Giáo trình Kỹ thuật sấy nông sản - Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy

h ρϕ ρ = Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 19 Giá trị của ρa trình bày trong bảng hơi n−ớc. Đối với tính toán kỹ thuật có thể dùng công thức thực nghiệm của Г.K.Philônhencô: 6,9lg 0,686 230h t t ρ = + + (1.13) ở đây: ρa tính bằng (g/m3). Tính gần đúng có thể dùng ph−ơng trình đặc tính của khí lý t−ởng, đối với hơi n−ớc có thể viết: ;a a h h a h RT RTp pρ ρ à à = ⋅ = ⋅ (1.14) ở đây: àa - phân tử l−ợng của hơi n−ớc, àa = 18. pa - áp suất hơi b7o hoà ở nhiệt độ đ7 cho (Bảng 1.5) R - hằng số của chất khí, R = 8314,3J/Kmol.0K. Giá trị bằng số của độ lớn R bằng công d7n 1Kg - phân tử (Kmol) khí ở áp suất không đổi và nhiệt độ tăng lên 1 độ. Từ ph−ơng trình (1.14) có: a a h h p p ρϕ ρ = = (1.15) Độ lớn ph phụ thuộc vào nhiệt độ t, nâng cao nhiệt độ, áp suất hơi b7o hoà tăng (Bảng1.5), chính vì thế khi hàm l−ợng ẩm không đổi của khí t−ơng ứng với giảm giá trị của ϕ. Khi hâm nóng không khí trong calorife khả năng sấy của nó tăng lên, ng−ợc lại khi làm lạnh không khí ph sẽ giảm xuống; độ ẩm t−ơng đối khi hàm l−ợng ẩm không đổi sẽ nâng cao, đạt đ−ợc ph = pa (100%). Không khí trở thành b7o hoà và bắt đầu có ng−ng tụ hơi n−ớc. Trong khoảng nhiệt độ t = 00C ữ 1000C, ph (mmHg) có thể tính theo công thức thực nghiệm của Philônhencô: 7,5lg 0,622 238h tp t = + + (1.16) • Nếu nhiệt độ của không khí ẩm cao hơn tK ở áp suất đ7 cho thì b7o hoà hoàn toàn có thể chỉ khi không khí khô không tuyệt đối và áp suất hơi b7o hoà bằng áp suất phong vũ biểu ph = B, ta có: ap B ϕ = 1.2.2. L−ợng chứa ẩm. L−ợng chứa ẩm (hàm l−ợng ẩm), là khối l−ợng hơi n−ớc chứa trong 1kg không khí khô. Thông số này đ−ợc dùng phổ biến để tính thiết bị sấy. a K Gd G = Kg ẩm/Kg kk. Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 20 hoặc 1000 a K Gd G = ⋅ g ẩm/Kg kk. Sử dụng ph−ơng trình trạng thái đối với hơi n−ớc và không khí khô ta có: a a a a K K K K R Tp V G R Tp V G à à ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ (1.17) ở đây: Ra = 462J/Kg. 0K, RK = 287J/Kg. 0K. Thay áp suất của hỗn hợp không khí khô và hơi n−ớc p bằng ký hiệu áp suất khí trời (áp suất phong vũ biểu) B ta có: 622 a a pd B p = ⋅ − (g ẩm/Kg kk) hoặc 0,622 a a pd B p = ⋅ − (Kg ẩm/Kg kk). Nh− vậy, biết giá trị áp suất riêng phần trong không khí, có thể xác định đ−ợc l−ợng chứa ẩm của nó, ng−ợc lại theo l−ợng chứa ẩm có thể xác định đ−ợc áp suất riêng phần của hơi. 1.2.3. Mật độ không khí ẩm (hỗn hợp không khí khô và hơi n−ớc) hh K aρ ρ ρ= + ở đây: ρa, ρK là mật độ hơi n−ớc và không khí khô. Trong điều kiện bình th−ờng (áp suất pK = B), t = 273 0K) ρK = 1,293Kg/m3. Sử dụng ph−ơng trình trạng thái của khí, có thể viết: 1,293 273 K K p B Tρ = ⋅ ⋅ Suy ra: ( ) 1,293 273 273K t B ρ ⋅= + Biết K ap B p= − và 622 a a pd B p = ⋅ − Ta có: 1, 293 273 1 0,622 273 a a hh a B p p t B B p ρ  −⋅= ⋅ + ⋅  + −  Hoặc 3 1, 293 273 0,622 273 1,293 273 1 0,378 ( / ) 273 a a hh a a B p p t B B p p Kg m t B ρ  −⋅= + ⋅  + −  ⋅   = − ⋅ +   (1.18) Công thức trên cho thấy, mật độ không khí ẩm phụ thuộc vào hai thông số thay đổi trong quá trình sấy: nhiệt độ và áp suất riêng phần của hơi n−ớc pa. Khi tăng pa trong quá trình Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 21 sấy, ρhh sẽ giảm bởi vì hơi bị thay thế bởi không khí khô. Tuy nhiên sự giảm nhiệt độ của không khí kéo theo quá trình sấy đối l−u, dẫn tới tăng ρhh. 1.2.4. Nhiệt dung riêng trung bình của không khí ẩm. Nhiệt dung riêng trung bình của không khí ẩm khi áp suất không đổi ứng với 1Kg khí ẩm, nghĩa là 1kg hỗn hợp, coi nh− độ lớn trung bình giữa nhiệt dung khí khô và hơi (KJ/Kg ẩm 0K) 1 K K a a K a hh K a G C G C C x CC G G x ⋅ + ⋅ + ⋅ = = + + (1.19). ở đây: 100 a K Gd x G = = CK - nhiệt dung riêng trung bình của không khí khô; khi t ≤ 2000C ta có CK ≈ 0,24 Kcal/Kg 0C ≈ 1,004KJ/Kg.0K. Khi t > 2000C cần tính CK phụ thuộc vào nhiệt độ. Ca - Nhiệt dung riêng của hơi n−ớc. Ca ≈ 0,44 Kcal/Kg 0C ≈ 1,842 KJ/Kg0K. Đặc tính nhiệt - vật lý của trạng thái khí ẩm trong kỹ thuật sấy th−ờng sử dụng entanpi. Thông th−ờng entanpi riêng của không khí ẩm đối với 1Kg không khí khô đ−ợc xác định nh− là tổng entanpi riêng 1kg không khí khô (Ik) và d gam hơi ẩm. Do đó entanpi của không khí ẩm là: 1000 1000hh K a K a d dI I I C t I= + ⋅ = ⋅ + ⋅ (1.20) ở đây: t - nhiệt độ của hỗn hợp Ia - Entanpi riêng của hơi ẩm trong hỗn hợp ở nhiệt độ và áp suất riêng phần đ7 cho. Trong buồng sấy không khí không ở trạng thái b7o hoà. Hơi n−ớc đ−ợc hâm nóng trong hỗn hợp cùng với không khí. Entanpi của nó phụ thuộc vào entanpi của n−ớc lỏng, nhiệt hoá hơi và nhiệt độ hâm nóng. Entanpi của n−ớc ở nhiệt độ t l lI C t= ⋅ ở đây: Cl - nhiệt dung riêng của n−ớc lỏng (KJ/Kg.0K) Nếu entanpi của n−ớc lỏng ở t = 00C bằng không, thì entanpi của hơi quá nhiệt xác định theo công thức: ( )a l K a KI C t r C t t= ⋅ + + − (1.21) ở đây: tK - Nhiệt độ sôi của n−ớc lỏng phụ thuộc vào áp suất. r - nhiệt riêng hoá hơi cũng phụ thuộc vào áp suất Ca - nhiệt dung của hơi quá nhiệt ở áp suất không đổi. Bởi vì trong không gian thiết bị sấy áp suất riêng phần của hơi ít thay đổi, do đó entanpi của hơi thực tế chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ t, không phụ thuộc vào áp suất. Rõ ràng điều này có thể khi Cl = const, Ca = const. Khi Cl.tK + r - Ca.tK = const =r0 (r0 - là nhiệt hoá hơi ở tK = 0 0C) Nhiệt riêng hoá hơi: Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 22 ( )0 l a Kr r C C t= − − ⋅ (1.22) Nếu r0 = 597, Cl ≈ 1, Ca ≈ 0,44, ta nhận đ−ợc công thức gần đúng sự phụ thuộc của r vào t: 597 0,56r t= − Kcal/Kg = 4,186(597 - 0,56t) KJ/Kg. Độ lớn r phụ thuộc vào t cho trong bảng. Thay r vào biểu thức tính Ia, ta có công thức gần đúng để tính entanpi của hơi quá nhiệt: 0a aI r C t= + ⋅ r0 = 597Kcal/kg = 2500KJ/Kg; Ca = 0,44Kcal/Kg 0C = 1,842KJ/Kg0K. T−ơng tự có thể nhận đ−ợc công thức gần đúng để xác định entanpi của hơi b7o hoà: h l KI C t r= ⋅ + Thay giá trị của r vào công thức trên ta có entanpi của hơi b7o hoà (Kcal/kg). 597 0,56 597 0,44h lI C t t t= ⋅ + − = + Từ ph−ơng trình (103 - 105) thấy rằng, giá trị gần đúng entanpi của hơi không b7o hoà quá nhiệt bằng entanpi của hơi b7o hoà ở cùng nhiệt độ (nếu áp suất riêng phần của hơi không quá 0,1Mpa), do đó để tính toán entanpi của hơi có thể lấy trực tiếp từ bảng (I25) khi nhiệt độ tới 1000C. Nh− vậy thay vào công thức (99) giá trị của IK và Ia, ta thu đ−ợc entanpi của không khí ẩm. ( )0, 24 597 0, 44 / 1000hh dI t t Kcal Kgkk= + + hoặc ( )1,004 2500 1,842 / 1000hh dI t t KJ Kgkk= + + Nếu độ lớn Ih tính theo (105) so với giá trị trên bảng (25) cho thấy, cùng ở t = 100 0C có sai khác khoảng 1,9Kcal/Kg (7,9KJ/Kg) hoặc gần 0,4%. ở t = 500C giá trị của entanpi nh− nhau. 1.2.5. Nhiệt độ của nhiệt kế −ớt. Trong lý thuyết quá trình sấy một trong những thông số đặc tr−ng cho trạng thái của không khí ẩm, là nhiệt độ của nhiệt kế −ớt. Sự bay hơi của n−ớc vào không khí trong điều kiện đoạn nhiệt nên nhiệt l−ợng cần để bay hơi lấy ngay từ không khí. Lớp không khí sát bề mặt bay hơi mất đi một nhiệt l−ợng đúng bằng nhiệt l−ợng bay hơi của n−ớc, do đó nhiệt độ lớp không khí sát bề mặt bốc hơi giảm so với không khí ở xa bề mặt bay hơi. Ng−ời ta gọi nhiệt độ lớp không khí sát bề mặt bay hơi là nhiệt độ nhiệt kế −ớt t− và xa bề mặt bay hơi là nhiệt độ nhiệt kế khô. Để đo nhiệt độ không khí ta dùng nhiệt kế thông th−ờng (thuỷ ngân hoặc r−ợu). Đo nhiệt độ nhiệt kế −ớt ta vẫn dùng các loại nhiệt kế trên, nh−ng bọc bầu thuỷ ngân hoặc r−ợu bằng bông luôn thấm n−ớc nhờ mao dẫn từ một cốc n−ớc. Nh− vậy, nhiệt độ của nhiệt kế −ớt là thông số nhiệt động, đặc tr−ng cho khả năng không khí nh−ờng nhiệt để bốc hơi n−ớc tới khi không khí b7o hoà hoàn toàn. Sự sai khác giữa nhiệt độ nhiệt kế khô và nhiệt kế −ớt đặc tr−ng cho khả năng nhận ẩm của không khí, trong kỹ thuật sấy ta gọi là thế sấy ε. Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 23 t tε = − − Trong đó: t - nhiệt độ không khí, hoặc nhiệt độ của nhiệt kế khô thông th−ờng. t− - nhiệt độ của nhiệt kế −ớt (không khí b7o hoà đoạn nhiệt) Khi không khí b7o hoà hoàn toàn (ϕ = 100%), t− = t và ε = 0. 1.2.6. Xác định độ ẩm t−ơng đối của không khí. Khi biết hiệu số (t - t−) có thể xác định độ ẩm không khí. Giả sử q1 là nhiệt l−ợng mà không khí cung cấp cho bầu thuỷ ngân của nhiệt kế −ớt và q2 là nhiệt l−ợng mà n−ớc quanh bầu thuỷ ngân tiêu thụ để bay hơi. Rõ ràng ta có: q1 = q2 Theo ph−ơng trình truyền nhiệt ta có: q1 = α(t - t−) Đ−a vào khái niệm bay hơi qm (l−ợng ẩm tích ra từ 1 đơn vị diện tích trong 1 đơn vị thời gian (Kg/m2.s) ta có: q2 = qm.r. Trong đó: r - nhiệt ẩm hoá hơi (J/Kg). Thay giá trị q1, q2 vào công thức ta có: ( ) mm q rt t q r t tα α ⋅ − = ⋅ → = −− − C−ờng độ bay hơi gần đúng có thể xác định theo công thức của Đan-tông nh− đối với bốc hơi n−ớc ở bề mặt tự do. 760 m mq p B α= ⋅∆ ⋅ (1.23) Trong đó: α - hệ số bốc hơi (hoặc hệ số trao đổi ẩm). B - áp suất phong vũ biểu. ∆p - hiệu áp suất riêng phần của hơi trên bề mặt n−ớc và không khí bao quanh. ap p p∆ = −− p− - áp suất hơi b7o hoà ở nhiệt độ nhiệt kế −ớt. Ph−ơng trình cân bằng nhiệt có dạng: ( ) ( ) 760m at t p p rBα α− = − ⋅ ⋅− − Suy ra: ( ) ( ) 760a m p p B t t r α α − = ⋅ − ⋅ ⋅ − − (1.24) Đặt 760m A r α α = ⋅ ⋅ (hệ số ẩm kế) Thực nghiệm cho thấy khi tốc độ không khí v < 0,5 m/s thì A = 66.10-4. Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 24 ( )ap p A B t t= − ⋅ ⋅ −− − Suy ra độ ẩm t−ơng đối của không khí: a h p p ϕ = ph - áp suất hơi b7o hoà khi nhiệt độ không khí đo bằng nhiệt kế khô. Sau khi biến đổi ta có: ( ) h h p AB t t p p ϕ = − −− − p− - áp suất hơi b7o hoà ở t−. Khi v ≥ 0,5m/s hệ số A xác định theo công thức thực nghiệm: 5 6,7565 .10A v −   = +    Các giá trị ϕ và A thiết lập thành bảng hoặc toán đồ để dùng trong thực tế. Độ ẩm không khí là hàm của nhiệt độ không khí (nhiệt độ nhiệt kế kho t) và hiệu (t - t−) với tốc độ xác định của không khí. 1.2.7. Đồ thị I - d của không khí ẩm. Trong kỹ thuật sấy, không khí ẩm đ−ợc đặc tr−ng bởi ba thông số sau: - Nhiệt độ của nhiệt kế khô t. - Độ ẩm t−ơng đối ϕ (%). - áp suất khí trời B (áp suất phong vũ biểu). Ng−ời ta th−ờng đ−a vào thế sấy ε. Các thông số còn lại của không khí ẩm có thể tính theo các công thức ở trên. a/ Nguyên tắc xây dựng đồ thị I - d. Đồ thị đ−ợc xây dựng đối với áp suất khí trời xác định (B = 745mmHg = 99,3 KPa ≈ 1Bar). • Trên trục tung đặt entanpi (Kcal/Kgkk hoặc KJ/Kgkk) theo tỉ lệ xác định. • Trục hoành nghiêng một góc 1350 so với trục tung. Nh− vậy đ−ờng I = const song song với trục hoành và tạo với trục tung một góc 1350. Đ−ờng d = const song song với trục tung. Để thuận tiện tính toán hàm l−ợng ẩm, ta xây dựng đ−ờng nằm ngang - trục phụ d. • Đ−ờng có nhiệt độ không đổi (đ−ờng đẳng nhiệt) là sự phụ thuộc I vào d khi t = const, đó là những đ−ờng gần song song (ở vùng có nhiệt độ thấp) trong hệ toạ độ I - d, độ nghiêng càng lớn khi nhiệt độ càng cao. 597 0,44 1000 1000K d dI C t t= ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ Kcal/Kg kk (1.25) 1,004 2,5 0,001842I t d d t= + + ⋅ KJ/Kg kk Từ ph−ơng trình ta thấy I là tổng của ba đại l−ợng, có thể trình bày trên đồ thị dạng ba đoạn t−ơng ứng. Để dễ quan sát, xây dựng hai đ−ờng đặc tính đẳng nhiệt. Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 25 - Đẳng nhiệt t = 0. Khi t = 0 và d = 0 thì I0 = 0 (đồ thị bắt đầu từ điểm 0) Khi t = 0 và d = d1, 1 1 1000 r dI ⋅= Để tìm đ−ờng I1, kẻ đ−ờng d1 = const xuất phát từ đ−ờng I = 0 (điểm a). Đặt trên đ−ờng thẳng góc từ a một đoạn ab t−ơng ứng theo tỷ lệ xích bằng 1 1000 d r ⋅ . Nối O và b, ta có đ−ờng đẳng nhiệt t = 0. - Đẳng nhiệt t1 = const. Khi t = t1 và d = 0, thì I0 = CK.t1, trên đồ thị là đoạn Oe ứng với đ−ờng d = 0 (trục tung). Khi t = t1 và d = d1 1 11 1 10,441000 1000K d dI C t r t= ⋅ + ⋅ + ⋅ Trên đ−ờng d1 = const đặt đoạn bc bằng Oe (CK.t1) và đoạn ef bằng 1 10, 44 1000 d t⋅ . Đ−ờng đẳng nhiệt t1 = const đi qua điểm e và f. Từ ph−ơng trình cơ bản thấy rằng, khi tăng t, góc nghiêng của đ−ờng đẳng nhiệt tăng lên, do tăng đoạn cf 1 10,44 1000 d t   ⋅ ⋅    . Tuy nhiên độ lớn đoạn cf tăng không đáng kể so với các thành phần khác của ph−ơng trình. Giá trị của I (KJ/Kg kk) trên trục tung, theo giá trị bằng số bằng đoạn t t−ơng ứng; thực tế khi d = 0 thì I0 = CK.t1 = 1,004t1. • Đ−ờng có độ ẩm t−ơng đối ϕ = const. E nt an pi I , K J/ kg k k ho ặc K ca l/ K g kk Hàm l−ợng ẩm d kg ẩm/kgkk (trục phụ) Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 26 Hình 1.9. Xây dựng các đ−ờng chính trên đồ thị I-d. Đ−ờng này đ−ợc xây dựng theo công thức: 622 622a h a h p pd B p B p ϕ ϕ ⋅ = ⋅ = ⋅ − − ⋅ (1.26) Khi ϕ = const, khi tăng d cần tăng ph, nghĩa là t. Do đó đ−ờng ϕ = const, là liên kết các điểm giao cắt giữa d và t liên tiếp. Đ−ờng ϕ = const tồn tại khi không khí có nhiệt độ và áp suất hơi bằng áp suất phong vũ biểu (tK = 99,4 0C khi áp suất bằng 745mmHg hoặc 99,3KPa). Khi nhiệt độ v−ợt quá tK = 99,4 0C, đ−ờng ϕ = const trở thành đ−ờng thẳng (song song với trục tung), nghĩa là d = const. Thực tế từ ph−ơng trình: a a h h p p ρϕ ρ = = cho thấy, tới nhiệt độ 99,40C, khi tăng t với d = const, nghĩa là pa và ϕ giảm do tăng ph. Khi t > 99,40C, hỗn hợp ở trạng thái hơi và a p B ϕ = . Bởi vì đồ thị I-d xây dựng với B = const, thì khi thay đổi t (pa = const) không ảnh h−ởng tới ϕ, do đó khi xác định d (nghĩa là pa), ϕ ≈ const. • Đ−ờng ϕ = 100%. Đ−ờng này chia diện tích đồ thị làm hai phần. - Phần trên đối với không khí ẩm là hỗn hợp không khí khô và hơi n−ớc không b7o hoà. - Phần d−ới hơi n−ớc b7o hoà có phần ng−ng tụ thành n−ớc. Điểm s−ơng trên đồ thị, đ−ờng t = const đi qua điểm cắt, đ−ờng t−ơng ứng d = const với đ−ờng ϕ = 100%. Tiếp tục làm lạnh không khí b7o hoà xảy ra ng−ng tụ từng phần hơi n−ớc, kết quả là hàm l−ợng ẩm của không khí giảm và quá trình diễn ra theo đ−ờng ϕ = 100%. p, ( p a , m m H g) Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 27 • Đ−ờng áp suất riêng phần của hơi n−ớc. Đ−ờng này xây dựng theo ph−ơng trình: . 622a dp B d = + (Th−ờng d << 622 g/Kg kk). Trên đồ thị (Pa,d), sự phụ thuộc có dạng đ−ờng thẳng. Để tìm áp suất riêng phần của hơi khi hàm l−ợng ẩm của không khí xác định d, cần tìm điểm giao nhau giữa đ−ờng d = const với đ−ờng áp suất riêng phần của hơi ở phần phải của trục tung. Với tỉ lệ xích 1mm = 0,095 KPa, tìm giá trị t−ơng ứng của Pa. b/ Sự thay đổi trạng thái của không khí ẩm trên đồ thị I - d, xây dựng đ−ờng t = const. Sau khi đ7 khảo sát nguyên tắc xây dựng các đ−ờng trên đồ thị I - d, ta nghiên cứu sự thay đổi trạng thái không khí ẩm trên đồ thị I - d. Từ đồ thị ta thấy, khi tăng nhiệt độ không khí ẩm, giữ nguyên hàm l−ợng ẩm, độ ẩm t−ơng đối của không khí giảm, nghĩa là tăng khả năng sấy của không khí. Quá trình này trên đồ thị d = const, gọi là đ−ờng hâm nóng. Thực tế quá trình này ta gặp khi đốt nóng không khí trong calorifer (tr−ớc khi sấy) hoặc hâm nóng trung gian không khí trong buồng sấy. Bốc hơi n−ớc đoạn nhiệt trong không gian khép kín, nhiệt độ không khí sẽ giảm. Bởi vì việc tạo thành hơi đ−a vào cũng vẫn chính thể tích đó, nên entanpi I của hỗn hợp trên 1Kg không khí khô sẽ không thay đổi. Quá trình này xảy ra ở máy sấy không có tổn thất (sấy lý thuyết). Biểu diễn trên đồ thị I - d, đ−ờng I = const, gọi là đ−ờng bốc hơi. Cần l−u ý, entanpi của không khí không thay đổi trong quá trình bốc hơi đoạn nhiệt chỉ trong tr−ờng hợp, nếu nhiệt độ n−ớc bốc hơi bằng nhiệt độ nhiệt kế −ớt (t−) và bằng 0. Tr−ờng hợp ng−ợc lại, entanpi của không khí tăng lên một chút. Thực tế, sau bốc hơi U kg n−ớc thì entanpi của không khí ẩm I2 sẽ bằng entanpi của không khí tr−ớc bốc hơi I1 cộng với entanpi chất lỏng bốc hơi: 2 1 n U C tI I L ⋅ ⋅ = + − (1.27) Trong đó: L - l−ợng không khí khô (Kg), cần để bốc hơi U (Kg) n−ớc. Cn - nhiệt dung riêng của n−ớc. Từ ph−ơng trình trên cho thấy nếu t− > 0 thì I2 > I1. Trong quá trình bốc hơi hàm l−ợng ẩm của không khí d sẽ tăng và khi b7o hoà hoàn toàn (ϕ = 100%), hàm l−ợng ẩm của không khí ứng với t− là d−. Tuy nhiên, việc tăng thêm hàm l−ợng ẩm của không khí sẽ t−ơng ứng với l−ợng n−ớc bốc hơi: 1 2 1000 n d dI I C t−= − ⋅ ⋅− − . (1.28) Theo ph−ơng trình trên, ta xây dựng đ−ờng t− trên đồ thị I - d. Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 28 Hình 1.10. Xây dựng đ−ờng t− = const và ε = const trên đồ thị I - d. Tại điểm B bất kỳ trên đ−ờng ϕ = 100%, xác định t− bằng cách vẽ đ−ờng I2 = const. Cắt trục tung, nghĩa là với đ−ờng d = 0 (điểm C). Từ C hạ xuống một đoạn 1000 n dCD C t= ⋅ ⋅− − . Điểm D có thể xác định I1. Đ−ờng nối D và B là đ−ờng cần tìm t− = const. Bởi vì khi ϕ = 100%, t− = t (nhiệt độ không khí ở môi tr−ờng), rõ ràng giá trị của t− ứng với giá trị đẳng nhiệt t = const đi qua điểm B. Trên đồ thị đ−ờng t− = const là đ−ờng chấm chấm. Khi biết t và t− có thể tìm trên đồ thị giá trị ϕ t−ơng ứng trên đ−ờng ϕ = const, đi qua giao điểm của đ−ờng t = const, và t− = const. Thí dụ trên hình khi t = 400C và t− = 30 0C thì ϕ ≈ 50%. Khi dùng đ−ờng t và t− trên đồ thị I - d, nó cũng đ−a vào đ−ờng thế sấy ε = t = t− = const. Trên đồ thị đ−ờng ε = 100C (điểm A, A1, A2) và ε = 50 0C (điểm C1C2). Đ−ờng ε = 0 là đ−ờng ϕ = 100%. Thế sấy đặc tr−ng cho khả năng sấy của không khí, vì nó xác định tốc độ bốc hơi của n−ớc phụ thuộc nhiệt độ và hàm l−ợng ẩm của không khí. • Sử dụng đồ thị I - d khi áp suất khí trời khác nhau. Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 29 Đồ thị I - d xây dựng với áp suất khí trời B = 745mmHg = 99,3KPa; ta có thể tính l−ợng ẩm b7o hoà trong 1Kg không khí ở cùng nhiệt độ, nh−ng áp suất khí trời khác nhau. 622 622a h a h p pd B p B p ϕ ϕ ⋅ = ⋅ = ⋅ − − ⋅ Khi ϕ = 1, hàm l−ợng ẩm sẽ là: 622 hh h pd B p = ⋅ − Khi t = const, ph = const thì 1 hd f B   =     nghĩa là với 1Kg không khí khô ở áp suất khác nhau, sẽ có khối l−ợng hơi ẩm khác nhau. Từ đó cho thấy, độ ẩm t−ơng đối của không khí ẩm phụ thuộc vào áp suất khí trời. Nh− vậy khi có sai lệch đáng kể đối với B = 745mmHg, cần phải có hiệu chỉnh đ−ờng ϕ = const trên đồ thị I - d. Hình d−ới cho ta đ−ờng không khí b7o hoà ϕ = 100% với các áp suất khí trời khác nhau. Xây dựng đ−ờng ϕ = const trên đồ thị I - d có thể trình bày d−ới dạng: 622 1 h d B pϕ = − ⋅ Từ đó suy ra, độ ẩm không khí đặc tr−ng bởi đ−ờng ϕ = const vẽ trên đồ thị với áp suất khác nhau, đ−ợc xác định bởi tỷ số B ϕ (d = const, t = const) cũng không đổi ( B const ϕ = ). Ví dụ trên đồ thị I - d, đối với đ−ờng không khí b7o hoà ϕ745 = 100%. 745 7,45 100 B ϕ = = Đối với áp suất 700mmHg, sẽ t−ơng ứng: 700 700 94% 7, 45 ϕ = ≈ Đối với áp suất khác nhau, đ−ờng ϕ có thể xác định theo công thức: 745 745 745 745B B Bϕ ϕ ϕ = = ⋅ Hoặc 99,3 99,3B Bϕ ϕ= ⋅ Trong đó: B - áp suất khí trời đ7 cho (mmHg hoặc KPa). ϕ745, ϕ99,3 - giá trị đ−ờng ϕ trên đồ thị tính toán xây dựng với áp suất 745mmHg hoặc 99,3KPa. Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 30 Hình 1.11. Vị trí đ−ờng không khí b6o hoà trên đồ thị I - d với áp suất khí trời khác nhau. 1.2.8. Khói lò. Khói lò là tác nhân sấy phổ biến, vừa trực tiếp cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy, vừa mang ẩm thải ra môi tr−ờng (sấy trực tiếp) hoặc là nguồn cung cấp nhiệt gián tiếp để hâm nóng tác nhân sấy (trong calorifer khí - khói). Nh− vậy nếu biết entanpi, l−ợng chứa ẩm d, độ ẩm t−ơng đối ϕ và nhiệt độ t của nó ta có thể coi khói lò là một dạng không khí ẩm t−ơng đ−ơng và có thể sử dụng đồ thị I - d đ7 nói ở trên. Sấy trực tiếp, không khí trộn với khói lò, thiết bị sấy đơn giản, giảm đ−ợc chi phí điện năng vì giảm đ−ợc sức cản của không khí. Tuy nhiên sử dụng trực tiếp sản phẩm cháy của nhiên liệu làm tác nhân sấy, phải lọc toàn bộ bụi, tro, vì chúng làm giảm chất l−ợng sản phẩm sấy. Khi nhiên liệu cháy, trong khói lò chứa một l−ợng đáng kể l−u huỳnh và hợp chất của l−u huỳnh có tính độc hại. Do đó không đ−ợc sấy trực tiếp đối với các sản phẩm có tính hấp phụ cao. Tính toán nhiệt quá trình cháy, cần xác định khối l−ợng sản phẩm cháy, hàm l−ợng ẩm và entanpi. Xác định chất l−ợng nhiên liệu cháy trong lò và điều kiện cháy của nó. Chất l−ợng nhiên liệu rắn và lỏng đặc tr−ng bởi thành phần của chúng trong nhiên liệu. C + H + O + N + S + W + A ≈ 100%. ở đây: C (cacbon), H (hydrô), O (ôxy), N (Nitơ), S (sunfua), W (n−ớc), A (tro). Nhiệt trị cao của nhiên liệu xác định theo công thức của D-И. Mendêlêep. QC = 81C + 300H - 26 (O - S) Kcal/Kg. hoặc QC = 419.10 -5[81C + 300H - 26(O - S)] MJ/Kg. (1.29) mmHG mmHG mmHG Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 31 Khối l−ợng không khí lý thuyết cần để cháy 1Kg nhiên liệu, tính theo: 0 2,67 8 23 C H S Og + + −= Kg/Kg nhiên liệu (1.30) Để tránh tổn thất do cháy không hoàn toàn trong lò, cần phải đ−a thừa không khí vào lò. Do đó khối l−ợng không khí thực tế đ−a vào lò cho 1Kg nhiên liệu cháy là gt, cần lớn hơn g0 lý thuyết. Tỷ số gt/g0 = α gọi là hệ số thừa không khí. Khi khối l−ợng sản phẩm khí tạo thành, khi đốt cháy 1Kg nhiên liệu. 01 1100 100r t A Ag g gα= + − = ⋅ + − L−ợng n−ớc chứa trong khói lò: 0 0 9 100 1000 g dH Wg α ⋅+= +â Kg/Kg nhiên liệu ở đây: d0 - hàm l−ợng ẩm không khí môi tr−ờng bên ngoài đ−a vào lò đốt. Hàm l−ợng ẩm của sản phẩm cháy: 0 0 0 90 101000 91 100 100 r K H W g dgd A H Wg g α α + +⋅ = = + + − − â g/Kg kk. hoặc ( ) ( ) 0 0 0 9000 1000 100 100 1 9r H W g dd g A H Wα + + = + − + + g/Kg kk (1.31) Khối l−ợng khí lò: 0 91 100 100K A H Wg gα += + − − (1.32) Để có thể sử dụng công thức này, ngoài hàm l−ợng (%) các thành phần của nhiên liệu (H,W, A) cần biết hệ số thừa không khí. Chúng là một phản ứng hoá học, tốc độ và sự cháy hoàn thiện phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao, phản ứng cháy càng nhanh và hoàn toàn. Tuy nhiên nhiệt độ cao quá cũng không cho phép vì có thể làm nóng chảy tro và tạo xỉ, dẫn tới phá hoại chế độ cháy. Nhiệt đó cháy trong lò, cung cấp cho thiết bị sấy dùng khí nóng, là 900 ữ 10000C. ở nhiệt độ này, nhiên liệu cháy hoàn toàn và triệt để, tro của nhiên liệu không bị nóng chảy; nh−ng với khí ở nhiệt độ cao không thể đ−a vào buồng sấy đối với đa số các sản phẩm. Ng−ời ta th−ờng bố trí giữa lò và buồng sấy thiết bị làm sạch khí khỏi tro và mồ hóng. Khí lò và không khí sẽ hoà trộn trong buồng hỗn hợp. Nhiệt độ của hỗn hợp cần đạt giá trị t đ−ợc xác định bởi chế độ sấy. Để tính toán thiết bị sấy dùng khí nóng cần phải biết hai hệ số thừa không khí: một ở trong lò αl, bảo đảm nhiệt độ cho phép của nó và một hệ số ở buồng sấy α. Những hệ số này có giá trị thế nào để nhiệt độ hỗn hợp đ−a vào buồng sấy đạt đ−ợc giá trị chính xác đối với chế độ nhiệt độ yêu cầu t. Nhiệt độ trong lò: ( )0 1 h l l l pc Q t g C η α ⋅ = ⋅ + ⋅ (1.33) Trường ủại học Nụng nghiệp 1 – Giỏo trỡnh Kỹ thuật sấynụng sản -------- ----------------------------------------- 32 ở đây: ηl - hiệu suất của lò, tính tới tổn thất cơ và hoá cháy không hoàn toàn, cũng nh− tổn thất qua thành lò vào môi tr−ờng. ηl = 0,85 ữ 0,95. Cpc - nhiệt dung trung bình đẳng áp của sản phẩm cháy. Nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Qt = Qc - 6(9H + W) Kcal/Kg. hoặc Qt = Qc - 0,223H - 0,025W MJ/Kg (1.34) Để tính hệ số thừa không khí αl, cần biết hệ số thừa không khí của hỗn hợp α đ−a vào trong buồng sấy. Từ điều kiện cân bằng nhiệt quá trình cháy trong lò và hỗn hợp khí lò trong buồng hỗn hợp, có thể xác định hệ số thừa không khí trong hỗn hợp. ( ) ( ) ( )00 0 0 9 91 100 100 1000 c T r hr Kr r hr h Kr h H W H W AQ C t I C t dg I I C t