Nghiên cứu thiết kế mô hình sấy tầng sôi xung khí kiểu mẻ dùng sấy vật liệu rời có độ ẩm cao

BỘ�CÔNG�THƯƠNG ĐẠI�HỌC�CÔNG�NGHIỆP�TP�HỒ�CHÍ�MINH BÁO�CÁO�KHOA�HỌC�TỔNG�KẾT�ĐỀ�TÀI KẾT�QUẢ�THỰC�HIỆN�ĐỀ�TÀI�KHCN CẤP�TRƯỜNG� Tên�đề�tài �Nghiên�cứu�thiết�kế�mô�hình�sấy�tầng�sôi�xung�khí�kiểu� mẻ�dùng�sấy�vật�liệu�rời�có�độ�ẩm�cao Mã�số�đề�tài �IUH KNL 1015 Chủ�nhiệm�đề�tài �Phạm�Quang�Phú Đơn�vị�thực�hiện �Khoa�công�nghệ�Nhiệt�Lạnh TP�Hồ�Chí�Minh,�năm�2018 1 PHẦN�I �THÔNG�TIN�CHUNG I �Thông�tin�tổng�quát 1 1 �Tên�đề�tài �Nghiên�cứu�thiết�kế�mô�hình�sấy�tầng�sôi�xung�khí�kiểu�mẻ�dùng�sấy�vật�.

BỘ CƠNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO KHOA HỌC TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế mơ hình sấy tầng sơi xung khí kiểu mẻ dùng sấy vật liệu rời có độ ẩm cao Mã số đề tài: IUH.KNL 10/15 Chủ nhiệm đề tài: Phạm Quang Phú Đơn vị thực hiện: Khoa cơng nghệ Nhiệt Lạnh TP Hồ Chí Minh, năm 2018 PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế mô hình sấy tầng sơi xung khí kiểu mẻ dùng sấy vật liệu rời có độ ẩm cao 1.2 Mã số: IUH.KNL 10/15 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị công tác Khoa CN Nhiệt Lạnh BM Kỹ thuật nhiệt Khoa CN Nhiệt Lạnh BM Kỹ thuật nhiệt ThS Phạm Quang Phú ThS Lê Đình Nhật Hồi ThS Dương Tiến Đồn Trung tâm R&D Tech ThS Nguyễn Hồng Khơi Khoa CN Nhiệt Lạnh BM Kỹ thuật nhiệt Vai trò thực đề tài Chủ nhiệm đề tài Thành viên Thành viên Thành viên 1.4 Đơn vị chủ trì: 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 11 năm 2015 đến tháng 11 năm 2016 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng 06 năm 2017 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 11 năm 2015 đến tháng 06 năm 2017 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): khơng 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 20 triệu đồng II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề Đối với nguyên liệu khó sấy muối tinh đường cát RS hay đường tinh luyện RE nước tồn máy sấy chất lượng thấp thấp đến máy sấy chất lượng cao liệt kê đây: Đầu tiên máy sấy rang (sấy tiếp xúc); muối sau ly tâm đưa vào chảo lớn, sau dùng củi, than đốt bên chảo, lao động thủ công đưa nguyên liệu liệu vào cào đảo qua lại để làm khô Kỹ thuật sấy cao ứng dụng sấy theo nguyên lý truyền nhiệt đối lưu máy sấy trống quay (Rotary drum dryer) Quá trình sấy diễn liên tục cho chất lượng tốt so với phương pháp trước Khi nhu cầu tiêu thụ người cao phương pháp sấy khơng cịn phụ hợp nữa, cụ thể như: tỷ lệ phế phẩm cao, màu sắc sản phẩm chưa giống màu tự nhiên, hạt sau sấy bị bể vỡ, góc cạnh hạt khơng cịn giữ ngun đưa vào máy sấy Sau máy sấy thùng quay, kỹ thuật sấy tiếp tục chuyển thêm bước tiến sấy rung kết hợp tầng sôi nhập vào Việt Nam sử dụng ngành công nghiệp sản xuất muối tinh sản xuất mía đường cao cấp Việc sử dụng máy sấy rung tầng sôi (fluidized and vibration dryer) khắc phục nhược điểm lại máy sấy thùng quay Máy sấy rung tầng sôi gọn máy sấy thùng quay cho chất lượng sản phẩm sấy cao hẳn, kết cấu máy cịn phức tạp Có thể tìm thấy ứng dụng máy sấy rung tầng sơi nhập Cơng ty đường Bình Định, Cơng ty mía đường Trị An, nhà máy sản xuất cơm dừa Thành Vinh – Bến Tre, nhà máy sữa Trường Thọ, nhà máy sữa Thống (Công ty Vinamilk) Về nghiên cứu máy sấy tầng sơi có tác giả nước nghiên cứu dạng học thuật lẫn thiết bị vào sản xuất Tác giả: Bành Xuân Phổ, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh năm 1999 công bố “Nghiên cứu phương pháp sấy tầng sôi để sấy cơm dừa luận án tiến sĩ Tác giả: Lê Đức Trung, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh năm 2003 cơng bố kết “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp sấy tầng sôi sản xuất thức ăn thủy sản Việt Nam luận án tiến sĩ Năm 2009, hai tác giả Bùi Trung Thành (Đại học Cơng nghiêp TP Hồ Chí Minh) Nguyễn Hay (Đại học Nông lâm Tp HCM) công bố kết nghiên cứu máy sấy muối tinh phương pháp sấy tầng sôi thông thường kiểu dòng trộn năm 2011, tác giả Bùi Trung Thành Công bố kết “Nghiên cứu kỹ thuật sấy muối tinh phương pháp sấy tầng sôi luận án tiến sĩ trường Đại học nông lâm TPHCM Kết nghiên cứu công bố 18 báo khoa học đăng tạp chí chuyên ngành cho nhiều kết vượt trội chất lượng hiệu suất sấy so với sấy máy sấy thùng quay máy sấy rung tầng sôi, nhiên xét riêng mặt tiệu thu lượng điện riêng sử dụng cho việc cấp tác nhân sấy cịn cao Ngồi nước có số cơng ty Cơ khí tham khảo thiết kế, chế tạo máy sấy rung tầng sôi ứng dụng sấy cơm dừa tỉnh Bến Tre xem tiến ngành khí phục vụ sấy vật liệu rời có đặc tính kết dính Thơng qua báo khoa học số nhà khoa học hàng đầu công bố kết nghiên cứu thử nghiệm mà tác giả tham khảo cho thấy phương pháp sấy tầng sơi xung khí bước đầu sấy thử cho số loại vật liệu có đặc tính kết dính thành cơng Máy sấy phương pháp sấy tầng sơi xung khí chưa nghiên cứu ứng dụng Việt Nam Vấn đề cấp bách thực tiễn cần phải nghiên cứu để tìm giải pháp mới, công nghệ việc sấy loại vật liệu có đặc tính kết dính, đặc biệt công nghệ sấy muối tinh, sấy đường RS, đường RE loại hàng hóa có sản lượng lớn nhằm đáp ứng mặt chất lượng, nâng cao hiệu suất sấy, phải giảm chi phí tiêu thụ điện sấy nhằm vừa thỏa mãn chất lượng sản phẩm sấy vừa bảo đảm chi phí sấy theo hướng tiết kiệm lượng Để giải vấn đề chi phí lượng cho quạt sử dụng trình sấy, số tác giả giới nghiên cứu phương pháp sấy tầng sôi phương pháp tầng sơi kiểu xung khí (pulsed fluidized bed dryer) Các công bố cho thấy mô hình thí nghiệm cho kết khả quan mặt tiết kiệm lượng Tác giả M.C.B Ambrosio O.P.Taranto [ 22] công bố phương pháp sấy xung khí cho ưu điểm mặt tiết kiệm lượng, tiết kiệm lưu lượng khí cấp vào buồng sấy trình sấy Theo Jezowska (1993) [20] nghiên cứu cho thấy sấy vật liệu máy sấy lớp hạt sơi kiểu xung khí cho phép tiết kiệm lượng 50% so với sấy máy sấy tầng sôi thông thường Gawrzynski cộng (1996) [30] nghiên cứu sấy đường phương pháp sấy tầng sơi xung khí mơ hình nhỏ phịng thí nghiệm cho kết tốt Các tác giả quan sát xung động khơng khí nóng tạo lớp hạt sơi, tạo hịa trộn mãnh liệt vật liệu rắn gia tăng diện tích bề mặt, điều cải thiện trình sấy Năm 1998, tác giả Gawrzynski, Kudra, Glaser [26] công bố patent máy sấy tầng sôi xung khí để áp dụng quy mơ cơng nghiệp Cũng theo tác giả Todor Djurkov [ 27, 28], máy sấy tầng sơi kiểu xung khí có khả ứng dụng nhiều lĩnh vực khác thực phẩm, hóa chất, sản phẩm công nghệ sinh học bột trộn trứng, bột mì, loại hạt…mang lại kết khả quan Tuy nhiên loại máy sấy lại khuyến cáo công nghệ chế tạo máy yêu cầu cao máy sấy tầng sôi thông thường Để xử lý cho trường hợp sấy vật liệu có độ ẩm nguyên liệu đầu vào cao, hạt có xu hướng dính với vón cục, người ta thường dùng kiểu cấp liệu rung trước buồng sấy, nhiên dùng kiểu sấy tầng sơi xung khí dễ dàng tách liên kết hạt cách thay đổi trạng thái cấp khí đột ngột So với kiểu phá liên kết dính kiểu tỏ có ưu điểm rõ rệt Nhờ tác động dịng tác nhân khí nên va đập học vật liệu sấy ghi phân phối tác nhân sấy không xảy ra, sản phẩm nên hạt vật liệu khơng bị bào mịn cạnh, hạt vật liệu không bị vỡ nên tỷ lệ thu hồi sản phẩm chất lượng sấy ổn định Cũng theo kết nghiên cứu tác giả công bố cho thấy máy sấy tầng sôi kiểu xung khí có cấu trúc tương đối đơn giản, độ hoạt động tin cậy cao, tiêu thụ lượng loại máy sấy thấp so với loại máy sấy tầng sôi thông thường Hiện nay, nước chưa có nghiên cứu máy sấy tầng sơi xung khí cơng bố đề tài mang tính cần thiết Việc chế tạo mơ hình thực nghiệm tầng sơi xung khí giúp làm sở tảng nghiên cứu thực nghiệm công nghệ sấy Mục tiêu đề tài a Mục tiêu tổng quát Làm đa dạng hóa máy sấy vật liệu rời nguyên lý sấy tầng sôi để phục vụ nghiên cứu công nghệ chế biến thực phẩm ứng dụng thực tiễn có hướng đến tiết kiệm sử dụng hiệu lượng b Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình sấy tầng sơi xung khí ứng dụng sấy muối tinh đường RS dạng mẻ có suất kg/mẻ - Xây dựng tối ưu hóa thơng số cơng nghệ loại vật liệu (muối, đường RS) để có sản phẩm sấy đạt chuẩn chất lượng, hiệu suất thu hồi cao chi phí sấy hợp lý Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu kế thừa: kế thừa kiến thức lý thuyết cơng trình công bố tài liệu kỹ thuật, sách, tạp chí chuyên ngành giới nước - Phương pháp giải tích tốn học: sử dụng mối quan hệ tốn học, hình học để giải tốn xác định kích thước thiết bị sấy - Phương pháp chuyên gia: Sử dụng kiến thức thực tế lý thuyết chuyên gia lĩnh vực sấy nông sản, thực phẩm; tác giả có cơng trình cơng bố kỹ thuật sấy tầng sôi - Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: sử dụng phương án quy hoạch trực giao bậc để xác định phương trình hồi quy tương quan hàm mục tiêu thông số công nghệ, từ tối ưu hóa hàm mục tiêu để xác định thông số công nghệ hợp lý trình sấy Tổng kết kết nghiên cứu Đề tài tiến hành nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sấy tầng sơi xung khí vật liệu rời có độ ẩm cao Từ kết nghiên cứu lý thuyết tiến hành thiết kế chế tạo mơ hình vật lý có quy mơ thí nghiệm để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm Đề tài tiến hành xây dựng quy hoạch thực nghiệm cấp 02 dạng là: (1) Quy hoạch trực giao cấp cho trình sấy mè; (2) Quy hoạch cấp dạng 3k cho trình sấy đường RS Kết là, phương trình hồi quy bậc xây dựng để đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ đến hàm mục tiêu đầu gồm độ ẩm sản phẩm, chi phí điện riêng, chi phí nhiệt riêng Qua xác định thông số tối ưu sau: Đối với trình sấy mè: + Nhiệt độ sấy: 63,13 C + Vận tốc tác nhân sấy: 1,21 m/s + Tốc độ xung khí: 12 vịng/phút Ở phạm vi này, độ ẩm sản phẩm đạt 6,26%, chi phí điện đạt 408 Wh/kg ẩm chi phí nhiệt đạt 4989 kJ/kg ẩm Đối với trình sấy đường RS: + Nhiệt độ sấy: 76,5 C + Vận tốc tác nhân sấy: 2,0 m/s + Tốc độ xung khí: 14 vòng/phút Ở phạm vi này, độ ẩm sản phẩm đạt 0,05%, chi phí điện đạt 3932,46 Wh/kg ẩm chi phí nhiệt đạt 8085 kJ/kg ẩm Kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy máy sấy tầng sơi xung khí dạng mẻ phù hợp để sấy loại vật liệu rời, có kích thước nhỏ, phân tán đồng Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy vật liệu máy sấy tầng sơi xung khí nhiệt độ sấy, vận tốc tác nhân sấy tốc độ xung khí Đánh giá kết đạt kết luận Kết nghiên cứu đề tài tạo tảng lý thuyết thực nghiệm việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sấy tầng sơi xung khí vật liệu rời, có độ ẩm cao Các kết cho thấy kỹ thuật sấy tầng sôi xung khí có khả tiết kiệm lượng so với kỹ thuật sấy tầng sơi thơng thường Mơ hình vật lý từ kết nghiên cứu đề tài sở để tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu kỹ thuật sấy tầng sơi xung khí làm tảng để phát triển công nghệ sấy tầng sơi xung khí quy mơ cơng nghiệp Tóm lại, đề tài góp phần làm đa dạng hóa máy sấy vật liệu rời nguyên lý sấy tầng sôi để phục vụ nghiên cứu công nghệ chế biến thực phẩm ứng dụng thực tiễn có hướng đến tiết kiệm sử dụng hiệu lượng Tóm tắt kết The application of pulsed fluidized bed drying technique for cohesive materials was studied in this research topic From the results of theoretical research, the physical model was designed and manufactured to carry out the experimental research The experimental design level was conducted in two forms: (1) 2-level orthogonal experimental planning for sesame drying process; (2) 3k experimental planning for the refined standard sugar drying process As a result, the second order regression equations have been developed to evaluate the effect of technological parameters on the output function, including the final moisture content, the specific electrical energy, the specific heat value consumption The optimal parameters for each process was definited as follows: For the sesame drying process: the optimal parameters were determined such as: gas temperature was 63,13 C, gas velocity was 1,21 m/s, pulsed speed was 12 RPM Corresponding to these optimal parameters, the objective functions reached the minimum value, including the final moisture content 6,26%, the specific electrical energy 408 Wh/kg vapor and the specific heat value consumption 4989 kJ/kg vapor For the RS sugar drying process: the optimal parameters were determined such as: gas temperature was 76,5 C, gas velocity was 2,0 m/s, pulsed speed was 14 RPM Corresponding to these optimal parameters, the objective functions reached the minimum value, including the final moisture content 0,05%, the specific electrical energy 3932,46 Wh/kg vapor and the specific heat value consumption 8085 kJ/kg vapor The theoretical and empirical results show that batch pulsed fluidized bed dryer is suitable for drying cohesive, small size, dispersed or uniform materials The technological parameters influencing the material drying on the fluidized bed dryer are drying temperature, drying agent velocity and pulsed speed III Sản phẩm, công bố kết đào tạo đề tài Yêu cầu khoa học hoặc/và tiêu kinh tế - kỹ thuật Đăng ký Đạt - Năng suất sấy muối tinh - Năng suất sấy muối tinh đường RS (sản xuất từ mía đường RS (sản xuất từ mía đường): 5kg/mẻ đường): 2-5kg/mẻ - Độ ẩm đầu vào: - Độ ẩm đầu vào: + Muối tinh: ≤5% + Muối tinh: 4-5% + Đường RS: ≤4% + Đường RS: 2-4% Mơ hình máy sấy tầng sơi - Độ ẩm đầu ra: