Thực hành quá trình và thiết bị cơ học

 Mục Lục
BÀI 1: THÍ NGHIỆM SẤY ĐỐI LƯU ............................................................................2
 I. MỤC ĐÍCH................................................................................................................2
 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................................................2
 III. TÍNH TOÁN THÍ NGHIỆM........................................................................................12
BÀI 2: CỘT CHÊM.........................................................................................................18
 I. MỤC ĐÍCH..............................................................................................................18
 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................................18
 III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ...........................................................................................21
BÀI 3: THÍ NGHIỆM LỌC KHUNG BẢN ..................................................................32
 I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM .........................................................................................32
 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................................32
 III. MÁY LỌC KHUNG BẢN ..........................................................................................33
 IV. NGUYÊN LÝ LỌC 1 CẤP...........................................................................................35
 V. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM...................................................................................35
BÀI 4: THÍ NGHIỆM CÔ ĐẶC.....................................................................................39
 I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM...........................................................................................39
 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................................39
 III. THIẾT BỊ CÔ ĐẶC...................................................................................................41
 IV. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH ..........................................................................................42
 V. KẾT QUẢ ................................................................................................................44
 VI. TÍNH TOÁN.............................................................................................................45
BÀI 5: THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG KÉP..........................................................49
 I. TRANG THIẾT BỊ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ..............................................................49
 II. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM........................................................................................50
 III. LẬP CÔNG THỨC TÍNH TOÁN.................................................................................51
 IV. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM...........................................................................................52
 V.BÀN LUẬN..............................................................................................................58
BÀI 6: THÍ NGHIÊM MẠCH LƯU CHẤT .................................................................59
 I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM .........................................................................................59
 II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................................60
 III. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM .........................................................................................65
 IV. TÍNH TOÁN.............................................................................................................73
 V.ĐỒ THỊ ...................................................................................................................80 GVHD: Võ Văn Sim Thực Hành Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học
 BÀI 1: THÍ NGHIỆM SẤY ĐỐI LƯU
I. Mục Đích
 Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và 
 bảo quản được tốt.
 Khảo sát quá trình sấy đối lưu vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng 
 không khí được nung nóng nhằm:
 • Xác định đường cong sấy : 푊 = ( 휏)
 푊
 • Xác định đường cong tốc độ sấy : 
 휏 = ( 푊 )
 • Giá trị độ ẩm tới hạn Wk, tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K. 
II. Cơ Sở Lý Thuyết
 Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt, nhiệt được cung cấp 
 cho vật liệu nhờ dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt, bức xạ nhiệt 
 1. Cơ sở lý thuyết về quá trình sấy
 1.1. Tĩnh lực học quá trình sấy
 1.1.1. Các thông số hỗn hợp không khí ẩm
 1.1.1.1. Nhiệt độ
 Gồm 3 loại: tK, tƯ, tS.
 t K: Nhiệt độ bầu khô là nhiêt độ của hỗn hợp không khí được xác định bằng nhiệt kế 
 thông thường.
 t Ư: Nhiêt độ bầu ướt, là nhiệt độ ổn định đạt được khi một lượng nhỏ nước bốc hơi 
 vào hỗn hợp không khí chưa bão hòa trong điều kiện đoạn nhiệt, đo bằng nhiệt kế 
 thông thường có bọc vải ướt ở bầu thủy ngân.
 t S: Nhiệt độ điểm sương, nhiệt độ ở trạng thái bão hoa hơi nước.
 1.1.1.2. Độ ẩm
 Gồm 3 loại: d, A, 휑.
 d: Là độ chứa hơi, là số kg ẩm có trong 1 kg không khí khô của không khí chưa bão 
 hòa hơi nước (kgẩm/kgkkk).
 Trang: 2 GVHD: Võ Văn Sim Thực Hành Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học
 A: Là độ ẩm cực đại là số kg ẩm có trong 1 kg không khí khô của không khí bão hòa 
 hơi
 Nước (kgẩm/kgkkk).
 휑: Độ ẩm tương đối hay gọi là độ bão hòa hơi nước 휑 = d/A (0% ≤ 휑 ≤ 100%).
 1.1.1.3. Áp suất
 Gồm P, Pbh, Pb, Ph
 P: Áp suất của không khí (mmHg)
 P bh: Áp suất hơi bão hòa của nước ở cùng nhiệt độ bầu khô (mmHg)
 P b: Áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt vật liệu (mmHg)
 P h: Áp suất riêng phần hơi nước trong tác nhân sấy (mmHg).
  Quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ bầu khô, áp suất riêng phần hơi nước 
 trong tác nhân sấy và độ ẩm tương đối là:
 흋.푷 풉 푷풉
 d = 0,622*푷 흋푷 풉 = , ∗ 푷 흋푷풉
 1.1.1.4. Nhiệt lượng H
 H: Là ENTAPI của hỗn hợp không khí ẩm, là nhiệt lượng của hỗn hợp không khí ẩm 
 trong đó có chứa 1 kg không khí khô (kcal/kgkkk; kj/kgkkk; 1cal = 4,18j).
 1.1.2. Giản đồ không khí ẩm ( giản đồ Ramzdim)
 ➢ Cách sử dụng
 Mô tả:
 Gồm 1 bảng hình chữ nhật trên đó có phân bố các đường biểu diễn các thông số 
 không khí ẩm.
 Đường 휑: là đường cong giới hạn từ 휑 = 5% ÷ 100%, các thông số của 휑 ghi trên 
 đường.
 Đường d: Là đường thẳng đứng, các thông số ghi dưới chân đơn vị là gam
 0
 Đường nhiệt độ (tK, tƯ, tS): Là đường xiên 30 C so với trục hoành, các thông số ghi 
 trên đường.
 Đường H: Xiên 120 độ so với trục hoành các thông số ghi bên ngoài khung hình chữ 
 nhật, ghi xiên theo đường.
 Đường áp suất: Là đường xiên 450 C so với trục hoành, các giá trị ghi bên phải.
 1.1.3. Hòa trộn hai hỗn hợp không khí ẩm.
 Trang: 3 GVHD: Võ Văn Sim Thực Hành Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học
 Trong quá trình sấy nhiều vì lý do mà ta cần phải hòa trộn hai hay nhiều hỗn hợp 
 không khí ẩm. Mục đích là làm giảm nhiệt độ tác nhân, trộn thêm hơi nóng, tăng lưu 
 lượng 
 Phương pháp hòa trộn dựa trên đồ thị.
 Giả sử trộn hỗn hợp hai loại không khí
 Không khí 1 có trạng thái A trên giản đồ Ramzimd
 Không khí 2 có trạng thái B trên giản đồ Ramzimd
 Khi trộn A với B được hỗn hợp mới có trạng thái M
 (푮 .풅 푮 .풅 )
 d = 
 M 푮 푮 
 (푮 .푯 푮 .푯 )
 H = 
 M 푮 푮 
 Trong đó: GA, GB: Lượng không khí khô (kg, kg/s) ở trạng thái A và B
 dA, dB: Độ ẩm tuyệt đối của không khí tại A và B (g/kgkkk)
 Tính được dM, HM  điểm M trên giản đồ Ramzimd và tra được các thông số còn 
 lại khác.
 Biểu diễn theo sơ đồ thiết bị
 Biểu diễn trên giản đồ Ramzimd
 Trang: 4 GVHD: Võ Văn Sim Thực Hành Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học
 1.1.4. Cân bằng vật chất trong thiết bị sấy
 1.1.4.1. Tính độ ẩm của vật liệu
 Trong kỹ thuật sấy có 2 khái niệm về độ ẩm vật liệu:
 x: Độ ẩm vật liệu trên căn bản vật liệu ướt kgẩm/kgvlư
 X: Độ ẩm vật liệu trên căn bản vật liệu khô (kgẩm/kgvlk).
 (푳 –푳 )
 x = (kgẩm/kgvlư)
 푳 ∗ %
 푳 –푳 
 X = (kgẩm/kgvlk)
 푳 ∗ %
 Độ ẩm x và X có thể chuyển đổi qua lại
 1.1.4.2. Các phương trình cân bằng vật chất:
 Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
 LK = L1 (1-x1) = L2 (1-x2)
 Lượng vật liệu trước khi sấy:
 풙 
 L1 = L2 
 풙 
 Lượng vật liệu sau khi sấy:
 풙 
 L2 = L1 
 풙 
 Lượng ẩm cần tách trong quá trình sấy:
 W = L1 – L2 (kh hay kg/s)
 풙 풙 풙 풙 
 Hay W = L1 = L2 
 풙 풙 
 Lượng không khí khô cần trong quá trình sấy:
 Trang: 5 GVHD: Võ Văn Sim Thực Hành Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học
 풘
 G = 풅 풅 (kg, kg/s)
 Lượng không khí cần làm bay hơi 1 kg ẩm:
 푮 
 g = = = (kgkkk/kgẩm)
 푾 풅 풅 풅 풅 
 Trong đó:
 x1, x2 độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy tính theo vật liệu ướt.
 d0=d1: Độ ẩm tác nhân ban đầu và sau khi đun nóng (không có tách ẩm cũng như 
 tăng ẩm trong quá trình đun nóng)
 d2: Độ ẩm tác nhân ra (sau khi mang hơi ẩm từ vật liệu sấy ra khỏi buồng sấy)
 1.1.5. Cân bằng năng lượng
 Nhiệt lượng cần thiết làm bay hơi 1 kg ẩm trong quá trình sấy theo lý thuyết:
 푯 푯 
 q = = g(H -H ) (kj/kgẩm, kcal/kgẩm)
 c 풅 풅 2 0
 HB = HC
 1.1.6. Các phương thức sấy
 1.1.6.1. Sấy có bổ sung nhiệt trong buồng sấy
 Để đơn giản bỏ qua phần nhiệt C.tvld - ∑ 푞
 Trang: 6 GVHD: Võ Văn Sim Thực Hành Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học
 Trường hợp 1: đường cong A-B1-C: Sấy không có bổ sung nhiệt trong phòng sấy, chỉ 
 có bộ phận đốt nóng. Nhiệt độ không khí vào buồng nóng rất cao tB1.
 Trường hợp 2: Đường cong A-B2-C: Sấy có bộ phận đốt nóng và có bổ sung nhiệt 
 trong phòng sấy.
 Bộ phận đốt nóng thi đưa nhiệt độ từ A đến B2, và entapi từ HA đến HB2
 Bộ phận nhiệt bổ sung trong buồng sấy thì không làm nhiệt độ của không khí nóng 
 hơn nhiệt độ do bộ phận đốt nóng đưa vào nhưng làm cho entapi tăng từ HB2 đến HC
 Trường hợp 3: Đường cong A-B3-C: Sấy có bộ phận đốt nóng và có bổ sung nhiệt 
 trong phòng sấy nhưng nhiệt độ sấy giữ không đổi bằng tC
 Bộ phận đốt nóng thì đưa nhiệt độ từ A đến B3, và entapi từ HA đến HB3
 Bộ phận nhiệt bổ sung trong buồng sấy thì duy trì nhiệt độ do bộ phận đốt nóng đưa 
 vào = tC và làm cho entapi tăng từ HB3 đến HC
 Trường hợp 4: đường cong A-C: Sấy không có bộ phận đốt nóng, chỉ có bổ sung 
 nhiệt-trong buồng sấy entapi tăng từ HA đến HC, nhiệt độ sấy nhỏ nhất trong quá 
 trình sấy nhiệt độ ra lớn nhất cũng chỉ bằng tC
 Nhận xét: trong các trường hợp sấy nếu tốc độ bay hơi và lượng ẩm bay ra vẫn như 
 nhau thi chọn nhiệt độ sấy nhỏ tốt cho quá trình sấy nông sản 
 Quá trình sấy tốt cho nông sản thực phẩm theo thứ tự ưu tiên trường hợp 4-3-2-1. 
 Tuy nhiên điều khiển quá trình thì khó theo thứ tự khó nhất là trường hợp 4-3-2-1
 1.1.6.2. Sấy có đốt nóng giữa chừng 
 Trang: 7 GVHD: Võ Văn Sim Thực Hành Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học
 1.1.6.3. Sấy hồi lưu một phần khí thải
 Không khí tại A được nung nóng lên B1 và được sấy xuống C xả ra một phần còn 
 một phần hồi lưu trở lại trộn với A được trạng thái M và qua caloriphe lên đến nhiệt 
 độ sấy tB1 rồi lại về C 
 Nhận xét:
 Phương pháp này có thể điều chỉnh được độ ẩm của không khí và tiết kiệm được 
 năng lượng, giữ được nhiệt độ thấp.
 Một số máy sấy có hồi lưu khí thải một phần nhưng có bộ điều chỉnh nhiệt độ theo 
 nhiệt độ cài đặt trước và không cài lại nhiệt độ thì nhiệt độ sấy không đổi cho dù có 
 hay không có hồi lưu. ở đây ta muốn nói rằng khi sấy, ta nâng nhiệt độ lên tB sấy 
 Trang: 8 GVHD: Võ Văn Sim Thực Hành Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học
 xuống C hồi lưu lần 1 trộn với không khí ở A được trạng thái M. từ M đến lúc đó ta 
 không cần nâng lên nhiệt độ cao như ban đầu (tB) nữa mà hạ nhiệt độ cài đặt xuống 
 tB1 thì độ ẩm tuyệt đối cũng tăng từ d1 đến d2 và vẫn thực hiện được quá trình sấy. 
 Đường cong sấy bây giờ là A-M-B1-C 
 Các quá trình sấy hồi lưu đều tiết kiện được năng lượng trong cùng một khoảng thời 
 gian. Tuy nhiên thời gian sấy dài hơn khi không hồi lưu vì độ ẩm tương đối tăng.
 1.2. Động học quá trình sấy
 1.2.1. Các định nghĩa
 Tốc độ sấy: Là lượng ẩm bay hơi trên 1 m2 vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian.
 Thời gian sấy: Là thời gian bắt đầu đun nóng vật liệu đến khi vật liệu đạt độ ẩm cần 
 thiết (độ ẩm bảo quản, hoặc độ ẩm nào đó).
 1.2.2. Các giai đoạn sấy
 Người ta chia các quá trình sấy ra làm các giai đoạn:
 Giai đoạn tăng tốc: giai đoạn nung nóng vật liệu nhiệt độ vật liệu tăng lượng ẩm bay 
 hơi chậm.
 Giai đoạn sấy đẳng tốc: Là giai đoạn vật liệu sấy bay hơi đều (tốc độ không đổi) theo 
 thời gian nhiệt độ vật liệu sấy không tăng và nhiệt độ vật liệu ướt.
 Giai đoạn giảm tốc: Nhiệt độ vật liệu sấy tăng lượng ẩm bay hơi chậm dần.
 1.2.3. Tính tốc độ sấy
 Tốc độ sấy ký hiệu là N
 풅푾
 N = hay dW = S.Ndt
 푺.풅풕
 푾 풕 
  ∫ 풅푾 = ∫ 푺.푵풅풕
 푾 풕 
  W2 – W1 = S.N.(t2-t1)
 푾 푾 
 2
  N = 푺.(풕 풕 ) (kgẩm/m .h)
 W1, W2: là lượng ẩm bay ra ở thời điểm 1 và 2
 t1, t2: là thời gian sấy từ giai đoạn 1 tới giai đoạn 2
 Thời điểm mới bắt đầu sấy lượng ẩm bay ra là 0 (kg) 
 Giai đoạn tăng tốc:
 푾푻푻
 N = 
 TT 푺.∆풕푻푻
 Giai đoạn đẳng tốc:
 Trang: 9 GVHD: Võ Văn Sim Thực Hành Quá Trình Và Thiết Bị Cơ Học
 푾Đ푻
 N = 
 ĐT 푺.∆풕Đ푻
 Giai đoạn giảm tốc:
 푾푮푻
 N = 
 GT 푺.∆풕푮푻
 1.2.4. Tính thời gian sấy
 Thời gian sấy tính toán lý thuyết của từng giai đoạn được tính bằng công thức
 푾
 t= 
 푵.푺
 1.2.5. Giản đồ sấy:
 2. Thiết bị sấy:
 Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy khác nhau nên có nhiều kiểu thiết bị sấy 
 khác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy như nhau:
 Dựa vào tác nhân sấy:
 Thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng khói lò, ngoài ra còn có các thiết 
 bị sấy bằng phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy bằng tia hồng ngoại hay 
 bằng dòng điện cao tần.
 Dựa vào áp suất lam việc:
 Thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường.
 Dựa vào phương thức làm việc
 Sấy lien tục hay sấy gián đoạn
 Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy
 Thiết bị sấy tiếp xúc, thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ
 Dựa vào cấu tạo thiết bị
 Trang: 10