Thế giới càng ngày càng phát triển, và các ngành khoa học phát triển theo trong đó có ngành công nghệp sấy. Công nghệ sấy ra đời từ rất lâu trên thế giới ngày nay nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Sấy là giai đoạn sấy rất quan trọng nó quyết định tính cảm quan của sản phẩm, bảo quản tốt sản phẩm hay giảm năng lượng chuyên chở, hay đảm bảo tính chất của sản phẩm. Tùy theo tính chất của vật liệu, độ ẩm của vật liệu mà người ta tiến hành các phương pháp tách ẩm ra khỏi vật liệu theo các cách như: dùng phương pháp cơ học, dùng phương pháp hóa lý, dùng phương pháp nhiệt. Trong các phương pháp này thì phương pháp nhiệt là phương pháp phổ biến nhất. Ngày nay trên thế giới càng nhiều phương pháp sấy mới ra đời, một trong những phương pháp sấy mới ra đời mang lại hiệu quả cao đó là phương pháp sấy hồng ngoại. Phương pháp này được coi là mới mẻ đối với nước ta.
MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1 TỔNG QUAN VỀ SẤY[1],[2],[3],[5] I.2 SẤY HỒNG NGOẠI I.2.1 Giới thiệu I.2.2 Phân loại I.2.3 Cơ chế truyền nhiệt I.2.4 Ứng dụng I.2.5 Ưu nhược điểm sấy hồng ngoại I.2.6 Đèn hồng ngoại I.3 VẬT LIỆU SẤY – VẬT LIỆU SIÊU HẤP THỤ CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 11 II.1 SƠ ĐỒ KHỐI QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ .11 II.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 11 II.3 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIAI ĐOẠN SẤY 12 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN NHIỆT THIẾT BỊ SẤY HỒNG NGOẠI 13 III.1 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 13 III.1.1 Trạng thái khơng khí vào buồng sấy 13 III.1.2 Trạng thái khơng khí buồng sấy .14 III.1.3 Lượng khơng khí khơ cần thiết để bốc 1kg ẩm .14 III.1.4 Trạng thái khơng khí buồng sấy 15 III.2 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG .16 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 23 IV.1 TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC BUỒNG SẤY 23 IV.2 CẤU TẠO CỦA KHAY CHỨA VẬT LIỆU 24 IV.3 CẤU TẠO KHUNG CỦA BUỒNG SẤY 25 IV.4 CÁCH NHIỆT CHO BUỒNG SẤY: 26 CHƯƠNG V: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 28 V.1 TÍNH CHỌN QUẠT 28 V.1.1Trở lực ma sát đoạn ống trước vào buồng sấy: 28 V.1.2 Trở lực ma sát đoạn ống sau buồng sấy: 29 V.1.3 Trở lực ma sát đoạn ống buồng sấy: .30 V.1.4 Khơng khí vào buồng sấy nên ta có tổn thất đột mở: .31 V.1.5 Khi mà khơng khí từ buồng sấy ngồi sinh tổn thất độ thu; 32 V.1.6 Do khơng khí thay đổi hường đột ngột nên gây tổn thất coi khơng khí qua cút hình chữ nhật 32 V.1.7 Áp suất động học 32 V.2 CHỌN QUẠT HƯỚNG TRỤC 34 CHƯƠNG VI: TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG SẤY 35 VI.1 ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ [9],[10] 35 VI.2 ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN [9],[10] 35 CHƯƠNG VII: TÍNH KINH TẾ 36 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 LỜI MỞ ĐẦU Thế giới ngày phát triển, ngành khoa học phát triển theo có ngành cơng nghệp sấy Cơng nghệ sấy đời từ lâu giới ngày ứng dụng rộng rãi công nghiệp đời sống Sấy giai đoạn sấy quan trọng định tính cảm quan sản phẩm, bảo quản tốt sản phẩm hay giảm lượng chuyên chở, hay đảm bảo tính chất sản phẩm Tùy theo tính chất vật liệu, độ ẩm vật liệu mà người ta tiến hành phương pháp tách ẩm khỏi vật liệu theo cách như: dùng phương pháp học, dùng phương pháp hóa lý, dùng phương pháp nhiệt Trong phương pháp phương pháp nhiệt phương pháp phổ biến Ngày giới nhiều phương pháp sấy đời, phương pháp sấy đời mang lại hiệu cao phương pháp sấy hồng ngoại Phương pháp coi mẻ nước ta Chính phổ biến rộng rãi ngành công nghiệp sấy mẻ phương pháp sấy hồng ngoại, mà em giao đề tài thiết kế hệ thống sấy vật liệu siêu hấp thụ phương pháp sấy hồng ngoại môn học “Đồ án chuyên ngành Quá trình Thiết bị” Trong đề tài vật liệu dùng để sấy mẻ với nước ta, vật liệu mà Việt Nam ta chế tạo để đảm bảo tính chất sản phẩm sau sấy người ta phải chọn phương pháp sấy đặc biệt phương pháp sấy hồng ngoại Do thời gian có hạn điều kiện nhiều hạn chế nên đề tài em cịn nhiều thiếu sót Em kính mong góp ý bảo q thầy anh chị Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy Hồng Tiến Cường anh chị tận tình hướng dẫn để em hồn thành đồ án SVTH: Trần Xuân Thành Đồ án chuyên ngành QT&TB SVTH:Trần Xuân Thành CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1 TỔNG QUAN VỀ SẤY[1], [2], [3], [5] Sấy trình tách ẩm khỏi vật liệu phương pháp nhiệt Kết q trình sấy hàm lượng chất khơ vật liệu tăng lên Điều có ý nghĩa quan trọng nhiều mặt: nông sản thực phẩm nhằm tăng khả bảo quản; gốm sứ làm tăng độ bền học, than củi làm tăng khả đốt cháy… Các vật liệu sau sấy giảm khối lượng thể tích nên giảm giá thành vận chuyển Nguyên tắc trình sấy cung cấp lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha lỏng vật liệu thành Cơ chế trình diễn tả trình sau: - Cấp nhịêt cho bề mặt vật liệu - Dòng nhiệt dẫn từ bề mặt vào vật liệu - Khi nhận lượng nhiệt, dòng ẩm di chuyển từ vật liệu bề mặt - Dòng ẩm từ bề mặt vật liệu tách vào môi trường xung quanh Bốn trình thể truyền vận bên vật liệu trao đổi nhiệt ẩm bên ngồi bề mặt vật liệu mơi trường xung quanh Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt cho vật liệu người ta chia cc phương php sấy sau: - Sấy đối lưu: phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với khơng khí nóng, khói lị ( gọi tác nhân sấy) - Sấy tiếp xúc: phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp xúc với vật liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua vách ngăn - Sấy tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn nhiệt phát truyền cho vật liệu sấy - Sấy dòng điện cao tần: phương pháp sấy dùng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng tồn chiều dày lớp vật liệu Sấy thăng hoa: phương pháp sấy mơi trường có độ chân khơng cao, nhiệt độ thấp, nên ẩm tự vật liệu đóng băng bay từ trạng thái rắn sang trạng thái không qua trạng thái lỏng -4- Đồ án chuyên ngành QT&TB SVTH:Trần Xuân Thành I.2 SẤY HỒNG NGOẠI [1], [5] I.2.1 Giới thiệu Sấy vật liệu ẩm nguồn nhiệt xạ gọi sấy xạ Năng lượng tia xạ (đặc biệt tia hồng ngoại) xuyên vào hấp thụ thể tích vật liệu làm thay đổi trường nhiệt độ Thông thường tia xạ thể khả năng: - Khả xuyên qua - Khả phản xạ - Khả hấp thụ vật liệu Các khả phụ thuộc vào phổ quang học vật liệu ẩm chiều dài bước sóng tia xạ Đối với tia hồng ngoại vùng bước sóng là: 7,7.10-5 3,4.10-2 (cm) Trong kỹ thuật sấy người ta cố gắng chọn khoảng bước sóng cho khả hấp thụ đạt tối đa vật liệu ẩm cần sấy Bằng thực nghiệm người ta nhận thấy vật liệu ẩm có khả hấp thụ nhiều tia xạ vùng hồng ngoại với bước sóng = 0,77 ÷ 340 m Khi vật liệu ẩm tức độ ẩm vật liệu cao khả phản tia mạnh khả hấp thu, lúc cần thay đổi bước sóng thích hợp thực nghiệm cho thấy tia hồng ngoại với bước sóng khoảng = ÷ 12 m cho khả hấp thụ lớn Người ta khơng dùng tia có bước sóng ngắn để sấy vật liệu khơng hấp thụ lượng tia này, tia chiếu vào vật liệu xun qua khơng bị hấp thụ không sấy vật liệu I.2.2 Phân loại Tuỳ theo cách tạo nguồn xạ mà người ta phân phương pháp sấy sau: a) Sấy tia xạ kiểu đèn Đèn phát tia hồng ngoại đèn gương đặc biệt có cơng suất 250 ÷ 500W, chứa đầy hỗn hợp khí nitơ argon, nhiệt độ cháy sáng dây tóc khoảng 2500 K Mặt đèn phủ lớp bạc mỏng để làm bề mặt phản xạ độ chiếu sáng đèn 1/3 đèn thường 70 ÷ 80% lượng điện tiêu thụ biến thành tia hồng ngoại -5- Đồ án chuyên ngành QT&TB SVTH:Trần Xuân Thành b) Thiết bị sấy có phận xạ kim loại hay sành sứ Tức dùng nhiên liệu rắn, lỏng khí để đốt phận kim loại hay sành sứ chịu nhiệt, phận phát tia xạ hồng ngoại, dùng để sấy vật liệu I.2.3 Cơ chế truyền nhiệt Trong sấy xạ thực cấp nhiệt cho vật liệu xạ, cịn thải ẩm mơi trường theo chế độ đối lưu, trình sấy cịn chịu tác động mơi trường bên ngồi Theo quan điểm sấy xạ vật liệu ẩm chia làm nhóm - Vật liệu hấp thụ xạ lớn - Vật liệu hấp thụ xạ yếu - Vật liệu không hấp thụ xạ Trong q trình sấy bề mặt thống vật liệu ẩm có khả hấp thu lượng gấp nhiều lần so với lớp bên trong, tức nhiệt độ bề mặt vật liệu cao nhiệt độ lớp bên đặc biệt lớp trung tâm, Do xuất gradien nhiệt độ vật liệu, theo hướng từ bề mặt vào tâm vật liệu Lúc đầu chênh lệch hàm ẩn vật liệu khơng lớn, nên dịng ẩm khuếch tán nhiệt lớn dòng ẩm khuếch tán từ bề mặt vật liệu vào trong, với bay ẩm bề mặt vật liệu, làm cho hàm ẩm bề mặt giảm nhanh tạo gradien hàm ẩm vật liệu Từ dòng ẩm di chuyển ngược chiều với dòng nhiệt bề mặt vào mơi trường Chiều dài bước sóng phụ thuộc vào nhiệt độ vật phát xạ, bước sóng dài hấp thụ vật liệu ẩm dễ Trong sấy xạ gradien nhiệt độ vật liệu đạt trị số lớn, trung bình từ 20 đến 500C Giai đoạn đẳng tốc gradien nhiệt độ thấp giai đoạn giảm tốc Theo kinh nghiệm tổ chức sấy xạ nên thực với lớp vật liệu mỏng không 10 mm -> 15 mm sấy lớp vật dày cần tiến hành theo chế độ luân phiên ( chu kỳ xạ chu kỳ thải ẩm khơng khí) Đối với vật liệu dạng hạt ngũ cốc nên sấy xạ lớp tầng sôi Thực sấy xạ tiến hành theo cách sau - Bức xạ bề mặt vật liệu, đồng thời thổi khơng khí nguội để thải ẩm - xạ bề mặt vật liệu, đồng thời thổi khơng khí nóng - Bức xạ bề mặt vật liệu khoảng thời gian định, sau ngừng xạ thổi khơng khí nguội (chế độ sấy luân phiên) -6- Đồ án chuyên ngành QT&TB SVTH:Trần Xuân Thành Trong trình sấy xạ gradien nhiệt độ lớn, ngược chiều với gradien hàm ẩm, dẫn tới ngăn cản trình di chuyển ẩm vật liệu bề mặt bay Điều cịn gây ảnh hưởng đến tính chất kết cấu vật liệu phân tích điều kiện người ta đề xuất phương thức sấy luân phiên - Trong thời gian xạ vật liệu, gradien nhiệt độ hướng từ bề mặt vật liệu vào bên truyền cho thể tích vật liệu lượng nhiệt định Phần ẩm bề mặt vật liệu bay - Trong thời gian thổi khơng khí nguội, nhiệt độ bề mặt vật liệu hạ xuống, tạo gradien nhiệt độ chiều gradien hàm ẩm, khuếch trương di chuyển ẩm từ bên bề mặt - Nếu trình khuếch tán ẩm từ vật liệu mà chậm trình bay ẩm khỏi bề mặt vật liệu làm nhiệt độ bề mặt tăng lên cháy bề mặt I.2.4 Ứng dụng Sấy tia xạ thường dùng để sấy bề mặt sơn, sấy vật liệu dạng sợi, sấy chất dẻo, sấy sản phẩm gỗ, sấy thực phẩm … chế trình sấy xạ tia xạ xuyên sâu vào vật liệu sấy có cấu tạo mao quản xốp với độ sâu từ 0,1 ÷ mm hấp thụ hoàn toàn phản xạ hấp thụ nhiều lần, sấy tia xạ có tốc độ lớn nhiều lần so với sấy đối lưu tiếp xúc, ví dụ sấy sản phẩm dệt tia xạ nhanh từ 30 ÷ 100 lần so với phương pháp sấy đối lưu Máy tạo môi trường an toàn cao cho sản xuất, sản phẩm chủ lực cho nhà sản xuất nội thất cao cấp, tạo tự tin sản phẩm sơn Phù hợp cho nhiều loại sơn khác Sấy hồng ngoại dùng tia xạ hồng ngoại (giải tầng hẹp) để cung cấp lượng cho phần tử nước rau để thắng lực liên kết, thoát khỏi sản phẩm sấy thăng hoa sấy hồng ngoại có ưu điểm đảm bảo màu sắc hương vị tự nhiên sản phẩm; ra, cịn bảo tồn lượng vitamin C q trình sấy rau I.2.5 Ưu nhược điểm sấy hồng ngoại a) Ưu điểm - Sấy vật liệu mỏng bề mặt sơn sấy nhanh - Thiết bị có cấu tạo đơn giản - Dễ điều chỉnh nhiệt độ sấy -7- Đồ án chuyên ngành QT&TB SVTH:Trần Xuân Thành - Tổn thất nhiệt mơi trường - Sấy xạ theo chế độ luân phiên hiệu so với sấy xạ liên tục chỗ: chiếu xạ vào vật liệu khơng có ẩm vật liệu hấp thụ lượng tia hồng ngoại mà cịn có vật liệu khơ hấp thụ lượng xạ, chiếu liên tục nhiệt độ vật liệu sấy tăng lên nhanh tới nhiệt độ cao làm ảnh hưởng tới vật liệu sấy Hơn sấy xạ liên tục cịn làm tăng chi phí lượng - Thực sấy xạ đạt được: chất lượng vật liệu sấy tốt, đồng thời có tác dụng diệt trùng, thiết bị sấy có cấu tạo đơn giản trình sấy rút ngắn b) Nhược điểm - Tiêu tốn lượng lớn 1,5 ÷ 2,5 kW.h/kg ẩm Vật liệu đốt nóng khơng sấy nhanh bề mặt, nhiệt dẫn sâu vào vật liệu chậm Do phương pháp sấy tai xạ hồng ngoại khơng thích hợp với vật liệu dày Tuy nhiên khắc phục nhuợc điểm cách kết hợp sấy tia xạ hồng ngoại với sấy đối lưu sấy dòng điện cao tần - Như suất tiêu hao nhiệt lượng riêng hệ thống sấy xạ lớn, hệ thống sấy xạ thường không kinh tế, không yêu cầu công nghệ vừa sấy vừa diệt nấm mốc (trong sấy sách sấy phim ảnh) yêu cầu cường độ sấy phải cao để đảm bảo độ bám bóng đẹp sấy chi tiết kim loại sau sơn người ta dùng sấy xạ - Thiết bị sấy loại đèn có hiệu suất thấp, tiêu tốn nhiều điện năng, sản xuất hạn chế sử dụng Nhưng nhiều trường hợp lại kinh tế so với sấy tiếp xúc đối lưu thời gian sấy ngắn, thiết bị sấy đơn giản Tuy nhiên, giá thành sản phẩm cao, đòi hỏi thiết bị đại nên phương pháp áp dụng rộng rãi thực tiển sản xuất thường dùng để sấy sản phẩm cao cấp I.2.6 Đèn hồng ngoại Loại đèn giống phễu, có tráng lớp kim loại để phản chiếu phía trước đèn thủy tinh có màu đỏ, hoạt động ngồi ánh sáng cịn có tia nhiệt sưởi ấm Các loại đèn hồng ngoại có cơng suất từ 125W, 250W 500W Loại đèn tiện lợi, cần đốt lên xoay hướng muốn sưởi ấm Tuy nhiên, giá đắt đèn hoạt động khu vực có sử dụng tia hồng ngoại thường gây nhiễu cho remote loại thiết bị khác -8- Đồ án chuyên ngành QT&TB SVTH:Trần Xuân Thành phương thức gia nhiệt tia hồng ngoại vật dụng chịu nhiệt độ cao -9- Đồ án chuyên ngành QT&TB SVTH:Trần Xuân Thành Nguồn xạ hồng ngoại dùng có hiệu cao kĩ thuật sấy vật liệu mỏng (bánh tráng, loại củ sấy lát ) thường đèn gương Sự phân bổ đường đẳng nhiệt đèn không dẫn đến làm cong vênh vật liệu Để cho vật liệu chiếu cần phải bố trí khoảng cách thích hợp nguồn đèn Để tăng hiệu suất chiếu, tiết kiệm nhiên liệu cần chọn khoảng cách chiếu tối ưu từ nguồn đến vật liệu chọn vật liệu thích hợp làm tường ngăn cho máy sấy hồng ngoại Tất vấn đề có ý nghĩa quan trọng việc sử dụng xạ hồng ngoại để sấy nguyên liệu I.3 VẬT LIỆU SẤY – VẬT LIỆU SIÊU HẤP THỤ Từ tinh bột sắn, Trung tâm VINAGAMMA TP.HCM chế tạo thành công vật liệu siêu hấp thụ nước Mỗi đất, cần bón 50 kg chất này, giảm 50% lượng nước cần tưới tiêu nguyên liệu để chế tạo vật liệu siêu hấp thụ nước tinh bột sắn, kết hợp với số hoá chất khác Sau đó, nguyên liệu phối trộn đem chiếu tia phóng xạ Vật liệu siêu hấp thụ nước hút, giữ lượng nước gấp 400 lần thể tích Khi đưa vào mơi trường tự nhiên, vật liệu siêu hấp thụ nước tự phân huỷ vịng tháng khơng gây độc hại cho mơi trường Khơng giữ ẩm cho đất, loại vật liệu phối trộn với phân bón cải tạo đất cát thành đất mùn Tuỳ theo loại cây, người trồng trọt pha trộn vật liệu siêu hấp thụ nước theo tỷ lệ thích hợp để bảo đảm giữ ẩm cho đất trồng mà không gây úng - 10 - ... liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua vách ngăn - Sấy tia hồng ngoại: phương pháp sấy dùng lượng tia hồng ngoại nguồn nhiệt phát truyền cho vật liệu sấy - Sấy dòng... phương pháp sấy đời, phương pháp sấy đời mang lại hiệu cao phương pháp sấy hồng ngoại Phương pháp coi mẻ nước ta Chính phổ biến rộng rãi ngành cơng nghiệp sấy mẻ phương pháp sấy hồng ngoại, mà... thái lỏng -4- Đồ án chuyên ngành QT&TB SVTH:Trần Xuân Thành I.2 SẤY HỒNG NGOẠI [1], [5] I.2.1 Giới thiệu Sấy vật liệu ẩm nguồn nhiệt xạ gọi sấy xạ Năng lượng tia xạ (đặc biệt tia hồng ngoại) xuyên