Thủy động học trong quá trình sấy khối hạt đường RS trong máy sấy tầng sôi xung khí

ợc chính nhóm nghiên cứu xác định được = 0,85 do vậy kích thước hạt tương đương cầu có giá trị dp= 0,760mm. Lấy, khối lượng thể tích trạng thái tĩnh của đường RS ở độ ẩm 1,5-2% có giá trị b = 889 kg/m3; khối lượng riêng p= 1598kg/m3, tác nhân sấy được gia nhiệt từ khí trời có nhiệt độ trung bình 28OC, độ ẩm tương đối của không khí Rh 80 %, lên nhiệt độ tác nhân sấy 70OC, khối lượng riêng không khí được tính là 1,045kg/m3 và độ nhớt động lực học f=20,35.10 -6 N.s/m2, chiều dày lớp hạt sấy trên ghi phân phối ổn định H0 = 0,2 m. Ta tính toán và xác định các thông số thủy động học của lớp hạt ở các rạng thái tĩnh, trạng thái sôi tối thiểu, trạng thái sôi và trạng thái tới hạn như sau: 3.1 Tại trạng thái sôi tối thiểu + Độ xốp của lớp hạt đường RS trạng thái tĩnh theo PT (20) 0 889 1 1 0,44 1598 b p        = − = − =        . +Ta tính toán độ xốp của lớp hạt đường RS trạng thái giả lỏng tối thiếu theo [10] mf = 0 x 1,1= 0,484 Từ phương trình (11) ta xác định vận tốc khí tối thiểu qua lớp hạt sôi tối thiểu 6 2 3 6 (1598 1,045)9,81.(760.10 ) .0,448 0,65 / 150.20,35.10 (1 0,448) mfV m s − − − = = − Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh -161- 3.2 Tại lớp hạt giả lỏng hoàn toàn Theo [10] cũng được trình bày trong[11] vận tốc khí qua ghi phân phối khí (tức là qua tiết diện khối hạt) để khối hạt vật liệu rời hóa sôi hợp lý được tính theo PT( 23) Vhf = (23)Vmf (23) Vậy ta có thể tìm thấy giá trị vận tốc hóa sôi hợp lý Vhf = 0,65. 1,1 = 1,625m/s Ta xác định lại chuẩn số Re theo PT(16) ở trạng thái sôihoàn toàn, lúc này Re= Rehf trong điều kiện vận tốc hóa sôi Vhf = 1,63m/s Kết quả tính được 6 6 . . . 1,045*1,63*760.10 64,7 20.10 f f m ehf f V d R    − − = = = Vậy độ rỗng của khối hạt tại trạng thái sôi đều (sôi hợp lý) hf được tính theo PT(22) 0,21 0,212 218 0,36 18.64,7 0,36.64,7 0,67 17966,3 ehf ehf hf R R Ar   +  + = = =        3.3. Tại lớp hạt sôi luân chuyển Trạng thái lớp hạt luân nhanh [12] (lớp hạt sôi không ổn định) nghĩa là các sấy sẵn sàng bị cuốn đi theo dòng tác nhân sấy ra ngoài. Trạng thái này được thể hiện tại vị trí B-C (Hình 1)[2], tại trạng thái này lớp hạt luôn có biến động và dễ bị cuốn ra khỏi lớp hạt sôi khi vận tốc khí khối hạt lớn hơn vận tốc khí tối hạn (Vcf)[12]. Nhằm có cơ sở xác định kích thước buồng phân ly hợp lý của máy sấy tầng sôi xung khí ta xác định vận tốc tới hạn lý thuyết để làm cơ sở tính tiết diện buồng phân ly hạt trước khí khí ẩm ra ngoài. Theo [2] chuẩn số archimete Ar được đối với hạt vật liệu có hình dạng bất kỳ 3 2 ( ) ( )f p f m f g d Ar      − = (22) Vậy ta tính chuẩn số Ar: ( ) 3 6 6 2 9.81 (76 10 ) . 1,045. (1598 1.045) 17966,3 ( 20 10 ) Ar − −  − = =  Mặt khác bằng các phép biến đổi từ phương trình Ergun đối với hạt bất kỳ có cầu tính, ta lập được phương trình quan hệ giữa chuẩn số Ar với Re cùng với độ xốp lớp hạt trạng thái sôi [1]. 2 2 3 3 (1 ) 1,75 150 Re Re hf hf hf hf hf Ar     − = + (23) Thay các giá trị hf = 0,484, cầu tính hạt đường  = 0, 85 vào phương trình (23) và Phương trình (22) trở thành phương trình bậc 2. 218,15Re 944,86Re 17966,3 0hf hf+ − = Giải phương trình trên ta được nghiệm duy nhất Rehf = 14,8 (ta loại bỏ giá trị Rehf = - 66,85) do trong vật lý chỉ lấy giá trị dương. Từ kết quả tính chuẩn số Rehf trạng thái sôi tối thiểu Rehf = 15 dòng khí qua lớp hạt ở chế độ quá độ (Transition) 1<Re< 500 Theo PT (17) ta xác định vận tốc tới hạn (Vcf) Trong đó hệ số trở lực CD có giá trị 3/5 3/5 18 18 3.5 (15) D e C R = = = Vậy vận tốc tới hạn (Vcf) khi sấy đường RS Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh -162- 1/2 1/2 6 4( ) 4(1598 1,045)9,81 (0,85.820.10 ) 2,1 / 3 3.1,045.3,5 p f cf m f D g V d m s C     −  − −  = = =        Thực tế trong quá trình sấy, nhằm bảo đảm về mặt năng suất sấy, chất lượng sấy, người vận hành máy sấy phải điều chỉnh lưu lượng quạt và tần số cấp khí vào các cửa cấp tác nhân vào buồng sấy ở vận tốc khí hợp lý nằm để vận tốc (Vf) nằm trong phạm vi Vmf < Vhf <Vcf . Tính toán độ xốp của khối hạt trạng thái sôi tới hạn tương ứng với vận tốc khí tối hạn (Vcf) qua khối hạt Sử dụng Công thức (16) và đưa giá trị (Vcf =2,1m/s) vào ta xác định lại giá trị Recf 6 6 . . . 1,045*2,1*760.10 83,4 20.10 f f m ecf f V d R    − − = = = Đưa giá trị Recf = 83,4 vào PT21 ta tìm độ xốp khối hạt trạng thái sôi tới hạn (cf) 0,21 0,212 218 0,36 18.83,4 0,36.83,4 0,73 17966,3 ecf ecf cf R R Ar   +  + = = =        Độ xốp của khối hạt  = 1 khi lớp hạt sôi chuyển sang chế độ vận chuyển khí động (Pneumatic transportation) 3.4. Tính tổn thất áp suất của dòng khí qua lớp hạt sấy tầng sôi xung khí Tổn áp qua lớp hạt tĩnh, tổn áp qua lớp hạt sôi cũng là một trong các nội dung cần xác định khi tính toán thiết kế máy sấy tầng sôi xung khí. Trở lực qua lớp hạt tĩnh tại vị trí A (Hình 1) cho mô hình sấy đường RS có các thông số đầu vào như đã trình bày ở trên, với chiều cao lớp hạt tĩnh duy trì trên ghi phân phối khí H0 = 200mm Theo phương trình Egun [7] ( ) 2 2 3 2 3 6 2 2 2 2 3 6 3 6 150 (1 ) 1,75(1 ) ( ) 150.20.10 (1 0,485) .0,65 1,75(1 0,845)1,045.0,65 0,2 5268,6 / 0,485 .0,85.(820.10 )0,485 . 0,85.(820.10 f mf mf mf f mf mf m mf m V VP H d d P N m         − − − − − = +   − −  = + =     4. KẾT LUẬN Kế thừa các công bố của các nhà khoa học, Tác giả đã trình bày được cơ chế giả lỏng khí sấy khối vật liệu rời bằng bằng công nghệ sấy tầng sôi nói chung và sấy tầng sôi xung khí nói riêng. Kết quả bài báo đã làm rõ được cơ chế giả lỏng lớp hạt cũng như sự hình thành ra các loại lớp hạt sôi khác nhau khi cung cấp cho lớp hạt sấy một dòng không khí theo hướng vuông góc với lớp hạt ở các giá trị vận tốc khác nhau. Ứng dụng đối với sấy khối hạt đường RS, nghiên cứu đã xác định được đối với lớp hạt trạng thái tĩnh độ xốp khối hạt 0 = 0,44; tại trạng thái lớp hạt sôi tối thiểu đã xác định được các thông số độ xốp khối hạt mf = 0,484, vận tốc khí Vmf = 0,65 m/s; Tại trạng thái khối hạt sấy sôi đều đã xác định được hf = 0,67, Vhf = 1,65m/s và tại trạng thái lớp hạt luân chuyển đã xác định được Vcf = 2,1m/s và cf = 0,73 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kudra, T., & Mujumdar, A. S., Advanced drying technologies. CRC Press, 2009. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh -163- [2] Howard.J.R. Fluidized bed Technology, principles and application, Publisher Taylor & Francis Group Date, 1989 [3] Kunii D. and Levenspiel O., Fluidization Engineering, second edition, Butterworth-Heinemann, Stoneham, 1991 [4] Elenkov V. R., Djurkov T. G., Doan Nam. (1992) Hydrodynamic studies of devices with linear-pulse and rotational-pulse fluidized bed (in Bulgarian). Scientific session of VIHVP, Plovdiv,November. [5] D. Geldart, “The effect of particle size and size distribution on the behaviour of gas-fluidised beds,” Powder Technol., vol. 6, no. 4, pp. 201–215, 1972 [6] Geldart D,Types of gas fluidization. Powder technology, 7, pp. 285-292,1973 [7] Ergun, Sabri. "Fluid flow through packed columns." Carnegie Institute of Technology!, Pittsburgh, Pennsylvania Chem. Eng. Prog. 48 ,1952. [8] W.L.McCabe,J.C Smith và P.Harriott unit operation of chemical engineering McGraw Hill,Newyork. 1985 [9] Levenspiel o. (2014) Engineering Flow and Heat Exchange. Springer, New York. - 406 p [10] Ginzburg AS. Theoretical and Technical Basis of Drying Food Products. Moscow: Pishchevaya Promyshlennost; 1973. p. 528 (in Russian) [11] Trần Văn Phú, Kỹ thuật sấy, Nhà xuất bản giáo dục, 2008 [12] Kunii, D. & Levenspiel, O., High-Velocity Fluidization. Fluidization Engineering, 193–210,. https://doi.org/10.1016/b978-0-08-050664-7.50014-7 Elsevier, 2013