Mục Lục
I. MỤC DÍCH THÍ NGHIỆM: ...............................................................................2
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................................2
2.1. Đònh nghóa:....................................................................................................... 2
2.2. Đặc trưng của quá trình sấy: ............................................................................ 2
2.3. Xác đònh tốc độ sấy theo cân bằng nhiệt của quá trình sấy: ........................... 3
2.4. Phương tình cơ bản của động học quá trình sấy: ............................................. 4
2.5. Lượng nhiệt cấp cho vật liệu: .......................................................................... 6
2.5.1 Lượng nhiệt cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy giảm tốc (q2): .................. 6
2.5.2 Lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy đẳng tốc (q1): .......... 8
2.6. Cường độ trao đổi nhiệt (q(x)): ........................................................................ 8
2.7. Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy: .................................................... 8
2.7.1 Đường cong sấy: ............................................................................................ 8
2.7.2. Đường cong tốc độ sấy: ................................................................................ 9
2.8. Các giai đọan của quá trình sấy: ..................................................................... 9
2.8.1 Giai đoạn đun nóng vật liệu: ......................................................................... 9
2.8.2

Giai đoạn sấy đẳng tốc: .............................................................................. 9

2.8.3

Giai đoạn sấy giảm tốc: ............................................................................ 10

2.9. Thời gian sấy vật liệu: ................................................................................... 10

III. THIẾT BỊ – DỤNG CỤ – CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM: ...........12


IV. PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM .........................................13
4.1 Nội dung thí nghiệm ....................................................................................... 13

BÀI 9: SẤY ĐỐI LƢU

I. MỤC DÍCH THÍ NGHIỆM:
Khảo sát quá trình sấy đối lưu bằng thực nghiệm nhằm:
-

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

-

Xác đònh các thông số sấy: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm
cân bằng, thời gian sấy đẳng tốc và giảm tốc.

-

Đánh giá sai số của quá trình sấy.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Đònh nghóa:
Sấy đối lưu là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay
hơi. Trong đó cả hai quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực hiện bằng
phương pháp đối lưu.
2.2. Đặc trưng của quá trình sấy:
Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp, đặc trưng cho tính không ổn đònh và không
thuận nghòch, gồm 4 quá trình diễn ra đồng thời: truyền nhiệt cho vật liệu, dẫn ẩm
trong lòng vật liệu, chuyển pha và tách ẩm vào môi trường xung quanh.

2



(4)

Với U: hàm ẩm (hay độ ẩm) của vật liệu – tính theo vật liệu khô, kg ẩm/kg vật
liệu khô

3


Từ (1), (2), (3) và (4) thiết lập cân bằng nhiệt:
αF(t-θ)d  = (GoCo+GaCa)dθ + Go[r + Ch(t-th)]dU

(5)

Từ đó rút ra:

dU

d

F t     Go Co  Ga Ca 
Gv r  Ch t  th ) 

d
d

(6)

Đây là biểu thức tính tốc độ sấy theo cân bằng nhiệt.
2.4. Phương tình cơ bản của động học quá trình sấy:
 Động lực q trình:

dU dQ
 C o  C o a G o
 rG o

F  qF
G o  d
d Fd


(9)

Với q: là cường độ dòng nhiệt hay mật độ dòng nhiệt.
Ga
 U;
Go

Go
 o ;
Vo

Co + CaU = C và

Vo
 Ro
F

Với:
ρo: khối lượng riêng của vật liệu khô, kg/m3
Vo: thể tích vật khô, m3
C: nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm, J/kgđộ



phương trình vi phân mô tả truyền nhiệt - truyền ẩm trong vật liệu. Nhưng nói chung
hệ phương trình này không giải được bằng phương pháp giải tích.
2.5. Lượng nhiệt cấp cho vật liệu:
2.5.1 Lượng nhiệt cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy giảm tốc (q2):
Ta thấy rằng trong giai đoạn sấy giảm tốc, đường cong tốc độ sấy có dạng đường
thẳng, nên tốc độ sấy trong giai đoạn này được biểu diễn:


dU
 K U  U*
d





(11)

Với:
K: Hệ số tỷ lệ, gọi à hệ số sấy. Nó phụ thuộc vào tốc độ sấy và tính chất của
vật liệu ẩm, 1/s
K: chính là hệ số góc của đường cong tốc độ sấy ở giai đọan sấy giảm tốc, nên:
K

N
 N
U th  U *



(13)

Hay logarit hóa (8) ta có:









lg U  U *  log U th  U * 

-

1
N
2,3

(14)

Như vậy nếu biết được hệ số sấy K, có thể xác đònh được thời gian cần

thiết để thực hiện giai đoạn sấy giảm tốc.
-

Hệ số sấy tương đối được xác đònh bằng thực nghiệm và có thể tính gần



Thay (17) vào (10), ta được:
 U  U* 

q 2   0 R 0 r1  R b .1,8N
 U0 

7

(18)


2.5.2 Lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu trong giai đoạn sấy đẳng tốc (q1):
Trong giai đoạn sấy đẳng tốc, toàn bộ lượng nhiệt cung cấp từ dòng tác nhân bằng
lượng nhiệt bốc hơi ẩm và nhiệt độ vật liệu không đổi nên:
q1   0 R 0 r

dU
  0 R 0 rN
d

(19)

2.6. Cường độ trao đổi nhiệt (q(x)):
q(x) 

q2
U  U*
1  R b 
 1,8

liệu sấy:
dU
 g(U)
d

(22)

Từ biểu thức (22), (23) rõ ràng đường cong tốc độ sấy là là đạo hàm của đường cong
sấy.
2.8. Các giai đọan của quá trình sấy:
2.8.1 Giai đoạn đun nóng vật liệu:
-

Toànbộ nhiệt cung cấp để đun nóng vật liệu, ẩm bốc hơi không đáng kể.

-

Nhiệt độ vật liệu tăng nhanh từ 1= t0 đến nhiệt độ bầu ướt tư của tác
nhân sấy.

-

Độ ẩm thay đổi không nhiều.

-

Tốc độ sấy tăng nhanh từ 0 đến cực đại.

-


Trong giai đoạn này tốc độ khuếch tán ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề
mặt lớn hơn tốc độ do bốc hơi từ bề mặt, nên bề mặt luôn bão hoà ẩm.

2.8.3 Giai đoạn sấy giảm tốc:
-

Nhiệt độ của vật liệu tăng dần từ tư lên t2 của tác nhân.

-

Độ ẩm giảm chậm đến độ ẩm cân bằng U*.

-

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

-

Tốc độ sấy giảm tốc từ tốc độ đẳng tốc N o xuống 0, tuỳ theo cấu trúc vật
liệu mà có biến dạng khác nhau.

-

Tốc độ khuếch tán trong chậm hơn tốc độ bốc hơi ở bề mặt, nên tốc độ
chậm dần và có hiện tượng co bề mặt bốc hơi.

2.9. Thời gian sấy vật liệu:
Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc (thời gian sấy đẳng tốc -  1 ) được xác đònh từ:




(25)

Với U* : độ ẩm cân bằng, độ ẩm kết thúc giai đoạn sấy giảm tốc.
Thời gian sấy vật liệu:
Thời gian sấy vật liệu được tính bằng tổng thời gian của 3 giai đoạn sấy: đốt
nóng vật liệu  0 , sấy dẳng tốc (  1 ) và sấy giảm tốc (  2 ); có thể bỏ qua giai đoạn đốt
nóng vật liệu, vì giai đoạn này xảy ra rất nhanh. Biểu thức tính thời gian như
sau:
U 0  U th 2,3
U th  U *
*
  1   2 

 (U th  U )  lg(
)
N
N
U 2  U*

(26)

Với U2 : độ ẩm của vật liệu cuối quá thình sấy, tương ứng với  2 ; U2 > U* và
thường

được lấy: U2 =U* +2 ÷ 3 (%).

11



12


IV. PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
4.1 Nội dung thí nghiệm
Tiến hành sấy giấy lọc ở 3 chế độ của Caloriphe:500C, 600C, và 700C. Đặt giấy
lọc vào buồng sấy, ghi nhận khối lượng vật liệu sau khi làm ẩm (G1). Sau đó cứù 5
phút ghi nhận giá trò cân và giá trò nhiệt độ bầu khô, bầu ướt. Tiếp tục đến khi giá trò
khối lượng vật liệu không đổi trong vòng 15 phút thì dừng chế độ thí nghiệm này và
chuyển sang chế độ thí nghiệm khác.
4.2 Tiến hành
4.2.1 Chuẩn bò thí nghiệm:
Xác đònh khối lượng khô ban đầu (Go) của 3 sấp giấy lọc:
-

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

-

Cách đặt lọc vào buồng sấy: đặt nhẹ nhàng từng sấp giấy lọc lên trên lưới sấy
phía trong buồng sấy (đặt cả ba sấp), khi đó kim của cân dao động – chờ kim
hết dao động đọc giá trò cân (Go).

Làm ẩm giấy lọc:
-

Lấy khoảng 2/3 chậu nước inox

-



Khởi động caloriphe, bật công tắc Caloriphe.

-

Cài đặt nhiệt độ cho Caloriphe ở nhiệt độ thí nghiệm..

4.2.3 Tiến hành các chế độ thí nghiệm:
Chờ hệ thống hoạt động ổn đònh khi: nhiệt độ của Caloriphe đạt giá trò mong muốn
(±1÷2 0C)
Tiến hành sấy vật liệu ở nhiệt độ khảo sát:
-

Đặt giá đỡ vật liệu lên cân.

-

Đóng kín cửa buồng sấy

4.3 Đo số liệu trong chế độ thí nghiệm.
4.3.1 Các số liệu cần đo: Khối lượng, nhiệt độ bầu khô, bầu ướt và thời gian.
4.3.2 Cách đọc:
-

Khối lượng (gam) khi đặt giá đỡ vật liệu sấy, đọc số hiển thò trên cân.

-

Nhiệt độ (0C) : Nhấn nút tương ứng các vò trí cần đo và đọc số trên đồng hồ
hiện số.

V. PHÚC TRÌNH
5.1 Số liệu thí nghiệm
Bảng 1: Số liệu thô
Chế độ sấy 400C

Chế độ sấy 500C

Chế độ sấy 600C

τ(ph)

G(g)

T(ƣ)(0C)

T(k)(0C)

τ(ph)

G(g)

T(ƣ)(0C)

T(k)(0C)

τ(ph)

G(g)

T(ƣ)(0C)


33.8

43.5

5

140.0

38.5

50.1

5

135.7

45.2

60.3

10

144.8

33.8

42.4

10


15

110.9

45.4

59.9

20

131.8

33.8

42.3

20

104.1

38.9

50.3

20

92.1

45.5


33.5

42.1

30

83.5

39.2

50.6

30

62.9

45.6

59.1

35

116.6

33.5

42.1

35


40

59.9

45.6

59.1

45

101.6

33.5

42.8

45

60.0

39.2

51.1

50

95.5

33.5

65

80.0

33.3

42.0

70

72.6

33.4

42.3

75

66.8

33.3

41.6

80

60.8

33.2


∆(G)=∆U
N (%/h) T(ƣ) (0C) T(k) (0C)
(%)

τ(h)

G(kg)

U(%)

0.0000

0.1542

160.47

2.87

34.44

33.9

0.0833

0.1525

157.60

13.01


56.654

39.420

6.7

33.8

43.5

65.927

39.202

9.7

119.52

33.8

42.4

62.266

39.202

8.6

11.99


113.85

10.64

127.68

33.7

42.7

63.247

38.985

9.0

0.5000

0.1203

103.21

6.25

75.00

33.5

42.1


86.15

14.53

174.36

33.3

41.8

60.344

38.127

8.5

0.7500

0.1016

71.62

10.30

123.60

33.5

42.8



0.0893

50.84

6.42

76.92

33.3

42.5

62.592

38.127

9.2

1.0000

0.0855

44.43

9.29

111.48

33.2


0.0726

22.64

9.80

117.60

33.4

42.3

61.942

38.340

8.9

1.2500

0.0668

12.84

10.14

121.68

33.3


0.0597

0.84

0.00

0.00

33.2

41.3

58.782

37.915

8.1

1.5000

0.0597

0.84

0.00

0.00

33.2


*100 = 160.47%

U U 1  U 2 (160.47  157.60) * 60
=
=
= 34.44 %/h

50
t 2  t1

định:
-

Pm (áp suất hơi ẩm trên bề mặt vật liệu – mmHg) và P (áp suất riêng phần của hơi
nước trong không khí - mmHg) được xác định dựa vào tư và tk bằng cách dùng
giản đồ I-d của không khí ẩm.
4026,42 

P  exp 12 
 ; 1 bar = 750.0617 mmHg
235,5  t 


-

Thế sấy : = Tk-Tư

17



16.89

202.68

33.9

40.6

88.891

47.235

12.2

0.0833

0.1400

136.49

19.09

229.08

33.8

43.5

92.024


17.57

210.84

33.8

42.6

94.784

52.037

11.7

0.3333

0.1041

75.84

22.97

275.64

33.8

42.3

92.936


15.20

182.52

33.5

42.1

94.319

52.596

11.4

0.5833

0.0745

25.84

14.53

174.24

33.5

42.1

95.720


0.17

2.04

33.5

42.8

96.664

52.596

11.9

0.8333

0.0599

1.18

0.00

0.00

33.5

42.7

96.664


Bảng 2.3: kết quả tính toán từ các thông số đã xử lýở chế độ sấy 600C
Chế độ sấy 600C
∆(G)=∆U
N (%/h) T(ƣ) (0C) T(k) (0C)
(%)

τ(h)

G(kg)

U(%)

0.0000

0.1527

157.94

28.72

344.64

33.9

40.6

152.409

71.581


275.64

33.8

42.4

146.900

73.058

14.4

0.2500

0.1109

87.33

31.76

381.12

33.8

42.6

146.900

72.687


204.72

33.7

42.7

140.907

73.432

13.4

0.5000

0.0629

6.25

5.07

60.84

33.5

42.1

141.563

73.432


0.00

33.3

41.8

141.563

73.432

13.5

18


5.3 Đồ thị

19


Tính toán kết quả: Chế độ sấy 400C
-

Độ ẩm tới hạn: Uth = 4 %

-

Độ ẩm cuối quá trình sấy: U2 = 0.84 %



2 =

U th  U * U th  U * 4  (1.16)
4  (1.16)
ln

ln
 0.040 h
N
U2 U *
121.38
0.84  (1.16)

Bảng 3.1: Kết quả tính toán từ đồ thò:
Chế độ sấy 400C
U0
160.47

Uth
4

U*
-1.16

U2
0.84

N(%/h)
121.38


Chế độ sấy 500C
U0
153.38

Uth
5

U*
-2

U2
0

N(%/h)
205.94


0.143

Chế độ sấy 600C
U0
157.94

Uth
8

U*
-0.82


lý thuyết nêu trên do độ ẩm ban đầu của mỗi chế độ sấy đều tăng dần nên tuy thời gian
sấy có ngắn hơn khi nhiệt độ tăng nhưng do phải tổn thất động lực để làm bốc hơi một
lượng ẩm nhiều hơn nên kết qu ả Uth và U* thu được là không chính xác.
Theo lý thuyết thì khi nhiệt độ tăng th ì tốc độ sấy N tăng, K cũng tăng theo do 
là hằng số, tổng thời gian sấy sẽ giảm xuống.
 Sai số trong quá trình thí nghiệm có thể do các nguyên nhân sau:
-

Sai số khi đọc giá trị của cân do kim cân rất nhạy và rất dễ dao động khi có
một tác động nhỏ từ bên ngoài.

-

Vật liệu sấy hút ẩm từ môi trường bên ngoài làm ảnh hưởng đến giá trị
G0 của vật liệu.

-

Sai số khi đọc nhiệt độ bầu khô và bầu ướt.

-

Sai số do hệ thống thí nghiệm hoạt động không ổn định.

-

Sai số do hệ thống cấp nhiệt không ổn định

 Để khắc phục sai số và thu kết quả chính xác nhất ta có thể tiến hành như sau:
-

TP.HCM.
[3] Các tác giả “ sổ tay quá trình và thiết bị tập 1,2 “ ĐHQG Hà Nội.

24