Báo cáo hệ thống sấy phun

Khi kích thước hạt và phânphối của các sản phẩm cuối cùng, hàm lượng nước dư, mật độ khối lượng và hình dạnghạt phải đáp ứng tiêu chuẩn chính xác, sấy phun là một trong những công nghệ m

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BỘ MÔN KỸ THUẬT SẤY VÀ CHƯNG CẤT 

MÃ MÔN HỌC: 211DRYT331132_01CLC THỰC HIỆN: Nhóm 06 , thứ 5, tiết 4-6 GVHD: TS Lê Minh Nhựt

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 11, năm 2021

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 1

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA LÀM BÁO CÁO 3

LỜI CẢM ƠN 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẤY VÀ PHÂN LOẠI 5

HỆ THỐNG SẤY PHUN 5

1.1 Quá trình sấy 5

1.1.1 Khái niệm và phạm vi ứng dụng về quá trình sấy 5

1.1.2 Một số phương pháp sấy 5

1.2 Hệ thống sấy phun 6

1.2.1 Lịch sử phát triển của công nghệ sấy phun 6

1.2.2 Định nghĩa về quá trình sấy phun 6

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 6

1.3 Phân loại hệ thống sấy phun 7

1.3.1 Máy sấy lưu lượng đồng dòng (cùng chiều) 7

1.3.2 Máy sấy lưu lượng ngược dòng (ngược chiều) 8

1.3.3 Máy sấy lưu lượng dòng hỗn hợp 8

1.3.4 Máy sấy chu kỳ mở 9

1.3.5 Máy sấy chu kỳ bán khép kín 9

1.3.6 Máy sấy chu kỳ khép kín 9

1.3.7 Máy sấy phun một giai đoạn 10

1.3.8 Máy sấy phun hai giai đoạn 10

1.3.9 Máy sấy đứng 11

1.3.10 Máy sấy ngang 12

PHẦN 2: HỆ THỐNG SẤY PHUN VÀ CÁC BỘ PHẬN THIẾT BỊ SẤY PHUN 12

2.1 Cấu tạo hệ thống sấy phun 13

2.2.1 Cơ cấu phun sương 13

2.1.2 Buồng sấy và hệ thống thu hồi sản phẩm 16

2.1.3 Quạt 17

2.1.4 Bộ trao đổi nhiệt calorife 18

2.2 Nguyên lí làm việc của hệ thống sấy phun 18

2.3.2 Nhược điểm 19

CHƯƠNG 3 :ỨNG DỤNG VÀ GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ SẤY PHUN 20

3.1 Ứng dụng của hệ thống sấy phun 20

3.2 Thiết bị sấy phun dùng cho nghiên cứu 21

3.3 Thiết bị sấy phun áp lực cao YPG 21

3.3.1 Sơ lược về thiết bị 21

3.3.2 Ứng dụng của thiết bị ở các lĩnh vực 22

3.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 22

3.4 Thiết bị sấy phun ly tâm tốc độ cao LPG 23

3.4.1 Sơ lược về thiết bị 23

3.4.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị 24

3.5 Thiết bị sấy phun ly tâm tốc độ cao ZLPG 25

3.5.1 Sơ lược về thiết bị 25

3.5.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị 26

KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

Hình 2.8 Buồng sấy và hệ thống thu hồi sản phẩm trong hệ thống sấy phun…….

…… 16

Hình 2.9 Quạt li tâm tăng lưu lượng tác nhân sấy………

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA LÀM BÁO CÁO

HỌC KÌ I, NĂM HỌC 2021-2022

Nhóm số 06 (Lớp thứ 5, tiết 4-6)

Tên đề tài: HỆ THỐNG SẤY PHUN

STT HỌ VÀ TÊN SINH

VIÊN

MÃ SỐ SINH

và chỉnh sửa Powerpoint

điểm,ứng dụng và tổng hợp file Word

tổng hợp Powerpoint

Nhận xét của giáo viên:

Ngày … tháng … năm 2021 Giáo viên chấm điểm

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất giúp chonhóm chúng em có thể trao đổi thông tin, tìm kiếm tài liệu cần thiết Đặc biệt nhómchúng em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy TS.Lê Minh Nhựt trong quá trình tìm hiểu

và học tập nhóm em đã nhận được sự giảng dạy và hướng dẫn rất tận tình, tâm huyếtcùa thầy giúp chúng em tích lũy thêm nhiều kiến thức hay và bổ ích

Do kinh nghiệm làm đề tài, kiến thức còn hạn chế và dịch Covid 19 phức tạpkhiến cả nhóm khó khắn trong việc trao đổi, thảo luận nên trong bài tiểu luận khôngtránh khỏi những thiếu sót Nhóm chúng em mong nhận được sự nhận xét, ý kiến đónggóp từ phía thầy để bài tiểu luận được hoàn thiện hơn

Lời cuối cùng, kính chúc thầy dồi dào sức khỏe để tiếp tục dìu dắt nhiều thế hệhọc trò đến với bờ tri thức Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẤY VÀ PHÂN LOẠI

HỆ THỐNG SẤY PHUN 1.1 Quá trình sấy.

1.1.1 Khái niệm và phạm vi ứng dụng về quá trình sấy.

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt (hay quá trìnhtách lỏng ra khỏi chất rắn bằng phương pháp bay hơi) Có 2 phương pháp sấy là: sấy

tự nhiên và sấy nhân tạo

Nhiệt được cung cấp cho vật liệu ẩm (bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc bằngnăng lượng điện trường có tần số cao) để biến đổi trạng thái pha của lỏng trong vậtliệu thành hơi

Trong quá trình sấy, nước được cho bay hơi ở nhiệt độ cao bất kì do sự chênh lệch

độ ẩm tại bề mặt và bên trong vật liệu (khuếch tán ẩm) hoặc sự chênh lệch áp suất hơiriêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh Sấy là một quátrình không ổn định, độ ẩm của vật liệu sấy thay đổi theo cả không gian và thời gian

Quá trình sấy khô đã được sử dụng trong hàng ngàn năm phục vụ cho đời sống conngười như để giảm trọng lượng vận chuyển, tăng thời gian bảo quản thực phẩm hoặcvật liệu, hay ứng dụng trong công – nông nghiệp như hóa chất, dược phẩm, chế biếnnông – hải sản, vật liệu xây dựng

Sấy không chỉ là quá trình tách ẩm đơn giản mà phải đòi hỏi về công nghệ Vật liệusau khi sấy phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn ít năng lượng vì chi phí vận hànhthấp Do đó, cần phải dựa vào tính chất vật liệu, lượng sản phẩm để chọn ra chế độ vàphương pháp sấy tối ưu cũng như tùy vào năng suất, hiệu quả kinh tế mà chọn hệthống sấy cho phù hợp Để chất lượng sản phẩm ngày càng nâng cao, công nghệ sấycũng dần được cải tiến và phát triển

1.2 Hệ thống sấy phun.

Sấy phun là một hệ thống sử dụng phương pháp sấy đối lưu Sấy phun là công

nghệ được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ tạo hình chất lỏng và trong côngnghiệp sấy Công nghệ sấy thích hợp nhất để sản xuất bột rắn hoặc các sản phẩm hạt từvật liệu lỏng, như: dung dịch, nhũ tương, huyền phù Khi kích thước hạt và phânphối của các sản phẩm cuối cùng, hàm lượng nước dư, mật độ khối lượng và hình dạnghạt phải đáp ứng tiêu chuẩn chính xác, sấy phun là một trong những công nghệ mongmuốn nhất

1.2.1 Lịch sử phát triển của công nghệ sấy phun.

Sự phát triển của thiết bị và kỹ thuật sấy phun đã diễn ra trong khoảng thờigian vài thập kỷ từ những năm 1870 đến đầu những năm 1900 Bằng sáng chế về sấyphun đã được đăng ký vào năm 1872 tại Hoa Kỳ Percy đã mô tả nguyên lý của sấyphun và ông được coi là người phát minh ra công nghệ sấy phun Hệ thống sấy phuncông nghiệp đầu tiên được lắp đặt vào năm 1905 cho công ty Hoa Kỳ mang tên MerrilSoul Máy sấy phun đầu tiên được biết đến sử dụng máy phun dạng vòi, và máy phundạng quay đã được giới thiệu vài thập kỷ sau đó

Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp sữa, do sản lượng sữa tănglên sau Thế chiến thứ hai và nhu cầu đột ngột giảm trọng lượng vận chuyển của thựcphẩm và các vật liệu, đã mang lại sự cải tiến đáng kể cho máy sấy phun Sấy sữa làứng dụng thương mại đầu tiên của công nghệ này

1.2.2 Định nghĩa về quá trình sấy phun.

Định nghĩa sấy phun: Sấy phun là một trong những công nghệ sấy công nghiệp

do khả năng sấy một bậc nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột khá đơn giản, dễdàng kiểm soát nhiệt độ và định dạng hạt sản phẩm một cách chính xác Phương phápsấy phun được xem là green Technology (công nghệ xanh: giữ được giá trị cảm quan

và dinh dưỡng tốt cho sản phẩm vì thời gian sấy khá ngắn, bốc hơi nhanh)

Sự kết hợp với không khí nhỏ giọt: Phần tử trung tâm của máy sấy phun làbuồng sấy phun, nơi chất lỏng phun dưới dạng sương đưa vào tiếp xúc với khí nóng(thường là không khí, chân không) Dẫn đến sự bay hơi của hơn 95% nước Cách thứcphun tiếp xúc với không khí trong máy sấy ảnh hưởng đến hoạt động của giọt tronggiai đoạn sấy và có ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính của sản phẩm sấy

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy.

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình sấy: Nồng độ và nhiệt độ

- Nồng độ chất khô của nguyên liệu:

 Nồng độ cao: giảm thời gian bốc hơi những tăng độ nhớt của nguyên liệu, gâykhó khăn cho quấ trình sấy phun.

 Nồng độ thấp: tiêu hao nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình

- Nhiệt độ của tác nhân sấy: là yếu tố ảnh hưởng đến độ ẩm sản phẩm sau khi sấyphun Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của bột sản phẩm thu được sẽ gỉam đi nếu tatăng nhiệt độ tác nhân sấy Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ cao có thể gây phân hủy một

số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt và làm tăng mức tiêu hao năng lượngcho toàn bộ quá trình sấy

- Ngoài ra, còn có các yếu tố khác cũng ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trìnhnhư: kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt trong buồng sấy; tốc độđưa dòng nguyên liệu vào cơ cấu phun sương, lưu lượng khí nóng vào buồng sấy, cấutạo và kích thước buồng sấy

1.3 Phân loại hệ thống sấy phun

 Phân loại theo dạng lưu lượng sấy

 Phân loại theo chu kỳ sấy

 Phân loại theo giai đoạn sấy

 Phân loại theo cơ cấu hình dáng

1.3.1 Máy sấy lưu lượng đồng dòng (cùng chiều).

Thiết kế phù hợp với các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt Quá trình phun bay hơidiễn ra nhanh, kéo theo nhiệt độ của không khí sấy giảm nhanh do sự hóa hơi củanước Sản phẩm không bị nóng suy thoái vì nhiệt độ giọt thấp trong hầu hết quá trìnhbay hơi Khi độ ẩm đạt đến độ yêu cầu, khi đó nhiệt độ của hạt sẽ không tăng lên quácao vì không khí xung quanh lúc này đã mát hơn rất nhiều Các sản phẩm sữa và thựcphẩm nhạy cảm với nhiệt khác thường được sấy trong hệ thống này

Hình 1.1 Máy sấy lưu lượng đồng dòng(cùng chiều)[2]

1.3.2 Máy sấy lưu lượng ngược dòng (ngược chiều).

Đầu phun và không khí được đưa vào ở phía trên và phía dưới của máy sấy, với

bộ phun được đặt ở phía trên và không khí đi vào ở phía dưới Khả năng bốc hơi nhanhhơn và hiệu quả năng lượng cao hơn so với thiết kế lưu lượng đồng dòng Không thíchhợp cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt Xà phòng và chất tẩy rửa thường được sấytrong hệ thống sấy lưu lượng không đồng thời này

Hình 1.2 Máy sấy lưu lượng ngược chiều (ngược dòng)[2]

1.3.3 Máy sấy lưu lượng dòng hỗn hợp.

Là sự kết hợp của cả đồng dòng và ngược dòng Không khí sẽ đi vào ở phía trên

và bộ phun được đặt ở phía dưới Giống như thiết kế ngược dòng, máy sấy dòng hỗnhợp cho các hạt khô nhất tiếp xúc với không khí nóng nhất Thiết kế này không được

sử dụng với các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt

Hình 1.3 Máy sấy lưu lượng dòng hỗn hợp[2]

1.3.4 Máy sấy chu kỳ mở.

Không khí được hút từ bầu khí quyển, được đốt nóng, được chuyển tải Thôngqua buồng và sau đó thải toàn bộ ra ngoài khí quyển Được sử dụng phổ biến nhất

1.3.5 Máy sấy chu kỳ bán khép kín.

Thiết kế kết hợp giữa máy sấy chu trình khép kín và không khép kín và nókhông kín khí Hệ thống "làm nóng trực tiếp" hoặc "tự trơ"

1.3.6 Máy sấy chu kỳ khép kín.

Máy sấy chu trình khép kín có thể tái chế khí sấy, là không khí hoặc phổ biếnhơn là khí trơ như nitơ Các chi tiết của máy sấy chu kỳ khép kín được lựa chọn cho:Nguyên liệu đầu vào bao gồm chất rắn trộn với dung môi hữu cơ dễ cháy, cần thu hồihoàn toàn dung môi và các sản phẩm độc hại, không được gây ô nhiễm do hơi, khí thảidạng hạt hoặc mùi, rủi ro cháy nổ phải được loại bỏ, bột sẽ bị phân hủy bởi quá trìnhoxy hóa trong quá trình sấy

Hình 1.4 Máy sấy chu kỳ khép kín[3]

1.3.7 Máy sấy phun một giai đoạn.

Độ ẩm sẽ được giảm xuống mức yêu cầu (thường là 2% -5% trọng lượng) khi

đi qua máy sấy lần đầu

Hình 1.5 Máy sấy phun 1 giai đoạn[2]

1.3.8 Máy sấy phun hai giai đoạn.

Độ ẩm của sản phẩm ra khỏi buồng cao hơn (thường từ 5% - 10%) so với sảnphẩm cuối cùng Sau khi ra khỏi buồng, lượng độ ẩm tiếp tục giảm trong giai đoạn thứhai (trong máy sấy tầng sôi hoặc máy sấy tầng rung) Cho phép sử dụng nhiệt độ thấphơn trong máy sấy Lựa chọn tốt cho các sản phẩm đặc biệt nhạy cảm với nhiệt

Hình 1.6 Máy sấy phun hai giai đoạn[2]

1.3.9 Máy sấy đứng.

Dạng hình trụ cao có buồng với đáy là hình nón Các vòi phun: Có thể đặt tại đỉnh(máy sấy đồng dòng) Hoặc đặt ở đáy (máy sấy ngược dòng hoặc máy sấy dòng hỗnhợp) của buồng Cửa cấp không khí vào để làm khô (đặt phía trên, phía dưới hoặc bêncạnh của buồng)

Hình 1.7 Cấu tạo bên trong mấy sấy dạng đứng[4]

1.3.10 Máy sấy ngang.

Buồng hình hộp chữ nhật có đáy phẳng hoặc hình chữ "V" Đầu phun trong máysấy hộp thường phun theo chiều ngang (vòi phun dòng chảy thấp), sử dụng băng tảiquét hoặc băng tải vít

Hình 1.8 Cấu tạo bên trong máy sấy dạng ngang[5]

PHẦN 2: HỆ THỐNG SẤY PHUN VÀ CÁC BỘ PHẬN THIẾT BỊ SẤY PHUN 2.1 Cấu tạo hệ thống sấy phun.

Hình 2.1 Cấu tạo hệ thống sấy phun[2]

Hệ thống sấy phun gồm các bộ phận chính như:

1 Buồng sấy

2 Calorife

3 Thiết bị chứa

4 Bơm

5 Cơ cấu phun mẫu

6 Xyclon thu hồi sản phẩm từ khí thoát

7 Xyclon vận chuyển sản phẩm

8 Các hệ thống quạt và màng lọc

Có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng dưới dạng hạt mịn(sương mù) Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt lỏng và sự phân

bố của chúng trong buồng sấy, do đó ảnh hưởng đến giá trị bề mặt tuyền nhiệt và tốc

độ sấy Giai đoạn tạo sương mù là quan trọng nhất trong quá trình sấy phun Nguyênliệu sấy được phun thành các hạt rất nhỏ và tiếp xúc với tác nhân sấy cường độ cao vàthời gian sấy ngắn, chất lượng sản phẩm được tốt hơn

Nhiệm vụ của cơ cấu phun sương: phải phun dung dịch thành những hạt phântán có kích thước theo yêu cầu, năng suất cơ cấu phải cao, lâu mòn, dễ thay thế, giáthành phù hợp Loại cơ cấu phun sương không chỉ quyết định đến năng lượng cần thiếtcho quá trình sấy mà còn quyết định đến sự phân bố kích thước và phân tán, mức độ

và quỹ đạo của hạt sương, tốc độ sấy và kích thước hạt sau khi sấy

Có các dạng cơ cấu phun sương cơ bản như: Vòi phun áp lực, vòi phun khíđộng, vòi phun dạng đĩa quay li tâm

Hình 2.2 Vòi phun dạng áp lực[6] Hình 2.3 Vòi phun dạng khí động[7]

Hình 2.4 Vòi phun dạng đĩa quay li tâm[8]

 Vòi phun dạng áp lực khí nén.

Cơ cấu phun sương dạng vòi phun áp lực khí nén có dòng lỏng được nén đến ápsuất thích hợp (5Mpa – 7Mpa) đi vào vòi phun với tốc độ lớn, đường kính các lỗ vòiphun phải từ 0,4mm – 4mm Để tăng áp suất vòi phun người ta thường bố trí nhiều vòiphun

Hình 2.5 Cấu tạo vòi phun dạng áp lực khí nén[6]

Ưu điểm: công cụ và chi phí năng lượng thấp; cấu tạo đơn giản, không cóchuyển động nên không gây ồn; thích hợp cho việc phun dung dịch keo, dung dịch có

độ nhớt cao

Nhược điểm: khó điều chỉnh năng suất; do lỗ vòi nhỏ nên đòi hỏi áp suất cao đểtránh tắc nghẽn; không dùng để phun các loại huyền phù hay bột nhão

 Vòi phun dạng đĩa quay li tâm.

Hỗn hợp dịch thể và tác nhân sấy sẽ đập vào một đĩa quay hình nón Do sự xuấthiện của lực ma sát mà dòng dung dịch bị phân tán thành các hạt sương mù có đườngkính từ 6-7mm Có thể chia thành 2 loại vòi: loại áp suất khí thấp (Ps ≤ 0.001Mpa) vàloại áp suất khí cao (Ps = 0.15Mpa - 0.17Mpa)

Hình 2.6 Cấu tạo vòi phun dạng đĩa quay li tâm[8]

Ưu điểm: dùng cho hầu hết các loại dung dịch kể cả huyền phù, dịch nhão, ; dễđiều chỉnh năng suất, độ phân tán và kích thước hạt sương

Nhược điểm: tốn nhiều năng lượng; năng suất không cao; độ đồng điều của hạtkhông cao

 Vòi phun dạng khí động.

Hình 2.7 Vòi phun dạng khí động[7]

Dịch lỏng được bom vào tâm vòi (1) và đặt trong buồng áp suất được cấu tạođặc biệt (2), lỗ thoát dung dung dịch nằm ở ttrung tâm thẳng hàng vơi trục của vòi.Kích thước của giọt được xác định bởi dòng chảy và áp suất bên trong buồng

Ưu điểm: chịu được hầu hết hóa chất và nhiệt độ cao

Nhược điểm: lỗ vòi nhỏ đòi hỏi áp suất cao để tránh gây tắc nghẽn

2.1.2 Buồng sấy và hệ thống thu hồi sản phẩm.

Buồng sấy: Nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy (không khínóng) Buồng sấy phun có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất làbuồng sấy hình trụ đứng, đáy côn Kích thước buồng sấy (chiều cao, đường kính, )được thiết kế phụ thuộc vào kích thước hạt lỏng và quỷ đạo chuyển động của chúng,phụ thuộc vào loại cơ cấu phun sương sử dụng

Hệ thống thu hồi sản phẩm: Bột sua khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáybuồng sấy Để tách sản phẩm ra khỏi khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phươngpháp khác nhau: lắng xoáy tâm, lọc, lắng tĩnh điện, Phổ biến nhất là phương pháplắng xoáy tâm và sử dung xyclon