10,6 11,9 13,1 14,4 15,7 17,1 18,5 19,9 21,4 22,9 24,4 25,9 27,6 29,2 30,9 32,6 34,4 36,2 38,1 40,1 42,0 44,1 46,2 48,4 50,6 52,9 55,3 57,7 60,3 62,9 65,6 68,4 71,2 74,2 77,3

4,9 6,0 7,2 8,3 9,5 10,7 12,0 13,3 14,5 15,9 17,2 18,6 20,0 21,5 23,0 24,5 26,1 27,7 29,4 31,1 32,8 34,6 26,4 38,3 40,3 42,2 44,5 46,4 48,6 50,8 53,1 55,5 58,0 60,5 63,1 65,8 68,6 71,5 74,5 77,6

5,0 6,2 7,3 8,5 9,6 10,9 12,1 13,4 14,7 16,0 17,4 18,8 20,2 21,7 23,2 24,7 26,3 27,9 29,5 31,2 33,0 34,8 36,6 38,5 40,4 42,5 44,7 46,6 48,8 51,1 53,4 55,8 58,2 60,8 63,4 66,1 68,9 71,8 74,8 77,9

5,2 6,3 7,4 8,6 9,8 11,0 12,2 13,5 14,8 16,1 17,5 18,9 20,3 21,8 23,3 24,8 26,4 28,0 29,7 31,4 33,2 35,0 36,8 38,7 40,6 42,7

WK ,% 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43

4,2 5,27 6,38 7,53 8,70 9,88 11,1 12,35 13,65 14,95 16,3 17,65 19,05 20,5 21,95 23,50 25,0 26,6 28,2 29,9 31,6 33,3 35,1 37,0 38,9 40,8 42,8 44,95 47,1 49,3 51,5 53,8 56,3 58,8 61,3 63,8 66,6 69,5 72,4 75,4

4,3 5,4 6,5 7,6 8,8 10,0 11,2 12,5 13,8 15,1 16,4 17,8 19,2 20,6 22,1 23,6 25,2 26,7 28,4 30,0 31,8 33,5 35,3 37,2 39,1 41,0 43,1 45,1 47,3 49,5 51,8 54,1 56,5 59,0 61,6 64,2 66,9 69,8 72,7 75,8

4,4 5,5 6,6 7,8 8,9 10,1 11,4 12,6 13,9 15,2 16,6 17,9 19,3 20,8 22,2 23,8 25,3 26,9 28,5 30,2 31,9 33,7 35,5 37,4 39,3 41,2 43,3 45,4 47,5 49,7 52,0 54,3 56,7 59,2 61,8 64,5 67,2 70,1 73,0 76,1

4,5 5,6 6,7 7,9 9,1 10,3 11,5 12,7 14,0 15,3 16,7 18,1 19,5 20,9 22,4 23,9 25,5 27,1 28,7 30,4 32,1 33,9 35,7 37,6 39,5 41,4 43,5 45,6 47,7 49,9 52,2 54,6 57,0 59,5 62,1 64,7 67,5 70,4 73,3 76,4

5,6 5,7 6,8 8,0 9,2 10,4 11,6 12,9 14,2 15,5 16,8 18,2 19,6 21,1 22,5 24,1 25,6 27,2 28,9 30,5 32,3 34,1 35,9 37,7 39,7 41,6 43,7 45,8 47,9 50,2 52,4 54,8 57,2 59,7 62,3 65,0 67,8 70,7 73,6 76,7

46,8 49,0 51,3 53,6 56,0 58,5 61,0 63,7 66,4 69,2 72,1 75,1 78,3

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 125

44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

78,6 81,8 85,2 88,7 92,3 96,1 100,0 104,1 108,3 112,5 117,5 122,2 127,2 132,5 138,0 143,5 150,0 156,4 163,2 170,3 177,8 185,7 194,1 203,0 212,5 222,6 233,3 257,1 257,1 270,4 284,6 300,0 316,7 334,8 354,6 376,2 400,0

78,9 82,2 85,5 89,0 92,7 96,5 100,4 104,5 108,8 113,2 117,9 122,7 127,8 133,1 138,7 144,5 150,6 157,1 163,9 171,0 178,6 186,5 195,0 204,0 213,5 223,6 234,5 258,4 258,4 271,8 286,1 301,6 318,4 336,7 356,6 378,5 402,5

79,2 82,5 85,9 89,4 93,1 96,9 100,8 104,9 109,2 113,7 118,3 123,2 128,3 133,6 139,2 145,1 151,3 157,7 164,6 171,7 179,3 187,4 195,9 204,9 214,5 224,7 235,6 259,7 259,7 273,1 287,6 303,2 320,2 338,6 358,7 380,8 405,1

79,5 82,8 86,2 89,8 93,4 97,2 101,2 105,3 109,6 114,1 118,8 123,7 128,8 134,2 139,8 145,7 151,9 158,4 165,3 172,5 180,1 188,2 196,7 205,8 215,5 225,7 236,7 261,0 261,0 274,5 289,1 304,9 321,9 340,5 360,8 383,1 407,6

79,9 83,2 86,6 90,1 93,8 97,6 101,6 105,8 110,1 114,6 119,3 124,2 129,4 134,8 140,4 146,3 152,5 159,1 166,0 173,2 180,9 189,0 197,6 206,8 216,5 226,8 237,8 262,3 262,3 275,9 290,6 306,5 323,7 342,5 363,0 385,4 410,2

80,2 83,5 86,9 90,5 94,2 98,0 102,0 106,2 110,5 115,1 119,8 124,7 129,9 135,3 141,0 146,9 153,2 159,7 166,7 174,0 181,7 189,9 198,5 207,7 217,5 227,9 239,0 263,6 263,6 277,4 292,2 308,2 325,5 344,5 365,1 387,8 412,8

80,5 83,8 87,3 90,8 94,6 98,4 102,4 106,6 111,0 115,5 120,3 125,2 130,4 135,9 141,6 147,5 153,8 160,4 167,4 174,7 182,5 190,7 199,4 208,6 218,5 229,0 240,1 265,0 265,0 278,8 293,7 309,8 327,4 346,4 367,3 390,2 415,5

80,8 84,2 87,6 91,2 94,9 98,8 102,8 107,0 111,4 116,0 120,8 125,7 131,0 136,4 142,1 148,1 154,5 161,1 168,1 175,5 183,3 191,6 200,3 209,6 219,5 230,0 241,3 266,3 266,3 289,2 295,3 311,5 329,2 348,4 369,5 392,6 418,1

81,2 84,5 88,0 91,6 95,3 99,2 103,3 107,5 111,9 116,5 121,2 126,2 131,5 137,0 142,7 148,8 155,1 161,8 168,8 176,2 184,1 192,4 201,2 210,6 220,5 231,1 242,5 267,7 267,7 281,7 296,8 313,2 331,0 350,5 371,7 395,1 420,8

81,5 84,8 88,3 92,0 95,7 99,6 103,7 107,9 112,3 116,9 121,7 126,8 132,0 137,5 143,3 149,4 155,8 162,5 169,5 177,0 184,9 193,3 202,1 211,5 221,5 232,2 243,6 269,0 269,0 283,1 298,4 314,9 332,9 352,5 373,9 397,5 423,6

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 126

B¶ng ®Æc tÝnh nhiÖt ®éng häc chuyÓn khèi h¹t ngò cèc. θ, 0C

u , Kg/Kg

0 20 30 0 ÷ 30 0 20 30 0 ÷ 30 0 20 30 0 ÷ 30 25 25 25 25

9,6 8,7 8,4 5,0 14,8 14,6 14,2 10,0 22,5 21,2 20,4 15,0 7,6 14,4 23,7 36,3

0 20 30 0 ÷ 30 0 20 30 0 ÷ 30 0 20 30 0 ÷ 30

8,8 7,8 7,4 5,0 11,2 10,7 10,6 10,0 21,2 20,0 19,4 15,0

25 25 25

7,4 13 36,4

0 20 30 0 ÷ 30 0 20

8,2 7,5 7,1 5,0 11,0 10,3

θm , 0M M¹ch ®en 16,5 16,5 17,0  36,0 37,5 38,5  64,5 64,5 64,5  12,5 35,5 57,5 100 Lóa m× 15,5 15,5 15,5  24,0 24,0 24,5  65,0 65,0 64,5  M× cøng 13,0 33,5 100 Lóa tiÓu m¹ch 15,5 15,5 15,5  23,5 23,5

Cm .102 Kg/Kg

0,59 0,52 0,50  0,26 0,28 0,26  0,28 0,24 0,24  0,60 0,30 0,42 0,30 0,56 0,50 0,47  0,28 0,35 0,33  0,24 0,22 0,21 

 ∂θ m   ∂θ   u

0,10 0,15

0,10

0,05

0,12

0,06

0,55 0,28 0,36 0,53 0,48 0,53  0,34 0,34

0,07

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 127

30 0 ÷ 30 0 20 30 0 20 30 0 ÷ 30

10,0 10,0 16,6 15,2 14,7 19,2 17,6 17,1 17,0

25 25 25 25

7,0 10,2 18,2 30,5

0 20 25 0 ÷ 30 0 20 30 0 ÷ 30 0 20 30 0 20 30 0 ÷ 30

9,4 8,7 9,6 5,0 11,0 10,3 10,0 10,0 16,6 15,2 14,7 19,2 17,6 17,1 17,0

23,5  47,5 47,5 47,5 64,5 64,5 64,5  Lóa 12,5 20,0 46,5 100,0 Ng« 15,5 16,5 16,0  23,5 23,5 23,5  47,5 47,5 47,5 64,5 64,5 64,5 

0,34  0,23 0,22 0,20 0,15 0,13 0,14 

0,1

0,45

0,54 0,40 0,30 0,22 0,60 0,53 0,60  0,34 0,34 0,34  0,23 0,22 0,20 0,15 0,13 0,14 

0,07

0,1

0,45

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 128

C¸c tiªu chuÈn ®ång d¹ng chÝnh trong kü thuËt sÊy Tªn gäi Furier R©yn«n

C«ng thøc a ⋅τ l2 ω ⋅l

Ký hiÖu Fo Re

ý nghÜa vËt lý Thêi gian kh«ng thø nguyªn tÝnh chÊt chuyÓn ®éng

γ Gratg«p

Gr

β⋅

g ⋅l3

γ2 γ

Pr¨ng truyÒn nhiÖt

Pr

Pr¨ng truyÒn chÊt

Prm

γ

Nu

am a ⋅l

∆t

a

Nucxen truyÒn nhiÖt

λ Nucxen truyÒn chÊt

Num

am ⋅ l

λ Bi« truyÒn nhiÖt

Bi

a ⋅l

Bi« truyÒn chÊt

Bim

am ⋅ l

Kirpichev truyÒn nhiÖt

Ki

q ⋅l λ ⋅ ∆tc

Kirpichev truyÒn chÊt

Kim

qm ⋅ l a ⋅ uo ⋅ ρ o

Luikov

Lu

Rabinder

Rb

pamerans

Po

Phª®«r«v

Fe

λ λ

3

am a c dt ⋅ n du qv ⋅ l 2 λ ⋅ ∆t 3 4 ⋅ d ⋅ (γ v − γ K ) ⋅ g γ K2 ⋅ γ K

Acsimet

Ar

d 3 ⋅ (γ v − γ K ) ⋅ g γ K2 ⋅ γ K

Ly

Ly

ωi3 ⋅ γ K γ K ⋅γV ⋅ g

§Æc tr−ng cho lùc tù n©ng Qu¸n tÝnh cña tr−êng lùc ma s¸t vµ nhiÖt ®é C−êng ®é gi÷a truyÒn nhiÖt vµ dÉn nhiÖt trong líp biªn C−êng ®é gi÷a truyÒn chÊt vµ dÉn chÊt trong líp biªn C−êng ®é gi÷a truyÒn nhiÖt vµ dÉn nhiÖt trªn bÒ mÆt C−êng ®é gi÷a truyÒn nhiÖt vµ dÉn nhiÖt trªn bÒ mÆt C−êng ®é gi÷a truyÒn chÊt vµ dÉn chÊt trªn bÒ mÆt C−êng ®é gi÷a dßng nhiÖt trªn biªn vµ dÉn nhiÖt bªn trong C−êng ®é gi÷a dßng chÊt trªn biªn vµ dÉn chÊt bªn trong Qu¸n tÝnh gi÷a tr−êng nhiÖt ®é vµ tr−êng n«ng ®é Quan hÖ gi÷a nhiÖt l−îng ®èt nãng vµ nhiÖt l−îng cÇn bèc h¬i Quan hÖ gi÷a nguån nhiÖt vµ dÉn nhiÖt trong vËt ThÓ hiÖn lùc n©ng gi÷a kh«ng khÝ vµ vËt liÖu sÊy ThÓ hiÖn lùc n©ng gi÷a kh«ng khÝ vµ vËt liÖu sÊy ThÓ hiÖn lùc n©ng gi÷a kh«ng khÝ vµ vËt liÖu sÊy

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 129

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 130

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 131

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 132

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 133

Trë lùc côc bé cña dßng ch¶y. §iÒu kiÖn dßng ch¶y

H×nh d¸ng

ξ

C¹nh s¾c

Chó thÝch

0,3

1. Cöa vµo

0,1

Tèc ®é lín

α = 450

0,05



L = (1,5 ÷ 2)d

0,85



C¹nh trßn R = 0,1d 2. §ét thu

3. Cöa vµo

4. Cong (èng trßn, vu«ng vµ ch÷ nhËt)

R/d = 1; ξ1 = 0,25 R/d = 2; ξ1 = 0,15 b/h = 0,5; 1; 1,5; 2 η = 1,5; 1; 0,67; 0,46

ξ = ξ1.µ.η

a = 450; 900;1200;1800 H = 0,03; 1; 1,15; 1,4 5. èng trßn, vu«ng gËp

α = 900; 1200; 1350; 1500 ξ = µ.ξ2. η ξ2 = 1,1; 0,55; 0,25; 0,20

6. èng trßn vµ vu«ng l−în 7. èng gËp

R/d = 1,5 α = 300; 450; 600; 900 ξ3 = 0,24; 0,33; 0,4; 0,53

ξ = µ.ξ3. η

a = 0,1b

0,8

a= 2b

0,5

- TiÕt diÖn ch÷ nhËt th× b=d - TiÕt diÖn h×nh trßn η=1 TiÕt diÖn ch÷ nhËt η lÊy nh− trong 4, khi h = d. Vãi èng trßn η = 1 



Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 135

8. èng gËp cã c¸nh h−íng

9. èng trßn vµ vu«ng th−íc thî 10. èng trßn vµ vu«ng h×nh ch÷ U

r/b = 0,28; a = 1,41 a = 900; 1200; 1350 ξ = 0,25; 0,13; 0,08 r/b = 0,1 a = 900; 1200; 1350 ξ = 0,4; 0,2; 0,13; l/d = 0,5; 1; 2; > 5 ξ4 = 1,6; 1,9; 2,1; 2,2 l/d = 1; 2; 0,3; 8 ξ5 = 1,6; 1,9; 2,1; 2,1

 ξ

ξ = ξ4. η

η lÊy nh− trong 4

ξ = ξ5. η



Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 136

§iÒu khiÓn dßng ch¶y 11. §ét thu

H×nh d¸ng

Chó thÝch

ξ

f = 0, 2; 0, 4;0, 6; 0,8 F ξ = 0, 28; 0, 2;0,13;0, 04

 

12. §ét më

13. èng khuyÕch t¸n h×nh trßn 14. èng khuyÕch t¸n h×nh vu«ng

10 0,01 0,02 0,04 0,06

15 0,03 0,05 0,1 0,15



20 0,05 0,11 0,21 0,32

30 0,06 0,13 0,27 0,5

 

f  



 

f  



ξ = 1 −  F

α0

F⋅f 1,25 1,5 2 2,5

f  

α0

F⋅f 1,25 1,5 2 2,5

 

ξ = 1 −  F



10 0,02 0,03 0,06 0,09

15 0,03 0,06 0,13 0,19

20 0,05 0,1 0,2 0,3

30 0,07 0,13 0,26 0,39

ξ = 1 −  F

α ≤ 450

15. èng khuyÕch t¸n ng−îc

α ≤ 450

16. Ra khái èng



0,1



1,0



Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 137

§iÒu kiÖn dßng ch¶y 17. Ch¹c ba

H×nh d¸ng

B¬m vµo V0 = 0,5;0, 75;1;1,5 ξ = 0, 7;0,9;1;1,15; 2, 6 Hót vµo 18. Ch¹c ba èng vu«ng vµ trßn

19. Quay 1800

20. èng khuyÕch t¸n quyay 900 21. §ét më víi gãc 450

B¬m vµo V0 : VB = 0, 6;0,8;1, 2;1, 6 ξ B = 0; 0;0; 0 ξ0 = 1,8; 0, 7;0,1; 0, 35 Hót vµo V0 : VB = 0, 6;0,8;1, 2;1, 6 ξ B = 0,5;0,35; 0,1 ξ0 = 1,8; 0, 7;0,1; 0, 35 II ξ quay vu«ng gãc a:β = 1 4,25 c = 1a II quay vu«ng gãc 2,9 a:β = 1 c = 1,42a III Quay trßn r=a a:b = 1 quay gãc ch÷ nhËt a:b = 0,5 quay gãc trßn a:b = 0,5 Quay gãc trßn a:b = 0,5

ξ

Chó thÝch

ξ

Gi¸ trÞ ξ phô thuéc V0



ξvµo = ξB + ξ0 phô thuéc vµo V0 vµ VB

ξ'

1,1

1,1

4,51 0,783 1,44

0,644 1,84

0,463

1,42

0,369

a:b = 0,5 0,911

0,982

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 138

Th«ng sè vËt lý cña mét sè vËt liÖu tt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

VËt liÖu ®Êt sÐt Thuû tinh TÊm c¸ch nhiÖt xØ Bª t«ng xØ Gç såi Gç th«ng G¹ch ®á D¹ G¹ch chÞu löa Bª t«ng xèp S¾t §ång GiÊy Cart«ng Mïn c−a Xi m¨ng N−íc C¸t Than bïn

C

λ 0

Kcalo/mh K 0,15 - 0,8 0,80 0,37 0,10 0,19 0,18 - 0,31 0,30 1,14 - 1,33 0,33  0,63 - 0,81 60 320 0,11 0,16 0,045-0,055 0,78 0,5 0,97 0,07

0

W/m K 0,17 - 0,93 0,930 0,41 0,12 0,22 0,21 - 0,36 0,35 1,33 - 1,45 0,38  0,73 - 0,94 71,58 372,16 0,13 0,19 0,052-0,069 0,91 0,60 1,13 0,081

0

kcal/kg K 0,20 0,20 0,26 0,20  0,33 0,33 0,22 0,25 - 0,34 0,21 - 0,24 0,18 0,12 0,09 0,32   0,20 1 0,17 - 0,22 

kJ/kg0K 0,84 0,84 1,09 0,84  1,38 1,38 0,92 1,045-1,42 0,87 - 1,00 0,75 0,50 0,38 1,34   0,84 4,816 0,71 - 0,92 

Th«ng sè vËt lý cña mét sè thùc phÈm Khèi l−îng riªng (kg/m3) Khèi h¹t γ⋅v γKH

TT

VËt liÖu

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Lóa m× G¹o Ng« Kª ®Ëu ®Ëu xanh Muèi ¨n ®−êng c¸t Khoai t©y Cµ rèt

1200-1500 1100-1200 1000-1300 800-1200 1000-1490 1000-1400 1000-1400  1044-1068 973 - 1040

11

Cï c¶i

1080-1120

730-859 470-530 600-850      650-750 550- 650

Khèi l−îng 1000 h¹t (g) 22-42 24-34 205-345 6 - 6,5 155 265    

0,35 - 0,37      0,21 - 0,22 0,25 - 0,28  0,860 - 0,94

833



0,895-0,919

NhiÖt dung riªng C Kcal/kg0K kJ/kg0K 1,55-1,46      0,87-0,92 1,04-1,07  3,64 3,936 3,76-3,85

HÖ sè dÉn nhiÖt λ Kcalo/mh0K W/m0K 0,08 0,086      0,103 0,37-0,46 0,43-0,78

0,10 0,09      0,120 0,43-0,54 0,5-0,93

0,41-0,48

0,48-0,61

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 139

t0c 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200

Cp kJ/kg0K 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,009 1,009 1,013 1,017 1,022 1,026

Th«ng sèvËt lý cña kh«ng khÝ kh« γ⋅10 w/m0K q⋅10µ⋅106 γ⋅10-6 2 6 2 m /s Ns/m m2/s 2,51 20,00 17,60 14,16 2,59 21,40 18,10 15,06 2,67 22,90 18,60 16,00 2,67 24,30 19,10 16,69 2,83 25,70 19,60 17,95 2,90 27,20 20,10 18,97 2,96 28,60 20,60 20,02 3,05 30,20 21,10 21,09 3,13 31,90 21,50 22,10 3,21 33,60 21,90 23,13 3,34 36,80 22,80 25,45 3,49 40,30 23,70 27,80 3,64 43,90 24,50 30,09 3,78 47,50 25,30 32,49 3,99 51,40 26,00 34,85 -2

Pr

ρkg/m3

0,705 0,703 0,701 0,699 0,698 0,696 0,694 0,692 0,690 0,688 0,686 0,684 0,682 0,681 0,689

1,207 1,166 1,134 1,092 1,058 1,026 0,996 0,968 0,941 0,916 0,896 0,827 0,789 0,754 0,722

®é Èm b¶o qu¶n cña h¹t n«ng s¶n VËt liÖu Lóa m×, g¹o Ng« Kª ®Ëu xanh §Ëu H¹t gièng h−íng d−¬ng H¹t ®ay

ωmin 14 14 13,50 16 14 15 11

ωTB 15,5 17 15 18 17 17 12

ωmax 17 20 17 20 19 20 14

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 140

NhiÖt ®é cho phÐp khi sÊy h¹t n«ng s¶n Thêi gian sÊy τ (phót) 5 10 15 30 45 60 90 180

5

10

15

71, 5 87, 5 68, 5 85,8 66, 7 84,8 63, 6 83, 3 62 82,3 60, 7 81, 6 59 80, 7 55, 5 78,8

67, 4 66, 4 64, 4 72, 6 62, 6 71, 6 59, 6 70,1 57,9 69,1 56, 6 68, 4 54,9 67, 5 51, 4 65, 6

63, 6 66, 4 60, 6 64, 7 58,5 58, 4 55,8 62, 2 54,1 61, 2 52,8 60,5 51,1 59, 6 47, 6 57, 7

®é Èm ω (%) 20 25

60, 4 61,1 57, 4 59, 4 55, 6 54 52, 6 56,9 50, 9 55, 9 49, 6 55, 2 47,9 54,3 44, 4 52, 4

57, 6 56, 7 54, 6 55 52,8 54 49,8 52,5 48,1 51,5 46,8 50,8 45,1 49, 9 41, 6 48

30

35

55, 2 53, 2 52, 2 51,5 50, 4 50, 5 47, 4 49 45, 7 48 44, 4 47,3 42, 7 46, 4 39, 2 44,5

52,8 50, 6 49,8 48,9 48 47,9 45 46, 4 43,3 45, 4 42 44, 7 40, 3 43,8 36,8 41, 9

Ghi chó: tö sè tÝnh theo c«ng thøc (7.7); cßn mÉu sè tÝnh theo c«ng (7.7)

ThÓ tÝch kh«ng khÝ Èm 1kg kh«ng khÝ kh« ë p = 745mmHg TT 20 30 40 50 60 70 80 90 99,4 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

100 0,867 0,915 0,977 1,07 1,44 1,20 1,95 3,57 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞

90 0,865 0,911 0,970 1,05 1,170 1,38 1,79 2,88 10,9 10,9 11,5 12 12,6 13,2 13,7 14,3 14,9 15,4 16

70 0,861 0,903 0,954 1,02 1,12 1,27 1,53 2,08 3,63 3,63 3,82 4,01 4,19 4,38 4,57 4,76 4,95 5,14 5,34

ϕ (%) 50 0,857 0,895 0,940 0,996 1,07 1,17 1,34 1,63 2,17 2,17 2,28 2,40 2,51 2,63 2,74 2,86 2,97 3,09 3,20

30 0,835 0,887 0,925 0,970 1,02 1,09 1,19 1,33 1,54 1,55 1,63 1,71 1,79 1,87 1,96 2,04 2,12 2,20 2,28

10 0,849 0,88 0,912 0,945 0,982 1,02 1,07 1,13 1,20 1,20 1,26 1,33 1,39 1,46 1,52 1,58 1,65 1,71 1,78

0 0,847 0,876 0,905 0,934 0,963 0,992 1,02 1,05 1,08 1,07 1,14 1,19 1,25 1,31 1,37 1,42 1,48 1,54 1,60

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 141

TT

VËt liÖu

1 2 3 4 5

Lóa m× G¹o Ng« Kª DËu

kÝch th−íc vµ ®−êng kÝnh t−¬ng cña mét h¹t ngò cèc kÝch th−íc mm Khèi l−îng dt® (mm) 1000 h¹t Réng b Dµi l Dµy δ (g) 1,5 - 3,8 1,6 - 4 4,2 - 8,6 22 - 42 2,72 1,2 - 2,8 2,5 - 4,3 5 - 12 24 - 31 2,76 3-8 5 - 11 5,2 - 14 205 - 345 7,50 1 - 2,2 1,2 - 3 1,8 - 3,2 6 - 65 1,38 3,5 - 8 3,7 - 8 4 - 8,8 155 6,2

ϕ⋅d

1,45 1,68 1,03 1,35 1,00

®é Èm c©n b»ng cña s¶n phÈm(%) phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ ®é Èm cña kh«ng khÝ §é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ(%) S¶n phÈm NhiÖt ®é 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Lóa 20 7,5 9,1 10,4 11,4 12,5 13,7 15,2 17,6 0 30 8 9,1 10,1 11,1 12,6 14 16,6 22,0 G¹o 20 8 9,6 10,9 12 13 14,6 16 18,7 30 8,3 9,8 10,7 11,8 13,10 14,7 17,3 22,5 Ng« 20 8,2 9,4 10,7 11,9 13,2 14,9 16,9 19 30 8,3 9,5 10,6 11,6 13,8 15,9 17,9 22,0 §Ëu t−¬ng Tinh bét L¸ thuèc l¸ ChÌ bóp xanh M× sîi

50 20 20 20

5,5 5,4 3,9 10,8

6,7 6,5 5,1 13,9

8,0 7,1 6,9 16,35

9,2 8 8,5 19,8

10,4 9,5 10,1 23

12 11,6 12,6 27,10

13,6 15,3 15,8 33,4

16,1 20,9 19,0 -

-

20

6,9

8

8,5

8,7

9

15

21

28

-

20

7,1

8,7

10,6

12,2

13,7

16,6

18,8

22,4

-

Thµnh phÇn ho¸ häc

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 142

Môc lôc Lêi nãi ®Çu.................................................................................................................................1 Ch−¬ng 1. C¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh sÊy 1.1. VËt liÖu Èm.......................................................................................................................4 1.1.1. §é Èm t−¬ng ®èi.......................................................................................................4 1.1.2. §éi Èm tuyÖt ®èi.......................................................................................................4 1.1.1. Èm trong vËt liÖu.....................................................................................................5 1.1.2. Ph©n lo¹i d¹ng liªn kÕt Èm trong vËt liÖu. ................................................................9 1.1.3. C¸c ®Æc tr−ng nhiÖt ®éng cña vËt liÖu Èm...............................................................11 1.1.4. C¸c th«ng sè nhiÖt - vËt lý cña vËt liÖu Èm.............................................................14 1.2. T¸c nh©n sÊy ..................................................................................................................16 1.2.1. Th«ng sè c¬ b¶n cña kh«ng khÝ Èm........................................................................17 1.2.2. L−îng chøa Èm. ......................................................................................................19 1.2.3. MËt ®é kh«ng khÝ Èm (hçn hîp kh«ng khÝ kh« vµ h¬i n−íc) .................................20 1.2.4. NhiÖt dung riªng trung b×nh cña kh«ng khÝ Èm......................................................21 1.2.5. NhiÖt ®é cña nhiÖt kÕ −ít........................................................................................22 1.2.6. X¸c ®Þnh ®é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ...............................................................23 1.2.7. §å thÞ I - d cña kh«ng khÝ Èm.................................................................................24 1.2.8. Khãi lß....................................................................................................................30 1.3. TruyÒn nhiÖt vµ truyÒn Èm trong qu¸ tr×nh sÊy ..............................................................33 1.3.1. TruyÒn Èm tõ bÒ mÆt vËt liÖu vµo m«i tr−êng.........................................................33 1.3.2. TruyÒn nhiÖt vµ truyÒn khèi bªn trong vËt liÖu Èm.................................................36 1.3.3. Ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt. .........................................................................38 1.3.4. Ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn Èm. ............................................................................40 1.4. §éng häc qu¸ tr×nh sÊy ................................................................................... 41 1.4.1. §−êng cong sÊy......................................................................................................41 1.4.2. §−êng cong tèc ®é sÊy. ..........................................................................................41 1.4.3. §−êng cong nhiÖt ®é sÊy........................................................................................42 1.4.4. Ph©n tÝch qu¸ tr×nh sÊy. ..........................................................................................44 1.5. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh thêi gian sÊy...............................................................................47 1.5.1. Ph−¬ng ph¸p T.K Phil«nhenko:..............................................................................47 1.5.2. Ph−¬ng ph¸p A.B L−kèp. .......................................................................................47 1.5.3. Ph©n lo¹i vµ thø tù tÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy: ...............................................................49 Ch−¬ng 2. ThiÕt bÞ sÊy ®èi l−u 2.1 Kh¸i niÖm........................................................................................................................52 2.2. Lý thuyÕt tÝnh to¸n .........................................................................................................56 2.2.1. TÝnh l−îng Èm bèc h¬i. ..........................................................................................57 2.2.2. C©n b»ng Èm vµ chi phÝ kh«ng khÝ trong bu«ng sÊy. .............................................58 2.2.3. TÝnh nhiÖt buång sÊy. .............................................................................................59 Ch−¬ng 3. ThiÕt bÞ sÊy tiÕp xóc 3.1 Kh¸i niÖm........................................................................................................................77 3.2 Nguyªn t¾c lµm viÖc vµ cÊu t¹o.......................................................................................77

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 143

3.3 Lý thuyÕt tÝnh to¸n .......................................................................................... 79 3.3.1.Trao ®æi nhiÖt khèi khi sÊy tiÕp xóc(dÉn nhiÖt) víi bÒ mÆt nãng. .......................... 79 Ch−¬ng 4. ThiÕt bÞ sÊy bøc x¹ 4.1.Kh¸i niÖm........................................................................................................................84 4.2.Nguyªn t¾c cÊu t¹o..........................................................................................................84 4.2.1 ThiÕt bÞ gia nhiÖt b»ng ®iÖn.....................................................................................84 4.2.2. ThiÕt bÞ sÊy bøc x¹ gia nhiÖt b»ng h¬i ®èt..............................................................86 4.3. Lý thuyÕt tÝnh to¸n .........................................................................................................86 4.3.1 §Æc tÝnh tèi −u cña vËt liÖu khi sÊy b»ng bøc x¹ hång ngo¹i . ................................86 4.3.2. C¸c tÝnh to¸n c¬ b¶n. ..............................................................................................87 Ch−¬ng5. ThiÕt bÞ sÊy th¨ng hoa 5.1. Kh¸i niÖm.......................................................................................................................91 5.2. Nguyªn lý cÊu t¹o ..........................................................................................................92 5.3. Lý thuyÕt tÝnh to¸n .........................................................................................................94 5.3.1. TÝnh to¸n nhiÖt b×nh th¨ng hoa...............................................................................95 5.3.2. NhiÖt to¶ ra trong b×nh ng−ng - ®ãng b¨ng. ...........................................................96 5.3.3. NhiÖt cÇn thiÕt lµm tan b¨ng...................................................................................97 5.3.4. HÖ sè trao ®æi nhiÖt ®èi l−u gi÷a h¬i NH3 tíi bÒ mÆt èng ......................................97 5.3.5. Thêi gian x¶ b¨ng τX vµ thêi gian lïa khÝ trong b×nh th¨ng hoa τ® .........................98 Ch−¬ng 6. C¸c thiÕt bÞ phô trî hÖ thèng sÊy 6.1. ThiÕt bÞ gia nhiÖt ............................................................................................................99 6.1.1. Bé gia nhiÖt kh«ng khÝ b»ng khãi lß. ...................................................................101 6.1.2 Bé gia nhiÖt kh«ng khÝ b»ng h¬i n−íc nãng..........................................................101 6.2. Buång ®èt trong thiÕt bÞ sÊy .........................................................................................101 6.2.1. Buång ®èt dïng nhiªn liÖu r¾n. ............................................................................102 6.2.2. Buång ®èt dïng nhiªn liÖu láng, khÝ. ...................................................................104 6.3. Qu¹t giã........................................................................................................................105 6.4. HÖ thèng lµm s¹ch bôi..................................................................................................107 6.4.1. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu buång. ...............................................................................108 6.4.2. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu qu¸n tÝnh. ..........................................................................108 6.4.3. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu khe chíp............................................................................109 6.4.4. Bé phËn t¸ch bôi kiÓu xycl«n. ..............................................................................109 6.5. Bé phËn c¸ch bôi kiÓu èng tói v¶i ................................................................................115 Tµi liÖu tham kh¶o..................................................................................................................122 Phô lôc.....................................................................................................................................123 Môc lôc....................................................................................................................................142

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 144

Trường ñại học Nông nghiệp 1 – Giáo trình Kỹ thuật sấynông sản -------- ----------------------------------------- 145