Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí

Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí

TỔNG QUAN

Giới thiệu về nguyên liệu đường

1.1.1 Đường RS Đường RS là đường tinh luyện là một trong những loại gia vị phổ biến trong gia đình, đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp bánh kẹo,… Đường tinh luyện RS có thành phần chủ yếu là đường Sacaroza (Saccharose) có trong thân cây mía tập trung ở phần gốc cây mía Đường được sản xuất từ đường thô qua xử lý tinh luyện hoặc trực tiếp từ mía cây Có thể nói là loại đường thông dụng nhất hiện nay được sử dụng rộng rãi ở mọi nơi, được dùng cho nhiều mục đích khác nhau

+ Đường thô cũng là đường Sacaroza (Saccharose) nhưng chưa qua xử lý, có 2 loại đường chủ yếu hiện nay

Đường vàng là sản phẩm từ đường Sacaroza (Saccharose), thực chất là đường thô chưa qua xử lý, có màu vàng do tái chế từ mật mía Loại đường này thường được pha trộn với đường chuẩn với tỷ lệ khoảng 5-10% nhằm kiểm soát màu sắc, kích thước và nâng cao hiệu quả kinh tế.

 Đường nâu là một sản phẩm đường Sacaroza (saccharose) với một màu nâu đặc biệt do sự hiện diện của mật rỉ đường còn lại trong đường kết tinh

Hình 1.1: Đường nâu, đường vàng và đường tinh luyện RS

Đường mía là loại đường chủ yếu ở Việt Nam, cung cấp hầu hết nhu cầu tạo ngọt Trên cây mía, phần gốc thường chứa nhiều đường hơn phần ngọn, giúp nuôi dưỡng và dự trữ cho cây Với điều kiện thổ nhưỡng và đất đai thuận lợi, Việt Nam có nhiều nhà máy đường, đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp mía đường, với sản phẩm chính là đường tinh luyện.

Công nghệ sấy đường đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm RS, đặc biệt trong quá trình vận chuyển, bảo quản và sử dụng Để đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu, cần liên tục cải tiến và phát triển công nghệ này.

1.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất mía đường

Sau khi đường được tách ra từ quá trình ly tâm, việc sấy khô cần được thực hiện ngay lập tức Nếu để lâu, đường sẽ bị kết dính, tạo thành cục và chuyển màu không mong muốn.

1.1.3 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng đường RS

Chất lượng đường RS sau khi sấy dựa theo tiêu chuẩn (TCVN 6958:2001) [2]

 Độ Pol, ( o Z), không nhỏ hơn 99,80

 Hàm lượng đường khử, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,03

 Tro dẫn điện, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,03

 Sự giảm khối lượng khi sấy ở 105 o C trong 3 h, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,05

 Độ màu, đơn vị ICUMSA, không lớn hơn 30

Các phương pháp và thiết bị sấy đường chủ yếu hiện nay

Theo Bùi Trung Thành và Nguyễn Huy Bích (2003), có ba loại máy sấy đường phổ biến là máy sấy thùng quay, máy sấy tầng sôi sàng rung và máy sấy tầng sôi Mỗi loại máy sấy này đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

1.2.1 Sấy đường bằng máy sấy thùng quay

Máy sấy dạng này chủ yếu dựa vào nguyên lý trao đổi nhiệt đối lưu, dòng đi của vật liệu và tác nhân sấy ngược chiều nhau

Hình 1.4: Hệ thống máy sấy đường kiểu thùng quay[6]

Máy sấy này hầu hết đang được sử dụng rộng rãi ở các nhà máy sản xuất đường tại Việt Nam vì có ưu điểm sau:

- Thiết bị vận hành sử dụng dễ dàng, đơn giản không đòi hỏi nhân công có trình độ kỹ thuật quá cao

- Độ ẩm sản phẩm sấy luôn luôn đảm bảo do có thể dễ dàng điều chỉnh thời được thời gian lưu vật liệu sấy trong buồng

- Tuy vậy máy sấy thùng quay còn tồn tại các nhược điểm sau

- Hạt đường không đạt nhiều hơn do nhiệt độ sấy không đồng đều, dễ vón cục tỷ lệ thu hồi thấp

- Hạt đường bị vỡ vụn nhiều do va chạm trực tiếp vào thành và cánh của buồng sấy

- Màu sắc hạt đường sau sấy chưa đạt nhiều

- Tốn chi phí năng lượng làm nguội sản phẩm đường cuối quá trình sấy vì đường ra khỏi máy sấy có nhiệt độ cao

Chính vì những nhược điểm như vậy máy sấy thùng quay chưa được quy vào dòng máy sấy chất lượng cao

1.2.2 Sấy đường bằng máy sấy sàng rung

Máy sấy sàng rung khắc phục nhược điểm của máy sấy thùng quay với màu sắc tốt hơn và tỷ lệ vỡ hạt thấp Nguyên lý hoạt động của máy này là cấp vật liệu từ trên sàng, trong khi tác nhân sấy đi qua dưới sàng nhờ cơ chế rung, giúp vật liệu ít vón cục và nhiệt độ sấy đồng đều hơn Tuy nhiên, nếu lớp vật liệu quá dày, sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sấy, gây độ ẩm không đồng đều và tăng chi phí điện năng.

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy sấy đường sàng rung[6]

1.2.3 Sấy đường bằng máy sấy tầng sôi

Máy sấy tầng sôi ứng dụng trong ngành sấy đường là một bước đột phá quan trọng, giúp khắc phục những nhược điểm của các máy sấy truyền thống như máy sấy thùng quay và máy sấy sàng rung.

Sấy hầm là phương pháp hiệu quả cho việc sấy các hạt nhỏ có kích thước từ 50 – 2000μm, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như xử lý hóa dầu, hóa học, dược liệu, nông nghiệp và thực phẩm Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, giúp tối ưu hóa quy trình sấy và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Hiệu suất truyền nhiệt và truyền ẩm của hệ thống rất cao, với bề mặt tiếp xúc nhiệt giữa các hạt lớn và đồng đều Điều này giúp tối ưu hóa quá trình sấy, đảm bảo sự tương tác hiệu quả giữa tác nhân sấy và các hạt, cũng như giữa các hạt với nhau.

- Nhiệt độ sấy đồng đều dẫn đến độ ẩm sản phẩm sấy đồng đều, cho ra chất lượng sản phẩm sấy tốt, có giá trị cao

Máy sấy tầng sôi được coi là thiết bị sấy chất lượng cao, tuy nhiên, chúng vẫn tồn tại một số hạn chế Một trong những vấn đề chính là tiêu thụ năng lượng lớn và tổn thất áp suất cao, điều này làm cho các lớp hạt khó có thể sôi đều, dẫn đến việc tiêu thụ điện năng gia tăng Ngoài ra, máy cũng gặp khó khăn trong việc sấy các loại vật liệu ướt, kết dính và có kích thước hạt hạn chế.

Các nhà khoa học trong nước và quốc tế đang nỗ lực nghiên cứu công nghệ sấy tầng sôi nhằm giảm chi phí năng lượng Nhiều công trình nghiên cứu đã được công bố về máy sấy tầng sôi cấp khí gián đoạn, hay còn gọi là máy sấy tầng sôi xung khí, được trình bày cụ thể ở mục 1.3.

1- Phễu cấp đường ẩm; 2- Không khí nóng vào; 3- Bộ phân phối khí; 4- Không khí tươi vào; 5- Động cơ rung; 6- Vị trí lấy đường sản phẩm; 7- Buồng sấy tầng sôi; 8- Đường làm nguội; 9- Khí thải ra khỏi máy sấy

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy sấy đường tầng sôi [6]

Kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí ứng dụng sấy đường

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí đã khắc phục những hạn chế của máy sấy tầng sôi truyền thống Dựa trên các nghiên cứu chính về tầng sôi xung khí, tác giả phân tích và lựa chọn ứng dụng phù hợp để thực hiện quá trình sấy đường hiệu quả.

RS bằng phương pháp tầng sôi xung khí

Mô hình máy sấy tầng sôi xung khí do tác giả Gawrzynski Z và cộng sự phát triển đã nhận được nhiều bằng sáng chế tại Ba Lan, Mỹ và Châu Âu vào các năm 1979, 1999 và 2003 Tuy nhiên, loại máy sấy này còn hạn chế về tính ứng dụng, chỉ phù hợp cho quy trình sấy tầng sôi xung khí dạng mẻ, không thích hợp cho sấy liên tục Hình 1.7 minh họa mô hình máy sấy với đĩa quay và 4 khoang sấy Khi sấy đường, đĩa cần quay nhanh để tránh tình trạng vón cục, đồng nghĩa với việc tần số xung khí phải lớn, khiến hoạt động của máy gần giống như máy sấy tầng sôi thông thường, điều này hạn chế khả năng sấy đối với các vật liệu có tính kết dính cao như đường và muối.

Hình 1.7: Mô hình sấy tầng sôi xung khí Gawrzynski Z.và cộng sự sáng chế [8]

Năm 2002, tác giả KudraT cùng các cộng sự đã nghiên cứu về quá trình sấy bùn giấy và bột giấy, và công bố rằng tần số cấp xung khí phù hợp là 10Hz.

Giá trị tần số tạo xung cung cấp khí nóng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sấy, giúp cải thiện hiệu quả, đồng đều và chất lượng sấy Thông số công nghệ này ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí sấy, do đó cần được chú trọng trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống.

Nghiên cứu cho thấy tần số xung khí có tác động đáng kể đến tổn thất áp suất trong lớp hạt Cụ thể, tần số cao dẫn đến thời gian lưu của vật liệu trong buồng sấy kéo dài, làm tăng độ dày của lớp vật liệu, trong khi tần số thấp thì ngược lại.

Năm 2006, Gawrzynski Z và Bartosz P đã nghiên cứu máy sấy tầng sôi xung khí với hệ thống phân phối khí theo chiều dài buồng sấy, mang lại những cải tiến so với các máy sấy tầng sôi xung khí thông thường có hệ thống phân phối khí theo chiều ngang Thiết kế này phù hợp cho máy sấy tầng sôi xung khí loại cấp liệu liên tục, đặc biệt thích hợp cho ứng dụng quy mô công nghiệp, nhất là trong quá trình sấy đường với năng suất lớn.

Nghiên cứu của tác giả và cộng sự đã chỉ ra rằng máy sấy tầng sôi xung khí phân phối khí theo chiều dài có nhiều ưu điểm vượt trội Cụ thể, vận tốc hoá sôi trong thiết bị này gấp 2 lần so với vận tốc sôi tối thiểu của máy sấy tầng sôi thông thường, đồng thời tổn thất áp suất qua lớp hạt cũng được cải thiện Sản phẩm sau khi sấy đạt độ ẩm đồng đều hơn, góp phần giảm thiểu chi phí năng lượng.

Năm 2007, Sobrino và cộng sự đã chỉ ra rằng đường kính lỗ phân phối khí và tốc độ của vòng đĩa tạo xung ảnh hưởng lớn đến hiệu quả sấy, thông qua tổn thất áp suất của lớp hạt Do đó, cần nghiên cứu quá trình chế tạo lỗ trên đĩa phân phối khí kết hợp với vận tốc đĩa quay để giảm thiểu trở lực, tránh làm tăng cột áp của quạt, từ đó giảm nguy cơ quá tải và tiết kiệm điện năng.

Năm 2009, tác giả Rogula G đã chứng minh rằng sự thay đổi về tần số xung khí, đường kính hạt và chiều cao lớp hạt đều ảnh hưởng đến tổn thất áp suất qua lớp hạt và chế độ sôi Kết quả nghiên cứu cho thấy có mối tương quan giữa tiêu chuẩn Reynolds và tổn thất áp suất trong lớp hạt.

Năm 2011, Godoi F.C và các cộng sự đã xác định chế độ sấy tối ưu cho vật liệu polymer sinh học với tần số đĩa quay 7Hz, nhiệt độ 90C và vận tốc 0,55 m/s, cho thấy hiệu quả cao trong quá trình sấy.

Máy sấy tầng sôi dạng mẻ phù hợp cho việc sấy các vật liệu dạng hạt rời với độ ẩm bề mặt cao nhờ vào tần số xung cấp khí lớn, giúp tăng tốc độ quay đĩa và rút ngắn thời gian lưu trong buồng sấy Ngược lại, máy sấy tầng sôi xung khí liên tục có thể dẫn đến độ ẩm sản phẩm không đồng đều Các thông số chính ảnh hưởng đến quá trình sấy bao gồm vận tốc, tần số xung khí và nhiệt độ sấy, đây là cơ sở quan trọng để lựa chọn các thông số công nghệ cần thiết cho thí nghiệm sấy đường.

Năm 2001, Todor Djurkov đã giới thiệu máy sấy tầng sôi xung khí lớn nhất cho ngành sản xuất muối tinh, với năng suất tối đa lên đến 3000 kg/h Tuy nhiên, máy sấy này gặp phải nhược điểm trong thiết kế với 3 khoang phân phối khí dạng mẻ, cần thiết cho việc sấy các vật liệu có tính kết dính cao Để đảm bảo quá trình sôi hiệu quả và tránh tình trạng kết dính, tốc độ quay của đĩa phải rất lớn, dẫn đến hạn chế về năng lượng và cấu trúc chế tạo cồng kềnh, yêu cầu nhiều động cơ để tạo xung.

Nghiên cứu về tầng sôi xung khí đã được nhiều tác giả công bố, trong đó Jezowska [35] cho rằng tần số cấp xung hợp lý là 1-10 Hz, áp dụng cho máy sấy tầng sôi xung khí dạng mẻ với vật liệu hạt cát và hạt củ cải Godoi và cộng sự [18, 36] xác định tần số 7-13 Hz cho việc sấy Poly-Hydroxybutyrate, trong khi Somkiat Prachayawarakorn và cộng sự [30] đề xuất tần số 0,42 Hz cho vật liệu lúa Li và cộng sự [19] sử dụng tần số 0,5 Hz để sấy nhôm hoạt tính, còn Zhang và Koksal [37] khuyến nghị tần số 1-10 Hz cho hạt thuỷ tinh cát Ambrosio-Ugri và Taranto [17] công bố tần số 5-15 Hz cho axit salicylic, Sobrino và cộng sự [14] sử dụng tần số 1,8-3,3 Hz cho hạt đậu Pinto, và Ali cùng Asif [20] áp dụng tần số 0,05-0,25 Hz cho vật liệu bột nano Aerosil.

Nghiên cứu cho thấy tần số xung khí phụ thuộc vào loại vật liệu sấy và loại máy sấy Đối với máy sấy tầng sôi với xung khí liên tục, tần số cấp xung hợp lý thường nằm trong khoảng 0,05 - 1Hz Trong khi đó, máy sấy tầng xung khí dạng mẻ yêu cầu tần số cấp xung từ 1 - 10Hz.

Máy sấy tầng sôi xung khí được chứng minh là tiết kiệm năng lượng hơn so với máy sấy tầng sôi truyền thống Nghiên cứu của Gawrzynski Z và Bartosz Pieczaba năm 2006 cho thấy chi phí điện năng giảm từ 10 - 30% do vận tốc sôi thấp hơn Trước đó, Somkiat Prachayawarakorn và cộng sự (2005) đã chỉ ra rằng máy sấy tầng sôi thông thường tiêu thụ 0,27 – 0,65 MJ/kg ẩm, trong khi máy sấy tầng sôi xung khí chỉ tiêu thụ 0,19 MJ/kg ẩm, tương đương với mức giảm chi phí điện từ 17 - 54% Ngoài ra, công suất quạt cấp khí của máy sấy tầng sôi xung khí cũng thấp hơn khoảng 25% so với máy sấy tầng sôi thông thường.

Tính cấp thiết đề tài và mục tiêu nghiên cứu

1.4.1 Tính cấp thiết của đề tài

Vấn đề công nghệ sấy đường và vật liệu kết tinh đang trở nên cấp bách, đòi hỏi nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sấy mới để nâng cao chất lượng, hiệu suất và giảm chi phí Điều này nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về đường tinh luyện trong ngành chế biến thực phẩm và sử dụng hàng ngày trong các gia đình Việc hoàn thiện công nghệ sấy đường và phát triển đa dạng các loại máy sấy sẽ góp phần phục vụ tốt hơn cho ngành chế biến thực phẩm cao cấp Do đó, tôi đề xuất nghiên cứu về chủ đề này.

“Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy đường tinh luyện RS bằng phương pháp sấy tầng sôi xung khí ’’

Nghiên cứu đã xác định các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng sấy đường tinh luyện RS thông qua phương pháp tầng sôi xung khí, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa chi phí sấy.

Sấy tầng sôi là một phương pháp hiệu quả trong ngành chế biến thực phẩm, giúp đa dạng hóa các mô hình sấy cho vật liệu kết tinh dạng rời Việc áp dụng nguyên lý này không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Kết luận chương 1

Qua những phần tìm hiểu phân tích ở mục trên thì có thể kết luận:

Kỹ thuật tầng sôi đang ngày càng được ưa chuộng trong công nghệ sấy thực phẩm và hóa chất nhờ vào chất lượng sản phẩm cao Tuy nhiên, phương pháp sấy tầng sôi truyền thống gặp phải nhược điểm lớn là tiêu hao nhiều năng lượng nhiệt và điện cho hệ thống quạt thổi, điều này cần được cải thiện để nâng cao hiệu quả sử dụng.

14 thưc tiễn sấy tầng sôi chỉ áp dụng sấy các loại vật liêu dạng rời, kích thước bé, có giá trị cao

Để khắc phục nhược điểm tiêu thụ năng lượng trong quá trình sấy tầng sôi, các nhà khoa học trong và ngoài Việt Nam đang không ngừng nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật mới nhằm giảm chi phí năng lượng nhiệt và điện, đồng thời cải thiện chất lượng sản phẩm Một trong những giải pháp tiềm năng hiện nay là sấy tầng sôi xung khí, với thiết kế máy sấy cấp liệu liên tục và phương pháp cấp khí thông qua việc thay đổi vị trí dòng khí, hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả cao trong việc sấy đường RS.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Nguyên lý hoạt động của máy sấy tầng sôi xung khí liên tục

O Quạt cấp tác nhân; 1 Buồng gia nhiệt điện trở; 2 Bộ tạo xung khí;3.ống dẫn khí

4 Buồng sấy; 5 Cyclone thu bụi; 6 Nạp liệu; 7 Cửa ra sản phẩm

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy đường RS tầng sôi xung khí liên tục

Máy sấy tầng sôi xung khí (TSXK) hoạt động hiệu quả với khí được cấp gián đoạn qua 6 vùng, từ vùng cấp liệu đến cuối máy sấy, nhằm sấy các vật liệu có tính kết dính cao như đường Để giảm thiểu khả năng đóng cục ở đầu cấp liệu, chúng tôi chọn cấp khí liên tục ở vùng đầu tiên, không sử dụng bộ tạo xung khí.

Quạt cấp khí thổi qua bộ gia nhiệt điện trở để tạo ra tác nhân sấy có nhiệt độ cao, sau đó đi qua bộ tạo xung khí nhằm thay đổi vị trí cấp khí vào buồng sấy Tác nhân sấy sẽ thực hiện quá trình trao đổi nhiệt – ẩm với vật liệu sấy trong buồng sấy Khí thải sau quá trình sấy tiếp tục đi qua buồng phân ly và vào cyclone thu bụi, nơi khí thải được thải ra ngoài môi trường.

Quạt cấp khí có vai trò quan trọng trong việc hút không khí từ bên ngoài và luân chuyển không khí trong hệ thống sấy Lưu lượng làm việc của quạt cần thiết để cung cấp khí nóng cho quá trình sấy, trong khi cột áp làm việc của quạt phải đủ lớn để bù đắp cho tổng tổn thất từ cửa vào quạt đến cyclone thu bụi Tổn thất này bao gồm các yếu tố như bộ gia nhiệt, bộ tạo xung khí, ống dẫn khí nóng, ghi phân phối khí, lớp hạt trong buồng sấy và cyclone Do đó, quạt lắp trong máy sấy tầng sôi cần có lưu lượng và cột áp đủ lớn để duy trì lớp hạt sôi lơ lửng.

Vật liệu ẩm được xử lý trước khi vào buồng sấy nhờ trục đánh tơi, giúp đường không bị đóng cục và được cấp liệu đều đặn vào máy sấy Đối với sấy đường, cần có lớp đệm trợ sôi để vật liệu ẩm dễ dàng hóa sôi và tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt – ẩm Khi lớp sôi tốt hơn, các hạt vật liệu sẽ nhảy qua tấm chắn vào cửa thu hồi sản phẩm Một số hạt nhỏ sẽ bị cuốn theo dòng tác nhân và được giữ lại bởi cyclone Lượng sản phẩm thu được tại cửa ra liệu là năng suất chính phẩm thực tế sau quá trình sấy.

Thiết bị tạo xung khí bao gồm hai đĩa: một đĩa động (đĩa quay) có lỗ phun và một đĩa tĩnh (đĩa cố định) với sáu lỗ phun kết nối với các ống dẫn khí Các ống này dẫn khí đến từng vùng của buồng sấy theo thứ tự cấp khí Động cơ tạo xung cấp khí được gắn với đĩa quay, và tốc độ quay của động cơ có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số.

Số 17 ảnh hưởng đến tốc độ quay của đĩa động, từ đó quyết định thời gian mà vật liệu sấy lưu lại trong buồng sấy Thời gian này có tác động trực tiếp đến chất lượng sấy của sản phẩm.

Các phương trình tính toán thiết kế sấy tầng sôi xung khí liên quan

Khi xem xét một khối hạt rời ở trạng thái tĩnh, các hạt tương tác với nhau qua lực dính và bị ảnh hưởng bởi trọng lực Để khối hạt có thể giãn nở và chuyển sang trạng thái linh động, cần phải tác động một dòng khí có vận tốc lớn hơn vận tốc cân bằng (vcb) Để duy trì lớp hạt sôi ổn định, vận tốc dòng khí qua lớp hạt (vk) cần được xác định theo tiêu chuẩn Reynolds.

Trong đó: dh – Đường kính hạt, m

k – Khối lượng riêng của khí, kg/m 3

Độ nhớt động học (µk) được đo bằng N.s/m² Trong trường hợp hạt có hình dạng tròn, kích thước dễ dàng được xác định qua đường kính Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, hạt thường không có hình cầu và có hình dạng bất kỳ Vì vậy, cần quy đổi kích thước hạt về kích thước trung bình và tính toán dựa trên hệ số cầu tính (), một đại lượng không thứ nguyên, để xác định kích thước của hạt không hình cầu.

 Diện tớch khối cầu co ựcựng the ồtớch với hạt

Diện tích be àmặt của hạt (2.2)

Theo tác giả [47], hệ số hình dạng của hạt được ký hiệu là , trong khi nghịch đảo của nó, được gọi là cầu tính của hạt, được ký hiệu là  = 1/ Hệ số hình dạng của các hạt được mô tả một cách tổng quát trong bảng 2.1.

Bảng 2.1: Hệ số hình dạng hình học một số loại hạt bất kỳ

Hình dạng hạt Tròn góc cạnh dài kim bản mỏng

Tiêu chuẩn Anh BS 4359 cung cấp giá trị đo lường cầu tính của nhiều loại hạt phổ biến, với giá trị nằm trong khoảng từ 0,3 đến 0,95 Để đo diện tích bề mặt của hạt, cần sử dụng thiết bị chuyên dụng và thực hiện trong môi trường phòng thí nghiệm.

Bảng 2.2: Cầu tính một số hạt thông dụng

Vật liệu Cầu tính Vật liệu Cầu tính

Hạt nhôm oxyt Hạt đá vôi Hạt đường RS Bột nghiền

Cầu tính của hạt vật liệu thường khó xác định và chủ yếu dựa vào tài liệu có sẵn Tuy nhiên, nếu biết vận tốc dòng khí và độ rỗng của lớp hạt, có thể sử dụng mối tương quan giữa tiêu chuẩn Archimedes và tiêu chuẩn Reynolds ở trạng thái sôi tối thiểu để xác định cầu tính Các giá trị cầu tính thường nằm trong khoảng từ 0,3 đến 0,9, với các giá trị cụ thể như 0,5, 0,84 và 0,89.

150 tt Re tt Re tt tt tt

Trong đó: Ar – Tiêu chuẩn Archimedes

Rett – Tiêu chuẩn Reynolds ở trạng thái sôi tối thiểu

tt – Độ rỗng ở trạng thái sôi tối thiểu

2.2.2 Đường kính trung bình Đối với vật liệu rời có kích thước đa phân tán, có thể xác định đường kính trung bình bằng phương pháp sàng (rây) như sau:

Lấy một lượng nhỏ vật liệu và tiến hành phân loại kích thước bằng hệ thống rây Phần khối lượng mẫu giữ lại do kích thước lỗ rây x i sẽ được cân đo Dữ liệu sau đó được xử lý theo phương trình để xác định kích thước trung bình của hạt.

Trong đó: d i – Trung bình cộng kích thước hai lỗ kề nhau của rây, m x i – Tỷ số giữa lượng hạt còn lại trên rây và khối hạt mẫu lấy phân tích

Hình 2.2: Phân tích kích thước khối hạt bằng sàng tiêu chuẩn [40]

Diện tích bề mặt của hạt trong một hỗn hợp không cầu có thể được tính theo công thức d i 2 / 4, dựa trên định nghĩa cầu tính  (2.2) Do đó, kích thước hạt trung bình của hỗn hợp này sẽ được xác định theo công thức (2.6) với cùng cầu tính .

2.2.3 Khối lượng riêng và khối lượng thể tích

Khối lượng riêng chính xác của hạt trong các phương trình hóa sôi được xác định bằng khối lượng của hạt chia cho thể tích thủy động của nó Thể tích này được xác định thông qua dòng lưu chất trong quá trình tương tác động học giữa lưu chất và hạt, bao gồm cả thể tích của các lỗ rỗng kín và hở.

Hình 2.3: Thể tích thủy động của một hạt [47]

Trong đó: h – Khối lượng riêng của hạt, kg/m 3 mh – Khối lượng của hạt, kg

Thể tích thủy động của hạt (Vh) được đo bằng m³ và dễ dàng xác định đối với các chất rắn không có phần rỗng thông qua tỷ trọng kế khí hoặc ống nghiệm dung dịch Tuy nhiên, những dụng cụ này không phù hợp cho hạt rắn rỗng, vì chúng chỉ cho thấy khối lượng riêng thực hoặc khối lượng riêng tuyệt đối của vật liệu, không phản ánh đúng sự tương tác của hạt với dòng lưu chất.

Khối lượng riêng thể tích của hạt, ký hiệu là b (bed density), đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán kích thước buồng sấy và các thông số thủy động học khi thiết kế lớp hạt hóa sôi Mặc dù Geldart đã đề xuất nhiều phương pháp để đo khối lượng riêng thể tích, việc xác định nó một cách trực tiếp vẫn gặp khó khăn Công thức xác định khối lượng riêng thể tích được thể hiện như sau: b b b m.

Trong đó: b – Khối lượng riêng thể tích, kg/m 3 mb – Khối lượng của khối hạt, kg

Vb – Thể tích chiếm chỗ của khối hạt, m 3 (bao gồm độ rỗng giữa các hạt)

2.2.4 Độ rỗng Độ rỗng hay còn gọi độ xốp của một lớp hạt, , là phần thể tích lớp hạt chiếm chỗ do khoảng không gian giữa các hạt rắn Giá trị của độ rỗng phụ thuộc vào hình dạng hạt, dạng mà chúng sắp xếp trong lớp hạt (những hạt nhỏ có thể lấp đầy độ rỗng giữa các hạt lớn hơn), kích thước của lớp hạt (độ rỗng gần buồng chứa hoặc là bề mặt bên trong khác với độ rỗng ở giữa lớp hạt) Độ rỗng được phỏng chừng từ dạng hình học của các hạt đơn lẻ là thiếu tin cậy trong thực tiễn Độ rỗng lớp hạt chỉ được tin cậy cao chỉ khi tiến hành thí nghiệm trong điều kiện cụ thể khi có tính đến độ ẩm của hạt

21 Độ rỗng của khối hạt ở trạng thái tĩnh được xác định bằng công thức:

Nếu lớp hạt được xếp chặt hoặc được nén xuống, độ rỗng sẽ nhỏ hơn độ rỗng được tính ở trên

Theo [50] độrỗng của lớp hạt ở trạng thái sôi tối thiểu có thể được tính bằng công thức thực nghiệm:

Kunii và Levenspiel [51] đưa ra phương trình tương quan về mặt cân bằng khối lượng:

Như vậy chiều cao lớp hạt khi sôi tối thiểu:

Trong đó 0; H 0 là độrỗng và chiều cao của lớp hạt ở trạng thái tĩnh; tt, H tt là độrỗng và chiều cao của lớp hạt ở trạng thái sôi tối thiểu

Khi tính toán độ rỗng của lớp hạt ở trạng thái sôi ổn định, Zabrodsky [7] đưa ra công thức tính theo tiêu chuẩn Reynolds và Archimedes như sau:

Khi lớp hạt bị ảnh hưởng bởi dòng khí, giá trị  sẽ bằng 1 Để kết nối lý thuyết với thực tiễn và sử dụng thực nghiệm so sánh với lý thuyết, các công thức tính lớp sôi tối thiểu được xây dựng dựa trên kết quả thực nghiệm.

2.2.5 Vận tốc hóa sôi tối thiểu

2.2.5.1 Vai trò của vận tốc hóa sôi tối thiểu

Các giai đoạn của tầng sôi chủ yếu phụ thuộc vào vận tốc khí đi qua lớp hạt Theo nghiên cứu của Ridgeway và Quinn, các giai đoạn này bao gồm: a) Tầng tĩnh, b) Tầng giãn nỡ, và c) Tầng động.

22 d) Hình thành bọt e) Dịch chuyển theo dòng khí

Một lượng vật liệu rắn mịn được chuyển đổi thành tầng sôi nhờ vào tác động nâng của dòng khí đi qua lớp vật liệu Ba giai đoạn trong tầng sôi có thể được xác định dựa vào tốc độ khí thổi xuyên qua.

1) Tầng chặt hay tầng tĩnh

2) Tầng giãn nở hay tầng hóa sôi hạt

(a) Vận tốc nhỏ (b) Vận tốc trung gian (vừa đủ) (c) Vận tốc lớn v0 < vtt vtt ≤ v0 < vth v0 ≥ vth

Hình 2.4: Tầng chặt, sôi, động [7]

Tính chất thủy động của tầng sôi xung khí

Các thông số thủy động cơ bản của tầng sôi xung khí có thể được tính toán từ các mối quan hệ sau đây [45, 46]:

Tiêu chuẩn Reynolds ở trạng thái sôi tối thiểu:

Hoặc   P K  1 0,52   1 2,7.10   4 K  (2.42) Với K (N/m 2 ) được xác định bằng:

Theo Todor G Djurkov đã áp dụng phương trình (2.40) để thiết kế hai loại máy sấy công nghiệp: máy sấy hạt mè với năng suất 100 kg/h và máy sấy muối tinh với năng suất 3000 kg/h Các đặc tính thủy động và động học của quá trình sấy cũng như mô hình của các máy sấy này được trình bày chi tiết trong các nghiên cứu gần đây của Reyes và cộng sự Đối với máy sấy tầng sôi cấp khí, khi thay đổi vị trí dòng khí, các đặc tính thủy động cơ bản tương tự như đặc tính của tầng sôi xung khí dạng mẻ, tuy nhiên không có điểm cực đại trong mối quan hệ giữa vận tốc và tổn thất áp suất.

Áp suất giảm dần theo vận tốc khí ngay cả khi quá trình sôi diễn ra hoàn toàn Các đặc điểm của tầng sôi được điều chỉnh thông qua việc thay đổi vị trí dòng khí.

- Diện tích tự do trên ghi lớn hơn (lên đến 30%) so với tầng sôi thông thường nên dễ ổn định quá trình sôi

- Vận tốc làm việc thấp hơn (trung bình khoảng 8 – 25%) vì vận tốc sôi tối thiểu thấp hơn

Hình 2.6: So sánh tổn thất áp suất theo vận tốc khí hóa sôi đối với tầng sôi xung khí và tầng sôi thông thường [4]

Các phương trình xác định tổn thất áp suất và vận tốc khí lần lượt được trình bày trong bảng 2.3, 2.4 và 2.5 [4]

Bảng 2.3: Các phương trình xác định tổn thất áp suất trong tầng sôi xung khí [4]

Vật liệu Phương trình Ghi chú

Số buồng: 3 Các loại dược phẩm: paracetamol,

Số buồng: 3 Đậu hà lan 1,06 0,86 0,17

Số buồng: 6 Bùn giấy  P 0,47PH t t 0,18 f 0.19 (2.48) d td = 0,01-1,0 mm

Bảng 2.4: Các phương trình xác định vận tốc khí trong tầng sôi xung khí [4]

Vận tốc sôi tối thiểu (m/s)

Vận tốc sôi tối thiểu (m/s) khi không biết cầu tính và độ rỗng

Tỷ lệ giữa vận tốc sôi hoàn toàn và vận tốc sôi tối thiểu t tt v v :

Tổn thất áp suất (Pa), lớp vật liệu thô 1,48

Tổn thất áp suất (Pa), lớp sản phẩm   P 1229 v 0,76 H 1,09 t (2.54)

Bảng 2.5: Các phương trình thiết kế trong tầng sôi xung khí đối với các loại hạt [4]

Tổn thất áp suất tối thiểu trong trạng thái sôi được tính bằng công thức 2,08 H 1,11 t ρ v 0,99 (2.55), trong khi tổn thất áp suất ở trạng thái sôi hoàn toàn là 8,63 H t 0,97 ρ v 0,99 (2.56) Vận tốc sôi tối thiểu đạt 72,87 H t 0,52 d h 0,62 ρ v 0,99 (2.57), còn vận tốc ở chế độ sôi hoàn toàn là 190,56 H t 0,56 d h 0,76 ρ v 0,08 (2.58).

Glaser và Gawrzynski trong tài liệu [4] đã so sánh máy sấy tầng sôi xung khí với máy sấy băng tải thông thường cho rau thái nhỏ và nhận thấy máy sấy tầng sôi xung khí có hiệu suất tốt hơn, dẫn đến tiêu thụ năng lượng thấp hơn và kích thước máy sấy nhỏ hơn Nghiên cứu của Grabowski và các cộng sự cũng khẳng định hiệu quả sử dụng năng lượng của máy sấy tầng sôi xung khí (bảng 2.6) [52].

Bảng 2.6: So sánh hiệu quả sử dụng năng lượng của các loại máy sấy [52]

STT Loại máy sấy Hiệu suất nhiệt Dữ liệu tham chiếu

4 Máy sấy tầng sôi xung khí 0,4 0,68

5 Máy sấy tầng sôi rung 0,4 0,5 – 0,8

Kết quả nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu lý thuyết đã xác định các thông số cơ bản của quá trình sấy như vận tốc hóa sôi tối thiểu, thời gian sấy và tổn thất áp suất qua lớp hạt Đồng thời, việc kết hợp với tính toán lý thuyết giúp xác định kích thước cơ bản của máy sấy, từ đó tạo nền tảng cho nghiên cứu thực nghiệm.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tổng quát các nội dung thực hiện đề tài nghiên cứu

Đề tài của luận văn được thực hiện theo trình tự như sau:

Hình 3.1: Tóm tắt quy trình thực hiện đề tài

Phương pháp nghiên cứu

Áp dụng kinh nghiệm từ các chuyên gia dày dạn trong lĩnh vực sấy tầng sôi để cung cấp ý kiến tư vấn hữu ích cho nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm, thiết kế và vận hành mô hình.

Kế thừa có chọn lọc từ các nghiên cứu trước đây, bài viết này tập trung vào lĩnh vực sấy tầng sôi, đặc biệt là trong quá trình sấy đường RS, dựa trên các công trình khoa học đã được công bố.

 Tiếp cận và tiếp thu các ý kiến của các chuyên gia, các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực sấy nói chung và sấy tầng sôi nói riêng

Tiến hành khảo sát công nghệ và thiết bị là bước quan trọng để tìm hiểu và phân tích các thông số cơ bản cũng như yêu cầu kỹ thuật của thiết bị Việc này sẽ tạo cơ sở vững chắc cho việc so sánh và đánh giá thiết bị trong quá trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.

Nghiên cứu các ưu điểm và nhược điểm của máy sấy tầng sôi hiện có là cần thiết để xác định hệ thống sấy phù hợp, hiệu quả và tiết kiệm chi phí chế tạo cũng như vận hành Việc này giúp tối ưu hóa quy trình sấy, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí cho doanh nghiệp.

Dựa trên việc tiếp cận và nghiên cứu công nghệ, thiết bị cùng với những kinh nghiệm chuyên môn, việc lựa chọn có chọn lọc các ưu và nhược điểm sẽ tạo nền tảng vững chắc cho quá trình nghiên cứu Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí nghiên cứu mà còn nâng cao hiệu quả cho luận văn.

3.2.3 Phương pháp giải tích toán học Áp dụng các công thức toán học về lĩnh vực sấy nói chung và lĩnh vực sấy tầng sôi nói riêng để giải quyết các bài toán thiết kế theo hướng tạo ra mô hình vật lý cũng như giải các bài toán về quy hoạch thực nghiệm

3.2.4 Phương pháp mô hình vật lý

Vận dụng lý thuyết để thiết kế và chế tạo mô hình vật lý phục vụ nghiên cứu thực nghiệm sấy đường RS

3.2.5 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố được sử dụng để xác định mối quan hệ tương quan giữa các thông số công nghệ, từ đó xác định giá trị hợp lý cho các thông số này Điều này nhằm mục đích nâng cao hiệu quả quá trình sấy đường RS.

Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố nhằm mục đích xác định ảnh hưởng của một yếu tố biến thiên đến hàm mục tiêu đã được dự đoán và thăm dò trước đó, bằng cách cố định các yếu tố khác Qua đó, phương pháp này giúp xác định khoảng nghiên cứu cho phép của yếu tố và các tác động của nó đến giá trị cực trị của hàm mục tiêu.

Luận văn thực hiện thí nghiệm đơn yếu tố và sử dụng phần mềm SPSS để xử lý số liệu thống kê, nhằm xác định miền giá trị Từ các kết quả thu được, nghiên cứu cho phép xây dựng chế độ sấy đường RS phù hợp.

Các thực nghiệm đơn yếu tố nhằm xác định tác động của các thông số công nghệ đến bốn hàm mục tiêu chính: độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy, tỷ lệ thu hồi chính phẩm trong quá trình sấy, chi phí điện năng riêng và mức tiêu hao nhiệt năng riêng.

Vật liệu và phương tiện

Vật liệu đường RS trong nghiên cứu thực nghiệm được nhập từ công ty mía đường Cần Thơ (CASUCO) và đã qua quá trình ly tâm Đường này được phân loại kích cỡ hạt bằng bộ rây tiêu chuẩn, với độ ẩm ban đầu được xác định bằng máy phân tích ẩm Axis AGS100, cho kết quả trung bình là 1,5%.

Hình 3.2: Đường RS trước và sau khi sấy

3.3.2 Mô hình và thiết bị dụng cụ nghiên cứu

Mô hình sấy tầng sôi xung khí liên tục với năng suất 20kg/h đã được tính toán, thiết kế và chế tạo dựa trên cơ sở lý thuyết Kết quả tính toán chi tiết được trình bày trong phụ lục 2, trong khi sơ đồ nguyên lý và hình ảnh thực tế của mô hình có thể tham khảo tại hình 3.3.

1- Quạt; 2- Cyclone; 3-Bộ gia nhiệt; 4- Bộ tạo xung khí;

5- Buồng sấy; 6- Van định lượng cấp liệu

Hình 3.3: Mô hình máy sấy tầng sôi xung khí phục vụ thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm máy sấy tầng sôi xung khí liên tục được lắp đặt tại phòng X6.11, khoa công nghệ Nhiệt Lạnh, trường Đại học công nghiệp Tp.HCM Hệ thống sử dụng điện trở để gia nhiệt không khí, với nhiệt độ sấy được điều khiển bởi bộ điều khiển nhiệt độ Autonics TZN4M Quạt được trang bị biến tần Hitachi X200 để điều chỉnh tốc độ và lưu lượng không khí vào buồng sấy Động cơ tạo xung sử dụng biến tần Schneider ATV312HU15M2, cho phép điều chỉnh tốc độ quay và tần số cấp xung khí.

3.3.2.2 Dụng cụ đo khối lượng

Cân đồng hồ Nhơn Hòa với trọng lượng 60kg và độ chính xác lần lượt là  200g và  5g được sử dụng để đo khối lượng đường RS nguyên liệu trước khi đưa vào máy sấy, cũng như kiểm tra sản phẩm sau khi ra khỏi máy sấy.

Để phân tích các thông số vật lý của hạt trong mẫu đường RS, chúng tôi sử dụng cân điện tử OHAUS PA214, sản xuất tại Mỹ, với giới hạn cân lên đến 210g và độ sai lệch chỉ 0,0001g.

Hình 3.5: Máy phân tích độ ẩm Axis Hình 3.6: Cân tiểu ly điện tử Ohaus

3.3.2.4 Dụng cụ xác định kích thước hạt đường RS

Kích thước hạt được xác định dưới giá trị đường kính trung bình thông qua bộ rây tiêu chuẩn mã hiệu E–11–70 do USA sản xuất

Hình 3.7: Bộ rây dùng phân loại nguyên liệu và sản phẩm sấy

3.3.2.5 Dụng cụ đo độ ẩm của hạt đường RS Để đo độ ẩm sản phẩm, luận văn sử dụng máy đo độ ẩm vật liệu rời mã hiệu AGS50 của hãng Axis, Balan sản xuất năm 2009, sai số đo là 0,01%

Mẫu cần đo có khối lượng từ 10 đến 20g, được đặt ở nhiệt độ sấy tối đa cho phép là 80C Sau khi cho mẫu vào máy, người dùng chỉ cần chờ đợi kết quả hiển thị trên màn hình LCD.

Mẫu đường RS được lấy ngẫu nhiên và theo chu kỳ trong quá trình thí nghiệm, sau đó được bảo quản trong các hộp nhựa kín Việc đo mẫu chỉ được thực hiện sau khi kết thúc mỗi thí nghiệm.

3.3.2.6 Dụng cụ đo và ghi dữ liệu nhiệt độ trong quá trình sấy

Sử dụng bộ ghi nhiệt độ DDC-C46 dùng để thu thập tín hiệu nhiệt độ trong buồng sấy

+ NTC (cảm biến nhiệt độ dạng điện trở)

 Ngõ ra dạng relay cho phép kết nối dễ dàng với các thiết bị khác như relay trung gian, contactor, chuông, đèn báo …

 Dòng điện cho phép dưới 2A ở 220VAC

 Kết nối máy tính và ghi dữ liệu cũng như điều khiển thông qua phần mềm DDC Configurator

Hình 3.8: Bộ ghi nhiệt độ PNTECH DDC-C46

3.3.2.7 Dụng cụ đo tiêu thụ điện

Tiêu thụ điện của quạt cấp tác nhân sấy được đo bằng điện kế lắp tại bảng điều khiển Chỉ số tiêu thụ điện được xác định bằng hiệu số giữa chỉ số lúc bắt đầu và kết thúc quá trình sấy Mô hình lắp đặt sử dụng 03 điện kế có thang đo từ 1kWh đến 200kWh, với độ chính xác đạt 1/1000kWh.

Hình 3.9: Điện kế đo tiêu thụ điện 3.3.2.8 Dụng cụ đo công suất tiêu thụ điện của thiết bị sử dụng điện

Mục đích của việc kiểm tra và đối chiếu kết quả đo của đồng hồ đo điện năng là để đảm bảo tính chính xác trong mô hình thí nghiệm Thiết bị được sử dụng là dụng cụ cầm tay HIOKI 3286–20, có khả năng đo dòng điện (I) 3 pha, hiệu điện thế (U) 3 pha, công suất tiêu thụ điện biểu kiến 3 pha và công suất tiêu thụ điện hiệu dụng 3 pha Dung sai của thiết bị đo công suất là ±0,001kW, dung sai hiệu điện thế là ±0,1V và dung sai dòng điện là ±0,01A.

Hình 3.10: Dụng cụ đo vận tốc khí SDL350 Hình 3.11: Dụng cụ đo điện HIOKI

3.3.2.9 Dụng cụ đo vận tốc tác nhân khí qua bề mặt lớp hạt

Dụng cụ đo vận tốc khí SDL350 của Extech Instruments có khả năng đo từ 0,1m/s đến 25m/s, với thang đo 0,01 m/s và độ sai số 5% Thiết bị này còn hỗ trợ tự ghi dữ liệu vào máy tính thông qua thẻ nhớ, mang lại sự tiện lợi trong việc theo dõi và phân tích thông số vận tốc khí.

Bảng 3.1: Tổng hợp các thiết bị, dụng cụ đo phục vụ thí nghiệm

STT Tên thiết bị, mã hiệu Thông số kỹ thuật Chức năng

1 Mô hình máy sấy tầng sôi xung khí

- Kích thước (dài  rộng  cao):

- Bộ gia nhiệt điện trở, công suất cực đại: 6 kW

- Công suất quạt ly tâm cấp khí nóng: 380V-50Hz-2,2kW

Thực hiện quá trình sấy

2 Bộ điều khiển nhiệt độ Autonics TZN4M

S, N, W, PT100, analog (1- 5VDC, 0-10VDC, 4-20mA)

- Ngõ ra điều khiển: relay

- Cách thức điều khiển: ON/OFF,

- Nguồn cấp: 100-240V Điều khiển nhiệt độ tác nhân sấy

- Dải công suất điều khiển: 0,4kW – 5,5 kW

- Dải tần số đầu ra: 0,5 Hz – 400

- Điện áp hoạt động: 380V-3Ph

- Độ chính xác tần số: 0,01% Điều khiển tốc độ quạt

- Dải công suất điều khiển: 0,4kW – 1,15 kW

- Dải tần số đầu ra: 0,5 Hz – 500

- Điện áp hoạt động: 380V-3Ph

- Độ chính xác tần số: 0,01% Điều khiển tốc độ động cơ xung

- Khả năng cân tối đa: 210g

- Nguồn điện: 100-120 VAC, 220- 240VAC, 50/60Hz

196mm  287mm  320mm Đo khối lượng mẫu

Dụng cụ đo vận tốc khí Extech

- Nhiệt độ không khí: 0 đến 50°C

- Ghi dữ liệu: 20 triệu giá trị khi sử dụng thẻ nhớ SD 2G

182mm  73mm  47,5mm Đo vận tốc tác nhân sấy

- Tín hiệu đầu vào: 4-20mA; 0- 10VDC; NTC

- Dòng điện cho phép dưới 2A ở 220VAC

Kết nối máy tính với phần mềm DDC Configurator cho phép ghi dữ liệu và điều khiển hiệu quả quá trình đo nhiệt độ vật liệu trong buồng sấy.

Công tơ điện 3 pha gián tiếp EMIC

- Điện áp danh định pha:

- Tần số danh định : 50Hz

- Dải điện áp giới hạn làm việc danh định : 0.9-1.1 Un

- Cấp chính xác : 2 Đo chi phí nhiệt năng

Công tơ điện 3 pha trực tiếp EMIC

- Điện áp danh định pha:

- Tần số danh định : 50Hz

- Dải điện áp giới hạn làm việc danh định : 0.9-1.1 Un

- Cấp chính xác : 2 Đo chi phí điện năng

Xác định các thông số nghiên cứu

3.4.1 Xác định các thông số nghiên cứu đầu vào

Để xây dựng chế độ sấy hiệu quả cho việc sấy đường RS bằng phương pháp sấy tầng sôi xung khí liên tục, cần xác định hợp lý các thông số công nghệ của quá trình sấy Điều này có nghĩa là trong những điều kiện nhất định của quá trình, các thông số công nghệ còn lại phải được thiết lập đúng cách nhằm tối ưu hóa hiệu quả sấy.

Nhiệt độ và vận tốc của tác nhân sấy là hai yếu tố công nghệ then chốt ảnh hưởng đến quá trình sấy tầng sôi Nhiều nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã chỉ ra tầm quan trọng của chúng Đặc biệt, trong sấy tầng sôi xung khí, việc duy trì nhiệt độ và vận tốc tác nhân sấy ở mức phù hợp là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả sấy.

Để đảm bảo quá trình hóa sôi hạt không bị phá vỡ, phạm vi hợp lý cần được xác định sao cho không quá lớn, nhằm tránh tăng chi phí năng lượng và giảm tổn thất nhiệt ra môi trường.

Trong quá trình sấy tầng sôi xung khí, việc cấp khí với tần số khác nhau sẽ ảnh hưởng đến khoảng cách giữa các hạt, từ đó tác động đến quá trình trao đổi nhiệt-ẩm và tổn thất áp suất Cụ thể, tần số cấp khí 1Hz, 3Hz và 7Hz có thể ảnh hưởng đến chất lượng và chi phí sấy.

Tần số xung khí ảnh hưởng đáng kể đến chuyển động của hạt và tổn thất áp suất trong quá trình sấy vật liệu rời, đặc biệt là với các hạt có kích thước đa phân tán như đường RS Đường kính hạt nhỏ giúp giảm chi phí năng lượng do vận tốc hóa sôi thấp hơn và quá trình khuếch tán ẩm diễn ra nhanh chóng, giúp sản phẩm đạt độ ẩm yêu cầu nhanh hơn Việc xác định đường kính trung bình của hạt là cần thiết để tối ưu hóa các thông số công nghệ khác trong quá trình sấy Đường kính hạt cũng là yếu tố quan trọng trong kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí vì ảnh hưởng lớn đến tổn thất áp suất Trong sấy liên tục, các thông số như năng suất và chiều cao lớp hạt được duy trì ổn định, khác với quá trình sấy theo mẻ.

Các thông số công nghệ, bao gồm nhiệt độ và vận tốc của tác nhân sấy, có ảnh hưởng rõ rệt đến độ ẩm của sản phẩm Khi nhiệt độ và vận tốc sấy tăng cao, độ ẩm sản phẩm sẽ giảm, tuy nhiên điều này cũng dẫn đến việc tăng chi phí sản xuất.

Quá trình sấy sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tần số xung khí và kích thước vật liệu Tần số xung khí cao giúp rút ngắn thời gian cấp khí, nhưng có thể dẫn đến độ ẩm sản phẩm không đạt yêu cầu Ngược lại, tần số thấp làm tăng thời gian cấp khí, khiến vật liệu dễ bị kết dính và giảm năng suất sấy Đối với vật liệu có kích thước lớn, việc hóa sôi khó khăn hơn, yêu cầu tăng tốc độ tác nhân, dẫn đến chi phí sấy cao hơn Trong khi đó, vật liệu nhỏ dễ hóa sôi hơn, mang lại chất lượng sấy tốt và chi phí thấp hơn.

Quá trình sấy đường tầng sôi xung khí chịu ảnh hưởng trực tiếp từ bốn yếu tố chính: nhiệt độ, kích thước hạt đường, vận tốc tác nhân sấy và tần số cấp xung Những yếu tố này không chỉ tác động đến chất lượng sản phẩm cuối cùng mà còn ảnh hưởng đến chi phí sấy, bao gồm độ ẩm cuối cùng, tỷ lệ thu hồi thành phẩm, chi phí điện năng và chi phí nhiệt năng.

Dựa vào các phân tích nêu trên, những thông số có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy đã được quan sát, bao gồm:

• v: Vận tốc tác nhân sấy, m/s

• f: Tốc độ xung khí, Hz

• d h: Đường kính trung bình hạt, m

Các yếu tố chất lượng và chi phí sấy được xem xét (yếu tố đầu ra) bao gồm:

• Y 2: Tỷ lệ thu hồi chính phẩm, %

• Y 3: Chi phí điện năng cho 1kg sản phẩm, Wh/kgSP

• Y 4: Chi phí nhiệt năng cho 1kg sản phẩm, kJ/kgSP

Hình 3.13: Tổng hợp các thông số ảnh hưởng của đề tài

Các yếu tố đầu vào ảnh hưởng đến hàm mục tiêu trong quá trình sấy bao gồm nhiệt độ sấy, vận tốc tác nhân sấy, tần số xung khí và đường kính trung bình của hạt Mặc dù có nhiều yếu tố tác động đến quá trình sấy, luận văn này tập trung phân tích các thông số công nghệ và xác định bốn yếu tố chính có ảnh hưởng lớn Mục tiêu là xây dựng thí nghiệm để đánh giá tác động của các yếu tố này đến hiệu quả sấy.

Nghiên cứu này xác định ảnh hưởng của bốn thông số công nghệ chính trong quá trình sấy tầng sôi xung khí, nhằm đạt được năng suất sấy theo thiết kế lý thuyết Bài viết cũng đề cập đến khoảng biến thiên của các thông số này để đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu về độ ẩm, tỷ lệ thu hồi cao, đồng thời giảm thiểu tiêu hao điện năng và nhiệt năng riêng.

Xây dựng chế độ sấy cần xác định các giá trị cụ thể của các biến đầu vào nhằm tối ưu hóa các hàm mục tiêu.

3.4.2 Xác định các hàm mục tiêu (thông số đầu ra)

Độ ẩm sản phẩm sấy là chỉ số quan trọng phản ánh chất lượng và hiệu quả của hệ thống sấy Trong quá trình sấy và bảo quản, độ ẩm cần được kiểm soát nghiêm ngặt Đặc biệt, trong máy sấy tầng sôi xung khí, độ ẩm sản phẩm chịu ảnh hưởng lớn từ các thông số công nghệ như nhiệt độ, vận tốc tác nhân sấy, tần số xung khí và kích thước hạt, cũng như chế độ sôi.

Khi chế độ sôi thay đổi, hệ số truyền nhiệt và độ ẩm giữa hạt với tác nhân cũng như giữa các hạt với nhau sẽ thay đổi Điều này dẫn đến thời gian lưu của vật liệu trong buồng sấy khác nhau, từ đó làm ảnh hưởng đến độ ẩm của vật liệu khi ra khỏi máy sấy.

Thông số đầu ra (hàm mục tiêu)

– Y 1: Độ ẩm sản phẩm – Y 2: Tỉ lệ thu hồi – Y 3: Chi phí điện năng – Y 4: Chi phí nhiệt năng

Thông số đầu vào (các biến)

Chất lượng sấy được xác định qua nhiều tiêu chí khác nhau, trong đó chỉ tiêu độ ẩm của đường RS sau khi sấy là yếu tố được chú trọng đặc biệt Ngoài ra, tỉ lệ thu hồi chính phẩm cũng là một chỉ tiêu quan trọng cần được xem xét.

Chỉ tiêu độ ẩm M 2 (%) được mã hoá là (Y 1), và độ ẩm của đường RS được xác định bằng phương pháp cân – sấy Để xác định độ ẩm, cần lấy mẫu sản phẩm ngẫu nhiên sau khi ra khỏi buồng sấy, với mỗi thí nghiệm lấy từ 3 – 5 mẫu theo các khoảng thời gian nhất định Các mẫu này sau đó được đo bằng máy theo tiêu chuẩn ICUMSA GS 1-9 (1994).

 Sấy chén đựng đường trước khi dùng ở nhiệt độ 140C làm nguội trong bình hút ẩm, cân chén, tiếp tục sấy chén tới khối lượng không đổi

 Cân khoảng 10g đường RS chính xác tới 0,001g cho vào chén sấy Sấy đường

Kết luận chương 3

Dựa vào các thí nghiệm sấy đường RS trên mô hình máy sấy đã chế tạo và các phân tích từ nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, các thông số công nghệ quan trọng như nhiệt độ tác nhân sấy, vận tốc tác nhân sấy, tần số xung khí và đường kính trung bình hạt đường đã được xác định Để đánh giá ảnh hưởng của các thông số này đến quá trình sấy, các hàm mục tiêu đầu ra bao gồm độ ẩm sản phẩm, tỷ lệ thu hồi chính phẩm, chi phí điện năng riêng và chi phí nhiệt năng riêng đã được lựa chọn Các thí nghiệm đơn yếu tố đã được thực hiện dựa trên vật liệu và phương tiện có sẵn, với kết quả nghiên cứu thực nghiệm được trình bày trong chương 4.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

Định dạng
Số trang	137
Dung lượng	3,21 MB