Giáo trình Thực hành máy và quá trình thiết bị (Phần 1)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4
KHOA HOÁ
GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH
MÁY VÀ QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
HỆ CAO ĐẲNG
Thành phố Hồ Chí Minh, 9 – 2004
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
2
MỤC LỤC
Mục lục ..................................................................................................................... 2
Bài 1: Mạch lư u chất................................................................................................. 3
Bài 2: Chư ng cất ..................................................................................................... 13
Bài 3: Truyền nhiệt ống lồng ống . ......................................................................... 18
Bài 4. Tháp đệm ..................................................................................................... 25
Bài 5. Thời gian lư u ................................................................................................ 25
Bài 6. Sấy đối lư u ................................................................................................... 31
Bài 7.A-B Bơm - Quạt ........................................................................................... 31
Bài 8.A-B Khuấy - Lọc khung bản ......................................................................... 50
Bài 9. Vẽ sơ đồ và các chi tiết thiết bị chư ng cất.................................................... 57
Bài 10. Vẽ sơ đồ và các chi tiết thiết bị tháp đệm.. ................................................ 62
Bài 11: Tháo lắp bơm quạt . ................................................................................... 68
Bài 12: Tháo lắp thiết bị truyền nhiệt..................................................................... 71
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
3
MÔN HỌC: THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
1. Mã môn học : 038TP220
2. Số đơn vị học trình: 3
3. Trình độ thuộc khối kiến thức: Khối kiến thư ùc cơ sở ngành.
4. Phân bố thời gian: 100% thư ïc hành
5. Điều kiện tiên quyết: Thư ïc hành sau các môn học lý thuyết Hóa đại cư ơng,
Hóa lý, các quá trình thủy cơ và vật liệu rời, truyền nhiệt, truyền khối.
6. Mô tả vắn tắt nội dung môn học: Trang bị cho sinh viên về các cơ sở các
quá trình hấp thu, chư ng cất, hấp phụ, trích ly và sấy vật liệu, tính toán cân
bằng vật chất, năng lư ợng, cơ sở các quá trình thủy lư ïc, cơ học vật liệu rời,
truyền nhiệt, truyền khối, tính toán đư ợc các thông số cơ bản trong các quá
trình đó.
7. Nhiệm vụ của sinh viên: Tham dư ï học và thảo luận đầy đủ. Thi và kiểm tra
giư õa học kỳ theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT
8. Tài liệu học tập : Giáo trình thư ïc tập quá trình và thiết bị
9. Tài liệu tham khảo :
[1]. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa học. Tập 2 - Nhà xuất bản
Khoa học và kỹ thuật. Hà nội 1992
[2]. Nguyễn Bin - Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và
thư ïc phẩm. Tập 1, 2 - NXB Khoa học và kỹ thuật. 1999
[3]. Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ- Quá trình và thiết bị công nghệ hóa
học - Truyền nhiệt - NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh.
[4]. Đỗ Trọng Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Võ Thị Ngọc
Tư ơi, Trần Xoa - Cơ sở quá trình và thiết bị công nghệ hóa học. Tập1 -
NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Hà Nội 1974
[5]. Hoàng Đình Tín - Nhiệt công nghiệp - NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí
Minh, 2001.
[6].Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh - Truyền khối - NXB khoa học và kỹ thuật.
1998.
[7]. Hoàng Minh Nam, Vũ Bá Minh - Cơ học vật liệu rời - NXB khoa học và
kỹ thuật. 1998
10. Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên :
 Nắm đư ợc cơ bản nội dung môn học
 Có tính chủ động và thái độ nghiêm túc trong học tập
 Kiểm tra giư õa môn học để đư ợc dư ï thi
11. Thang điểm: 10/10
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
4
12. Mục tiêu môn học: Trang bị cho sinh viên như õng kiến thư ùc cơ bản về cơ
sở lý thuyết chuyên ngành hóa học
13. Nội dung chi tiết môn học:
Bài 1: Mạch lư u chất
Bài 2: Chư ng cất
Bài 3: Truyền nhiệt ống lồng ống
Bài 4: Tháp đệm
Bài 5: Thời gian lư u
Bài 6: Sấy đối lư u
Bài 7: A-B Bơm – Quạt
Bài 8: A-B Khuấy - Lọc khung bản
Bài 9: Vẽ sơ đồ và các chi tiết thiết bị chư ng cất
Bài 10: Vẽ sơ đồ và các chi tiết thiết bị tháp đệm
Bài 11: Tháo lắp bơm quạt
Bài 12: Tháo lắp thiết bị truyền nhiệt
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
5
BÀI 1: MẠCH LƯU CHẤT
I. MỤC ĐÍCH
Khảo sát sư ï chảy của nư ớc ở nhiệt độ phòng thí nghiệm trong một hệ thống
chảy với hai đư ờng ông có đư ờng kính khác nhau d= 28 và d=16 , và có lư u lư ợng
kế màng chắn, ventury , như õng bộ phận nối cùng như õng van kiểm soát
- Thí nghiệm a: Xác định hệ số lư u lư ợng kế màng và venturi (trắc định lư u
lư ợng kế màng chắn và veturi)
- Xác định thư øa số ma sát 
- Xác định chiều dài tư ơng đư ơng của van Le
II. LÝ THUYẾT
1. Lưu lượng kế màng chắn và Ventury :
Nguyên tắc của hai dụng cụ này là do độ giảm áp suất của lư u chất khi chảy
qua dụng cụ nói trên để xác định lư u lư ợng dòng chảy.
Vận tốc trung bình ở vị trí (2) đư ợc tính tư ø tổng kếtâ năng lư ợng là :
 2 1 2 1
v2 v1 v2 v1
 2 1 2 1
 ống Venturi màng chắn
Sư û dụng phư ơng trình Bernouli cho hai mặt cắt ư ớt1-1, 2-2.
- Z1 ,Z2 : Độ cao mặt cắt ư ớt so với mặt chuẩn , nếu lấy mặt chuẩn trùng mặt
ống thì Z1 ,Z2 = 0.
- Hf : tổn thất năng lư ợng dọc ống, nếu bỏ qua tổn thất năng lư ợng dọc ống này
thì Hf = 0.
- 1, 2 : Hệ số điều chỉnh động lư ợng , nếu chế độ chảy rối thì 1= 2 = 1.
- Trọng lư ợng riêng của lư u chất  = g ( với là khối lư ợng ruêng của lư u
chất).
- v1, v2: Vận tốc dòng chảy tại mặt cắt tại các tiết diện 1-1, 2-2.
)1(
22
2
222
2
2
121
1 fHg
vPZ
g
vPZ 

Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
6
- g : Gia tốc trọng trư ờng.
 p: Hệ số thủy dầu áp suất.
Lư u lư ợng kế màng chắn và veturi đư ợc thiết lập qua công thư ùc:
Trong thư ïc tế có tổn thất năng lư ợng khi chất lỏng đi tư ø 1-1, 2-2 . Để hiệu
chỉnh ngư ời ta đư a vào hệ số hiệu chỉnh C, lư u lư ợng thư ïc của ống là :
2. Tổn thất năng lượng của dòng chảy trong ống dẫn :
Khi lư u chất chảy trong ống sẽ có sư ï thất thoát năng lư ợng do ma sát với
thành ống . Xét trư ờng hợp ống tròn đều nằm ngang : phư ơng trình Becnoulli tại
hai mặt cắt ư ớt 1-1, 2-2 giới hạn đoạn ống cho ta :
 Với : Z1 = Z2 = 0
v1 = v2
 1= 2 = 1 ( chảy rối )
công thư ùc Darcy cho tổn thất năng lư ợng :
)2(
2
)1( 21
2
2
2
1 pPPP
g
vv 
2
2
21
2
2
2
12211 44 D
d
vv
d
v
D
vAvAvQ 
2
211  vvD
d 
42
42
2
1
2
2
)1()2( 


P
vpP
g
v
pKdpgAvQ 
41
22
2
422

4
2
1
2
4 
gdK
pCKQ 
fHg
vPZ
g
vPZ 
22
2
222
2
2
121
1


Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
7
L : chiều dài ống (m).
D : đư ờng kính ống (m)
 : Hệ số ma sát vô thư ù nguyên
Hệ số ma sát phụ thuộc vào chế đô dòng chảy
Nếu chế độ là chảy tầng (Re < 2320 ) thì .
Nếu chế độ là chảy rối (Re > 2320 ) thì  = f(Re, /D) , có thể tra tư ø đồ thị
Moody hay tư ø một số công thư ùc thư ïc nghiệm ( hệ số ma sát phụ thuộc vào Re và
độ nhám tư ơng đối /D).
Độ nhám tư ơng đối của ống là tỉ số giư õa độ nhám thành  trên đư ờng kính ống
D .
Hf : tổn thất năng lư ợng do ma sát trong ống (m) .
Có thể tính hệ số ma sát theo công thư ùc :
g: gia tốc trọng trư ờng g = 98,1 dm/s2.
D : đư ờng kính ống (dm).
Ll : chiều dài đoạn ống khảo sát (dm).
Q : lư u lư ợng nư ớc chảy trong ống (l/s). Q đư ợc xác định tư ø đồ thị Q theo
chênh lệch áp suất Pm/ g (câu a).
 p0 : tổn thất cột áp ở hai đầu ống khảo sát (dm nư ớc ).
3. Tổn thất cục bộ :
Ngoài sư ï mất mát năng lư ợng do ma sát nói trên còn có sư ï mất mát năng
lư ợng do trở lư ïc cuc bộ ,ï do sư ï thay đổi tiết diện chảy ,hư ớng chảy , bị cản bởi
van, khúc nối , hay chỗ đột mở , đột thu, các co 
Đối với van hay khúc nối , tổn thất đư ợc biểu diễn bằng phư ơng trình:
gD
LvH f 2
2
 
Re
64 
gD
LvpH f 2
2
0  
52
2
02
84
Dg
lQp
D
Q
v  
2
0
52
8lQ
pDg 
gD
vLH ef 2
2
 
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
8
Le : chiều dài tư ơng đư ơng của van hay khúc nối đư ợc định nghĩa là chiều dài
của một ống thẳng có cùng sư ï mất mát năng lư ợng với van hay khúc nối trong
như õng điều kiện giống nhau.
Xác định chiều dài tư ơng đư ơng Le:
g: gia tốc trọng trư ờng g = 98,1 dm/s2.
D : đư ờng kính ống (dm).
l : chiều dài đoạn ống khảo sát (dm).
Q : lư u lư ợng nư ớc chảy trong ống (l/s). Q đư ợc xác định tư ø đồ thị Q theo
chênh lệch áp suất Pm/ g (câu a).
 đư ợc xác định tư ø đồ thị - Re trong thí nghiệm b1, ư ùng mỗi giá trị Re ta có
giá trị tư ơng ư ùng  ( sư û dụng đồ thị trong khảo sát đư ờng ống D28).
Với các đơn vị đại lư ợng đư ợc định nghĩa như trên.
III. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
1. Sơ đồ : (Xem hình vẽ)
2. Dụng cụ :
Thì kế (sinh viên chuẩn bị )
Số liệu : kích thư ớc ống dẫn bằng đồng
Kí hiệu Đư ờng kính ngoài Đư ờng kính trong
D28 28mm 26mm
D18 18mm 14mm
Độ nhám : e = 1.2 lỗ mm
Màng chắn : lối vào : 2,60 cm đư ờng kính lỗ : 1,60 cm
Ventury : lối vào : 2,60 cm đư ờng kính lỗ : 1,60 cm
IV. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
Trư ớc khi bắt đầu các phần làm thí nghiệm , sinh viên cần tuân theo một số
chỉ dẫn sau :
52
22 8
2 Dg
QLe
gD
vLpp efv  
2
5
8 Q
pDgLe v
g
Pp vv 
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
9
Trư ớc khi mở hay tắt máy bơm phải đóng van số 3 và 4 để tránh bọt khí lọt
vào hệ thống .
Mở cầu nguồn
 1. Trắc định lưu lượng kế màng chắn và ventury .
Mở van nguồn nư ớc và số 0 cho nư ớc vào bình chư ùa đến vạch tối đa .
Mở van số 1 , 2 và đóng van 4 ,5
Mở công tắc điện cho bơm chạy và tư ø tư ø mở van 3 tối đa đồng thời mở van
của áp kế dư ới ( thư ờng các van này đã mở) Ventury và màng chắn . Tắt bơm ,
đóng van 3 . So sánh mư ùc chất lỏng trong các nhánh áp kế có bằng nhau không .
Nếu không bằng nhau thì tiến hành chỉnh cho mư ùc chất lỏng trong các nhánh bằng
nhau bằng cách : mở công tắc điện cho bơm chạy, mở van 3 , đồng thời mở các
van phía trên áp kế để thông với khí quyển sau đó tiến hành tắt bơm và khóa các
van phía trên áp kế lại. Sau đó tiến hành thí nghiệm.
Ta chọn thể tích nư ớc W (trư ớc như trong bảng) . ư ùng với mỗi độ mở van 4 (
lư u lư ợng sẽ khác nhau) ta đo độ giảm áp của màng chắn, venturi vàđồng thời
đo thời gian mà máy bơm, bơm hết thể tích nư ớc đó.
Sẽ tiến hành đo với các độ mở van : hòan tòan, ¾ van, ½ van, ¼ van.
Van số 4 mở hòan tòan (4 +1/4 vòng )
Mở hòan tòan : sẽ mở van tối đa
Mở ¾ van : khóa van 1 +1/16 vòng
Mở ½ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng
Mở ¼ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng
Khi hết nư ớc trong bình chư ùa : tắt bơm, khóa van 4,mở van O và van nguồn
nư ớc .
Tiến hành làm thí nghiệm 3 lần, có thể lấy số liệu trung bình và lọai như õng
thông số thí nghiệm sai.
2. Thiết lập giản đồ  theo Re cho đường ống có đường kính 28 mm và 16 mm
Cho ống 28 mm mở van 1,2 khóa van 4,5 .
Mư ùc chất lỏng trong các nhánh áp kế phải bằng nhau (nếu không bằng nhau
tiến hành chỉnh cho mư ùc chất lỏng bằng nhau tiến hành giống câu a).
Tiến hành làm thí nghiệm cho chiều dài l = 0,9 m. ư ùng với các độ mở van 3 ta
đo độ giảm áp trên ống D28 và màng chắn.
Van 3 sẽ thí nghiệm cho các độ mở : hòan tòan, ¾ van, ½ van, ¼ van.
Van số 3 mở hòan tòan (4 +1/4 vòng )
Mở hòan tòan : sẽ mở van tối đa
Mở ¾ van : khóa van 1 +1/16 vòng
Mở ½ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng
Mở ¼ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng
Tiến hành làm thí nghiệm 3 lần, có thể lấy số liệu trung bình và lọai như õng
thông số thí nghiệm sai.
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
10
Cho ống 16 mm khóa van 1,2 mở van 3 .
Tiến hành làm thí nghiệm cho chiều dài l = 0,9 m. ư ùng với các độ mở van 5 ta
đo độ giảm áp trên ống D14 và màng chắn.
Van 5 sẽ thí nghiệm cho các độ mở : hòan tòan, ¾ van, ½ van, ¼ van.
Van số 3 mở hòan tòan (3 vòng )
Mở hòan tòan : sẽ mở van tối đa
Mở ¾ van : khóa van ¾ vòng
Mở ½ van : khóa van thêm ¾ vòng
Mở ¼ van : khóa van thêm ¾ vòng
3. Định chiều dài tương đương của van :
 Mư ùc chất lỏng trong các nhánh áp kế phải bằng nhau (nếu không bằng nhau
tiến hành chỉnh cho mư ùc chất lỏng bằng nhau tiến hành giống câu a).
Mở van 1,3 khóa van 4,5 . ư ùng với các độ mở van 2 ta đo độ giảm áp của van
2 và màng chắn
Van 2 sẽ thí nghiệm cho các độ mở : hòan tòan, ¾ van, ½ van, ¼ van.
Van số 2 mở hòan tòan (4 +1/4 vòng )
Mở hòan tòan : sẽ mở van tối đa
Mở ¾ van : khóa van 1 +1/16 vòng
Mở ½ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng
Mở ¼ van : khóa van thêm 1 +1/16 vòng
Tiến hành làm thí nghiệm 3 lần, có thể lấy số liệu trung bình và lọai như õng
thông số thí nghiệm sai.
V. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, TÍNH TOÁN VÀ ĐỒ THỊ
1. Kết quả đo
ghi kết quả đo và tính các số liệu theo bảng
a. Trắc định lưu lượng kế màng chắn, lưu lượng kế Venturi
Độ mở W
(lít)
T
(s)
Q
(lít/s)
 Pm/ g
(cmH2O)
 Pv/ g
(cmH2O)
Re Cm Cv
HT
¾
½
¼
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
11
b.1. Thiết lập giản đồ  theo Re cho đường ống có đường kính 28 mm
Độ mở Pm/ g
(cmH2O)
 P/ g D28
(cmH2O)
Q
(lít/s)
V
(cm/s)
 Re
HT
¾
½
¼
b.2 .Thiết lập giản đồ  theo Re cho đường ống có đường kính 16 mm
Độ mở Pm/ g
(cmH2O)
 P/ g D16
(cmH2O)
Q
(lít/s)
V
(cm/s)
 Re
HT
¾
½
¼
c. Tính chiều dài tương đương
Độ
mở
 Pm/ g
(cmH2O)
 P/ g van
(cmH2O)
Q
(lít/s)
V
(cm/s)
V2
2g
 Re Le Re:Le
HT
¾
½
¼
2. Đồ thị
Vẽ các đồ thị
- Lư u lư ợng Q theo chênh lệch áp suất Pm/ g và Pv/ g (màng chắn và ống
venturi) (câu a)
- Hệ số lư u lư ợng kế Cm và Cv theo Re (câu a)
- Thư øa số ma sát  theo Re (câu b1, b2)
- Lư u lư ợng Q theo độ mở van (câu c)
3. Bàn luận:
- So sánh các đồ thị tư ø kết quả thí nghiệm với kết quả trong sách (lý thuyết)
- Nhận xét về mư ùc tin c ... .
 Nồng độ màu C đư ợc thay bằng mật độ quang D. Mật độ quang đư ợc đo bằng
máy đo độ truyền suốt ánh sáng (T) có bư ớc sóng  = 490 nm. Tỷ số C/C0
hoàn toàn có thể thay bằng tỷ số D/D0.
 Lần lư ợt tiến hành thí nghiệm với hệ thống 1, 2, 3 bình khuấy mắc nối tiếp.
b) Phư ơng pháp
 Bơm nư ớc tư ø bồn chư ùa lên bồn cao vị cho đến khi có nư ớc trong ống chảy tràn.
 Mở van cho nư ớc chảy vào hệ thống bình khuấy, chỉnh lư u lư ợng dòng chảy
vào và ra với lư u lư ợng 0.3 LPM.
 Hệ một bình: cho nư ớc vào đầy bình ( mư ïc nư ớc trong bình giư õ cố định tại
vạch h = 105mm, d=120mm), cho cánh khuấy hoạt động. Khi hệ thống hoạt
động ổn định (lư u lư ợng nư ớc vào, ra không đổi và bằng nhau) thì ta dùng
pipet hút 5ml mư ïc đỏ cho nhanh vào phía trên của bình khuấy, cho cánh khuấy
hoạt động trong khoảng vài phút, sau đó lấy mẫu để xác định D0.
 Lập lại thí nghiệm, khi cho mư ïc đỏ vào binh khuấy thì ta tính thời điểm t = 0,
sau đó cư ù cách một khoảng thời gian xác định( 30s ), ta lấy mẫu và xác định
Di. Việc lấy mẫu kết thúc khi nư ớc trong bình hết màu (đỏ) và độ truyền suốt
T gần bằng 100%.
 Đối với các hệ 2, 3 bình, cách làm cũng tư ơng tư ï hệ một bình, lư u ý là cho mư ïc
đỏ vào bình đầu tiên và lấy mẫu ra ở bình cuối cùng, lư u lư ợng đối với các hệ
phải giống nhau, thể tích mỗi bình trong hệ và giư õa các hệ phải bằng nhau.
 Đối với máy so màu: dùng nư ớc trắng (không có màu) để chuẩn máy và qui
định đối với mẫu trắng độ truyền suốt là T= 100%. Cuvett chư ùa mẫu phải luôn
sạch và khô ráo, bên trong ống không đư ợc có bọt khí, sau mỗi lần chư ùa mẫu
phải tráng lại bằng nư ớc sạch. Đo khoảng 10 mẫu thì dùng mẫu trắng để chuẩn
máy lại nhằm tránh sai số.
V. TÍNH TOÁN
a) Công thư ùc tính toán:
 Tính thời gian lư u trung bình
a) Thư ïc nghiệm:
t
C t
C
i i
i
K
i
i
K 


1
1
với K là số lần lấy mẫu định kỳ đối với mỗi hệ.
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
36
b) Lý thuyết:
 V
v
với V : tổng thể tích hệ thống khảo sát (l)
v : lư u lư ợng dòng chảy (l/s).
 Tính thời gian lư u rút gọn:
a) Thư ïc nghiệm :
 i itt với i = 1..K
b) Lý thuyết :
 i
it với ti là như õng giá trị bất kỳ.
 Hydrocacbon+àm đáp ư ùng:
a) Thư ïc nghiệm :
00 n
ii
n D
D
C
CC
i
 với i = 1  K
b) Lý thuyết :
C n
n
en
n
i
n n
i
i 
( )!1
1 
 Mật độ quang: D = 2 - lg (T%)
 Mật độ quang ban đầu của mỗi hệ:
D
D
nn0
0 với: n là số bình khuấy mắc nối tiếp
D0 là mật độ quang ban đầu đo đư ợc ở hệ một bình khuấy.
b) Bảng số liệu:
-
Vẽ D/D0 TN - TN và D/D0 LT - LT trên cùng một đồ thị đối với mỗi hệ.
STT t(s) T(%) D D/D0 TN TN D/D0 LT  LT
BÀI 7. SẤY ĐỐI LƯU
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM :
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
37
Khảo sát quá trình sấy đối lư u vật liệu là giấy lọc trong thiết bị sấy bằng
không khí đư ợc nung nóng nhằm :
 Xác định đư ờng cong sấy W = f (T).
 Xác định đư ờng cong tốc độ sấy dW
dT
f W ( ) .
 Giá trị độ ẩm tới hạn Wk, tốc độ sấy đẳng tốc N, hệ số sấy K.
II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM :
1) Khái niệm, phân loại & đặc điểm của quá trình sấy :
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phư ơng pháp nhiệt, kết quả
của quá trình sấy là hàm lư ợng chất khô trong vật liệu tăng lên.
Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lư ợng nhiệt biến đổi trạng
thái pha của lỏng trong vật liệu thành hơi.
Sấy là một quá trình phư ùc tạp, điển hình về quá trình không thuận nghịch
và không ổn định. Trong đó hàm ẩm của vật liệu biến đổi theo cả không gian
và thời gian mà bản thân quá trình tư ï tiến dần tới trạng thái cân bằng. Quá trình
sấy xảy ra đồng thời 4 quá trình: Truyền nhiệt cho vật liệu, chuyển pha tư ø lỏng
sang hơi, tách ẩm vào môi trư ờng xung quanh, dẫn ẩm trong lòng vật liệu.
Aåm trong vật liệu tồn tại ở các trạng thái : liên kết hóa học, liên kết hóa lý
và liên kết cơ lý. Sấy chỉ tách đư ợc toàn bộ ẩm liên kết vật lý, một phần ẩm
liên kết hóa lý và không tách đư ợc ẩm liên kết hóa học. Phần ẩm trong vật
liệu tách đư ợc khi sấy gọi là ẩm tư ï do, phần không tách đư ợc gọi là ẩm liên kết.
2) Các giai đoạn sấy :
Phân tích đư ờng cong sấy và đư ờng cong tốc độ sấy cho ta thấy quá trình
sấy nói chung diễn ra theo 3 giai đoạn : giai đoạn đốt nóng, giai đoạn đẳng tốc
và giai đoạn giảm tốc. Tuy nhiên đối với đa số vật liệu ẩm thì quá trình sấy đối
lư u diễn ra theo 2 giai đoạn chủ yếu : giai đoạn đẳng tốc và giai đoạn giảm tốc.
A
A '
B
C
D
E
X
 =
k
g
 a
åm
/k
g
 v
a
ät 
li
e
äu
 k
h
o
â
x *
o = t h ơ øi g i a n h
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
38
 Giai đoạn đốt nóng vật liệu : Nếu ban đầu nhiệt độ của vật liệu thấp hơn
nhiệt độ bay hơi đoạn nhiệt của không khí thì trong giai đoạn đốt nóng, nhiệt
độ của vật liệu tăng lên. Trong giai đoạn này hàm ẩm của vật liệu thay đổi rất
chậm và thời gian diễn tiến nhanh, kết thúc giai đoạn này, nhiệt độ của vật
liệu đạt đến nhiệt độ bầu ư ớt của không khí. Nếu vật liệu có độï dày nhỏ và
quá trình sấy là đối lư u thì thời gian này không đáng kể.
 Giai đoạn sấy đẳng tốc : Sau giai đoạn đốt nóng, hàm ẩm của vật liệu giảm
tuyến tính theo thời gian (đoạn thẳng trên đư ờng cong sấy hay đoạn nằm
ngang trên đư ờng cong tốc độ sấy). Nếu gọi sư ï giảm hàm ẩm của vật liệu
trong một đơn vị thời gian là tốc độ sấy dW
d thì trong giai đoạn này
dW
d =
const nên đư ợc gọi là giai đoạn sấy đẳng tốc, giai đoạn sấy đẳng tốc kéo dài
cho đến thời điểm mà hàm ẩm của vật liệu đạt giá trị Wk nào đấy thì kết thúc,
Wk được gọi là độ ẩm tới hạn của vật liệu.
a) Trong giai đoạn này, đối với tất cả các vật liệu ngư ời ta nhận thấy nhiệt
độ vật liệu không đổi hay là gradien nhiệt độ d
d

 0 , lúc đó cư ờng độ sấy vật
liệu Jm bằng cư ờng độ bay hơi của nư ớc tư ø bề mặt nư ớc tư ï do và đư ợc tính theo
phư ơng trình Dalton :
 J p p
B
R N hm m b h v . . . . . . )760 11000 (kg / m
2 (3)
Trong đó :
 m : Hệ số trao đổi ẩm (kg/m2.h.mmHg).
 pb : Aùp suất hơi ẩm trên bề mặt vật liệu và bằng áp suất hơi nư ớc bão hòa ở
nhiệt độ bầu ư ớt (mmHg).
 Ph : Aùp suất riêng phần của hơi nư ớc trong không khí (mmHg).
 B : Aùp suất trong phòng sấy (mmHg).
 0 : Khối lư ợng riêng chất khô trong vật liệu (kg/m3).
 Rv : Tỷ số giư õ thể tích và bề mặt vật liệu (m3/m2).
 N : Tốc độ sấy đẳng tốc (%/h).
b) Hệ số trao đổi ẩm m đư ợc xác định theo chuẩn số trao đổi chất Nusselt Num
:
 m m mNuL 
. (4)
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
39
GukhơmansốChuẩn
sốChuẩn
=Gu
l.g.C=Pr
.
Re
.Pr.Re.
k
ư-k
w
135,033,0
t
tt
a
vL
GuANu
wm
m
k
m
n
m
tdnarP

 ReynoldssốChuẩn
Trong đó :
 m, w : Hệ số dẫn ẩm của tác nhân sấy và vật liệu (kg.mol/m.s.J).
 Cw : Aåm dung của vật liệu sấy (mol/J).
 L : Chiều dài vật liệu theo phư ơng di chuyển của tác nhân sấy (m).
  : Độ nhớt động học của ẩm (m2/s).
  : Độ nhớt động lư ïc học của ẩm (kg.s/m2).
 tk,tư : Nhiệt độ bầu khô và ư ớt của tác nhân (0C).
 am : Hệ số dẫn thế truyền vận ẩm (m2/s), phụ thuộc vào hàm ẩm và nhiệt độ
của vật liệu và đư ợc xác định bằng thư ïc nghiệm w = m. 0.Cw.
Đối với quá trình sấy đối lư u thì hệ số trao đổi ẩm m có thể đư ợc xác định
theo phư ơng trình thư ïc nghiệm : m kv h mmHg 0 04075 0 8, . . . ), (kg / m 2 trong đó
vk là vận tốc tác nhân sấy.
c) Tốc độ sấy đẳng tốc đư ợc tính theo (3) :
N
J
R
J F
V
J
G
J fm
v
m m
m 
100 100 100
100
0 0 0
.
.
. .
.
.
. . 
%
h
 (5)
Trong đó :
 F : Bề mặt bay hơi của vật liệu (m2).
 V : Thể tích của vật liệu (m3).
 0 : Khối lư ợng riêng chất khô trong vật liệu (kg/m3).
 G0 : Khối lư ợng vật liệu khô tuyệt đối (kg).
 f F
G
0
 :Bề mặt riêng khối lư ợng của vật liệu (m3/kg).
d) Hệ số trao đổi nhiệt q trong giai đoạn đẳng tốc đư ợc xác định tư ø phư ơng
trình của Dalton và Newton :
 J r t t
J r
t t
h Cm
q
k ư q
m
k ư
 . . . . ) (KJ / m 2 0 (6)
Nếu sấy đối lư u ở nhiệt độ không cao và vật liệu phẳng thì ta có công thư ùc
thư ïc nghiệm :
q
k kv
R C
 3 6 2
0 6
0 4 0, .
.
. .
,
,
W
m2
 (7)
 R : Phân nư ûa chiều dày của vật liệu (m).
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
40
 vk : Vận tốc tác nhân sấy (m/s).
 k : Khối lư ợng riêng của tác nhân sấy (kg/m3).
e) Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc :
1 1 
 W W
N
kqu (h) (8)
Trong đó :
 W1 : Độ ẩm ban đầu của vật liệu (%).
 Wkqu : Độ ẩm tới hạn qui ư ớc (%).
 N : Tốc độ sấy trong giai đoạn đẳng tốc (%/h).
 Giai đoạn sấy giảm tốc : Khi độ ẩm của vật liệu đạt giá trị tới hạn Wk thì tốc
độ sấy bắt đầu giảm dần và đư ờng cong sấy chuyển tư ø đư ờng thẳng sang
đư ờng cong tiệm cận dần đến độ ẩm cân bằng của vật liệu trong điều kiện của
quá trình sấy. Khi độ ẩm của vật liệu đạt đến giá trị cân bằng Wc thì hàm
ẩm của vật liệu không giảm nư õa và tốc độ sấy bằng 0. Quá trình sấy kết thúc.
Tốc độ sấy trong giai đoạn này thay đổi theo các qui luật khác nhau tùy thuộc
tính chất và dạng vật liệu. Trong giai đoạn này Jm const, m, q biến thiên và
phụ thuộc vào hàm ẩm và nhiệt độ bề mặt vật liệu. Để dễ dàng cho việc tính
toán, ngư ời ta thay các dạng đư ờng cong phư ùc tạp của tốc độ sấy bằng đư ờng
thẳng và phải đảm bảo sao cho việc thay thế này có sai số bé nhất, khi này giá
trị độ ẩm tới hạn sẽ dịch chuyển về điểm tới hạn qui ư ớc Kqư với độ ẩm tới hạn
qui ư ớc Wkqư . Wkqư là giao điểm giư õa đư ờng đẳng tốc N và đư ờng thẳng giảm
tốc.
a) Tốc độ sấy trong giai đoạn giảm tốc :
 dW
d
K W Wc ( ) (9)
Dấu (-) chỉ tốc độ sấy giảm dần.
K gọi là hệ số sấy, phụ thuộc vào chế độ sấy (tốc độ sấy đẳng tốc N) và tính
chất của vật liệu (1/h). K là hệ số góc của đư ờng thảng giảm tốc và đư ợc tính :
K N
W Wkqư c
 (10)
b) Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc :
 2
2 2
1 
W W
N
W W
W W K
W W
W W
kqư c kqư c
c
kqư c
c
. ln . ln (h) (11)
Trong đó W2 là độ ẩm sau cùng của vật liệu sấy (W2 < Wc).
III. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM:
1. Thiết bị:
Hệ thống thiết bị sấy đư ợc trang bị calorife đốt bằng điện trở. Nhiệt độ không
khí ổn định nhờ bộ điều chỉnh tư ï động. Lư ợng ẩm tách ra tư ø vật liệu đư ợc ghi nhận
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
41
bằng hệ thống cân đặt phía trên. thay đổi lư ợng không khí bằng hai cư ûa thông gió
và một cư ûa hoàn lư u.
2. Dụng cụ và vật liệu:
- Đồng hồ để đo thời gian.
- 3 tấm giấy lọc, mỗi tấm đư ợc ghép tư ø 4 tờ giấy lọc. Mỗi tấm có kích thư ớc
200 x300 x 0.001 (mm).
IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:
- Đem cân giấy lọc để xác định G0, sau đó làm ẩm đều.
- Kiểm tra thiết bị sấy: đổ nuớc vào chỗ đo nhiệt độ bầu ư ớt.
- Bật công tắc tổng, bật công tắc quạt (chờ một phút cho phòng sấy khô), ấn nút
cài đặt nhiệt độ sấy, bật công tắc điện trở để gia nhiệt.
- Khi nhiệt độ phòng sấy đạt nhiệt độ mong muốn, mở cư ûa phòng sấy, đặt nhẹ
nhàng các tờ giấy lọc lên giá đỡ, ghi nhận giá trị cân.
- Ghi nhận các giá trị: chỉ số cân, nhiệt độ bầu khô, nhiệt độ bầu ư ớt trong
phòng sấy sau mỗi thời gian 5 phút.
- Tiến hành thí nghiệm ở các nhiệt độ 400C, 500C, 600C, 700C.
- Đối với mỗi thí nghiệm thì độ ẩm ban đầu W1 phải bằng nhau.
IV. TÍNH TOÁN:
1. Các thông số ban đầu:
 Diện tích bề mặt bay hơi F (m2 ).
 Nư ûa chiều dày một tấm giấy lọc : R (m).
 Khối lư ợng giấy lọc khô tuyệt đối : G0 (g).
 Bề mặt riêng khối lư ợng của vật liệu : f = F/G0 (m3/kg).
 Độ ẩm của giấy lọc : (%)100.
0
0
G
GG
W ii
 Gi là khối lư ợng vật liệu theo thời gian (g).
 Vận tốc không khí trong buồng sấy vk = 0,85 m/s.
2. Đường cong tốc độ sấy:
- Vẽ đồ thị đư ờng cong sấy W = f(t)
- Dư ïng đư ờng cong tốc độ sấy bằng cách lấy vi phân đư ờng cong sấy. Tư ø điểm I
trên đư ờng cong sấy vẽ tiếp tuyến với đư ờng cong tại I, giá trị hệ số góc của
tiếp tuyến là giá trị tốc độ sấy. (Tiếp tuyến căt trục tung tại K, trục hoành tại
H, khi đó )
3. Xác định độ ẩm tới hạn và độ ẩm cân bằng:
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
42
- Độ ẩm tới hạn qui ư ớc Wk:
 * Thực nghiệm: xác định trên đư ờng cong tốc dộ sấy khi giai đoạn đẳng tốc
kết thúc.
 * Lý thuyết: ck W
W
W 
8,1
1
- Độ ẩm cân bằng Wc : tìm đư ợc tại điểm N = 0 trên đư ờng cong tốc độ sấy,
4. Xác định áp suất hơi bão hòa Pb và áp suất hơi riêng phần Ph:
Tư ø nhiệt độ bầu ư ớt tư và bầu khôtk xác định Ph , Pb theo giản đồ Rankin.
5. Xác định cường độ bay hơi ẩm Jm:
 ).(kg/m760.. 2 h
B
ppJ hbmm 
 m : Hệ số trao đổi ẩm (kg/m2.h.mmHg), m có thể đư ợc xác định theo
phư ơng trình thư ïc nghiệm : )..(kg/m,.04075,0 28,0 mmHghvkm 
 B : Aùp suất trong phòng sấy (mmHg), B đư ợc lấy bằng 760 mm Hg (áp suất
khí quyển).
6. Xác định tốc độ sấy:
 Thực nghiệm : N đư ợc xác định trên đoạn đẳng tốc của đư ờng cong tốc độ
sấy.
 Lý thuyết : 
h
%
,..100 fJN m
7. Xác định hệ số K trong giai đoạn giảm tốc:
ck
i
WW
NK (1/ h).
8. Xác định thời gian sấy:
Thời gian sấy trong giai đoạn đẳng tốc : 1 1 
 W W
N
kqu (h)
Thời gian sấy trong giai đoạn giảm tốc :
 2
2 2
1 
W W
N
W W
W W K
W W
W W
kqư c kqư c
c
kqư c
c
. ln . ln (h)
Thời gian sấy tổng cộng :  = 1 + 2
 W2 : Độ ẩm sau cần đạt của vật liệu sấy (W2 > Wc).
Thực nghiệm : Các giá trị N, Wk đư ợc tính tư ø thư ïc nghiệm.
Lý thuyết : Các giá trị N, Wk đư ợc tính tư ø lý thuyết.
Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bị
43
1 
Th
ie
át b
ị s
ấy
2 
C
al
or
ife
r
3 
Q
ua
ït
4 
C
ân
5 
B
uo
àng
 sa
áy
6 
B
ản
g 
đi
ều
 k
hi
ển
7 
C
ửa
 h
út
 k
hí
8 
C
ửa
 x
ả 
kh
í
1 2
4 65
7
8
3