Chap7.pdf

Chương 7: QUÁ TRÌNH SẤY
7.1 Khái niệm
 Định nghĩa:
Sấy là quá trình dùng nhiệt làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu ẩm.
 Phân loại:
 Theo nguồn gốc năng lượng:
 Sấy tự nhiên: quá trình bay hơi nước ra khỏi vật liệu nhờ năng lượng tự
nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng gió …
 Sấy nhân tạo: dùng nguồn năng lượng do con người tạo ra
 Theo phương thức truyền nhiệt:
 Sấy đối lưu: tác nhân sấy (không khí nóng, khói lò …) tiếp xúc trực
tiếp với vật liệu sấy
 Sấy tiếp xúc: tác nhân sấy không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy,
mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua vách
ngăn.

 Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng
của tia hồng ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy.
 Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng
lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều
dày của lớp vật liệu.
 Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân
không rất cao, nhiệt độ rất thấp, nên ẩm tự do trong vật liệu đóng
băng và bay hơi từ trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái
lỏng.
 Nhận xét
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha
rắn nên rất phức tạp, nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong
và bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt.

 Ứng dụng:
 Quá trình sấy thường được sử dụng trong các ngành hóa chất và
thực phẩm, với mục đích:
 Bảo quản vật liệu, hoặc
 Đảm bảo các thông số kỹ thuật (nhiệt độ, độ ẩm) cho các quá trình
gia công vật liệu tiếp theo.
 Trong CNMT, quá trình sấy thường được áp dụng
 Làm khô bùn cặn,
 Giảm độ ẩm chất thải trước khi đốt …

7.2 Các thông số trạng thái của hệ không khí ẩm, đồ thị I - x
7.2.1 Các thông số trạng thái của hệ không khí ẩm
 Độ ẩm tuyệt đối của không khí: là lượng hơi nước chứa trong 1m3
không khí ẩm, ϱh, kg/m3.
 Độ ẩm tương đối của không khí: là tỷ số giữa lượng hơi nước
chứa trong 1m3 không khí, với lượng hơi nước chứa trong 1m3
không khí đó đã bão hòa hơi nước ở cùng một điều kiện nhiệt độ
và áp suất, φ
𝜑𝜑 =
𝜌𝜌ℎ
𝜌𝜌𝑏𝑏𝑏
=
𝑝𝑝ℎ
𝑝𝑝𝑏𝑏𝑏
𝜑𝜑 = 1 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑝𝑝ℎ = 𝑝𝑝𝑏𝑏𝑏
 Hàm ẩm của không khí: là lượng hơi nước chứa trong 1 kg không
khí khô (kkk), x, kg/kg kkk
𝑥𝑥 =
𝜌𝜌ℎ
𝜌𝜌𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
= 0,622
𝜑𝜑𝑝𝑝𝑏𝑏𝑏
𝑃𝑃 − 𝜑𝜑𝑝𝑝𝑏𝑏𝑏

Trong đó:
ϱh - khối lượng của hơi nước trong 1m3 không khí ẩm, kg/m3;
ϱbh - khối lượng của hơi nước trong 1m3 không khí đã bão hòa hơi
nước, kg/m3;
ph - áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không khí ẩm;
pbh - áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp không đã bão hòa
hơi nước;
P - áp suất chung của hỗn hợp khí.
 Nhiệt lượng riêng của không khí ẩm: là tổng nhiệt lượng của không khí
khô và của hơi nước trong hỗn hợp, I, kJ/kgkkk
𝐼𝐼 = 𝐶𝐶𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑡𝑡 + 𝑥𝑥𝑖𝑖ℎ , 𝐽𝐽/𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
Trong đó:
I - nhiệt lượng riêng của không khí ẩm có hàm ẩm x, kJ/kgkkk
Ckkk - nhiệt dung riêng của không khí khô, kJ/kgoC
t - nhiệt độ của không khí, oC
ih - nhiệt lượng riêng của hơi nước ở nhiệt độ t, kJ/kg

 Điểm sương: là hiện tượng khi làm lạnh hỗn hợp không khí ẩm chưa bão
hòa hơi nước với điều kiện hàm ẩm không đổi (𝑥𝑥 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐), cho đến khi
xuất hiện những giọt sương mù do hơi nước trong hỗn hợp khí ngưng tụ
lại.
Nhiệt độ của không khí ứng với thời điểm đó gọi là nhiệt độ điểm sương,
ts, oC.
𝑡𝑡𝑠𝑠 = �
𝑥𝑥 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
𝜑𝜑 = 1
 Nhiệt độ bầu ướt: tu, oC
Cho nước bay hơi trong khối không khí chưa bão hòa hơi nước ở điều kiện
đoạn nhiệt, cho đến khi nhiệt độ của khối khí bằng nhiệt độ của nước bay
hơi, nhiệt độ này gọi là nhiệt độ bầu ướt.
𝑡𝑡𝑢𝑢 = �
𝐼𝐼 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
𝜑𝜑 = 1
Nhiệt độ bầu ướt là một thông số đặc trưng cho khả năng cấp nhiệt của
không khí để làm bay hơi nước cho đến khi không khí bão hòa hơi nước.

Nhiệt độ đọc ở nhiệt kế thường gọi là nhiệt độ bầu khô.
Hiệu số giữa nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt đặc trưng cho khả năng
hút ẩm của không khí gọi là thế sấy.
𝜀𝜀 = 𝑡𝑡 − 𝑡𝑡𝑢𝑢
 Thể tích của không khí ẩm:
𝑉𝑉 =
𝑅𝑅𝑅𝑅
𝑃𝑃 − 𝜑𝜑𝑝𝑝𝑏𝑏𝑏
R - hằng số khí, đối với không khí R = 287 J/kgoK
T - nhiệt độ của không khí, oK;
P - áp suất chung của hỗn hợp không khí ẩm, N/m2;
𝜑𝜑𝑝𝑝𝑏𝑏𝑏 = 𝑝𝑝ℎ - áp suất riêng phần của hơi nước, N/m2.
 Khối lượng riêng của hỗn hợp không khí ẩm:
𝜌𝜌 = 𝜌𝜌𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 + 𝜌𝜌ℎ, 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚3

7.2.2. Đồ thị I - x (Đồ thị Ramdin)
Đồ thị Ramdin:
Được thiết lập ở áp suất khí quyển 𝑃𝑃𝑃𝑃 = 745 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚,
Góc giữa hai trục chính của đồ thị là 135o.
Trục tung là I, trục hoành là x,
Trên đồ thị biểu diễn các đường:
𝐼𝐼 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐,
𝑥𝑥 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐,
𝑡𝑡 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐,
𝜑𝜑 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
đường áp suất hơi nước riêng phần.
Trạng thái của không khí ẩm được đặc trưng bởi 4 thông số: I, x, ϕ, t.
Khi biết hai thông số ta có thể xác định các thông số còn lại nhờ đồ thị
Ramdin.

7.2.2. Đồ thị I - x (Đồ thị Ramdin)

7.3 Cân bằng pha giữa vật liệu ẩm và môi trường, các dạng liên kết ẩm
trong vật liệu
7.3.1 Khái niệm
Nếu ta để vật liệu ẩm tiếp xúc với không khí ẩm thì có thể xảy ra một trong
hai quá trình:
1. Quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu (quá trình sấy) nếu 𝑝𝑝ℎ < 𝑝𝑝𝑣𝑣𝑣𝑣.
ph là áp suất hơi riêng phần của hơi nước,
pvl là áp suất hơi riêng phần của hơi nước ngay sát bề mặt vật liệu.
2. Quá trình hút ẩm từ không khí ẩm vào vật liệu nếu 𝑝𝑝ℎ > 𝑝𝑝𝑣𝑣𝑣𝑣.
Trong quá trình sấy thì áp suất hơi trên bề mặt vật liệu giảm dần cho đến khi
𝑝𝑝ℎ = 𝑝𝑝𝑣𝑣𝑣𝑣.
Khi đó hệ đạt trạng thái cân bằng động, độ ẩm của vật liệu đạt độ ẩm cân
bằng wcb.
Độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào áp suất hơi riêng phần của không khí xung
quanh tức là phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí ϕ, 𝑤𝑤𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝑓𝑓(𝜑𝜑).

Đường cong này được xác định ở nhiệt độ không đổi nên được gọi là đường
đẳng nhiệt.

7.3.2 Các dạng liên kết ẩm với vật liệu
Quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy phụ thuộc rất lớn vào dạng liên kết giữa ẩm và
vật liệu. Liên kết càng vững ẩm càng khó tách.
Phân loại:
 Theo trạng thái ẩm:
 Ẩm tự do: là do ẩm có tốc độ bay hơi bằng tốc độ bay hơi nước từ bề mặt tự do.
Do đó khi trong vật liệu có ẩm liên kết tự do thì 𝑝𝑝𝑣𝑣𝑣𝑣 = 𝑝𝑝𝑏𝑏𝑏
 Ẩm liên kết: 𝑝𝑝𝑣𝑣𝑣𝑣 < 𝑝𝑝𝑏𝑏𝑏. Năng lượng liên kết của loại ẩm này tương đối lớn nên
quá trình sấy chỉ tách được một phần ẩm ở dạng liên kết này.
• Liên kết hóa học có năng lượng liên kết rất lớn nên năng lượng nhiệt của quá
trình sấy không đủ để tách loại ẩm này. Muốn tách được loại ẩm này người ta
phải nung ở nhiệt độ cao hoặc bằng phản ứng hóa học.
• Liên kết hóa lý lại được chia ra thành ẩm liên kết hấp phụ và ẩm liên kết thẩm
thấu:
• Ẩm liên kết hấp phụ là loại ẩm được giữ lại trên bề mặt vật liệu và trong các mao
quản của vật liệu bằng các lực hấp phụ Van der Waals, lực mao quản

• Ẩm liên kết thẩm thấu (ẩm trương) bị giữ lại trong mạng lưới tinh thể hay các
lưới sàng thẩm thấu bằng các lực liên kết thẩm thấu. Năng lượng liên kết thẩm
thấu nhỏ hơn năng lượng liên kết hấp phụ. Nhưng nói chung năng lượng nhiệt
của quá trình sấy có thể tách được ẩm ở dạng liên hóa lý.
• Ẩm liên kết cơ lý là loại ẩm được giữ lại trên bề mặt vật liệu trong các mao quản
bằng các lực dính với năng lượng liên kết rất bé. Sấy có thể tách hoàn toàn ẩm ở
dạng liên kết này.
7.3.3 Độ ẩm của vật liệu:
Khối lượng của vật liệu ẩm:
𝐺𝐺 = 𝐺𝐺𝑘𝑘 + 𝐺𝐺ẩ𝑚𝑚
Trong đó:
Gk - Khối lượng vật liệu khô
Gẩm - Khối lượng ẩm

Độ ẩm tuyệt đối của vật liệu:
𝑊𝑊 =
𝐺𝐺ẩ𝑚𝑚
𝐺𝐺
× 100%
Độ ẩm tương đối (tính theo vật liệu khô tuyệt đối)
𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡𝑡 =
𝐺𝐺ẩ𝑚𝑚
𝐺𝐺𝑘𝑘
× 100%
Mối quan hệ giữa độ ẩm tương đối và độ ẩm tuyệt đối:
𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡𝑡 =
𝑊𝑊
100 − 𝑊𝑊
× 100%
𝑊𝑊 =
𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡𝑡
100 + 𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡𝑡
× 100%

7.4 Cân bằng vật liệu và nhiệt lượng của máy sấy
7.4.1 Cân bằng vật liệu của máy sấy
Ký hiệu:
G1, G2 - Lượng vật liệu ẩm vào và ra khỏi máy sấy, kg/h
W1, W2 - Độ ẩm đầu và độ ẩm cuối của vật liệu, %
W - Lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy, kg/h
Phương trình CBVL chung:
𝐺𝐺1 = 𝐺𝐺2 + 𝑊𝑊

Lượng vật liệu khô tuyệt đối:
𝐺𝐺𝑘𝑘 = 𝐺𝐺1 1 − 𝑊𝑊1 = 𝐺𝐺2 1 − 𝑊𝑊2
𝐺𝐺1 = 𝐺𝐺2
1 − 𝑊𝑊2
1 − 𝑊𝑊1
𝐺𝐺2 = 𝐺𝐺1
1 − 𝑊𝑊!
1 − 𝑊𝑊2
Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy:
𝑊𝑊 = 𝐺𝐺1 − 𝐺𝐺2 = 𝐺𝐺1
𝑊𝑊1 − 𝑊𝑊2
1 − 𝑊𝑊2
= 𝐺𝐺2
𝑊𝑊1 − 𝑊𝑊2
1 − 𝑊𝑊1
Cân bằng vật liệu theo ẩm:
𝐿𝐿𝑥𝑥0 + 𝑊𝑊 = 𝐿𝐿𝑥𝑥2
Trong đó:
L - Lượng không khí khô tiêu tốn, kg/h
𝑥𝑥0
= 𝑥𝑥1 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 - hàm ẩm của không khí vào buồng sấy, kg/kgkkk
x2 - hàm ẩm của không khí ra khỏi buồng sấy, kg/kgkkk

Lượng không khí khô tiêu tốn:
𝐿𝐿 =
𝑊𝑊
𝑥𝑥2 − 𝑥𝑥0
=
𝑊𝑊
Lượng không khí khô tiêu tốn riêng:
𝑙𝑙 =
𝐿𝐿
𝑊𝑊
=
1
=
1

7.4.2 Cân bằng nhiệt lượng
Ký hiệu:
Q - nhiệt lượng tiêu hao chung cho máy sấy, W
Qs - nhiệt lượng tiêu hao ở caloriphe chính, W
Qb - nhiệt lượng tiêu hao ở caloriphe bổ sung, W
Qm - nhiệt tổn thất, W
𝑞𝑞 = ⁄
𝑄𝑄 𝑊𝑊 - nhiệt lượng tiêu hao riêng cho máy sấy, J/kg ẩm
𝑞𝑞𝑠𝑠 = ⁄
𝑄𝑄𝑠𝑠 𝑊𝑊 - nhiệt lượng tiêu hao riêng ở caloriphe chính, J/kg ẩm
𝑞𝑞𝑏𝑏 = ⁄
𝑄𝑄𝑏𝑏 𝑊𝑊 - nhiệt lượng tiêu hao riêng ở caloriphe bổ sung, J/kg ẩm
𝑞𝑞𝑚𝑚 = ⁄
𝑄𝑄𝑚𝑚 𝑊𝑊 - nhiệt tổn thất riêng, J/kg ẩm
I0, I1, I2 - nhiệt hàm của không khí trước và sau caloriphe chính và ra khỏi
buồng sấy, j/kgkkk
t0, t1, t2 - nhiệt độ của không khí trước và sau caloriphe chính và ra khỏi
buồng sấy, oC
θ1, θ2 - nhiệt độ của vật liệu trước và sau khi sấy, oC
Cvl, Cvc, C - nhiệt dung riêng của vật liệu, của bộ phận vận chuyển và của
nước, J/kgoC
G1, G2, Gvc - khối lượng của vật liệu trước và sau khi sấy và của thiết bị vận
chuyển, kg/s

• Các dòng nhiệt lượng đi vào máy sấy:
− Do không khí: 𝐿𝐿𝐼𝐼0
− Do vật liệu: 𝐺𝐺1𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣𝜃𝜃1 = 𝐺𝐺2𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣𝜃𝜃1 + 𝑊𝑊𝑊𝑊𝜃𝜃1
− Do bộ phận vận chuyển: 𝐺𝐺𝑣𝑣𝑣𝑣𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣𝑡𝑡đ
− Do caloriphe chính: 𝑄𝑄𝑠𝑠
− Do caloriphe bổ sung: 𝑄𝑄𝑏𝑏
• Các dòng nhiệt mang ra khỏi máy sấy:
− Do khí thải: 𝐿𝐿𝐼𝐼2
− Do vật liệu sấy: 𝐺𝐺2𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣𝜃𝜃2
− Do bộ phận vận chuyển: 𝐺𝐺𝑣𝑣𝑣𝑣𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣𝑡𝑡𝑐𝑐
− Do tổn thất: 𝑄𝑄𝑚𝑚

Phương trình cân bằng nhiệt:
𝐿𝐿𝐼𝐼0 + 𝐺𝐺2𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣𝜃𝜃1 + 𝑊𝑊𝑊𝑊𝜃𝜃1 + 𝐺𝐺𝑣𝑣𝑣𝑣𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣𝑡𝑡đ + 𝑄𝑄𝑠𝑠 + 𝑄𝑄𝑏𝑏 = 𝐿𝐿𝐼𝐼2 + 𝐺𝐺2𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣𝜃𝜃2 + 𝐺𝐺𝑣𝑣𝑣𝑣𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣𝑡𝑡𝑐𝑐 + 𝑄𝑄𝑚𝑚
⇒ 𝑄𝑄𝑠𝑠 + 𝑄𝑄𝑏𝑏 = 𝐿𝐿 𝐼𝐼2 − 𝐼𝐼0 + 𝐺𝐺2𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣 𝜃𝜃1 − 𝜃𝜃2 + 𝐺𝐺𝑣𝑣𝑣𝑣𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑡𝑡𝑐𝑐 − 𝑡𝑡đ + 𝑄𝑄𝑚𝑚 − 𝑊𝑊𝑊𝑊𝜃𝜃1
Đặt
𝑄𝑄𝑣𝑣𝑣𝑣 = 𝐺𝐺2𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣 𝜃𝜃1 − 𝜃𝜃2 - nhiệt lượng đun nóng vật liệu sấy
𝑄𝑄𝑣𝑣𝑣𝑣 = 𝐺𝐺𝑣𝑣𝑣𝑣𝐶𝐶𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑡𝑡𝑐𝑐 − 𝑡𝑡đ - nhiệt lượng đun nóng bộ phận vận chuyển
𝑄𝑄𝑠𝑠 + 𝑄𝑄𝑏𝑏 = 𝐿𝐿 𝐼𝐼2 − 𝐼𝐼0 + 𝑄𝑄𝑣𝑣𝑣𝑣 + 𝑄𝑄𝑣𝑣𝑣𝑣 + 𝑄𝑄𝑚𝑚 − 𝑊𝑊𝑊𝑊𝜃𝜃1
Nhiệt lượng tiêu hao riêng:
𝑞𝑞 =
𝑄𝑄𝑠𝑠
𝑊𝑊
+
𝑄𝑄𝑏𝑏
𝑊𝑊
=
𝐿𝐿
𝑊𝑊
𝐼𝐼2 − 𝐼𝐼0 +
𝑄𝑄𝑣𝑣𝑣𝑣
𝑊𝑊
+
𝑄𝑄𝑣𝑣𝑣𝑣
𝑊𝑊
+
𝑄𝑄𝑚𝑚
𝑊𝑊
− 𝐶𝐶𝜃𝜃1
𝑞𝑞 = 𝑞𝑞𝑠𝑠 + 𝑞𝑞𝑏𝑏 = 𝑙𝑙 𝐼𝐼2 − 𝐼𝐼0 + 𝑞𝑞𝑣𝑣𝑣𝑣 + 𝑞𝑞𝑣𝑣𝑣𝑣 + 𝑞𝑞𝑚𝑚 − 𝐶𝐶𝜃𝜃1
Đặt 𝑞𝑞𝑣𝑣𝑣𝑣 + 𝑞𝑞𝑣𝑣𝑣𝑣 + 𝑞𝑞𝑚𝑚 = ∑𝑞𝑞 là tổng nhiệt lượng tiêu tốn chung
𝑞𝑞 = 𝑞𝑞𝑠𝑠 + 𝑞𝑞𝑏𝑏 =
𝐼𝐼2 − 𝐼𝐼0
+ ∑𝑞𝑞 − 𝐶𝐶𝜃𝜃1

Nhiệt lượng tiêu hao ở caloriphe chính:
𝑞𝑞𝑠𝑠 =
+ ∑𝑞𝑞 − 𝐶𝐶𝜃𝜃1 − 𝑞𝑞𝑏𝑏
Đặt ∆ = 𝑞𝑞𝑏𝑏 + 𝐶𝐶𝜃𝜃1 − ∑𝑞𝑞
𝑞𝑞𝑠𝑠 =
− ∆ = 𝑙𝑙 𝐼𝐼2 − 𝐼𝐼0 − ∆ (∗)
Nhiệt lượng tiêu hao ở caloriphe chính:
𝑞𝑞𝑠𝑠 =
+ ∑𝑞𝑞 − 𝐶𝐶𝜃𝜃1 − 𝑞𝑞𝑏𝑏
Đặt ∆ = 𝑞𝑞𝑏𝑏 + 𝐶𝐶𝜃𝜃1 − ∑𝑞𝑞
𝑞𝑞𝑠𝑠 =
− ∆ = 𝑙𝑙 𝐼𝐼2 − 𝐼𝐼0 − ∆ (∗)
Nhiệt lượng tiêu hao ở caloriphe chính còn có thể được tính theo công thức:
𝑞𝑞𝑠𝑠 =
= 𝑙𝑙 𝐼𝐼1 − 𝐼𝐼0 (∗∗)
⇒ 𝐼𝐼2 = 𝐼𝐼1 +
∆
𝑙𝑙

Máy sấy lý thuyết: là máy sấy đáp ứng yêu cầu 𝑞𝑞𝑏𝑏 = 𝐶𝐶𝜃𝜃1 = 𝑞𝑞𝑣𝑣𝑣𝑣 = 𝑞𝑞𝑣𝑣𝑣𝑣 = 𝑞𝑞𝑚𝑚 =
0 ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎 ∆ = 0
Như vậy đối với máy sấy lý thuyết thì:
𝐼𝐼1 = 𝐼𝐼2 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐

Máy sấy thực tế:
∆> 0 ⇒ 𝐼𝐼2 > 𝐼𝐼1 ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 ∆ < 0 ⇒ 𝐼𝐼2 < 𝐼𝐼1
Trường hợp đặc biệt:
∆ = 0 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑙𝑙𝑙 𝑞𝑞𝑏𝑏 + 𝐶𝐶𝜃𝜃1 = ∑𝑞𝑞 giống trường hợp máy sấy lý thuyết.
Đường ABC biểu diễn quá trình sấy trong máy sấy lý thuyết trên đồ thị I - x.
Lượng không khí tiêu tốn riêng:
𝑙𝑙 =
1
=
1
=
1
𝐶𝐶𝐶𝐶𝑚𝑚𝑥𝑥
Lượng nhiệt tiêu tốn riêng ở caloriphe chính:
𝑞𝑞𝑠𝑠 =
=
=
𝑚𝑚𝐼𝐼𝐴𝐴𝐴𝐴
𝑚𝑚𝑥𝑥𝐶𝐶𝐶𝐶
= 𝑀𝑀
𝐴𝐴𝐴𝐴
𝐶𝐶𝐶𝐶
Trong đó 𝑚𝑚𝐼𝐼, 𝑚𝑚𝑥𝑥, 𝑀𝑀 = ⁄
𝑚𝑚𝐼𝐼 𝑚𝑚𝑥𝑥 là tỷ lệ xích theo trục I và x và tỷ lệ chung của
đồ thị.

7.5 Các phương thức sấy
7.5.1 Sấy có bổ sung nhiệt trong buồng sấy
 Lượng nhiệt tiêu tốn cho toàn bộ quá trình sấy được cung cấp bởi:
 caloriphe chính và
 caloriphe bổ sung trong buồng sấy.
 Để đơn giản ta có thể coi quá trình xảy ra trong buồng sấy với ∆ = 0.
 Lượng nhiệt tiêu tốn chung:
𝑞𝑞𝑠𝑠 + 𝑞𝑞𝑏𝑏 = 𝑀𝑀
𝐴𝐴𝐴𝐴
𝐶𝐶𝐶𝐶

Trên đồ thị I - x, đường AB’C biểu diễn quá trình sấy có bổ sung nhiệt trong
buồng sấy.

 Vị trí B’ trên AB phụ thuộc vào tỷ lệ giữa qs và qb.
 Khi 𝐵𝐵′
≡ 𝐴𝐴 thì 𝑞𝑞𝑠𝑠 = 0, 𝑞𝑞𝑏𝑏 → 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 toàn bộ lượng nhiệt được cấp trong
buồng sấy. Nhiệt độ của tác nhân sấy đi vào buồng sấy là thấp nhất.
 Khi 𝐵𝐵′ ≡ 𝐵𝐵 thì 𝑞𝑞𝑠𝑠 → 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚, 𝑞𝑞𝑏𝑏 = 0 toàn bộ lượng nhiệt được cấp ở caloriphe
chính. Nhiệt độ của tác nhân sấy đi vào buồng sấy là lớn nhất.
 Phương thức sấy có bổ sung nhiệt trong buồng sấy có ưu điểm là giảm
được nhiệt độ của tác nhân sấy đi vào buồng sấy, thích hợp với những vật
liệu không cho phép sấy ở nhiệt độ cao.

7.5.2 Sấy có đốt nóng giữa các buồng sấy
Sơ đồ
Máy sấy làm việc theo theo sơ đồ này bao gồm nhiều buồng sấy.
Trước mỗi buồng sấy người ta đặt caloriphe bổ sung K1, K2, K3…
Phương pháp sấy này không những đảm bảo cho quá trình sấy không giảm nhanh
nhiệt độ trong phòng sấy mà còn đảm bảo cho chế độ sấy điều hòa hơn.
Phương pháp này thích hợp với những vật liệu sấy không cho phép sấy ở nhiệt độ
cao, biến thiên nhiệt độ trong phòng sấy lớn.

 Để đơn giản ta có thể coi quá trình xảy ra
trong các buồng sấy với ∆ = 0.
 Trên đồ thị I - x, đường AB’C’B”C”B”’C biểu
diễn quá trình sấy có đốt nóng giữa các
buồng sấy.
 Tổng lượng nhiệt tiêu tốn:
𝑞𝑞 = 𝑙𝑙 𝐴𝐴𝐵𝐵′ + 𝐶𝐶′𝐵𝐵𝐵 + 𝐶𝐶B′ 𝑚𝑚𝐼𝐼 = 𝑙𝑙𝐴𝐴𝐴𝐴𝑚𝑚𝐼𝐼 = 𝑀𝑀
𝐴𝐴𝐴𝐴
𝐶𝐶𝐶𝐶

7.5.3 Sấy có tuần hoàn một phần khí thải
Sơ đồ
Khi sấy theo phương thức này thì một phần khí thải được quay về trộn lẫn với không
khí ban đầu trước khi vào caloriphe.
Lượng không khí khô ban đầu L0 được trộn lẫn với lượng khí tuần hoàn L2.
Các thông số trạng thái của hỗn hợp sau khi trộn lẫn:

 Lượng tác nhân sấy đi vào caloriphe chính:
𝐿𝐿 = 𝐿𝐿0 + 𝐿𝐿𝑡𝑡𝑡
 Cân bằng ẩm của hỗn hợp:
𝐿𝐿𝑥𝑥ℎ = 𝐿𝐿0𝑥𝑥0 + 𝐿𝐿𝑡𝑡𝑡𝑥𝑥2
𝑥𝑥ℎ =
𝐿𝐿0𝑥𝑥0 + 𝐿𝐿𝑡𝑡𝑡𝑥𝑥2
𝐿𝐿0 + 𝐿𝐿𝑡𝑡𝑡
=
𝑥𝑥0 + 𝑛𝑛𝑥𝑥2
1 + 𝑛𝑛
⇒ 𝑛𝑛 =
𝑥𝑥ℎ − 𝑥𝑥0
𝑥𝑥2 − 𝑥𝑥ℎ
𝐿𝐿𝐼𝐼ℎ = 𝐿𝐿0𝐼𝐼0 + 𝐿𝐿𝑡𝑡𝑡𝐼𝐼2
𝐼𝐼ℎ =
𝐿𝐿0𝐼𝐼0 + 𝐿𝐿𝑡𝑡𝑡𝐼𝐼2
𝐿𝐿0 + 𝐿𝐿𝑡𝑡𝑡
=
𝐼𝐼0 + 𝑛𝑛𝐼𝐼2
1 + 𝑛𝑛
⇒ 𝑛𝑛 =
𝐼𝐼ℎ − 𝐼𝐼0
𝐼𝐼2 − 𝐼𝐼ℎ
𝑥𝑥ℎ − 𝑥𝑥0
=
𝐼𝐼ℎ − 𝐼𝐼0
Như vậy điểm M nằm trên đoạn AC, vị trí của M được xác định qua tỷ lệ tuần
hoàn n.
Để đơn giản ta có thể coi quá trình xảy ra trong các buồng sấy với ∆ = 0.
Trên đồ thị I - x, đường AMB’C biểu diễn quá trình sấy có tuần hoàn khí thải.

 Lượng không khí tiêu tốn:
𝑙𝑙 =
1
=
1
𝐶𝐶𝐶𝐶𝑚𝑚𝑥𝑥
 Lượng không khí hỗn hợp:
𝑙𝑙ℎ =
1
=
1
𝐶𝐶𝐷𝐷1𝑚𝑚𝑥𝑥
 Lượng nhiệt tiêu tốn:
𝑞𝑞𝑠𝑠 =
=
𝑚𝑚𝐼𝐼𝑀𝑀𝑀𝑀′
𝑚𝑚𝑥𝑥𝐶𝐶𝐷𝐷1
= 𝑀𝑀
𝑀𝑀𝑀𝑀′
𝐶𝐶𝐷𝐷1
= 𝑀𝑀
𝐴𝐴𝐴𝐴
𝐶𝐶𝐶𝐶
 Ưu điểm của phương pháp sấy có tuần hoàn khí thải là nhiệt độ sấy t’1
thấp hơn nhiều so với sấy không có tuần hoàn khí thải, quá trình sấy xảy
ra với tác nhân sấy có độ ẩm trung bình lớn (𝑥𝑥ℎ > 𝑥𝑥0).
 Phương thức sấy này phù hợp với các vật liệu dễ bị biến dạng trong quá
trình sấy ở nhiệt độ cao độ ẩm thấp (ví dụ như khi sấy các vật liệu sành
sứ, đồ gốm).

7.6 Động học của quá trình sấy
7.6.1 Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy
 Quá trình sấy xảy ra với vận tốc phụ thuộc vào:
 Dạng liên kết ẩm của vật liệu và
 Cơ chế quá trình di chuyển ẩm trong vật liệu.
 Động học quá trình sấy được đặc trưng bởi độ ẩm của vật liệu thay đổi theo thời
gian. Quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu W với thời gian sấy τ, được biểu diễn bằng
đường sấy, xây dựng bằng thực nghiệm.
t
W,%
W
cb
W
th2
W
th1
gd I gd II
W, %
dW
dt
gd II gd I
Wth1
Wth2
Wcb

AB - giai đoạn đốt nóng vật liệu, độ ẩm của vật liệu thay đổi không đáng kể.
BC - giai đoạn đẳng tốc, độ ẩm của vật liệu giảm rất nhanh theo đường BC cho tới
khi đạt tới độ ẩm thới hạn thứ 1 (Wth1)
CE - giai đoạn giảm tốc, độ ẩm của vật liệu giảm theo đường cong CE. D là điểm tới
hạn thứ 2 (Wth2), cuối gia đoạn giảm tốc độ ẩm của vật liệu đạt tới độ ẩm cân bằng
(Wcb).
Vận tốc quá trình sấy được định nghĩa là độ giảm lượng ẩm của vật liệu sau một
khoảng thời gian dτ:
𝑉𝑉 =
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑
, 𝑠𝑠−1

7.6.2 Sự bay hơi ẩm từ bề mặt vật liệu (Khuếch tán ngoài)
 Quá trình xảy ra chủ yếu do khuếch tán hơi qua lớp giới hạn của không khí ngay
sát trên bề mặt vật liệu sấy (KT ngoài).
 KT ngoài có thể di chuyển được 90% lượng ẩm.
 Động lực của khuếch tán này là chênh lệch về áp suất hơi riêng phần trên bề mặt
vật liệu và trong môi trường không khí xung quanh.
 Trong giai đoạn sấy đẳng tốc
 Độ ẩm của vật liệu lớn hơn độ ẩm hút nước (Wh), thì hơi ở bề mặt vật liệu là hơi
bão hòa (𝑝𝑝𝑣𝑣𝑣𝑣 = 𝑝𝑝𝑏𝑏𝑏) và nhiệt độ vật liệu bằng nhiệt độ bầu ướt (𝜃𝜃 = 𝑡𝑡𝑢𝑢 ).
 Ở giai đoạn này thì ẩm di chuyển từ trong lòng vật liệu đến bề mặt vật liệu với
vận tốc lớn hơn vận tốc bay hơi ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường không khí
xung quanh. Nên vận tốc bay hơi ẩm quyết định tốc độ của quá trình sấy.
 Phương trình cấp khối từ bề mặt vật liệu có dạng:
𝑚𝑚 = 𝛽𝛽 𝑝𝑝𝑏𝑏𝑏 − 𝑝𝑝ℎ
Trong đó:
β - hệ số cấp khối, m - cường độ sấy (𝑚𝑚 = ⁄
𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹)

7.6.3 Sự di chuyển ẩm ở bên trong vật liệu
 Khi ẩm bay hơi từ bề mặt vật liệu, thì trong lòng vật liệu xuất hiện gradient
độ ẩm. Đó là điều kiện cho sự di chuyển ẩm từ các lớp bên trong của vật
liệu đến bề mặt (KT trong).
 Ở giai đoạn I của quá trình sấy thì độ ẩm bên trong vật liệu lớn, đảm bảo
cho vận tốc di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt vật liệu lớn hơn
vận tốc khuếch tán ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường.
 Nhưng sau đó độ ẩm trên bề mặt vật liệu giảm dần đến độ ẩm hút nước
của vật liệu (Wth1) và tiếp tục giảm, bắt đầu giai đoạn II quá trình sấy, kể từ
đó vận tốc KT trong bé hơn vận tốc KT ngoài. Do đó ở giai đoạn II vận tốc
KT trong quyết định vận tốc quá trình sấy.

Hiện tượng di chuyển ẩm bên trong vật liệu gọi là dẫn ẩm, cường độ dòng
ẩm là:
𝑚𝑚 = −𝐾𝐾𝑎𝑎
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
= −𝐾𝐾𝑎𝑎𝜌𝜌𝑐𝑐𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡𝑡
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝜕𝜕𝜕𝜕
Trong đó:
Ka - hệ số dẫn ẩm
⁄
𝜕𝜕𝜕𝜕 𝜕𝜕𝜕𝜕 - gradien độ ẩm
𝐶𝐶 = 𝜌𝜌𝑐𝑐𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡𝑡
ϱc - khối lượng riêng của vật liệu khô tuyệt đối.
Hệ số dẫn ẩm 𝐾𝐾𝑎𝑎 phụ thuộc vào dạng liên kết giữa ẩm với vật liệu, hàm ẩm
của vật liệu, nhiệt độ sấy … và thường xác định bằng thực nghiệm.

7.6.4 Thời gian sấy
Thời gian sấy có thể tính gần đúng theo phương pháp sau:
 Thời gian sấy tại giai đoạn đẳng tốc:
𝑁𝑁 = −
𝜕𝜕𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡𝑡
𝜕𝜕𝜕𝜕
=
𝑚𝑚𝑚𝑚
𝐺𝐺𝑘𝑘
=
𝑊𝑊1 − 𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡1
𝜏𝜏1
𝜏𝜏1 =
𝑊𝑊1 − 𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡1
𝑁𝑁
Trong đó:
m - cường độ sấy,
W1, Wth1 - độ ẩm đầu và độ ẩm tới hạn thứ nhất của vật liệu sấy,
τ1 - thời gian sấy giai đoạn đẳng tốc
 Thời gian sấy giai đoạn giảm tốc:
𝑁𝑁 = −
𝜕𝜕𝜕𝜕
= 𝐾𝐾𝑐𝑐(𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡1 − 𝑊𝑊𝑐𝑐𝑐𝑐)
𝐾𝐾𝑐𝑐 =
𝑁𝑁
𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡1 − 𝑊𝑊𝑐𝑐𝑐𝑐

Trong đó:
Kc - Hệ số vận tốc sấy
N - là vận tốc sấy trong giai đoạn đẳng tốc
−
𝜕𝜕𝜕𝜕
= 𝐾𝐾𝑐𝑐(𝑊𝑊 − 𝑊𝑊𝑐𝑐𝑐𝑐)
�
𝑊𝑊2
𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡1
𝑑𝑑𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡𝑡
𝑊𝑊 − 𝑊𝑊𝑐𝑐𝑐𝑐
= �
0
𝜏𝜏2
𝐾𝐾𝑐𝑐𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑙𝑙𝑙𝑙
𝑊𝑊2 − 𝑊𝑊𝑐𝑐𝑐𝑐
= 𝐾𝐾𝑐𝑐𝜏𝜏2
𝜏𝜏2 =
1
𝐾𝐾𝑐𝑐
𝑙𝑙𝑙𝑙
=
𝑁𝑁
𝑙𝑙𝑙𝑙
 Thời gian sấy cả hai giai đoạn:
𝜏𝜏 = 𝜏𝜏1 + 𝜏𝜏2 =
1
𝑁𝑁
𝑊𝑊1 − 𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡1 + (𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡1 − 𝑊𝑊𝑐𝑐𝑐𝑐)𝑙𝑙𝑙𝑙

7.7 Nguyên lý và cấu tạo các máy sấy
Phân loại:
• Theo phương thức truyền nhiệt: máy sấy đối lưu, máy sấy tiếp xúc …
• Theo tác nhân sấy: Không khí, khói lò, hơi …
• Theo áp suất làm việc: áp suất khí quyển, áp suất chân không
• Theo phương thức sấy: liên tục, gián đoạn
• Theo hướng chuyển động của tác nhân sấy so với vật liệu: cùng chiều,
ngược chiều, chéo dòng
• Theo trạng thái vật liệu: đứng yên, chuyển động
Trong công nghệ môi trường thường sử dụng các máy sấy làm việc với lớp
vật liệu chuyển động với tác nhân sấy là không khí nóng hoặc khói lò.
7.7.1 Máy sấy thùng quay
Cấu tạo:
Máy sấy thùng quay có thân hình trụ đặt nghiêng so với phương nằm ngang
1/15 - 1/50. Có tỷ lệ chiều dài trên đường kính L/D = 3,5 - 7. Thùng quay với
tốc độ từ 5 - 8 rpm.

Nguyên liệu được nạp vào đầu cao của thùng tiếp xúc trực tiếp với TNS là
khói lò chuyển động cùng chiều. Để tăng bề mặt tiếp xúc giữa TNS và vật
liệu, dọc theo thân thùng có gắn các cánh đảo trộn. Vận tốc khí đi trong thùng
thường từ 2 - 3 m/s. Vật liệu khô được lấy ra tại đầu thấp nhờ cơ cấu rút liệu.
Khói lò được quạt hút thổi vào hệ thống phân tách bụi (cyclone) để tách bụi bị
cuốn theo. Khói sau khi tách bụi được thải ra ngoài.

• Ưu điểm: Quá trình sấy đều đặn, mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu
và TNS. Cường độ sấy lớn. Thiết bị gọn, có thể cơ khí hóa và tự động
hóa cao.
• Nhược điểm: Phát sinh bụi, và mùi (sấy chất thải rắn) do đó cần phải lắp
thêm bộ phận xử lý khí và bụi trước khi thải ra môi trường.
7.7.2 Máy sấy tầng sôi một bậc
Không khí được quạt hút đẩy vào bộ gia nhiệt để đốt nóng đến nhiệt độ cần
thiết rồi thổi vào phần dưới của thiết bị sấy tầng sôi qua lưới phân phối có tốc
độ lớn để đảm bảo duy trì lớp vật liệu ở trạng thái lỏng giả (tầng sôi).
Vật liệu được nạp vào thiết bị qua bộ phân nạp liệu ở trạng thái lơ lửng, quá
trình sấy xảy ra mãnh liệt, những vật liệu khô có khối lượng nhẹ hơn chuyển
động lên phía trên qua cửa tháo liệu theo băng tải về kho chứa.
Không khí thải cuốn theo một lượng bụi được dẫn vào cyclone tách bụi rồi
được quạt hút đẩy ra ngoài.

 Ưu điểm: Máy sấy tầng sôi có cường độ sấy lớn, năng suất cao, cấu tạo
đơn giản, sấy đồng đều, có thể cơ khí hóa và tự động hóa mức cao.
 Nhược điểm: Khó khống chế độ làm việc ổn định, phát sinh bụi và bào
mòn thiết bị, tiêu tốn năng lượng cho thiết bị thu hồi.
Trong CNMT thiết bị này ngoài nhiệm vụ sấy chất thải rắn còn kết hợp thêm
để phân loại vật liệu theo kích thước và khối lượng.

7.8 Sấy bằng khói lò
Khói lò được tạo thành khi đốt cháy
nhiên liệu.
Có thể điều chỉnh và khống chế nhiệt độ
của khói lò bằng cách bổ sung không khí
ngoài trời hoặc khí thải.
Vì sự sai khác giữa nhiệt lượng riêng của
không khí và khói lò không quá 0,8%,
nên có thể sử dụng phương pháp tính
toán của quá trình sấy bằng không khí
cho quá trình sấy bằng khói lò.
Quá trình sấy được biểu thị như trên hình
Điểm A đặc trưng cho không khí ngoài trời, điểm T – của khói lò, Đường AT là
đường hỗn hợp của không khí và khói lò để điều chỉnh nhiệt độ. Đường BC là
đường sấy thực tế.
B
A
C
e
E
f
x0 x1 x2 x
I
t1
t0
I
1
=
c
o
n
s
t
f 2 f 1
f 0
T
D

 Hàm ẩm của khói lò:
𝑥𝑥 =
𝐺𝐺ℎ
𝐺𝐺𝑘𝑘
, (𝑘𝑘𝑘𝑘 ẩ𝑚𝑚)/(𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘)
Trong đó:
𝐺𝐺ℎ, 𝐺𝐺𝑘𝑘 lượng hơi nước và lượng khí khô, kg/kg nhiên liệu;
 Nhiệt lượng riêng của khói lò:
𝐼𝐼 =
𝑄𝑄𝑐𝑐𝜂𝜂 + 𝐶𝐶𝑛𝑛𝑡𝑡𝑛𝑛 + 𝛼𝛼𝐿𝐿0𝐼𝐼0 + 𝑊𝑊′
𝑖𝑖′
𝐺𝐺𝑘𝑘
Trong đó:
η – hiệu suất của lò đốt, thường 𝜂𝜂 = 0,85 ÷ 0,95;
L0 – lượng không khí khô lý thuyết dùng đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu,
kg/kg nhiên liệu;
I0 – nhiệt lượng riêng của không khí đốt nhiên liệu, J/kg
α – hệ số dư không khí ;

Cn, tn – nhiệt dung riêng và nhiệt độ của nhiên liệu;
W’, i’ – lượng hơi (kg) và nhiệt lượng riêng của hơi thổi nhiên liệu vào lò
J/kg;
Qc – nhiệt trị cao của nhiên liệu, J/kg
 Nhiệt trị cao của nhiên liệu:
𝑄𝑄𝑐𝑐 = 339𝐶𝐶 + 1256𝐻𝐻 − 109 𝑂𝑂 − 𝑆𝑆 � 103, 𝐽𝐽/𝑘𝑘𝑘𝑘

Chap7.pdf

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Similaire à Chap7.pdf

Similaire à Chap7.pdf (20)

Chap7.pdf